單片機：時鐘周期，機器周期，指令周期

時間：2016-01-29 13:41:45

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[導(dǎo)讀]時鐘周期也稱為振蕩周期，定義為時鐘脈沖的倒數(shù)(可以這樣來理解，時鐘周期就是單片機外接晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時間周期就是1/12us)，是計算機中最基本的、最小的時間單位。

時鐘周期：

時鐘周期也稱為振蕩周期，定義為時鐘脈沖的倒數(shù)(可以這樣來理解，時鐘周期就是單片機外接晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時間周期就是1/12us)，是計算機中最基本的、最小的時間單位。

在一個時鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個最基本的動作。對于某種單片機，若采用了1MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為1us;若采用4MHZ的時鐘頻率，則時鐘周期為250us。由于時鐘脈沖是計算機的基本工作脈沖，它控制著計算機的工作節(jié)奏(使計算機的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來)。顯然，對同一種機型的計算機，時鐘頻率越高，計算機的工作速度就越快。具體計算就是1/fosc。也就是說如果晶振為1MHz，那么時鐘周期就為1us;6MHz的話，就是1/6us。

8051單片機把一個時鐘周期定義為一個節(jié)拍(用P表示)，二個節(jié)拍定義為一個狀態(tài)周期(用S表示)。

機器周期：

在計算機中，為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個階段，每一階段完成一項工作。例如，取指令、存儲器讀、存儲器寫等，這每一項工作稱為一個基本操作。完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期。一般情況下，一個機器周期由若干個S周期(狀態(tài)周期)組成。

8051系列單片機的一個機器周期同6個S周期(狀態(tài)周期)組成。前面已說過一個時鐘周期定義為一個節(jié)拍(用P表示)，二個節(jié)拍定義為一個狀態(tài)周期(用S表示)，8051單片機的機器周期由6個狀態(tài)周期組成，也就是說一個機器周期=6個狀態(tài)周期=12個時鐘周期。具體計算為：時鐘周期Xcycles。如果單片機是12周期的話，那么機器周期就是T×12。假設(shè)晶振頻率為12M，單片機為12周期的話，那么機器周期就是1us。

例如外接24M晶振的單片機，他的一個機器周期=12/24M秒;52系列單片機一個機器周期等于12個時鐘周期。設(shè)晶振頻率為12MHz時，52單片機是12T的單片機，即頻率要12分頻。12M經(jīng)過分頻變?yōu)?M，由T=1/f,即一個機器周期變?yōu)?us

指令周期：

執(zhí)行一條指令所需要的時間，一般由若干個機器周期組成。指令不同，所需的機器周期也不同。通常，包含一個機器周期的指令成為單周期指令，比如CLR,MOV等等。包含兩個機器周期的指令稱為雙周期指令。另外還有4周期指令，比如乘法和除法指令。對于一些簡單的的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其它的機器周期。對于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個或者兩個以上的機器周期。

總線周期：

由于存貯器和I/O端口是掛接在總線上的，CPU對存貯器和I/O接口的訪問，是通過總線實現(xiàn)的。通常把CPU通過總線對微處理器外部(存貯器或I/O接口)進行一次訪問所需時間稱為一個總線周期。

總結(jié)一下，時鐘周期是最小單位，機器周期需要1個或多個時鐘周期，指令周期需要1個或多個機器周期;機器周期指的是完成一個基本操作的時間，這個基本操作有時可能包含總線讀寫，因而包含總線周期，但是有時可能與總線讀寫無關(guān)，所以，并無明確的相互包含的關(guān)系。

指令周期：是CPU的關(guān)鍵指標，指取出并執(zhí)行一條指令的時間。一般以機器周期為單位，分單指令執(zhí)行周期、雙指令執(zhí)行周期等?，F(xiàn)在的處理器的大部分指令(ARM、DSP)均采用單指令執(zhí)行周期。

機器周期：完成一個基本操作的時間單元，如取指周期、取數(shù)周期。

時鐘周期：CPU的晶振的工作頻率的倒數(shù)。

例子1：

22.1184MHZ的晶振,它的晶振周期、時鐘周期和機器周期分別是多少?

以51為例,晶振22.1184M，時鐘周期(晶振周期)就是(1/22.1184)μs，一個機器周期包含12個時鐘周期，一個機器周期就是0.5425μs。一個機器周期一般是一條指令花費的時間，也有些是2個機器周期的指令，DJNZ，是雙周期指令.

例子2：

1、振蕩周期(時鐘周期)：為單片機提供時鐘信號的振蕩源的周期。

2、機器周期：通常將完成一個基本操作所需的時間稱為機器周期。