指令周期、机器周期和时钟周期之间的关系
0 2022-05-26

时钟周期

时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟脉冲的倒数(时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时钟周期就是1/12us),是计算机中的最基本的、最小的时间单位。

在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲,控制着计算机的工作节奏。时钟频率越高,工作速度就越快。

8051单片机把一个时钟周期定义为一个节拍(用P表示),二个节拍定义为一个状态周期(用S表示)。

机器周期

计算机中,常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段,每一个阶段完成一项工作。每一项工作称为一个基本操作,完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。8051系列单片机的一个机器周期由6个S周期(状态周期)组成。 一个S周期=2个节拍(P),所以8051单片机的一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。

例如外接24M晶振的单片机,他的一个机器周期=12/24M 秒;

指令周期

执行一条指令所需要的时间,一般由若干个机器周期组成。指令不同,所需的机器周期也不同。

补充其他几个周期:

时钟周期:处理操作的最基本单位。(CPU的主频)
存储周期:也就是一个访存指令周期。

指令周期、机器周期和时钟周期之间的关系:指令周期通常用若干个机器周期表示,而机器周期时间又包含有若干个时钟周期。

以51为例,晶振22.1184M,时钟周期(晶振周期)就是(1/22.1184)μs,一个机器周期包含12个时钟周期,一个机器周期就是0.5425μs。一个机器周期一般是一条指令花费的时间,也有些是2个机器周期的指令,DJNZ,就是双周期指令,所以指令周期为0.5425μs但不是所有机器周期都等于12个时钟周期的。

PIC单片机的时钟经过内部分频,实际的工作频率为晶振频率的四分之一,同时指令的执行采用流水线方式,大部分的指令的执行时间是一个周期,所以在用4MHz的晶振时,指令执行的最大速度为1MIPS,即指令周期为1微秒。 

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