單片機(jī)：時(shí)鐘周期，機(jī)器周期，指令周期，總線周期

時(shí)鐘周期：

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

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

8051單片機(jī)把一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)節(jié)拍(用P表示)，二個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)狀態(tài)周期(用S表示)。

機(jī)器周期：

在計(jì)算機(jī)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(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。例如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫等，這每一項(xiàng)工作稱為一個(gè)基本操作。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)S周期(狀態(tài)周期)組成。

8051系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期同6個(gè)S周期(狀態(tài)周期)組成。前面已說過一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)節(jié)拍(用P表示)，二個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)狀態(tài)周期(用S表示)，8051單片機(jī)的機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)周期組成，也就是說一個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)周期=12個(gè)時(shí)鐘周期。具體計(jì)算為：時(shí)鐘周期Xcycles。如果單片機(jī)是12周期的話，那么機(jī)器周期就是T×12。假設(shè)晶振頻率為12M，單片機(jī)為12周期的話，那么機(jī)器周期就是1us。

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

指令周期：

執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。指令不同，所需的機(jī)器周期也不同。通常，包含一個(gè)機(jī)器周期的指令成為單周期指令，比如CLR,MOV等等。包含兩個(gè)機(jī)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(duì)于一些簡(jiǎn)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(jī)器周期。對(duì)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(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)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(duì)存貯器和I/O接口的訪問，是通過總線實(shí)現(xiàn)的。通常把CPU通過總線對(duì)微處理器外部(存貯器或I/O接口)進(jìn)行一次訪問所需時(shí)間稱為一個(gè)總線周期。

總結(jié)一下，時(shí)鐘周期是最小單位，機(jī)器周期需要1個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期，指令周期需要1個(gè)或多個(gè)機(jī)器周期;機(jī)器周期指的是完成一個(gè)基本操作的時(shí)間，這個(gè)基本操作有時(shí)可能包含總線讀寫，因而包含總線周期，但是有時(shí)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(biāo)，指取出并執(zhí)行一條指令的時(shí)間。一般以機(jī)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(jī)器周期：完成一個(gè)基本操作的時(shí)間單元，如取指周期、取數(shù)周期。

時(shí)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(shí)鐘周期和機(jī)器周期分別是多少?

以51為例,晶振22.1184M，時(shí)鐘周期(晶振周期)就是(1/22.1184)μs，一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘周期，一個(gè)機(jī)器周期就是0.5425μs。一個(gè)機(jī)器周期一般是一條指令花費(fèi)的時(shí)間，也有些是2個(gè)機(jī)器周期的指令，DJNZ，是雙周期指令.

例子2：

1、振蕩周期(時(shí)鐘周期)：為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩源的周期。

2、機(jī)器周期：通常將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為機(jī)器周期。

3、指令周期：是指MCU執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。一個(gè)指令周期通常含有1～4個(gè)機(jī)器周期。

若MCU單片機(jī)外接晶振為12MHz時(shí)具體值為：

振蕩周期(時(shí)鐘周期)=1/12MHz=1/12μs=0.0833μs,機(jī)器周期=12*1/12μs=1μs,指令周期=1～4μs

說明：

1、時(shí)鐘周期即晶振的單位時(shí)間發(fā)出的脈沖數(shù)，12MHz=12×10的6次方，即每秒發(fā)出12000000個(gè)脈沖信號(hào)，那么發(fā)出一個(gè)脈沖的時(shí)間就是時(shí)鐘周期，即1/12微秒。

2、一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)時(shí)鐘周期，所以是1微秒。