时钟周期、机器周期、指令周期

参考：时钟周期、机器周期、指令周期的概念及三者之间的关系；定时器及计数器

时钟周期，=振荡周期，=P周期

定义

• 定义

  • 时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数，是计算机中最基本的、最小的时间单位。

    对应于单片机：时钟周期就是单片机外接晶振的倒数

• 计算例子：

  • 假如采用了 01MHZ 的时钟频率，则时钟周期为 1us；

  • 假如采用了 04MHZ 的时钟频率，则时钟周期为 250ns (1/4 us)；

  • 假如采用了 12MHZ 的晶振，它的时钟周期就是 1/12 us；

  • 我们常用的学习单片机8051的时钟范围是1.2MHz-12MHz。

操作量

在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。

由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲，它控制着计算机的工作节奏 (使计算机的每一步都统一到它的步调上来)。

显然，对同一种机型的计算机，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快。 但是，由于不同的计算机硬件电路和器件的不完全相同，所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同。

状态周期，=S周期，=2个时钟周期

对于单片机： 在8051单片机中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，=N个时钟周期

• 定义
  • 在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。例如取指令、存储器读、存储器写等，这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。
• 计算例子
  • 一般情况下，一个机器周期由若干个S周期 (状态周期) 组成。 8051系列单片机的一个机器周期同6个S周期 (状态周期) 组成，也就是说一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。

指令周期，=N个机器周期

指令周期是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，所需的机器周期数也不同。

例子：

• 对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其它的机器周期。即一个机器周期。
• 对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。
• 通常含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令。

【区别】单片机中定时器(Timer)、计数器(Counter)

• 定时器和计数器在单片机内部使用同一电路来实现
• 当这一电路选择为定时器功能时：
  • 其输入源通常来自于内部输入的单位时间脉冲（比如由时钟源产生），
  • 有时间的概念在里面
• 当这一电路选择为计数器功能时：
  • 其输入源通常来自于外部事件触发，用于统计外部事件的数量，
  • 没有时间概念在里面