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1/12 us)，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。但是，由于不同的計算機硬件電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時鐘周頻率范圍也不一定相同。我們學(xué)習(xí)的8051單片機的時鐘范圍是1.2MHz-12MHz。

在8051單片機中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)。請大家參考后面的時序圖。

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。參見后面的時序圖。

指令周期

指令周期是執(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，所需的機器周期數(shù)也不同。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。

時鐘周期、機器周期、指令周期之間的關(guān)系圖如下。

通常含一個機器周期的指令稱為單周期指令，包含兩個機器周期的指令稱為雙周期指令。

MCS-51指令系統(tǒng)中，按它們的長度可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。執(zhí)行這些指令需要的時間是不同的，也就是它們所需的機器周期是不同的，有下面幾種形式：

·單字節(jié)指令單機器周期

·單字節(jié)指令雙機器周期

·雙字節(jié)指令單機器周期

·雙字節(jié)指令雙機器周期

·三字節(jié)指令雙機器周期

·單字節(jié)指令四機器周期(如單字節(jié)的乘除法指令)

下圖是MCS-51系列單片機的指令時序圖：

上圖是單周期和雙周期取指及執(zhí)行時序，圖中的ALE脈沖是為了鎖存地址的選通信號，顯然，每出現(xiàn)一次該信號單片機即進行一次讀指令操作。從時序圖中可看出，該信號是時鐘頻率6分頻后得到，在一個機器周期中，ALE信號兩次有效，第一次在S1P2和S2P1期間，第二次在S4P2和S5P1期間。