Question

51单片机时钟周期，机器周期，指令周期如何定义的

Answer 1

1. 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(可以这样来理解,时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时间周期就是1/12 us),是计算机中最基本的、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。对于某种单片机,若采用了1MHZ的时钟频率,则时钟周期为1us;若采用4MHZ的时钟频率,则时钟 周期为250us。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。    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)。

2. 机器周期:   

   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。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。前面已说过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),8051单片机的机器周期由6个 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。 (例如外接24M晶振的单片机,他的一个机器周期=12/24M 秒)

3. 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。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。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。

4. 总线周期:

   由于存贮器和I/O端口是挂接在总线上的,CPU对存贮器和I/O接口的访问,是通过总线实现的。通常把CPU通过总线对微处理器外部(存贮器或 I/O接口)进行一次访问所需时间称为一个总线周期。

总结:

1. 时钟周期是最小单位,机器周期需要1个或多个时钟周期,指令周期需要1个或多个机器周期；

2. 机器周期指的是完成一个基本操作的时间,这个基本操作有时可能包含总线读写,因而包含总线周期,但是有时可能与总线读写无关,所以,并无明确的相互包含的关系；

3. 指令周期:是CPU的关键指标,指取出并执行一条指令的时间。一般以机器周期为单位,分单指令执行周期、双指令执行周期等。现在的处理器的大部分指令(ARM、DSP)均采用单指令执行周期；

4. 机器周期:完成一个基本操作的时间单元,如取指周期、取数周期。时钟周期:CPU的晶振的工作频率的倒数。

Answer 2

时钟周期又称为振荡周期，由单片机内部振荡电路OSC产生，定义为OSC时钟频率的倒数。时钟周期又称为节拍（用P表示）。时钟周期是时序中的最小单位。一个状态有两个节拍，
机器周期定义为实现特定功能所需的时间。MCS-51的机器周期由12个时钟周期构成。
执行一条指令所需要的时间称为指令周期，指令周期是时序中的最大单位。由于机器执行不同指令所需的时间不同，因此不同指令所包含的机器周期数也不尽相同。MCS-51的指令可能包括1～4个不等的机器周期。
当MCS-51的主频为12MHz时，一个机器周期为1us。执行一条指令需要的最长时间为4us。
单片机学习最好有自己的单片机开发板，这样讲理论和实际结合，学习可以更加效率，多动手多查资料多交流，入门学习用吴鉴鹰单片机开发板，资源丰富点，教程做得详细

Answer 3

对于经典的或传统的51单片机，晶振的频率或外部输入的频率(称为振荡频率，相应的周期称为振荡周期)，其经二分频，作为单片机的时钟频率，相应的周期称为时钟周期，单片机的定时器、波特率发生器取自内部的频率信号就是这个时钟频率，但是现在有一种倾向，就是把原本的51单片机的时钟周期的概念去掉而用它来当作振荡周期的概念用，这样用似乎也比较好，但是自己要知道，此时钟非彼时钟也。51单片机把1个时钟周期的半个周期定义为1拍(1个节拍用1P表示，1拍是单片机执行指令可识别的最小时间单位，1拍的时间等于振荡周期)，2拍定义为一个状态周期(1个状态周期用1S表示，1个状态周期的时间等于时钟周期)，6个状态周期定义为1个机器周期(机器周期是为单片机完成1条指令而划分的可数的时间单位，完成1条指令的时间总是等于1个或几个机器周期。在1个机器周期内要完成1条指令中的规定动作中的1个，例如取指、存储器读、存储器写等)。在分析1条指令的执行时序时，我们总是会说在第几个机器周期的第几个状态周期的第几拍干什么或会怎么样。现在STC推出了1T单片机，他的意思是1个机器周期等于1个振荡周期。但是1个振荡周期怎么可能完成1个机器周期的工作呢？显然必须对振荡周期倍频，而且STC的各个51的指令周期也与原来有了很大不同或提高。