指令周期，机器周期，时钟周期与存储周期的关系

Posted 2023-05-07

参考技术A

周期：取决于"晶振频率"，固定。但是因为工艺的关系，每个单元之间会有一定范围内的异同，"超频"就是这个道理，说到底还是"工艺"；数据量：一次存取的最大二进制数据量肯定固定。因为引脚数目肯定是固定的。

参考百度百科"机器周期"：指令周期（Instruction Cycle）：取出并执行一条指令的时间。总线周期（BUS Cycle）：也就是一个访存储器或I/O端口操作所用的时间。时钟周期（Clock Cycle）：处理操作的最基本单位，晶振频率的倒数。指令周期、总线周期和时钟周期之间的关系：一个指令周期由若干个总线周期组成，而一个总线周期时间又包含有若干个时钟周期。一个总线周期包含一个（只有取址周期）或多个机器周期。

单片机指令周期机器周期状态周期时钟周期

单片机的系统指令周期根据不同的内核架构各有区别。

8051系列单片机采用的是同步式的顺序逻辑系统，整个系统的工作完全是依赖系统内部的时脉信号。它的指令周期、机器周期等也是根据时钟脉冲信号来确定。下面说明机器周期、指令周期等的关系。

时钟周期：又叫时钟振荡周期，指晶振振荡产生的脉冲，一个脉冲表示一个时钟周期。

状态周期：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）。一个状态周期等于两个时钟周期。

机器周期：一般也叫CPU周期，表示从内存读取一条指令字的最短时间，它是指令周期的最小单位。它等于单指令的周期长度。一个机器周期等于6个状态周期。

指令周期：一条指令包括1个或多个机器周期。所有的C语言代码最后都会编译成汇编代码来执行，而执行一条汇编指令需要的机器周期就叫做指令周期。

不用的指令的时钟周期不一样，同意8051内核，同一指令的时钟周期也不一样，由下图就可以知道，MOV指令将寄存器值放入累加器需要一个机器周期，MOV指令将直接地址中的值放入累加器需要两个周期；同一指令，8051和90系列单片机的指令周期也不同，8051系列执行单指令需要12个时钟周期，90系列执行单指令需要6个周期，他们都是需要一个机器周期，但是90系列一个机器周期只需要6个时钟周期。

 我们常用的NOP指令就是一个单指令，需要一个机器周期，8051需要晶振产生12个脉冲。

 

8051百度百科：8051是一种8位元的单芯片微控制器，属于MCS-51单芯片的一种，由英特尔公司于1981年制造。INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，如Atmel、飞利浦、深联华等公司，相继开发了功能更多、更强大的兼容产品。

 

CORTEX-M0 M3 M4等，采用的是ARMv6-M、ARMv7-M、ARMv8-M Thumb指令集，采用的是三级流水线工艺，M3具有分支预测功能，可以预取分支目标地址的指令，使分支延迟减少到一个时钟周期。

CORTEX-M系列的指令周期是不确定的，一方面MCU从Flash取指是有延时的，另一方面Cortex的指令集不是固定周期的，特别从M3加入分支预测后，分支指令在Cortex-M不同型号上的结果都不相同。

 

完。