刻度-指令周期-機器周期 以及三者之間的關係

刻度

刻度也稱為振蕩周期，定義為時鐘脈衝的倒數（可以這樣來理解，刻度就是單片機外接晶振的倒數，例如12M的晶振，它的時間周期就是1/12 us），是電腦中最基本的、最小的時間單位。

在一個刻度內，CPU僅完成一個最基本的動作。對於某種單片機，若採用了1MHZ的時鐘頻率，則刻度為1us；若採用4MHZ的時鐘頻率，則刻度為250us。由於時鐘脈衝是電腦的基本工作脈衝，它控制著電腦的工作節奏（使電腦的每一步都統一到它的步調上來）。顯然，對同一種機型的電腦，時鐘頻率越高，電腦的工作速度就越快。但是，由於不同的電腦硬體電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時鐘周頻率範圍也不一定相同。我們學習的8051單片機的時鐘範圍是1.2MHz-12MHz。

在8051單片機中把一個刻度定義為一個節拍（用P表示），二個節拍定義為一個狀態周期（用S表示）。

指令周期

指令周期是執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，所需的機器周期數也不同。對於一些簡單的的單位元組指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器後，立即解碼執行，不再需要其它的機器周期。對於一些比較複雜的指令，例如轉移指令、乘法指令，則需要兩個或者兩個以上的機器周期。
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。

 

機器周期

在電腦中，為了便於管理，常把一條指令的執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、儲存空間讀、儲存空間寫等，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（狀態周期）組成。前面已說過一個刻度定義為一個節拍（用P表示），二個節拍定義為一個狀態周期（用S表示），8051單片機的機器周期由6個狀態周期組成，也就是說一個機器周期=6個狀態周期=12個刻度。

 

 

總結：

刻度—— 主頻 的倒數，由晶振或者PLL決定。

指令周期—— 一條指令的執行時間。指令周期與刻度的關係， 是由晶片的架構決定的，可以看具體晶片手冊，一般是刻度的某個倍數，有4倍的，有12倍的...

機器周期—— 五級流水線的處理器上為 1/5的指令周期