单片机周期.pdf

时钟周期 时钟周期也称为振荡周期时钟周期也称为振荡周期 定义为时钟脉冲的倒数定义为时钟脉冲的倒数 可以这样来理可以这样来理 解解 时钟周期就是单片机外接晶振的倒数时钟周期就是单片机外接晶振的倒数 例如例如 12M 的晶振的晶振 它的它的 时间周期就是时间周期就是 1 12 us 是计算机中最基本的是计算机中最基本的 最小的时间单位最小的时间单位 在一个时钟周期内在一个时钟周期内 CPU 仅完成一个最基本的动作仅完成一个最基本的动作 对于某种单对于某种单 片机片机 若采用了若采用了 1MHZ 的时钟频率的时钟频率 则时钟周期为则时钟周期为 1us 若采用若采用 4MHZ 的时钟频率的时钟频率 则时钟周期为则时钟周期为 0 25us 由于时钟脉冲是计算机的基本由于时钟脉冲是计算机的基本 工作脉冲工作脉冲 它控制着计算机的工作节奏它控制着计算机的工作节奏 使计算机的每一步都统一到使计算机的每一步都统一到 它的步调上来它的步调上来 显然显然 对同一种机型的计算机对同一种机型的计算机 时钟频率越高时钟频率越高 计计 算机的工作速度就越快算机的工作速度就越快 但是但是 由于不同的计算机硬件电路和器件的由于不同的计算机硬件电路和器件的 不完全相同不完全相同 所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同 我们学我们学 习的习的 8051 单片机的时钟范围是单片机的时钟范围是 1 2MHz 12MHz 在在 8051 单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍 用用 P 表示表示 二个节拍定义为一个状态周期二个节拍定义为一个状态周期 用用 S 表示表示 机器周期 在计算机中在计算机中 为了便于管理为了便于管理 常把一条指令的执行过程划分为若常把一条指令的执行过程划分为若 干个阶段干个阶段 每一阶段完成一项工作每一阶段完成一项工作 例如例如 取指令取指令 存储器读存储器读 存储存储 器写等器写等 这每一项工作称为一个基本操作这每一项工作称为一个基本操作 完成完成一个基本操作所需要一个基本操作所需要 的时间称为机器周期的时间称为机器周期 一般情况下一般情况下 一个机器周期由若干个一个机器周期由若干个 S 周期周期 状态周期状态周期 组成组成 8051 系列单片机的一个机器周期同系列单片机的一个机器周期同 6 个个 S 周期周期 状态周期状态周期 组成组成 前面已说过一个时钟周期定义为一个节拍前面已说过一个时钟周期定义为一个节拍 用用 P 表示表示 二个节拍定义为一个状态周期二个节拍定义为一个状态周期 用用 S 表示表示 8051 单片机的单片机的 机器周期由机器周期由 6 个状态周期组成个状态周期组成 也就是说一个机器周期也就是说一个机器周期 6 个状态周个状态周 期期 12 个时钟周期个时钟周期 机器周期机器周期 通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定 CPU 周期周期 也就是也就是 计算机通过内部或外部总线进行一次信息传输从而完计算机通过内部或外部总线进行一次信息传输从而完 成一个或几个微操作所需要的时间成一个或几个微操作所需要的时间 指令周期 指令周期是执行一条指令所需要的时间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一般由若干个机器周期 组成组成 指令不同指令不同 所需的机器周期数也不同所需的机器周期数也不同 对于一些简单的的单字对于一些简单的的单字 节指令节指令 在取指令周期中在取指令周期中 指令取出到指令寄存器后指令取出到指令寄存器后 立即译码执行立即译码执行 不再需要其它的机器周期不再需要其它的机器周期 对于一些比较复杂的指令对于一些比较复杂的指令 例如转移指例如转移指 令令 乘法指令乘法指令 则需要两个或者两个以上的机器周期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 包含两个机器周期包含两个机器周期 的指令称为双周期指令的指令称为双周期指令 总线周期 1 微处理器是在时钟信号微处理器是在时钟信号 CLK 控制下按节拍工作的控制下按节拍工作的 8086 8088 系统的时钟频率为系统的时钟频率为 4 77MHz 每个时钟周期约为每个时钟周期约为 200ns 2 由于存贮器和由于存贮器和 I O 端口是挂接在总线上的端口是挂接在总线上的 CPU 对存贮器和对存贮器和 I O 接口的访问接口的访问 是通过总线实现的是通过总线实现的 通常把通常把 CPU 通过总线对微处通过总线对微处 理器外部理器外部 存储器或存储器或 I O 接口接口 进行一次访问所需时间称为一个总进行一次访问所需时间称为一个总 线周期线周期 一个总线周期一般包含一个总线周期一般包含 4 个时钟周期个时钟周期 这这 4 个时钟周期分个时钟周期分 别称别称 4 个状态即个状态即 T1 状态状态 T2 状态状态 T3 状态和状态和 T4 状态状态 总结一下总结一下 它们之间的关系就是它们之间的关系就是 指令周期由若干个机器周期组成指令周期由若干个机器周期组成 总线周期一般由总线周期一般由 4 个时钟周期组成个时钟周期组成 机器周期和总线周期机器周期和总线周期 机器周期指的是完成一个基本操作的时机器周期指的是完成一个基本操作的时 间间 这个基本操作有时可能包含总线读写这个基本操作有时可能包含总线读写 因而包含总线周期因而包含总线周期 但是但是 有时可能与总线读写无关有时可能与总线读写无关 所以所以 并无明确的相互包含的关系并无明确的相互包含的关系 指令周期指令周期 是是 CPU 的关键指标的关键指标 指取出并执行一条指令的时间指取出并执行一条指令的时间 一一 般以机器周期为单位般以机器周期为单位 分单指令执行周期分单指令执行周期 双指令执行周期等双指令执行周期等 现在现在 的处理器的大部分指令的处理器的大部分指令 ARM DSP 均采用单指令执行周期均采用单指令执行周期 机器周期机器周期 完成一个基本操作的时间单元完成一个基本操作的时间单元 如取指周期如取指周期 取数周期取数周期 时钟周期时钟周期 CPU 的晶振的工作频率的倒数的晶振的工作频率的倒数 fantaxy 晶振一次需要晶振一次需要 的时间的时间 例子例子 22 1184MHZ 的晶振的晶振 它的晶振周期它的晶振周期 时钟周期和机器周期时钟周期和机器周期分分 别是多少别是多少 以以51为 例为 例 晶 振晶 振22 1184M 时 钟 周 期时 钟 周 期 晶 振 周 期晶 振 周 期 就 是就 是 1 22 1184 s 45