时钟周期、总线周期详细说明

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）。

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；

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。

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。

总结一下，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；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。

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。

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。

例子：22.1184MHZ的晶振,它的晶振周期、时钟周期和机器周期分别是多少？

以51为例,晶振22.1184M，时钟周期(晶振周期)就是(1/22.1184)μs，一个机器周期包含12个时钟周期，一个机器周期就是0.5425μs。一个机器周期一般是一条指令花费的时间，也有些是2个机器周期的指令，DJNZ，是双周期指令.

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红皮书118页说cpu的操作频率可达60MHZ，这个频率是机器周期还是指令周期？ARM机器周期跟指令周期有什么对应关系？由于ARM采用的是三级流水线的技术，所有的指令执行都由相同的三个阶段取指，译码，执行，那么所有的指令的执行时间是不是都是相同的？

我的理解是：如果ARM不接pll（即ARM直接采用晶振的周期），ARM的机器周期就是晶振的振荡周期，这两个是等同的，所有的指令的执行时间都是相同的，且都等于晶振周期；如果ARM连接并使能pll，则1/Fcclk就是机器周期，指令的执行频率等于Fcclk。请教高手指点更正，多谢！！

zlgarm ：

没有机器周期的概念，只有主时钟的概念，它是OLL的输出。如果程序和数据均在片内RAM中，这样计算指令执行时间

1、一般指令需1个主时钟时间

2、每次跳转增加3个主时钟时间（也许是2个，需要确认）

3、从RAM中取一个操作数多增加一个主时钟时间，以次类推

4、保存一个结果到RAM中多增加一个主时钟时间，以次类推

5、访问片内外设，增加一个外设时钟时间

注意伪指令ldr rn,=x需要从ram中取一个操作数。

slump：

如果从FLASH中运行，启动MAM后，当指令不在MAM缓冲中，需用MAMTIM个周期进行MAM预取指。所以程序跳转的开销是相当大的。

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8051、ARM和DSP指令周期的测试与分析

本文对三种最具代表性的微控制器（AT89S51单片机、7TDMI核的LPC2114型单片机和TMS320F2812）的指令周期进行了分析和。为了能观察到指令周期，将三种控制器的GPIO口设置为数字输出口，并采用循环不断地置位和清零，通过观察GPIO口的波形变化得到整个循环的周期。为了将整个循环的周期与具体的每一条指令的指令周期对应起来，通过C语言源程序得到汇编语言指令来计算每一条汇编语言的指令周期。

1 AT89S51工作机制及指令周期的

AT89S51单片机的时钟采用内部方式，时钟发生器对振荡脉冲进行2分频。由于时钟周期为振荡周期的两倍（时钟周期＝振荡周期P1+振荡周期P2），而1个机器周期含有6个时钟，因此1个机器周期包括12个晶振的振荡周期。取石英晶振的振荡频率为11.059 2 MHz，则单片机的机器周期为12/11.059 2=1.085 1 μs。51系列单片机的指令周期一般含1～4个机器周期，多数指令为单周期指令，有2周期和4周期指令。

为了观察指令周期，对单片机的P1口的最低位进行循环置位操作和清除操作。源程序如下：

#include

main() {

while(1) {

P1=0x01;

P1=0x00;

}

}

采用KEIL uVISION2进行编译、链接，生成可执行文件。当调用该集成环境中的Debug时，可以得到上述源程序混合模式的反汇编代码：

2:main()

3: {

4:while(1)

5:{