什么是指令周期、机器周期和时钟周期?三者有何关系?

什么是指令周期、机器周期和时钟周期?三者有何关系?,第1张

CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期机器周期是在同步控制的机器中,执行指令周期中一步相对完整的 *** 作(指令步)所需时间,通常安排机器周期长度=主存周期;时钟周期是指计算机主时钟的周期时间,它是计算机运行时最基本的时序单位,对应完成一个微 *** 作所需时间,通常时钟周期=计算机主频的倒数

1、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。

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 *** 作。完 成一个基本 *** 作所需要的时间称为机器周期。

3、指令周期。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组成。

4、总线周期。通常把 CPU 通过总线对微处理器外部 (存储器或 I/O端口 ) 进行一次访问所需要时间称为一个总线 周期 。

补充说明:

1、指令周期:是指执行一条指令所占用的全部时间,一个指令周期通常含1~4个机器周期。

2、时钟周期:又称状态周期,是震荡周期的两倍,每个时钟的前半周期完成算数逻辑 *** 作,在后半周期,内部寄存器与寄存器间的传输一般在此状态发生。

CPU每取出一条指令并执行这条指令,都要完成一系列的 *** 作,这一系列 *** 作所需要的时间通常叫做一个指令周期。换言之指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。由于各条指令的 *** 作功能不同,因此各种指令的指令周期是不尽相同的。 例如一条加法指令的指令周期同一条乘法指令的指令周期是不相同的。 指令周期常常用若干个CPU周期数来表示,CPU周期也称机器周期。指令不同,所需的机器周期数也不同。对于一些简单的单字节指令,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。

指令周期的基本概念  CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。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组成,是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。指令不同,所需的机器周期数也不同。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。计算机所以能自动地工作,是因为CPU能从存放程序的内存里取出一条指令并执行这条指令;紧接着又是取指令,执行指令……,如此周而复始,构成了一个封闭的循环。除非遇到停机指令,否则这个循环将一直继续下去。1 指令周期: CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。2 CPU周期: 又称机器周期,CPU访问一次内存所花的时间较长,因此用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。3 时钟周期: 通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含若干个时钟周期。

        计算机之所以能自动地工作,是因为CPU能从存放程序的存储器里取出一条指令并执行这条指令;紧接着又是取指令,执行指令,如此周而复始,构成了一个封闭的循环。除非遇到停机指令,否则这个循环将一直继续下去。

        把一条指令从取指令开始到全部处理完为止的一段时间称为这条指令的指令周期,简而言之,指令周期就是CPU取出并执行一条指令所需的全部时间。

归纳起来,CPU的基本 *** 作种类有:

    (1)在寄存器之间传送数据。

    (2)在寄存器与存储器或I/O端口之间传送数据。

    (3)完成一次算术或逻辑运算。

        所有复杂的指令 *** 作,都是由这三类基本 *** 作组合而成的。其中,第二种的 *** 作时间最长,

        因此, 机器周期被定义为CPU进行一次存储器访问所需的时间 。

        一个指令周期包含若干个机器周期。任何指令,包括空 *** 作指令NOP,都需要有执行的时间,执行时间最少为一个机器周期。因此,可能的最短指令周期包含两个机器周期。

        时钟周期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。时钟周期是一个时间的量。时钟周期表示了 SDRAM 所能运行的最高频率。更小的时钟周期就意味着更高的 工作频率 。

        一个机器周期由若干个时钟周期组成,典型的机器周期包含4个时钟周期。

参考:指令周期 机器周期 时钟周期

指令周期:取出并执行一条指令的时间。
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CPU周期。(也就是计算机完成一个基本 *** 作所花费的时间)
时钟周期:处理 *** 作的最基本单位。(CPU的主频)
指令周期、机器周期和时钟周期之间的关系:指令周期通常用若干个机器周期表示,而机器周期时间又包含有若干个时钟周期。


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