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单片机时钟周期、机器周期、指令周期的区别

使用单片机,首先需要进行硬件搭建,尤其是为其安装一个晶振,即可确定cpu工作的时钟周期,进而可基于此,确定另外两种周期。接下来将从硬件电路和原理上,讲解其定义和联系,进而区别其不同。
工具/原料

单片机相关教程及练习

方法/步骤
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首先介绍时钟周期,其是CPU工作频率的倒数,周期数越小,说明CPU可以工作的越快,如图,体现在电信号上,其为最小的振荡单位。

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接下来介绍单片机时钟原理,更好的理解时钟周期。如下图,黄色的为单片机电路图,可以看到其引脚。其中需要外接晶振及电容等,和其内部电路,形成振荡信号。

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具体使用晶振形成振荡的原理如下图,其频率即为时钟周期倒数,所以可选用不同频率晶振,使cpu时钟周期不同。这样该周期,介绍完成。

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对于机器周期,某一固定单片机中,其包括固定个数的时钟周期,这一个数,根据完成一次与内存存储、读取等确定,如下图在51类型中,其包括12个,不同类型个数不同。

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而对于指令周期,是每种运算需要的时间,如加法、逻辑等,是每一步进行这种指令运算需要的时间,是机器周期的整数倍,这种周期不定,如除法一般为4个机器周期,加法则为1个。这是其中,最长的一种周期。

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对于程序中的每行代码,不一定只占用一个指令周期,如下图执行两个二维矩阵相乘,程序代码只有三行,而实际直接了较多相乘、相加运算,远不止三行,但是都是,这种指令周期的整数倍,同时更是其他另外几种周期的整数倍。这样,三种的理解,介绍完成。

注意事项
1

可以只从意思上理解这几种周期,不必掌握具体电路的原理,对于单片机使用者,了解区别后,基于原理,会使用即可。

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