時鍾周期、振盪周期、機器周期、CPU周期、狀態周期、指令周期、總線周期、任務周期


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  計算機系統有一系列的“周期”概念,區別、聯系地理解這些概念至關重要。以下對時鍾周期、振盪周期、機器周期、CPU周期、狀態周期、指令周期、總線周期、任務周期進行簡單介紹。

周期

  在電子技術中,脈沖信號是一個按一定電壓幅度,一定時間間隔連續發出的脈沖信號。脈沖信號之間的時間間隔稱為周期;而將在單位時間(如1秒)內所產生的脈沖個數稱為頻率。頻率是描述周期性循環信號(包括脈沖信號)在單位時間內所出現的脈沖數量多少的計量名稱;頻率的標准計量單位是Hz(赫)。電腦中的系統時鍾就是一個典型的頻率相當精確和穩定的脈沖信號發生器。

 

時鍾周期

  時鍾周期,一般也稱振盪周期(如果晶振的輸出沒有經過分頻就直接作為cpu的工作時鍾,則時鍾周期就等於振盪周期),即CPU的晶振的工作頻率的倒數,是計算機中最基本的、最小的時間單位。通常成為節拍脈沖或者T周期。對於單片機時鍾周期,時鍾周期是單片機的基本時間單位,兩個振盪周期(時鍾周期)組成一個狀態周期。

 

振盪周期(oscillating period)

  在衰減振盪中,兩個相鄰同方向峰值之間的時間稱為振盪周期Tp,振盪頻率2π/Tp。在相同衰減比下,振盪周期越短或振盪頻率越高,則回復時間越短,因此振盪周期(頻率)反映系統響應快慢的指標。

 

機器周期

  機器周期,一般也叫CPU周期。在計算機中,為了便於管理,常把一條指令的執行過程划分為若干個階段(如,取指令、存儲器讀、存儲器寫等),每一階段完成一項工作(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。

 

CPU周期

  又稱機器周期,CPU周期定義為從內存讀取一條指令字的最短時間。一個指令周期常由若干CPU周期構成。

 

狀態周期

  在8051單片機中把一個時鍾周期定義為一個節拍(用P表示),二個節拍定義為一個狀態周期(用S表示)。

  8051系列單片機的一個機器周期同6個S周期(狀態周期)組成。一個機器周期包含6個狀態周期(S1-S6),而一個狀態周期又包含兩個時鍾振盪周期(簡稱時鍾周期)。例: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個時鍾周期。

 

指令周期

  指令周期是執行一條指令所需要的時間,即CPU從內存取出一條指令並執行這條指令的時間總和。一般由若干個機器周期組成,從取指令、分析指令到執行完所需的全部時間。指令不同,所需的機器周期數也不同。對於一些簡單的的單字節指令,在取指令周期中,指令取出到指令寄存器后,立即譯碼執行,不再需要其它的機器周期。對於一些比較復雜的指令,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。 

 

總線周期

  總線周期通常指的使通過總線完成一次內存讀寫操作或完成一次輸入輸出設備的讀寫操作所必須的時間。由於存儲器和I/O端口是掛接在總線上的,CPU對存儲器和I/O接口的訪問,是通過總線實現的。通常把CPU通過總線對微處理器外部(存儲器或I/O接口)進行一次訪問所需時間稱為一個總線周期。一個總線周期一般包含4個時鍾周期,這4個時鍾周期分別稱4個狀態即T1狀態、T2狀態、T3狀態和T4狀態。

 

任務周期

       周期任務是指計算機系統按一定周期達到並請求運行,每次請求稱為任務的一個任務實例,任務實例所屬任務的起始時刻稱為該任務實例的到達時刻,任務實例被置為就緒態的時刻稱為該任務實例的釋放時刻。

 

 

 


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