機器週期

時序是用定時單位來説明的。MCS-51的時序定時單位共有4個，從小到大依次是：節拍、狀態、機器週期和指令週期。下面分別加以説明 ^[2]  。

節拍與狀態：把振盪脈衝的週期定義為節拍（用p表示）。振盪脈衝經過二分頻後定義為狀態。一個狀態就包含兩個節拍 ^[2]  。

機器週期：MCS-51採用定時控制方式，有固定的機器週期，規定一個機器週期的寬度為6個狀態，並依次表示為S1-S6。由於一個狀態包括兩個節拍，因此一個機器週期總共有12個節拍，分別記作S1P1、S1P2、……、S6P2。因此一個機器週期就由12個振盪脈衝週期組成 ^[3]  。

顯然，當振盪脈衝頻率為12MHz時，一個機器週期為1μs，當振盪脈衝頻率為6MHz時，一個機器週期為2μs ^[3]  。

指令週期：指令週期是最大的時序定時單位，執行一條指令所需要的時間稱為指令週期。MCS-51的指令週期根據指令的不同，可分別包含有一、二、四個機器週期 ^[3]  。

CPU每取出一條指令並執行這條指令，都要完成一系列的操作，這一系列操作所需要的時間通常叫做一個指令週期。換言之指令週期是取出一條指令並執行這條指令的時間。由於各條指令的操作功能不同，因此各種指令的指令週期是不盡相同的。例如一條加法指令的指令週期同一條乘法指令的指令週期是不相同的 ^[4]  。

指令週期常常用若干個CPU週期數來表示，CPU週期也稱為機器週期。由於CPU內部的操作速度快，而CPU訪問一次內存所花的時間較長，通常用內存中讀取一個指令字的最短時間來規定CPU週期。這就是説，一條指令的取出階段（通常稱為取指）需要一個CPU週期時間。而一個CPU週期時間又包含有若干個時鐘週期（通常稱為節拍脈衝或T週期，它是處理操作的最基本單位）。這些時鐘週期的總和，決定了一個CPU週期的時間寬度。由此可知，取出和執行任何一條指令所需的最短時間為兩個CPU週期。對於複雜一些的指令，則需要更多的CPU週期 ^[4]  。

1、微處理器是在時鐘信號CLK控制下按節拍工作的。8086/8088系統的時鐘頻率為4.77MHz，每個時鐘週期約為200ns ^[5]  。

2、由於存貯器和I/O端口是掛接在總線上的，CPU對存貯器和I/O接口的訪問，是通過總線實現的。我們通常把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，稱為一個總線週期 ^[5]  。

時鐘週期T又稱為振盪週期，由單片機片內振盪電路OSC產生，常定義為時鐘脈衝頻率的倒數，是時序中最小的時間單位。例如，若某單片機時鐘頻率為1MHz，則它的時鐘週期T應為1μs。由於時鐘脈衝是計算機的基本工作脈衝，它控制着計算機的工作節奏，使計算機的每一步工作都統一到它的步調上來。顯然，對同一種機型的計算機，時鐘頻率越高，計算機的工作速度就越快。但是，由於不同的計算機硬件電路和器件的不完全相同，所以它們需要的時鐘週期頻率範圍也不一定相同 ^[6]  。

1、指令週期由若干個機器週期組成，而機器週期又包含若干個時鐘週期，基本總線週期由4個時鐘週期組成 ^[7]  。

2、機器週期和總線週期的關係：機器週期指的是完成一個基本操作的時間，基本操作有時可能包含總線讀/寫，因而包含總線週期，但是有時可能與總線讀/寫無關，所以，並無明確的相互包含關係 ^[7]  。