時(shí)鐘周期

 
       時(shí)鐘周期也稱(chēng)為振蕩周期，定義為時(shí)鐘脈沖的倒數(shù)（時(shí)鐘周期就是單片機(jī)外接晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時(shí)鐘周期就是1/12us），是計(jì)算機(jī)中的最基本的、最小的時(shí)間單位。
       在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個(gè)最基本的動(dòng)作。時(shí)鐘脈沖是計(jì)算機(jī)的基本工作脈沖，控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。時(shí)鐘頻率越高，工作速度就越快。
 
       8051單片機(jī)把一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)節(jié)拍（用P表示），二個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)狀態(tài)周期（用S表示）。
 
機(jī)器周期
 
       計(jì)算機(jī)中，常把一條指令的執(zhí)行過(guò)程劃分為若干個(gè)階段，每一個(gè)階段完成一項(xiàng)工作。每一項(xiàng)工作稱(chēng)為一個(gè)基本操作，完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱(chēng)為機(jī)器周期。8051系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。 一個(gè)S周期=2個(gè)節(jié)拍（P），所以8051單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)周期=12個(gè)時(shí)鐘周期。
 
       例如外接24M晶振的單片機(jī)，他的一個(gè)機(jī)器周期=12/24M 秒；
 
指令周期
 

    執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。指令不同，所需的機(jī)器周期也不同。

CPU 周期信號(hào)、節(jié)拍周期信號(hào)、節(jié)拍脈沖信號(hào)三者之間的關(guān)系是什么？

      一小塊石英晶體加電后產(chǎn)生壓電反應(yīng)，在固定頻率振動(dòng)，產(chǎn)生出電壓按照固定周期變化的脈沖信號(hào)。這個(gè)高頻率的信號(hào)通向分頻器（frequency divider），轉(zhuǎn)化為比較低頻的信號(hào)。

（ http://www.electronics-tutorials.ws/counter/count_1.html ）

     以上圖為例，分頻器分出來(lái)的信號(hào)有四個(gè)頻率。題目中所說(shuō) CPU周期信號(hào)、節(jié)拍周期信號(hào)、節(jié)拍脈沖信號(hào)本質(zhì)上都是時(shí)鐘脈沖的不同分頻，主要區(qū)別在于用途上。

     通常來(lái)說(shuō)，CPU 周期信號(hào)最“慢”，它決定 CPU 所處的狀態(tài)。CPU 執(zhí)行一條指令的周期叫做指令周期（instruction cycle），指令周期可以劃分為 fetch、decode、和 execute 三個(gè)部分，所以也叫 fetch-decode-execute cycle。假設(shè)上圖與 QD 頻率相同的信號(hào)有三個(gè)，QD1、QD2、QD3，它們分別依次處于高電位，那么就可以用它們來(lái)控制 CPU 處于 fetch、decode、還是 execute 狀態(tài)，這就是 CPU 周期信號(hào)。

     節(jié)拍周期信號(hào)是控制信號(hào)，調(diào)整電路的功能。比如，現(xiàn)在 CPU 處于 fetch 狀態(tài)，仍舊以上圖為例，假設(shè) QC 這個(gè)比 QD “快”的信號(hào)有 QC1、QC2、QC3……QCi 個(gè)，分別對(duì)應(yīng)電路的不同功能（比如，應(yīng)該將從內(nèi)存中取來(lái)的數(shù)字作為指令解釋?zhuān)€是送給寄存器存起來(lái)），誰(shuí)處于高電位，CPU 就能執(zhí)行誰(shuí)決定的功能。

      節(jié)拍脈沖信號(hào)則是觸發(fā)信號(hào)，決定電路的實(shí)際工作起點(diǎn)。以上圖的 QB 為例，假設(shè) QD1 決定 CPU 處于 fetch 階段，QC1 決定 CPU 的功能是去內(nèi)存取一個(gè)數(shù)字，那么 QB 的上升沿會(huì)觸發(fā)整個(gè)電路切實(shí)地執(zhí)行這個(gè)功能。

      可以這樣類(lèi)比：

      某診所周一二三門(mén)診，周四五看復(fù)診病人，周六日不辦公
——對(duì)應(yīng)三個(gè) CPU 周期

      診所星期一二三 8:00 開(kāi)始門(mén)診，12:00 午休，13:00 繼續(xù)門(mén)診，17:00 關(guān)門(mén)
——對(duì)應(yīng)節(jié)拍周期

      某個(gè)病人星期二 9:00 去看了病
——對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)

    （注意上面的說(shuō)法極度簡(jiǎn)化，實(shí)際的實(shí)現(xiàn)要復(fù)雜很多，比如振動(dòng)源不一定是石英，每個(gè) CPU 周期未必等長(zhǎng)，CPU 也并不是在某一時(shí)刻只能處于單獨(dú)一種周期狀態(tài)里（詳見(jiàn) pipelining），乃至周期層級(jí)也未必就是三層等等。）