时钟周期、机器周期与指令周期

一、指令周期（Instruction Cycle）

????????CPU从存储器中取出并执行一条指令所需的全部时间称之为指令周期。

二、时钟周期（cycle，clock cycle）

????????主频：计算机内部主时钟的频率，通常以MHz或者GHz为单位，是生产设计CPU时就已经确定下来的。主频越高，CPU的运算速度越快，时钟周期越短，硬件技术水平的提高可以提升主频。

三、机器周期（Machine Cycle）

?????????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操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。机器周期又叫做CPU周期（CPU Cycle），机器周期是人为规定的，实际上是对一条指令执行过程阶段的划分。

机器周期的规定：CPU内部操作速度很快，但访问内存速度却慢很多。 每条指令都需要从内存里面加载而来，所以一般把从内存里面读取一条指令的最短时间（与数据通路相关），规定为机器周期。

四、时钟周期、机器周期与指令周期关系总结

????????指令周期由若干个机器周期组成，而机器周期又包含若干个时钟周期，基本总线周期由4个时钟周期组成

五、51单片机中的_nop_()

????????C语言中没有_nop_()函数。在51C中一般包含在#include "intrins.h" 头文件中。该函数是在51单片机中用的延时函数，表示执行一条没有什么意义的指令，延时一个指令周期，有的指令周期是两个或两个以上的机械周期，但是_nop_()指令需要的只是一个机械周期也就是12个时钟周期（震荡周期）。

????????以MCS-51单片机为例，它有固定的机器周期，一个机器周期包含六个状态例如，取指令、存储器读、存储器写等。即机器周期等于6个状态周期，而一个状态周期是2个时钟周期，因此一个机器周期又等于12个时钟周期。那么晶振频率为12MHz的的单片机的机器周期 T = 12*Tosc = 1 us。如果只用的是12MHZ的晶振，那么 一个机械周期就是1us；也就是说：_nop_(); 指令的延迟时间为 1us。

六、nop指令的作用：

1）就是通过nop指令的填充（nop指令一个字节），使指令按字对齐，从而减少取指令时的内存访问次数。（一般用来内存地址偶数对齐，比如有一条指令，占3字节，这时候使用nop指令，cpu 就可以从第四个字节处读取指令了。）
2）通过nop指令产生一定的延迟，但是对于快速的CPU来说效果不明显，可以使用rep前缀，多延迟几个时钟。
3）i/o传输时，也会用一下 nop，等待缓冲区清空，总线恢复；
4）清除由上一个算术逻辑指令设置的flag位；?