系統(tǒng)時(shí)鐘決定了CPU執(zhí)行指令的時(shí)候

CPU的主頻大家都知道吧，記得上大學(xué)那會(huì)裝的第一臺(tái)電腦用的是433MH主頻的CPU。現(xiàn)在主流CPU主頻一般是3GHz，運(yùn)算速度已經(jīng)提升了很多個(gè)數(shù)量級(jí)了。單片機(jī)集成了CPU、RAM、ROM等，它的內(nèi)部也有一個(gè)CPU。

單片機(jī)的時(shí)鐘周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期、指令周期是什么？

不同架構(gòu)單片機(jī)的時(shí)鐘周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期、指令周期是不一樣的，以8051單片機(jī)為例：

時(shí)鐘周期：時(shí)鐘振蕩的周期叫做時(shí)鐘周期，如果使用外部晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘，晶振產(chǎn)生的一個(gè)振蕩脈沖叫做一個(gè)時(shí)鐘周期。

狀態(tài)周期：一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)節(jié)拍，兩個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)狀態(tài)周期（可以用S表示），所以一個(gè)狀態(tài)周期等于兩個(gè)時(shí)鐘周期。

機(jī)器周期：機(jī)器周期是指令周期的最小單位，它是讀取一條指令的最短時(shí)間，一個(gè)機(jī)器周期等于6個(gè)狀態(tài)周期。

指令周期：一條指令包括了一個(gè)或者多個(gè)機(jī)器周期，不同指令所需要的機(jī)器周期是不一樣的，單周期指令只需要一個(gè)機(jī)器周期，多周期指令就需要多個(gè)機(jī)器周期。

由此可見，不管是單周期指令還是多周期指令，它的執(zhí)行最終還是與時(shí)鐘周期相關(guān)的。

最簡(jiǎn)單的指令（單周期指令）它需要12個(gè)時(shí)鐘周期。

單片機(jī)時(shí)鐘決定了指令程序執(zhí)行時(shí)間

我們編寫的單片機(jī)程序，最終會(huì)由編譯器翻譯為匯編語言，最后編譯為機(jī)器代碼下載到單片機(jī)的RoM中去，單片機(jī)上電時(shí)就會(huì)讀取并執(zhí)行ROM的程序。以8051單片機(jī)為例：

單周期指令需要12個(gè)時(shí)鐘周期，雙周期指令需要24個(gè)時(shí)鐘周期。假如我們使用24MHz的晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘，那么12個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間為0.5us（納秒），也就是說執(zhí)行一條單周期指令需要0.50（納秒）；如果把晶振改為12MHz，12個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間為1us（納秒），執(zhí)行一條單周期指令需要1us（納秒）；

程序的執(zhí)行就是依靠芯片的時(shí)鐘的。

單片機(jī)時(shí)鐘選擇：內(nèi)部時(shí)鐘源，外部時(shí)鐘源

一般單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘是可以選擇內(nèi)部時(shí)鐘或者是外部時(shí)鐘的。根據(jù)不同的應(yīng)用需求去具體選擇。例如一些小項(xiàng)目對(duì)精度的要求不是很大，是可以選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘的，這樣可以降低些成本，省去了外部時(shí)鐘電路。但精度，穩(wěn)定度要求較高，就需要選型高可靠質(zhì)量的外部晶振和與晶振匹配的電容，一起組成外部時(shí)鐘源。

芯片內(nèi)部時(shí)鐘源：一般是內(nèi)部RC時(shí)鐘，也就是由內(nèi)部電阻電容組成的震蕩電路。時(shí)鐘的精度，穩(wěn)定度都不是太好，容易受到外界溫度濕度的影響。所以每個(gè)芯片內(nèi)部時(shí)鐘源都是不一樣的，都會(huì)有一定差異性。但這個(gè)差異性在一定的應(yīng)用中根本感覺不到。感覺不到是由于一般芯片的運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)鐘都是幾MHZ-幾十MHZ的頻率。即便出現(xiàn)一定的偏差，但這個(gè)偏差和總時(shí)鐘幾十MHZ相比，還是相當(dāng)小的。 一般內(nèi)部RC的精度是幾十ppm-幾百ppm。1PPM的意義是1MHZ會(huì)偏差個(gè)正負(fù)1HZ。

芯片外部時(shí)鐘源：晶振和匹配電容。外部晶振的精度5ppm-20ppm。根據(jù)性能要求可具體選擇相應(yīng)參數(shù)。

綜上：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘變慢是會(huì)影響運(yùn)行速度的，不僅時(shí)鐘有可能變慢，還是有可能變快的。但這個(gè)快慢的差異對(duì)程序的影響會(huì)不會(huì)帶來一些錯(cuò)誤的執(zhí)行，還需要具體分析程序?qū)崿F(xiàn)的功能和邏輯。但一般技術(shù)的實(shí)現(xiàn)都已經(jīng)考慮了允許誤差。