计算机组成原理 机器周期的概念

Question

我想问机器周期的概念是什么？说它是完成一个基本操作所需要的时间，那不是有很多基本操作，所以机器周期长度可以有长有短？此外，机器周期是指令执行过程中引出来的，它是说一个指令分成很多周期，比如取指，间址，执行，中断周期，每一个周期都完成一个基本操作，把完成每个基本操作的时间叫做机器周期，那机器周期不就是这些，取指，间址，执行，中断周期的等意词吗？此外，机器周期它到底有多少时间，为什么有人说它被定义为等于一个访存周期又紧接着说一个机器周期等于取指周期这样一个荒唐的说法，取指周期包括访存但多于它不是吗？机器周期到底是等于一个寻址周期，就是包括pc+1这些类似的操作所要的时间还是就是寻址访问内存那一段所要的时间

Answer 1

以下回复参考：皆我百晓生、券券喵儿等免费微信小程序作答:

机器周期是衡量处理器在执行一条指令时所花费的时间单位，这个概念主要应用于计算机科学和电子学中。

在计算机系统中，指令通常包含一系列的操作码（指令格式）和数据寄存器，这些操作按照一定的顺序被执行。为了简化计算，通常会将整个过程分割成若干个时间片（称为机器周期），并在每个机器周期内执行一个基本的操作，如取指、间址、执行和中断处理。这样，整个指令的执行就可以分解为多个独立的部分，并且各个部分之间不会相互影响。

机器周期的具体长度因不同的处理器架构而异，取决于指令集设计、流水线技术以及其它相关因素。对于大多数现代处理器而言，一个完整的机器周期可能包含以下几个阶段：

1. 取指：从内存读取指令。
2. 间址：根据指令中的地址信息找到数据存储单元的位置。
3. 执行：根据指令中的操作码执行相应的操作。
4. 中断处理：响应外部事件并进行适当的处理。

由于指令通常包含了多个操作，因此机器周期可能会被划分为多个子周期来代表不同操作的执行。例如，在一些处理器中，一个机器周期可能被划分为几个更小的子周期，分别对应到取指、间址、执行和中断处理等步骤。

关于机器周期是否被定义为等于一个访存周期的说法，这是一个误解。机器周期指的是处理器内部对指令执行的过程进行划分的一个概念，而不是实际访问主存的数据周期。实际上，一个机器周期并不总是等于一个访存周期，因为访问主存和其他非指令操作也需要消耗时间。例如，访问主存需要时间，而执行其他操作也需要时间。机器周期通常是针对指令执行过程的设计目标，用来衡量处理器性能的关键指标之一。

至于取指周期的问题，这其实是一个混淆了的术语。取指周期通常指的是从指令控制器取出指令开始到执行第一个操作为止的时间间隔。在这个时间段内，处理器必须完成取指操作，即从内存中读取指令。而另一个概念——取指周期，有时也被称为"机器周期"，指的是一个完整的机器周期，包含了所有必要的操作，从取指到执行最后一个操作结束。需要注意的是，这两个概念并不是完全相同的，它们各自代表了不同的时间范围。

综上所述，机器周期是处理器在执行指令时所需的时间单位，通常由指令集设计决定，其具体长度取决于处理器架构和技术细节。机器周期不应与访存周期混淆，后者是CPU访问内存或其他存储设备所需的平均时间，而非指令执行本身。正确的理解应基于指令执行过程的细化分析，而不是简单地将其归结为某个特定的时间单位。