目錄1、關(guān)于時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期2、堆棧相關(guān)3、臨界區(qū)你應(yīng)該知道的一切

1、單片機(jī)的時(shí)鐘周期是什么？機(jī)器周期？指令周期？它們之間是什么關(guān)系？

2、堆棧的工作原理是什么，都有什么操作流程？

3、什么是臨界區(qū)，臨界區(qū)有什么用處？

解析：

1、關(guān)于時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期

時(shí)鐘周期也稱為振蕩周期，定義為時(shí)鐘脈沖的倒數(shù)（可以這樣來理解，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)間周期就是1/12 us），是計(jì)算機(jī)中基本的、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)基本的動(dòng)作。對(duì)于某種單片機(jī)，若采用了1MHZ的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為1us；若采用4MHZ的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為250us。由于時(shí)鐘脈沖是計(jì)算機(jī)的基本工作脈沖，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏（使計(jì)算機(jī)的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來）。顯然，對(duì)同一種機(jī)型的計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率越高，計(jì)算機(jī)的工作速度就越快。但是，由于不同的計(jì)算機(jī)硬件電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時(shí)鐘周頻率范圍也不一定相同。我們學(xué)習(xí)的8051單片機(jī)的時(shí)鐘范圍是1.2MHz-12MHz。

在8051單片機(jī)中把一個(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

在計(jì)算機(jī)中，為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。例如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫等，這每一項(xiàng)工作稱為一個(gè)基本操作。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。8051系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期同6個(gè)S周期（狀態(tài)周期）組成。前面已說過一個(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），8051單片機(jī)的機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)周期組成，也就是說一個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)周期=12個(gè)時(shí)鐘周期。

指令周期

指令周期是執(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)器周期數(shù)也不同。對(duì)于一些簡單的的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其它的機(jī)器周期。對(duì)于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)器周期。

通常含一個(gè)機(jī)器周期的指令稱為單周期指令，包含兩個(gè)機(jī)器周期的指令稱為雙周期指令。

2、堆棧相關(guān)

堆棧是內(nèi)存中一段連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)域，用來保存一些臨時(shí)的數(shù)據(jù)，比如，可以保存中斷指令I(lǐng)NT中的標(biāo)志寄存器值、代碼段寄存器CS值、指令指針寄存器IP值；還可以用以RET指令從中可以得到返回的地址；堆棧還可以保存其他的數(shù)據(jù)等等。

在匯編語言中堆棧操作由PUSH、POP兩條指令來完成。它的操作數(shù)均為子類型[兩個(gè)字節(jié)]進(jìn)行操作。

程序內(nèi)存可以分為：堆區(qū)、棧區(qū)、全局區(qū)、程序代碼區(qū)、文字常亮區(qū)。在一個(gè)程序編譯完后，已經(jīng)為全局變量、靜態(tài)變量分配好內(nèi)存空間，所以在函數(shù)運(yùn)行的時(shí)候，程序內(nèi)存要為局部變量非配好?？臻g，當(dāng)中斷來時(shí)，也需要把函數(shù)指針入棧，用來保護(hù)當(dāng)前的情況（保護(hù)現(xiàn)場），以便于中斷處理完之后可以再回到之前的函數(shù)。

棧是從高到低的分配或者說先進(jìn)后出（就像子彈夾），堆是從低到高的分配（就是先到先買，后到后買）。在一般的交談中我們所說的堆棧默認(rèn)為棧（子彈夾）。然而，堆棧可以分為硬堆棧和軟堆棧，硬堆棧就是SP（stack pointer棧頂元素的下一個(gè)位置，所以數(shù)據(jù)入棧的時(shí)候，SP先加1，再壓入數(shù)據(jù)，出棧時(shí)，數(shù)據(jù)先出，然后SP再減1），軟堆棧就是在硬堆棧和全局變量區(qū)之間的空間。

3、臨界區(qū)你應(yīng)該知道的一切

1.臨界段代碼，也叫臨界區(qū)，是指那些必須完整連續(xù)運(yùn)行，不可被打斷的代碼段。

2. 讀取或者修改變量（特別是用于任務(wù)間通信的全局變量）的代碼，一般來說這是常見的臨界代碼。

調(diào)用公共函數(shù)的代碼，特別是不可重入的函數(shù)，如果多個(gè)任務(wù)都訪問這個(gè)函數(shù)，結(jié)果是可想而知的?？傊瑢?duì)于臨界段要做到執(zhí)行時(shí)間越短越好，否則會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

3.中斷處理程序和任務(wù)都會(huì)訪問的臨界段代碼，需要使用關(guān)中斷的方法加以保護(hù)；僅由任務(wù)訪問的臨界段代碼，可以通過給調(diào)度器上鎖的方法來保護(hù)。