目录1、关于时钟周期、机器周期和指令周期2、堆栈相关3、临界区你应该知道的一切

1、单片机的时钟周期是什么？机器周期？指令周期？它们之间是什么关系？

2、堆栈的工作原理是什么，都有什么操作流程？

3、什么是临界区，临界区有什么用处？

解析：

1、关于时钟周期、机器周期和指令周期

时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数（可以这样来理解，时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时间周期就是1/12 us），是计算机中基本的、小的时间单位。

在一个时钟周期内，CPU仅完成一个基本的动作。对于某种单片机，若采用了1MHZ的时钟频率，则时钟周期为1us；若采用4MHZ的时钟频率，则时钟周期为250us。由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲，它控制着计算机的工作节奏（使计算机的每一步都统一到它的步调上来）。显然，对同一种机型的计算机，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快。但是，由于不同的计算机硬件电路和器件的不完全相同，所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同。我们学习的8051单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz。

在8051单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），二个节拍定义为一个状态周期（用S表示）。

机器周期

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。一般情况下，一个机器周期由若干个S周期（状态周期）组成。8051系列单片机的一个机器周期同6个S周期（状态周期）组成。前面已说过一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），二个节拍定义为一个状态周期（用S表示），8051单片机的机器周期由6个状态周期组成，也就是说一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。

指令周期

指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其它的机器周期。对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。

通常含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令。

2、堆栈相关

堆栈是内存中一段连续的存储区域，用来保存一些临时的数据，比如，可以保存中断指令INT中的标志寄存器值、代码段寄存器CS值、指令指针寄存器IP值；还可以用以RET指令从中可以得到返回的地址；堆栈还可以保存其他的数据等等。

在汇编语言中堆栈操作由PUSH、POP两条指令来完成。它的操作数均为子类型[两个字节]进行操作。

程序内存可以分为：堆区、栈区、全局区、程序代码区、文字常亮区。在一个程序编译完后，已经为全局变量、静态变量分配好内存空间，所以在函数运行的时候，程序内存要为局部变量非配好栈空间，当中断来时，也需要把函数指针入栈，用来保护当前的情况（保护现场），以便于中断处理完之后可以再回到之前的函数。

栈是从高到低的分配或者说先进后出（就像子弹夹），堆是从低到高的分配（就是先到先买，后到后买）。在一般的交谈中我们所说的堆栈默认为栈（子弹夹）。然而，堆栈可以分为硬堆栈和软堆栈，硬堆栈就是SP（stack pointer栈顶元素的下一个位置，所以数据入栈的时候，SP先加1，再压入数据，出栈时，数据先出，然后SP再减1），软堆栈就是在硬堆栈和全局变量区之间的空间。

3、临界区你应该知道的一切

1.临界段代码，也叫临界区，是指那些必须完整连续运行，不可被打断的代码段。

2. 读取或者修改变量（特别是用于任务间通信的全局变量）的代码，一般来说这是常见的临界代码。

调用公共函数的代码，特别是不可重入的函数，如果多个任务都访问这个函数，结果是可想而知的。总之，对于临界段要做到执行时间越短越好，否则会影响系统的实时性。

3.中断处理程序和任务都会访问的临界段代码，需要使用关中断的方法加以保护；仅由任务访问的临界段代码，可以通过给调度器上锁的方法来保护。