指令周期是取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時(shí)間。一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成，是從取指令、分析指令到執(zhí)行完所需的全部時(shí)間。

指令周期類型有非訪內(nèi)指令的指令周期、取數(shù)指令的指令周期、存數(shù)指令的指令周期、空操作指令和轉(zhuǎn)移指令的指令周期。

指令不同，所需的機(jī)器周期數(shù)也不同。對(duì)于一些簡(jiǎn)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。

從指令的執(zhí)行速度看，單字節(jié)和雙字節(jié)指令一般為單機(jī)器周期和雙機(jī)器周期，三字節(jié)指令都是雙機(jī)器周期，只有乘、除指令占用4個(gè)機(jī)器周期。

因此在進(jìn)行編程時(shí)，在完成相同工作的情況下，選用占用機(jī)器周期少的命令會(huì)提高程序的執(zhí)行速率，尤其是在編寫(xiě)大型程序程序的時(shí)候，其效果更加明顯。

指令周期的四個(gè)階段

非訪內(nèi)指令的指令周期

CLA是一條非訪內(nèi)指令，它需要兩個(gè)CPU 周期，其中取指令階段需要一個(gè)CPU周期，執(zhí)行指令階段需要一個(gè)CPU周期。

1、取指令階段

（1）程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容20（八進(jìn)制）被裝入地址寄存器AR；

（2）程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容加1，變成21，為取下一條指令做好準(zhǔn)備；

（3）地址寄存器的內(nèi)容被放到地址總線上；

（4）所選存儲(chǔ)器單元20的內(nèi)容經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線，傳送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR；

（5）緩沖寄存器的內(nèi)容傳送到指令寄存器IR；

（6）指令寄存器中的操作碼被譯碼或測(cè)試；

（7）CPU識(shí)別出是指令CLA，至此，取指令階段即告結(jié)束。

2、執(zhí)行指令階段

（1）操作控制器送一控制信號(hào)給算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU；

（2）ALU響應(yīng)該控制信號(hào)，將累加寄存器AC的內(nèi)容全部清零，從而執(zhí)行了CLA指令。

取數(shù)指令的指令周期

1.送操作數(shù)地址

第二個(gè)CPU周期主要完成送操作數(shù)地址。在此階段，CPU的動(dòng)作只有一個(gè)，那就是把指令寄存器中的地址碼部分（30）裝入地址寄存器，其中30為內(nèi)存中存放操作數(shù)的地址。

2.兩操作數(shù)相加

第三個(gè)CPU周期主要完成取操作數(shù)并執(zhí)行加法操作中。在此階段，CPU完成如下動(dòng)作：

（1）把地址寄存器中的操作數(shù)的地址發(fā)送到地址總線上。

（2）由存儲(chǔ)器單元30中讀出操作數(shù)，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送到緩沖寄存器。

（3）執(zhí)行加操作：由數(shù)據(jù)緩沖寄存器來(lái)的操作數(shù)可送往ALU 的一個(gè)輸入端，已等候在累加器內(nèi)的另一個(gè)操作數(shù)（因?yàn)镃LA指令執(zhí)行結(jié)束后累加器內(nèi)容為零）送往ALU的另一輸入端，于是ALU將兩數(shù)相加，產(chǎn)生運(yùn)算結(jié)果為0+6=6。這個(gè)結(jié)果放回累加器，替換了累加器中原先的數(shù)0 。

存數(shù)指令的指令周期

STA指令的指令周期由三個(gè)CPU周期組成。

1.送操作數(shù)地址

在執(zhí)行階段的第一個(gè)CPU周期中，CPU完成的動(dòng)作是把指令寄存器中地址碼部分的形式地址40裝到地址寄存器。其中數(shù)字40是操作數(shù)地址。

2.存儲(chǔ)和數(shù)

執(zhí)行階段的第二個(gè)CPU周期中，累加寄存器的內(nèi)容傳送到緩沖寄存器，然后再存入到所選定的存儲(chǔ)單元（40）中。CPU完成如下動(dòng)作：

（1）累加器的內(nèi)容被傳送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR；

（2）把地址寄存器的內(nèi)容發(fā)送到地址總線上，即為將要存入的數(shù)據(jù)6的內(nèi)存單元號(hào)；

（3）把緩沖寄存器的內(nèi)容發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上；

（4）數(shù)據(jù)總線上的數(shù)寫(xiě)入到所選中的存儲(chǔ)器單元中，即將數(shù)6寫(xiě)入到存儲(chǔ)器40號(hào)單元中。注意 在這個(gè)操作之后，累加器中仍然保留和數(shù)6，而存儲(chǔ)器40號(hào)單元中原先的內(nèi)容被沖掉 。

空操作指令和轉(zhuǎn)移指令的指令周期

第四條指令即“NOP”指令，這是一條空操作指令。其中第一個(gè)CPU周期中取指令，CPU把23號(hào)單元的“NOP”指令取出放到指令寄存器，第二個(gè)CPU周期中執(zhí)行該指令。因譯碼器譯出是“NOP”指令，第二個(gè)CPU周期中操作控制器不發(fā)出任何控制信號(hào)。NOP指令可用來(lái)調(diào)機(jī)之用。

1.第一個(gè)CPU周期（取指令階段）

CPU把24號(hào)單元的“JMP 21”指令取出放至指令寄存器，同時(shí)程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容加1，變?yōu)?5，從而取下一條指令做好準(zhǔn)備。

2.第二個(gè)CPU周期（執(zhí)行階段）

CPU把指令寄存器中地址碼部分21送到程序計(jì)數(shù)器，從而用新內(nèi)容21代替PC原先的內(nèi)容25。這樣，下一條指令將不從25單元讀出，而是從內(nèi)存21單元開(kāi)始讀出并執(zhí)行，從而改變了程序原先的執(zhí)行順序。

注意 執(zhí)行“JMP 21”指令時(shí)，我們此處所給的四條指令組成的程序進(jìn)入了死循環(huán)，除非人為停機(jī)，否則這個(gè)程序?qū)o(wú)休止地運(yùn)行下去，因而內(nèi)存單元40中的和數(shù)將一直不斷地發(fā)生變化。當(dāng)然，我們此處所舉的轉(zhuǎn)移地址21是隨意的，僅僅用來(lái)說(shuō)明轉(zhuǎn)移指令能夠改變程序的執(zhí)行順序而已