Что такое машинный цикл?

z80 имеет два разных понятия «цикл». Различие имеет значение, потому что z80 - это многоцикловая архитектура, в которой используется как несколько тактов на «шаг», так и (часто) несколько «шагов» на инструкцию.

«Шаги» называются машинными циклами (M-циклами), они выполняют задачи «высокого уровня», такие как чтение из памяти, выполнение операции ALU и т. Д. Сложные инструкции, такие как inc (iy+42), занимают много машинных циклов, для декодирования префикса, основной код операции, считывание смещения, добавление его к iy, выполнение приращения и обратная запись результата. У условных переходов даже есть переменное количество M-циклов, они пропускают M-цикл, который выполняет этот фактический переход, если условие ложно.

Затем каждый M-цикл занимает несколько (от 3 до 6) тактовых циклов (также известный как T-цикл или T-состояние, эта терминология в основном исчезла, если не относится к старым многоцикловым процессорам). Например, чтение из памяти займет 3 цикла, декодирование кода операции обычно занимает 4, некоторые внутренние операции занимают 5, а 16-битные приращения каким-то образом расширяют OCF на 2 других цикла.

Это все довольно специфично для z80.

В другом месте термин «машинный цикл» использовался для обозначения своего рода «полного отключения» инструкции от начала до конца. Это не то, что имелось бы в виду в контексте z80.

Четыре шага, которые CPU выполняет для каждой инструкции машинного языка: выборка, декодирование, выполнение и сохранение.

Каждый из этих шагов обычно происходит в другом цикле. «Выполнение» - это сложный процесс, включающий несколько подэтапов и множество транзисторов, но для большинства инструкций он все же может быть выполнен за один цикл. Это одна из причин, по которой в этих местах устанавливаются границы между частями процессора.

первый в основном говорит: Машинный цикл - это цикл выборки-декодирования-выполнения

Нет, это не так. Это совершенно неверно. Старые неконвейерные процессоры обычно имеют пропускную способность менее одной инструкции за цикл, потому что каждая инструкция занимает несколько циклов, прежде чем может начаться следующая.

Тактовый цикл ЦП или машинный цикл - это цикл от низкого напряжения до высокого и обратно. https://en.wikipedia.org/wiki/Clock_signal. ЦП использует этот тактовый вход для синхронизации различных шагов.

Максимальная тактовая частота процессора ограничена самой медленной вещью, которая должна произойти за один такт. например возможно, на этапе декодирования много задержек затвора, поэтому, если часы работают быстрее, результат не будет зафиксирован в защелке между этим этапом и следующим этапом, когда часы перейдут с высокого на низкий.

Конвейерный ЦП будет пытаться поддерживать занятость своих различных этапов одновременно, вместо того, чтобы ждать завершения выполнения одной инструкции перед декодированием (или, возможно, даже выборкой) следующей. См. https://en.wikipedia.org/wiki/Classic_RISC_pipeline.