波仔
💻 第三章 体验一次手工汇编
📄 一句话概括

每条指令都标着要花几个时钟拍（T 状态）——把拍数加起来除以时钟频率，程序要跑多久就有数了。

📝 本节和前面几节的关系

程序装填好了，最后算一笔账：它要跑多久？——这是第三章的收尾，也是性能思维的第一课。

一、T 状态：指令的价目表

每条指令执行要花若干个时钟周期（Z80 术语叫 T 状态）：LD A,n 花 7 拍、OUT (n),A 花 11 拍、HALT 花 4 拍。 为什么有零有整？取指令要 4 拍，剩下的花在【再取一个操作数】【跟外设握手】这些动作上。 于是【程序跑多快】这道题变成了一道加法题：把每条指令的拍数加起来，除以时钟频率。

二、算一遍小程序的账

三条指令合计 7 + 11 + 4 = 22 拍；时钟 4 MHz（每秒 400 万拍）； 执行时间 = 22 ÷ 4,000,000 ≈ 5.5 微秒——眨一次眼的时间里，这段程序能跑成千上万遍。 真实程序有几万条指令还带循环，账要累加着算——循环体的拍数别忘了乘循环次数。

三、性能思维的起点

这套【数指令、加拍数、乘循环】的方法，是一切性能优化的第一把尺子：先算账，再动手。 【⚠️ 2026 现状】现代 CPU 玩超标量、乱序执行、多级缓存，拍数相加的简单账早已不够用——但先算账这个习惯，仍是每个工程师的基本功。

四、动手 Demo：执行时间估算器

把三条指令的拍数加起来，按 4 MHz 换算成微秒——再算一遍带循环的账。

# 拍数账 -> 执行时间
cycles = [("LD A, 128", 7), ("OUT (2), A", 11), ("HALT", 4)]
total = sum(c for _, c in cycles)
hz = 4_000_000
print("合计拍数 =", total)
print("执行时间 = %.2f 微秒" % (total / hz * 1e6))
loop = 1000
print("若这段在循环里跑 1000 次: %.2f 毫秒" % (total * loop / hz * 1000))

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
估算程序执行时间——拍数账
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不同指令花的时钟拍数(T 状态)不一样。按 Z80 手册的典型值记账：

  指令           T 状态数     白话
  -------------------------------------------------------------
  LD A, 128      7            取指令 4 拍 + 取操作数 3 拍
  OUT (2), A     11           取指 4 + 取端口号 3 + 对外握手 4
  HALT           4            取一条指令就完事

合计拍数 = 7 + 11 + 4 = 22 拍
时钟 4 MHz = 每秒 4000000 拍
执行时间 = 22 / 4000000 秒 = 5.50 微秒

结论：这段程序 22 拍、约 5.5 微秒跑完——快是因为指令少。
真实程序几万条指令、还有循环，账要累加着算。
这也是优化程序的第一把尺子：先数指令，再数循环次数。

循环账要点：把循环体拍数乘次数——循环是【时间放大器】。 反过来用：想在 1 秒内跑完 N 次循环，先算拍数上限——这就是嵌入式开发的日常估算。

30 秒实验

  1. 把 OUT 指令换成两条 LD（各 7 拍），重算总时间——少了一次对外握手，快了多少？
  2. 查一查本机 CPU 的主频，按同样公式算一遍现代机器的【每秒拍数】。

常见误区

  1. 以为所有指令一样快——每条指令拍数不同（Z80 从 4 拍到 23 拍都有）。
  2. 以为时钟频率就是【每秒指令数】——要除以每条指令的拍数才是执行速度。
自测三问（点开对答案） 1. 什么是 T 状态？ —— Z80 中一个时钟周期——每条指令要花若干个 T 状态完成。 2. 三条指令 22 拍、4 MHz，执行时间是多少？ —— 约 5.5 微秒（22 除以 400 万秒）。 3. 为什么说【先算账】仍是现代工程师的基本功？ —— 现代 CPU 的拍数账早已复杂化，但先算量级、再动手优化这个习惯不变。

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