5．3．2 三级时序系统
由于CPU 设计时序系统主要是针对同步控制方式，因此本节具体讨论同步控制方式的时序系统。
在同步控制方式中，将时序关系划分为几个层次，称为多级时序。传统计算机都是采用三级时序系统。其中涉及的时序包括指令周期、机器周期、时钟周期以及工作脉冲。
（1）指令周期
指令周期是指从内存取出一条指令并执行该指令所用的时间。不同类型的指令，其指令周期的长短可以不同。通常，以开始取指令作为一个指令周期的开始，即上一个指令周期的结束。有的CPU 设置有专门的取指标志，但一般都不在时序系统中为指令周期设置完整的时间标志信号，因此一般不将指令周期视为时序的一级。
（2）机器周期（CPU 周期）
将指令周期划分为若干个工作阶段，如取指令、读取源操作数、读取目的操作数、执行等阶段。每个阶段称为一个机器周期，也称为CPU 周期。机器周期划分的目的是为了更好地安排CPU 的工作，如取指周期的工作就是取出指令，执行周期就是执行指令等。这是三级时序系统中的第一级时序。
（3）时钟周期（节拍）
一个机器周期的操作可能需要分成几步完成，例如，按变址方式读取操作数，先要进行变址运算才能访存读取。因此又将一个机器周期划分为若干个相等的时间段，每个时间段内完成一步操作，这是时序系统中最基本的时间分段。各时钟周期长度相同，一个机器周期可根据其需要，由若干个时钟周期组成。不同机器周期或不同指令中的同一种机器周期，其时钟周期数目可以不同。这是三级时序系统中的第二级时序。
（4）工作脉冲
在一个时钟周期（节拍）中设置若干个脉冲，用于寄存器的输出、输入等。这是三级时序系统中的第三级时序。
于是，机器周期、时钟周期、工作脉冲构成了三级时序系统。
如图5．2所示，一个指令周期包含取指和执行两个机器周期，即机器周期1和机器周期2，这是控制不同阶段操作的时间，机器周期1又包含两个时钟周期，即时钟周期T 1 和时钟周期T 2，这是控制微操作（计算机系统中最基本的时间段）的时间；时钟周期又是由若干工作脉冲构成，这些工作脉冲主要用来对这些微操作进行定时，如打入IR（指令寄存器）等。
但是，现代计算机已不再采用三级时序系统，机器周期的概念已经消失，取代的定时信号就是时钟，一个时钟周期就是一个节拍。
图5．2 时序信号之间的关系