051芯片内部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器，反向放大器输入端为XTAL1,输出端XTAL2。在XTAL1和XTAL2两端跨接一个石英晶体及两个电容就构成了稳定自激振荡器，电容器C1和C2通常都取30pF左右，对振荡频率有微调作用。振荡频率范围是1.2-12MHz。

8051也使用外部震荡脉冲信号，由XTAL2端引脚输入，XTAL1端接地，外部震荡脉冲源方式常用于多块8051同时工作，以便于同步。晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输出到片内的时钟发生器上，时钟发生器是一个二分频触发电路，它将振荡器的信号频率fosc除以2，向CPU提供两相时钟信号P1和P2。

时钟信号的周期称为机器状态时间S,CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥8051单片机各个部件协调地工作。

除时钟周期外，还有两个与时间有关的概念叫机器周期和指令周期。计算机的一条指令由若干个字节组成。执行一条指令需要多少时间则以机器周期为单位。所谓一个机器周期就是指CPU访问存储器一次所需要的时间。例如取指令，读存储器，写存储器等等。MCS-51的一个机器周期为12个振荡周期，分为六个S状态，S1-S6.而每个状态又分为两拍，称为P1和P2。因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为S1P1，S1P2,S2P1等直到S6P2.若采用6MHZ晶体振荡器，则每个机器周期恰为2us。每条指令都由一个或几个机器周期组成。

在MCS-51系统中，有单周期指令，双周期指令。四周期指令只有乘，除两条指令。指令的运算速度和它的机器周期直接相关，机器周期数较小则执行速度快。在编程时要注意选用具有同样功能而机器周期数小的指令。每一条指令的执行都可以包括取指和执行两个阶段。在取指阶段，CPU从内部或者外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。

在8051指令系统中，根据各种操作的繁简程度，其指令可由单字节，双字节和三字节组成。从机器执行指令的速度看，单字节和双字节指令都可能是单周期或双周期，而三字节指令都是双周期，只有乘，除指令占四个周期，一条指令的字节数表征这条指令在存储器中所占空间大小，而周期数表征运行这条指令所花时间长短，即运行速度。