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控制单元CU 第 九 章 3. 什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？ 解：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期；机器周期是在同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作（指令步）所需时间，通常安排机器周期长度=主存周期；时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基本的时序单位，对应完成一个微操作所需时间，通常时钟周期=计算机主频的倒数。 4. 能不能说CPU的主频越快，计算机的运行速度就越快？为什么？ 解：不能说机器的主频越快，机器的速度就越快。因为机器的速度不仅与主频有关，还与数据通路结构、时序分配方案、ALU运算能力、指令功能强弱等多种因素有关，要看综合效果。 5. 设机器A的CPU主频为8MHz，机器周期含4个时钟周期，且该机的平均指令执行速度是0.4MIPS，试求该机的平均指令周期和机器周期，每个指令周期中含几个机器周期？如果机器B的CPU主频为12MHz，且机器周期也含4个时钟周期，试问B机的平均指令执行速度为多少MIPS? 解：先通过A机的平均指令执行速度求出其平均指令周期，再通过主频求出时钟周期，然后进一步求出机器周期。B机参数的算法与A机类似。 计算如下： A机平均指令周期=1/0.4MIPS=2.5μs A机时钟周期=1/8MHz=125ns A机机器周期=125ns×4=500ns=0.5μsA机每个指令周期中含机器周期个数 =2.5μs÷0.5μs=5个B机时钟周期 =1/12MHz ?83nsB机机器周期 =83ns×4 =332ns 设B机每个指令周期也含5个机器周期，则：B机平均指令周期=332ns×5=1.66μsB机平均指令执行速度=1/1.66μs =0.6MIPS 结论：主频的提高有利于机器执行速度的提高。 6. 设某计算机的CPU主频为8MHz，每个机器周期平均含2个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，试问该计算机的平均指令执行速度为多少MIPS？若CPU主频不变，但每个机器周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS？由此可得出什么结论？ 解：先通过主频求出时钟周期，再求出机器周期和平均指令周期，最后通过平均指令周期的倒数求出平均指令执行速度。计算如下： 时钟周期=1/8MHz=0.125×10-6 =125ns机器周期=125ns×2=250ns平均指令周期=250ns×4=1000ns=1μs平均指令执行速度=1/1μs=1MIPS  当参数改变后：机器周期= 125ns×4=500ns=0.5μs 平均指令周期=0.5μs×4=2μs 平均指令执行速度=1/2μs=0.5MIPS 结论：两个主频相同的机器，执行速度不一定一样。 7. 某CPU的主频为10MHz，若已知每个机器周期平均包含4个时钟周期，该机的平均指令执行速度为1MIPS，试求该机的平均指令周期及每个指令周期含几个机器周期？若改用时钟周期为0.4μs的CPU芯片，则计算机的平均指令执行速度为多少MIPS？若要得到平均每秒80万次的指令执行速度，则应采用主频为多少的CPU芯片？ 解：先通过主频求出时钟周期时间，再进一步求出机器周期和平均指令周期。 时钟周期=1/10MHz=0.1×10-6 =100ns 机器周期=100ns×4=400ns=0.4μs 平均指令周期=1/1MIPS =1×10-6=1μs 每个指令周期所含机器周期个数 = 1μs/0.4μs=2.5个 当芯片改变后，相应参数变为： 机器周期=0.4μs×4=1.6μs 平均指令周期=1.6μs×2.5=4μs  平均指令执行速度=1/4μs =0.25MIPS 若要得到平均每秒80万次的指令执行速度，则应采用的主频为： 平均指令周期=1/0.8MIPS