(第09章控制单元的功能.docVIP

第九章 2. 控制单元的功能是什么？其输入受什么控制？ 答：控制单元的主要功能是发出各种不同的控制信号。其输入受时钟信号、指令寄存器的操作码字段、标志和来自系统总线的控制信号的控制。 3. 什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？ 答：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等于主存周期； 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，通常时钟周期等于计算机主频的倒数。 ? ? 4. 能不能说机器的主频越快，机器的速度就越快，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=0.5μs A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?83ns B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=1.66μs B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. 设某机主频为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，试问该机的平均指令执行速度为多少MIPS？若机器主频不变，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=0.125×10-6s 机器周期=0.125×10-6s×2=0.25×10-6s 平均指令周期=0.25×10-6s×4=10-6s 平均指令执行速度=1/10-6s=1MIPS 当参数改变后：机器周期= 0.125×10-6s×4=0.5×10-6s 平均指令周期=0.5×10-6s×4=2×10-6s 平均指令执行速度=1/（2×10-6s） =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=0.1×10-6s 机器周期=0.1×10-6s×4=0.4×10-6s ? 平均指令周期=1/1MIPS=10-6s ? 每个指令周期所含机器周期个数=10-6s /0.4×10-6s =2.5个 ? ?当芯片改变后：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: 平均指令周期=1/0.8MIPS=1.25×10-6=1.25μs 机器周期=1.25μs÷2.5=0.5μs 时钟周期= 0.5μs÷4=0.125μs CPU主频=1/0.125μs=8MHz 8. 某计算机的主频为6MHz，各类指令的平均执行时间和使用频度如下表所示，试计算该机的速度（单位用MIPS表示），若上述CPU芯片升级为10MHz，则该机的速度又为多少？ 指令类别 存取 加、减、比较、转移 乘除 其它 平均指令执行时间 0.6μs 0.8μs 10μs 1.4μs 使用频度 35% 45% 5% 15% 解: (1)指令平均运行时间 =（0.6×0.35+0.8×0.45+10×0.05+1.4×0.15）μs