计算机组成原理(唐朔飞)课后答案全-第9章.ppt
控制单元CU第九章什么是指令周期、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。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。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:单击此处可添加副标题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。单击此处添加大标题内容解: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: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?01时钟周期=1/8MHz=0.125×10-6=125ns02机器周期=125ns×2=250ns03平均指令周期=250ns×4=1000ns=1μs04平均指令执行速度=1/1μs=1MIPS05当参数改变后:06机器周期=125ns×4=500ns=0.5μs07平均指令周期=0.5μs×4=2μs08平均指令执行速度=1/2μs=0.5MIPS09结论:两个主频相同的机器,执行速度不一定一样。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
=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
主频=1/0.125μs=8MHz
应采用主频为8MHz的CPU芯片。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,则该机的运行速度又为多少?
指令类别存取 加、减、比较、转移乘除其他
平均指令
执行时间0.6?s0.8?s10?s1.4?s
使用频度35%45%5%1