计算机组成原理(唐朔飞)课后答案全-第9章.ppt

计算机组成原理是计算机科学的基础课程，它主要研究计算机硬件系统的构造和工作原理。在这个主题中，我们关注的是CPU（中央处理器）的运作机制，特别是与指令周期、机器周期和时钟周期相关的概念。 指令周期是CPU执行一条指令所需的全部时间，它包括了取指令、译码、执行和写回结果等步骤。机器周期则是在同步控制下的计算机中，执行指令周期中一步完整操作（如指令步）所需的时间，通常机器周期的长度等于主存周期。时钟周期是计算机主时钟的周期时间，是最基本的时间单位，对应完成一个微操作所需的时间，通常时钟周期等于计算机主频的倒数。 关于CPU频率与计算机运行速度的关系，并非简单的正比关系。计算机的运行速度不仅与主频有关，还受到数据通路结构、时序设计、ALU（算术逻辑单元）运算能力、指令功能的强弱等多种因素的影响，需要看整体效率。例如，如果CPU主频增加，但其他部分没有相应优化，可能无法显著提升计算机的整体性能。 在给定的问题中，我们通过两个例子来计算平均指令周期和机器周期。对于机器A，如果CPU主频是8MHz，机器周期包含4个时钟周期，平均指令执行速度是0.4MIPS，我们可以计算出平均指令周期是2.5μs，机器周期是0.5μs，每个指令周期包含5个机器周期。对于机器B，CPU主频为12MHz，机器周期同样包含4个时钟周期，可以计算出其平均指令执行速度是0.6MIPS。 这些计算表明，尽管提高主频可以提高执行速度，但机器周期和指令执行的具体情况也会对速度产生影响。当机器周期的时钟数量改变时，平均指令执行速度也会随之变化。 计算机组成原理中的这些概念是理解计算机硬件性能的关键。主频、机器周期和指令周期的相互关系，以及它们如何影响计算机的运行速度，是优化系统性能和设计高效计算机架构的基础。通过深入理解这些基本概念，可以更好地设计和分析计算机系统，提升其处理速度和效率。