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      指令周期

      在这个知识点中，我们主要掌握几个基本概念：时钟频率、时钟周期、机器周期、指令周期、指令执行速度。

      时钟频率（时钟脉冲，主频）是计算机的基本工作脉冲，它控制着计算机的工作节奏。因此，计算机的时钟频率在一定程度上反映了机器速度。显然，对同一种机型的计算机，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快。但是，由于不同的计算机硬件电路和器件的不完全相同，所以其所需要的时钟频率范围也不一定相同。相同频率、不同体系结构的机器，其速度和性能可能会相差很多倍。

      时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。

      在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个时钟周期组成。

      指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。对于一些简单的字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其他的机器周期。对于一些比较复杂的指令，如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。

      为了帮助读者搞清楚这些概念之间的关系，下面，我们通过一个例子来说明。

      假设微机A和微机B采用同样的CPU，微机A的主频为20MHz，微机B为60MHz。如果两个时钟周期组成一个机器周期，平均3个机器周期可完成一条指令，则：

      （1）微机A的时钟周期为1/(20M)=50ns。因为“两个时钟周期组成一个机器周期”，则一个机器周期为2×50ns=100ns。“平均3个机器周期可完成一条指令”，则平均指令周期为3×100ns=300ns。也就是说，指令平均执行速度为1/(300ns)≈3.33MIPS。其中MIPS的含义为“百万条指令/每秒”。

      （2）因为微机B的主频为60MHz，是微机A主频的60/20=3倍，所以，微机B的平均指令执行速度应该是微机A的3倍，即微机B的指令平均执行速度为3.33×3≈10MIPS。

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