🏷️ 知识点：单周期处理器

下列给出的处理器类型中理想情况下CPI 为 1 的 是 ( ) 。

I 、单周期 CPU;

II 、多周期CPU;

I 、基本流水线CPU;

IV、超标量流水线CPU

A. 仅I,Ⅱ; B. 仅I,II; C. 仅II,IV; D. __仅D.Ⅲ,IV;

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正确答案：D

CPI 表示执行指令所需的时钟周期数。对于一个程序或一台机器来说，其 CPI 指执行该程序或机器指令集中的所有指令所需的平均时钟周期数。对于单周期 CPU，令指令周期 = 时钟周期，CPI=1，I 正确。对于多周期 CPU，CPU 的执行过程分成几个阶段，每个阶段用一个时钟去完成，每种指令所用的时钟数可以不同，CPI > 1 , II 错误。对于基本流水线 CPU，让每个时钟周期流出一条指令，CPI = 1, III 正确。超标量流水线 CPU 在每个时钟周期内并发执行多条独立的指令，每个时钟周期流出多条指令，CPI < 1, IV 错误。

单周期处理器中所有指令的指令周期为一个时钟周期。下列关干单周期处理器的叙述中，错误的是()。

A. 可以采用单总线结构数据通路 B. 处理器时钟频率较低 C. 在指令执行过程中��制信号不变 D. 每条指令的 CPI 为 1

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正确答案：A

本题考察对 CPU 时钟周期的理解。时钟周期：又称节拍周期，是处理操作的最基本单位。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。时钟周期是一个时间的量。单总线结构 将 CPU、主存、I/O 设备都挂在一组总线上，允许 I/O 设备之间、I/O 设备与主存之间直接交换信息，但多个部件只能争用唯一的总线，且不支持并发传送操作，会造成总线冲突。单周期处理器 不可以采用单总线结构数据通路。A 错误。假设一条指令分为五段①IF 取值②ID 译码和取数③EX 执行④M 访存⑤WB，每段执行需要一个时钟周期，若要在一个时钟周期内完成该指令，则需要 5 条总线并行，单总线显然无法满足要求，若要在单总线上完成，则需要串行执行 5 个时钟周期。单周期处理器采用单总线结构数据通路，好比上班高峰交通要道限速又限流，直接造成交通堵塞。因为要考虑比较慢的指令，所以处理器的时钟频率较低，B 正确。因为在一个时钟周通常为一个节拍脉冲，控制信号时控制单元 (CU) 根据指令操作码发出的信号，一个时钟周期内的控制信号不变，单周期处理器中所有指令的指令周期为一个时钟周期，在指令执行过程中控制信号不变。C 正确。因为单周期处理器即指所有指令的指令周期为一个时钟周期，所以每条指令的 CPI 为 1。D 正确。本题选 A。