计算机组成原理课件(05数学)7
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计算机组成原理白中英主编课件ch
设计阶段
根据需求分析结果, 设计软件 的体系结构、模块和数据库等。
测试阶段
通过单元测试、集成测试和系 统测试等手段, 确保软件质量。
需求分析
分析用户需求, 确定软件的功 能和性能要求。
编码阶段
将设计转化为计算机程序代码。
维护阶段
对软件进行修改、完善和升级, 以保持软件运行稳定和适应新 需求。
04 指令系统与汇编语言
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部, 通 过执行程序来实现各种计算任务。
02 计算机硬件组成
中央处理器
定义
中央处理器（CPU）是计算机的核心部件, 负责执行程序中 的指令, 控制计算机的各个部件协调工作。
功能
CPU的主要功能包括运算、控制和输入输出等, 它决定了计 算机的性能和功能。
组成
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成, 其中运算器和控制 器是CPU的核心部分。
工作原理
输入输出设备的基本工作原理是利用各种传感器和驱动器来实现数据 的输入和输出。
总线与主板
定义
总线是计算机中各个部件之间传输数据的 通道, 主板则是计算机中各个部件的载体。
组成
总线包括数据总线、地址总线和控制总线 等, 主板则包括处理器插座、内存插槽、扩
展插槽等。
功能
总线的主要功能是连接各个部件并传输数 据, 主板则是固定和连接各个部件的载体。
可维护性 指计算机在出现故障时能够迅速修复 的能力, 通常用平均修复时间来衡量。
计算机性能测试方法
基准测试
通过运行一组标准化的测试程序来评 估计算机的性能, 如SPECint、 SPECfp等。
负载测试
通过模拟实际负载情况来测试计算机 的性能, 如并发用户数、事务处理速 率等。
根据需求分析结果, 设计软件 的体系结构、模块和数据库等。
测试阶段
通过单元测试、集成测试和系 统测试等手段, 确保软件质量。
需求分析
分析用户需求, 确定软件的功 能和性能要求。
编码阶段
将设计转化为计算机程序代码。
维护阶段
对软件进行修改、完善和升级, 以保持软件运行稳定和适应新 需求。
04 指令系统与汇编语言
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部, 通 过执行程序来实现各种计算任务。
02 计算机硬件组成
中央处理器
定义
中央处理器（CPU）是计算机的核心部件, 负责执行程序中 的指令, 控制计算机的各个部件协调工作。
功能
CPU的主要功能包括运算、控制和输入输出等, 它决定了计 算机的性能和功能。
组成
CPU由运算器、控制器、寄存器等组成, 其中运算器和控制 器是CPU的核心部分。
工作原理
输入输出设备的基本工作原理是利用各种传感器和驱动器来实现数据 的输入和输出。
总线与主板
定义
总线是计算机中各个部件之间传输数据的 通道, 主板则是计算机中各个部件的载体。
组成
总线包括数据总线、地址总线和控制总线 等, 主板则包括处理器插座、内存插槽、扩
展插槽等。
功能
总线的主要功能是连接各个部件并传输数 据, 主板则是固定和连接各个部件的载体。
可维护性 指计算机在出现故障时能够迅速修复 的能力, 通常用平均修复时间来衡量。
计算机性能测试方法
基准测试
通过运行一组标准化的测试程序来评 估计算机的性能, 如SPECint、 SPECfp等。
负载测试
通过模拟实际负载情况来测试计算机 的性能, 如并发用户数、事务处理速 率等。
计算机组成原理实验教程完整版课件全
02
实验原理
03
实验内容
01
实验目的
实验目的
（1）理解累加器的概念和作用。 （2）连接运算器、存储器和累加器，熟悉计算机的数据通路。 （3）掌握使用微命令执行各种操作的方法。
40
02
实验原理
数据通路总框图：
实验原理
03
实验内容
实验内容
（1）在已有电路中加入一个74LS374芯片作为累加寄存器。 （2）设计微命令，使用累加器完成一次加法运算。
目录
Contents
01
实验目的
02
实验原理
03
实验内容
01
实验目的
实验目的
1) 熟悉多思计算机组成原理网络虚拟实验系统的使用方法。 2）掌握全加器的逻辑结构和电路实现方法。
3
02
实验原理
实验原理
（1）全加器是一个三输入，两输出的逻辑部件， 三个输入：被加数Ai、加数Bi和低位的进位Ci， 两个输出：本位和Si和向高位的进位Ci+1，
实验原理
总线与微命令实验数据通路图：
实验原理
03
实验内容
实验内容
（1）运行虚拟实验系统，导入总线与微命令电路。 （2）执行A+B的微命令。 （3）设计并执行C-D的微命令。
谢谢欣赏
感谢使用计算机组成原理多思网络虚拟实验系统
实验五 累加器
基于多思网络虚拟实验系统
目录
Contents
01
实验目的
谢谢欣赏
感谢使用计算机组成原理多思网络虚拟实验系统
实验六 程序计数器
基于多思网络虚拟实验系统
目录
Contents
01
实验目的
计算机组成原理(第2版)--唐朔飞
1.1 计算机系统简介 1.2 计算机的基本组成
1.3 计算机硬件的主要技术指标
1.4 本书结构
1.1 计算机系统简介
一、 计算机的软硬件概念
1. 计算机系统
计 算 机 系 统
硬件 计算机的实体， 如主机、外设等 软件 由具有各类特殊功能 的信息（程序）组成
1.1
系统软件 用来管理整个计算机系统
计算机组成原理
第２版
唐朔飞
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
为配合由高等教育出版社出版的面向21世纪课程教材《计算机组成原理》 教学和自学的需要，随书出版了《计算机组成原理》配套课件。为了配合该教 材的第２版，本课件在保留原课件特色的基础上，做了相应的补充和修改。 该课件与《计算机组成原理》第２版教材在体系上完全一致，它以课堂教 学为依托，帮助读者边阅读边思考，通过点击鼠标，逐行显示精练的文字和简 明的图表，既可从文稿中对教材的重点和难点加深理解，又可从视图中看到动 画演示效果，形象地理解各种电路的工作原理和设计思路。
ALU
CU
CPU 内部互连
寄存器
1.4 本书结构
计算机
存储器
I/O
第４篇 CU
系统总线
CPU
中央处理器 控制单元
ALU
CU
CPU 内部互连
排队 逻辑
寄存器 和解码器
寄存器
控制 存储器
第２章 计算机的发展及应用
2.1 计算机的发展史 2.2 计算机的应用 2.3 计算机的展望
2.1 计算机的发展史
2.1
40 000
速度 /（次/秒）
200 000 1 000 000
四
五
10 000 000 100 000 000
1.3 计算机硬件的主要技术指标
1.4 本书结构
1.1 计算机系统简介
一、 计算机的软硬件概念
1. 计算机系统
计 算 机 系 统
硬件 计算机的实体， 如主机、外设等 软件 由具有各类特殊功能 的信息（程序）组成
1.1
系统软件 用来管理整个计算机系统
计算机组成原理
第２版
唐朔飞
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
为配合由高等教育出版社出版的面向21世纪课程教材《计算机组成原理》 教学和自学的需要，随书出版了《计算机组成原理》配套课件。为了配合该教 材的第２版，本课件在保留原课件特色的基础上，做了相应的补充和修改。 该课件与《计算机组成原理》第２版教材在体系上完全一致，它以课堂教 学为依托，帮助读者边阅读边思考，通过点击鼠标，逐行显示精练的文字和简 明的图表，既可从文稿中对教材的重点和难点加深理解，又可从视图中看到动 画演示效果，形象地理解各种电路的工作原理和设计思路。
ALU
CU
CPU 内部互连
寄存器
1.4 本书结构
计算机
存储器
I/O
第４篇 CU
系统总线
CPU
中央处理器 控制单元
ALU
CU
CPU 内部互连
排队 逻辑
寄存器 和解码器
寄存器
控制 存储器
第２章 计算机的发展及应用
2.1 计算机的发展史 2.2 计算机的应用 2.3 计算机的展望
2.1 计算机的发展史
2.1
40 000
速度 /（次/秒）
200 000 1 000 000
四
五
10 000 000 100 000 000
计算机应用基础课程教学课件第二单元计算机组成原理
（二）IP地址
IP地址被用来给Internet上的电脑一个编号。大家日常见到的情况是每台联网的PC上 都需要有IP地址，才能正常通信。我们可以把“个人电脑”比作“一台电话”，那么“IP 地址”就相当于“电话号码”，而Internet中的路由器，就相当于电信局的“程控式交换 机”。
IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字 节）。IP地址通常用“点分十进制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是 0~255之间的十进制整数。例：点分十进IP地址（100.4.5.6），实际上是32位二进制数 （01100100.00000100.00000101.00000110）。
（二）Internet 提供的服务
远程登录服务(Telnet) ：远程登录是Internet提供的基本信息服务之一，是提供 远程连接服务的终端仿真协议。它可以使你的计算机登录到Internet上的另一台计算 机上。你的计算机就成为你所登录计算机的一个终端，可以使用那台计算机上的资源， 例如打印机和磁盘设备等。
学习目标
●熟悉微型计算机的硬件组成。
一、微机的硬件组成
硬件系统包括主机（主板、CPU、内存）、显示卡、声卡、硬盘、软驱、光驱、鼠 标、键盘、显示器，音箱、打印机等。
通常，计算机硬件设备可分为三大部分： 主机：安装在机箱里面的硬件与机箱，被称为主机。 输出设备：如显示器、打印机等。 输入设备：如键盘、鼠标及手写板等。
一、运算器和控制器
1)运算器（ALU: Arithmetical and Logical Unit） 运算器的主要功能就是对二进制数据进行算术运算和逻辑运算，所以也称算术逻辑 单元。 2)控制器（CU：Control Unit） 控制器是整个计算机的控制枢纽，用于控制计算机各部件协调地工作。 运算器和控制器合在一起称为中央处理器CPU（Central Processig Unit），它是 计算机的核心部件。
中科大计算机组成原理课件ppt
• 唐本（William Stallings）
– 农村包围城市：总线、存储、I/O、ALU、CPU
• llxx
– 目标：理解构建计算机系统的过程
• 十字箴言：“功能、组织、过程、定时、度量”
– China-ring：快速原型法（prototype）
• 总线、RAM、CPU，存储系统(Cache、辅存)、I/O、ALU
• 基于x86的Debug环境，编写任意10个数值的冒 泡排序程序，并调试运行。
– 成果要求：
• 报告设计过程、结果（汇编代码、内存数据段映像）、出现 的典型问题及解决过程； • 要求结果体现个人ID。
实验课
• 设计实现《计算机系统概论》的 LC-3模型机（见附录A/C）
– 共16条指令，指令集具有RISC特征
Basic computer organization, first look at pipelines + caches 从C语言程序的执行 角度讨论计算机组成 原理，但重点关注 MIPS处理器和存储系 统，其他关注很少
Computer Architecture, First look at parallel architectures
Course Schedule
1. 2. 3. 4. 5. 6.
•
概论（4） 总线（4） RAM/ROM（4） ISA（4） CPU （4）
功能、组成、时序、中断系统
A模型CPU控制器设计（6）
组合逻辑、微程序
7.
•
MIPS处理器设计（6）
指令集、单周期、多周期、流水线
8. 9.
•
Cache（4） 辅存（5）
MIT
• 我在这里的第一学期上了一门叫 《计算机系统设计》得 本科课程，其辛苦程度真实一言难尽。十五个星期内交了 十次作业，作了六次课程设计。有的设计还分几个部分， 分开交设计报告。所以设计报告大概也交了有十次左右。 最恐怖的是有一次，十天内要交六份作业或设计报告，而 且当时正值其他几门课正在期中考试。抱怨是没有用的， 老师说："我很抱歉。但这门课很重要，请大家不停的工 作。"学生从一般的逻辑时序电路开始设计（数电都已忘 得差不多了）；核心是自行设计"麻雀虽小五脏俱全"得 ALU，单指令周期CPU（single cycle CPU）；多指令 CPU（Multi-cycle CPU）；以直到最后实现流水线（pipe line）32位MIPS CPU和Cache。一门课下来，所有与计 算机CPU有关的知识全部融会贯通。硬件设计水平也有了 很大提高（就是太累）。
计算机组成原理
2、总线规范
每个总线标准都有详细的规范说明，一般包括以下几个部分 1）机械性能规范：模板尺寸、插头、连接器的规格及位置 等。 2）功能规范：信号线的序号、名称及功能等。 3）电气特性的规范：信号线的电平种类、动态转换时间、 负载能力等。
五、总线的性能指标
评价总线性能的优劣 1、总线宽度：主要是指数据总线的数目。如4/8/16/32/64 直接影响总线的传输率（吞吐量） 2、标准传输率（总线带宽） 单位时间内总线上传输数据的位数。以MB/S表示。 例如：某总线工作频率为8.33MHZ，总线宽度为16位，则 标准传输率为 8.33M×2B/s=16.66MB/s 3、总线定时协议（握手机制） 数据传输采用何种时钟控制。分为同步、异步、半同步、 分离式几种 4、总线控制方式：如仲裁机制、自动配置等。 5、总线复用 两种不同时出现的信号共用一组物理线路，即分时使用同 一组总线，称为总线的多路分时复用。其目的在于减少芯 片的引脚数。 6、信号线数：总线所包含的全部信号线的总数。 7、其它指标：如负载能力、电源电压、能否扩展等。
第三章 系统总线
3.1 总线概述 3.2 常用的总线标准 3.3 总线结构
3.4 总线控制
3.1 总线概述
一、为什么要用总线
机内部件间互连方式：
早期：分散连接 以运算器为核心，内部连线复杂，尤其是当I/O 与存储器交换信息时，都需要经过运算器，严重影 响CPU的工作效率。
采用存储器为核心的分散连接结构，虽采用中断、 DMA等技术，仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前：总线连接
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 b = 1 KB 1B = 23b 221b = 256 KB 80 GB
计算机组成原理总复习 ppt课件
PPT课件
15
第四章 指令系统
1、指令格式
分类：三 / 二 / 一 / 零 地址 二地址指令格式中，从操作数的物理位置来说，
又可归结为三种类型： 存储器-存储器（SS）型指令 寄存器-寄存器（RR）型指令 寄存器-存储器（RS）型指令
PPT课件
16
2、指令字长度 指令字长度：一个指令字中包含二进制代码的位数。 机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数， 决定了计算机的运算精度。
第一章 计算机系统概论
1、计算机系统：计算机硬件和计算机软件。计算机（指 硬件）应由运算器、控制器、存储器、总线和输入/输出 设备五大功能部件组成。运算器和控制器合称为中央处 理器；运算器是对信息进行处理和运算的部件。经常进 行的运算是算术运算和逻辑运算，所以运算器又称为算 术逻辑运算部件；控制器是整个计算机的指挥中心，它 的主要功能是按照人们预先确定的操作步骤，控制整个 计算机的各部件有条不紊地自动工作。存储器是用来存 放程序和数据的部件，它是一个记忆装置，也是计算机 能够实现“存储程序，程序控制”的基础，常见的三级 存储系统是：cache、主存储器和外存储器；外围设备是 指除了CPU和内存以外的其它设备。
PPT课件
1
PPT课件
2
2、了解冯· 诺依曼型计算机的基本工作原理： “存储程序，按地址顺序执行”。
3、了解计算机的层次结构（P14）。
P 1、数制及其转换 2、数据表示格式 3、定点数的表示方法及数的表示范围；定点加法、
减法、乘法、除法运算；溢出的概念及检测方法。
如果X为正数，则[X]原=[X]反 =[X]补。 如果X为0，则 [X]补 、[X]移有唯一编码， [X]原、
第二章 计算机组成原理
部频率越高，CPU的处理速度就越快。 例如： P4 3.4GHz，800MHz外频(FSB)
时钟频率的发展：
400MHZ---533MHZ---800MHZ，即将达到1066MHZ [单选]用MHz来衡量计算机的性能，它指的是计算机__________。
ACM 图灵奖
1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计 算机界的诺贝尔奖之称。
IEEE 计算机先驱奖
1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计 算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另 一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。
计算机的诞生与发展
对计算机的诞生发展做出重大贡献的两个人：
(a) NEC SX-6/64MB巨 型计算机外形
(b) 全球气温分布与 变化趋势图
计算机的分类
大型计算机（Mainframe）
运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安 全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机， CPU 通常有 4 、 8、16、32个甚至更多处理器。
功能： 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务 器（企业级服务器），在信息系统中起着核心作用。
内存储器
控制器CU RAM
外部存储器－－硬盘 、软盘、光盘、磁带
外设
输入设备－－键盘、鼠标器、扫描仪 输出设备－－显示器、打印机、绘图仪 其他设备－－调制解调器
计算机的组成
台 式 机
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含:
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
第二章
计算机组成原理
时钟频率的发展：
400MHZ---533MHZ---800MHZ，即将达到1066MHZ [单选]用MHz来衡量计算机的性能，它指的是计算机__________。
ACM 图灵奖
1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计 算机界的诺贝尔奖之称。
IEEE 计算机先驱奖
1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计 算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另 一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。
计算机的诞生与发展
对计算机的诞生发展做出重大贡献的两个人：
(a) NEC SX-6/64MB巨 型计算机外形
(b) 全球气温分布与 变化趋势图
计算机的分类
大型计算机（Mainframe）
运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安 全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机， CPU 通常有 4 、 8、16、32个甚至更多处理器。
功能： 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务 器（企业级服务器），在信息系统中起着核心作用。
内存储器
控制器CU RAM
外部存储器－－硬盘 、软盘、光盘、磁带
外设
输入设备－－键盘、鼠标器、扫描仪 输出设备－－显示器、打印机、绘图仪 其他设备－－调制解调器
计算机的组成
台 式 机
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含:
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
第二章
计算机组成原理
计算机组成原理_5PPT课件
操作控制器。
2. 微程序控制器: 采用存储逻辑来实现的的操
作控制器。
编辑版pppt
16
5.2 指令周期
5.2.1 指令周期的基本概念
计算机的CPU自动地从存放程序的内存里
取出一条指令并执行这条指令；紧接着又是取
指令，执行指令……，如此周而复始，构成了
一个封闭的循环。
指令周期 CPU从内存取出一条指令并执行这
其中包含有非访内存，
和访内存，程序控制转
移指令。
编辑版pppt
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5.2.2 非访内存指令的指令周期
CLA是一条非访内存指令，它需要两个 CPU 周期，其中取指令阶段需要一个CPU周 期，执行指令阶段需要一个CPU周期。
1. 取指令阶段
(1) 程序计数器PC的内容20(八进制)被装入地 址寄存器AR；
先的数0 。
编辑版pppt
25
5.2.4 存数指令的指令周期
STA指令是一条访问内存存数的指令， 指令周期由三个CPU周期组成，如下图所示。
1. 取指令阶段 (同上)
2. 送操作数地址
在执行阶段的第二个CPU周期中，CPU 完成的动作是把指令寄存器中地址码部分的 形式地址40装到地址寄存器。其中数字40是 操作数地址。
下面详细介绍这些寄存器的功能与结构。
编辑版pppt
8
1. 数据缓冲寄存器（DR）
数据缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器 读出的一条指令或一个数据字；反之，当向内 存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它 们存放在数据缓冲寄存器中。 缓冲寄存器的作用是 ： (1) 作为CPU和内存、外部设备之间信息传送
CPU和外围设备交换信息时，我们同样使用 地址寄存器
计算机组成原理第5章课件
第5章 中央处理器 计算机组成原理
☆ 5.1 CPU的组成和功能 ☆ 5.2 指令周期 ☆ 5.3 时序产生器和控制方式 ☆ 5.4 微程序控制器 ☆ 5.5 硬连线线控制器
5.6 传统CPU
☆ 5.7 流水CPU ☆ 5.8 RISC CPU
5.9 多媒体CPU
5.1 CPU的功能和组成
中央处理器是控制计算机自动完成取出指令和执行指令 任务的部件。它是计算机的核心部件，通常简称为CPU
a＋b＋6－6
第一二三条微指令的二进制编码：0100 10001 10001 1000 0110101010 0110 010001
微程序控制器原理框图
• 微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转 移逻辑三大部分组成。 存放由控制存储器读出的一条微指令信息。
分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。
5.4 微程序控制器
➢ 利用软件方法（微程序设计技术）来设计硬件 ➢ 微程序控制的基本思想：
＊把操作控制信号编成 “微指令”，存放到控 制存储器CM中。 ＊当机器运行时，逐条读出微指令，产生全机 所需要的各种操作控制信号，启停相应部件。
5.4 微程序控制器
• 5.4.1 微程序控制原理 • 5.4.2 微程序设计技术
2. 异步控制方式 (2)采用不定长机器周期。
(3)中央控制与局部控制结合。
控制器发出某一操作控制信号后，等待执行部件完成操 作后发“回答”信号，再开始新的操作。
3. 联合控制方式
同步控制和异步控制相结合的方式。
情况（1）：大部分操作序列安排在固定的机器周期中，对某些时间 难以确定的操作则以执行 “回答”信号作为本次操作的结束； 情况（2）：机器周期的节拍脉冲数固定，但是各条指令周期的机器 周期数不固定。
☆ 5.1 CPU的组成和功能 ☆ 5.2 指令周期 ☆ 5.3 时序产生器和控制方式 ☆ 5.4 微程序控制器 ☆ 5.5 硬连线线控制器
5.6 传统CPU
☆ 5.7 流水CPU ☆ 5.8 RISC CPU
5.9 多媒体CPU
5.1 CPU的功能和组成
中央处理器是控制计算机自动完成取出指令和执行指令 任务的部件。它是计算机的核心部件，通常简称为CPU
a＋b＋6－6
第一二三条微指令的二进制编码：0100 10001 10001 1000 0110101010 0110 010001
微程序控制器原理框图
• 微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转 移逻辑三大部分组成。 存放由控制存储器读出的一条微指令信息。
分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。
5.4 微程序控制器
➢ 利用软件方法（微程序设计技术）来设计硬件 ➢ 微程序控制的基本思想：
＊把操作控制信号编成 “微指令”，存放到控 制存储器CM中。 ＊当机器运行时，逐条读出微指令，产生全机 所需要的各种操作控制信号，启停相应部件。
5.4 微程序控制器
• 5.4.1 微程序控制原理 • 5.4.2 微程序设计技术
2. 异步控制方式 (2)采用不定长机器周期。
(3)中央控制与局部控制结合。
控制器发出某一操作控制信号后，等待执行部件完成操 作后发“回答”信号，再开始新的操作。
3. 联合控制方式
同步控制和异步控制相结合的方式。
情况（1）：大部分操作序列安排在固定的机器周期中，对某些时间 难以确定的操作则以执行 “回答”信号作为本次操作的结束； 情况（2）：机器周期的节拍脉冲数固定，但是各条指令周期的机器 周期数不固定。