计组课后习题答案.pdf
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1、计算机组成原理习题参考答案计算机组成原理习题参考答案仅供参考,与考试无直接关联第一章计算机系统概论习题参考答案1 1比较数字计算机和模拟计算机的特点。比较数字计算机和模拟计算机的特点。解:模拟计算机的特点:数值由连续量来表示,运算过程是连续的;数字计算机的特点:数值由数字量(离散量)来表示,运算按位进行。两者主要区别见 P1 表 1.1。2 2数字计算机如何分类?分类的依据是什么?数字计算机如何分类?分类的依据是什么?解:分类:数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。分类依据: 专用和通用是根据计算机的效率、速度、 价格、 运行
2、的经济性和适应性来划分的。通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等因素。3 3数字计算机有那些主要应用?数字计算机有那些主要应用?(略)4 4 冯冯. . 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么?它包括哪些诺依曼型计算机的主要设计思想是什么?它包括哪些主要组成部分?主要组成部分?解:冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是:存储程序和程序控制。存储程序:将解题的程序(指令序列)存放到存储器中;程序控制:控制器顺序执行存储的程序,按指令功能控制全机协调地完成运算任务。主要组成部分有:控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。5 5 什么是存储容量?
3、什么是单元地址?什么是数据字?什什么是存储容量?什么是单元地址?什么是数据字?什么是指令字?么是指令字?解:存储容量:指存储器可以容纳的二进制信息的数量,通常用单位 KB、MB、GB 来度量,存储容量越大,表示计算机所能存储的信息量越多,反映了计算机存储空间的大小。单元地址:单元地址简称地址,在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号,称为单元地址。数据字: 若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据,则称数据字。指令字: 若某计算机字代表一条指令或指令的一部分,则称指令字。6 6 什么是指令?什么是程序?什么是指令?什么是程序?解:指令:计算机所执行的每一个基本的操作。程序:解算某一问题的
4、一串指令序列称为该问题的计算程序,简称程序。7 7 指令和数据均存放在内存中,计算机如何区分它们是指指令和数据均存放在内存中,计算机如何区分它们是指令还是数据?令还是数据?解:一般来讲,在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息;而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。8 8 什么是内存?什么是外存?什么是什么是内存?什么是外存?什么是CPUCPU?什么是适配?什么是适配器?简述其功能。器?简述其功能。解:内存:一般由半导体存储器构成,装在底版上,可直接和CPU 交换信息的存储器称为内存储器,简称内存。用来存放经常使用的程序和数据。外存:为了扩大存储容量,又不使成本有很大的提高,在计算机
5、中还配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器,称为外存储器,简称外存。外存可存储大量的信息,计算机需要使用时,再调入内存。CPU:包括运算器和控制器。基本功能为:指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。适配器:连接主机和外设的部件,起一个转换器的作用,以使主机和外设协调工作。9 9 计算机的系统软件包括哪几类?说明它们的用途。计算机的系统软件包括哪几类?说明它们的用途。解:系统软件包括:(1)服务程序:诊断、排错等(2)语言程序:汇编、编译、解释等(3)操作系统(4)数据库管理系统用途:用来简化程序设计,简化使用方法,提高计算机的使用效率, 发挥和扩大计算机的功能及用途。1010 说明软件发
6、展的演变过程。说明软件发展的演变过程。(略)11 现代计算机系统如何进行多级划分?这种分级观点对计算机设计会产生什么影响?解:多级划分图见 P16 图 1.6。可分为:微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级。用这种分级的观点来设计计算机,对保证产生一个良好的系统结构是有很大帮助的。12 为什么软件能够转化为硬件?硬件能够转化为软件?实现这种转化的媒介是什么?(略)13 计算机应用与应用计算机在概念上等价吗?用学科角度和计算机系统的层次结构来寿命你的观点。(略)第二章运算方法和运算器习题参考答案1. 写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示(用 8 位二进制数)。其中 MS
7、B 是最高位(又是符号位)LSB 是最低位。如果是小数,小数点在 MSB 之后;如果是整数,小数点在 LSB 之后。(1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小数表示-1 (5) 用整数表示-1解:(1)先把十进制数-35/64 写成二进制小数:(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-1000112 )2=(-0.100011)2令 x=-0.100011B x原=1.1000110 (注意位数为 8 位) x反=1.0111001 x补=1.0111010 x移=0.0111010(2) 先把十进制数 23/128 写成二进制小数:(23
8、/128)10=(10111/10000000)2=(101112-111)2=(0.0001011)2令 x=0.0001011B x原=0.0001011x反=0.0001011 x补=0.0001011x移=1.0001011-6(3) 先把十进制数-127 写成二进制小数:(-127)10=(-1111111)2令 x= -1111111B x原=1.1111111x反=1.0000000 x补=1.0000001x移=1.0000001(4) 令 x=-1.000000B 原码、反码无法表示x补=1.0000000 x移=0.0000000(5) 令 Y=-1=-0000001B Y
9、原=10000001 Y反=11111110 Y补=11111111 Y移=011111112. 设X补= a0,a1,a2a6 , 其中 ai取 0 或 1,若要 x0.5,求 a0,a1,a2,a6的取值。解:a0= 1,a1= 0, a2,a6=11。3. 有一个字长为 32 位的浮点数,阶码10 位(包括1 位阶符),用移码表示;尾数22 位(包括1 位尾符)用补码表示,基数 R=2。请写出:(1) 最大数的二进制表示;(2) 最小数的二进制表示;(3) 规格化数所能表示的数的范围;(4) 最接近于零的正规格化数与负规格化数。解:(1)1111111111 01111111111111
10、11111111(2)1111111111 1000000000000000000000(3)1111111111 01111111111111111111110111111111 1000000000000000000000(4)0000000000 00000000000000000000010000000000 11111111111111111111114. 将下列十进制数表示成浮点规格化数,阶码 3 位,用补码表示;尾数 9 位,用补码表示。(1) 27/64(2) -27/64解:(1)27/64=11011B=0.011011B=0.11011B浮点规格化数 : 1111 011
11、0110000(2) -27/64= -11011B= -0.011011B= -0.11011B浮点规格化数 : 1111 10010100005. 已知 X 和 Y, 用变形补码计算 X+Y, 同时指出运算结果是否溢出。(1)X=0.11011 Y=0.00011(2)X= 0.11011 Y= -0.10101(3)X=-0.10110 Y=-0.00001解:(1)先写出 x 和 y 的变形补码再计算它们的和x补=00.11011 y补=00.00011x+y补=x补+y补=00.11011+00.00011=0.11110 x+y=0.1111B 无溢出。(2)先写出 x 和 y 的
12、变形补码再计算它们的和x补=00.11011 y补=11.01011x+y补=x补+y补=00.11011+11.01011=00.00110 x+y=0.0011B 无溢出。(3)先写出 x 和 y 的变形补码再计算它们的和x补=11.01010 y补=11.11111x+y补=x补+y补=11.01010+11.11111=11.01001 x+y= -0.10111B 无溢出6. 已知 X 和 Y, 用变形补码计算 X-Y, 同时指出运算结果是否溢出。(1) X=0.11011 Y= -0.11111(2) X=0.10111 Y=0.11011(3) X=0.11011 Y=-0.10
13、011解:(1)先写出 x 和 y 的变形补码,再计算它们的差x补=00.11011 y补=11.00001 -y补=00.11111x-y补=x补+-y补=00.11011+00.11111=01.11010运算结果双符号不相等 为正溢出X-Y=+1.1101B(2)先写出 x 和 y 的变形补码,再计算它们的差x补=00.10111 y补=00.11011 -y补=11.00101x-y补=00.10111+11.00101=11.11100 x-y= -0.001B 无溢出(3)先写出 x 和 y 的变形补码,再计算它们的差x补=00.11011 y补=11.01101 -y补=00.1
14、0011x-y补=x补+-y补=00.11011+00.10011=01.01110运算结果双符号不相等 为正溢出X-Y=+1.0111B7. 用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算 XY。(1)X=0.11011 Y= -0.11111(2)X=-0.11111 Y=-0.11011解:(1)用原码阵列乘法器计算:x补=0.11011 y补=1.00001(0)11011) (1)00001-(0)11011(0)00000(0)00000(0)00000(0)00000(0) (1) (1) (0) (1) (1)-(1)0010111011xy补=1.0010111011 xy= -0
15、.11010001018 用原码阵列除法器计算 XY。(1)X=0.11000 Y= -0.11111(2)X=-0.01011 Y=0.11001解:(1)x原=x补=0.11000-y补=1.00001被除数 X0.11000 +-y补 1.00001-余数为负 1.11001 q0=0左移 1.10010 +|y|补0.11111-余数为正 0.10001 q1=1左移 1.00010+-|y|补 1.00001-余数为正 0.00011 q2=1左移 0.00110+-|y|补 1.00001-余数为负 1.00111 q3=0左移 0.01110 +|y|补0.11111-余数为负
16、1.01101 q4=0左移 0.11010 +|y|补0.11111-余数为负 1.11001 q5=0 +|y|补0.11111-余数 0.11000故 xy原=1.11000 即 xy= -0.11000B余数为 0.11000B9. 设阶为 5 位(包括 2 位阶符), 尾数为 8 位(包括 2 位数符), 阶码、尾数均用补码表示, 完成下列取值的X+Y,X-Y运算:(1)X=(2)X=解:(1)将 y 规格化得:y=(-0.111100)0.100101 Y=(-0.010110) Y=(-0.011110)(0.010110)x浮=1101,00.100101 y浮=1101,11
17、.000100 -y浮=1101,00.111100 对阶 E补=Ex补+-Ey补=1101+0011=0000 Ex=Ey 尾数相加相加相减00.10010100.100101+ 11.000100+ 00.111100-11.101001 01.100001x+y浮=1101,11.101001左规 x+y浮=1100,11.010010 x+y=(-0.101110)x-y浮=1101,01.100001右规 x-y浮=1110,00.1100001舍入处理得 x-y浮=1110,00.110001 x-y=(2) x浮=1011,11.101010 y浮=1100,00.010110
18、-y浮=1100,11.101010 对阶 E补=Ex补+-Ey补=1011+0100=1111 E= -1 x浮=1100,11.110101(0) 尾数相加相加相减0.11000111.110101(0)11.110101(0)+ 00.010110 + 11.101010-00.001011(0)11.011111(0)x+y浮=1100,00.001011(0) 左规 x+y浮=1010,00.1011000 x+y=0.1011Bx-y浮=1100,11.011111(0) x-y=(-0.100001B)13. 某加法器进位链小组信号为 C4C3C2C1,低位来的信号为 C0,请分
19、别按下述两种方式写出C4C3C2C1的逻辑表达式。(1) 串行进位方式 (2) 并行进位方式解 :(1)串行进位方式:C1 = G1 + P1 C0其中: G1 = A1 B1, P1 = A1B1C2 = G2 + P2 C1 G2 = A2 B2, P2 = A2B2C3 = G3 + P3 C2 G3 = A3 B3, P3 = A3B3C4 = G4 + P4 C3 G4 = A4 B4, P4 = A4B4(2) 并行进位方式:C1 = G1 + P1 C0C2 = G2 + P2 G1 + P2 P1 C0C3 = G3 + P3 G2 + P3 P2 G1 + P3 P2 P1
20、C0C4 = G4 + P4 G3 + P4 P3 G2 + P4 P3 P2 G1 + P4 P3 P2 P1 C0其中 G1-G4,P1-P4表达式与串行进位方式相同。14. 某机字长 16 位,使用四片 74181 组成 ALU,设最低位序标注为 0 位,要求:(1)写出第 5 位的进位信号 C6的逻辑表达式;(2)估算产生 C6所需的最长时间;(3)估算最长的求和时间。解:(1) 组成最低四位的 74181 进位输出为:C4=G+P C0,C0为向第 0 位的进位其中:G=y3+x3y2+x2x3y1+x1x2x3y0, P=x0 x1x2x3所以 :C5=y4+x4C4C6=y5+x
21、5C5=y5+x5y4+x5x4C4(2) 设标准门延迟时间为 T,与或非门延迟时间为 1.5T,则进位信号 C0由最低位传送至 C6需经一个反相器,两级与或非门,故产生 C6的最长延迟时间为:T+21.5T=4T(3)最长求和时间应从施加操作数到 ALU 算起:第一片 74181 有 3 级与或非门(产生控制参数 x0,y0Cn+4),第二、第三片 74181 共 2 级反相器和 2 级与或非门(进位链),第四片74181 求和逻辑(1 级与或非门和 1 级半加器,其延迟时间为 3T),故总的加法时间为:T=31.5T+2T+21.5T+1.5T+1.5T+3T=14T17设 A,B,C 是
22、三个 16 位的通用寄存器,请设计一个 16 位定点补码运算器,能实现下述功能:(1) ABA(2) BCA, C(高位积在寄存器 A 中)(3) ABC(商在寄存器 C 中)解:设计能完成加、减、乘、除运算的 16 位定点补码运算器框图。分析各寄存器作用:加减乘除A被加数和同左初始为 0被除数余数部分积乘积(H)除数B加数同左被乘数C-乘数乘积(L)商 A:累加器(16 位),具有输入、输出、累加功能及双向移位功能; B:数据寄存器(16 位),具有输入、输出功能; C:乘商寄存器(16 位),具有输入、输出功能及双向移位功能。画出框图:第三章存储系统习题参考答案1有一个具有 20 位地址和
23、 32 位字长的存储器,问:(1) 该存储器能存储多少个字节的信息?(2) 如果存储器由 512K8 位 SRAM 芯片组成,需要多少芯片?(3) 需要多少位地址作芯片选择?解:(1) 220= 1M, 该存储器能存储的信息为:1M32/8=4MB(2)(1000/512)(32/8)= 8(片)(3) 需要 1 位地址作为芯片选择。2. 已知某 64 位机主存采用半导体存储器,其地址码为 26 位,若使用 256K16 位的 DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间,并选用模块板结构形式,问:(1) 每个模块板为 1024K64 位,共需几个模块板?(2) 个模块板内共有多少 DRAM 芯
24、片?(3)主存共需多少 DRAM 芯片? CPU 如何选择各模块板?解:(1).共需模块板数为 m:m=64 (块)(2). 每个模块板内有 DRAM 芯片数为 n:n=(/) (64/16)=16 (片)(3) 主存共需 DRAM 芯片为:1664=1024 (片)每个模块板有 16 片 DRAM 芯片,容量为 1024K64 位,需 20 根地址线(A19A0)完成模块板内存储单元寻址。一共有 64 块模块板,采用 6 根高位地址线(A25A20),通过6:64 译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。3 用 16K8 位的 DRAM 芯片组成 64K32 位存储器,要求:(1) 画出该
25、存储器的组成逻辑框图。(2) 设存储器读/写周期为 0.5S, CPU 在 1S 内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少?解:(1)组成 64K32 位存储器需存储芯片数为N=(64K/16K)(32 位/8 位)=16(片)每 4 片组成 16K32 位的存储区,有A13-A0作为片内地址,用 A15 A14经 2:4 译码器产生片选信号,逻辑框图如下所示:(2)依题意,采用异步刷新方式较合理,可满足 CPU 在 1S 内至少访问内存一次的要求。设 16K8 位存储芯片的阵列结构为 128 行128 列,按
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