计算机组成原理和系统结构课后答案.docx
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计算机组成原理和系统结构课后答案
1.1概述数字计算机的发展经过了哪几个代?
各代的基本特征是什么?
略。
1.2你学习计算机知识后,准备做哪方面的应用?
略。
1.3试举一个你所熟悉的计算机应用例子。
略。
1.4计算机通常有哪些分类方法?
你比较了解的有哪些类型的计算机?
略。
1.5计算机硬件系统的主要指标有哪些?
答:
机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。
答:
计算机硬件系统的主要指标有:
机器字长、存储容量、运算速度等。
1.6什么是机器字长?
它对计算机性能有哪些影响?
答:
指CPU一次能处理的数据位数。
它影响着计算机的运算速度,硬件成本、指令系统功能,数据处理精度等。
1.7什么是存储容量?
什么是主存?
什么是辅存?
答:
存储容量指的是存储器可以存放数据的数量(如字节数)。
它包括主存容量和辅存容量。
主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。
如内存等。
辅存指的是CPU不能直接访问,必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器,如硬盘,u盘等。
1.8根据下列题目的描述,找出最匹配的词或短语,每个词或短语只能使用一次。
(1)为个人使用而设计的计算机,通常有图形显示器、键盘和鼠标。
(2)计算机中的核心部件,它执行程序中的指令。
它具有加法、测试和控制其他部件的功能。
(3)计算机的一个组成部分,运行态的程序和相关数据置于其中。
(4)处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。
(5)嵌入在其他设备中的计算机,运行设计好的应用程序实现相应功能。
(6)在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。
(7)管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。
(8)将高级语言翻译成机器语言的程序。
(9)将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。
(10)计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。
供选择的词或短语:
1、汇编器2、嵌入式系统3、中央处理器(CPU)4、编译器
5、操作系统6、控制器7、机器指令8、台式机或个人计算机
9、主存储器10、VLSI
答:
(1)8,
(2)3,(3)9,(4)6,(5)2,
(6)10,(7)5,(8)4,(9)1,(10)7
计算机系统有哪些部分组成?
硬件由哪些构成?
答:
计算机系统硬件系统和软件系统组成。
硬件由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部件构成
1.9冯·诺伊曼VonNeumann计算机的主要设计思想是什么?
略。
1.10计算机硬件有哪些部件,各部件的作用是什么?
略。
1.11计算机软件包括哪几类?
说明它们的用途。
略。
1.12简述计算机系统的多级层次结构的分层理由及各层的功能。
略。
1.13通过计算机系统的层次结构学习,你对计算机系统有了怎样的了解?
略。
第二章
2.1数字信号和模拟信号的主要区别是什么?
与模拟电路相比,数字电路有何特点?
略。
2.2二极管两端需要加多大的电压才使二极管导通?
答:
大于二极管的正向特性存在死区电压Vr(硅二极管约为0.7V,锗二极管约为0.2V)
2.3三极管何时处于截止状态,何时处于饱和状态?
答:
当输入电压Vi>0,且Vi<死区电压Vr’,三极管处于截止状态。
当输入电压Vi增大,基极电流IB、集电极电流IC随之增大,输入电压VCE=VCC-ICRC不断下降,当VCE降到0.7V以下时,发射结仍正向偏置,集电结则由反向偏置转为正向偏置,此时三极管进入饱和状态。
2.4双极型逻辑门和单极型逻辑分别是怎样形成的?
它们各有何特点?
略.
2.5实现逻辑代数的基本运算有哪几种逻辑门?
答:
与,或,非。
2.6分析图2-41所示的逻辑电路图,写出表达式并进行化简。
(b)F=AD+C+
2.7请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最简式。
(1)
答:
(2)
答:
2.8分析图2-42所示的逻辑电路,列出真值表,说明其逻辑功能。
2.8答:
A1A0X0X1X2X3F
00XXXXX0
01XXXXX1
10XXXXX2
11XXXXX3
图2-42是一个四选一电路
2.9分析图2-43所示的逻辑电路图,列出真值表,说明其逻辑功能。
答:
ABCF1F2
00000
00110
01010
01101
10010
10101
11001
11111
图2-43是一个一位全加器,A,B为加数和被加数,C为低位进位,F1为和,F2为产生的进位。
(图中有错误,第4个与门的输入少了
)
2.10请用卡诺图法将下列各逻辑表达式化成最简式。
(1)
(2)
答:
(1)
(2)
2.11简述组合逻辑电路的设计过程。
略:
2.12用与非门设计实现下列函数的组合逻辑电路。
(1)
;
(2)
。
答:
(1)
=
=
图略。
(2)
=
=
图略。
2.13用一位全加器组成4位并行进位加法器,其并行进位电路应该如何实现?
略。
2.14请画出74LS273的典型用法的接线图。
2.15什么是三态门?
一般应用在什么场合?
略
2.16计算机中常用的寄存器有哪些?
请说明如何使用?
略
2.17请说明74LS299的功能及使用方法。
略
2.18请说明74LS161的功能及使用方法。
略
习题3
移码(8位)11111111100000000111111100000000
补码(8位)01111111000000001111111110000000
对应的真值+1270-1-128
编码对应的+255+128+1270
无符号数值
3.1求下列各数的十进制数值:
(1)(267.3)8
(2)(BD.C)16(3)(1011011.101)2
答:
.
(1)183.375,
(2)189.75,(3)91.625
3.2将下列十进制数转化为二进制、八进制和十六进制数据(小数取四位二进制有效数据):
(1)-282.75
(2)123.46(3)-115/512(4)44.9375
答:
2.
序号十进制十六进制二进制八进制
(1)-282.75-11A.C-100011010.1100-432.6
(2)123.467B.71111011.0111173.34
(3)-115/512-0.398-0.001110011-0.163
(4)44.93752C.F101100.111154.74
3.3写出下列各数的原码、反码和补码,机器数长度为8位:
(1)0
(2)-127(3)-0.5(4)-19/128(5)100(6)23/64
序号真值原码补码反码
(1)0000000000000000000000000
1000000011111111
0.00000000.00000000.0000000
1.00000001.1111111
(2)-127111111111000000110000000
(3)-0.51.10000001.10000001.0111111
(4)-19/1281.00100111.11011011.1101100
(5)100011001000110010001100100
(6)23/640.01011100.01011100.0101110
3.4写出下列各机器数的二进制真值X:
(1)[X]补=0.1001
(2)[X]补=1.1001(3)[X]原=0.1101(4)[X]原=1.1101
(5)[X]反=0.1011(6)[X]反=1.1011(7)[X]移=0,1001(8)[X]移=1,1001
(9)[X]补=1,0000000(10)[X]反=1,0000000(11)[X]原=1,0000000
(12)[X]移=1,0000000
答:
(1)0.1001(7)-0111
(2)-0.0111(8)+1001
(3)+0.1101(9)-10000000
(4)-0.1101(10)-01111111
(5)+0.1011(11)-00000000
(6)-0.0100(12)00000000
3.5设某机器数字长为8位,有两个数的16进制表示形式为9CH和FFH,问:
若它们分别表示为下列格式的机器数时,其对应的十进制真值是多少?
(1)无符号整数;
(2)原码表示的定点整数;
(3)原码表示的定点小数;
(4)补码表示的定点整数;
(5)补码表示的定点小数;
(6)反码表示的定点整数;
(7)移码表示的定点整数。
答:
数9CH(10011100)FFH(11111111)
无符号整数156255
原码表示的定点整数-28-127
原码表示的定点小数-(2-3+2-4+2-5)=0.21875-(1-2-7)
补码表示的定点整数-100-1
补码表示的定点小数-(2-1+2-2+2-5)=-0.78325-2-7
反码表示的定点整数-99-0
移码表示的定点整数28127
3.6假设某规格化浮点数的尾数表示形式为M0.M1……Mn,选择正确的答案写在横线上:
(1)若尾数用原码表示,则尾数必须满足。
(2)若尾数用补码表示,则尾数必须满足。
A.M0=0B.M0=1C.M1=0D.M1=1
E.M0.M1=0.0F.M0.M1=1.1G.M0.M1=0.1或M0.M1=1.0H.M0.M1=1.0
答:
(1)D;
(2)G
3.7浮点数的表示范围取决于的位数,浮点数的表示精度取决于的位数,浮点数的正负取决于,在浮点数的表示中是隐含规定的。
A.数符B.阶符C.尾数D.阶码E.阶码的底
答:
D,C,A,E
3.8设一浮点数格式为:
字长12位,阶码6位,用移码表示,尾数6位,用原码表示,阶码在前,尾数(包括数符)在后,则按照该格式:
(1)已知X=-25/64,Y=2.875,求数据X、Y的规格化的浮点数形式。
(2)已知Z的浮点数以十六进制表示为9F4H,则求Z的十进制真值。
答:
(1)X=-0.11001×2-1,[X]浮=1.11001×2011111
[X]浮=0,111111.11001
Y=0.10111×22,[Y]浮=0.10111×2100010
[Y]浮=1,000100.10111
(2)[Z]浮=-0.10100×2100111
Z=-80
3.9设一机器数字长16位,求下列各机器数的表示范围:
(1)无符号整数;
(2)原码表示的定点整数;
(3)补码表示的定点整数;
(4)补码表示的定点小数;
(5)非规格化浮点表示,格式为:
阶码8位,用移码表示,尾数8位,用补码表示(要求写出最大数、最小数、最大负数、最小正数);
(6)上述浮点格式的规格化浮点表示范围(要求写出最大数、最小数、最大负数、最小正数)。
6答:
机器字长16位,下列各术的表示范围
(1)无符号整数0~216-1
(2)原码定点整数-(215-1)~+215-1
(3)补码定点整数-215~+215-1
(4)补码定点小数-1~+1-2-15
(5)、(6)阶码八位,移码表示,尾数8位,补码表示
最大数最小数最大负数最小正数
非规格化
浮点数(1-2-7)×2+127-1×2+127-2-7×2-1282-7×2-128
规格化
浮点数(1-2-7)×2+127-1×2+127-(0.5+2-7)×2-1280.5×2-128
3.10将下列十进制数转换为IEEE754单精度浮点数格式:
(1)+36.75
(2)-35/256
答:
3.11求下列各IEEE754单精度浮点数的十进制真值:
(1)43990000H
(2)00000000H
答:
(1)X=(-1)0×(1.0011001)×2135-127=(100110000)2=(304)10
(2)X=(-1)0×(1.0000000)×20-127=(2-127)10
3.12在汉字系统中,有哪几种编码?
它们各自有什么作用?
略。
3.13汉字库中存放的是汉字的哪一种编码?
汉字库的容量如何计算?
答:
汉字库中存放的是汉字字模码。
汉字库的容量可按下列:
存储每个汉字字模点阵所需的字节数×汉字数×点阵方法数。
3.14在一个应用系统中,需要构造一个包含了100个汉字的汉字库,假设采用16×16的汉字字形,问:
该汉字库所占存储容量是多少字节?
一篇由50个汉字构成的短文,需要占用多少字节的存储容量来存储其纯文本?
答:
16×2×100=3200字节;2×50=100字节。
3.15汉字系统的几种编码中,对于某个汉字来说,是惟一的。
A.输入码B.字模码C.机内码
答:
C。
3.16若下面的奇偶校验码均正确,请指出哪些是奇校验码,哪些是偶校验码。
(1)10110110
(2)01111110(3)11011000(4)10100001
答:
奇校验码:
(1)、(4);偶校验码:
(2),(3)。
3.17在7位的ASCII码的最高位前面添加一位奇(偶)校验位后,即可构成8位的ASCII码的奇(偶)校验码。
假设字符“A”的这样的奇(偶)校验码为41H,则它是
(1);字符“C”的这样的
(1)是
(2)。
(1):
A.奇校验码B.偶校验码
(2):
A.43HB.87HC.C3HD.86H
答:
(1)B;
(2)C。
3.18对于3.6.2节所介绍的k=8,r=4的能纠错一位的海明码,若编码为100110111100,试判断该海明码是否有误,若有,请纠正,并写出其8位正确的有效信息。
答:
10000111
3.19试设计有效信息为10位的能纠错一位的海明码的编码和译码方案,并写出有效信息0110111001的海明码。
答:
k=10,r=4的海明码的排列如下:
编码:
H14H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1
D10D9D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1
P4=D10
D9
D8
D7
D6
D5
P3=D10
D9
D8
D4
D3
D2
P2=D10
D7
D6
D4
D3
D1
P1=D9
D7
D5
D4
D2
D1
译码:
S4=P4
D10
D9
D8
D7
D6
D5
S3=P3
D10
D9
D8
D4
D3
D2
S2=P2
D10
D7
D6
D4
D3
D1
S1=P1
D9
D7
D5
D4
D2
D1
指误字:
S4S3S2S1
效信息0110111001的海明码:
01101101001110
3.20在3.6.2节所介绍有效信息为8位的能纠错一位的海明码基础上,思考如何改进,使其能够达到检错两位并能纠错一位的校验能力。
答:
略
设生成多项式为X3+X+1(即1011B),请计算有效数据10101的CRC编码。
答:
101010101
3.21试分析3.3节介绍的三种奇偶校验、海明校验和CRC校验三种校验码的检错纠错能力,它们的码距各为多少?
答:
奇偶校验码只能检错,可检单个、奇数个错,码距=2;
海明校验可以纠一位错。
CRC校验可以纠一位错。
3.22在Motorola系列的微处理器中,数据存放在内存的规则是高位字节存放在低地址单元的,对照图3.10写出各数据在这种情况下的存储方式。
略
习题4
3.23设X=0.1101,Y=-0.0110,求:
(1)[X]补
(2)[-X]补(3)[2X]补(4)[-2X]补
(5)[X/2]补(6)[-X/2]补(7)[Y]补(8)[-Y]补
(9)[2Y]补(10)[-2Y]补(11)[Y/2]补(12)[-Y/2]补
(13)[-Y/4]补
1.
(1)[X]补=0.1101
(2)[-X]补=1.0011
(3)[2X]补=1.1010溢出
(4)[-2X]补=0.0110溢出
(5)[X/2]补=0.0110
(6)[-X/2]补=1.1001
(7)[Y]补=1.1010
(8)[-Y]补=0.0110
(9)[2Y]补=1.0100
(10)[-2Y]补=0.1100
(11)[Y/2]补=1.1101
(12)[-Y/2]补=0.0010
(13)[-Y/4]补=0.0001
3.24已知X和Y,用变形补码计算X+Y和X-Y,并指出运算结果是否溢出:
(1)X=0.11011,Y=0.11111
(2)X=-0.1101,Y=0.0110
答:
.
(1) [X+Y]补:
溢出
[X-Y]补=1.11100
(2)[X+Y]补=1.1001
[X-Y]补:
溢出
3.25试使用两个4位二进制加法器和若干逻辑门电路,设计一位余3码编码的十进制加法器。
(提示:
余3码加法的校正规则为:
当余3码编码的两个数直接相加后,若结果有进位,则和数加3校正;否则和数减3校正)
图在word下不好画:
略:
4.4使用原码一位乘法计算X*Y:
(1)X=0.11101,Y=0.01111
(2)X=-0.10011,Y=0.11010
答:
(1)[X*Y]原 =0.0110110011
(2)[X*Y]原 =1.0111101110
4.5使用补码Booth乘法计算X*Y:
(3)X=0.01111,Y=-0.11101
(4)X=-0.10011,Y=-0.11010
答:
(1)[X*Y]补 =1.1001001101
(2)[X*Y]补=0.0111101110
4.6分别使用原码恢复余数除法和原码加减交替除法计算X/Y:
(5)X=0.0111,Y=0.1101
(6)X=0.1011,Y=-0.1110
答:
(1)原码恢复余数除法:
[Qs]原=0.1000;[R]原=0.00001000
原码加减交替除法:
[Qs]原=0.1000;[R]原=0.00001000
(2)原码恢复余数除法:
[Qs]原=1.1100;[R]原=0.00001000
原码加减交替除法:
[Qs]原=1.1100;[R]原=0.00001000
4.7使用补码不恢复余数除法计算X/Y:
(7)X=0.0111,Y=0.1101
(8)X=0.1011,Y=-0.1110
答:
(1)[Qs]补=0.1001;[R]补=0.00001110
(2)[Qs]补=1.0011;[R]补=0.00001100
4.8设浮点数的格式为:
阶码5位,尾数6位,均用补码表示,请计算X+Y和X-Y。
(阶码和尾数均用补码计算)。
(9)X=-1.625,Y=5.25
(10)X=15/64,Y=-29/256
答:
(1)X=-0.11010×20001,Y=0.10101×20011
[X+Y]补 =0,00100.11101;X+Y=0.11101×20010
[X-Y]补 =0,00111.00101;X-Y=-0.11011×20011
(2)X=-0.1111×2-0010,Y=0.11101×2-0011
[X+Y]补=1,11010.11111;X+Y=0.11111×2-0011
[X-Y]补 =1,11110.10110;X-Y=0.10110×2-0001
4.9设浮点数的格式为:
阶码5位,用移码表示,尾数6位,用补码表示,请计算X*Y和X/Y(阶码用移码计算,尾数用任何一种机器数的串行乘除算法计算)。
(11)X=5.25,Y=-1.625
(12)X=-29/256,Y=15/64
答:
(1)[X×Y]浮=1,01001.01111;X*Y=-0.10001×20100
[X/Y]浮=1,00101.00111;X/Y=-0.11001×20010
(2)[X×Y]浮=0,10111.00101;X*Y=-0.11011×2-0101
[X/Y]浮=0,11111.00001;X/Y=-0.11111×2-0001
3.26 假设浮点数加减运算时,尾数采用变形补码(模4补码)进行运算,运算结果形式为:
MS1MS2.M1……Mn,选择正确的答案写在横线上:
(1)若尾数运算结果形式满足条件时,结果需要左规;
(2)若尾数运算结果形式满足条件时,结果需要右规(1次);
(3)若尾数运算结果形式满足条件时,结果不需要规格化;
A.MS1MS2.M1=00.0B.MS1MS2.M1=00.1C.MS1MS2.M1=01.0
D.MS1MS2.M1=01.1E.MS1MS2.M1=10.0F.MS1MS2.M1=10.1
G.MS1MS2.M1=11.0H.MS1MS2.M1=11.1
答:
(1)A,H (2)D,E,F (3)B
3.27浮点数运算的溢出判断,取决于。
A.尾数是否上溢B.尾数是否下溢
C.阶码是否上溢D.阶码是否下溢
答:
C
3.28设[X]补=X0.X1……Xn,X必须满足条件时,X左移一位求2X时,才不会发生溢出。
A.X0.X1=0.0B.X0.X1=1.1C.X0.X1=0.1D.X0.X1=1.0
答:
A,B
3.29设机器字长8位,若机器数DAH为补码,则算术左移一位后为,算术右移一位后为。
A.B4HB.B5HC.F4HD.6DHE.EDH
答:
A,E
3.30在计算机内,减法一般用来实现。
A.二进制减法器B.十进制减法器C.二进制加法器D.十进制加法器
答:
C
3.31设某运算器由一个加法器Σ、两个暂存器A和B(D型边沿寄存器)、一个状态寄存器、一个二选一多路选择器构成,如图4.29所示。
加法器具有F=A、F=B和F=A+B这3种功能;A、B均可接收加法器的输出,A还可以接收外部输入数据D。
问:
(1)描述外部数据D传送到暂存器B的过程,写出发送的信号序列。
(2)如何实现操作A+B
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