计算机组成原理课后习题答案白中英第四版.docx

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计算机组成原理课后习题答案白中英第四版

计算机组成原理第四版白中英主编

第一章

1.比较数字计算机和模拟计算机的特点；

模拟计算机的特点是数值由连续量來表示，运算过程也是连续的。

数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。

模拟计算机用电压表示数据，釆用电压组合和测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字0和1表示数据，采用数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。

数字计算机与模拟计算机相比，精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。

2.数字计算机如何分类？

分类的依据是什么？

数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性來划分的。

3.数字计算机有哪些主要作用？

科学计算、自动冠制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人匚智能。

4.1'冯诺依曼型计算机的主要涉及思想是什么？

它包括哪些主要组成部分？

主要设计思想是：

存储程序通用电子计算机方案，主要组成部分有：

运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备

5.什么是存储容量？

什么是单元地址？

什么是数据字？

什么是指令字？

存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。

每个存储单元都有编号，称为单元地址。

如果某字代表要处理的数据，称为数据字。

如果某字为一条指令，称为指令字。

6.什么是指令？

什么是程序？

每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。

7.指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分他们是指令还是数据？

取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是指令流。

8・什么是内存？

什么是外存？

什么是CPU?

什么是适配器？

简述其功能.

半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同用來保存二进制数据。

运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU,它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。

适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。

9.计算机的系统软件包括哪几类？

说明他们的用途。

计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。

系统程序用來简化程序设计,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用用途；应用程序是用户利用计算机來解决某些问题而编制的程序。

10・说明团建发展的演变过程。

在早期的计算机中，人们是直接用机器语言來编写程序的，这种程序称为手编程序或目的程序；后來，为了编写程序方便和提高使用效率，人们使用汇编语言来编写程序，称为汇编程序；为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用计算机，人们乂创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序，源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行；随着计算机技术的日益发展，人们乂创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库管理系统。

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？

从第一至五级分别为微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级。

采用这种用一系列的级來组成计算机的概念和技术，对了解计算机如何组成提供了一种好的结构和体制。

而且用这种分级的观点來设计计算机，对保证产生一个良好的系统结构也是很有帮助的。

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？

因为任何操作可以由软件來实现，也可以由硬件來实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。

实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。

13.（略）

第二章

（1）-^

-—=-0.43（s=-0.100011

64⑶

35K

[——]原=11000110

[—-]补=10111010

[——]反=10111001

[_一|移=00111010

（2）——=0.134简=0.001011100

128⑻

[——]原=00010111

128

眉补=00010111

IZo

后]反=00010111

IZo

［——］移=10010111

128

（3）-127

-127=-7F=-1111U1

［-127］原=11111111

［-127］补=10000001

［J27］反=10000000

［-127］移=00000001

（4）卜1］原=10000000卜1］补=10000000卜1］反=11111111卜1］移=00000000

（5）-1=-00000001

卜1］原=10000001卜1］补=11111111卜1］反=11111110卜1］移=01111111

2・［x］补=ao・ma三…36解法一.

（1）

若30=0,则XA0,也满足X>-0.5此时aip可任意

（2）

若a0=1,则x<=0,要满足x>-0.5,需ai=1

即ao=1,ai=1,az—a6有一个不为0

解法二、

-0.5=

（1）

-0.1⑵=・0・100000=1,100000

若x>=0,则a0=0,ai~*a6任意即可

［x］补=x=ao・：

ue・・・a6

（2）

若x<0,则x>-0.5

只需-x<0.5,-x>0

［x］补=*［0.5］补=01000000

即卜X］补<01000000

a。

*。

2…务+1V01000000

aQ*6/1*a2...a6<00111111

...ci6>llOCXXXX）

即3031=11,32^36不全为0或至少有一个为1（但不是“其余取0”）

3.字长32位浮点数，阶码10位，用移码表示，尾数22位，用补码表示，基为2

M：

oMo

（1）最人的数的二进制表示

E=111111111

Ms=0,M=11---1（全1）

表示为：

11…1011・・・1

10个21个

即：

229_1x（1-2~21）

（2）最小的二进制数

E=111111111

Ms=l,M=00…0（全0）（注意：

用10....0来表示尾数一1）表Z5为：

11…1100・・・0

10个21个

即：

2八*（—1）

（3）规格化范I韦1

正最人

E=11—1,

M=Ms=0

10个

21个

即：

2厂％（1—2~）

正最小

E=00・・・0,

M=100・・・0,Ms=0

10个

20个

即：

2小

x2_1

负最人

E=00・・・0,

M=011-bMs=1

10个

20个

（最接近0的负数）即：

-2-z9x（2_1+2

负最小E=

=11-bM

=00・・・0,Ms=1

10个

21个

即：

_1x（-1）=-25H

规格化所表示的范圉用集合表示为：

[2-29x2~!

22，_1x（1-2-21）]U[22"'1x（-1）=-2511,-x（2_1+2-21）]

（4）最接近于0的正规格化数、负规格化数（由上题可得出）

正规格化数E=00・・・0,M=100-0,Ms=0

10个20个

2®x2t

10个20个

_2»x（2T+27）

4.假设浮点数格式如下:

ELE3

MsMo

（1）—=0.011011=0.11011x2-1

阶补码：

111

尾数补码：

011011000机器数：

111011011000

（2）

__=-0.011011=-0.110110X2'1

阶补码：

111

尾数补码：

100101000机器数：

111000101000

（1）x=

=0.11011,y=0.00011

0011011

+0000011

0011110

x+y=0.11110

无溢出

（2）x=0.11011,y=-0.10101

［x］补=0011011

［y］补=+1101011

0000110

x+y=0.00110

无溢出

（3）x=-0.10110

y=-0.00001

jx］补=1101010

［y］补=+1111111

1101001

x+y=-0.10111

无溢出

（1）x=0.110U

y=-0.11111

jx］补=00.11011

［y］补=+00・11111

01.11010

溢出

（2）x=0.10111

y=0.U011

[x]补=

[y]补=

00.10111

+11.00101

11.11100

x-y=-0.00100

无溢出

（3）x=0.U011

y=-0.10011

[x]补=00.11011

[y]补=+00・10011

01.01110

溢出

（1）原码阵列

x=0.11011,y=-0.111U符号位：

xo®yo=061二1[x]说二11011,[y]®=11111

11011

*11111

[x*y]w=

直接补

11011~

11011

101

（0）

（1）

（0）

（0）0

（0）

（0）0

0⑴

（1）（0）

（1）

（1）（0）⑴⑴11011

1,00101,11011

（直接补码阵列不要求）

带求补器的补码阵列

[x]补=011011,[y]补=100001

乘积符号位单独运算061=1

尾数部分算前求补输出IX|=11011,|y|=11111

110

1101000101

XXY=-0.1101000101

（2）原码阵列

x=-0.1111hy=-0.U011

符号位：

xo®yo=1®1二0

[x]补二11111,[y]补二11011

11111

11011

11111

00000

11111

1101000101

[x*y]补二0,11010,00101

直接补码阵列

[X]补=

（1）00001,[y]补=

（1）00101

（1）00001

（1）00101

（1）00001

（0）000

（1）000

（0）0000

（0）00000

（0）（0）⑼⑼⑴

01101000101

［x*y］补=0、11010.00101（直接补码阵列不要求）

带求补器的补码阵列

［刃补=100001,［刃补=100101

乘积符号位单独运算1^1=0

尾数部分算前求补输出IX|=11111,|y|=11011

XXY=0.1101000101

（1）符号位Sf=O®l=1

去掉符号位后：

［y'］补二00.11111［-y‘］补=11.00001

［x‘］补二00.11000

0011000

+［T］补

一1

+［y'］补

0.1

一0

+［T］补

0.11

一0

+［T］补

0.110

一1

+［y'］补

0.1100

一1

+［y'］补

0.11000

-=-0.11000,余数=—0.00111*2-5

⑵符号位Sf=l®0=1

去掉符号位后：

［y'］补二00.11001［-y'］补二11.00111

［x‘］补二00.01011

0001011

+［T］补

+［y'］补

0.0

+［y'］补

0.01

-0

+［T］补

0.011

•00：

L（

）］

L（

）

+［-b］补

0.0111

—0

+［-b］补

0.01110

-=-0.01110,余数=—0.10111*2-5y

（1）x=2-°11*0.100101,y=2-°lo*（-O.OllllO）

[x]>?

=11101A100101

[y]；?

=llllO^O.OllllO

Ex-Ev=11101+00010=11111

[x]浮=111100010010

（1）

x+y00.010010

（1）

+11・100010

11.110100

（1）

规格化处理：

1.010010阶码11100

x+y=1.010010叩=2*0.101110

x-y00.010010

（1）

+00.011110

00110000

（1）

规格化处理：

0.110000阶码11110

x-v=2-2*0.110001

（2）x=2-101*（-0.010110）,y=2-loo*O.OlOllO

[xk=11011<0.010110

[v]；?

=11100,0.010110

Ex-Ev=11011+00100=11111

[x]?

F=11100,1.110101（0）x+y11.110101

+00・010110

00.001011

规格化处理：

0.101100阶码11010

x+y=0.101100*2^

x-y11.110101

+11.101010

11.011111

规格化处理：

1.011111阶码11100

x-y=-0.100001*2^

10.

（1）Ex=0011,Mx=0.110100

Ev=0100.My=0.100100

Ez=Ex+Ev=0111

Mx*My0.1101

水0.1001

01101

00000

01101

001110101

规格化：

2*0.111011

（2）Ex=1110、Mx=0.011010

Ev=001hMy=0.111100

Ez=Ex-Ev=1110+1101=1011

[Mx]补=00.011010

[My]补=00.111100,卜My]补=11.000100

00011010

+[・M刃11000100

110111100

10111100

+[My]00111100

111110000.0

11110000

+[My]00111100

001011000.01

01011000

+[-My]11000100

000111000.011

00111000

+[-My]11000100

111111000.0110

11111000

+[My]00111100

00110100~0.01101

01101000

+[-My]11000100

001011000.01101

商=0.110110*2%余数=0.101100*2^

11・

SiSiSis>

Ci*i—FA<—CiCi^i<—FA—CiCi・i—FA<—CiCi*i—FA

AsBi

4位加法器如上图，

G=AjB]++BQ

=AjBj+（A+BJGt=AiBi+（A.㊉d）Ci

（1）串行进位方式

Ci=G1+P1C0

C：

二G2+P2C1

C3=G3+P3C：

其中:

Gi=A1B1

G：

二A2B2

G3―A3B3

Pl=Ai®Bx（Ai+Bi也对）

二A；㊉B：

Ps—As❸B3

Ci二Gt+P1C3

（2）并行进位方式

Ci=G1+P1C0

C：

=G2+P2G1+P2P1C0

C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0

C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0

12.

（1）组成最低四位的74181进位输出为：

C4=Cn-4=G+PCn=G+PCo,Co为向第0位进位

其中，G=y3+y2X34-yiX2X3+yoXiX2X3，P=XoXiX2x3,所以

C5=刃+心6

Ce=ys+xsCs=V5+X5V4+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Co,由最低位传送至C6需经一个反相器、两级“与或非”门，故产生Co的最长延迟时间为

T+2*1.5T=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xo,y0,Cz），第二、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，设其延迟时间为3T〉,故总的加法时间为：

to=3*1.5T+2T+2*1.5T+1.5T+3T=14T

13.串行状态下：

Ci=Gi+PiCo

C2=Gj+P】Ci

C3=G3+P3G

C4=G4+P4C3

并行状态下：

Ci=Gi+PiCo

C2=G2-HP2C1=G2+P2G1+P2P1C0

C3=G3+P3G=

C4=G4+P4C3=Ga+PjPsG+PJESPzCi+PjPsPjPiCo

14.设余三码编码的两个运算数为X1和Y1，第一次用二进制加法求和运算的和数为sr,进位为C讦门校正后所得的余三码和数为SP进位为Cz则有：

Y：

=YbY^YhYxo

sr=sxsizsrsio'

第三章

l.（l）2g—=4M字节

1024132

51218

（3）1位地址作芯片选择

每个模块要16个DRAM芯片

（3）64*16=1024块

由高位地址选模块

（1）根据题意，存储总容量为64KB,故地址总线需16位。

现使用16K*8位DRAM芯片，共需16片。

芯片本身地址线占14位，所以采用位并联与地址串联相结合的方法来组成整个存储器，其组成逻辑图如图所示，其中使用一片2：

4译码器。

（2）根据已知条件，CPU在lus内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为0.5us,如果采用集中刷新，有64us的死时间，肯定不行

如果采用分散刷新，则每lus只能访存一次，也不行

所以采用异步式刷新方式。

假定16K*1位的DRAM芯片用128*128矩阵存储元构成，刷新时只对128行进行异步方式刷新，则刷新间隔为2ms/128=15.6us,可取刷新信号周期15us。

刷新一遍所用时间=15usX128=1.92ms

A15

1024132

（1）=32片

128K*8

⑵

CPU

—H

—J

—£

—J

1厂

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