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
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)。
1
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。
2
(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。
3
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Vi0,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
4
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。
F?
AB
(b)F=AD+C+BD
2.7请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最简式。
(1)F?
AB?
BC?
BC?
AB答:
F?
AB?
AC?
BC
(2)F?
AD?
AD?
AB?
AC?
BD?
ACEF?
BEF?
DEFG答:
F?
A?
C?
BD?
BEF
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。
5
X0__2__1答:
A0图2-42习题2.8图图2-43习题2.9图2.8
A1A0X0X1X2X3F00XXXXX001XXXXX110XXXXX211XXXXX3
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:
6
ABCF1F20000000110010100110110010101011100111111
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A)
2.10请用卡诺图法将下列各逻辑表达式化成最简式。
(1)F?
AB?
ABD?
AC?
BCD
(2)F?
AC?
AB?
BCD?
BCE?
CDE答:
(1)F?
AC?
AB
(2)F?
AB?
BD?
CE?
AC
2.11简述组合逻辑电路的设计过程。
7
略:
2.12用与非门设计实现下列函数的组合逻辑电路。
(1)F(A,B,C,D)?
?
m(0,2,6,7,10,13,14,15);
(2)F(A,B,C,D)?
?
m(2,4,5,6,7,10)?
?
?
(0,3,8,15)。
答:
(1)
F?
ABCD?
ABCD?
ABCD?
ABCD?
ABCD?
ABCD?
ABCD?
ABCDBC?
CD?
ABD?
ABD=__ABD
=
图略。
(2)
F?
ABCD?
ABCD?
ABCD?
ABCD?
ABCD?
ABCD?
?
(ABCD?
ABCD?
ABCD?
ABCD)
=AC?
AB?
BCD=__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?
8
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)__-____-____-____-__补码(8位)__-____-____-____-__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)(BD.C)(__-__.101)8
(2)16(3)
2
9
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-__-__0.1100-432.6
(2)123.467B.7__-__.0111173.34
(3)-115/512-0.398-0.__-__1-0.163
(4)44.93752C.F__.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
10
(1)0__-____-____-__
__-____-__
0.__-__0.__-__0.__-__
1.__-__1.__-__
(2)-127__-____-____-__(3)-0.51.__-__1.__-__1.__-__
(4)-19/1281.__-__1.__-__1.__-__(5)100__-____-____-__
(6)23/640.__-__0.__-__0.__-__
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
11
(9)[X]补=1,__-__(10)[X]反=1,__-__(11)[X]原=1,__-__(12)[X]移=1,__-__答:
(1)0.1001(7)-0111
(2)-0.0111(8)+1001(3)+0.1101(9)-10000000(4)-0.1101(10)-__-__(5)+0.1011(11)-__-__(6)-0.0100(12)__-__
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;
12
(6)反码表示的定点整数;(7)移码表示的定点整数。
答:
数9CH(__-__)FFH(__-__)
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.__-(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.__-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=0
B.M0=1
C.M1=0G
.
D.M1=1
或
E.M0.M1=0.0
F.M0.M1=1.1M0.M1=0.1
M0.M1=1.0H.M0.M1=1.0
13
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.__2-1,[X]浮=1.__2022年111[X]浮=0,__1.__
Y=0.__22,[Y]浮=0.__-__
[Y]浮=1,000100.__
14
(2)[Z]浮=-0.__-__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
15
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__单精度浮点数格式:
(1)+36.75答:
3.11求下列各__单精度浮点数的十进制真值:
(1)__-__H
(2)__-__H
(2)-35/256
答:
(1)X=(-1)0×(1.__-__)×2135-127=(__-__0)2=(304)10
0
(2)X=(-1)×(1.__-__)
×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。
16
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)__-__
(2)__-__(3)__-__(4)__-__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”
17
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.C3H86H
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__-__1100,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:
__-__
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__-__01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?
D5P3=D10?
D9?
D8?
D4?
D3?
D2
18
D.
P2=D10?
D7?
D6?
D4?
D3?
D1
P1=D9?
D7?
D5?
D4?
D2?
D1译码:
S4=P4?
D10?
D9?
D8?
D7?
D6?
D5S3=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__-__01的海明码:
__-__001110
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__的CRC编码。
答:
__-__1
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?
19
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
补
(2)[-X]补(3)[2X]补(4)[-2X]
(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
20
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.__,Y=0.__
(2)X=-0.1101,Y=0.0110
答:
.
21
(1)[X+Y]补:
溢出[X-Y]补=1.__(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:
22
4.4使用原码一位乘法计算__Y:
(1)X=0.__,Y=0.01111
(2)X=-0.__,Y=0.__
答:
(1)[__Y]原=0.__-__11(2)[__Y]原=1.__-__104.5使用补码Booth乘法计算__Y:
(3)X=0.01111,Y=-0.__(4)X=-0.__,Y=-0.__
答:
(1)[__Y]补=1.__-__01(2)[__Y]补=0.__-__10
23
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.__-__
原码加减交替除法:
[Qs]原=0.1000;[R]原=0.__-__
(2)原码恢复余数除法:
[Qs]原=1.1100;[R]原=0.__-__
原码加减交替除法:
[Qs]原=1.1100;[R]原=0.__-__
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.__-__(2)[Qs]补=1.0011;[R]补=0.__-__
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
24
(10)X=15/64,Y=-29/256
答:
(1)X=-0.__2022年1,Y=0.__2022年1
[X+Y]补=0,00100.__;X+Y=0.__2022年0[X-Y]补=0,00111.00101;X-Y=-0.__2022年1(2)X=-0.1111×2-0010,Y=0.__2-0011
[X+Y]补=1,11010.__;X+Y=0.__2-0011
[X-Y]补=1,11110.__;X-Y=0.__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__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)[__Y]浮=1,01001.01111;__Y=-0.__2022年0
[X/Y]浮=1,00101.00111;X/Y=-0.__2022年0
(2)[__Y]浮=0,10111.00101;__Y=-0.__2-0101
[X/Y]浮=0,11111.00001;X/Y=-0.__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)
25
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=00.0
C.MS1MS2.M1=01.0
E.MS1MS2.M1=10.0B.MS1MS2.M1=00.1
D.MS1MS2.M1=01.1
F.MS1MS2.M1=10.1
G.MS1MS2.M1=11.0H.MS1MS2.M1=11.1
答:
(1)A,H(2)D,E,F(3)B3.27浮点数运算的溢出判断,取决于。
A.尾数是否上溢C.阶码是否上溢答:
C
3.28设[X]补=X0.X1。
Xn,X必须满足条件时,X左
26
B.尾数是否下溢D.阶码是否下溢
移一位求2X时,才不会发生溢出。
A.X0.X1=0.0
B.X0.X1=1.1
C.X0.X1=0.1
D.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.B4H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