计算机组成原理第二版蒋本珊编 课后习题答案.docx

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计算机组成原理第二版蒋本珊编课后习题答案

计算机组成原理（第二版）蒋本珊编课后习题答案

第一章

１．电子数字计算机和电子模拟计算机的区别在哪里

解电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量运算的过程是不连续

的电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量运算的过程是连续的

２．冯诺依曼计算机的特点是什么其中最主要的一点是什么

解冯诺依曼计算机的特点如下

①计算机指硬件应由运算器存储器控制器输入设备和输出设备五大基本部件

组成

②计算机内部采用二进制来表示指令和数据

③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中然后再启动计算机工作

第③点是最主要的一点

３．计算机的硬件是由哪些部件组成的它们各有哪些功能

解计算机的硬件应由运算器存储器控制器输入设备和输出设备五大基本部件

组成它们各自的功能是

①输入设备把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去并且将它们转换成计

算机内部所能识别和接受的信息方式

②输出设备将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机

③存储器用来存放程序和数据

④运算器对信息进行处理和运算

⑤控制器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

４．什么叫总线简述单总线结构的特点

解总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路它能分时地发送与接收各

部件的信息单总线结构即各大部件都连接在单一的一组总线上这个总线被称为系统

总线CPU与主存CPU与外设之间可以直接进行信息交换主存与外设外设与外设

之间也可以直接进行信息交换而无须经过CPU的干预

５．简单描述计算机的层次结构说明各层次的主要特点

解现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体可以把它看成是按功能划分

的多级层次结构

第０级为硬件组成的实体

第１级是微程序级这级的机器语言是微指令集程序员用微指令编写的微程序一

般是直接由硬件执行的

第２级是传统机器级这级的机器语言是该机的指令集程序员用机器指令编写的

程序可以由微程序进行解释

第３级是操作系统级从操作系统的基本功能来看一方面它要直接管理传统机器

中的软硬件资源另一方面它又是传统机器的延伸

第４级是汇编语言级这级的机器语言是汇编语言完成汇编语言翻译的程序叫做

汇编程序

第５级是高级语言级这级的机器语言就是各种高级语言通常用编译程序来完成

高级语言翻译的工作

第６级是应用语言级这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的因此这

一级语言就是各种面向问题的应用语言

６．计算机系统的主要技术指标有哪些

解计算机系统的主要技术指标有机器字长数据通路宽度主存容量和运算速

度等

机器字长是指参与运算的数的基本位数它是由加法器寄存器的位数决定的

数据通路宽度是指数据总线一次所能并行传送信息的位数

主存容量是指主存储器所能存储的全部信息量

运算速度与机器的主频执行什么样的操作主存本身的速度等许多因素有关__

第二章

１．设机器数的字长８位含１位符号位分别写出下列各二进制数的原码补码和

反码０－００．１０００－０．１００００．１１１１－０．１１１１１１０１－１１０１

解

真　值原　码补　码反　码

０

－０

０．１０００

－０．１０００

０．１１１１

－０．１１１１

１１０１

－１１０１

００００００００

１０００００００

０．１００００００１．１００００００

０．１１１１０００

１．１１１１０００

００００１１０１

１０００１１０１

００００００００

００００００００

０．１００００００１．１００００００

０．１１１１０００

１．０００１０００

００００１１０１

１１１１００１１

００００００００

１１１１１１１１

０．１００００００１．０１１１１１１

０．１１１１０００

１．００００１１１

００００１１０１

１１１１００１０

　　２．写出下列各数的原码补码和反码７

１６４

１６１

１６±０－１

１６－４

１６－７

１６

解７

１６＝７×２－４＝０．０１１１

４

１６＝４×２－４＝０．０１００

１

１６＝１×２－４＝０．０００１

数据的机器层次表示

真　值原　码补　码反　码

７１６０．０１１１０．０１１１０．０１１１４１６０．０１０００．０１０００．０１００１１６０．０００１０．０００１０．０００１００．０００００．０００００．００００－０１．０００００．００００１．１１１１－１１６１．０００１１．１１１１１．１１１０－４１６１．０１００１．１１００１．１０１１－７１６１．０１１１１．１００１１．１０００　　３．已知下列数的原码表示分别写出它们的补码表示〔X１〕原＝０．１０１００〔X２〕原＝１．１０１１１

解〔X１〕补＝０．１０１００〔X２〕补＝１．０１００１

４．已知下列数的补码表示分别写出它们的真值〔X１〕补＝０．１０１００〔X２〕补＝

１．１０１１１

解X１＝０．１０１００X２＝－０．０１００１

５．设一个二进制小数X≥０表示成X＝０．a１a２a３a４a５a６其中a１～a６取１或０

１若要X＞１２

a１～a６要满足什么条件

２若要X≥１８

a１～a６要满足什么条件

３若要

１４

≥X＞１

１６a１～a６要满足什么条件

解１X＞１２

的代码为０．１００００１～０．１１１１１１

a１＝１a２＋a３＋a４＋a５＋a６＝１

２X≥１８

的代码为

０．００１０００　　１８

０．１１１１１１　　６３

６４

　　a１＋a２＝０a３＝１或a１＝０a２＝１或a１＝１

计算机组成原理教师用书

3　4３１４

≥X＞１

１６的代码为

０．０００１０１　　５

６４

０．０１００００　　１４

　　a１＋a２＋a３＝０a４＝１a５＋a６＝１或a１＋a２＝０a３＝１或a２＝１a１＋a３＋a４＋a５＋

a６＝０

６．设〔X〕原＝１．a１a２a３a４a５a６

１若要X＞－１２

a１～a６要满足什么条件

２若要－１８

≥X≥－１４

a１～a６要满足什么条件

解１X＞－１２

的代码为

１．０００００１　　－１

６４

１．０１１１１１　　－３１

６４

　　a１＝０a２＋a３＋a４＋a５＋a６＝１

２－１８

≥X≥－１４

的代码为

１．００１０００　　－１８

１．００１００１　　－９

６４

１．００１１１１　　－１５

６４

１．０１００００　　－１４

　　a１＋a２＝０a３＝１或a２＝１a１＋a３＋a４＋a５＋a６＝０

７．若上题中〔X〕原改为〔X〕补结果如何

解设〔X〕补＝１．a１a２a３a４a５a６

１X＞－１２

的代码为

3　5１．１００００１　　－３１

６４

１．１１１１１１　　－１

６４

　　a１＝１a２＋a３＋a４＋a５＋a６＝１

２－１８

≥X≥－１４

的代码为

１．１１００００　　－１４

１．１１０００１　　－１５

６４

１．１１０１１１　　－９

６４

１．１１１０００　　－１８

　　a１a２＝１a３＝０或a１a２a３＝１a４＋a５＋a６＝０

８．一个n位字长的二进制定点整数其中１位为符号位分别写出在补码和反码两

种情况下

１模数　　　　　　　　２最大的正数

３最负的数　　　　　　４符号位的权

５－１的表示形式　　　　６０的表示形式

解

项目补码反码

模数Mod２nMod２n－１

最大的正数２n－１－１２n－１－１最负的数－２n－１－２n－１－１

符号位的权２n－１２n－１

－１的表示形式１１１１１１１１１１１１１１１００的表示形式００００００００００００００００

１１１１１１１１　　９．某机字长１６位问在下列几种情况下所能表示数值的范围

计算机组成原理教师用书

3　6１无符号整数

２用原码表示定点小数

３用补码表示定点小数

４用原码表示定点整数

５用补码表示定点整数

解１０≤X≤２１６－１

２－１－２－１５≤X≤１－２－１５

３－１≤X≤１－２－１５

４－２１５－１≤X≤２１５－１

５－２１５≤X≤２１５－１

１０．某机字长３２位试分别写出无符号整数和带符号整数补码的表示范围用十

进制数表示

解无符号整数０≤X≤２３２－１

补码－２３１≤X≤２３１－１

１１．某浮点数字长１２位其中阶符１位阶码数值３位数符１位尾数数值７位阶

码以２为底阶码和尾数均用补码表示它所能表示的最大正数是多少最小规格化正

数是多少绝对值最大的负数是多少

解最大正数＝１－２－７×２２３－１＝１－２－７×２７＝１２７

最小规格化正数＝２－１×２－２３＝２－１×２－８＝２－９＝１

５１２

绝对值最大的负数＝－１×２２３－１＝－１×２７＝－１２８

１２．某浮点数字长１６位其中阶码部分６位含１位阶符移码表示以２为底尾

数部分１０位含１位数符位于尾数最高位补码表示规格化分别写出下列各题的二

进制代码与十进制真值

１非零最小正数

２最大正数

３绝对值最小负数

４绝对值最大负数

解１非零最小正数０００００００１００００００００２－１×２－２５＝２－３３

２最大正数１１１１１１０１１１１１１１１１１－２－９×２２５－１＝１－２－９×２３１

３绝对值最小负数００００００１０１１１１１１１１－２－１＋２－９×２－２５

４绝对值最大负数１１１１１１１０００００００００－１×２２５－１＝－２３１

１３．一浮点数其阶码部分为p位尾数部分为q位各包含１位符号位均用补码表

示尾数基数r＝２该浮点数格式所能表示数的上限下限及非零的最小正数是多少写

数据的机器层次表示

第2

章

3　7出表达式

解上限最大正数＝１－２－q－１×２２p－１－１

下限绝对值最大负数＝－１×２２p－１－１

最小正数＝２－q－１×２－２p－１

最小规格化正数＝２－１×２－２p－１

１４．若上题尾数基数r＝１６按上述要求写出表达式

解上限最大正数＝１－２－q－１×１６２p－１－１

下限绝对值最大负数＝－１×１６２p－１－１

最小正数＝２－q－１×１６－２p－１

最小规格化正数＝１６－１×１６－２p－１

１５．某浮点数字长３２位格式如下其中阶码部分８位以２为底移码表示尾数

部分一共２４位含１位数符补码表示现有一浮点代码为８C５A３E００__________１６试写出它所

表示的十进制真值

　　　　　　　　０　　　　　７　　８　　９　　　　　　　３

阶码数符尾数

　　解８C５A３E００１６＝１０００１１０００１０１１０１０００１１１１１０００００００００B

０．１０１１０１０００１１１１１×２１２＝１０１１０１０００１１１．１１２＝２８８７．７５１０

１６．试将－０．１１０１２用IEEE短浮点数格式表示出来

解０．１１０１＝１．１０１×２－１

符号位＝１

阶码＝１２７－１＝１２６

１０１１１１１１０１０１００００００００００００００００００００

结果＝BF５０００００H

１７．将下列十进制数转换为IEEE短浮点数

１２８．７５

２６２４

３－０．６２５

４＋０．０

５－１０００．５

解１２８．７５＝１１１００．１１＝１．１１００１１×２４

符号位＝０

阶码＝１２７＋４＝１３１

０１０００００１１１１００１１０００００００００００００００００

计算机组成原理教师用书

3　8结果＝４１E６００００H

２６２４＝１００１１１００００＝１．００１１１００００×２９

符号位＝０

阶码＝１２７＋９＝１３６

０１０００１０００００１１１００００００００００００００００００

结果＝４４１C００００H

３－０．６２５＝－０．１０１＝－１．０１×２－１

符号位＝１

阶码＝１２７－１＝１２６

１０１１１１１１００１０００００００００００００００００００００

结果＝BF２０００００H

４＋０．０

结果＝００００００００H

５－１０００．５＝１１１１１０１０００．１＝１．１１１１０１０００１×２９

符号位＝１

阶码＝１２７＋９＝１３６

１１０００１０００１１１１０１０００１０００００００００００００

结果＝C４７A２０００H

１８．将下列IEEE短浮点数转换为十进制数

１１１００００００１１１１００００００００００００００００００００

２００１１１１１１０００１００００００００００００００００００００

３０１００００１１１００１１００１００００００００００００００００

４０１００００００００００００００００００００００００００００００

５０１０００００１００１０００００００００００００００００００００

６００００００００００００００００００００００００００００００００

解１１１００００００１１１１００００００００００００００００００００

符号位＝１

阶码＝１２９－１２７＝２

１．１１１×２２＝１１１．１B＝７．５

所以结果＝－７．５

２００１１１１１１０００１００００００００００００００００００００

符号位＝０

阶码＝１２６－１２７＝－１

１．００１×２－１＝０．１００１B＝０．５６２５

数据的机器层次表示

第2

章

3　9所以结果＝０．５６２５

３０１００００１１１００１１００１００００００００００００００００

符号位＝０

阶码＝１３５－１２７＝８

１．００１１００１×２８＝１００１１００１０B＝３０６

所以结果＝３０６

４０１００００００００００００００００００００００００００００００

符号位＝０

阶码＝１２８－１２７＝１

１．０×２１＝１０B＝２

所以结果＝２

５０１０００００１００１０００００００００００００００００００００

符号位＝０

阶码＝１３０－１２７＝３

１．０１×２３＝１０１０B＝１０

所以结果＝１０

６００００００００００００００００００００００００００００００００

阶码和尾数都等于全０结果＝０

１９．对下列ASCII码进行译码

１００１００１０１００００１１１００００１１１１０１１１

１０００１０１１０１００００１０１０１１１０１００１００

解以上ASCII码分别为IawEPW＄

２０．以下列形式表示５３８２１０

１８４２１码　　　　　２余３码

３２４２１码　　　　　４二进制数

解１０１０１００１１１０００００１０

２１００００１１０１０１１０１０１

３１０１１００１１１１１０００１０

４１０１０１０００００１１０

２１．填写下列代码的奇偶校验位现设为奇校验

１０１００００１

０００１１００１

０１００１１１０

解３个代码的校验位分别是００１

计算机组成原理教师用书

4　0２２．已知下面数据块约定横向校验纵向校验均为奇校验请指出至少有多少位

出错

a７a６a５a４a３a２a１a０校验位

１００１１０１１→０

００１１０１０１→１

１１０１００００→０

１１１０００００→０

０１００１１１１→０

↓↓↓↓↓↓↓↓

校验位１０１０１１１１

解经检测a７和a０列出错所以至少有两位出错

２３．求有效信息位为０１１０１１１０的海明校验码

解P5　D８　D７　D６　D５　P4　D４　D３　D２　P3　D１　P2　P1

P１＝D１?

?

D２?

?

D４?

?

D５?

?

D７＝０?

?

１?

?

１?

?

０?

?

１＝１

P２＝D１?

?

D３?

?

D４?

?

D６?

?

D７＝０?

?

１?

?

１?

?

１?

?

１＝０

P３＝D２?

?

D３?

?

D４?

?

D８＝１?

?

１?

?

１?

?

０＝１

P４＝D５?

?

D６?

?

D７?

?

D８＝０?

?

１?

?

１?

?

０＝０

P５＝D１?

?

D２?

?

D３?

?

D５?

?

D６?

?

D８＝０?

?

１?

?

１?

?

０?

?

１?

?

０＝１

所以海明校验码＝1XXXXXXXXXX01

２４．设计算机准备传送的信息是１０１０１１００１０００１１１１生成多项式是X５＋X２＋１计

算校验位写出CRC码

解生成多项式X５＋X２＋１＝１００１０１

首先将准备传送的信息左移５位１０１０１１００１０００１１１１０００００

然后１０１０１１００１０００１１１１０００００÷１００１０１余数＝１００１１

所以CRC码＝１０１０１１００１０００１１１１10011__

3．4　教材习题解答

１．指令长度和机器字长有什么关系半字长指令单字长指令双字长指令分别表

示什么意思

解指令长度与机器字长没有固定的关系指令长度可以等于机器字长也可以大于

或小于机器字长通常把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令指令长度等于

半个机器字长的指令称为半字长指令指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长

指令

２．零地址指令的操作数来自哪里一地址指令中另一个操作数的地址通常可采用

什么寻址方式获得各举一例说明

解双操作数的零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和次栈顶双操作数的一地址

指令的另一个操作数通常可采用隐含寻址方式获得即将另一操作数预先存放在累加器

中例如前述零地址和一地址的加法指令

３．某机为定长指令字结构指令长度１６位每个操作数的地址码长６位指令分为

无操作数单操作数和双操作数三类若双操作数指令已有K种无操作数指令已有L

种问单操作数指令最多可能有多少种上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少

指令系统

第3

章

6　5解X＝２４－K×２６－jL

２６k

双操作数指令的最大指令数２４－１

单操作数指令的最大指令数１５×２６－１假设双操作数指令仅１条为无操作数指

令留出１个扩展窗口

无操作数指令的最大指令数２１６－２１２－２６其中２１２为表示某条二地址指令占用的

编码数２６为表示某条单地址指令占用的编码数此时双操作数和单操作数指令各仅有

１条

４．设某机为定长指令字结构指令长度１２位每个地址码占３位试提出一种分配

方案使该指令系统包含４条三地址指令８条二地址指令１８０条单地址指令

解４条三地址指令

０００XXXYYYZZZ

０１１XXXYYYZZZ

　　８条二地址指令

１０００００XXXYYY

１００１１１XXXYYY

　　１８０条单地址指令

１０１００００００XXX

１１１１１００１１XXX

　　５．指令格式同上题能否构成

三地址指令４条单地址指令２５５条零地址指令６４条为什么

解三地址指令４条

０００XXXYYYZZZ

０１１XXXYYYZZZ

　　单地址指令２５５条

１００００００００XXX

１１１１１１１１０YYY

　　只能再扩展出零地址指令８条所以不能构成这样的指令系统

６．指令中地址码的位数与直接访问的主存容量和最小寻址单位有什么关系

计算机组成原理教师用书

6　6解主存容量越大所需的地址码位数就越长对于相同容量来说最小寻址单位越

小地址码的位数就越长

７．试比较间接寻址和寄存器间址

解间接寻址方式的有效地址在主存中操作数也在主存中寄存器间址方式的有效

地址在寄存器中操作数在主存中所以间接寻址比较慢

８．试比较基址寻址和变址寻址

解基址寻址和变址寻址在形成有效地址时所用的算法是相同的但是它们两者实

际上是有区别的一般来说变址寻址中变址寄存器提供修改量可变的而指令中提供

基准值固定的基址寻址中基址寄存器提供基准值固定的而指令中提供位移量可

变的这两种寻址方式应用的场合也不同变址寻址是面向用户的用于访问字符串向

量和数组等成批数据而基址寻址面向系统主要用于逻辑地址和物理地址的变换用以

解决程序在主存中的再定位和扩大寻址空间等问题在某些大型机中基址寄存器只能

由特权指令来管理用户指令无权操作和修改

９．某机字长为１６位主存容量为６４K字采用单字长单地址指令共有５０条指令

若有直接寻址间接寻址变址寻址相对寻址四种寻址方式试设计其指令格式

解操作码６位寻址方式２位地址码８位

１０．某机字长为１６位主存容量为６４K字指令格式为单字长单地址共有６