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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：

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

P3=D10

P2=D10

P1=D9

译码:

S4=P4

D10

S3=P3

D10

S2=P2

D10

S1=P1

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）[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：

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：

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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