《计算机组成原理》白中英第三版课后答案.docx

1、计算机组成原理白中英第三版课后答案 课后答案网 .com第一章计算机系统概论习题参考答案1 比较数字计算机和模拟计算机的特点。解: 模拟计算机的特点: 数值由连续量来表示, 运算过程是连续的; 数字计算机的特点: 数值由数字量( 离散量) 来表示, 运算按位进行。两者主要区别见P1 表1.1。2 数字计算机如何分类? 分类的依据是什么? 解: 分类: 数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、 大型机、 中型机、 小型机、 微型机和单片机六类。分类依据: 专用和通用是根据计算机的效率、 速度、 价格、 运行的经济性和适应性来划分的。通用机的分类依据主要是体积、 简易性、 功

2、率损耗、 性能指标、 数据存储容量、 指令系统规模和机器价格等因素。3 数字计算机有那些主要应用? ( 略) 4 冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么? 它包括哪些主要组成部分? 课后答案网解: 冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是: 存储程序和程序控制。存储程序: 将解题的程序( 指令序列) 存放到存储器中; 程序控制: 控制器顺序执行存储的程序, 按指令功能控制全机协调地完成运算任务。主要组成部分有: 控制器、 运算器、 存储器、 输入设备、 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? 解: 存储容量: 指存储器能够容纳的二进制信息的数量, 一般见

3、单位KB、 MB、 GB来度量, 存储容.com量越大, 表示计算机所能存储的信息量越多, 反映了计算机存储空间的大小。单元地址: 单元地址简称地址, 在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号, 称为单元地址。数据字: 若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据, 则称数据字。指令字: 若某计算机字代表一条指令或指令的一部分, 则称指令字。6 什么是指令? 什么是程序? 解: 指令: 计算机所执行的每一个基本的操作。程序: 解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序, 简称程序。 课后答案网 .com7 指令和数据均存放在内存中, 计算机如何区分它们是指令还是数据? 解: 一般来讲,

4、在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息; 而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。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。解: 内存: 一般由半导体存储器构成, 装在底版上, 可直接和CPU交换信息的存储器称为内存储器, 简称内存。用来存放经常使用的程序和数据。外存: 为了扩大存储容量, 又不使成本有很大的提高, 在计算机中还配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器, 称为外存储器, 简称外存。外存可存储大量的信息, 计算机需要使用时, 再调入内存。CPU: 包括运算器和控制器。基本功能为: 指令控制、 操作控制、 时间控制、 数据加工。适配器

5、: 连接主机和外设的部件, 起一个转换器的作用, 以使主机和外设协调工作。9 计算机的系统软件包括哪几类? 说明它们的用途。解: 系统软件包括: ( 1) 服务程序: 诊断、 排错等( 2) 语言程序: 汇编、 编译、 解释等( 3) 操作系统( 4) 数据库管理系统课后答案网用途: 用来简化程序设计, 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及用途。10 说明软件发展的演变过程。( 略) 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? 解: 多级划分图见P16图1.6。可分为: 微程序设计级、 一般机器级、 操作系统级、 汇编语言级.c

6、om和高级语言级。用这种分级的观点来设计计算机, 对保证产生一个良好的系统结构是有很大帮助的。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? ( 略) 13 计算机应用与应用计算机在概念上等价吗? 用学科角度和计算机系统的层次结构来寿命你的观点。 课后答案网 .com( 略) 第二章运算方法和运算器习题参考答案1. 写出下列各数的原码、 反码、 补码、 移码表示( 用8位二进制数) 。其中MSB是最高位( 又是符号位) LSB是最低位。如果是小数, 小数点在 MSB之后; 如果是整数, 小数点在 LSB之后。(1) -35/64 (2) 23/128 (3)

7、 -127 (4) 用小数表示-1 (5) 用整数表示-1解: (1)先把十进制数-35/64写成二进制小数: (-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-1000112-110)2=(-0.100011)2令x=-0.100011B x原=1.1000110 (注意位数为8位) x反=1.0111001x补=1.0111010x移=0.0111010(2) 先把十进制数23/128写成二进制小数: (23/128)10=(10111/10000000)2=(101112-111)2=(0.0001011)2令x=0.0001011B x原=0.0001011x补=0.00

8、01011x反=0.0001011x移=1.0001011(3) 先把十进制数-127写成二进制小数: 课后答案网(-127)10=(-1111111)2令x= -1111111B x原=1.1111111x补=1.0000001x反=1.0000000x移=1.0000001(4) 令x=-1.000000B 原码、 反码无法表示x补=1.0000000x移=0.0000000Y反=(5) 令Y=-1=-0000001B Y原=10000001Y补=11111111Y移=011111112. 设X补= a0, a1, a2a6 , 其中ai取0或1, 若要x0.5,求a0, a1, a2,

9、, a6 的取值。解: a0= 1, a1= 0, a2, , a6=11。3. 有一个字长为32位的浮点数, 阶码10位( 包括1位阶符) , 用移码表示; 尾数 22位( 包括1位尾符) 用补码表示, 基数R=2。请写出: (1) 最大数的二进制表示; 课后答案网 .com(2) 最小数的二进制表示; (3) 规格化数所能表示的数的范围; (4) 最接近于零的正规格化数与负规格化数。解: ( 1) ( 2) ( 3) ( 4) 4. 将下列十进制数表示成浮点规格化数, 阶码 3位, 用补码表示; 尾数9位, 用补码表示。( 1) 27/64( 2) -27/64解: ( 1) 27/64=

10、11011B =0.011011B=0.11011B浮点规格化数 : 1111 ( 2) -27/64= -11011B = -0.011011B= -0.11011B浮点规格化数 : 1111 5. 已知X和Y, 用变形补码计算X+Y, 同时指出运算结果是否溢出。( 1) X=0.11011 Y=0.00011( 2) X= 0.11011 Y= -0.10101( 3) X=-0.10110 Y=-0.00001课后答案网解: ( 1) 先写出x和y的变形补码再计算它们的和x补=00.11011 y补=00.00011x+y补=x补+y补=00.11011+00.00011=0.11110

11、 x+y=0.1111B 无溢出。( 2) 先写出x和y的变形补码再计算它们的和x补=00.11011 y补=11.01011x+y补=x补+y补=00.11011+11.01011=00.00110 x+y=0.0011B 无溢出。( 3) 先写出wwx和y的变形补码再计算它们的和x补=11.01010 y补=11.11111x+y补=x补+y补=11.01010+11.11111=11.01001 x+y= -0.10111B 无溢出6. 已知X和Y, 用变形补码计算X-Y, 同时指出运算结果是否溢出。(1) X=0.11011 Y= -0.11111(2) X=0.10111 Y=0.1

12、1011(3) X=0.11011 Y=-0.10011解: ( 1) 先写出x和y的变形补码, 再计算它们的差 课后答案网 .comx补=00.11011 y补=11.00001 -y补=00.11111x-y补=x补+-y补=00.11011+00.11111=01.11010运算结果双符号不相等 为正溢出X-Y=+1.1101B( 2) 先写出x和y的变形补码, 再计算它们的差x补=00.10111 y补=00.11011 -y补=11.00101x-y补=00.10111+11.00101=11.11100 x-y= -0.001B 无溢出( 3) 先写出x和y的变形补码, 再计算它们

13、的差x补=00.11011 y补=11.01101 -y补=00.10011x-y补=x补+-y补=00.11011+00.10011=01.01110运算结果双符号不相等 为正溢出X-Y=+1.0111B7. 用原码阵列乘法器、 补码阵列乘法器分别计算 XY。( 1) X=0.11011 Y= -0.11111( 2) X=-0.11111 Y=-0.11011解: ( 1) 用原码阵列乘法器计算: x补=0.11011 y补=1.00001课后答案网(0) 1 1 0 1 1) (1) 0 0 0 0 1-(0) 1 1 0 1 1(0) 0 0 0 0 0( 0) 0 0 0 0 0(0

14、) 0 0 0 0 0(0) 0 0 0 0 0(0) (1) (1) (0) (1) (1)-.com(1) 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1xy补=1. xy= -0.8 用原码阵列除法器计算 XY。( 1) X=0.11000 Y= -0.11111( 2) X=-0.01011 Y=0.11001解: ( 1) x原=x补=0.11000-y补=1.00001 课后答案网 .com被除数 X 0.11000+-y补 1.00001-余数为负 1.11001 q0=0左移 1.10010+|y|补 0.11111-余数为正 0.10001 q1=1左移 1.00010+-|y|补

15、1.00001-余数为正 0.00011 q2=1左移 0.00110+-|y|补 1.00001-余数为负 1.00111 q3=0左移 0.01110+|y|补 0.11111-余数为负 1.01101 q4=0左移 0.11010+|y|补 0.11111-课后答案网余数为负 1.11001 q5=0+|y|补 0.11111-余数 0.11000故 xy原=1.11000 即 xy= -0.11000B余数为 0.11000B9. 设阶为5位(包括2位阶符), 尾数为8位(包括2位数符), 阶码、 尾数均用补码表示, 完成下列取值的X+Y, X-Y运算: .com( 1) X=0.10

16、0101 Y=(-0.011110)( 2) X=( -0.010110) Y=(0.010110)解: ( 1) 将y规格化得: y=(-0.111100)x浮=1101, 00.100101 y浮=1101, 11.000100 -y浮=1101, 00.111100 对阶E补=Ex补+-Ey补=1101+0011=0000 课后答案网 .com Ex=Ey 尾数相加相加相减00.10010100.100101+ 11.000100-11.101001+ 00.111100-01.100001x+y浮=1101,11.101001 左规 x+y浮=1100,11.010010 x+y=(-

17、0.101110)x-y浮=1101,01.100001 右规 x-y浮=1110,00.1100001舍入处理得 x-y浮=1110,00.110001 x-y=0.110001( 2) x浮=1011, 11.101010 y浮=1100, 00.010110 -y浮=1100, 11.101010 对阶E补=Ex补+-Ey补=1011+0100=1111 E= -1 x浮=1100, 11.110101(0) 尾数相加相加相减11.110101(0)+ 00.010110-00.001011(0)11.110101(0)课后答案网+ 11.101010-11.011111(0)x+y浮=

18、1100,00.001011(0) 左规 x+y浮=1010,00.1011000 x+y=x-y浮=1100,11.011111(0) x-y=0.1011B( -0.100001B) 13. 某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1 , 低位来的信号为C0 , 请分别按下述两种方式写出.comC4C3C2C1的逻辑表示式。( 1) 串行进位方式 ( 2) 并行进位方式解 : ( 1) 串行进位方式: C1 = G1 + P1 C0 其中: G1 = A1 B1 , P1 = A1B1C2 = G2 + P2 C1C3 = G3 + P3 C2C4 = G4 + P4 C3(2) 并行进位方

19、式: C1 = G1 + P1 C0G2 = A2 B2 , P2 = A2B2G3 = A3 B3 , P3 = A3B3G4 = A4 B4 , P4 = A4B4 课后答案网 .comC2 = G2 + P2 G1 + P2 P1 C0C3 = G3 + P3 G2 + P3 P2 G1 + P3 P2 P1 C0C4 = G4 + P4 G3 + P4 P3 G2 + P4 P3 P2 G1 + P4 P3 P2 P1 C0其中 G1-G4 , P1-P4 表示式与串行进位方式相同。14. 某机字长16位, 使用四片74181组成ALU, 设最低位序标注为 0位, 要求: ( 1) 写

20、出第5位的进位信号C6的逻辑表示式; ( 2) 估算产生C6所需的最长时间; ( 3) 估算最长的求和时间。解: ( 1) 组成最低四位的74181进位输出为: C4=G+P C0 , C0为向第0位的进位其中: G=y3+x3y2+x2x3y1+x1x2x3y0, P=x0x1x2x3因此 : C5=y4+x4C4C6=y5+x5C5=y5+x5y4+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C0由最低位传送至C6需经一个反相器, 两级与或非门, 故产生C6的最长延迟时间为: T+21.5T=4T( 3) 最长求和时间应从施加操作数到ALU算起:

21、第一片74181有3级与或非门( 产生控制参数x0, y0Cn+4) ,第二、 第三片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, 其延迟时间为3T) , 故总的加法时间为: T=31.5T+2T+21.5T+1.5T+1.5T+3T=14T课后答案网17设A, B, C是三个16位的通用寄存器, 请设计一个 16位定点补码运算器, 能实现下述功能: ( 1) ABA( 2) BCA, C( 高位积在寄存器A中) ( 3) ABC( 商在寄存器C中) 解: 设计能完成加、 减、 乘、 除运算的16位定点补码运算器框图。分析各寄存器

22、作用: 加减乘除.comA 被加数和同左初始为0被除数余数部分积乘积( H) 除数B 加数同左被乘数C-乘数乘积( L) 商 A: 累加器( 16位) , 具有输入、 输出、 累加功能及双向移位功能; B: 数据寄存器( 16位) , 具有输入、 输出功能; C: 乘商寄存器( 16位) , 具有输入、 输出功能及双向移位功能。 课后答案网 .com画出框图: 第三章存储系统习题参考答案1有一个具有20位地址和32位字长的存储器, 问: ( 1) 该存储器能存储多少个字节的信息? ( 2) 如果存储器由512K8位SRAM芯片组成, 需要多少芯片? ( 3) 需要多少位地址作芯片选择? 解:

23、( 1) 220= 1M, 该存储器能存储的信息为: 1M32/8=4MB( 2) ( 1000/512) ( 32/8) = 8( 片) 课后答案网( 3) 需要1位地址作为芯片选择。2. 已知某64位机主存采用半导体存储器, 其地址码为26位, 若使用256K16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间, 并选用模块板结构形式, 问: ( 1) 每个模块板为1024K64位, 共需几个模块板? ( 2) 个模块板内共有多少DRAM芯片?( 3) 主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板? 解: (1). 共需模块板数为m: m= =64 (块).com(2). 每个模块板内有

24、DRAM芯片数为n:n=( / ) (64/16)=16 (片)(3) 主存共需DRAM芯片为: 1664=1024 (片)每个模块板有16片DRAM芯片, 容量为1024K64位, 需20根地址线(A19A0)完成模块板内存储单元寻址。一共有64块模块板, 采用6根高位地址线(A25A20), 经过6: 64译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。 课后答案网 .com3 用16K8位的DRAM芯片组成64K32位存储器, 要求: (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。(2) 设存储器读/写周期为0.5S, CPU在1S内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理? 两次刷新的最大时间间隔

25、是多少? 对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少? 解: ( 1) 组成64K32位存储器需存储芯片数为N=( 64K/16K) ( 32位/8位) =16( 片) 每4片组成16K32位的存储区, 有A13-A0作为片内地址, 用A15 A14经2: 4译码器产生片选信号, 逻辑框图如下所示: 课后答案网( 2) 依题意, 采用异步刷新方式较合理, 可满足CPU在1S内至少访问内存一次的要求。设16K8位存储芯片的阵列结构为128行128列, 按行刷新, 刷新周期T=2ms, 则异步刷新的间隔时间为: 则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下.com可见, 两次刷新的最大时间间隔为1

26、5.5-0.5=15 (S)对全部存储单元刷新一遍所需时间为t Rt R 0.5128=64 (S)7某机器中, 已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。现在再用一个RAM芯片(8K8)形成40K16位的RAM区域, 起始地址为6000H,假定RAM芯片有和信号控制端。CPU(访存), 要求: 的地址总线为A15-A0, 数据总线为D15-D0, 控制信号为R/ (读/写), ( 1) 画出地址译码方案。 课后答案网 .com( 2) 将ROM与RAM同CPU连接。解: ( 1) 依题意, 主存地址空间分布如右图所示, 可选用2片27128(16K8位)的EPROM作为ROM

27、区; 10片的8K8位RAM片组成40K16位的RAM区。27128需14位片内地址, 而RAM需13位片内地址, 故可用A15-A13三位高地址经译码产生片选信号,方案如下:课后答案网( 2) .com8 存储器容量为64M, 字长64位, 模块数m = 8, 分别用顺序方式和交叉方式进行组织。存储周期T = 100ns,数据总线宽度为64位, 总线周期 = 10ns .问顺序存储器和交叉存储器的 课后答案网 .com带宽各是多少? 解: 信息总量: q = 64位 8 =512位顺序存储器和交叉存储器读出8个字的时间分别是: t2 = m T = 8100ns =810 (s)t1 = T

28、 + (m - 1) = 100 + 710 = 1.7 10 (s)顺序存储器带宽是: W2 = q / t2 = 512( 810 ) = 64 10 ( 位/ S) 交叉存储器带宽是: W1 = q / t1 = 512( 1.7 10 ) = 301 10 ( 位/ S) 9 CPU执行一段程序时, cache完成存取的次数为2420次, 主存完成存取的次数为80次, 已知cache存储周期为40ns, 主存存储周期为 240ns, 求cache/主存系统的效率和平均访问时间。解: 先求命中率hh=nc/(nc +nm )2420(242080)0.968则平均访问时间为tata0.96840(1-0.968)