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1、计算机组成原理第四版课后习题答案完整版 第一章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

2、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？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：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容量越大，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

3、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。 7 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，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

4、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：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）数据库管理系统用途：用来简化程序设计，简化使用

5、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。 （略）第二章1. 写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示（用8位二进制

6、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) -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=1.0111001 x补=1.0111010 x移=0.0111010(2) 先把十进制数23/128写成二进制小数：(23/1

7、28)10=(10111/10000000)2=(101112-111)2=(0.0001011)2令x=0.0001011B x原=0.0001011 x反=0.0001011 x补=0.0001011 x移=1.0001011(3) 先把十进制数-127写成二进制小数：(-127)10=(-1111111)2令x= -1111111B x原=1.1111111 x反=1.0000000 x补=1.0000001 x移=1.0000001(4) 令x=-1.000000B 原码、反码无法表示x补=1.0000000 x移=0.0000000(5) 令Y=-1=-0000001B Y原=100

8、00001 Y反=11111110 Y补=11111111 Y移=011111112. 设X补= a0，a1，a2a6 , 其中ai取0或1，若要x0.5,求a0，a1，a2，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；(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）1111111111 0111111111111111111111（2）111111

9、1111 1000000000000000000000（3）1111111111 01111111111111111111110111111111 1000000000000000000000（4）0000000000 00000000000000000000010000000000 111111*11111114. 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=11011B=0.011011B=0.11011B浮点规格化数 : 1111 0110110000（2） -27/64= -11011B= -

10、0.011011B= -0.11011B浮点规格化数 : 1111 10010100005. 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 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

11、+y补=00.11011+11.01011=00.00110 x+y=0.0011B 无溢出。（3）先写出x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=0.11011(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x补=00.11011 y补=11.000

12、01 -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

13、=+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(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)0 0 0 0 0(0)0 0 0 0 0(0) (1) (1) (0) (1) (1)-(1)0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 xy补=1.0010111011 xy= -0.11010001018 用原码阵列

14、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 被除数 X0.11000 +-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 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

15、移 0.11010 +|y|补0.11111-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：（1）X=0.100101 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=1101，00.111

16、100 对阶E补=Ex补+-Ey补=1101+0011=0000 Ex=Ey 尾数相加 相加 相减00.100101 00.100101+ 11.000100 + 00.111100- -11.101001 01.100001x+y浮=1101,11.101001 左规 x+y浮=1100,11.010010 x+y=(-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=110

17、0，11.101010 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) 11.110101(0)+ 00.010110 + 11.101010-00.001011(0) 11.011111(0)x+y浮=1100,00.001011(0) 左规 x+y浮=1010,00.1011000 x+y=0.1011Bx-y浮=1100,11.011111(0) x-y=（-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C4C

18、3C2C1的逻辑表达式。（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 C1 G2 = A2 B2 ， P2 = A2B2C3 = G3 + P3 C2 G3 = A3 B3 ， P3 = A3B3C4 = G4 + P4 C3 G4 = A4 B4 ， P4 = A4B4(2) 并行进位方式：C1 = G1 + P1 C0 C2 = G2 + P2 G1 + P2 P1 C0C3 = G3 + P3 G2 + P3 P2 G1 + P3 P2 P1 C0C4 =

19、G4 + P4 G3 + P4 P3 G2 + P4 P3 P2 G1 + P4 P3 P2 P1 C0其中 G1-G4 ，P1-P4 表达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）写出第5位的进位信号C6的逻辑表达式；（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所以 ：C5=y4+x4C4C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C4（

20、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：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=14T17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（

21、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。分析各寄存器作用：加 减 乘 除A 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。画出框图：第三章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

22、，需要多少芯片？（3） 需要多少位地址作芯片选择？解：（1） 220= 1M， 该存储器能存储的信息为：1M32/8=4MB（2）（1000/512）（32/8）= 8（片）（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)(2). 每个模块板内有DRAM芯片数为n:

23、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)，通过6：64译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。3 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

24、）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：（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可见，两次刷新的最大时间间隔为15.5-0.5=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的地址总线为A15-A0，数据总线为D15-D0，控制信号为R/(读/写)， (访存)，要求：（1） 画出地址译码方案。（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区；10片的8K8位RAM片组成40K16位的