计算机组成原理课后习题答案常国锋武汉大学出版社.docx
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计算机组成原理课后习题答案常国锋武汉大学出版社
第1章习题参考答案
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。
高级语言翻译的工作。
第6级是应用语言级。
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
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2章习题参考答案
1.已知下列数的原码表示,分别写出它们的补码表示。
凶原=0.10100,凶原=1.10111
解:
[X)>=0.10100;[X2>-1.01001。
2•已知下列数的补码表示,分别写出它们的真值。
[X]补=0.10100,[X]补=1.10111
解:
X1=0.10100,^2=-0.01001.
3•某机字长16位,简述下列几种情况下所能表示数值的范围。
(1)
无符号整数
⑵
用原码表示定点小数
⑶
用补码表示定点小数
⑷
用原码表示定点整数
用补码表示定点整数
解:
(1)O (2)—(1—2-咗) (3)) (4)-(2,5-l) (5)-215 4•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 i2-l)o 补码-l)o 5•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iF数=(1~27)X^7=(1-27)X27=127O 最小规格化止数=21X2$=2'X28=29=為。 3 绝对值最大的负数=-1X2’叫=—1X2——128。 6•—浮点数,其阶码部分为p位,尾数部分为g位,各包含一位符号位,均用补码表示;尾数基数r=2,该浮点数格式所能表示数的上限、下限及非零的最小正数是多少? 写出表达 式。 解: 上限(最大止数)=(1-2)X2*i= 下限(绝对值最大负数)=-1X2”J0 最小正数=2""><2才I 最小规格化正数=2JX2“Tl 7.试将(-0•1101)2用IEEE短浮点数格式表示出来。 解: 0,1101=1,101X2打 符号位=1。 阶码=127—1=126。 1,01111110.10100000000000000000000,结果=BF500000H. &对下列ASCII码进行译码。 1001001,0100001,1100001,1110111 1000101,1010000,1010111,0100100 解: 以hASCII码分别为! a,w,E,P,W,$O 9.以下列形式表示(5382)10 (1)8421码 (2)余3码 ⑶2421码(4)二进制数 解: (1)0101001110000010o (2)100001101011010L (3)1011001111100010。 (4)1010100000110, 10.求有效信息位为01101110的海明校验码。 解: 1巧[)81)71)6D5E41)4D3[)2P3DIP2PI P1=D1㊉D2©D4㊉D5㊉D7=0㊉1㊉1㊉0㊉1=1 P2=DI@D3©D4㊉D6㊉D7=0㊉1㊉1㊉1㊉1=0 P3=D2㊉D3㊉D4㊉风=1©1㊉[㊉0=1 Pt=D5㊉D6㊉D7©1)8=0®1©1㊉0=0 1'5=[)1㊉I)2㊉1)3㊉1)5㊉1)G㊉1)8=0㊉]㊉1㊉0㊉1㊉()=1 所以,海明校验码=101.10ffl? 11100L 第3章习题参考答案 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•举例说明哪几种寻址方式除去取指令以外不访问存储器? 哪几种寻址方式除去取指令 外只需访问一次存储器? 完成什么样的指令,包括取指令在内共访问4次存储器? 解: 除去取指令以外不访问存储器: 立即寻址,寄存器寻址。 除去取指令外只需访问一次存储器: 直接寻址,寄存器间接寻址,变址寻址,基址寻址,相对寻址,页面寻址。 二级间接寻址包括取指令在内共访问4次存储器。 4•什么叫主程序和子程序? 调用子程序时还可采用哪几种方法保存返回地址? 画图说明调用子程序的过程。 解: 主程序就是指通常的程序,而子程序是一组可以公用的指令序列,只要知道子程序 的入口地址就能调用它。 保存返回地址的方法有多种: (1)用子程序的第一个字单元存放返回地址。 转子指令把返回地址存放在子程序的第一个 字单元中,子程序从第二个字单元开始执行。 返回时将第一个字单元地址作为间接地址,采 用间址方式返回主程序。 (2)用寄存器存放返回地址。 转子指令先把返回地址放到某一个寄存器中,再由子程序将 寄存器中的内容转移到另一个安全的地方。 (3)用堆栈保存返回地址。 调用子程序的过程如下图所示,此时返回地址保存在堆栈中。 主程序训用子和序的过程 5•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? [解] (1)设单操作数描令有X条, 则((24-K)x2ft*X)x2ft>=L即,XW(24-K)x2a-(L/26) 4位占位占位 二最寒还'町以设计出单操作数指令L(24-K)x2'-(L/2ft)J条。 ⑵双操作数指令的最大指令数I24-1: 单操作数指令的最大指令数: 15x26-1 (假定双操作数指令仅】瓠为无操作数指令留岀】个扩展窗「); 无操作数指令的最大指令数’2W26 (其巾2门为蔻示某条二地址描令占用的編码数]2“为蔻示某条单地址扌斤令占 用的編码数,此时双操作数和单撫作数指令各仅有1条) 6•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。 触小董W地址描令 OOOXXX、冷3XZZ »VV OJ.丄XXXZZZ S条二地址捺令 looOOOXXX为、、 ■■■ iOOX1LXXXXYY 160宋帕地力上描令 101OOOOOOXXX 11丄noonXXX 7.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? 麒: 三地址指令4茶 000XXXYYYZZZ •■• 011XXXYYYZZZ 单地址曲令255 100000000XXX *«* 111丄丄1110YYY 只能再扩展岀手地址指令8条.所以不能构成这样的指令系统" &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? 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。 9•设某机字长32位,CPU有32个32位的通用寄存器,设计一个能容纳64种操 作的单字长指令系统。 (1)如果是存储器间接寻址方式的寄存器-存储器型指令,能直接寻址的最大主存空间 是多少? (2)如果采用通用寄存器作为基址寄存器,能直接寻址的最大主存空间又是多少? 解: 因为计算机中共有64条指令,所以操作码占6位;32个通用寄存器,寄存 器编号占5位;其余部分为地址码或标志位。 (1)如果是存储器间接寻址方式的寄存器-存储器型指令,操作码6位,寄存器编号5 位,间址标志1位,地址码20位,直接寻址的最大主存空间是220字。 (2)如果采用通用寄存器作为基址寄存器,EA=(Rb)+A,能直接寻址的最大主 32 存空间是2字。 第4章习题参考答案 1.设[x]补=Xo.X1X2X3X4,其中Xi取0或1,若要使x>—0.5,贝yXo、Xi、X2、X3、 X4的取值应满足什么条件? 答: 应满足的条件是: ①X0=0;②当Xo=1时,X1=1且X2、X3、X4不全为0。 -31 2.若32位定点小数的最高位为符号位,用补码表示,则所能表示的最大正数为_1-2_ 最小正数为_2-31_,最大负数为_-2-31,最小负数为-1;若32位定点整数的最高 位为符号位,用原码表示,则所能表示的最大正数为 _231-1__,最小正数为1_,最大负 数为-1,最小负数为-(231-1)_。 3.若机器字长为32位,在浮点数据表示时阶符占1位,阶码值占7位,数符占1位,尾 数值占23位,阶码用移码表示,尾数用原码表示,则该浮点数格式所能表示的最大正数 为_(1-2-23)>2127_,最小正数为—2-151,最大负数为—-2-151,最小负数 为_-(1-2-23)星127。 4.定点补码加减法运算中,产生溢出的条件是什么? 溢出判断的方法有哪几种? 如果是浮点加减运算,产生溢出的条件又是什么? 答: 定点补码加减运算中,产生溢出的条件是: 定点补码加减运算结果超出了定点数的表示范围。 溢出判断的方法有三种: ①采用单符号位法;②采用进位判断法;③采用双符号位 法,这种方法又称为“变形补码”或“模4补码”。 浮点加减运算中,产生溢出的条件是: 浮点加减运算结果中阶码超出了它的表示范围。 5.已知X和Y ,试用它们的变形补码计算出 X—Y,并指出结果是否溢出。 (只做 (1)) (1) X=0. 11011, Y=-0.1 1111 (2) X=0. 10111, Y=0.11 011 (3) X=0. 11011, Y=-0.1 0011 (4) X=—0 0.10110 Y=—0. 00001 W] (1) noib [Yjih-LOOOOb mu oo.non 对 +00,Hill [Th 11010 [1-Y] 站臭正溢出! ⑵ DC4=0.1QLL1. [y]mOlion, >Y]^1.00101 00.10111 [Xb +1LOT101 [-¥]* n.moo 结虽不溢出! X-Y=ll.HICO ⑶ [K]^-0.1101b [Yj^l.01101, [-Y]ih=0.10011 gnon [xh +00,10011 [Th 01.01110 [X'-fl# 站杲IE潘出 ⑷ 01010. [y]沪i.inn, : 一Y]«a0.00001 JL.01010: 11.01011[X-Y]fr结果不溢谢! X-Y=-0.10101 6•分别用原码乘法和补码乘法计算XXY。 (只做 (1)) (1) X =0.11011,Y=—0.11111 (2) X =—0.11010,Y=—0.01110 (I)1X)-0.11011-*B.Y|-0.nill-C,D-A ia|Ic + + X oohnon 00.0110110111I 00.1E11 +■ * X 01.01000 00.101000llo1IJ oo,non + + X 01.01111 00.10111101011 00.11011 =<► X OL10030 00,1W01Q10101 00.non ■ 01.10100J 00.110100010I0 00.00000OU11L1 -X00.11011 所乩XXY=0.1101000101 XXY=-0.1101000101 说叨 c;=],-x| 部分积右移】位 C5=l5+X 部分税右尋1位 3,+|X| 部分积右'移1位 W+\ 部分臥右移IfeW+X 部分积右移1位 补码乘法: ⑴[X]»=0.1101LfB.: Y]沪l.(KXX)l [-X]^l.00101 -*C(0-A 原码乘法: +Th 00.00000 11.00101 —*> F艾“ 11.00101 11.10010 00.L1O11 +0 00.01101 00.00110 00.00000 +0 00.00110 00.00011 00.00000 -0 00.00011 00.00001 00.00000 —► 00.00001 00.00000 11.00101 11.00101 所以,[XXY]^! .0010111011 XXY=-0,1101000101 ( 二多齐荡」□ 说明 ]. 000010 CgC^lOf+I-X]卜 1 100001 部分枳右移_1惶 十-XJh 1 1110000 部分积右移1位 +0 0 111000 部分积右移1位 CsCfi=OO.+0 1 01ill00 部分积右移1世 CbCb=OO.十0 1 101ill0 部分积右移1位 C1G=1O.1Th /附加f立 11010- ▼乩Y=0.01110 1扎寄存器1 Q0,00000 Q0.00000 fC*IA 0 C寄平器;| 0.0 11 I0 00.00000 00.00000 00 0: 11 X 00.11010 00.11010 + 00.01101 00 00 11 X 00.11010 01.00111 00.10011 10 010 01 + X 00.11010 01.OILOJ 00.101L0 ]1ou |00 + 0 00.00000 肿.10110 _| 00.01011 01 10 00 所以・.010******* XXY=^0.010******* 说明 Ci—()■*0 騎分稅右移1垃 G==1・。 X 剂井积右移I也 Q=],-|X 部分积右移I位 G=l・-IX 部分积右移1位 G=0-+0 誑井轉右磚I位 0T 4附加位 补码乘法: (2)[X]蝠1.00110■*B,[Y〕补=1.10010■*G[-xfio.now +0 00.00000 00.00000 F卜X]朴 00.00000 00.00000 00.11010 —► -: X], 00+11010 00.01101 11.00110 —► +0 11.10011 11.11001 00.00000 —► 十m LL11001 11.11100 00.11010 十0 00.10110 00.01011 00.00000 A奇存鉴 1,]0 0oil1 说明 CsC-^Oj■0 部分积右常I GG=10h-[T(h部分枳右移I空 QCfl=01,-Dch. 部分积右移Ifi GG呃-0 部分枳右移I堂 CSCD=1O,+[-x]> 部分积右移1位 C=Cg-=11p十0 00,01011 所以,[XXY]z0.010******* XXY=0.010******* 7•分别用原码和补码加减交替法计算X+Y。 (只做 (1)) (1) X=0. 101 01, Y=0.11011 (2) X=—0 .10 101, Y=0.11011 (3) X=0. 100 01, Y=-0.10110 (4) X=—0 .10 110, Y=-0.11011 解: ⑴原码除法: |A1=O.IOIOHJ,|K|=O.I1OIHB,0-C l|r|i^=i.ooioi ♦— *|K| 11.11010 11.10100 00.11011 00.01111 •- 00.11110 4||r|htt11.00101 00.00011 00.00H0 +l|r|h« 11.00101 11.01011 10.10110 +|>'| 00.11011 11.10001 J 11.00010 屮1 00.11011 11」1101 +IH 00.11011 00.11000 00.10101 +||K|h«I1.0010I c说附 0,00000 1-in 0.000叫部分余数为敗,商0 左移I位 +IH 0.00001部分緘为1E,釦 左移说」-in0.00I011部分余数为正,商I 左移诫 J-in 0.00110部分余数为敗,商0 左移I位」制 opuoo部分余数为负,Ao 左移I位 钏 0.11000弘分余故为负,商0 因为 所以 (>=X.®h=0®0=0 ^■=0.11000- 0.11 (2"s 0.11011 聒-次勉余数,屮I 补码除法: |Xb=0.10lOHJ.|r|h=0.11011-B,o-c [讪=1・()01()1 A C 0.00000 W明 【从同号,+I-XK 十m 00.10101 11.00101 11.11010 0.00000 服[“济号川0 <— 11.10100 左移1位 +叫 00.11011 +【弘 00.01111 0.00001 『肿;,们 00.11110 左移1位 +卜弘 11.00101 +卜弘 00.00011 0.00011 |呱[『嗣号,商1 00.00110 左移1位 11.00101 +卜从 11.01011 0.00110 际、[小异号,Ho
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