计算机组成原理和系统结构课后答案.docx
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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—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V(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。
F二AB
(b)F=AD+C+BD
2.7请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最简式。
(1)f二aBbCBeAb
答:
F二ABACBC
(2)ADADABACBDACEFBEFDEFG
答:
F二ACBDBEF
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:
A1AoXoX1X2X3
F
00XXXX
X0
01XXXX
X1
10XXXX
X2
11XXXX
X3
图2—42是一个四选一电路
F1F2
00
10
10
01
10
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:
ABC000001010011100
1
0
1
01
1
1
0
01
1
1
1
11
图2-43
曰是
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A)
2.10请用卡诺图法将下列各逻辑表达式化成最简式。
(1)F二ABABDACBCD
(2)F=ACABBCDBCECDE
答:
(1)F二AcAB
(2)F=ABBDCEAC
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)F(A,B,C,D)八m(0,2,6,7,10,13,14,15);
(2)F(A,B,C,D)=為m(2,4,5,6,7,10)'(0,3,8,15)。
答:
(1)
F=ABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCD
BCCDABDABD=BCCDABDABD
图略。
(2)
F=ABCDABCDABCDABCDABCDABCD(ABCDABCDABCD-ABCD)
=ACABBCD=ACABBCD
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)
11111111
10000000
01111111
00000000
补码(8位)
01111111
00000000
11111111
10000000
对应的真值
+127
0
-1
—128
编码对应的
+255
+128
+127
0
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:
2.
序号
十进制
十八进制
二进制
八进制
(1)
-282.75
-11A.C
-100011010.1100
-432.6
(2)
123.46
7B.7
1111011.0111
173.34
(3)
-115/512
-0.398
—0.001110011
-0.163
(4)
44.9375
2C.F
101100.1111
54.74
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
⑴
0
00000000
00000000
00000000
10000000
11111111
0.0000000
0.0000000
0.0000000
1.0000000
1.1111111
(2)
—127
11111111
10000001
10000000
⑶
—0.5
1.1000000
1.1000000
1.0111111
⑷
—19/128
1.0010011
1.1101101
1.1101100
(5)
100
01100100
01100100
01100100
(6)
23/64
0.0101110
0.0101110
0.0101110
3.4写出下列各机器数的二进制真值X:
(1)[X]补=0.1001
(2)凶补=1.1001(3)[X]原=0.1101(4)凶原=1.1101
(5)[X]反=0.1011(6)[X]反=1.1011(7)凶移=0,1001(8)[X]移=1,1001
(9)[X]补=1,0000000(10)凶反=1,0000000(11)[X]原=1,0000000
(12)[X]移=1,0000000
答:
(1)
0.1001
(7)
-0111
(2)
-0.0111
(8)
+1001
⑶
+0.1101
(9)
-10000000
⑷
-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
156
255
原码表示的定点整数
-28
-127
原码表示的定点小数
/o-3-4-5
-(2+2+2)=0.21875
-7
-(1-2)
补码表示的定点整数
-100
-1
补码表示的定点小数
zx^-1-2-5
-(2+2+2)=-0.78325
-2-7
反码表示的定点整数
-99
-0
移码表示的定点整数
28
127
3.6假设某规格化浮点数的尾数表示形式为Mo.Mi……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=0
B.
M0=1
C.
M1=0
D.M1=1
E.M0.M1=0.0
F.
M0.M1=1.1
G.
M0.M1=0.1或
M0.M1=1.0
H.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:
⑴X=—0.11001X2-1,[X]浮=1.11001X2011111
[X]浮=0,111111.11001
2100010
Y=0.10111X22,[Y]浮=0.10111X2100010
[Y]浮=1,000100.10111
、100111
(2)[Z]浮=—0.10100X2
Z=—80
(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
16
0~2-1
(2)
原码定点整数
—(2-1)〜+215—1
⑶
补码定点整数
—215〜+215—1
⑷
补码定点小数
-15
—1〜+1—2
(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)x2+127
-1X2+127
-2-7X2-128
2-7X2-128
规格化
浮点数
“c-7+127
(1-2)X2
+127
-1X2
-7-128
-(0.5+2)X2
-128
0.5X2
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.
43H
B.87HC.C3H
D.86H
答:
(1)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:
H14
H13
H12
H11
H10
H9
H8
H7
H6
H5
H4
H:
H2
H1
D10
D9
D8
D7
D6
D5
P4
D4
D3
D2
P3
D1
P2
P1
P4=D10二D9二D8二D7二D6二D5
P3=D10二D9二D8二D4二D3二D2
P2=D10二D7二D6二D4二D3二D1
P1=D9二D7二D5二D4二D2二D1译码:
S4=P4二D10二D9二D8二D7二D6二D5
S3=P3二D10二D9二D8二D4二D3二D2
S2=P2二D10二D7二D6二D4二D3二D1
S1=P1二D9二D7二D5二D4二D2二D1
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
3.23设X=0.1101,
(1)凶补
(5)[X/2]补
Y=-0.0110,求:
(2)[-X]补
(6)[-X/2]补
(3)[2X]补(4)[-2X]补
(7)[Y]补
(8)[-Y]补
(9)[2Y]补(13)[-Y/4]补
(10)[-2Y]补
(11)[Y/2]补(12)[-Y/2]补
习题4
1.
(1)
凶补=0.1101
(2)
[-X]补=1.0011
(3)
[2X]补=1.1010
溢出
(4)
卜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
[R]原=0.00001000
[R]原=0.00001000
[R]原=0.00001000
原码加减交替除法:
[Qs]原=0.1000;
(2)原码恢复余数除法:
[Qs]原=1.1100;原码加减交替除法:
[Qs]原=1.1100;
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
4.8设浮点数的格式为:
阶码码和尾数均用补码计算)。
(2)[Qs]补=1.0011;[R]补=0.00001100
5位,尾数6位,均用补码表示,请计算X+Y和X-Y。
(阶
(9)X=-1.625,Y=5.25
(10)X=15/64,Y=-29/256
答:
(1)X=—0.11010X20001,Y=0.10101X20011
:
X+Y:
补=0,00100.11101;X+Y=0.11101X20010
:
X—Y]补=0,00111.00101;X-Y=—0.11011X20011
0.11111;
X+Y=0.11111X2-0011
:
X—Y:
补=1,1111
0.10110;
X-Y=0.10110X2
-0001
X=—0.1111X2■0010,Y=0.11101X2-0011
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)
:
XXY:
浮=1,0100
1.01111;
X*Y=
—0.10001X20100
:
X/Y:
浮
=1,0010
1.00111;
X/Y=
—0.11001X20010
(2)
:
XXY:
浮=0,1011
1.00101;
X*Y=
—0.11011X2-0101
[X/Y:
浮=0,1111
1.00001;
X/Y=
-0001
—0.11111X2
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.M1Mn,
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=00.0
B.
MS1MS2.M1=00.1
C.MS1MS2.M1=01.0
D.
MS1MS2.M1=01.1
E.
MS1MS2.M1=10.0
F.MS1MS2.M1=10.1
G.
MS1MS2.M1=11.0
H.
MS1MS2.M1=11.1
答:
:
(1)A,H
(2)D,E,F