计算机组成原理课后答案Word下载.docx

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CPU是运算器和控制器的合称，适配器是指连接主机与外设一个中间电路，也叫接口，其作用相当于一个转换器，保证外设用与主机要求相适应的形式发送和接收信息。

9．计算机的系统软件包括哪几类？

说明它们的用途。

计算机的软件包括系统软件和应用软件。

系统软件用来简化程序设计，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。

它可分为四类：

（1）各种服务性程序，如诊数据程序、排错程序、练习程序等；

（2）语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等；

（3）操作系统程序；

（4）数据库管理系统（DBMS）。

而应用软件是用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序，如工程设计程序，数据加工程序，自动控制程序，企业管理程序、情报检索程序、科学计算程序等等。

10．说明软件发展的演变过程。

在早期的计算机中，人们是直接用机器语言来编写程序的，这种程序称为手编程序或目的程序；

后来，为了编写程序方便和提高使用效率，人们使用汇编语言来编写程序，称为汇编程序；

为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用计算机，人们又创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序，源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行；

随着计算机技术的日益发展，人们又创造出操作系统；

随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库管理系统。

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?

现代计算机系统可分为五个层次，第一级是微程序设计级；

第二级是一般机器级；

第三级是操作系统级；

第四级是汇编语言级；

第五级是高级语言级。

其中前二级是硬件系统、后两级是软件系统对硬件系统的功能扩展，第三级是可以说是软件与硬件的一个交界面。

这种分级不是绝对的，也不是惟一的，比如随着大规模集成电路和固件的发展，硬件的功能在不断往上层延伸。

而且，不同的硬件结构，其层次也不同，如硬布线控制器的计算机，就没有微程序级。

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？

随着大规模集成电路和计算机系统结构的发展，实体硬件机的功能范围不断从一、二级向三、四级扩展，原因有：

（1）容量大、价格低、体积小、可改写的只读存储器提供了软件固化的良好物质基础，固件即固化的软件，从功能上讲是软件，从形态上看又是硬件。

（2）在一片硅单晶芯片上制作复杂的逻辑电路已实际可行，这又为扩大指令功能提供了相应的技术手段，而且成本降低使实用成为可能。

因此，传统的软件今后有可能“固化”甚至“硬化”而变成硬件，而在不追求高速处理时为了降低硬件成本，也可以用软件来模拟硬件的功能。

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说明你的观点。

计算机应用是一个学科的名词，它包含计算机网络、信息管理、数据库技术、人工智能、计算机辅助设计等多个领域，而应用计算机，从计算机层次结构的角度来看，不同的应用者，应用的方法和目标是不同的，如CPU的设计者是在微程序级应用计算机，目的是要后面的应用者提供功能强大的指令系统、而操作系统的设计者是在汇编语言级应用计算机，目的是扩展硬件功能，为后面的应用者提供良好的操作环境和手段。

第二章运算方法和运算器

1．写出下列各数的原码、反码、补码表示（用8位二进制数），其中MSB是最高位（又是符号位），LSB是最高位。

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）-35/64=-0.100011

原码1.1000110反码1.0111001补码1.0111010

（2）23/128=0.0010111

原码0.0010111反码0.0010111补码0.0010111

（3）–127=1111111

原码11111111反码10000000补码10000001

（4）用小数表示-1

补码1.0000000

（5）用整数表示-1

原码10000001反码11111110补码111111111

2．设[x]补＝a0.a1a2…a6其中ai取0或1，若要x>

-0.5,求a0，a1，a2，…，a6的取值。

[x]补=a0.a1a2…a6

解法一、

（1）若a0=0,则x>

0,也满足x>

-0.5

此时a1→a6可任意

（2）若a0=1,则x<

=0,要满足x>

-0.5,需a1=1

即a0=1,a1=1,a2→a6有一个不为0

解法二、

-0.5=-0.1

（2）=-0.100000=1,100000

（1）若x>

=0,则a0=0,a1→a6任意即可

[x]补=x=a0.a1a2…a6

（2）若x<

0,则x>

只需-x<

0.5,-x>

0

[x]补=-x,[0.5]补=01000000

即[-x]补<

01000000

即a0a1=11,a2→a6不全为0或至少有一个为1（但不是“其余取0”）

3．有一个字长为32位的浮点数，符号位１位，阶码８位，用移码表示，尾数23位，用补码表示；

基数为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）规格化数所能表示数的范围。

用IEEE754格式（E的取值范围：

1~254，留出全0和全1分别表示0和无穷大）

31302322200

S

E

M

（1）最大数的二进制表示：

011111110111111*********11111111即2127（2-2-23）

（2）最小数的二进制表示：

111111110111111*********11111111即-2127（2-2-23）

（3）规格化数所能表示数的范围：

最小的正数：

00000000100000000000000000000001即2-126（1+2-23）

绝对最小的负数：

10000000100000000000000000000001即-2-126（1+2-23）

所以范围是：

-2127（2-2-23）至-2-126（1+2-23），2-126（1+2-23）至2127（2-2-23）

4．将下列十进制数表示成IEEE754标准的32位浮点规格化数。

（1）27/64

（2）–27/64

27/64=0.011011=1.1011*2-2

（1）00111110110110000000000000000000

（2）10111110110110000000000000000000

5．已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出。

（1）x=0.11011y=0.00011

（2）x=0.11011y=-0.10101

（3）x=-0.10110y=-0.00001

（1）x=0.11011,y=0.00011

0011011

+0000011

0011110

x+y=0.11110

无溢出

（2）x=0.11011,y=-0.10101

[x]补=0011011

[y]补=+1101011

0000110

x+y=0.00110

无溢出

（3）x=-0.10110

y=-0.00001

[x]补=1101010

[y]补=+1111111

1101001

x+y=-0.10111

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=0.11011y=-0.11111

（2）x=0.10111y=0.11011

（3）x=0.11011y=-0.10011

（1）x=0.11011

y=-0.11111

[x]补=00.11011

[y]补=+00.11111

01.11010

溢出

（2）x=0.10111

y=0.11011

[x]补=00.10111

[y]补=+11.00101

11.11100

x-y=-0.00100

（3）x=0.11011

y=-0.10011

[y]补=+00.10011

01.01110

7．用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算x*y。

（1）x=0.11011y=-0.11111

（2）x=-0.11111y=-0.11011

11011

*11111

11011

1101000101

（1）原码阵列

x=0.11011,y=-0.11111

符号位:

x0⊕y0=0⊕1=1

[x]原=11011,[y]原=11111

[x*y]原=1，1101000101

直接补码阵列

[x]补=（0）11011,[y]补=

（1）00001

（0）11011

（1）00001

（0）00000

0

（1）

（1）（0）

（1）

（1）

0

（1）

（1）（0）

（1）

（1）11011

1,00101,11011

[x*y]补=1,00101,11011

带求补器的补码阵列

[x]补=011011,[y]补=100001

乘积符号位单独运算0⊕1＝1

尾数部分算前求补输出│X│＝11011，│y│＝11111

X×

Y＝-0.1101000101

（2）原码阵列

x=-0.11111,y=-0.11011

x0⊕y0=1⊕1=0

[x]补=11111,[y]补=11011

11111

00000

11111

1101000101

[x*y]补=0,11010,00101

[x]补=

（1）00001,[y]补=

（1）00101

（1）00101

（0）00000

（1）00001

（0）00000

1（0）（0）（0）（0）

（1）

100

（1）

（1）000101

01101000101

带求补器的补码阵列

[x]补=100001,[y]补=100101

乘积符号位单独运算1⊕1＝0

尾数部分算前求补输出│X│＝11111，│y│＝11011

Y＝0.1101000101

8．用原码阵列除法器计算x÷

y。

（1）x=0.11000y=-0.11111

（2）x=-0.01011y=-0.11001

（1）符号位Sf=0⊕1=1

去掉符号位后：

[y’]补=00.11111

[-y’]补=11.00001

[x’]补=00.11000

0011000

+[-y’]补1100001

11110010

←1110010

+[y’]补0011111

00100010.1

←0100010

00000110.11

←0000110

11001110.110

←1001110

11011010.1100

←1011010

11110010.11000

（2）符号位Sf=1⊕0=1

[y’]补=00.11001

[-y’]补=11.00111

[x’]补=00.01011

0001011

+[-y’]补1100111

11100100

←1100100

+[y’]补0011001

11111010.0

←1111010

00100110.01

←0100110

00011010.011

←0011010

00000010.0111

←0000010

11010010.01110

9．设阶码3位，尾数6位，按浮点运算方法，完成下列取值的[x+y],[x-y]运算。

（1）x=2-011*0.100101y=2-010*（-0.011110）

（2）x=2-101*（-0.010110）y=2-100*（0.010110）

设两数均以补码表示，阶码采用双符号位，尾数采用单符号位，则它们的浮点表示分别为：

题

（1）[x]浮=11101,0.100101[y]浮=11110,1.100010

（1）求阶差并对阶

ΔE=Ex-Ey=[Ex]补-[Ey]补=[Ex]补+[-Ey]补=11101+00010=11111

即ΔE为-1，x阶码小，应使Mx右移1位，Ex加1

[x]浮=11110,0.010010

（1）

（2）尾数求和

0.010010

（1）

+1.100010

1.110100

（1）

（3）规格化

可见尾数运算结果的符号位与最高位相同，应执行左规格化处理，每左移尾数一次，相应阶码减1，所以结果尾数为1．010010，阶码为11100

（4）舍入处理对本题不需要。

（5）判溢出

阶码两符号位为11，不溢出，故最后结果为

[x]浮+[y]浮=11100，1010010

真值为2-100*（-0.101110）

（2）尾数求差

+0.011110

0.110000

（1）

[x]浮－[y]浮=11100，0.110001

真值为2-100*0.110001

题

（2）[x]浮=11011,1.101010[y]浮=11100,0.010110

ΔE=Ex-Ey=[Ex]补-[Ey]补=[Ex]补+[-Ey]补=11011+00100=11111

[x]浮=11100,1.110101（0）

1.110101（0）

+0.010110

0.001011（0）

可见尾数运算结果的符号位与最高位相同，应执行左规格化处理，每左移尾数一次，相应阶码减1，所以结果尾数为0.101100，阶码为11010

[x]浮+[y]浮=11010，010100

真值为2-110*（0.010100）

10.设数的阶码为3位，尾数6位，用浮点运算方法，计算下列各式

（1）（23×

13/16）×

[24×

（－9/16）]

（2）（2-2×

13/32）÷

（23×

15/16）

Mx*My0.1101

*0.1001

01101

00000

01101

00000

001110101

（1）Ex=0011,Mx=0.110100

Ey=0100,My=0.100100

Ez=Ex+Ey=0111

规格化：

26*0.111011

（2）Ex=1110,Mx=0.011010

Ey=0011,My=0.111100

Ez=Ex-Ey=1110+1101=1011

[Mx]补=00.011010

[My]补=00.111100,[-My]补=11.000100

00011010

+[-My]11000100

110111100

10111100

+[My]00111100

111110000.0

11110000

001011000.01

01011000

+[-My]11000100

000111000.011

00111000

111111000.0110

11111000

001101000.01101

01101000

+[-My]11000100

001011000.01101

商=0.110110*2-6,余数=0.101100*2-6

11.某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1，低位来的进位信号为C0，请分另按下述两种方法写出C4C3C2C1逻辑表达式：

（1）串行进位方式　　　　　　　

（2）并行进位方式

4位加法器如上图，

（1）串行进位方式

C1=G1+P1C0其中：

G1=A1B1P1=A1⊕B1（A1＋B1也对）

C2=G2+P2C1G2=A2B2P2=A2⊕B2

C3=G3+P3C2G3=A3B3P3=A3⊕B3

C4=G4+P4C3G4=A4B4P4=A4⊕B4

（2）并行进位方式

C1=G1+P1C0

C2=G2+P2G1+P2P1C0

C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0

C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0

12.某机字长16位，使用四位74181组成ALU，设最低位序号标注为第0位，要求：

（1）写出第5位的进位信号C5的逻辑表达式。

（2）若用一片74182构成二级组间先行进位，请画出逻辑图。

（1）组成最低四位的74181进位输出为：

C4=Cn+4=G+PCn=G+PC0，C0为向第0位进位

其中，G=y3+y