计算机组成原理作业

1、华中科技大学 计算机学院1.冯.若依曼型计算机的主要设计思想是什?它包括那些主要的组成部分?答:冯.若依曼型计算机设计思想是存储程序,顺序执行.它包括运算器,存储器,输入输出设备和控制器.2.什么是存储容量?什么是单元地址?什么是数据字?什么是指令字?答:存储容量是:存储器所有存储单元的总数. 单元地址是:存储器中保存数据的存储单元的编号. 数据字是:计算机使用的信息,如果是某字代表要处理的数据,称为数据字.华中科技大学 计算机学院 指令字是:计算机使用的信息,如果是某字为一条指令,称为指令字.3.什么是内存?什么是外存?什么是CPU？什么是适配器？简述其功能？ 答：内存是用半导体电路制成的一

2、种数据存储设备。功能：通过连接到CPU的一组“数据线”与CPU进行数据交换。 外存是存储容量较大的磁盘存储器和光盘存储器。功能：用来存储数据信息。 CPU是把运算器和控制器合在一起称为中央处理器，即CPU.华中科技大学 计算机学院 CPU功能：实现各种运算，并产生各种控制信号，控制计算机各个部件有条不紊的工作。证明题:设X补=X0.X1X2Xn则x/2补= X0.X0X1X2Xn证明:因为X=-x0+ni=1 X i 2- il所以 X/2=- x0/2+1/2* ni=1 X i 2- il = - x0 + x0/2 +1/2* ni=1 X i 2- il = - x0 +ni=0 X

3、i 2-(i+1)l由于 X/2= - x0 +ni=0 X i 2-(i+1)l根据补码与真值的关系便有： lx/2补= x0 . x0 x1x2xn 所以成立华中科技大学 计算机学院1.已知X和Y,用变形补码计算X+Y，同时指出结果是否溢出？ X=0.11011 Y=0.00011 X补=00.11011 Y补=00.00011 00.11011 + 00.00011 00.11110 结果不溢出 X+Y=0.11110华中科技大学 计算机学院2.已知X和Y，用变形补码计算X-Y,同时指出运算是否溢出。 X=0.11011 Y=-0.11111 X补=00.11011 -Y补=00.111

4、11 00.11011 + 00.11111 01.11010 结果溢出,且为上溢出 X-Y补=01.11010 华中科技大学 计算机学院题题1 x=-0.11010, y=-0.01011, 求求x原原 y原原 部分积部分积 乘数乘数 判断位判断位 说明说明 00.00000 yf . 01011 P0=0 + 00.11010 y5=1, +x 00.11010 00.01101 0 yf .0101 右移一位，得右移一位，得P1 + 00.11010 y4=1, +x 01.00111 00.10011 10 yf .010 右移一位，得右移一位，得P2 + 00.00000 y3=0,

5、 +0 00.10011 00.01001 110 yf .01 右移一位，得右移一位，得P3 +00.11010 y2=1, +x 01.00011 00.10001 1110 yf, 0 右移一位，得右移一位，得P4 + 00.00000 00.10001 00.01000 11110 右移一位，得右移一位，得P5=|x| |y|华中科技大学 计算机学院 由于由于 Pf = xf + yf =1 + 1 =0 所以所以 x原原 y原原 =0.0100011110题题2 已知已知:x=-0.11111 y=0.11101 解解: x补补=1.00001 ，y补补=0.11101 , 求求x补

6、补. y补补 -x补补= 0.11111 00.00000 0.1110 10 yn+1=0 + 00.11111 ynyn+1=10, 加加-x补补 00.11111 00.01111 1 0111 01 右移一位，得右移一位，得P1 + 11.00001 ynyn+1=01, 加加x补补 11.10000 11.11000 01 011 10 右移一位，得右移一位，得P2 + 00.11111 ynyn+1=10, 加加-x补补 00.10111 00.01011 101 01 11 右移一位，得右移一位，得P3 + 00.00000 ynyn+1=11, 加加0 00.01011 00.

7、00101 1101 0 11 右移一位，得右移一位，得P4 + 00.00000 yn+1=11, 加加0 00.00101 01 右移一位，得右移一位，得P5 00.00010 11101 ynyn+1=01, 加加x补补 + 11.00001 部分积部分积 乘数乘数ynyn+1 说明说明华中科技大学 计算机学院11.00011 最后一步不移位所以 x补补. y补补=1.0001111101 X.Y=-0.1110000011题题3: x原原= -0.10101,y原原=0.11011,用不恢复余数法求用不恢复余数法求x原原y原原 -y补补=1.00101华中科技大学 计算机学院 被除数被

8、除数/余数余数 商商 上商位上商位 说明说明 00.10101 +-y补补 11.00101 ( x y )比较比较 11.11010 0 余数余数 r0 0, 商上商上1 00.11110 0.1 左移一位左移一位 +-y补补 11.00101 余数为正，减余数为正，减 y 比较比较 00.00011 0.11 r2 0, 商上商上1 00.00110 0.11 左移一位左移一位 +-y补补 11.00101 余数为正，减余数为正，减 y 比较比较 11.01011 0.110 r3 0 , 商上商上0,左移一位左移一位 10.10110 0.110 余数为负，加余数为负，加y比较比较 +y

9、 00.11011华中科技大学 计算机学院l 11.10001 0.1100 r4 0, 商上商上1 由于由于 Pf = xf + yf =1 + 0 =1 所以所以 Q原原=1.11001 r原原=0.10101 2-5题题4: 用补码不恢复余数法计算用补码不恢复余数法计算X/Y x=0.10101 y=0.11011 解解: x补补0.10101, y补补0.11011 ,-y补补1.00101华中科技大学 计算机学院 被除数被除数/余数余数 商商 上商位上商位 说明说明 00.10101 +-y补补 11.00101 被除数与除数同号，减除数比较被除数与除数同号，减除数比较 11.110

10、10 0 余数余数 r0 与除数异号与除数异号,商上商上0 11.10100 0 左移一位左移一位 +y补补 00.11011 被除数与除数异号被除数与除数异号,加除数比较加除数比较 00.01111 0.1 r1 与除数同号与除数同号, 商上商上1 00.11110 0.1 左移一位左移一位 +-y补补 11.00101 被除数与除数同号被除数与除数同号,减除数比较减除数比较 00.00011 0.11 r2 与除数同号与除数同号, 商上商上1 00.00110 0.11 左移一位左移一位 +-y补补 11.00101 被除数与除数同号被除数与除数同号,减除数比较减除数比较 11.01011

11、 0.110 r3 与除数异号与除数异号 , 商上商上0 10.10110 0.110 左移一位左移一位 +y补补 00.11011 被除数与除数异号被除数与除数异号,加除数比加除数比较较华中科技大学 计算机学院 被除数被除数/余数余数 商商 上商位上商位 说明说明 11.10001 0.1100 r4 与除数异号与除数异号 , 商上商上0 11.00010 0.1100 左移一位左移一位 +y补补 00.11011 被除数与除数异号被除数与除数异号,加除数比较加除数比较 11.11101 0.11000 r5 与除数异号与除数异号, 商上商上0因未除尽，商又为正，余数与被除数异号因未除尽，商

12、又为正，余数与被除数异号,因此必加除数修正因此必加除数修正11.11101+00.11011=00.11000故故 x/y补补0.11000 , 余数余数r补补0.0000011000华中科技大学 计算机学院题题5: x=2-0110.100101, y=2-100(-0.011010)，求，求x+y补补 解解 阶码取阶码取3位，尾数为位，尾数为6位（都不包括符号位），位（都不包括符号位）， x补补11101 0 110100 y补补11110 1 100010（1）对阶）对阶 E=Ey-EX=1110-1101=1,X的阶码小的阶码小,使使X右移一位右移一位 x补补的阶码增大成的阶码增大成1

13、110，尾数右移一位。，尾数右移一位。 x补补111 0 010010（2）尾数相加）尾数相加 00.010010 + 11.100110 11.111000 相加结果为相加结果为 1110 1 111000。（3）规格化）规格化 最高有效位与符号相同，需要左规，所以结果应为最高有效位与符号相同，需要左规，所以结果应为 1011 1 000000 所以所以 X+Y=0华中科技大学 计算机学院1.被乘数和乘数均取绝对值参加运算,符号位单独考虑, Pf = xf + yf .2.被乘数取双符号,部分积的长度同被乘数,并且初值为0.(P0=0)3.从乘数的最低位yn开始判断: yn =1部分积加上被

14、乘数|X|,然后右移一位. yn =0部分积加上0,然后右移一位.4.由yn最低位向高位重复步骤3判断n次.华中科技大学 计算机学院1.符号位参与运算,运算数均以补码表示,被乘数取双符号位参与运算,部分积初值为0,在乘数Y的最后附加一位Yn+1=0.2.在乘数的最低位(Yn+1)开始,倒序每次取2位乘数(Yi,Yi+1),根据下表的规定完成相应的“相加右移”操作.3.重复上面第二步操作进行n+1次,最后一位不移位,便可得到乘积的补码.YiYi+1操作00上次部分积+0,右移一位01上次部分积+x补,右移一位10上次部分积+ -x补,右移一位11上次部分积+0,右移一位华中科技大学 计算机学院

15、原码一位不恢复余数运算规则归纳1.符号位不参与运算,并且要求|X|n,则将操作数则将操作数y的尾数右移一位的尾数右移一位y的阶码的阶码n加加1，直到，直到nm若若 mn,则将操作数则将操作数x的尾数右移一位的尾数右移一位,x的阶码的阶码m加加1,直到直到mn(2)尾数相加尾数相加 使两个的阶码相等，就完成了小数点对准的工作，这时可以执行使两个的阶码相等，就完成了小数点对准的工作，这时可以执行尾数相加操作。尾数相加与定点数的加、减法相同。尾数相加操作。尾数相加与定点数的加、减法相同。（3）结果规格化）结果规格化 为便于处理，让尾数的符号位扩展成两位，若结果不是为便于处理，让尾数的符号位扩展成两位

16、，若结果不是11.0或或00.1，则应进行规格化处理。，则应进行规格化处理。 当尾数符号位为01或10时需要右规。华中科技大学 计算机学院右规的方法右规的方法:是尾数连同符号位右移一位、和的阶是尾数连同符号位右移一位、和的阶码加码加1。右规处理后就可以得到。右规处理后就可以得到00.1或者或者11.0的形式的形式,即成为规格化数即成为规格化数. 当运算结果的符号位和最高有效位为11.1或00.0时需要左规。 左规方法左规方法:是尾数连同符号位一起左移一位、是尾数连同符号位一起左移一位、和的阶码减和的阶码减1，直到尾数部分出现，直到尾数部分出现11.0或或00.1的形式为止。的形式为止。华中科技

17、大学 计算机学院P70题14:某机字长16位,使用四片74181组成ALU,设最低为序号标注为第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所需要的最长时间(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=Cn+4=G+PCn=G+PC0 C0为向第0位进位其中G=y3+y2x3+y1x2x3+y0 x1x2x3,P=X0X1X2X3所以C5=y4+x4C4 C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C4(2)因为信号由C0传送到C6经过一个反相器,2个育非门,所以延迟时间:T+2*1.5T=4T(3)在四片74181组成的ALU中:华

18、中科技大学 计算机学院第一片74181有3个与非门 3*1.5=4.5T第二,三片74181有二个反相器和二个与非门产生进位链 2*(1+1.5)=5T第四片74181有一个或非门和一个半加器:1.5+3=4.5T所以最长求和的时间为:4.5+5+4.5=14TP125题1:设有一个具有20位地址和32位字长的存储器,问:(1)该存储器能存储器多少个字节的信息?(2)如果存储器由512K*8位SRAM芯片组成,需要多少片?(3)需要多少位地址芯片选择?答:(1)220=1M 32/8=4 BYTE 所以存储器能存储4*1M=4MB的信息 (2)4M*8位/512K*8位=8片 (3)因为需要8片SRAM所以需要3位地址作芯片选择华中科技大学 计算机学院P125题6:用32K*8位的EPRO