计算机组成原理包健版答案

1、.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？。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 一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

2、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

3、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

4、）5 ，（ 8） 4 ，（9 ）1 ，（ 10 ） 7可编辑范本.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Von Neumann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21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

5、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 r （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V i>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

6、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。可编辑范本.AABBFFCD（ a）（ b）图241习题 2. 6图答：（a） FAB(b) F=AD+C +BD2 7 请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最简式。（1） FABBCBCA B答： FABACBC（2） FADADABAC BD ACEF BEF DEFG答： FA CBDBEF2 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。X0AX1F1FBX2CX3F 2A1A0图242习题 2. 8图图 243习题 2.9 图2.8答：可编辑范本.A 1A

7、0X 0X 1X 2X 3F00XXXXX 001XXXXX 110XXXXX 211XXXXX 3图 2 42 是一个四选一电路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：ABCF1F 20000000110010100110110010101011100111111图 2 43 是一个一位全加器，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） FAB ABD AC BCD（2） FAC AB BCD BCE CDE答：（ 1） F

8、ACAB（2） FABBDCEAC2 11简述组合逻辑电路的设计过程。略：可编辑范本.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)m( 0,2,6,7,10,13,14,15) ；（2） F( A,B, C,D)m( 2,4,5,6,7,10)(0,3,8,15) 。答： (1)FABC DABC DABC DABCDABC DABCDABC DABCD BCC DABDABD = BCCD ABD ABD图略。(2)FABC DABC DAB CDABC DABCDA BC D( ABC DABCDABC DABCD )= ACABBCD = AC

9、 ABBCD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 33 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 )91.6253 2将下列十进制数转化为二进制、八进制和十六

10、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可编辑范本.答： 2.序号十进制十六进制二进制八进制(1)-282.75-11A.C-100011010.1100-432.6(2)123.467B.71111011.0111173.34(3)-115/512-0.388 0.001110011-0.163(4)44.93752C.F101100.111154.743 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 ）

11、 23/64序号真值原码补码反码(1)000000000000000000000000010000000111111110.00000000.00000000.00000001.00000001.1111111(2)127111111111000000110000000(3)0.51.10000001.10000001.0111111(4) 19/1281.00100111.11011011.1101100(5)100011001000110010001100100(6)23/640.01011100.01011100.01011103 4 写出下列各机器数的二进制真值X ：（ 1 ）X 补

12、=0.1001（2 ）X 补=1.1001（ 3 ）X 原 =0.1101（4 ）X 原 =1.1101（ 5 ）X 反 =0.1011（6 ）X 反=1.1011（ 7 ）X 移 =0,1001（8 ）X 移 =1,1001（ 9 ） X 补 =1,0000000（ 10 ） X 反 =1,0000000（ 11 ）X 原 =1,0000000（ 12 ） X 移 =1,0000000答：(1)+0.1001(7)- 0111(2)-0.0111(8)1001(3)+0.1101(9)- 10000000(4)-0.1101(10)- 01111111(5)+0.1011(11)- 0000

13、0000(6)-0.0100(12)000000003 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；可编辑范本.（ 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9CHFFH无符号整数+156255原码表示的定点整数-28-127原码表示的定点小数-(2 -2 -2 -5 )=0.21875-(1-2 -7 )补码表示的定点整数-100-1

14、补码表示的定点小数-(2 -1 +2 -2 +2 -5 )=0.78125-2 -7反码表示的定点整数-99-0移码表示的定点整数+281273 6 假设某规格化浮点数的尾数表示形式为M 0.M 1 M n ，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 M 0=0BM 0=1CM 1=0D M 1=1EM 0 .M 1=0.0FM 0 .M 1 =1.1 G M 0 .M 1=0.1或 M 0.M 1 =1.0H M0.M 1=1.0答：（1）D ；（2）G37 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

15、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,E3 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： 0.875=7/8（ 1 ）X= 0.11001 × 2 -1 ,X 浮 1.11001 ×2 011111X 浮 0,111111,11001Y=23/8=0.101

16、11×22 ,Y 浮 0.10111 ×2 100010可编辑范本.Y 浮 1,000100,10111（ 2） Z 浮= 1001 1111 0100= 0.10100× 2100111Z= 803 9设一机器数字长16 位，求下列各机器数的表示范围：（ 1）无符号整数；（ 2）原码表示的定点整数；（ 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

17、）。6 答：机器字长 16 位， 下列各术的表示范围(1)无符号整数0216-1(2)原码定点整数 (215-1) +215 1(3)补码定点整数215 +215 1(4)补码定点小数1+1 2-15(5)、 (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 )×2 +127-1 ×2 +127-2 -7 × 2-1272 -7 ×2 -127规格化浮点数(1-2 -7 ) × 2 +127-1 × 2+127-0.5 2 -7 )×2 -1270.5 ×2 -

18、1273 10将下列十进制数转换为IEEE754 单精度浮点数格式：（1） 36 75（ 2 ） 35/25655+127=132答： 36 75=100100.11=1.0010011*20 100001000010011 00000000000000003 11求下列各 IEEE754单精度浮点数的十进制真值：（ 1 ） 43990000H（2 ）00000000H答： (1) 0 10000111 00110010000000000000000X=(-1) 0 × (1.0011001) ×2 135-127 =(100110010)2=(306) 10(2) X=(

19、-1) 0 ×(1.0000000)× 2 0-127 =(2 -127 )103 12 在汉字系统中，有哪几种编码？它们各自有什么作用？可编辑范本.略。3 13汉字库中存放的是汉字的哪一种编码？汉字库的容量如何计算？答：汉字库中存放的是汉字字模码。汉字库的容量可按下列：存储每个汉字字模点阵所需的字节数×汉字数×点阵方法数。3 14在一个应用系统中，需要构造一个包含了100个汉字的汉字库，假设采用16×16 的汉字字形， 问：该汉字库所占存储容量是多少字节？一篇由50 个汉字构成的短文，需要占用多少字节的存储容量来存储其纯文本？答：16 

20、15;2 × 100 3200 字节； 2 × 50 100 字节。3 15汉字系统的几种编码中，对于某个汉字来说，是惟一的。A. 输入码B.字模码C.机内码答： 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41H为，则它是（ 1

21、 ）；字符“ C ”的这样的（ 1）是（ 2 ）。（1 ）：A.奇校验码B. 偶校验码（2 ）：A.43HB. 87HC. C3HD.86H答：（ 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：100001113 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:H 14 H13H12 H11 H10H 9H8H7H6H 5H4 H3H

22、 2H 1D10 D9D 8D7 D6D 5P4 D4D 3D 2P3D 1P2P1P4= D 10D 9D 8D 7D 6D 5P3= D 10D 9D 8D 4D 3D 2P2= D 10D 7D 6D 4D 3D 1P1=D9D 7D 5D 4D 2D 1译码 :S4 =P4D 10D 9D 8D 7D 6D 5S3 =P3D 10D 9D 8D 4D 3D 2S2 =P2D 10D 7D 6D 4D 3D 1S1 =P1D 9D 7D 5D 4D 2D 1可编辑范本.指误字： S4S3S2 S1效信息 0110111001的海明码 : 0110110 100 1 1 103 20在 节

23、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X 3 +X+1 （即 1011B ），请计算有效数据10101的 CRC 编码。答： 10101 01013 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；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。略习题

24、44.1 设 X=0.1101， Y= -0.0110 ，求：（1 ）X 补（2 ）-X 补（3 ）2X 补（4 ）-2X 补（5 ）X/2补（6 ）-X/2补（7 ）Y 补（8 ）-Y 补（9 ）2Y 补（10 ） -2Y补（11 ） Y/2补（12 ） -Y/2补（13 ） -Y/4 补1. （1） X 补=0.1101（ 2 ） -X 补 = 1.0011（3） 2X补 = 0.1010溢出（ 4 ） -2X补= 1.0110溢出（ 5 ）X/2补 = 0.0110注意：参见 P109 中的补码算术移位规则，以及P110 的例 4.4（ 6 ）-X/2补= 1.1001（ 7 ）Y 补

25、= 1.1010（ 8） -Y 补 = 0.0110（ 9） 2Y 补=1.0100（ 10 ） -2Y 补 =0.1100可编辑范本.（ 11 ） Y/2 补 =1.1101（ 12 ） -Y/2补= 0.0010(13) -Y/4 补 = 0.00014.2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 补 00.11011 Y 补 00.11111 -Y 补 11.00001X 补00.11011+Y 补00.11111f1与 Sf2 不同，溢出

26、X+ Y 补01.11010SX 补00.11011Sf1 与 Sf2 相同，无溢出+ -Y 补11.00001X-Y 补11.11100所以： X+Y 补： 发生溢出X Y补 = 1.11100注意：参见P107 中的双符号位判溢方法原理。（）X+Y 补=1.1001X Y补：溢出4.3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

27、) X=-0.10011 ，Y=0.11010答： （）注意：参见 P114 中例 4.6 。可编辑范本.X 原 0.11101Y 原 0.01111Ps X s Ys0 0 0部分积乘数|Y|0.0000001111+ 0.111010.111010.011101 0111+ 0.111011.010110.1010111 011+ 0.111011.100100.11001011 01+ 0.111011.101100.110110011 0+ 0.000000.110110.0110110011 P原0.0110110011XY0.0110110011（） X*Y 原1.01111011

28、104.5使用补码 Booth乘法计算 X*Y ：(1)X=0.01111，Y=-0.11101操作说明Y 5=1， +| X|右移一位Y4=1，+| X|右移一位Y3=1，+| X|右移一位Y2=1，+| X |右移一位Y 1=0， +0右移一位可编辑范本.(2)X=-0.10011， Y=-0.11010答：（）注意：参见P118 中例 4.8 。 X 补 00.01111部分积00.00000+ 11.1000111.1000111.11000+ 00.0000011.1100011.11100+ 00.0111100.0101100.00101+ 00.0000000.0010100.

29、00010+ 00.0000000.0001000.00001+ 11.1000111.10010 Y补 11.00011 -X 补 11.10001乘数 Y(Y nY n+1 )操作说明1.000110Y5Y 6=10，+- X 补1 1.00011右移一位Y 4Y 5=11 ， +00 1 1.0001右移一位Y 3Y4=01，+ X 补1 0 1 1.000右移一位Y 2Y 3=00， + 01101 1.00右移一位Y 1Y 2=00， +001101 1.0右移一位Y 0Y 1=10，+- X 补01101所以： X*Y 补1.1001001101X*Y -0.0110110011（

30、） X*Y 补 0.01111011104.6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 ：(1) X=0.0111，Y=0.1101可编辑范本.(2) X=0.1011 ， Y=-0.1110答：（）原码恢复余数除法注意：参见P124 中例 4.9 。X 原 0.0111 Y原 0.1101|X|=0.0111|Y|=0.1101- |Y| 补 =11.0011Qs X sYs 0 Rs0被除数 /余数商 Q操作说明00.011100000+-|Y |+11.0011补11.101000000R 0< 0，上商 0+00.1101+| Y | 恢复余数00.011100000

31、00.1110左移一位+11.001100001+-|Y |补00.0001R，上商1> 0100.001000010左移一位+11.001100010+-|Y |补+11.0101R2< 0，上商 000.1101+| Y | 恢复余数00.001000.010000100左移一位+11.0011+-| Y | 补+11.011100100R3< 0，上商 000.1101+| Y | 恢复余数+ 00.010000.100001000左移一位11.001101000+-|Y| 补11.10114，上商0+R< 000.1101+| Y | 恢复余数00.10000所

32、以 Q 原 0.1000R 原 0.00001000可编辑范本.原码加减交替法:注意：参见P125 中例 4.10 。X 原 0.0111Y 原 0.1101|X|=0.0111|Y|=0.1101- |Y| 补 =11.0011Qs X s Ys 0 Rs 0被除数 /余数商 Q操作说明00.011100000+11.001100000+-| Y | 补11.1010R 0<0，上商 0+11.010000000左移一位00.110100001+| Y|00.0001R 1>0，上商 100.001000010左移一位+11.0011+-| Y | 补11.010100010R

33、2<0，上商 0+10.101000100左移一位00.1101+| Y|11.011100100R 3<0，上商 010.111001000左移一位+00.110101000+| Y|11.1011R 4<0，上商 0+00.1101+| Y | 恢复余数00.1000所以 Q 原 0.1000R 原 0.00001000（）原码恢复余数除法 :Qs 原= 1.1100 ;R 原=0.00001000原码加减交替除法 :Qs 原= 1.1100 ;R 原=0.000010004.7使用补码不恢复余数除法计算X/Y ：(1)X=0.0111， Y=0.1101(2)X=0.1

34、011， Y=-0.1110答：（）注意：参见P128 的原理和 P129 中例 4.11 。采用第一种方法可编辑范本.X 补 =00.0111Y 补 =00.1101- |Y| 补 =11.0011被除数 /余数商 Q操作说明00.011100000 X补与 Y 补同号+11.0011+- Y 补11.101000000 R0 补与 Y 补异号，上商 011.010000000左移一位+00.1101+Y补00.000100001 R1 补与 Y 补同号，上商 100.001000010左移一位+11.0011+- Y 补11.010100010 R2 补与 Y 补异号，上商 010.101

35、000100左移一位+00.1101+Y补11.011100100 R3 补与 Y 补异号，上商 010.111001001左移一位，末位置 1所以 Q 补 0.1001R 补 0.00001110（） Qs 补 = 1.0011 ;R 补=0.000011004.8设浮点数的格式为：阶码5位，尾数 6位，均用补码表示，请计算X+Y 和 X-Y 。（阶码和尾数均用补码计算）。(1) X= -1.625， Y=5.25(2) X=15/64， Y= -29/256答：（）X(1.625)10( 15)10(13)10( 0.1101201)28812111Y(5.25)10(54)10( 4)1

36、0(0.101012 ) 2假设 Z X Y，X Y 的计算过程如下：注意：参见P139 的原理和 P141中例 4.13 。1、 对阶EEXEYEX 布EY 布， ， ,00 0001 111101 111110E0，所以 EXEY，需要把 M X 右2位，即 EX + 2X布00,001111.11001(10)2、 尾数相加可编辑范本.MX布11.11001M Y 布00.10101M XM Y 布00.01110 M Z 布00.01110(10)3、 结果规格化左归一位，阶码减1 ；结果无溢出此时的阶码和尾数为：EZ布， ， ，00 0011 111111 00 0010MZ布00.

37、11101(0)4、 舍入按照 0 舍 1 入法对尾数进行舍入，结果为：Z 布0，00100.11101假设 Z X Y，其计算过程如下：1 、对阶E，,EX EY EX 布 EY 布00 0001 111101 111110E0，所以 EXEY，需要把 M X 右2位，即 EX + 2X布00,001111.11001(10)2 、尾数相减MX布11.11001 MY布11.01011 M XMY布11.00100MZ布11.00100(10)3 、结果规格化结果的尾数已经是规格化形式，并且无溢出，因此无需规格化4 、舍入按照 0 舍 1 入发对尾数进行舍入，结果为：Z 布0，00111.0

38、0101可编辑范本.（） X Y补 1,11010.11111;X+Y=0.11111 × 2 - 0011 X Y补 1,11110.10110;X-Y=0.101102- 00014.9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）。(1)X=5.25 ， Y= -1.625(2)X= -29/256 ， Y=15/64答：（） X × Y 浮=1,01001.01111;X*Y= 0.10001× 20100X/Y 浮 = 1,00101.00111;X/Y= 0.11001×20010（）X 和 Y 的补码表示为：X 补=0,1101 1.00011Y 补 =0,11100.11110X ( 29 )10 ( 0.11101 2 11) 2 256Y (15 )10 (0.1111 2 10 ) 2 64假设 Z X*Y ，则 Z 的计算过程为：注意：参见P143 的原理和 P143 中例 4.14 。（ 1 ）阶码相加 Ez 移 EXEY 移E