计算机组成原理 第四版课后习题答案(完整版)

第一章1．比较数字计算机和模拟计算机的特点。解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的；数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。两者主要区别见P1表1.1。2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等因素。3．数字计算机有那些主要应用？（略）4．冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？解：冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地址。数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。6．什么是指令？什么是程序？解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。8．什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是适配器？简述其功能。解：内存：一般由半导体存储器构成，装在底版上，可直接和CPU交换信息的存储器称为内存储器，简称内存。用来存放经常使用的程序和数据。外存：为了扩大存储容量，又不使成本有很大的提高，在计算机中还配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器，简称外存。外存可存储大量的信息，计算机需要使用时，再调入内存。CPU：包括运算器和控制器。基本功能为：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。适配器：连接主机和外设的部件，起一个转换器的作用，以使主机和外设协调工作。9．计算机的系统软件包括哪几类？说明它们的用途。解：系统软件包括：（1）服务程序：诊断、排错等（2）语言程序：汇编、编译、解释等（3）操作系统（4）数据库管理系统用途：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。10．说明软件发展的演变过程。（略）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？解：多级划分图见P16图1.6。可分为：微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级。用这种分级的观点来设计计算机，对保证产生一个良好的系统结构是有很大帮助的。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？（略）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寿命你的观点。（略）第二章1.写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示（用8位二进制数）。其中MSB是最高位（又是符号位）LSB是最低位。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)先把十进制数-35/64写成二进制小数：(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-100011×2-110)2=(-0.100011)2令x=-0.100011B∴[x]原=1.1000110(注意位数为8位)[x]反=1.0111001[x]补=1.0111010[x]移=0.0111010(2)先把十进制数23/128写成二进制小数：(23/128)10=(10111/10000000)2=(10111×2-111)2=(0.0001011)2令x=0.0001011B∴[x]原=0.0001011[x]反=0.0001011[x]补=0.0001011[x]移=1.0001011(3)先把十进制数-127写成二进制小数：(-127)10=(-1111111)2令x=-1111111B∴[x]原=1.1111111[x]反=1.0000000[x]补=1.0000001[x]移=1.0000001(4)令x=-1.000000B∴原码、反码无法表示[x]补=1.0000000[x]移=0.0000000(5)令Y=-1=-0000001B∴[Y]原=10000001[Y]反=11111110[Y]补=11111111[Y]移=011111112.设[X]补=a0，a1，a2…a6,其中ai取0或1，若要x＞－0.5,求a0，a1，a2，…，a6的取值。解：a0=1，a1=0，a2，…，a6=1…1。3.有一个字长为32位的浮点数，阶码10位（包括1位阶符），用移码表示；尾数22位（包括1位尾符）用补码表示，基数R=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)规格化数所能表示的数的范围；(4)最接近于零的正规格化数与负规格化数。解：（1）11111111110111111111111111111111（2）11111111111000000000000000000000（3）11111111110111111111111111111111～01111111111000000000000000000000（4）00000000000000000000000000000001～000000000011111111111111111111114.将下列十进制数表示成浮点规格化数，阶码3位，用补码表示；尾数9位，用补码表示。（1）27/64（2）-27/64解：（1）27/64=11011B×=0.011011B=0.11011B×浮点规格化数:11110110110000（2）-27/64=-11011B×=-0.011011B=-0.11011B×浮点规格化数:111110010100005.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=0.00011（2）X=0.11011Y=-0.10101（3）X=-0.10110Y=-0.00001解：（1）先写出x和y的变形补码再计算它们的和[x]补=00.11011[y]补=00.00011[x+y]补=[x]补+[y]补=00.11011+00.00011=0.11110∴x+y=0.1111B无溢出。（2）先写出x和y的变形补码再计算它们的和[x]补=00.11011[y]补=11.01011[x+y]补=[x]补+[y]补=00.11011+11.01011=00.00110∴x+y=0.0011B无溢出。（3）先写出x和y的变形补码再计算它们的和[x]补=11.01010[y]补=11.11111[x+y]补=[x]补+[y]补=11.01010+11.11111=11.01001∴x+y=-0.10111B无溢出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解：（1）先写出x和y的变形补码，再计算它们的差[x]补=00.11011[y]补=11.00001[-y]补=00.11111[x-y]补=[x]补+[-y]补=00.11011+00.11111=01.11010∵运算结果双符号不相等∴为正溢出X-Y=+1.1101B（2）先写出x和y的变形补码，再计算它们的差[x]补=00.10111[y]补=00.11011[-y]补=11.00101[x-y]补=00.10111+11.00101=11.11100∴x-y=-0.001B无溢出（3）先写出x和y的变形补码，再计算它们的差[x]补=00.11011[y]补=11.01101[-y]补=00.10011[x-y]补=[x]补+[-y]补=00.11011+00.10011=01.01110∵运算结果双符号不相等∴为正溢出X-Y=+1.0111B7.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解：（1）用原码阵列乘法器计算：[x]补=0.11011[y]补=1.00001(0)11011×)(1)00001----------------------------------(0)11011(0)00000（0)00000(0)00000(0)00000(0)(1)(1)(0)(1)(1)-----------------------------------------(1)0010111011[x×y]补=1.0010111011∴x×y=-0.11010001018．用原码阵列除法器计算X÷Y。（1）X=0.11000Y=-0.11111（2）X=-0.01011Y=0.11001解：（1）[x]原=[x]补=0.11000[-∣y∣]补=1.00001被除数X0.11000+[-∣y∣]补1.00001----------------------余数为负1.11001→q0=0左移1.10010+[|y|]补0.11111----------------------余数为正0.10001→q1=1左移1.00010+[-|y|]补1.00001----------------------余数为正0.00011→q2=1左移0.00110+[-|y|]补1.00001----------------------余数为负1.00111→q3=0左移0.01110+[|y|]补0.11111----------------------余数为负1.01101→q4=0左移0.11010+[|y|]补0.11111----------------------余数为负1.11001→q5=0+[|y|]补0.11111----------------------余数0.11000故[x÷y]原=1.11000即x÷y=-0.11000B余数为0.11000B×9.设阶为5位(包括2位阶符),尾数为8位(包括2位数符),阶码、尾数均用补码表示,完成下列取值的[X+Y]，[X-Y]运算：（1）X=×0.100101Y=×(-0.011110)（2）X=×（-0.010110）Y=×(0.010110)解：（1）将y规格化得：y=×(-0.111100)[x]浮=1101，00.100101[y]浮=1101，11.000100[-y]浮=1101，00.111100①对阶[ΔE]补=[Ex]补+[-Ey]补=1101+0011=0000∴Ex=Ey②尾数相加相加相减00.10010100.100101+11.000100+00.111100--------------------------11.10100101.100001[x+y]浮=1101,11.101001左规[x+y]浮=1100,11.010010∴x+y=×(-0.101110)[x-y]浮=1101,01.100001右规[x-y]浮=1110,00.1100001舍入处理得[x-y]浮=1110,00.110001∴x-y=×0.110001（2）[x]浮=1011，11.101010[y]浮=1100，00.01011