完整版计算机组成原理第四版课后习题解答

 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=01111111

2. 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）1111111111 0111111111111111111111
（2）1111111111 1000000000000000000000
（3）1111111111 0111111111111111111111～0111111111 1000000000000000000000
（4）0000000000 0000000000000000000001～0000000000 1111111111111111111111

4. 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 : 1111 0110110000

（2） -27/64= -11011B×= -0.011011B= -0.11011B×
浮点规格化数 : 1111 1001010000

5. 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=0.11011 Y=0.00011
（2）X= 0.11011 Y= -0.10101
（3）X=-0.10110 Y=-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=0.11011 Y= -0.11111
(2) X=0.10111 Y=0.11011
(3) X=0.11011 Y=-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=+1.0111B

7. 用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算X×Y。
（1）X=0.11011 Y= -0.11111
（2）X=-0.11111 Y=-0.11011 

解：（1）用原码阵列乘法器计算：

　[x]补=0.11011 [y]补=1.00001

(0)　1 　1 　0 　1 　1 　
×) (1)　0 　0 　0 　0 　1 
　----------------------------------
(0)　1 　1 　0 　1 　1
(0)　0 　0 　0 　0 　0 
　 （0)　0 　0 　0 　0 　0 
(0)　0 　0 　0 　0 　0
(0)　0 　0 　0 　0 　0
(0) (1) (1) (0) (1) (1)
-----------------------------------------
(1)　0 　0 　1 　0 　1 　1 　1 　0 　1 　1 
　
　[x×y]补=1.0010111011
∴ x×y= -0.1101000101

8． 用原码阵列除法器计算 X÷Y。
（1）X=0.11000 Y= -0.11111
（2）X=-0.01011 Y=0.11001

解：（1）[x]原=[x]补=0.11000 [-∣y∣]补=1.00001

 　被除数 X　0.11000
 +[-∣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=×0.100101 Y=×(-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=1101，00.111100

　① 对阶
[ΔE]补=[Ex]补+[-Ey]补=1101+0011=0000
∴ Ex=Ey
　② 尾数相加 
相加 相减
　00.100101 　 00.100101
+ 11.000100 　 　+ 00.111100
------------ 　--------------
　11.101001 　 01.100001
　[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=1100，00.010110 [-y]浮=1100，11.101010

　① 对阶
[ΔE]补=[Ex]补+[-Ey]补=1011+0100=1111
∴ △E= -1 [x]浮=1100，11.110101(0) 
　② 尾数相加
相加 相减
　11.110101(0) 　11.110101(0)
+ 00.010110 　 + 11.101010
--------------　------------------
　00.001011(0) 　11.011111(0)
　[x+y]浮=1100,00.001011(0) 左规 [x+y]浮=1010,00.1011000 
　∴ x+y=×0.1011B
　[x-y]浮=1100,11.011111(0) 
　∴ x-y=×（-0.100001B）

13. 某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1 ，低位来的信号为C0 ，请分别按下述两种方式写出C4C3C2C1的逻辑表达式。
（1） 串行进位方式 （2） 并行进位方式

解 ：（1）串行进位方式：
C1 = G1 + P1 C0 其中： G1 = A1 B1 ， P1 = A1⊕B1
C2 = G2 + P2 C1 　 G2 = A2 B2 ， P2 = A2⊕B2
C3 = G3 + P3 C2 　 G3 = A3 B3 ， P3 = A3⊕B3
C4 = G4 + P4 C3 　 G4 = A4 B4 ， P4 = A4⊕B4
　(2) 并行进位方式：
C1 = G1 + P1 C0 
C2 = G2 + P2 G1 + P2 P1 C0