计算机组成原理(第二版)蒋本珊编_课后习题答案

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第一章1.电子数字计算机和电子模拟计算机的区别在哪里?解:电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量,运算的过程是不连续的;电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量,运算的过程是连续的。2.冯?诺依曼计算机的特点是什么?其中最主要的一点是什么?解:冯?诺依曼计算机的特点如下:①计算机(指硬件)应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成;②计算机内部采用二进制来表示指令和数据;③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后再启动计算机工作。第③点是最主要的一点。3.计算机的硬件是由哪些部件组成的?它们各有哪些功能?解:计算机的硬件应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。它们各自的功能是:①输入设备:把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去,并且将它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。②输出设备:将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。③存储器:用来存放程序和数据。④运算器:对信息进行处理和运算。⑤控制器:按照人们预先确定的操作步骤,控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作。4.什么叫总线?简述单总线结构的特点。解:总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路,它能分时地发送与接收各部件的信息。单总线结构即各大部件都连接在单一的一组总线上,这个总线被称为系统总线。CPU与主存、CPU与外设之间可以直接进行信息交换,主存与外设、外设与外设之间也可以直接进行信息交换,而无须经过CPU的干预。5.简单描述计算机的层次结构,说明各层次的主要特点。解:现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体,可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。第0级为硬件组成的实体。第1级是微程序级。这级的机器语言是微指令集,程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的。第2级是传统机器级。这级的机器语言是该机的指令集,程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。第3级是操作系统级。从操作系统的基本功能来看,一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源,另一方面它又是传统机器的延伸。第4级是汇编语言级。这级的机器语言是汇编语言,完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。第5级是高级语言级。这级的机器语言就是各种高级语言,通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。第6级是应用语言级。这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的,因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。6.计算机系统的主要技术指标有哪些?解:计算机系统的主要技术指标有:机器字长、数据通路宽度、主存容量和运算速度等。机器字长是指参与运算的数的基本位数,它是由加法器、寄存器的位数决定的。数据通路宽度是指数据总线一次所能并行传送信息的位数。主存容量是指主存储器所能存储的全部信息量。运算速度与机器的主频、执行什么样的操作、主存本身的速度等许多因素有关。__第二章1.设机器数的字长8位(含1位符号位),分别写出下列各二进制数的原码、补码和反码:0,-0,0.1000,-0.1000,0.1111,-0.1111,1101,-1101。解:真值原码补码反码0-00.1000-0.10000.1111-0.11111101-110100000000100000000.10000001.10000000.11110001.1111000000011011000110100000000000000000.10000001.10000000.11110001.0001000000011011111001100000000111111110.10000001.01111110.11110001.000011100001101111100102.写出下列各数的原码、补码和反码:716,416,116,±0,-116,-416,-716。解:716=7×2-4=0.0111416=4×2-4=0.0100116=1×2-4=0.0001数据的机器层次表示真值原码补码反码7160.01110.01110.01114160.01000.01000.01001160.00010.00010.000100.00000.00000.0000-01.00000.00001.1111-1161.00011.11111.1110-4161.01001.11001.1011-7161.01111.10011.10003.已知下列数的原码表示,分别写出它们的补码表示:[X1]原=0.10100,[X2]原=1.10111。解:[X1]补=0.10100,[X2]补=1.01001。4.已知下列数的补码表示,分别写出它们的真值:[X1]补=0.10100,[X2]补=1.10111。解:X1=0.10100,X2=-0.01001。5.设一个二进制小数X≥0,表示成X=0.a1a2a3a4a5a6,其中a1~a6取“1”或“0”:(1)若要X>12,a1~a6要满足什么条件?(2)若要X≥18,a1~a6要满足什么条件?(3)若要14≥X>116,a1~a6要满足什么条件?解:(1)X>12的代码为:0.100001~0.111111。a1=1,a2+a3+a4+a5+a6=1。(2)X≥18的代码为:0.00100018…0.1111116364a1+a2=0,a3=1或a1=0,a2=1或a1=1。计算机组成原理教师用书34(3)14≥X>116的代码为:0.000101564…0.01000014a1+a2+a3=0,a4=1,a5+a6=1或a1+a2=0,a3=1或a2=1,a1+a3+a4+a5+a6=0。6.设[X]原=1.a1a2a3a4a5a6,(1)若要X>-12,a1~a6要满足什么条件?(2)若要-18≥X≥-14,a1~a6要满足什么条件?解:(1)X>-12的代码为:1.000001-164…1.011111-3164a1=0,a2+a3+a4+a5+a6=1。(2)-18≥X≥-14的代码为:1.001000-181.001001-964…1.001111-15641.010000-14a1+a2=0,a3=1或a2=1,a1+a3+a4+a5+a6=0。7.若上题中[X]原改为[X]补,结果如何?解:设[X]补=1.a1a2a3a4a5a6,(1)X>-12的代码为:351.100001-3164…1.111111-164a1=1,a2+a3+a4+a5+a6=1。(2)-18≥X≥-14的代码为:1.110000-141.110001-1564…1.110111-9641.111000-18a1?a2=1,a3=0或a1?a2?a3=1,a4+a5+a6=0。8.一个n位字长的二进制定点整数,其中1位为符号位,分别写出在补码和反码两种情况下:(1)模数;(2)最大的正数;(3)最负的数;(4)符号位的权;(5)-1的表示形式;(6)0的表示形式。解:项目补码反码模数Mod2nMod(2n-1)最大的正数2n-1-12n-1-1最负的数-2n-1-(2n-1-1)符号位的权2n-12n-1-1的表示形式11111111111111100的表示形式0000000000000000111111119.某机字长16位,问在下列几种情况下所能表示数值的范围:计算机组成原理教师用书36(1)无符号整数;(2)用原码表示定点小数;(3)用补码表示定点小数;(4)用原码表示定点整数;(5)用补码表示定点整数。解:(1)0≤X≤(216-1)(2)-(1-2-15)≤X≤(1-2-15)(3)-1≤X≤(1-2-15)(4)-(215-1)≤X≤(215-1)(5)-215≤X≤(215-1)10.某机字长32位,试分别写出无符号整数和带符号整数(补码)的表示范围(用十进制数表示)。解:无符号整数:0≤X≤(232-1)。补码:-231≤X≤(231-1)。11.某浮点数字长12位,其中阶符1位,阶码数值3位,数符1位,尾数数值7位,阶码以2为底,阶码和尾数均用补码表示。它所能表示的最大正数是多少?最小规格化正数是多少?绝对值最大的负数是多少?解:最大正数=(1-2-7)×223-1=(1-2-7)×27=127。最小规格化正数=2-1×2-23=2-1×2-8=2-9=1512。绝对值最大的负数=-1×223-1=-1×27=-128。12.某浮点数字长16位,其中阶码部分6位(含1位阶符),移码表示,以2为底;尾数部分10位(含1位数符,位于尾数最高位),补码表示,规格化。分别写出下列各题的二进制代码与十进制真值。(1)非零最小正数;(2)最大正数;(3)绝对值最小负数;(4)绝对值最大负数。解:(1)非零最小正数:000000,0,100000000;2-1×2-25=2-33。(2)最大正数:111111,0,111111111;(1-2-9)×225-1=(1-2-9)×231。(3)绝对值最小负数:000000,1,011111111;-(2-1+2-9)×2-25。(4)绝对值最大负数:111111,1,000000000;-1×225-1=-231。13.一浮点数,其阶码部分为p位,尾数部分为q位,各包含1位符号位,均用补码表示;尾数基数r=2,该浮点数格式所能表示数的上限、下限及非零的最小正数是多少?写数据的机器层次表示第2章37出表达式。解:上限(最大正数)=(1-2-(q-1))×22(p-1)-1。下限(绝对值最大负数)=-1×22(p-1)-1。最小正数=2-(q-1)×2-2(p-1)。最小规格化正数=2-1×2-2(p-1)。14.若上题尾数基数r=16,按上述要求写出表达式。解:上限(最大正数)=(1-2-(q-1))×162(p-1)-1。下限(绝对值最大负数)=-1×162(p-1)-1。最小正数=2-(q-1)×16-2(p-1)。最小规格化正数=16-1×16-2(p-1)。15.某浮点数字长32位,格式如下。其中阶码部分8位,以2为底,移码表示;尾数部分一共24位(含1位数符),补码表示。现有一浮点代码为(8C5A3E00)__________16,试写出它所表示的十进制真值。07893阶码数符尾数解:(8C5A3E00)16=10001100010110100011111000000000B,0.10110100011111×212=(101101000111.11)2=(2887.75)10。16.试将(-0.1101)2用IEEE短浮点数格式表示出来。解:0.1101=1.101×2-1。符号位=1。阶码=127-1=126。1,01111110,10100000000000000000000。结果=BF500000H。17.将下列十进制数转换为IEEE短浮点数:(1)28.75;(2)624;(3)-0.625;(4)+0.0;(5)-1000.5。解:(1)28.75=11100.11=1.110011×24。符号位=0。阶码=127+4=131。0,10000011,11001100000000000000000。计算机组成原理教师用书38结果=41E60000H。(2)624=1001110000=1.001110000×29。符号位=0。阶码=127+9=136。0,10001000,00111000000000000000000。结果=441C0000H。(3)-0.625=-0.101=-1.01×2-1。符号位=1。阶码=127-1=126。1,01111110,01000000000000000000000。结果=BF200000H。(4)+0.0。结果=00000000H。(5)-1000.5=1111101000.1=1.1111010001×29。符号位=1。阶码=127+9=136。1,10001000,11110100010000000000000。结果=C47A2000H。18.将下列IEEE短浮点数转换为十进制数:(1)110000001111000000000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