【正文】 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 1 第 1 章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 教材習(xí)題解答 1. 計(jì)算機(jī)中為什么都采用二進(jìn)制數(shù)而不采用十進(jìn)制數(shù)？ 【解】計(jì)算機(jī)的基本功能是對(duì)數(shù)的運(yùn)算和處理。計(jì)算機(jī)中，通過(guò)數(shù)字化編碼技術(shù)，對(duì)所表示的數(shù)值、文字、符號(hào)及控制信息等進(jìn)行數(shù)字編碼，這種數(shù)字化表示方法不僅要適合于人的自然習(xí)慣，同時(shí)要滿足機(jī)器中所用器件、線路的工作狀態(tài)以及數(shù)據(jù)可靠傳輸與易于校驗(yàn)糾錯(cuò)等方面的要求。一個(gè)具有兩種不同的穩(wěn)定狀態(tài)且能相互轉(zhuǎn)換的器件，就可以用來(lái)表示一位二進(jìn)制數(shù)，所以表示二進(jìn)制的器件易于制造且工作可靠，并且二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則也最簡(jiǎn)單，因此目前計(jì)算機(jī)中均采用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示各種信息及進(jìn)行信息處理。 2. 寫出下列用原碼或補(bǔ)碼表示的機(jī)器數(shù)的真值： (1)01101101 (2)10001101 (3)01011001 (4)11001110 【解】 (1) [X]原 ＝ 01101101＝＋ 109 [X]補(bǔ) ＝ 01101101＝＋ 109 (2) [X]原 ＝ 10001101＝－ 13 [X]補(bǔ) ＝ 10001101＝－ 115 (3) [X]原 ＝ 01011001＝＋ 89 [X]補(bǔ) ＝ 01011001＝＋ 89 (4) [X]原 ＝ 11001110＝－ 78 [X]補(bǔ) ＝ 11001110＝－ 50 3. 填空： (1) (1234)10＝ ( )2＝ ( )16 (2) ()10＝ ( )2＝ ( )16 (3) ()10＝ ( )2＝ ( )16 (4) (101011001001)2＝ ( )10＝ ( )16 (5) ()16＝ ( )10＝ ( )2 (6) ()2＝ ( )10＝ ( )16 【解】 (1) (1234)10＝ ( 10011010010 )2＝ ( 4D2 )16 (2) ()10＝ ( )2＝ ( )16 (3) ()10＝ ( )2＝ ( )16 (4) (101011001001)2＝ ( 2761 )10＝ ( AC9 )16 (5) ()16＝ ( )10＝ ( )2 (6) ()2＝ ( )10＝ ( )16 4. 已知 X=36， Y=－ 136， Z=－ 1250，請(qǐng)寫出 X、 Y、 Z 的 16 位原碼、反碼和補(bǔ)碼。 【解】 [X]原 ＝ 0000 0000 0010 0100 [Y]原 ＝ 1000 0000 1000 1000 [Z]原 ＝ 1000 0100 1110 0010 [X]反 ＝ 0000 0000 0010 0100 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 2 [Y]反 ＝ 1111 1111 0111 0111 [Z]反 ＝ 1111 1011 0001 1101 [X]補(bǔ) ＝ 0000 0000 0010 0100 [Y]補(bǔ) ＝ 1111 1111 0111 1000 [Z]補(bǔ) ＝ 1111 1011 0001 1110 5. 已知 [X]補(bǔ) =01010101B， [Y]補(bǔ) =10101010B， [Z]補(bǔ) =1000111111111111B，求 X、 Y、 Z 及 X＋ Y、Y－ Z 的十進(jìn)制值為多少 ? 【解】 Y－ Z 運(yùn)算時(shí) Y 需要擴(kuò)展符號(hào)位 X＝ 85 Y＝－ 86 Z＝－ 28673 X＋ Y＝ 01010101B＋ 10101010B＝ 11111111B＝－ 1 Y－ Z＝ 11111111 10101010B－ 10001111 11111111B ＝ 11111111 10101010B＋ 01110000 00000001B ＝ 0110 1111 1010 1011B ＝ 28587 6. 用 8 位補(bǔ)碼進(jìn)行下列運(yùn)算 ,并說(shuō)明運(yùn)算結(jié)果的進(jìn)位和溢出： (1) 33＋ 114 (2) 33－ 114 (3) (33)＋ 114 (4) (33)114 【解】 (1) [33]補(bǔ) ＝ 00100001 [114]補(bǔ) ＝ 01110010 0 0 1 0 0 0 0 1 ＋ 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 正確的運(yùn)算結(jié)果 147127，出現(xiàn)溢出，使符號(hào)位發(fā)生變化，出現(xiàn)結(jié)果：－ 109 (2) [33]補(bǔ) ＝ 00100001 [－ 114]補(bǔ) ＝ 10001110 0 0 1 0 0 0 0 1 ＋ 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 運(yùn)算結(jié)果：－ 81 (3) [33]補(bǔ) ＝ 11011111 [114]補(bǔ) ＝ 01110010 1 1 0 1 1 1 1 1 ＋ 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 最高位進(jìn)位，自然丟失，運(yùn)算結(jié)果：＋ 81 (4) [33]補(bǔ) ＝ 11011111 [114]補(bǔ) ＝ 10001110 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 3 1 1 0 1 1 1 1 1 ＋ 1 0 0 0 1 1 1 0 10 1 1 0 1 1 0 1 正確的運(yùn)算結(jié)果－ 147－ 127，出現(xiàn)溢出，使符號(hào)位發(fā)生變化，出現(xiàn)運(yùn)算結(jié)果：＋ 109 7. 將下列十進(jìn)制數(shù)表示為 8421BCD 碼： (1) 8609 (2) 5254 (3) 2730 (4) 2998 【解】 (1) 1000 0110 0000 1001 (2) 0101 0010 0101 0100 (3) 0010 0111 0011 0000 (4) 0010 1001 1001 1000 8. 將下列 8421BCD 碼表示為十進(jìn)制數(shù) 和二進(jìn)制數(shù)： (1) 01111001 (2) 001010000101 (3) 011000000111 (4) 010110010000 【解】 (1) 79， 1001111B (2) 285， 100011101B (3) 607， 1001011111B (4) 590， 1001001110B 9. 將下列數(shù)值或字符串表示為相應(yīng)的 ASCII 碼： (1) 51 (2) 7FH (3) C6H (4) Computer (5) how are you? 【解】 (1) 0110101 0110001 (2) 0110111 1100110 1101000 (3) 1100011 0110110 1101000 (4) 1100011 1101111 1101101 1110000 1110101 1110100 1100101 1110010 (5) 1101000 1101111 1110111 0100000 1100001 1110010 1100101 0100000 1111001 1101111 1110101 0111111 10. 定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)表示方法各有什么特點(diǎn)？ 【解】用浮點(diǎn)表示法比定點(diǎn)表示法表示數(shù)的范圍大，浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算比定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算復(fù)雜 11. 微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者之間有什么不同？ 【解】微處理器（ CPU），由運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，控制器分析命令并指揮協(xié)調(diào)各部件統(tǒng)一行動(dòng)完成命令規(guī)定的各種動(dòng)作或操作。 微型計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括微型計(jì)算機(jī)硬件和軟件。 12. 微型計(jì)算機(jī)由哪幾部分組成，各部分的功能是什么？ 【解】微型計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè) 備、輸出設(shè)備五大部分組成。 運(yùn)算器完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；控制器分析命令并指揮協(xié)調(diào)各部件統(tǒng)一行動(dòng)完成命令規(guī)定的各種動(dòng)作或操作；存儲(chǔ)器存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果以及程序；輸入設(shè)備、輸出設(shè)備與外界交換信息。 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 4 13. CPU 在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上由哪幾部分組成， CPU 應(yīng)具備什么功能？ 【解】微處理器（ CPU）由運(yùn)算器和控制器組成。 CPU 應(yīng)具備的功能：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行控制。 14. 簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令和執(zhí)行程序的過(guò)程。以書中的例子為例，說(shuō)明在此三條指令執(zhí)行中，哪些信號(hào)屬于數(shù)據(jù)流，哪些信號(hào)屬于控制流？ 【解】計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令和執(zhí)行程序的過(guò)程分為： (1) 取指階段，從存儲(chǔ)器中取出指令； (2) 分析執(zhí)行階段，由控制器進(jìn)行分析譯碼、發(fā)出一系列控制信號(hào)完成該指令的執(zhí)行。 以書中的例子為例，在此三條指令執(zhí)行中，以下信號(hào)屬于數(shù)據(jù)流： ① IP→ M； ② IP+1→ IP； ③ M→ IR； ④ IR→ ID； addr→ M； M→ ACC ⑤ ALU 結(jié)果→ ACC。 以下信號(hào)屬于控制流： ① 控制上述操作過(guò)程的信號(hào)流； ② 控制 IP 自動(dòng)加 1 ③ 存儲(chǔ)器對(duì)地址譯碼，找到 100 單元； ④ ID 對(duì)指令譯碼后，由控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一系列控制信號(hào)來(lái)執(zhí)行這條指令 ⑤ ALU 執(zhí)行“ ADD”運(yùn)算； 15. 微型計(jì)算機(jī)外部為什么采用三總線結(jié)構(gòu)？ 【解】有了總線結(jié)構(gòu)以后，系統(tǒng)中各功能部件之間的相互關(guān)系變?yōu)楦鱾€(gè)部件面向總線的單一關(guān)系。一個(gè)部件或設(shè)備只要符合總線標(biāo)準(zhǔn)，就可以連接到采用這種總線標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中，使系統(tǒng)功能能很簡(jiǎn)便地得到擴(kuò)展。 數(shù)據(jù)總線用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，地址總線專門用來(lái)傳送地址信息，控制總線用來(lái)傳輸控制信號(hào)。 16. 數(shù)據(jù)總線和地址總線在結(jié)構(gòu)和作用上有什么不同？ 【解】數(shù)據(jù)總線用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，地址總線專門用來(lái)傳送地址信息。從結(jié)構(gòu)上看，數(shù)據(jù)總線是雙向的，即數(shù)據(jù)既可以從 CPU 送到其它部件，也可以從其它部件傳送到 CPU。因地址總是從CPU 送出去的，所以地 址總線是單向的。地址總線的位數(shù)決定了 CPU 可以直接尋址的內(nèi)存范圍。 17. 如果某幾種 CPU 的地址總線分別有 1 32 條，它們各自能尋址的存儲(chǔ)器的容量是多少？ 【解】地址總線 8 條： 28＝ 256B 地址總線 16 條： 216＝ 64KB 地址總線 20 條： 220＝ 1MB 地址總線 32 條： 232＝ 4GB 18. 什么是硬件，什么是軟件，硬件和軟件的關(guān)系如何？ 【解】硬件是指組成計(jì)算機(jī)的各種電子的、機(jī)械的、光磁學(xué)的物理器件和設(shè)備，它們構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體。軟件則是指為了運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)而編制的各種 程序及其有關(guān)的文檔資料的總稱。硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂，兩者既相互獨(dú)立，又相互依存，缺一不可。硬微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 5 件和軟件合起來(lái)才組成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 19. 說(shuō)明位、字節(jié)、字長(zhǎng)的概念及它們之間的關(guān)系。 【解】 (1) 位（ bit）。位是計(jì)算機(jī)所能表示的最基本最小的數(shù)據(jù)單位。它只能有兩種狀態(tài)“ 0”和“ 1”，即二進(jìn)制位。 (2) 字（ Word）。計(jì)算機(jī)中作為一個(gè)整體參與運(yùn)算、處理和傳送的一串二進(jìn)制數(shù)，是計(jì)算機(jī)中信息的基本單位。 (3) 字長(zhǎng) (Word Length)。計(jì)算機(jī)中每個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)稱為字長(zhǎng)。 它們之間的關(guān)系：字由位構(gòu)成，字長(zhǎng)指每個(gè)字所包含的位的個(gè)數(shù)。 20. 計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)有哪些？你如何看待馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)理論？ 【解】計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)包括：微處理器的位數(shù)增加（ 4 位→ 64 位）；采用并行處理技術(shù)；集中式主機(jī)模式逐漸被客戶 /服務(wù)器模式所取代；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和普及；多媒體技術(shù)技術(shù)應(yīng)用等。 馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)理論的核心是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”。馮諾依曼提出的這些基本概念奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本框架，并由此產(chǎn)生了程序設(shè)計(jì)思想。盡管從計(jì)算機(jī)誕生到現(xiàn)在已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)，計(jì)算機(jī)的 體系結(jié)構(gòu)已發(fā)生了很大變化，計(jì)算機(jī)的性能也有了巨大提高，但目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)仍遵從馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)理論。 21. 說(shuō)出幾種型號(hào)的 CPU，它們各有什么特點(diǎn)？ 【解】 (1) 8088， 8086 Intel 公司于 1981 年推出， 16 位微處理器，地址線有 20 條，內(nèi)存尋址范圍為 1M 字節(jié)。它們的區(qū)別在于， 8086 外部的數(shù)據(jù)也是 16 位，而 8088 的外部數(shù)據(jù)為 8 位。 (2) 80286 80286 也是 16 位處理器，其頻率比 8086 更高，它有 24 條地址線，內(nèi)存尋址范圍是 16M字節(jié)。 (3) 80386 80386 屬于 32 位微處理器，其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是 32 位，地址總線也是 32 位，可尋址 4GB 內(nèi)存。它除具有實(shí)模式和保護(hù)模式外，還增加了虛擬 86 的工作方式，可以通過(guò)同時(shí)模擬多個(gè) 8086 處理器來(lái)提供多任務(wù)能力。 386 處理器的主頻有 16， 20， 25， 33， 40MHz 五種。 (4) 80486 于 1989 年由 Intel 公司首先出。其時(shí)鐘頻率從 25MHz 逐步提高到 33MHz、 50MHz。它也屬于 32 位處理器。 80486 是將 80386 和數(shù)學(xué)協(xié)處理器 80387 以及一個(gè) 8KB 的高速緩存集成在一個(gè)芯片內(nèi)，并且在 80X86 系 列中首次采用了 RISC 技術(shù)，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令。它還采用了突發(fā)總線方式，大大提高