【正文】 《計算機組成原理》課后習題參考答案第一章 計算機系統(tǒng)概論1．比較數(shù)字計算機和模擬計算機的特點。答：模擬計算機的特點是數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程也是連續(xù)的。數(shù)字計算機的主要特點是按位運算，并且不連續(xù)地跳動計算。模擬計算機用電壓表示數(shù)據(jù)，采用電壓組合和測量值的計算方式，盤上連線的控制方式，而數(shù)字計算機用數(shù)字0和1表示數(shù)據(jù)，采用數(shù)字計數(shù)的計算方式，程序控制的控制方式。數(shù)字計算機與模擬計算機相比，精度高，數(shù)據(jù)存儲量大，邏輯判斷能力強。2．數(shù)字計算機如何分類？分類的依據(jù)是什么？答：數(shù)字計算機可分為專用計算機和通用計算機，是根據(jù)計算機的效率、速度、價格、運行的經(jīng)濟性和適應(yīng)性來劃分的。3．數(shù)字計算機有哪些主要應(yīng)用？答：數(shù)字計算機的主要應(yīng)用有：科學計算、自動控制、測量和測試、信息處理、教育和衛(wèi)生、家用電器、人工智能。4．？它由哪些主要組成部分？答：，它由運算器，控制器，存儲器，接口及I/O設(shè)備組成。5．什么是存儲容量？什么是單元地址？什么是數(shù)據(jù)字，什么是地址字？答：存儲器所有存儲單元的總數(shù)稱為存儲器的存儲容量。每個存儲單元都有編號，稱為單元地址。如果某字代表要處理的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)字。如果某字為一條指令，稱為指令字。6．什么是指令？什么是程序？答：每一個基本操作稱為一條指令，而解算某一問題的一串指令序列，稱為程序。7．指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計算機如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？答：計算機可以從時間和空間兩方面來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，在時間上，取指周期從內(nèi)存中取出的是指令，而執(zhí)行周期從內(nèi)存取出或往內(nèi)存中寫入的是數(shù)據(jù)，在空間上，從內(nèi)存中取出指令送控制器，而執(zhí)行周期從內(nèi)存從取的數(shù)據(jù)送運算器、往內(nèi)存寫入的數(shù)據(jù)也是來自于運算器。 8．什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU？什么是適配器？簡述其功能。答：內(nèi)存是指計算機內(nèi)的半導體存儲器，包括ROM和RAM。ROM用來存放監(jiān)控程序和一些不變的數(shù)據(jù)表格，RAM存放正運算的程序和正在處理的數(shù)據(jù)，外存通常指的是磁盤、磁帶、光盤存儲器等，用于存放暫不運行的程序和暫不處理的數(shù)據(jù)。CPU是運算器和控制器的合稱，適配器是指連接主機與外設(shè)一個中間電路，也叫接口，其作用相當于一個轉(zhuǎn)換器，保證外設(shè)用與主機要求相適應(yīng)的形式發(fā)送和接收信息。9．計算機的系統(tǒng)軟件包括哪幾類？說明它們的用途。答：計算機的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高計算機的使用效率，發(fā)揮和擴大計算機的功能及用途。它可分為四類：（1）各種服務(wù)性程序，如診數(shù)據(jù)程序、排錯程序、練習程序等；（2）語言程序，如匯編程序、編譯程序、解釋程序等；（3）操作系統(tǒng)程序；（4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）。而應(yīng)用軟件是用戶利用計算機來解決某些問題而編制的程序，如工程設(shè)計程序，數(shù)據(jù)加工程序，自動控制程序，企業(yè)管理程序、情報檢索程序、科學計算程序等等。10．說明軟件發(fā)展的演變過程。答：在早期的計算機中，人們是直接用機器語言來編寫程序的，這種程序稱為手編程序或目的程序；后來，為了編寫程序方便和提高使用效率，人們使用匯編語言來編寫程序，稱為匯編程序；為了進一步實現(xiàn)程序自動化和便于程序交流，使不熟悉具體計算機的人也能很方便地使用計算機，人們又創(chuàng)造了算法語言，用算法語言編寫的程序稱為源程序，源程序通過編譯系統(tǒng)產(chǎn)生編譯程序，也可通過解釋系統(tǒng)進行解釋執(zhí)行；隨著計算機技術(shù)的日益發(fā)展，人們又創(chuàng)造出操作系統(tǒng)；隨著計算機在信息處理、情報檢索及各種管理系統(tǒng)中應(yīng)用的發(fā)展，要求大量處理某些數(shù)據(jù)，建立和檢索大量的表格，于是產(chǎn)生了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。11．現(xiàn)代計算機系統(tǒng)如何進行多級劃分？這種分級觀點對計算機設(shè)計會產(chǎn)生什么影響?答：現(xiàn)代計算機系統(tǒng)可分為五個層次，第一級是微程序設(shè)計級；第二級是一般機器級；第三級是操作系統(tǒng)級；第四級是匯編語言級；第五級是高級語言級。其中前二級是硬件系統(tǒng)、后兩級是軟件系統(tǒng)對硬件系統(tǒng)的功能擴展，第三級是可以說是軟件與硬件的一個交界面。這種分級不是絕對的，也不是惟一的，比如隨著大規(guī)模集成電路和固件的發(fā)展，硬件的功能在不斷往上層延伸。而且，不同的硬件結(jié)構(gòu)，其層次也不同，如硬布線控制器的計算機，就沒有微程序級。12．為什么軟件能夠轉(zhuǎn)化為硬件？硬件能夠轉(zhuǎn)化為軟件？實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的媒介是什么？答：隨著大規(guī)模集成電路和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，實體硬件機的功能范圍不斷從一、二級向三、四級擴展，原因有：(1)容量大、價格低、體積小、可改寫的只讀存儲器提供了軟件固化的良好物質(zhì)基礎(chǔ)，固件即固化的軟件，從功能上講是軟件，從形態(tài)上看又是硬件。(2)在一片硅單晶芯片上制作復雜的邏輯電路已實際可行，這又為擴大指令功能提供了相應(yīng)的技術(shù)手段，而且成本降低使實用成為可能。因此，傳統(tǒng)的軟件今后有可能“固化”甚至“硬化”而變成硬件，而在不追求高速處理時為了降低硬件成本，也可以用軟件來模擬硬件的功能。13．“計算機應(yīng)用”與“應(yīng)用計算機”在概念上等價嗎？用學科角度和計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來說明你的觀點。答：計算機應(yīng)用是一個學科的名詞，它包含計算機網(wǎng)絡(luò)、信息管理、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人工智能、計算機輔助設(shè)計等多個領(lǐng)域，而應(yīng)用計算機，從計算機層次結(jié)構(gòu)的角度來看，不同的應(yīng)用者，應(yīng)用的方法和目標是不同的，如CPU的設(shè)計者是在微程序級應(yīng)用計算機，目的是要后面的應(yīng)用者提供功能強大的指令系統(tǒng)、而操作系統(tǒng)的設(shè)計者是在匯編語言級應(yīng)用計算機，目的是擴展硬件功能，為后面的應(yīng)用者提供良好的操作環(huán)境和手段。第二章 運算方法和運算器1．寫出下列各數(shù)的原碼、反碼、補碼表示（用8位二進制數(shù)），其中MSB是最高位（又是符號位），LSB是最高位。如果是小數(shù)，小數(shù)點在MSB之后；如果是整數(shù)，小數(shù)點在LSB之后。(1) 35/64 (2)23/128 (3) –127 (4)用小數(shù)表示1 (5)用整數(shù)表示1解：(1)35/64 = (2)23/128= (3) –127=1111111 原碼11111111 反碼10000000 補碼10000001(4) 用小數(shù)表示1 (5) 用整數(shù)表示1 原碼10000001 反碼11111110 補碼1111111112． 設(shè)[x]補＝a0. a 1 a 2 …a 6 其中ai 取0或1，若要x,求a 0，a 1 ， a 2 ， … ， a6 的取值。解：[x]補 = a0. a1a2…a6解法一、（1） 若a0 = 0, 則x 0, 也滿足x 此時a1→a6可任意（2） 若a0 = 1, 則x = 0, 要滿足x , 需a1 = 1即a0 = 1, a1 = 1, a2→a6有一個不為0解法二、 = (2) = = 1, 100000（1） 若x = 0, 則a0 = 0, a1→a6任意即可[x]補 = x = a0. a1a2…a6（2） 若x 0, 則x 只需x , x 0[x]補 = x, []補 = 01000000即[x]補 01000000即a0a1 = 11, a2→a6不全為0或至少有一個為1（但不是“其余取0”）3．有一個字長為32位的浮點數(shù)，符號位１位，階碼８位，用移碼表示，尾數(shù)23位，用補碼表示；基數(shù)為2。請寫出：（1）最大數(shù)的二進制表示；（2）最小數(shù)的二進制表示； （3）規(guī)格化數(shù)所能表示數(shù)的范圍。解：用IEEE754格式(E的取值范圍：1~254，留出全0和全1分別表示0和無窮大) 31 30 23 22 20 0SEM (1) 最大數(shù)的二進制表示： 0 11111110 11111111111111111111111即 2127(2223)(2) 最小數(shù)的二進制表示： 1 11111110 11111111111111111111111即 2127(2223)(3) 規(guī)格化數(shù)所能表示數(shù)的范圍：最小的正數(shù)：0 00000001 00000000000000000000001 即2126(1+223)絕對最小的負數(shù)： 1 00000001 00000000000000000000001 即2126(1+223)所以范圍是： 2127(2223)至2126(1+223) ，2126(1+223)至2127(2223)4．將下列十進制數(shù)表示成IEEE754標準的32位浮點規(guī)格化數(shù)。 (1) 27/64 (2) – 27/64解：27/64==*22(1) 0 01111101 10110000000000000000000(2) 1 01111101 101100000000000000000005．已知x和y，用變形補碼計算x+y，同時指出結(jié)果是否溢出。（1）x= y=（2）x= y=（3）x= y=解：（1）x = , y = 0 0 1 1 0 1 1+ 0 0 0 0 0 1 10 0 1 1 1 1 0x+y = 無溢出(2) x = , y = [x]補 = 0 0 1 1 0 1 1[y]補 = +1 1 0 1 0 1 10 0 0 0 1 1 0 x+y = 無溢出（3）x = y = [x]補 = 1 1 0 1 0 1 0[y]補 = +1 1 1 1 1 1 11 1 0 1 0 0 1 x+y = 無溢出6．已知x和y，用變形補碼計算xy，同時指出運算結(jié)果是否溢出。（1）x= y=（2）x= y=（3）x= y=解：（1）x = y = [x]補 = 0 0. 1 1 0 1 1[y]補 = +0 0. 1 1 1 1 1 0 1. 1 1 0 1 0 溢出（2）x = y = [x]補 = 0 0. 1 0 1 1 1[y]補 = +1 1. 0 0 1 0 1 1 1. 1 1 1 0 0 xy = 無溢出（3）x = y = [x]補 = 0 0. 1 1 0 1 1[y]補 = +0 0. 1 0 0 1 1 0 1. 0 1 1 1 0 溢出7．用原碼陣列乘法器、補碼陣列乘法器分別計算x*y。（1）x = y = （2）x = y = 1 1 0 1 1* 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1解：（1）原碼陣列x = , y = 符號位: x0⊕y0 = 0⊕1 = 1[x]原 = 11011, [y]原 = 11111[x*y]原 = 1， 11 0100 0101直接補碼陣列[x]補 = (0)11011, [y]補 = (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 00 (1) (1) (0) (1) (1)0 (1) (1) (0) (1) (1) 1 1 0 1 11, 0 0 1 0 1, 1 1 0 1 1 [x*y]補 = 1,00101,11011 帶求補器的補碼陣列[x]補 = 0 11011, [y]補 = 1 00001乘積符號位單獨運算0⊕1＝1尾數(shù)部分算前求補輸出│X│＝11011，│y│＝111111 1 0 1 1* 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1XY＝(2) 原碼陣列x = , y = 符號位: x0⊕y0 = 1⊕1 = 0[x]補 = 11111, [y]補 = 110111 1 1 1 11 1 0 1 11 1 1 1 11 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 [x*y]補 = 0,11010,00101直接補碼陣列[x]補 = (1)00001, [y]補 = (1)00101(1) 0 0 0 0 1(1) 0 0 1 0 1(1) 0 0 0 0 1(0) 0 0 0 0 0 (1) 0 0 0 0 1 (0)0 0