《计算机组成原理》第6章习题答案
计算机组成原理第六章答案,DOC
欢迎共阅1.写出下列各数的原码、反码、补码、移码（用8位二进制表示），其中MSB是最高位（符号位），LSB 是最低位。
如果是小数，则小数点在MSB之后；如果是整数，则小数点在LSB之后。
???(1)-59/64???????(2)27/128???????(3)-127/128?????(4)用小数表示-1???(5)用整数表示-1?(6)-127?????????(7)35???????????(8)-128???2.设[x]补=x0.x1x2x3x4，其中x i取0或1，若要使x＞－0.5，则x0、x1、x2、x3、x4的取值应满足什么条件？???3.若32位定点小数的最高位为符号位，用补码表示，则所能表示的最大正数为?????，最小正数为?????，最大负数为?????，最小负数为?????；若32位定点整数的最高位为符号位，用原码表示，???4.23位，最小正数为?????，???5.???(1)将???(2)???6.尾数值占??????(1)???(2)???(3)???7.???8.???9.=+0.00 (01)???10.123456???11.已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出运算结果是否发生溢出。
???(1)x=0.11011?????y=-0.10101???(2)x=-10110??????y=-00011???12.已知x和y，用变形补码计算x-y，同时指出运算结果是否发生溢出。
???(1)x=0.10111?????y=0.11011???(2)x=11011???????y=-10011???13.已知[x]补=1.1011000，[y]补=1.0100110，用变形补码计算2[x]补+1/2[y]补=？，同时指出结果是否发生溢出。
???14.已知x和y，用原码运算规则计算x+y，同时指出运算结果是否发生溢出。
???(1)x=0.1011，y=-0.1110???(2)x=-1101，y=-1010???15.已知x和y，用原码运算规则计算x-y，同时指出运算结果是否发生溢出。
计算机组成原理第6章习题参考答案
第6章 中央处理器6-6．某机CPU芯片的主振频率为8MHz，其时钟周期是多少uS？若已知每个机器周期平均包含4个时钟周期，该机的平均指令执行速度为0.8MIPS，试问：（1）平均指令周期是多少？（2）平均每个指令周期含有多少个机器周期？（3）若改用时钟周期为0.4uS的CPU芯片，则计算机的平均指令执行速度又是多少MIPS？（4）若要得到40万次/S的指令执行速度，则应采用主振频率为多少MHz的CPU芯片？[解] 时钟周期 = 1÷8MHz = 0.125uS（1）平均指令周期 = 1÷0.8MIPS = 1.25uS（2）机器周期 = 0.125u S×4 = 0.5uS平均每个指令周期的机器周期数 = 1.25u S÷0.5u S = 2.5（3）平均指令执行速度 = 1÷（0.4×4×2.5）= 0.25 MIPS（4）主振频率 = 8MH z/(0.8MIPS/0.4MIPS) = 4MHz6-7．以一条典型的单地址指令为例，简要说明下列部件在计算机的取指周期和执行周期中的作用。
（1）程序计数器PC（2）指令寄存器IR（3）算术逻辑运算部件ALU（4）存储器数据寄存器MDR（5）存储器地址寄存器MAR[解]（1）程序计数器PC：存放指令地址（2）指令寄存器IR：存放当前指令（3）算术逻辑运算部件ALU：进行算逻运算（4）存储器数据寄存器MDR：存放写入到内存或从内存读出的数据或指令（5）存储器地址寄存器MAR：存放写入到内存或从内存读出的数据或指令的地址以单地址指令“加1（INC A）”为例，该指令分为3个周期：取指周期、分析取数周期、执行周期。
3个周期完成的操作如表所示。
取指周期分析取数周期执行周期PC （PC）→ MAR ——IR 指令→MDR→IR ——ALU (PC)+1 —（A）+1MAR 指令地址→MAR A→MAR —MDR 指令→MDR （A）→MDR （A）+1→MDR6-9．指令和数据都存放在主存，如何识别从主存储器中取出的是指令还是数据？[解] 指令和数据都存放在主存，它们都以二进制代码形式出现，区分方法为：（1）取指令或数据时所处的机器周期不同：取指令周期取出的是指令；分析取数或执行周期取出的是数据。
计算机组成原理第六章答案
1. 写出下列各数的原码、反码、补码、移码（用8位二进制表示），其中MSB是最高位（符号位），LSB是最低位。
如果是小数，则小数点在MSB之后；如果是整数，则小数点在LSB之后。
(1)-59/64 (2)27/128 (3)-127/128(4)用小数表示-1(5)用整数表示-1 (6)-127 (7)35 (8)-1282. 设[x]补=x0.x1x2x3x4，其中x i取0或1，若要使x＞－0.5，则x0、x1、x2、x3、x4的取值应满足什么条件？3. 若32位定点小数的最高位为符号位，用补码表示，则所能表示的最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为；若32位定点整数的最高位为符号位，用原码表示，则所能表示的最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为。
4. 若机器字长为32位，在浮点数据表示时阶符占1位，阶码值占7位，数符占1位，尾数值占23位，阶码用移码表示，尾数用原码表示，则该浮点数格式所能表示的最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为。
5. 某机浮点数字长为18位，格式如图2.35所示，已知阶码（含阶符）用补码表示，尾数（含数符）用原码表示。
(1)将(-1027)10表示成规格化浮点数；(2)浮点数(0EF43)16是否是规格化浮点数？它所表示的真值是多少？图2.35 浮点数的表示格式6. 有一个字长为32位的浮点数，格式如图2.36所示，已知数符占1位；阶码占8位，用移码表示；尾数值占23位，尾数用补码表示。
图2.36 浮点数的表示格式请写出：(1)所能表示的最大正数；(2)所能表示的最小负数；(3)规格化数所能表示的数的范围。
7. 若浮点数x的IEEE754标准的32位存储格式为(8FEFC000)16，求其浮点数的十进制数值。
8. 将数(-7.28125)10转换成IEEE754标准的32位浮点数的二进制存储格式。
9. 已知x=-0.x1x2…x n，求证：[x]补=+0.00…01。
第6章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)
习题1．给出以下概念的解释说明。
指令周期（Instruction Cycle）机器周期（Machine Cycle）同步系统（Synchronous system）时序信号（Timing signal）控制单元（Control Unit, CU）执行部件（Execute Unit，EU）组合逻辑元件（Combinational logic element）或操作元件（Operate element）时序逻辑元件（Sequential logic circuit）或状态元件（State element）多路选择器（Multiplexor）扩展器（Extension unit）“零”扩展（0- extend）“符号”扩展（Sign extend）算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）加法器（Adder）CPU总线（CPU Bus）寄存器堆（Register file）定时方式（Clocking methodology）边沿触发（Edge-triggered）寄存器写信号（Register Write）指令存储器（Instruction Memory）数据存储器（Data Memory）程序计数器（Program Counter）指令寄存器（Instruction Register）指令译码器（Instruction Decoder）时钟周期（Clock Cycle）主频（CPU Clock Rate / Frequency 转移目标地址（Branch target address）控制信号（Control signal）微程序控制器（Microprogrammed control）硬布线控制器（Hardwared control）控制存储器（Control Storage，控存CS）微代码（Microcode）微指令（Microinstruction）微程序（Microprogram）固件（Firmware）中断过程（Interrupt Processing）异常（Exception）故障（fault）自陷(Trap) 终止（Abort）中断（Interrupt）中断服务程序（Interrupt Handler）中断允许位（Interrupt Enable Bit）关中断（Interrupt OFF）开中断（Interrupt ON）中断响应（Interrupt Response）向量中断（Vector Interrupt）中断向量（Interrupt vector）中断向量表（Interrupt vector table）向量地址（vector Address）中断类型号（Interrupt number）2. 简单回答下列问题。
计算机组成原理第六章习题解答
常见的总线标准
PCI总线、USB总线、IEEE 1394 总线等。
总线接口电路设计与应用
总线接口电路的功能
实现数据的缓冲、电平转换和驱动能力的提高等。
总线接口电路的设计原则
满足数据传输速率的要求、实现数据的正确传输、具有足够的驱动 能力等。
总线接口电路的应用举例
以微程序为基本单位，通过微指令序列控制计算机各部件的操作。
微程序设计技术
包括微指令格式设计、微程序流程控制、微指令编码等技术。
微程序控制器应用
在复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）中广 泛应用，实现指令的快速执行和复杂控制。
硬布线控制器原理及应用
硬布线控制器基本概念
01
通过硬件逻辑电路实现控制信号的产生和传输，控制计算机各
02
存储器层次结构习题解答
存储器基本概念及原理
存储器的定义与分类
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。根据存储介质和读写方式的不同， 存储器可分为随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、顺序存取存储器（SAM） 和直接存取存储器（DAM）等。
存储器的层次结构
计算机存储系统采用层次结构，包括寄存器、高速缓存（Cache）、主存储器（内存）、外 存储器（辅存）等层次，各层次之间通过接口进行连接和数据交换。
寄存器组织与操作
寄存器类型
通用寄存器、专用寄存器（如程序计数器 PC、堆栈指针SP等）和控制寄存器（如状 态寄存器PSW等）。
寄存器操作
包括寄存器的读写操作、寄存器间的数据传输和算 术逻辑运算等。
寄存器寻址方式
通过寄存器名或寄存器间接寻址方式访问内 存中的数据。
《计算机组成原理》第6章习题答案
第6章习题答案1．控制器有哪几种控制方式?各有何特点?解：控制器的控制方式可以分为3种：同步控制方式、异步控制方式和联合控方式。
同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一目的节拍电位和工作脉冲。
这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。
异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体况决定，需要多少时间，就占用多少时间。
异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高机器的效率，但是控制比较复杂。
联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。
2．什么是三级时序系统?解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。
计算机中每个指令周期划分若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工脉冲。
3．控制器有哪些基本功能?它可分为哪几类?分类的依据是什么?解：控制器的基本功能有：(1)从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。
(2)对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。
(3)指挥并控制CPU、主存和输入输出设备之间的数据流动。
控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型3类，分类的依据在于控制器的核心——微操作信号发生器(控制单元CU)的实现方法不同。
4．中央处理器有哪些功能?它由哪些基本部件所组成?解：从程序运行的角度来看，CPU的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。
对于冯·诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。
中央处理器由运算器和控制器组成。
5．中央处理器中有哪几个主要寄存器?试说明它们的结构和功能。
解：CPU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
计算机组成原理第6章作业答案
11
4
10
数符 阶符 阶码
尾数
此时只要将上述答案中的数符位移到最前面即可。
13. 浮点数格式同上题，当阶码基值分别取2和16时， （1）说明2和16在浮点数中如何表示。 （2）基值不同对浮点数什么有影响？ （3）当阶码和尾数均用补码表示，且尾数采用规格化形式，给出 两种情况下所能表示的最大正数和非零最小正数真值。 解：（1）阶码基值不论取何值，在浮点数中均为隐含表示，即： 2和16不出现在浮点格式中，仅为人为的约定。
码的符号位为1，则[x]补<[y]补。同样，当x<0、 y >0时，有x < y，但[x]补 >[y]补。
注意：
1）绝对值小的负数其值反而大，且负数的绝对值越小，其补码值越大。 因此， 当x<0、y<0时，若[x]补>[y]补，必有x>y。
2）补码的符号位和数值位为一体，不可分开分析。 3）完整的答案应分四种情况分析，但也可通过充分分析一种不成立的情 况获得正确答案。
-1.0000
-1
-1011
-11
-0100
-4
+0111
+7
-10000
-16
6. 设机器数字长为8位（含1位符号位在内），分整数和小数两种
情况讨论真值x为何值时，[x]补=[x]原成立。 解：
当x为小数时，若x 0，则
[x]补=[x]原成立； 若x < 0，则当x= -1/2时，
[x]补=[x]原成立。 当x为整数时，若x 0，则
真值 （十进制）
原码
-1000
-8
整
-111
-7
-110
-6
数
-101
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10、采用串行接口7位ASCII码传送，带有1位奇校验位、1位起 始位和1位停止位，当波特率为9600波特时，字符传送速率 为（ A ）。
A、960
B、873
C、1371
D、480
11、系统总线中地址线的功能是（ D ）。 A、选择主存单元地址 B、选择进行信息传输的设备
C、选择外存地址
D、指定主存和I/O设备接口电路的地址 12系统总线中控制线的功能是（ A ）。 A、提供主存、 I/O接口设备的控制信号和响应信号 B、提供数据信息 C、提供时序信号
第6章 总线系统
1、比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。
单总线结构
使用一条系统总线来连接CPU、内存和I/O设备；
特点：简单易行；系统总线负载重；
双总线结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线；
保持单总线结构优点的基础上，减轻了CPU的负担；
三总线结构
在各外部设备与通道之间增加一组I/O总线。
提高了CPU工作效率，同时也最大限度的提高外设的工作 速度；但硬件成本进一步增加。
8、同步通信之所以比异步通信具有较高的传输频率，是因为同 C 步通信（ ）。 B、总线长度较短 A、不需要应答信号
C、用一个公共时钟信号进行同步
D、各部件存取时间比较接近
9、在集中式总线仲裁中，（ B ）方式响应时间最快，（ A ） 方式对（ C ）最敏感。 A、菊花链方式 C、电路故障 B、独立请求方式 D、计数器定时查询方式
D、提供主存、 I/O接口设备的响应信号
20、某总线在一个总线周期中并行传送8个字节的信息， 假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线 时钟频率为70MHz，总线带宽是多少？
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第 6 章习题答案
1 ．控制器有哪几种控制方式?各有何特点? 解：控制器的控制方式可以分为3 种：同步控制方式、异步控制方式和联合控方式。
同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一目的节拍电位和工作脉冲。
这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。
异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体况决定，需要多少时间，就占用多少时间。
异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高机器的效率，但是控制比较复杂。
联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。
2．什么是三级时序系统? 解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。
计算机中每个指令周期划分若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工脉冲。
3．控制器有哪些基本功能?它可分为哪几类?分类的依据是什么?
解：控制器的基本功能有：
(1) 从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。
(2) 对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。
(3) 指挥并控制CPU主存和输入输出设备之间的数据流动。
控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型 3 类，分类的依据在于控制器的核心一一微操作信号发生器(控制单元CU)的实现方法不同。
4 ．中央处理器有哪些功能?它由哪些基本部件所组成?
解：从程序运行的角度来看，CPU的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。
对于冯•诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。
中央处理器由运算器和控制器组成。
5 ．中央处理器中有哪几个主要寄存器?试说明它们的结构和功能。
解：CPU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。
专用寄存器是专门用来完成某一种特殊功能的寄存器，如程序计数器PC指令
寄存器IR、存储器地址寄存器MAR存储器数据寄存器MDR状态标志寄存器PSWF等。
15 、什么是微命令和微操作?什么是微指令?微程序和机器指令有何关系?微程序和程序之间有何关系?
解：微命令是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令。
微操作是指计算机中最基本的、不可再分解的操作。
微命令和微操作是一一对应的，微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。
微指令是若干个微命令的集合。
微程序是机器指令的实时解释器，每一条机器指令都对应一个微程序。
微程序和程序是两个不同的概念。
微程序是由微指令组成的，用于描述机器指令，实际上是机器指令的实时解释器，微程序是由计算机的设计者事先编制好并存放在控制储器中的，一般不提供给用户；程序是由机器指令组成的，由程序员事先编制好并存放在主存储器中。
16．什么是垂直型微指令?什么是水平型微指令?它们各有什么特点?
解：垂直型微指令是指一次只能执行一个微命令的微指令；水平型微指令是指一次能定义并能
并行执行多个微命令的微指令。
垂直型微指令的并行操作能力差，一般只能实现一个微操作，控制1〜2个信息传送通路，效率低，执行一条机器指令所需的微指令数目多，执行时间长；但是微指令与机器指令很相似，所以容易掌握和利用，编程比较简单，不必过多地了解数据通路的细节，且微指令字较短。
水平型微指令的并行操作能力强，效率高，灵活性强，执行一条机器指令所需微指令的数目少，执行时间短；但微指令字较长，增加了控存的横向容量，同时微指令和机器指令的差别很大，设计者只有熟悉了数据通路，才有可能编制出理想的微程序，一般用户不易掌握。