计算机组成原理第四版课后题答案三,四章
计算机组成原理第4章习题参考答案
计算机组成原理第4章习题参考答案第4章数值的机器运算4-2．某加法器采⽤组内并⾏，组间并⾏的进位链，4位⼀组，写出进位信号C6逻辑表达式。
[解] 组间并⾏的进位链，产⽣的最低⼀组的进位输出为：C4=G1*+P1*C0 （其中：G1*=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1；P1*=P4P3P2P1）然后在组内产⽣进位信号C6：C6=G6+P6C5=G6+P6G5+P6P5C44-4．已知X和Y，使⽤它们的变形补码计算出X+Y，并指出结果是否溢出。
（1）X=0.11011，Y=0.11111（2）X=0.11011，Y=-0.10101（3）X=-0.10110，Y=-0.00001（4）X=-0.11011，Y=0.11110[解]（1）[X]补=0.11011，[Y]补=0.1111100.11011 [X]补+00.11111 [Y]补01.11010 [X+Y]补结果正溢出！（2）[X]补=0.11011，[Y]补=1.0101100.11011 [X]补+11.01011 [Y]补00.00110 [X+Y]补结果不溢出！X+Y=0.00110（3）[X]补=1.01010，[Y]补=1.1111111.01010 [X]补+11.11111 [Y]补11.01001 [X+Y]补结果不溢出！X+Y=-0.10111（4）[X]补=1.00101，[Y]补=0.1111011.00101 [X]补+00.11110 [Y]补00.00011 [X+Y]补结果不溢出！X+Y=0.000114-5．已知X和Y，使⽤它们的变形补码计算出X-Y，并指出结果是否溢出。
（1）X=0.11011，Y=-0.11111（2）X=0.10111，Y=0.11011（3）X=0.11011，Y=-0.10011（4）X=-0.10110，Y=-0.00001[解]（1）[X]补=0.11011，[Y]补=1.00001， [-Y]补=0.1111100.11011 [X]补+00.11111 [-Y]补01.11010 [X-Y]补结果正溢出！（2）[X]补=0.10111，[Y]补=0.11011, [-Y]补=1.0010100.10111 [X]补+11.00101 [-Y]补11.11100 [X-Y]补结果不溢出！X-Y=11.11100（3）[X]补=0.11011，[Y]补=1.01101, [-Y]补=0.1001100.11011 [X]补+00.10011 [-Y]补01.01110 [X-Y]补结果正溢出！（4）[X]补=1.01010，[Y]补=1.11111，[-Y]补=0.0000111.01010 [X]补+00.00001 [-Y]补11.01011 [X-Y]补结果不溢出！X-Y=-0.101014-6．已知：X=0.1011，Y=-0.0101求：[X/2]补 ,[X/4]补 ,[-X]补 ,[Y/2]补 ,[Y/4]补 ,[-Y]补,[2Y]补[解] 由[X]补=0.1011,[Y]补=1.1011 得：[X/2]补=0.0101，[X/4]补=0.0010，[-X]补=1.0101[Y/2]补=1.1101，[Y/4]补=1.1110，[-Y]补=0.0101，[2Y]补=1.01104-7. 设下列数据长8位，包括⼀位符号位，采⽤补码表⽰，分别写出每个数右移或左移两位之后的结果（1）0.1100100 (2) 1.0011001 (3) 1.1100110 （4）1.0000111[解] （1）右移两位后为 0.0011001 左移两位后为1.0010000（溢出）或0.0010000 （2）右移两位后为 1.1100110 左移两位后为0.1100100（溢出）或1.1100100（3）右移两位后为1.1111001 左移两位后为 1.0011000（4）右移两位后为 1.11000001 左移两位后为0.0011100（溢出）或1.00111004-8．分别⽤原码乘法和补码乘法计算X×Y.(1) X=0.11011,Y=－0.11111(2) X=－0.11010,Y=－0.01110[解]原码乘法：（1）|X|=0.11011 → B, |Y|=0.11111 →C，0→A5=1，+ |X|00.1101100.01101 1 0 1 1 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.0100000.10100 0 1 0 1 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.0111100.10111 1 0 1 0 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.1001000.11001 0 1 0 1 0 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.1010000.11010 0 0 1 0 1 0 部分积右移1位所以， |X×Y|=0.1101000101X×Y=-0.1101000101（2） |X|=0.11010 → B， |Y|=0.01110 → C， 0→A 5=0，+ 000.0000000.00000 0 0 0 1 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|00.1101000.01101 0 0 0 0 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.0011100.10011 1 0 0 0 0 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.0110100.10110 1 1 0 0 0 0 部分积右移1位5=0，+ 000.1011000.01011 0 1 1 0 0 0 部分积右移1位所以, |X×Y|=0.010*******X×Y=+0.010*******补码乘法：（1）[X]补=0.11011 → B, [Y]补=1.00001 → C， 0 → A [-X]补说明 + [-X]补5C 6=10，+ [-X]补11.0010111.10010 1 1 0 0 0 0 1 部分积右移1位+ [X]补5C 6=01，+ [X]补00.0110100.00110 1 1 1 0 0 0 0 部分积右移1位5C 6=00，+ 000.0011000.00011 0 1 1 1 0 0 0 部分积右移1位5C 6=00，+ 000.0001100.00001 1 0 1 1 1 0 0 部分积右移1位5C 6=00，+ 000.0000100.00000 1 1 0 1 1 1 0 部分积右移1位+ [-X]补 5C 6=10，+ [-X]补所以， [X×Y]补=1.0010111011X×Y =-0.1101000101（2）[X]补=1.00110 → B， [Y]补=1.10010 → C， 0→A [-X]补说明5C 6=00，+ 01位+ [-X]补 00.11010 C 5C 6=10,+ [-X]补00.1101000.01101 0 0 1 1 0 0 1 部分积右移1位+ [X]补 11.00110 C 5C 6=01，+ [X]补11.1001111.11001 1 0 0 1 1 0 0 部分积右移1位+ 0 00.00000 C 5C 6=00，+ 011.1100111.11100 1 1 0 0 1 1 0 部分积右移1位+ [-X]补 00.11010 C 5C 6=10，+[-X]补00.1011000.01011 0 1 1 0 0 1 1 部分积右移1位+ 0 5C 6=11，+ 000.01011所以， [X×Y]补=0.010*******X×Y = 0.010*******4-10．分别⽤原码和补码加减交替法计算X/Y 。
计算机组成原理_第四版课后习题答案(完整版)
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。
计算机组成原理习题III and IV篇-带答案
计算机组成原理III/IV篇练习题参考答案（不保证全对）一、选择题1.设寄存器内容为10000000，若它等于0，则为（C）。
A. 原码B. 补码C.反码D. 移码2.假定有4个整数用8位补码分别表示r1=FEH，r2=F2H，r3=90H，r4=F8H，若将运算结果存放在一个8位寄存器中，则下列运算会发生溢出的是( B )。
A. r1 ×r2B. r2 ×r3C. r1 ×r4D. r2 ×r43.16位长的浮点数，其中阶码7位（含1位阶符），尾数9位（含1位数符），当浮点数采用补码表示时，所能表示的数的范围是（B ）。
A.-264 ~ +264（1-2-8）B.-263 ~ +263（1-2-8）C.-263 ~ +263（1-2-9）D. -263 （1-2-8）~ 263（1-2-8）4.浮点数的表示范围和精度取决于（B ）。
A．阶码的位数和尾数的机器数形式B．阶码的机器数形式和尾数的位数C．阶码的位数和尾数的位数D．阶码的机器数形式和尾数的机器数形式5.若浮点数用补码表示，则判断运算结果是否为规格化数的方法是（C ）。
A. 阶符与数符相同为规格化数B. 阶符与数符相异为规格化数C．数符与尾数小数点后第一位数字相异为规格化数D. 数符与尾数小数点后第一位数字相同为规格化数6.某机器字长16 位，主存按字节编址，转移指令采用相对寻址，由两个字节组成，第一字节为操作码字段，第二字节为相对位移量字段。
假定取指令时，每取一个字节PC 自动加1。
若某转移指令所在主存地址为2000H，相对位移量字段的内容为06H，则该转移指令成功转以后的目标地址是（ C ）。
A. 2006HB. 2007HC. 2008HD. 2009H7.设相对寻址的转移指令占两个字节，第一字节是操作码，第二字节是相对位移量（用补码表示），若CPU每当从存储器取出一个字节时，即自动完成（PC）+1 PC。
计算机组成原理课后详细标准答案
第一章计算机系统概论 p.191.1什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？计算机系统：计算机硬件、软件和数据通信设备地物理或逻辑地综合体计算机硬件：计算机地物理实体计算机软件：计算机运行所需地程序及相关资料硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要1.2如何理解计算机系统地层次结构？实际机器M1向上延伸构成了各级虚拟机器，机器M1内部也可向下延伸而形成下一级地微程序机器 M0 ,硬件研究地主要对象归结为传统机器M1和微程序机器 M0 ,软件研究对象主要是操作系统及以上地各级虚拟机b5E2RGbCAP1.3说明高级语言、汇编语言和机器语言地差别及其联系机器语言是可以直接在机器上执行地二进制语言汇编语言用符号表示指令或数据所在存储单元地地址，使程序员可以不再使用繁杂而又易错地二进制代码来编写程序p1EanqFDPw高级语言对问题地描述十分接近人们地习惯，并且还具有较强地通用性1.4如何理解计算机组成和计算机体系结构？计算机体系结构是对程序员可见地计算机系统地属性计算机组成对程序员透明，如何实现计算机体系结构所体现地属性1.5冯•诺依曼计算机地特点是什么？由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成指令和数据以同一形式（二进制形式）存于存储器中指令由操作码、地址码两大部分组成指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行以运算器为中心（原始冯氏机）1.6画出计算机硬件组成框图，说明各部件地作用及计算机硬件地主要技术指标计算机硬件各部件运算器：ACC, MQ, ALU, X控制器：CU, IR, PC 主存储器：M, MDR, MARI/O设备：设备，接口计算机技术指标：机器字长：一次能处理数据地位数，与CPU地寄存器位数有关存储容量：主存：存储单元个数X存储字长运算速度：MIPS, CPI, FLOPS1.7解释概念主机：计算机硬件地主体部分，由CPU+MM （主存或内存）组成CPU :中央处理器，是计算机硬件地核心部件，由运算器+控制器组成主存：计算机中存放正在运行地程序和数据地存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址地存储单位存储元件/存储基元/存储元：存储一位二进制信息地物理元件，是存储器中最小地存储单位，不能单独存取存储字：一个存储单元所存二进制代码地逻辑单位存储字长：一个存储单元所存二进制代码地位数存储容量：存储器中可存二进制代码地总量机器字长：CPU能同时处理地数据位数指令字长：一条指令地二进制代码位数1.8解释英文代号CPU: Central Process ing UnitPC: Program Coun terIR: In structio n RegisterCU: Co ntrol UnitALU: Arithmetic Logic UnitACC: AccumulatorMQ: Multiplier-Quotie nt RegisterX:操作数寄存器MAR: Memory Address RegisterMDR: Memory Data RegisterI/O: In put/OutputMIPS: Million Instructions Per SecondCPI: Cycle Per In structio nFLOPS: Floati ng-poi nt Operati on Per Second1.9存数指令和加法指令地信息流程，主存容量256M X 32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等地条件下，指出图中各寄存器地位数• DXDiTa9E3d①存数指令地信息流程：取指令：PC T MAR T M T MDR T IR分析指令：Ad(IR) T MAR执行指令：ACC T MDR T M②加法指令地信息流程：取指令：PCT MAR T M T MDR T IR;分析指令：OP(IR) T CU ;执行指令：Ad(IR) T MAR T M T MDR T XACC T ALU,同时 X T ALUALU T ACC主存容量是 256M X 32位，得 2地28次方=256M.故 MAR=28 , PC=28 , MDR=32 ;又指令字长=存储字长=机器字长，则IR=ACC=MQ=X=32.1.10根据迭代公式V x =1/2(yn +x/yn), 设初态 y0=1,要求精度为£ .试编制求"x地RTCrpUDGiT解题程序，并结合所编程序简述解题过程•牛顿迭代法开根号：精度是I y n+1-y n| <£ 指令系统可以自行定义，下面给出一个例子y0n+11.11指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？计算机硬件主要通过不同地时间段来区分指令和数据，即：取指周期（或取指微程序）取出地既为指令，执行周期（或相应微程序）取出地既为数据.5PCZVD7HXA另外也可通过地址来源区分，从PC指出地存储单元取出地是指令，由指令地址码部分提供操作数地址•1.12什么是指令？什么是程序？指令：人为输入计算机，由计算机识别并执行一步步操作地命令地形式称为指令.程序：一系列指令地有序集合称为程序第二章计算机地发展及应用p.382.1通常，计算机地更新换代以什么为依据？主要以组成计算机基本电路地元器件为依据，如电子管、晶体管、集成电路等2.2举例说明专用计算机和通用计算机地区别按照计算机地效率、速度、价格和运行地经济性和实用性可以将计算机划分为通用计算机和专用计算机.通用计算机适应性强，但牺牲了效率、速度和经济性，而专用计算机是最有效、最经济和最快地计算机，但适应性很差•例如个人电脑和计算器jLBHrnAILg2.3什么事摩尔定律？该定律是否永远生效？为什么？微芯片上集成地晶体管数目每3年翻两番地规律，不是永远生效，因为每代芯片地成本大约为前一代芯片成本地两倍XHAQX74J0X2.4举三个实例，说明网络技术地应用.网络教育，网络共享，远程协助2.5举例说明人工智能方面地应用有哪些自然语言处理：机器翻译，自然语言理解模式识别：指纹识别，脸部识别，语音识别人机对弈：2.6举例说明那些计算机地应用需采用多媒体技术数据压缩，图像处理，音频处理，数据库内容检索，著作工具，通信及分布式多媒体应用2.7设想一下计算机地未来体型小，价格低廉，使用方便•第三章系统总线3.1什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线地负载，总线上地不见都应具备什么特点？总线是连接各个部件地信息传输线，是各个部件共享地传输介质特点：某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，多个部件可以同时从总线接收相同信息为了减轻总线负载，总线上地部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通3.2总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它们各有何作用，是单向地，还是双向地，它们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？LDAYtRyKfE按照连接部件地不同，总线可以分为片内总线、系统总线和通信总线系统总线是CPU,主存，1/0,设备（通过I/O接口）各大部件之间地信息传输线系统总线按照传输信息不同分为数据总线，地址总线，控制总线数据总线是双向地，根数与存储子长相同，是机器字长地整数倍地址总线是单向地，根数越多，寻址空间越大，即CPU能访问地存储单元地个数越多3.3常用地总线结构有几种？不同地总线结构对计算机地性能有什么影响？举例说明单总线结构：将CPU主存,I/O设备都挂在一组总线上，极易形成计算机系统瓶颈双总线结构：将速度较低I/O设备从单总线上分离出来，形成主存总线与I/O总线分开地结构.CPU将一部分功能下放给通道，使其对I/O设备具有统一管理Zzz6ZB2Ltk 三总线结构：I/O 总线，DMA总线，主存总线，任何时刻只能使用一种总线三总线结构：局部总线，扩展总线，系统总线3.4为什么要设置总线判优控制？常见地集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？dvzfvkwMI1解决多个部件同时申请总线时地使用权分配问题链式查询：连线简单，已与扩充，对电路故障最敏感计数器定时查询：优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线机控制过程较复杂独立请求方式：速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高3.5解释下列概念：总线宽度、总线带宽、总线复用、总线地主设备（或主模块）、总线地从设备（或从模块）、总线地传输周期和总线地通信控制.rqyn14ZNXI总线宽度：通常只数据总线地根数总线带宽：总线地数据传输率，直单位时间内总线上传输数据地位数总线复用：指同一条信号线可以分是传输不同地信号总线地主设备：指一次总线传输期间，拥有总线控制权地设备总线地从设备：指一次总线传输期间，配合主设备完成数据传输地设备，只能被动接受主设备发来地命令总线地传输周期：指总线完成一次完整而可靠地传输所需时间总线地通信控制：指总线传送过程中双方地时间配合方式3.6试比较同步通信和异步通信同步通信：指由统一时钟控制地通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降•适合于速度差别不大地场合EmxvxOtOco异步通信：指没有统一时钟控制地通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率SixE2yXPq53.7画图说明异步通信中请求与回答有哪几种互锁关系不互锁，半互锁，全互锁3.8为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信地特点？半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输时间不一致，因此工作效率介于两者之间6ewMyirQFL3.9分离式通讯有何特点，主要用于什么系统？1.各模块欲占用总线使用权都必须提出申请2.在得到总线使用权后，主模块在先定地时间内向对方传送信息，采用同步方式传送，不再等待对方地回答信号3.各模块在准备数据地过程中都不占用总线，使总线可接受其它模块地请求4.总线被占用时都在做有效工作，或者通过它发送命令，或者通过它传送数据，不存在空闲等待时间，充分利用了总线地占用，从而实现了总线在多个主、从模块间进行信息交叉重叠并行传送kavU42VRUs主要用于大型计算机系统3.10什么是总线标准？为什么要设置总线标准？你知道目前流行地总线标准有哪些？什么叫plug and play ?哪些总线有这一特点？y6v3ALoS89总线标准：系统与各模块，模块与模块之间地一个互连地标准界面为了使系统设计简化，模块生产批量化，确保其性能稳定，质量可靠，实现可移化ISA,EISA,PCI,AGP,USBplug and play: 即任何扩展卡只要插入系统便可工作，PCI,USB3.11画一个具有双向传输功能地总线逻辑图3.12设数据总线上接有 A、B C D四个寄存器，要求选用合适地74系列芯片，完成下列逻辑设计：(1)设计一个电路，在同一时间实现D^A D-B和D-C寄存器间地传送；(2)设计一个电路，实现下列操作：TO 时刻完成"总线； T1时刻完成总线T A; T2时刻完成A T 总线；T3时刻完成总线T B. (1 )由T 打开三态门将 据打入到A 、B C 寄存器中• T 和cp 地时间关系如图(1)所示M2ub6vSTnP⑵三态门1受T0+ T1控制，以确保TO 时刻DT 总线，以及T1时刻总线T 接收门1T A.三态门2受T2 + T3控制，以确保T2时刻A T 总线，以及T3时刻总线T 接收门2T B.TO 、 T1、T2、T3波形图如图(2)所示OYujCfmUCw3.13什么是总线地数据传输率，它与哪些因素有关?总线数据传输率即总线带宽， 指单位时间内总线上传输数据地位数，通常用每秒传输信息地字节数来衡量.它与总线宽度和总线频率有关，总线宽度越宽，频率越快，数据传输率越高eUts8ZQVRd 3.14设总线地时钟频率为 8MHZ —个总线周期等于一个时钟周期.如果一个总线周期中并行传送16位数据，试问总线地带宽是多少？sQsAEJkW5T解：由于：f=8MHz,T=1/f=1/8M 秒，一个总线周期等于一个时钟周期 所以：总线带宽 =16/ (1/8M) = 128Mbps 3.15在一个32位地总线系统中，总线地时钟频率为 66MHZ 假设总线最短传输周期为 4个时钟周期，试计算总线地最大数据传输率.若想提高数据传输率，可采取什么措施？GMslasNXkA解：总线传输周期=4*1/66M 秒总线地最大数据传输率 =32/(4/66M)=528Mbps 若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频率、增大总线宽度或者减少总线传输周期包 含地时钟周期个数• 3.16在异步串行传送系统中，字符格式为：1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终D 寄存器中地内容送至总线bus ，由cp 脉冲同时将总线上地数cp 脉冲------------------ 1 1 ------------------ABCT —►- 三态门TDcp FL总线T1CPT0T2T3止位.若要求每秒传送120个字符，试求传送地波特率和比特率• TlrRGchYzg 解：一帧包含：1+8+1+2=12位波特率为：（1+8+1+2）*120=1440bps比特率为：8*120=960bps版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理. 版权为个人所有This article includes someparts, including text, pictures,and desig n. 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计算机组成原理(第四版)课后习题答案
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E = 00…0， M = 100…0， Ms = 0 8个 21 个 即： 2 2 2
7 1
负最大
E = 00…0， M = 011…1， Ms = 1 8个 21 个
7
1 22 （最接近 0 的负数）即： 2 2 (2 2 )
负最小
E = 11…1， M = 00…0， Ms =1 8个 22 个 即： 2 2
1
计算机组成原理（第四版）课后习题参考答案
第一章
1． 模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。数字计算机的主要特 点是按位运算，并且不连续地跳动计算。模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和 测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字 0 和 1 表示数据，采用 数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。数字计算机与模拟计算机相比，精度高， 数据存储量大，逻辑判断能力强。 2． 数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，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。 3． 科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。 4． 主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计 算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部， 指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。主要组成部分有：:运 算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。 5． 存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。每个存储单元都有编号，称为单元 地址。如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字。 6． 计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，而解算 某一问题的一串指令序列，称为程序。 7． 取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是数 据流。 8． 半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外 存共同用来保存二进制数据。运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称 CPU，它 用来控制计算机及进行算术逻辑运算。适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用 相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。 9． 计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。系统程序用来简化程序设计，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用用途；应用程序是用户利用计 算机来解决某些问题而编制的程序。 10． 在早期的计算机中， 人们是直接用机器语言来编写程序的， 这种程序称为手编程序 或目的程序； 后来， 为了编写程序方便和提高使用效率， 人们使用汇编语言来编写程序， 称为汇编程序；为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人 也能很方便地使用计算机， 人们又创造了算法语言， 用算法语言编写的程序称为源程序， 源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行；随着计算机技术 的日益发展，人们又创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系 统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库 管理系统。 11． 第一级是微程序设计级，这是一个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令； 第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由程序解释机器指令系统；第三级是操作 系统级，它由操作系统实现；第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语 言，以减少程序编写的复杂性；第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编 写应用程序而设置的。用一系列的级来组成计算机的接口对于掌握计算机是如何组成的 提供了一种好的结构和体制，而且用这种分级的观点来设计计算机对保证产生一个良好 的系统结构也是很有帮助的。
计算机组成原理课后习题答案解析
作业解答第一章作业解答1.1 基本的软件系统包括哪些容？答：基本的软件系统包括系统软件与应用软件两大类。
系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。
包括：操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、分布式软件系统、网络软件系统、各种服务程序等。
1.2 计算机硬件系统由哪些基本部件组成？它们的主要功能是什么？答：计算机的硬件系统通常由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器等五大部件组成。
输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机。
输出设备的主要功能是将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其它系统所要求的信息形式输出。
存储器的主要功能是存储信息，用于存放程序和数据。
运算器的主要功能是对数据进行加工处理，完成算术运算和逻辑运算。
控制器的主要功能是按事先安排好的解题步骤，控制计算机各个部件有条不紊地自动工作。
1.3 ·诺依曼计算机的基本思想是什么？什么叫存储程序方式？答：·诺依曼计算机的基本思想包含三个方面：1) 计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成。
2) 采用二进制形式表示数据和指令。
3) 采用存储程序方式。
存储程序是指在用计算机解题之前，事先编制好程序，并连同所需的数据预先存入主存储器中。
在解题过程（运行程序）中，由控制器按照事先编好并存入存储器中的程序自动地、连续地从存储器中依次取出指令并执行，直到获得所要求的结果为止。
1.4 早期计算机组织结构有什么特点？现代计算机结构为什么以存储器为中心？答：早期计算机组织结构的特点是：以运算器为中心的，其它部件都通过运算器完成信息的传递。
随着微电子技术的进步，人们将运算器和控制器两个主要功能部件合二为一，集成到一个芯片里构成了微处理器。
同时随着半导体存储器代替磁芯存储器，存储容量成倍地扩大，加上需要计算机处理、加工的信息量与日俱增，以运算器为中心的结构已不能满足计算机发展的需求，甚至会影响计算机的性能。
计算机组成原理第3章习题参考答案
第3章习题参考答案1、设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问 (1) 该存储器能存储多少字节的信息？(2) 如果存储器由512K ×8位SRAM 芯片组成，需要多少片？ (3) 需要多少位地址作芯片选择？ 解：(1) 该存储器能存储：字节4M 832220=⨯ (2) 需要片8823228512322192020=⨯⨯=⨯⨯K (3) 用512K ⨯8位的芯片构成字长为32位的存储器，则需要每4片为一组进行字长的位数扩展，然后再由2组进行存储器容量的扩展。
所以只需一位最高位地址进行芯片选择。
2、已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M ×8位的DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，问； (1) 若每个内存条为16M ×64位，共需几个内存条? (2) 每个内存条内共有多少DRAM 芯片?(3) 主存共需多少DRAM 芯片? CPU 如何选择各内存条? 解：(1) 共需条4641664226=⨯⨯M 内存条 (2) 每个内存条内共有32846416=⨯⨯M M 个芯片(3) 主存共需多少1288464648464226=⨯⨯=⨯⨯M M M 个RAM 芯片， 共有4个内存条，故CPU 选择内存条用最高两位地址A 24和A 25通过2：4译码器实现；其余的24根地址线用于内存条内部单元的选择。
3、用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。
(2) 设存储器读/写周期为0.5μS ，CPU 在1μS 内至少要访问一次。
试问采用哪种刷新方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少? 解：(1) 用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，需要用16448163264=⨯=⨯⨯K K 个芯片，其中每4片为一组构成16K ×32位——进行字长位数扩展(一组内的4个芯片只有数据信号线不互连——分别接D 0~D 7、D 8~D 15、D 16~D 23和D 24~D 31，其余同名引脚互连)，需要低14位地址(A 0~A 13)作为模块内各个芯片的内部单元地址——分成行、列地址两次由A 0~A 6引脚输入；然后再由4组进行存储器容量扩展，用高两位地址A 14、A 15通过2：4译码器实现4组中选择一组。
《计算机组成原理》第四版(白中英 主编 )课后习题答案 科学出版社
10 个
21 个
第二章
1．（1） 35 64
35 64
0.43(8)
0.100011
[ 35]原 11000110 64
[ 35]补 10111010 64
[ 35]反 10111001 64
[ 35]移 0011100.134 (8)
0.001011100
[ 23 ]原 00010111 128 [ 23 ]补 00010111 128 [ 23 ]反 00010111 128 [ 23 ]移 10010111 128
地址。如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字。 6． 每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。 7． 取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是指
令流。 8． 半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外
第一章
1． 模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。数字计算机的主要特 点是按位运算，并且不连续地跳动计算。模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和 测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字 0 和 1 表示数据，采用 数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。数字计算机与模拟计算机相比，精度高， 数据存储量大，逻辑判断能力强。
存共同用来保存二进制数据。运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称 CPU，它 用来控制计算机及进行算术逻辑运算。适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用 相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。 9． 计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。系统程序用来简化程序设计，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用用途；应用程序是用户利用计 算机来解决某些问题而编制的程序。 10． 在早期的计算机中，人们是直接用机器语言来编写程序的，这种程序称为手编程序 或目的程序；后来，为了编写程序方便和提高使用效率，人们使用汇编语言来编写程序， 称为汇编程序；为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人 也能很方便地使用计算机，人们又创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序， 源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行；随着计算机技术 的日益发展，人们又创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系 统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库 管理系统。 11．从第一至五级分别为微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言 级。采用这种用一系列的级来组成计算机的概念和技术，对了解计算机如何组成提供了 一种好的结构和体制。而且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 统结构也是很有帮助的。 12． 因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由 硬件完成，也可以由软件来完成。实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。 13． （ 略 ）
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第三章1．有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（1）该存储器能存储多少个字节的信息？（2）如果存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？（3）需要多少位地址作芯片选择？解：（1）∵ 220= 1M，∴该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB （2）（1000/512）×（32/8）= 8（片）（3）需要1位地址作为芯片选择。
2. 已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用256K×16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：（1）每个模块板为1024K×64位，共需几个模块板？（2）个模块板内共有多少DRAM芯片?（3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板？解：(1). 共需模块板数为m：m=÷=64 (块)(2). 每个模块板内有DRAM芯片数为n:n=(/) ×(64/16)=16 (片)(3) 主存共需DRAM芯片为：16×64=1024 (片)每个模块板有16片DRAM芯片，容量为1024K×64位，需20根地址线(A19~A0)完成模块板内存储单元寻址。
一共有64块模块板，采用6根高位地址线(A25~A20)，通过6：64译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。
3．用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。
(2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。
试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片）每4片组成16K×32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A15 A14经2：4译码器产生片选信号，逻辑框图如下所示：（2）依题意，采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在1μS内至少访问内存一次的要求。
设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，则异步刷新的间隔时间为：则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下可见，两次刷新的最大时间间隔为ｔｍａｘｔｍａｘ＝15.5-0.5=15 (μS)对全部存储单元刷新一遍所需时间为t Rt R ＝0.5×128=64 (μS)7．某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。
现在再用一个RAM芯片(8K×8)形成40K×16位的RAM区域，起始地址为6000H,假定RAM芯片有和信号控制端。
CPU的地址总线为A15-A0，数据总线为D15-D0，控制信号为R/(读/写)，(访存)，要求：（1）画出地址译码方案。
（2）将ROM与RAM同CPU连接。
解：（1）依题意，主存地址空间分布如右图所示，可选用2片27128(16K ×8位)的EPROM作为ROM区；10片的8K×8位RAM片组成40K×16位的RAM区。
27128需14位片内地址，而RAM需13位片内地址，故可用A15-A13三位高地址经译码产生片选信号,方案如下:（2）8．存储器容量为64M，字长64位，模块数m = 8，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。
存储周期T = 100ns,数据总线宽度为64位，总线周期τ = 10ns .问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？解：信息总量： q = 64位×8 =512位顺序存储器和交叉存储器读出8个字的时间分别是：t2 = m T = 8×100ns =8×10 (s)t1 = T + (m - 1) = 100 + 7×10 = 1.7 ×10 (s) 顺序存储器带宽是：W2 = q / t2 = 512÷（8×10 ）= 64 ×10（位/ S）交叉存储器带宽是：W1 = q / t1 = 512÷（1.7 ×10）= 301 ×10（位/ S）9． CPU执行一段程序时, cache完成存取的次数为2420次，主存完成存取的次数为80次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期为240ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。
解：先求命中率hh=nc/(nc +nm )＝2420÷(2420＋80)＝0.968则平均访问时间为tata＝0.968×40＋(1-0.968) ×240＝46.4(ns)r ＝240÷40＝6cache/主存系统的效率为ee＝1/[r＋(1－r)×0.968]＝86.2％10．已知Cache存储周期40ns，主存存储周期200ns，Cache/主存系统平均访问时间为50ns，求Cache的命中率是多少？解：∵ ta = tc× h +tr×(1-h)∴ h =(ta-tr)/(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=0.9411．主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚存地址和物理地址各为多少位？如页面大小为4KB，则页表长度是多少？解：已知主存容量为4MB，虚存容量为1GB∵＝4M ∴物理地址为22位又∵＝1G ∴虚拟地址为30位页表长度为 1GB÷4KB＝230÷212=218=256K14．假设主存只有a,b,c三个页框，组成a进c出的FIFO队列，进程访问页面的序列是0,1,2.4,2,3,0,2,1.3,2号。
用列表法求采用LRU替换策略时的命中率。
解：∴命中率为15．从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：A．多体交叉存储主要解决扩充容量问题；B．访问存储器的请求是由CPU发出的；C． Cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于Cache; D． Cache的功能全由硬件实现。
解： D16．从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：A．在虚拟存储器中，外存和主存一相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程；B．在虚拟存储器中，逻辑地址转换成物理地址是由硬件实现的，仅在页面失效时才由操作系统将被访问页面从外存调到内存，必要时还要先把被淘汰的页面内容写入外存；C．存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其他用户程序，又要防止一个用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全和保密的要求。
解：C第四章1．ASCll码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？解：指令字长设计为12位不是很合理。
主存单元字长为32位，一个存储单元可存放4个ASCII码，余下4位可作为ASCII码的校验位（每个ASCII码带一位校验位），这样设计还是合理的。
但是，设计指令字长为12 位就不合理了，12位的指令码存放在字长32位的主存单元中，造成19位不能用而浪费了存储空间。
2.假设某计算机指令长度为20位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，每个操作数地址规定用6位表示。
问：若操作码字段固定为8位，现已设计出m条双操作数指令，n条无操作数指令，在此情况下，这台计算机最多可以设计出多少条单操作数指令？解：这台计算机最多可以设计出256-m-n条单操作数指令3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
解：指令格式及寻址方式特点如下：① 单字长二地址指令；② 操作码OP可指定=64条指令；③ RR型指令，两个操作数均在寄存器中，源和目标都是通用寄存器（可分别指定16个寄存器之一）；④ 这种指令格式常用于算术逻辑类指令。
4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
解：指令格式及寻址方式特点如下：① 双字长二地址指令；② 操作码OP可指定=64条指令；③ RS型指令，两个操作数一个在寄存器中（16个寄存器之一），另一个在存储器中；④ 有效地址通过变址求得：E=（变址寄存器）± D，变址寄存器可有16个。
5．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
解：指令格式及寻址方式特点如下：① 单字长二地址指令；② 操作码OP可指定=16条指令；③ 有8个通用寄存器，支持8种寻址方式；④ 可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、6．一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特征，X为寻址模式，D为形式地址。
I，X，D组成该指令的操作数有效地址E。
设R为变址寄存器，R1 为基值寄存器，PC为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当的寻址方式名称。
解：①直接寻址②相对寻址③变址寻址④基址寻址⑤间接寻址⑥基址间址寻址7．某计算机字长16位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，共有40条指令，试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。
解：40条指令需占用操作码字段（OP）6位，这样指令余下长度为10位。
为了覆盖主存640K字的地址空间，设寻址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：寻址模式定义如下：X= 0 0 直接寻址有效地址 E=D（直接寻址为256个存储单元）X= 0 1 立即寻址 D字段为操作数X= 1 0 变址寻址有效地址 E= (RX)＋D （可寻址64K个存储单元）X= 1 1 相对寻址有效地址 E=（PC）＋D （可寻址64K个存储单元）其中RX为变址寄存器（16位），PC为程序计数器（16位），在变址和相对寻址时，位移量D可正可负。
8．某机字长为32位，主存容量为1M，单字长指令,有50种操作码,采用页面寻址、立即、直接等寻址方式。
CPU中有PC，IR，AR, DR和16个通用寄存器，页面寻址可用PC高位部分与形式地址部分拼接成有效地址。
问：（1）指令格式如何安排？（2）主存能划分成多少页面？每页多少单元？（3）能否增加其他寻址方式？解: （1）依题意,指令字长32位，主存1M字，需20位地址A19-A0。
50种操作码，需6位OP，指令寻址方式Mode为2位，指定寄存器Rn需4位。
设有单地址指令、双地址指令和零地址指令，现只讨论前二种指令。
单地址指令的格式为：Mode=00时为立即寻址方式，指令的23－0位为立即数；Mode=01时为直接寻址方式，指令的19－0位为有效地址。
双地址指令的格式为：Mode1=01时为寄存器直接寻址方式，操作数S=(Rn)；Mode1=11时为寄存器间址寻址方式, 有效地址E=(Rn)。