计算机组成与设计第四版答案.docx
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计算机组成与设计第四版答案
计算机组成与设计第四版答案
【篇一:
计算机组成原理课后习题答案(白中英第四版)】
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。
2.冯诺依曼型计算机主要设计思想是:
存储程序通用电子计算机方案,主要组成部分有:
运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备
3.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。
4.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。
5.指令和数据的区分:
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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.计算机的性能指标:
吞吐量、响应时间、利用率、处理机字长、总线宽度、存储器容
量、存储器带宽、主频/时钟周期、cpu执行时间、cpi、mips、mflops.
第二章
2.[x]补=a0.a1a2?
a6
解法一、
(1)若a0=0,则x0,也满足x-0.5
此时a1→a6可任意
(2)若a0=1,则x=0,要满足x-0.5,需a1=1
即a0=1,a1=1,a2→a6有一个不为0
解法二、
-0.5=-0.1
(2)=-0.100000=1,100000
(1)若x=0,则a0=0,a1→a6任意即可
[x]补=x=a0.a1a2?
a6
(2)若x0,则x-0.5
只需-x0.5,-x0
[x]补=-x,[0.5]补=01000000
即[-x]补01000000
a0*a1*a2?
a6?
1?
01000000
a0*a1*a2?
a6?
00111111
a0a1a2?
a6?
11000000
即a0a1=11,a2→a6不全为0或至少有一个为1(但不是“其余取0”)
3.字长32位浮点数,阶码10位,用移码表示,尾数22位,用补码表示,基为2
(1)最大的数的二进制表示
e=111111111
ms=0,m=11?
1(全1)
表示为:
11?
1011?
1
10个21个
即:
229?
1?
(1?
2?
21)
(2)最小的二进制数
e=111111111
ms=1,m=00?
0(全0)(注意:
用10….0来表示尾数-1)
表示为:
11?
1100?
0
10个21个
即:
229?
1?
(?
1)
(3)规格化范围
正最大e=11?
1,m=11?
1,ms=0
10个21个
即:
229?
1?
(1?
2?
21)
正最小,ms=0
10个20个
即:
2?
29?
2?
1
负最大ms=1
10个20个
(最接近0的负数)即:
?
2?
29?
(2?
1?
2?
21)
负最小e=11?
1,m=00?
0,ms=1
10个21个
即:
229?
1?
(?
1)?
?
2511
规格化所表示的范围用集合表示为:
[2?
29?
2?
1,229?
1?
(1?
2?
21)]?
[229?
1?
(?
1)?
?
2511,?
2?
29?
(2?
1?
2?
21)]
(4)最接近于0的正规格化数、负规格化数(由上题可得出)
正规格化数e=00?
0,m=100?
0,ms=0
10个20个
2?
29?
2?
1
负规格化数e=00?
0,m=011?
1,ms=1
10个20个
?
2?
29?
(2?
1?
2?
21)
4
(1)27?
0.011011?
0.11011?
2?
1
64
阶补码:
111
尾数补码:
011011000
机器数:
111011011000
(2)?
27
64?
?
0.01101?
1?
0.11011?
02?
1
阶补码:
111
尾数补码:
100101000
机器数:
111000101000
5.
(1)x+y=0.11110
无溢出
x+y=0.00110
无溢出
(3)x=-0.10110
x+y=-0.10111
无溢出
6.
(1)x=0.11011
溢出
(2)x=0.10111
x-y=-0.00100
无溢出
(3)x=0.11011
溢出
7.
(1)原码阵列
x=0.11011,y=-0.11111
符号位:
x0⊕y0=0⊕1=1
[x]原=11011,[y]原=11111
[x*y]
[x*y]补=1,00101,11011(直接补码阵列不要求)
带求补器的补码阵列
[x]补=011011,[y]补=100001
乘积符号位单独运算0⊕1=1
尾数部分算前求补输出│x│=11011,│y│=11111
(2)原码阵列
x=-0.11111,y=-0.11011
符号位:
x0⊕y0=1⊕1=0
[x]补=11111,[y]补=11011
[x*y]补=0,11010,00101
直接补码阵列
[x*y]补=0,11010,00101(直接补码阵列不要求)
带求补器的补码阵列
【篇二:
计算机组成原理课后答案第四章_庞海波】
>1.解释下列概念主存、辅存、cache、ram、sram、dram、rom、prom、eprom、eeprom、cdrom、flashmemory答:
主存:
与cpu直接交换信息,用来存放数据和程序的存储器。
辅存:
主存的后援存储器,不与cpu直接交换信息。
cache:
为了解决cpu和主存的速度匹配,设在主存与cpu之间,起缓冲作用,用于提高访存速度的一种存储器。
ram:
随机存储器:
是随机存取的,在程序执行过程中既可读出也可写入,存取时间与存储单元所在位置无关。
sram:
静态ram,以触发器原理存储信息。
dram:
动态ram,以电容充放电原理存储信息。
rom:
只读存储器,在程序执行过程中只能读出,而不能对其写入。
prom:
一次性编程的只读存储器。
eprom:
可擦除的可编程只读存储器,用紫外线照射进行擦写。
eeprom:
用电可擦除的可编程只读存储器。
cdrom:
只读型光盘
flashmemory:
快擦型存储器,是性能价格比好,可靠性高的可擦写非易失型存储器
2.计算机中哪些部件可用于存储信息,请按其速度、容量和价格/位排序说明。
答:
寄存器、缓存、主存、磁盘、磁带等。
速度按顺序越来越慢,容量越来越高和价格/位越来越低
3.存储器的层次结构主要体现在什么地方?
为什么要分这些层次,计算机如何管理这些层次?
答:
存储器的层次结构主要体现在cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。
cache—主存层次在存储系统中主要对cpu访存起加速作用,即从整体运行的效果分析,接近于cache的速度,而容量和位价却接近于主存。
主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用,其容量和位价接近于辅存,而速度接近于主存
4.说明存取周期和存取时间的区别。
答:
存取周期和存取时间的主要区别是:
存取时间仅为完成一次存取操作的时间,而存取周期不仅包含操作时间,还包含操作后线路的恢复时间。
即:
存取周期=存取时间+恢复时间
5.什么是存储器的带宽?
若存储器的数据总线宽度为32位,存取周期为200ns,则存储器的带宽是多少?
解:
存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。
6.某机字长为32位,其存储容量是64kb,按字编址它的寻址范围是多少?
若主存以字节编址,试画出主存字地址和字节地址的分配情况。
答:
按字节编址时的主存地址分配图如下:
地址线和数据线的总和=14+32=46根;各需要的片数为:
9.什么叫刷新?
为什么要刷新?
说明刷新有几种方法。
答:
刷新——对dram定期进行的全部重写过程;
刷新原因——因电容泄漏而引起的dram所存信息的衰减需要及时补充,因此安排了定期刷新操作;
常用的刷新方法有三种——集中式、分散式、异步式。
集中式:
在最大刷新间隔时间内,集中安排一段时间进行刷新;
分散式:
在每个读/写周期之后插入一个刷新周期,无cpu访存死时间;
异步式:
是集中式和分散式的折衷10.半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种?
答:
半导体存储器芯片的译码驱动方式有两种:
线选法和重合法。
设dram的刷新最大间隔时间为2ms,
集中刷新时,死时间为256*0.1us=25.6us。
分散刷新,刷新间隔0.2us,死时间为0.1us,读写周期0.2us异步刷新,死时间0.1us,刷新间隔7.8125us。
设采用sram芯片,则:
题意分析:
本题设计的存储器结构上分为总体、页面、组三级,因此画图时也应分三级画。
首先应确定各级的容量:
y=32。
。
。
由上可看出:
片字数越少,片字长越长,引脚数越多。
片字数、片位数均按2的幂变化。
结论:
如果满足地址线和数据线的总和为最小,这种芯片的引脚分配方案有两种:
地址线=19根,数据线=1根;或地址线=18根,数据线=2根。
因此,有两种解答,512k*1位和256k*2位
(5)cpu通过最高3位地址译码选板,次高3位地址译码选片。
地址格式分配如下:
(1)地址空间分配图如下
a15~a12a11~a8a7~a4a3~a0
【篇三:
计算机组成原理_第四版课后习题答案(完整版)】
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。
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。
8.什么是内存?
什么是外存?
什么是cpu?
什么是适配器?
简述其功能。
解:
内存:
一般由半导体存储器构成,装在底版上,可直接和cpu交换信息的存储器称为内存储器,简称内存。
用来存放经常使用的程序和数据。
外存:
为了扩大存储容量,又不使成本有很大的提高,在计算机中还配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器,称为外存储器,简称外存。
外存可存储大量的信息,计算机需要使用时,再调入内存。
cpu:
包括运算器和控制器。
基本功能为:
指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。
适配器:
连接主机和外设的部件,起一个转换器的作用,以使主机和外设协调工作。
9.计算机的系统软件包括哪几类?
说明它们的用途。
解:
系统软件包括:
(1)服务程序:
诊断、排错等
(2)语言程序:
汇编、编译、解释等
(3)操作系统
(4)数据库管理系统
用途:
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
及用途。
10.说明软件发展的演变过程。
(略)
11.现代计算机系统如何进行多级划分?
这种分级观点对计算机设计会产生什么影响?
解:
多级划分图见p16图1.6。
可分为:
微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和
高级语言级。
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是有很大帮助的。
12.为什么软件能够转化为硬件?
硬件能够转化为软件?
实现这种转化的媒介是什么?
(略)
13.计算机应用与应用计算机在概念上等价吗?
用学科角度和计算机系统的层次结构来寿命你的观点。
(略)
第二章
1.写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示(用8位二进制数)。
其中msb是最高位(又是符号位)lsb是最低位。
如果是小数,小数点在msb之后;如果是整数,小数点在lsb之后。
(1)-35/64
(2)23/128(3)-127(4)用小数表示-1(5)用整数表示-1
解:
(1)先把十进制数-35/64写成二进制小数:
令x=-0.100011b
∴[x]原=1.1000110(注意位数为8位)[x]反=1.0111001
[x]补=1.0111010[x]移=0.0111010
(2)先把十进制数23/128写成二进制小数:
令x=0.0001011b
∴[x]原=0.0001011[x]反=0.0001011
[x]补=0.0001011[x]移=1.0001011
(3)先把十进制数-127写成二进制小数:
(-127)10=(-1111111)2
令x=-1111111b
∴[x]原=1.1111111[x]反=1.0000000
[x]补=1.0000001[x]移=1.0000001
(4)令x=-1.000000b
∴原码、反码无法表示
[x]补=1.0000000[x]移=0.0000000
(5)令y=-1=-0000001b
∴[y]原=10000001[y]反=11111110
[y]补=11111111[y]移=01111111
2.设[x]补=a0,a1,a2…a6,其中ai取0或1,若要x>-0.5,求a0,a1,a2,…,a6的取值。
解:
a0=1,a1=0,a2,…,a6=1…1。
3.有一个字长为32位的浮点数,阶码10位(包括1位阶符),用移码表示;尾数22位(包括1位尾符)用补码表示,基数r=2。
请写出:
(1)最大数的二进制表示;
(2)最小数的二进制表示;
(3)规格化数所能表示的数的范围;
(4)最接近于零的正规格化数与负规格化数。
解:
(1)11111111110111111111111111111111
(2)11111111111000000000000000000000
(3)11111111110111111111111111111111~01111111111000000000000000000000
(4)00000000000000000000000000000001~0000000000111111*********1111111
4.将下列十进制数表示成浮点规格化数,阶码3位,用补码表示;尾数9位,用补码表示。
(1)27/64
(2)-27/64
浮点规格化数:
11110110110000
浮点规格化数:
11111001010000
5.已知x和y,用变形补码计算x+y,同时指出运算结果是否溢出。
(1)x=0.11011y=0.00011
(2)x=0.11011y=-0.10101
(3)x=-0.10110y=-0.00001
解:
(1)先写出x和y的变形补码再计算它们的和
[x]补=00.11011[y]补=00.00011
[x+y]补=[x]补+[y]补=00.11011+00.00011=0.11110
∴x+y=0.1111b无溢出。
(2)先写出x和y的变形补码再计算它们的和
[x]补=00.11011[y]补=11.01011
[x+y]补=[x]补+[y]补=00.11011+11.01011=00.00110
∴x+y=0.0011b无溢出。
(3)先写出x和y的变形补码再计算它们的和
[x]补=11.01010[y]补=11.11111
[x+y]补=[x]补+[y]补=11.01010+11.11111=11.01001
∴x+y=-0.10111b无溢出
6.已知x和y,用变形补码计算x-y,同时指出运算结果是否溢出。
(1)x=0.11011y=-0.11111
(2)x=0.10111y=0.11011
(3)x=0.11011y=-0.10011
解:
(1)先写出x和y的变形补码,再计算它们的差
[x]补=00.11011[y]补=11.00001[-y]补=00.11111
[x-y]补=[x]补+[-y]补=00.11011+00.11111=01.11010
∵运算结果双符号不相等∴为正溢出
x-y=+1.1101b
(2)先写出x和y的变形补码,再计算它们的差
[x]补=00.10111[y]补=00.11011[-y]补=11.00101
[x-y]补=00.10111+11.00101=11.11100∴x-y=-0.001b无溢出
(3)先写出x和y的变形补码,再计算它们的差
[x]补=00.11011[y]补=11.01101[-y]补=00.10011
[x-y]补=[x]补+[-y]补=00.11011+00.10011=01.01110∵运算结果双符号不相等∴为正溢出x-y=+1.0111b
(1)x=0.11011y=-0.11111
(2)x=-0.11111y=-0.11011
解:
(1)用原码阵列乘法器计算:
[x]补=0.11011[y]补=1.00001
(0)00000
(0)00000
(0)00000
(0)
(1)
(1)(0)
(1)
(1)
-----------------------------------------
(1)0010111011
(1)x=0.11000y=-0.11111
(2)x=-0.01011y=0.11001
解:
(1)[x]原=[x]补=0.11000[-∣y∣]补=1.00001
被除数x0.11000
+[-∣y∣]补1.00001
----------------------
余数为负1.11001→q0=0
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