计算机组成原理习题答案

1．1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？ 略。

1．2 你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？ 略。

1．3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。

略。

1．4 计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？

略。

1．5 计算机硬件系统的主要指标有哪些？

答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。

答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。 1．6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？

答： 指CPU一次能处理的数据位数。它影响着计算机的运算速度，硬件

成本、指令系统功能，数据处理精度等。

1．7 什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？

答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。它包括主存容量和辅存容量。

主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。如内存等。 辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。

1．8 根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使

用一次。

（1）为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。 （2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。它具有加法、测试和

控制其他部件的功能。

（3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。 （4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的

部件。

（5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。 （6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。 （7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。 （8）将高级语言翻译成机器语言的程序。

（9）将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。 （10）计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。

供选择的词或短语：

1、汇编器 2、嵌入式系统 3、中央处理器（CPU） 4、编译器 5、操作系统 6、控制器 7、机器指令 8、台式机或个人计算机 9、主存储器 10、VLSI

1

答：（1）8，（2）3，（3）9，（4）6，（5）2， （6）10，（7）5，（8）4，（9）1，（10）7

计算机系统有哪些部分组成？硬件由哪些构成？ 答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。

硬件由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部件构成 1．9 冯·诺伊曼Von Neumann计算机的主要设计思想是什么？ 略。

1．10 计算机硬件有哪些部件，各部件的作用是什么？ 略。

1．11 计算机软件包括哪几类？说明它们的用途。 略。

1．12 简述计算机系统的多级层次结构的分层理由及各层的功能。 略。 1．13 通过计算机系统的层次结构学习，你对计算机系统有了怎样的了解？ 略。

第二章 2．1 数字信号和模拟信号的主要区别是什么？与模拟电路相比，数字电路有何特点？ 略。

2．2 二极管两端需要加多大的电压才使二极管导通？

答：大于二极管的正向特性存在死区电压Vr（硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.2V）

2．3 三极管何时处于截止状态，何时处于饱和状态？

答：当输入电压Vi>0，且Vi < 死区电压Vr’，三极管处于截止状态。 当输入电压Vi增大，基极电流IB、集电极电流IC随之增大，输入电压VCE＝VCC－ICRC不断下降，当VCE降到0.7V以下时，发射结仍正向偏置，集电结则由反向偏置转为正向偏置，此时三极管进入饱和状态。

2．4 双极型逻辑门和单极型逻辑分别是怎样形成的？它们各有何特点？ 略.

2．5 实现逻辑代数的基本运算有哪几种逻辑门？ 答：与，或，非。

2．6 分析图2－41所示的逻辑电路图，写出表达式并进行化简。

2

AABBCDFF（a）（b）图2－41 习题2. 6图答：（a）F? AB

(b) F=AD+C +BD

2．7 请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最简式。 （1）F?AB?BC?BC?AB 答：F?AB?AC?BC

（2）F?AD?AD?AB?AC?BD?ACEF?BEF?DEFG 答：F?A?C?BD?BEF

2．8 分析图2－42所示的逻辑电路，列出真值表，说明其逻辑功能。

X0AF1X1FX2BCX3F2A1A0图2－42 习题2. 8图图2－43 习题2.9 图2.8 答：

3

A1 A0 X0 X1 X2 X3 F 0 0 X X X X X0 0 1 X X X X X1 1 0 X X X X X2 1 1 X X X X X3

图2－42是一个四选一电路

2．9 分析图2－43所示的逻辑电路图，列出真值表，说明其逻辑功能。 答：

A B C F1 F2 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1

图2－43是一个一位全加器，A, B为加数和被加数，C为低位进位, F1为和，F2为产生的进位。

（图中有错误，第4个与门的输入少了 A ）

2．10 请用卡诺图法将下列各逻辑表达式化成最简式。

（1）F?AB?ABD?AC?BCD （2）F?AC?AB?BCD?BCE?CDE 答：（1）F?AC?AB

（2）F?AB?BD?CE?AC 2．11 简述组合逻辑电路的设计过程。 略：

4

2．12 用与非门设计实现下列函数的组合逻辑电路。 （1）F(A,B,C,D)? （2）F(A,B,C,D)?答：(1)

?m(0,2,6,7,10,13,14,15)；

?m(2,4,5,6,7,10)???(0,3,8,15)。

F?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD＝BC?CD?ABD?ABD=BCCDABDABD 图略。 (2)

F?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD??(ABCD?ABCD?ABCD?ABCD) =AC?AB?BCD=ACABBCD

图略。

2．13 用一位全加器组成4位并行进位加法器，其并行进位电路应该如何实现？ 略。

2．14请画出74LS273的典型用法的接线图。 2．15 什么是三态门？一般应用在什么场合？ 略

2．16计算机中常用的寄存器有哪些？请说明如何使用？ 略

2．17 请说明74LS299的功能及使用方法。 略

2．18 请说明74LS161的功能及使用方法。 略

习题3

3．1 求下列各数的十进制数值：

（1）（267．3）8 （2）（BD．C）16 （3）（1011011．101）2 答：.(1 ) 183.375， (2) 189.75， (3 ) 91.625

5

3．2 将下列十进制数转化为二进制、八进制和十六进制数据（小数取四位

二进制有效数据）：

（1）-282．75 （2）123．46 （3）-115/512 （4）44．9375 答：2.

序号 十进制 十六进制 二进制 八进制 (1) -282.75 -11A.C -100011010.1100 -432.6 (2) 123.46 7B.7 1111011.0111 173.34 (3) -115/512 -0.388 －0.001110011 -0.163 (4) 44.9375 2C.F 101100.1111 54.74

3．3 写出下列各数的原码、反码和补码，机器数长度为8位：

（1）0 （2）-127 （3）-0.5 （4）-19/128 （5）100 （6）23/64 序号 真值 原码 补码 反码 (1) 0 00000000 00000000 00000000

10000000 11111111

0.0000000 0.0000000 0.0000000

1.0000000 1.1111111

(2) －127 11111111 10000001 10000000 (3) －0.5 1.1000000 1.1000000 1.0111111 (4) －19/128 1.0010011 1.1101101 1.1101100 (5) 100 01100100 01100100 01100100 (6) 23/64 0.0101110 0.0101110 0.0101110

3．4 写出下列各机器数的二进制真值X：

（1）[X]补=0.1001 （2）[X]补=1.1001 （3）[X]原=0.1101 （4）[X]原=1.1101 （5）[X]反=0.1011 （6）[X]反=1.1011 （7）[X]移=0,1001 （8）[X]移=1,1001 （9）[X]补=1,0000000（10）[X]反=1,0000000（11）[X]原=1,0000000 （12）[X]移=1,0000000 答：

(1) +1001 (7) - 0111 (2) - 0111 (8) ＋1001 (3) +1101 (9) - 10000000 (4) -1101 (10) - 01111111 (5) +1011 (11) - 00000000 (6) -0100 (12) 00000000

6

3．5 设某机器数字长为8位，有两个数的16进制表示形式为9CH和FFH，

问：若它们分别表示为下列格式的机器数时，其对应的十进制真值是多少？

（1） 无符号整数；

（2） 原码表示的定点整数； （3） 原码表示的定点小数； （4） 补码表示的定点整数； （5） 补码表示的定点小数； （6） 反码表示的定点整数； （7） 移码表示的定点整数。

答： 数 9CH FFH

无符号整数 156 255 原码表示的定点整数 -12 -127 原码表示的定点小数 -(2-4+2-5) -(1-2-7) 补码表示的定点整数 -116 -1 补码表示的定点小数 -(2-1+2-2+2-3+2-5)=0.90625 -2-7 反码表示的定点整数 -115 -0 移码表示的定点整数 12 127

3．6 假设某规格化浮点数的尾数表示形式为M0.M1 …… Mn，选择正确的

答案写在横线上： （1） 若尾数用原码表示，则尾数必须满足 。 (2)若尾数用补码表示，则尾数必须满足 。 A．M0=0 B．M0=1 C．M1=0 D．M1=1 E．M0.M1=0.0 F．M0.M1=1.1 G．M0.M1=0.1或 M0.M1=1.0 H．M0.M1=1.0 答：（1）D ；（2）G

3．7 浮点数的表示范围取决于 的位数，浮点数的表示精度取决

于 的位数，浮点数的正负取决于 ， 在浮点数的表示中是隐含规定的。 A．数符 B．阶符 C．尾数 D．阶码 E．阶码的底 答：D, C, A, E

3．8 设一浮点数格式为：字长12位，阶码6位，用移码表示，尾数6位，

用原码表示，阶码在前，尾数（包括数符）在后，则按照该格式： (1)已知X=-25/64，Y=2.875，求数据X、Y的规格化的浮点数形式。 (2)已知Z的浮点数以十六进制表示为9F4H，则求Z的十进制真值。

7

答：

（1）

X=－0.11001×2-1, [X ]浮＝1.11001×2011111

[X ]浮＝0,11111 1.11001

Y=0.10111×22 , [Y ]浮＝0.10111×2100010

[Y ]浮＝1,00010 0.10111

（2）[Z]浮= －0.10100×2100111 Z= －80

3．9 设一机器数字长16位，求下列各机器数的表示范围： （1） 无符号整数；

（2） 原码表示的定点整数； （3） 补码表示的定点整数； （4） 补码表示的定点小数；

（5） 非规格化浮点表示，格式为：阶码8位，用移码表示，尾数8位，用补

码表示（要求写出最大数、最小数、最大负数、最小正数）； （6） 上述浮点格式的规格化浮点表示范围（要求写出最大数、最小数、

最大负数、最小正数）。

6答： 机器字长16位， 下列各术的表示范围 (1) 无符号整数 0~216-1

(2) 原码定点整数 －(215-1) ~ +215－1 (3) 补码定点整数 －215 ~ +215－1 (4) 补码定点小数 －1 ~ + 1－2-15

(5)、(6) 阶码八位，移码表示，尾数8位，补码表示

最大数 最小数 最大负数 最小正数

非规格化 浮点数 (1-2-7)×2+127 -1×2+127 -2-7×2-127 2-7 ×2-127 规格化

浮点数 (1-2-7) ×2+127 -1 ×2+127 -0.5＋2-7 ) ×2-127 0.5 ×2-127

3．10 将下列十进制数转换为IEEE754 单精度浮点数格式：

（1）＋36．75 （2）－35/256 答：

3．11 求下列各IEEE754 单精度浮点数的十进制真值：

（1）43990000H （2）00000000H

答：(1) X=(-1)0×(1.0011001) ×2135-127=(100110000)2=(304)10

00-127

=(2-127)10 (2) X=(-1)×(1.0000000) ×2

8

3．12 在汉字系统中，有哪几种编码？它们各自有什么作用？ 略。

3．13 汉字库中存放的是汉字的哪一种编码？汉字库的容量如何计算？ 答：汉字库中存放的是汉字字模码。汉字库的容量可按下列： 存储每个汉字字模点阵所需的字节数×汉字数×点阵方法数。

3．14 在一个应用系统中，需要构造一个包含了100个汉字的汉字库，假

设采用16×16的汉字字形，问：该汉字库所占存储容量是多少字节？一篇由50个汉字构成的短文，需要占用多少字节的存储容量来存储其纯文本？

答： 16×2×100＝3200字节；2 ×50＝100字节。

3．15 汉字系统的几种编码中，对于某个汉字来说，是 惟一的。

A. 输入码 B. 字模码 C. 机内码 答：C。

3．16 若下面的奇偶校验码均正确，请指出哪些是奇校验码，哪些是偶校

验码。

（1） 10110110 （2）01111110 （3）11011000 （4）10100001 答：奇校验码：（1）、（4）；偶校验码：（2），（3）。

3．17 在7位的ASCII码的最高位前面添加一位奇（偶）校验位后，即可

构成8位的ASCII码的奇（偶）校验码。假设字符“A”的这样的奇（偶）校验码为41H，则它是（1）；字符“C”的这样的（1）是（2）。 （1）： A. 奇校验码 B. 偶校验码 （2）： A. 43H B. 87H C. C3H D. 86H 答：（1）B; （2）C。

3．18 对于3.6.2节所介绍的k=8，r=4的能纠错一位的海明码，若编码为

100110111100，试判断该海明码是否有误，若有，请纠正，并写出其8位正确的有效信息。

答： 10000111

3．19 试设计有效信息为10位的能纠错一位的海明码的编码和译码方案，

并写出有效信息0110111001的海明码。 答：k=10，r=4的海明码的排列如下：编码:

H14 H13 H12 H11 H10 H9 H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 D10 D9 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P1

P4= D10?D9?D8?D7?D6?D5 P3= D10?D9?D8?D4?D3?D2

P2= D10?D7?D6?D4?D3?D1

P1= D9?D7?D5?D4?D2?D1 译码:

S4=P4? D10?D9?D8?D7?D6?D5

9

S3=P3? D10?D9?D8?D4?D3?D2

S2=P2? D10?D7?D6?D4?D3?D1

S1=P1? D9?D7?D5?D4?D2?D1

指误字：S4S3S2S1

效信息0110111001的海明码: 01101101001110

3．20 在3.6.2节所介绍有效信息为8位的能纠错一位的海明码基础上，思

考如何改进，使其能够达到检错两位并能纠错一位的校验能力。

答：略

设生成多项式为X3+X+1（即1011B），请计算有效数据10101的CRC编码。

答：101010101

3．21 试分析3.3节介绍的三种奇偶校验、海明校验和CRC校验三种校验

码的检错纠错能力，它们的码距各为多少？

答：奇偶校验码只能检错，可检单个、奇数个错，码距＝２；

海明校验可以纠一位错。 CRC校验可以纠一位错。

3．22 在Motorola系列的微处理器中，数据存放在内存的规则是高位字节

存放在低地址单元的，对照图3.10写出各数据在这种情况下的存储方式。

略

习题4

3．23 设X=0.1101，Y= -0.0110，求：

（1）[X]补

（2）[-X]补

（3）[2X]补 （7）[Y]补 （11）[Y/2]补

（4）[-2X]补 （8）[-Y]补 （12）[-Y/2]补

（5）[X/2]补 （9）[2Y]补 （13）[-Y/4]补

1. （1） [X]补= 0.1101 （2） [-X]补= 1.0011 （3） [2X]补= 0.1010 溢出 （4） [-2X]补= 1.0110 溢出 （5）[X/2]补= 0.0110

10

（6）[-X/2]补 （10）[-2Y]补

的存取次数为100次，已知cache的存储周期为40ns，主存的存储周期为240ns。求cache/主存系统的效率和平均访问时间？

答：e=8/9=89% Ta=45ns

5.7 某处理器包含一片内Cache，容量为8K字节，且采用4路组相联结构，块的大小为4个32位字。当Cache未命中时，以分组方式从主存读取4个字到Cache，假定主存容量为16M字节。请说明：

（1）Cache共分多少组？

（2）写出主存的字节地址的格式，并说明地址格式中的不同字段的作用和位数；

答：(1) 128组;

(2) 高位字块标记(13位) 组地址(7位) 块内地址(4位)

5.8 计算机主存容量为256K字，Cache为8K字。主存与Cache之间按组相联映射，Cache的每组有4个行，每行有64个字。假设开始时Cache为空，CPU按顺序从主存地址为0，1，2，… ，8447单元执行“取“操作（不命中时，采用将主存中含有该字的块送入Cache后，再从Cache中把需要的字读出送CPU的方法），然后又重复执行20次。设Cache存取时间为主存的1/10。替换使用LRU算法，请计算上述操作总的存取时间与不用Cache相比，速度提高多少倍？

答：约4.965倍

5.9 简述虚拟存储器的含义和作用。 略。

习题六

6．1 6．2

指令包括哪几部分？各表示什么含意？ 略。

在一地址指令、二地址指令中，如何指定二个操作数地址？如何存放操作结果？

6．3 6．4

略。

简述指令操作码的扩展技术的基本方法。 略。

某机器字长16位，采用单字长指令，每个地址码6位。试采用操作码扩展技术，设计14条二地址指令，80条一地址指令，60条零地址指令。请给出指令编码示意图。

16

1．（7分） ? 14条双地址指令： 操作码（4位） 地址码A1(6位) 地址码A2(6位) 操作码: 000000～001101 ? 80条单地址指令： 操作码（10位） 地址码A（6位） 操作码:1110××××××（64条中可选择前63条） 1111××××××（64条中可选择前17条） ? 60条零地址指令： 操作码（16位） 操作码: 1111111111××××××（64条中选择60个编码即可）

其他编码方案，只要符合操作码扩展技术都可以 6．5 6．6

什么是指令字长？什么是机器字长？它们之间有何关系？ 略：

确定寻址方式的目的是什么？ 略

6．7

请说明间接寻址和直接寻址的不同。

略。 6．8 略。 6．9

单项选择题

简述变址寻址和基址寻址的主要区别。

（1）寄存器间接寻址方式中，操作数在（ ）中。

A. 程序计算器 B. 堆栈 C. 寄存器 D. 主存 答：D

（2）堆栈常用于（ ）。

A. 数据移位 B. 程序转移 C. 保护程序现场 D. 输入、输出 答：C

17

（3）单地址指令中，为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一

个操作数外，另一个数常需采用（ ）。

A．堆栈寻址 B. 立即寻址 C. 隐含寻址 D. 间接寻址

答：C

（4）用于对某个寄存器中操作数的寻址方式称为（ ）

A．直接寻址 B. 间接寻址 C. 寄存器直接寻址 D. 寄存器间

接寻址

（5）指令中采用不同的寻址方式，其主要目的是（ ）。

A. 可以实现操作码的扩展 B. 实现存储程序和程序控制 C. 缩短指令长度、扩大寻址空间、提高编程的灵活性。 D. 降低指令译码的难度。 答：C

（6）指令寻址和数据寻址的不同在于（ ）。 A. 前者是访问存储器，后者是访问寄存器。 B. 前者是确定程序转移地址，后者取操作数。 C. 前者是确定程序顺序执行，后者是取操作数地址。 D. 前者是短指令，后者是长指令。 答：C

（7）变址寻址方式中，操作数的有效地址为（ ）。

A. 程序计数器的内容加上形式地址。 B. 基址寄存器的内容加上形

式地址。

18

C. 变址寄存器的内容加上形式地址。 D. 变址寄存器的内容加上基址寄存器的内容 答：Ｃ

（8）CISC指令系统与RISC指令系统相比具有（ ）等特点。 A. 前者指令条数少，后者指令条数多。 B. 前者执行速度慢，后者执行速度快。

C. 前者有利于编译生成优化代码，后者不便于编译。 D. 前者指令功能简单，后者指令功能复杂。 答：Ａ，Ｄ

6．10 某机16位字长指令格式如下：

M OP D 5位 3位 8位

其中：D是形式地址，采用补码表示（包括一位符号位）；

M是寻址方式 M=0 立即寻址；

M=1 直接寻址（这时D为地址，是无符号数）； M=2 间接寻址；

M=3 变址寻址（变址寄存器RI，16位）； M=4 基址寻址（基址寄存器Rb，16位）；

19

M=5相对寻址。

（1） 该指令格式最多可以定义多少种不同的操作？立即寻址操作

数范围是多少？

（2） 写出各种寻址方式的有效地址的计算表达式。

（3） 各种寻址方式时能访问的最大主存空间范围是多少？ 答：（１）32 , 0～255 （２）直接寻址:EA＝D 间接寻址:EA=(D) 变址寻址:EA=(RI)＋Ｄ 基址寻址:EA=（Rb）+D 相对寻址:EA=(PC)+D （３）直接寻址:0～255

间接寻址:0～255(设存储器长度为８位,且只能取一个字节) 变址寻址：0～16K-1 基址寻址:0~16K-1

相对寻址:当前指令地址的－128~+127

6．11 一个较完整的指令系统应该包括哪些类型的指令？ 略

6．12 假设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码和寻址方式，第二个字节是相对偏移量，用补码表示。若当前转移指令的第一字节所在地址为0019H，且CPU每取出一个字节指令便会自动执行（PC）+1→PC操作。请问当转移地址分别为 0006H和0025H时，相对转移指令第二字节的内容是什么？

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