微机原理 - 第二版 - 课后作业第一~八章（朱金钧）

第1章计算机基础知识

教材习题解答

1. 计算机中为什么都采用二进制数而不采用十进制数？

【解】计算机的基本功能是对数的运算和处理。计算机中，通过数字化编码技术，对所表示的数值、文字、符号及控制信息等进行数字编码，这种数字化表示方法不仅要适合于人的自然习惯，同时要满足机器中所用器件、线路的工作状态以及数据可靠传输与易于校验纠错等方面的要求。一个具有两种不同的稳定状态且能相互转换的器件，就可以用来表示一位二进制数，所以表示二进制的器件易于制造且工作可靠，并且二进制数的运算规则也最简单，因此目前计算机中均采用二进制数来表示各种信息及进行信息处理。 2. 写出下列用原码或补码表示的机器数的真值：

(1)01101101 (2)10001101 (3)01011001 (4)11001110 【解】

(1) [X]原＝01101101＝＋109 (2) [X]原＝10001101＝－13 (3) [X]原＝01011001＝＋89 (4) [X]原＝11001110＝－78 3. 填空：

(1) (1234)10＝( )2＝( )16

(2) (34.6875)10＝( )2＝( )16 (3) (271.33)10＝( )2＝( )16

(4) (101011001001)2＝( )10＝( )16 (5) (1AB.E)16＝( )10＝( )2 (6) (10101010.0111)2＝( )10＝( )16 【解】

(1) (1234)10＝( 10011010010 )2＝( 4D2 )16 (2) (34.6875)10＝( 100010.1011 )2＝( 22.B )16 (3) (271.33)10＝( 100001111.010101 )2＝( 10F.54 )16 (4) (101011001001)2＝( 2761 )10＝( AC9 )16 (5) (1AB.E)16＝( 427.875 )10＝(110101011.111 )2 (6) (10101010.0111)2＝( 170.4375 )10＝( AA.7 )16

4. 已知X=36，Y=－136，Z=－1250，请写出X、Y、Z的16位原码、反码和补码。 【解】

[X]原＝0000 0000 0010 0100 [Y]原＝1000 0000 1000 1000 [Z]原＝1000 0100 1110 0010 [X]反＝0000 0000 0010 0100 [Y]反＝1111 1111 0111 0111 [Z]反＝1111 1011 0001 1101 [X]补＝0000 0000 0010 0100 [Y]补＝1111 1111 0111 1000 [Z]补＝1111 1011 0001 1110

5. 已知[X]补=01010101B，[Y]补=10101010B，[Z]补=1000111111111111B，求X、Y、Z及X＋Y、Y－Z的十进制值为多少?

【解】Y－Z运算时Y需要扩展符号位 X＝85

[X]补＝01101101＝＋109 [X]补＝10001101＝－115 [X]补＝01011001＝＋89 [X]补＝11001110＝－50

Y＝－86 Z＝－28673

X＋Y＝01010101B＋10101010B＝11111111B＝－1 Y－Z＝11111111 10101010B－10001111 11111111B ＝11111111 10101010B＋01110000 00000001B ＝0110 1111 1010 1011B ＝28587

6. 用8位补码进行下列运算,并说明运算结果的进位和溢出： (1) 33＋114 (2) 33－114 (3) (-33)＋114 (4) (-33)-114 【解】

[33]补＝00100001

[114]补＝01110010 0 0 1 0 0 0 0 1 ＋0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1

正确的运算结果147>127，出现溢出，使符号位发生变化，出现结果：－109 [33]补＝00100001 [－114]补＝10001110 0 0 1 0 0 0 0 1 ＋1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 运算结果：－81 [-33]补＝11011111

[114]补＝01110010 1 1 0 1 1 1 1 1 ＋0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1

最高位进位，自然丢失，运算结果：＋81 [-33]补＝11011111

[-114]补＝10001110 1 1 0 1 1 1 1 1 ＋1 0 0 0 1 1 1 0 10 1 1 0 1 1 0 1

正确的运算结果－147<－127，出现溢出，使符号位发生变化，出现运算结果：＋109 7. 将下列十进制数表示为8421BCD码： (1) 8609 (2) 5254 (3) 2730 (4) 2998 【解】

1000 0110 0000 1001 0101 0010 0101 0100 0010 0111 0011 0000 0010 1001 1001 1000

8. 将下列8421BCD码表示为十进制数和二进制数：

(1) 01111001 (2) 001010000101 (3) 011000000111 (4) 010110010000 【解】 79， 285， 607， 590，

1001111B 100011101B 1001011111B 1001001110B

9. 将下列数值或字符串表示为相应的ASCII码：

(1) 51 (2) 7FH (3) C6H (4) Computer (5) how are you? 【解】

0110101 0110001

0110111 1100110 1101000 1100011 0110110 1101000

1100011 1101111 1101101 1110000 1110101 1110100 1100101 1110010

1101000 1101111 1110111 0100000 1100001 1110010 1100101 0100000 1111001 1101111 1110101 0111111

10. 定点数和浮点数表示方法各有什么特点？

【解】用浮点表示法比定点表示法表示数的范围大，浮点数的运算比定点数的运算复杂 11. 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同？

【解】微处理器（CPU），由运算器和控制器组成。运算器完成算术运算和逻辑运算，控制器分析命令并指挥协调各部件统一行动完成命令规定的各种动作或操作。

微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。 微型计算机系统包括微型计算机硬件和软件。

12. 微型计算机由哪几部分组成，各部分的功能是什么？

【解】微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。

运算器完成算术运算和逻辑运算；控制器分析命令并指挥协调各部件统一行动完成命令规定的各种动作或操作；存储器存放原始数据、中间结果和最终结果以及程序；输入设备、输出设备与外界交换信息。 13. CPU在内部结构上由哪几部分组成，CPU应具备什么功能？ 【解】微处理器（CPU）由运算器和控制器组成。

CPU应具备的功能：对数据进行处理并对处理过程进行控制。

14. 简述计算机执行指令和执行程序的过程。以书中的例子为例，说明在此三条指令执行中，哪些信号属于数据流，哪些信号属于控制流？

【解】计算机执行指令和执行程序的过程分为：(1) 取指阶段，从存储器中取出指令；(2) 分析执行阶段，由控制器进行分析译码、发出一系列控制信号完成该指令的执行。 以书中的例子为例，在此三条指令执行中，以下信号属于数据流： ① IP→M； ② IP+1→IP； ③ M→IR；

④ IR→ID；addr→M；M→ACC ⑤ ALU结果→ACC。 以下信号属于控制流： ①控制上述操作过程的信号流； ②控制IP自动加1

③存储器对地址译码，找到100单元；

④ ID对指令译码后，由控制信号发生器产生一系列控制信号来执行这条指令 ⑤ ALU执行“ADD”运算；

15. 微型计算机外部为什么采用三总线结构？

【解】有了总线结构以后，系统中各功能部件之间的相互关系变为各个部件面向总线的单一关系。一个部件或设备只要符合总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统中，使系统功能能很简便地得到扩展。 数据总线用来传输数据，地址总线专门用来传送地址信息，控制总线用来传输控制信号。 16. 数据总线和地址总线在结构和作用上有什么不同？

【解】数据总线用来传输数据，地址总线专门用来传送地址信息。从结构上看，数据总线是双向的，即数据既可以从CPU送到其它部件，也可以从其它部件传送到CPU。因地址总是从CPU送出去的，所以地址总线是单向的。地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存范围。

17. 如果某几种CPU的地址总线分别有8、16、20、32条，它们各自能寻址的存储器的容量是多少？

【解】地址总线8条： 28＝256B 地址总线16条：216＝64KB 地址总线20条：220＝1MB 地址总线32条：232＝4GB

18. 什么是硬件，什么是软件，硬件和软件的关系如何？

【解】硬件是指组成计算机的各种电子的、机械的、光磁学的物理器件和设备，它们构成了计算机的物理实体。软件则是指为了运行、管理和维护计算机而编制的各种程序及其有关的文档资料的总称。硬件是基础，软件是灵魂，两者既相互独立，又相互依存，缺一不可。硬件和软件合起来才组成一个完整的计算机系统。

19. 说明位、字节、字长的概念及它们之间的关系。

【解】(1) 位（bit）。位是计算机所能表示的最基本最小的数据单位。它只能有两种状态“0”和“1”，即二进制位。

(2) 字（Word）。计算机中作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数，是计算机中信息的基本单位。

(3) 字长(Word Length)。计算机中每个字所包含的二进制位数称为字长。 它们之间的关系：字由位构成，字长指每个字所包含的位的个数。

20. 计算机的发展趋势有哪些？你如何看待冯·诺依曼计算机体系结构理论？

【解】计算机的发展趋势包括：微处理器的位数增加（4位→64位）；采用并行处理技术；集中式主机模式逐渐被客户/服务器模式所取代；网络技术的应用和普及；多媒体技术技术应用等。

冯·诺依曼计算机体系结构理论的核心是“存储程序”和“程序控制”。冯·诺依曼提出的这些基本概念奠定了现代计算机体系结构的基本框架，并由此产生了程序设计思想。尽管从计算机诞生到现在已经历了半个多世纪，计算机的体系结构已发生了很大变化，计算机的性能也有了巨大提高，但目前大多数计算机仍遵从冯·诺依曼体系结构理论。

21. 说出几种型号的CPU，它们各有什么特点？ 【解】

(1) 8088，8086

Intel公司于1981年推出，16位微处理器，地址线有20条，内存寻址范围为1M字节。它们的区别在于，8086外部的数据也是16位，而8088的外部数据为8位。 (2) 80286

80286也是16位处理器，其频率比8086更高，它有24条地址线，内存寻址范围是16M字节。 (3) 80386

80386属于32位微处理器，其内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址4GB内存。它除具有实模式和保护模式外，还增加了虚拟86的工作方式，可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。386处理器的主频有16，20，25，33，40MHz五种。 (4) 80486

于1989年由Intel公司首先出。其时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。它也属于32位处理器。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，并且在80X86系列中首次采用了RISC技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式，大大提高了CPU 与内存的数据交换速度。 (5) Pentium处理器

Pentium（奔腾）是Intel公司于1993年推出的新一代微处理器， Pentium微处理器使用更高的时钟频率，最初为60MHZ和66MHZ，后提高到200MHZ。64位数据总线，16KB的高速缓存。接着Intel推出使用MMX技术的Pentium MMX的多能奔腾。它增加了57条多媒体指令，内部高速缓存增加到32KB。最高频率是233MHz。MMX是Multimedia Extension的缩写，意即多媒体扩展，一种基于多媒体计算以及通讯功能的技术，它能生成高质量的图像、视频和音频，加速对声音图像的处理。 (6) Pentium II

PentiumII与以往的Pentium处理器使用了不同的封装方式，它将处理器放到了盒中。而且采用SLOT 1模式的插座。该形式的封装结构为系统总线与L2高级缓存之间的接口提供了独立的连接电路。然后再将处理器、高速缓存芯片，都放置在一个小型电路板上（SEC卡盒）。 (7) 塞扬

塞扬属于Pentium II的低价位版本，被称为\。它是将Pentium II处理器的二级Cache去掉，并简化了封装形式，没有塑料壳，另加一一块散热片组成。因为没有了Cache，其速度明显下降。

(8) 塞扬300 A

Celeron 300A处理器是包含了128K 二级缓存的Pentium II处理器，其缓存是集成在CPU内部的，速度和CPU相同，比 Pentium II/III的Cache速度还要高，这样CPU从二级缓存中读写数据时不需等待，可以大大提高计算速度；塞扬300 A仍没有塑料外壳，采用了SLOT1的结构，加了一个散热片和一块风扇。 (9) Pentium III

它采用了与Pentium II 相同的SLOT1结构，具有100MHz的外频，其内部集成了64K的一级缓存，512K的二级缓存仍然安装在SLOT1的卡盒内，工作频率是CPU的一半。提供了比PentiumII更强劲的性能，这主要表现在其新增加了KNI指令集。KNI指令集中提供了70条全新的指令，可以大大提高3D运算、动画片、影像、音效等功能，增强了视频处理和语音识别的功能。

22. 说出目前流行的几种主机板的类型以及他们的性能特点。

【解】ATX是目前市场上最常见的主板结构，扩展插槽较多，PCI插槽数量在4-6个，大多数主板都采用此结构；

Micro ATX又称Mini ATX，是ATX结构的简化版，扩展插槽较少，PCI插槽数量在3个或3个以下，多用于品牌机并配备小型机箱；

BTX是英特尔制定的最新一代主板结构。

AT主板的尺寸为13\×12\，板上集成有控制芯片和8个I/0扩充插槽。由于AT主板尺寸较大，因此系统单元（机箱）水平方向增加了2英寸，高度增加了1英寸，这一改变也是为了支持新的较大尺寸的AT格式适配卡。AT主板尺寸较大，板上能放置较多的元件和扩充插槽。

Baby/Mini AT主板：随着电子元件集成化程度的提高，相同功能的主板不再需要全AT的尺寸。因此在1990年推出了规范，简称为Baby AT主板。Baby AT主板是从最早的XT主板继承来的，它的大小为15\×8.5\，比AT主板是略长，而宽度大大窄于AT主板。Baby AT主板沿袭了AT主板的I/0扩展插槽、键盘插座等外设接口及元件的摆放位置，而对内存槽等内部元件结构进行了紧缩，再加上大规模集成电路使内部元件减少，使得Baby AT主板比AT主板布局紧凑而功能不减。

Micro ATX主板把扩展插槽减少为3-4只，DIMM插槽为2-3个，从横向减小了主板宽度，其总面积减小约0.92平方英寸，比ATX标准主板结构更为紧凑。按照Micro ATX标准，板上还应该集成图形和音频处理功能。目前很多品牌机主板使用了Micro ATX标准。

BTX是英特尔提出的新型主板架构Balanced Technology Extended的简称，是ATX结构的替代者。BTX具有如下特点：支持Low-profile，也即窄板设计，系统结构将更加紧凑；针对散热和气流的运动，对主板的线路布局进行了优化设计；主板的安装将更加简便，机械性能也将经过最优化设计。 23 常用的外部设备有哪些，它们各有什么特点？如何衡量它们的性能？

【解】常用的外部设备有外存储器（如CD-ROM、磁带存储器、硬盘、软盘）、键盘、鼠标、打印机、显示器、多媒体设备（如扫描仪、扬声器）、网络设备等。

CD-ROM的特点是：存储容量大，只能读不能写，读写数据速度低于硬盘。 磁带存储器的特点是：存储容量大，顺序存取方式，主要用于在系统中备份数据。 硬盘的特点是：存储容量大，读写速度高

软盘的特点是：便宜、适宜于由用户保存数据，容易损坏，容量小，速度慢。 键盘：键盘是最主要的输入设备。

鼠标：鼠标器是控制显示屏上光标移动位置并向主机输入用户所选中的某个操作命令或操作对象的一种常用的输入设备。

打印机：打印机是产生硬拷贝输出的一种设备，供用户保存计算机处理的结果。

显示器：是用户与计算机对话的主要窗口。分辨率、彩色数目及屏幕尺寸是显示器的主要指标。 扫描仪：是一种输入图片和文字的外部设备。 24 计算机软件包括哪些种类，它们有什么不同？ 【解】计算机软件包括系统软件和应用软件两大类。

系统软件指由机器的设计者提供的，使用和管理计算机的软件。系统软件包括：①各种语言的汇编或解释、编译程序。②机器的监控管理程序、操作系统、调试程序、故障诊断程序。③程序库。

应用软件指用户用各种语言编制的解决各种问题的软件，如财务管理软件、银行管理软件、文字处理软件等。

系统软件和应用软件的不同：系统软件指由机器的设计者提供的，其目的是让用户更方便地使用和管理计算机，而不必了解具体的计算机硬件，从而使用户编制各种源程序更为简单、方便和可靠。应用软件则是为了解决各种应用问题的软件，其目的为了扩大计算机的功能和应用领域，方便各应用领域的用户的使用。 25. 你知道或用过哪些系统软件，它们各有什么功能特点？

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