计算机组成原理习题答案(蒋本珊)

第一章1.电子数字计算机和电子模拟计算机有什么区别？解决方案：在电子数字计算机中处理的信息在时间上是一个离散的数字，操作过程是不连续的。在电子模拟计算机中处理的信息是一个不断变化的物理量，操作过程是连续的。2.冯诺依曼计算机的特点是什么？最重要的一点是什么？解决方案：冯诺依曼计算机的特点如下：(1)计算机(指硬件)应由五个基本部件组成：运算单元、存储器、控制器、输入设备和输出设备；(2)计算机使用二进制来表示指令和数据；(3)预先将程序和原始数据存储在存储器中，然后启动计算机。第三点是最重要的一点。3.计算机的硬件由哪些部分组成？它们的功能是什么？解决方案：计算机的硬件应该由五个基本部件组成：算术单元、存储器、控制器、输入设备和输出设备。他们各自的职能是：(1)输入设备：将人们编制的程序和原始数据发送到计算机，并将其转换成计算机能够识别和接受的信息。(2)输出设备：将计算机的处理结果以人或其他设备可接受的形式发送给计算机。(3)存储器：用于存储程序和数据。(4)运算单元：处理和计算信息。(5)控制器：根据人预先确定的操作步骤，控制整个计算机的各个部分有序自动工作。公共汽车是什么？简述了单总线结构的特点。解决方案：总线是一组公共信息传输线路，可以服务于多个组件。它可以以分时方式发送和接收每个组件的信息。单总线结构是指所有主要部件都连接到一组总线上，称为系统总线。信息可以在中央处理器和主存储器、中央处理器和外围设备之间直接交换，信息也可以在主存储器和外围设备、外围设备和外围设备之间直接交换，而无需中央处理器的干预。5.简要描述计算机的分层结构，并解释每一层的主要特征。解决方案：现代计算机系统是一个硬件和软件的复合体，可以看作是一个按功能划分的多层次的层次结构。0级是由硬件组成的实体。级别1是微程序级别。这一级别的机器语言是一个微指令集，程序员用微指令编写的微程序通常由硬件直接执行。级别2是传统的机器级别。这种机器语言是机器的指令集，程序员使用机器指令编写的程序可以用微程序来解释。级别3是操作系统级别。从操作系统的基本功能来看，一方面，它直接管理传统机器的软硬件资源，另一方面，它是传统机器的延伸。级别4是汇编语言级别。这一级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序称为汇编程序。第五级是高级语言级别。这一级别的机器语言是各种高级语言。编译器通常用于翻译高级语言。级别6是应用程序语言级别。这一级是专门为使计算机满足某些目的而设计的，所以这一级语言是各种面向问题的应用语言。6.计算机系统的主要技术指标是什么？解决方案：计算机系统的主要技术指标是：机器字长、数据路径宽度、主存容量和运算速度等。机器字长是指运算中涉及的基本位数，它由加法器和寄存器中的位数决定。数据路径宽度是指数据总线一次可以并行传输信息的位数。主内存容量是指主内存可以存储的信息总量。操作速度与许多因素有关，如机器的主频率、执行何种操作以及主存储器本身的速度。第二章1.将机器编号的字长设置为8位(包括1位符号位)，并分别写出原始代码、补码和以下二进制数的和反码：0，-0，0.1000，-0.1000，0.1111，-0.1111，1101，-1101。x1原始=0.10100，x2原始=1.10111。解决方案：X1补充=0.10100，X2补充=1.01001。4.给定下列数字的补码表示，分别写出它们的真值：X1补充=0.10100，X2补充=1.10111。解决方案：X1=0.10100，X2=-0.01001。8.一种二进制定点整数，字长n位，其中1位是符号位，分别用补码和反码写。在这种情况下：(1)模量；(2)最大正数；(3)最负数；(4)符号位的右边；(5)-1；(6)0的表达式。9.机器的字长为16位，询问在下列条件下可以表示的值的范围：(1)无符号整数；(2)使用原始代码来表示固定小数；(3)用补码表示固定小数；(4)使用原始代码来表示定点整数；(5)用补码表示定点整数。10.一个机器字长32位，试写无符号整数和有符号整数(补码)分别表示范围(用十十进制记数法)。11.浮点数的字长为12位，其中顺序符号为1位，顺序码值为3位，数字符号为1位，尾数值为7位。顺序码基于2，顺序码和尾数都由互补码表示。它能代表的最大正数是多少？最小归一化正数是多少？绝对值最大的负数是多少？12.浮点数的字长为16位，其中顺序码部分为6位(包括1位顺序符号)，移位码表示基于2。尾巴数字部分包含10位(包括位于尾数最高位的1位符号)，补码表示并归一化。分别写出以下两个问题二进制代码和十进制真值。(1)非零最小正数；(2)最大正数；(3)最小负绝对值；(4)最大负绝对值。13.一个浮点数，顺序码部分是P位，尾数部分是Q位，每个包含1位符号位，全部使用一个互补码表显示；尾数基数r=2，浮点格式可以表示的上限、下限和非零最小正数是多少？写数据的机器级表示表达式。14.如果尾数基数r=16，按照上述要求写出表达式。15.浮点数的字长为32位，格式如下。其中顺序码部分为8位，以2为基数，用移位码表示；尾数部分总共有24位(包括1个数字符号)，补码表示。现有的浮点代码是(8c5a3e00) 16。试着写出它所代表的十进制真值。16.尝试用IEEE短浮点格式表示(-0.1101) 2。17.将以下十进制数转换为IEEE短浮点数：18.将下列IEEE短浮点数转换成十进制数：(1)11000000 11110000 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000(2)00111111100010000 00000000000000000000000000000000000000000000000000001100000110011001(3)01000011 10011001 00000000 0000000000。(4)0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000(5)01000001 00100000 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000(6)000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000019.解码以下ASCII码：1001001，0100001，1100001，11101111000101，1010000，1010111，010010020.以下列形式表示(5382) 10。(1) 8421码；(2)剩余3码；(3) 2421码；(4)二进制数。21.填写以下代码的奇偶校验位，该位现在设置为奇数校验：1 0 1 0 0 0 0 10 0 0 1 1 0 0 10 1 0 0 1 1 1 0解决方案：三个代码的校验位分别为0、0和1。22.以下数据块约定是已知的：水平检查和垂直检查是奇数检查。请指出至少有多少位是错误的。23.用有效信息位01101110寻找汉明校验码。24.将计算机准备传输的信息设置为：1010110010001111，生成多项式为X5 X2 1，计算校验位，并写入循环冗余校验码。第三章1.指令长度和机器字长之间有什么关系？半字长指令、单字长指令和双字长指令分别是什么意思？解决方案：指令长度和机器字长之间没有固定的关系。指令长度可以等于机器字长，也可以大于或小于机器字长。通常，指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令。指令长度等于机器字长一半的指令称为半字长指令。指令长度等于两台机器字长的指令称为双字长指令。2.零地址指令的操作数来自哪里？在地址指令中，什么寻址方法可以用来获得另一个操作数的地址？让我们给每个人举个例子。解决方案：具有双操作数的零地址指令的操作数来自堆栈的顶部和辅助堆栈的顶部。具有双操作数的地址指令的另一个操作数通常可以通过隐式寻址获得，即另一个操作数预先存储在累加器中。例如，上述零地址和一个地址添加指令。3.某台机器具有16位指令长度的定长指令字结构；每个操作数的地址码为6位长，指令分为三种类型：无操作数、单操作数和双操作数。如果已经有k种双操作数指令和l种非操作数指令，那么有多少种单操作数指令？以上三种指令的最大允许指令数是多少？4.将机器设置为固定长度的指令字结构，12位的指令长度和3位的每个地址码。尝试提出一个分配方案根据该方案，指令系统包括4条三地址指令、8条双地址指令和180条单地址指令。5.指令格式同上。它能由4个三地址指令、255个单地址指令和64个零地址指令组成吗？为什么？6.指令中地址码的位数与直接访问的主存储器容量和最小寻址单元之间有什么关系？6 6解决方案：主存储器容量越大，所需的地址码位数就越长。对于相同的容量，最小寻址单元越小，地址码的位数越长。7.尝试比较间接寻址和寄存器间寻址。解决方案：间接寻址模式的有效地址在主存中，操作数也在主存中；寄存器间地址模式的有效地址在寄存器中，操作数在主存储器中。间接寻址很慢。8.尝试比较基址寻址和索引寻址。解决方案：用于形成有效地址的基址和索引地址的算法是相同的，但是它们实际上是不同的。通常，索引寻址中的索引寄存器提供一个修饰符(变量)，而指令提供一个参考值(固定值)；基址中的基址寄存器提供参考值(固定)，而指令提供位移量(可变)。这两种寻址方法的应用也不同。索引寻址是面向用户的，用于访问批量数据，如字符串、向量和数组。基址是面向系统的，主要用于转换逻辑地址和物理地址，以解决程序重定位和主存储器地址空间扩展的问题。在某些大型机中，基本寄存器只能由特权指令管理，用户指令无权操作和修改。9.一台计算机的字长为16位，主存容量为64K字，单字长和单地址指令，总共50条指令。如果有四种寻址方式，即直接寻址、间接寻址、索引寻址和相对寻址，请尝试设计其指令格式。解决方案：操作码6位，寻址模式2位，地址(2)为了扩大指令的寻址范围，可以采用直接/间接寻址。如果只添加一个直接/间接标志，指令的可寻址范围是什么？指令的直接地址范围是什么？(3)使用页面寻址，如果只添加一个零页/当前页标志，指令寻址范围是什么？指令的直接地址范围是什么？(4)结合(2)和(3)指令的地址范围是什么？指令的直接地址范围是什么？11.将机器的字长设置为32位，中央处理器有32个32位通用寄存器。设计一个能容纳64种操作的单字长指令系统。(1)如果是寄存器-存储器型指令，具有存储器间接寻址，可以直接寻址的最大主存储器空间是多少？(2)如果通用寄存器用作基本寄存器，可以直接寻址的最大主存储空间是多少？解决方案：由于计算机中有64条指令，操作码占用6位。32个通用寄存器，寄存器号占5位；其余的是地址码或标志位。(1)如果是存储器间接寻址模式的寄存器-存储器型指令，操作码为6位，寄存器号为5位，地址标记为1位，地址码为20位。直接寻址的最大主内存空间是一个字。(2)如果通用寄存器被用作基本寄存器，可以直接寻址的最大主存储器空间是一个字。12.众所周知，小型计算机的字长是16位，其双操作数指令的格式如下：其中：OP是操作码，r是通用寄存器地址。请解释在下列情况下，在最大主存储区中可以访问多少个机器字。(1 1) A是立即的。(2 2)A是直接主存储器单元的地址。(3 3) A是间接地址(不是多个地址)。(4 4) A是索引寻址的正式地址，假设索引寄存器是R1(字长为16位)。解决方法：(1) 1个机器字。(2) 256个机器字符。(3) 65536个机器字符。(4) 65536个机器字符。13.计算以下4条指令的有效地址(指令长度为16位)。(1)000000 q(2)100000 q(3)170710 q(4)012305 q16.举一个例子，哪些寻址方法除了获取指令之外不访问内存？除取指令外，哪些寻址方法只需要访问一次内存？什么样的指令是完整的，包括提取指令，并访问内存4次？解决方案：不要访问内存，除非获取指令：立即寻址，注册地址。除了取指令，存储器只需要访问一次：直接寻址、寄存器间接寻址、索引寻址、基址寻址、相对寻址和页面寻址。二次间接寻址包括提取指令和访问内存4次。17.将相对寻址的分支指令设置为占用两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是相对位移，用补码表示。假设当前分支指令的第一个字节的地址是2000H，并且对于所取的每个字节，中央处理器将自动完成(个人计算机)1 个人计算机的操作。当执行JMP * 8和JMP *-9指令(称为相对寻址功能)时，分支指令的第二个字节的内容是什么？转移的目的地是哪里？解决方案：分支指令的