计算机组成原理附标准答案(白中英).docx

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1、计算机组成原理课后习题答案（第三版）白中英第一章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

2、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. 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

3、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

4、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

5、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. 计算机应用和应用计算机在概念上是不等价的。计算机应用是计算机学科与其他学科相结合的交叉学科，是计算机学科的组成成分，分为数值计算和非数值应用两大领域。应用计算机是借助计算机为实现特定的信息系统的手段。在计算机系统的层次结构中，应用计算机是多级计算机系统层次结构的最终目标，是高3级语言级至上的服务层次。 第二章 1 0， 也满 足心 0 5此时 il 1 - a 乒，I 任意 2 )若 ao = l . 贝lj X. = 0, 要涡足 x. :;, -0.5, 雷 a, = l叩 at, = 1, :a1 = L :.i2 一a心

6、有一个不为 0解法二片-0.5 =-0,10 )= 0从 欢欢） l，lOOOOO( l ） 若x ):.= O, 则 a0 = 0, a广 的 任意 即可 x补 X = flo. 晌 邓a。“ I 伤 , g15 +1 Ol000000d 。 中 (1_1 * a 2 g， 6 11000000?即a函 l l , 3 卫 a；不 全 为 0 或至少有一个为 l （但不姑“ 其余取 O3. 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E的s 数的E二1进E制9 表示MsMM200E = 111111111Ms = 0, M = 111（全

7、 1） 表示为： 111 011110 个21 个即： 229 -1 (1 - 2-21 )（2） 最小的二进制数E = 111111111Ms = 1, M = 000（全 0）（注意：用 10.0 来表示尾数1）表示为： 111 100010 个21 个即： 229 -1 (-1)（3） 规格化范围正最大E = 111， M = 111， Ms = 010 个21 个即：229 -1 (1 - 2-21)正最小E = 000， M = 1000， Ms = 010 个20 个即：2- 29 2-1负最大E = 000， M = 0111， Ms = 110 个20 个（最接近0 的负数）即

8、：- 2- 29 (2-1 + 2-21 )负最小E = 111， M = 000， Ms =110 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 ) （3） 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 = 000， M = 1000， Ms = 010 个20 个2- 29 2-1负规格化数E = 000， M = 0111， Ms = 110 个20 个- 2- 29 (2-1 + 2-

9、21 )4. 在 IEEE754 标准中， 一个规格 化的 32 位泽点茹 x 虳其信 表示为：(lS)X =x 0 . M ) x 2 E- .2 7( I ) 27/64;1. 011011；.； l . I Ol l x -2 2E2 + 12 7 = 1 2 5= Ol l l l l OlS=0M= I O l l OO!()0 0000 0,()00 0000 000及后 表 示为; CO m l l l l OJ 10110000000000000000000(:?. ) -27 /64=-O. 01 10 nI= L1011x-2E= -2+127 = 125= 0111110

10、1S= 1M= 1011 0000 00的 0,000 0000 oo,ol:品 后表示为： lOlllll0I lO.I.100 0000的 000000000 005. （1 ) 用变形补罚进行 计辽X十卜OO l lO11 y辛卜一00 00011x: 计 OOl JO l l y；+ =+000001l x+y 补 00 11. 1IO结果没有盗出X+y=111103 谷(2)x补式, o 11011 y补11 OlO l l义补 00 110 11y 补 ； 1, n 01011x+ y补00 0 0110结果没有盗出， 妇寸00 110( 3) Ix什11 (11010 y拐，l

11、l l l I l l x补 0-0 0l Ol, Oy 补 十，OO l l11 1x+ y补U 010()1出， l.+y=- 1()J J l!.J 6, :i: y补fi补y补=001 ILOl l 外忙00 l l ll lx,i | .:00 UOl l 卜y补 00 l l l1 1 防补 0l l l O lO结附有正设吕， xy- l l 010( 2 )(R补=00 1orn1- y ) 补1 1 00 l O l(3)x，补动 1 l Ol l- y补0 0 OOlllx 补 00 10111同补 1 l OOl O I x-y 护11 l ll OO绪星没有穑此 x-

12、y-= 00100对补 00 l l Ol l -y 补 OOl OOl l x-y 补 Ol Ol l l O结屎有正谥出xF-0010 计算机组成原理课后习题答案（第三版）白中英7 . (I)用原时阵列乘淙殴x陌 式 11011 y臣I 11111因 符 号 位 珀 狗 考 虑l xl=11011 |Yl=ll l 11l01x)II1II.10111,01 l1I几i111 lO1lIOlO0101lO1I5x:x y原l l l O1啼 如用补配阵列乘法器2冈 补刁 1 l011 i 门 沫忤 1 00001乘积符号氐凡 干，川xXy 卜！OOlOll 10118.( 1 ) x 原x

13、 补110001- I y I 补I OOOOl披 除 数 XO 11000+(IY|和1 oooon一一 一 一一- - .- - 余数为负 l l 00 I左移 1 10010+ly|卒卜O ll lllq0=0宋数为正 0 10001 飞 1左移 l 00010+-IY|,中11 oooon必“T24余数为正 0 (lOOI l次左 移 0 的 10”+(-ly|用1 0 沁 Ol余数 为负 L 001,11左 移 0 0 只 l o+ ( ly |) 补0 lllll嘘姜-?1 0110 一1 移O l l Ol 0丹( V|)补0 lllllq4=0一一 ，余 奻为负 l 11匈-

14、q5=0+ny|）农卜0 11111 一 一 一余 数 0 1 lOOO故 忱-:- y 原匀 11000 即 兑+ ev! -0_ 1100 D余 数为 0 ilOOO(2) I x. I 齐卜0 010 l l- I y I 补 1 00111被除数 XO OlOU寸廿I补I OOll l一-一一-一一 一一，一一余数为负 1 100 10q忙0+ly|补们” (l移 1 (I )1 00 三 匾 - - i 疆. 画 涵d 首， 匾 藏 画 匾 醴 画 洹 i 匾余拔为负 1 1.1101 - 9 1=0左移 1 l1OlO+(|y|补0 l lI)Ol一一 一一 = - - - - -

15、西余数为正 0 l(I011tq :!=l左移 1 0(IllO（书的I OO11余 蚾为正 0 01101一 q3=1左移 0 LlOlO+(-ly lll补IOOUll二- . 三一 二 一 余数为 正 0 0 的 01 飞 妇左移 0 0的 10如 肋I OO11-心 ）补(I l l(,)0 l4米余数 0 0的 10余数 为负 0100一1q5=O奇 OlllO諒为 0 侧lOIId9(1)x = 2-011*0.100101, y = 2-010*(-0.011110)计算机组成原理课后习题答案（第三版）白中英x= 11101,0.100101浮y= 11110,-0.011110

16、浮Ex-Ey = 11101+00010=11111x= 11110,0.010010(1)浮x+y0 0. 0 1 0 0 1 0 (1)规格化处理:+1.0110011.01 0 0 0阶1 0码11100 x+y= 1.101. 01110*021-40=02(-41*)-0.101110x-y0 0. 0 1 0 0 1 0 (1)规格化处理: + 0.11000000. 0 1 1阶1码1 011110x-y=2-20*00.1111000001 0 0 (1) (2) x = 2-101*(-0.010110), y = 2-100*0.010110x = 11011,-0.010

17、110浮y = 11100,0.010110浮Ex-Ey = 11011+00100 = 11111x = 11100,1.110101(0)浮x+y1 1. 1 1 0 1 0 1规格化处理:+0.1001100. 0 1 0 1阶1 0码11010x+y= 0. 101010.00*20-61 0 1 1x-y1 1.1 1 0 1 0 1规格化处理:1+ 01111111.1 0 1阶0 码1 011100x-y=-0.100001*2-41 1.0 1 1 1 1 110(1) Ex = 0011, Mx = 0.110100 Ey = 0100, My = 0.100100 Ez =

18、 Ex+Ey = 0111Mx*My0. 1 1 0 1规格化：*26*0.01.1 0 101(2)Ex = 1110, Mx = 00.0111100101 Ey = 0011, My =0 00.101011000Ez = Ex-Ey = 1011000+101001 = 1011Mx补 = 000.0111 0101My补 = 00 0 101011000, -My补 = 11.0001000 0 10 10 1 01 10 01 10+-My1 1 0 0 0 1 0 01 1 0 1 1 1 1 001 0 1 1 1 1 0 0+商M=y0.1101010 12-16, 1 1

19、余0 0数=0.101100*2-6 111 1 1 1 1 0 0 00.01 1 1 1 0 0 0 0+My0 0 1 1 1 1 0 00 0 1 0 1 1 0 00.010 1 0 1 1 0 0 04 位加法器+如-M上y图 ，1 1 0 0 0 1 0 00 0 0 1 1 1 0 00.0110 0 1 1 1 0 0 0+-My1 1 0 0 0 1 0 01 1 1 1 1 1 0 00.011071 1 1 1 1 0 0 0+My0 0 1 1 1 1 0 00 0 1 1 0 1 0 00.01101计算机组成原理课后习题答案（第三版）白中英C = A Bsi3si

20、2ssi1i0十进校正Ci+1FAFAFAFA+3Vs i3s i2s i1s i0FAFAFAFA二进加法当 Ci+1 = 1 时，Si = Si+0011并产生 Ci+1当 Ci+1 = 0 时，Si = Si+11010iin+4ii+1ii i+ A Ci i-1+ B Ci i-1= A B + ( Ai ii+ B )Cii-1= A B + ( Ai ii B )Cii-1(1) 串行进位方式C1 = G1+P1C0其中：G1 = A1B1P1 = A B （A B 也对）C = G +P C222 1G = A B22 2P = A B2221111C = G +P CG =

21、A BP = A B333 233 3333C = G +P CG = A BP = A B444 344 4444(2) 并行进位方式C1 = G1+P1C0C2 = G2+P2G1+P2P1C0C3 = G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0C4 = G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C012(1)组成最低四位的 74181 进位输出为：C4 = Cn+4 = G+PCn = G+PC ， C0 为向第 0 位进位其中，G = y3+y2x3+y1x2x3+y x x x ，P = x x x x ，所以C5 = y4+x4C40 1 2 30 1 2

22、 3C6 = y5+x5C5 = y5+x5y4+x5x4C4(2) 设标准门延迟时间为 T，“与或非”门延迟时间为1.5T，则进位信号C0，由最低位传送至 C6 需经一个反相器、两级“与或非”门，故产生C0 的最长延迟时间为T+2*1.5T = 4T(3) 最长求和时间应从施加操作数到 ALU 算起：第一片74181 有 3 级“与或非”门（产生控制参数 x0, y0, C ），第二、三片 74181 共 2 级反相器和 2 级“与或非”门（进位链），第四片 74181 求和逻辑（1 级与或非门和 1 级半加器，设其延迟时间为3T），故总的加法时间为：t0 = 3*1.5T+2T+2*1.5

23、T+1.5T+3T = 14T13设余三码编码的两个运算数为Xi 和 Y ，第一次用二进制加法求和运算的和数为S ，进位为 Ci+1，校正后所得的余三码和数为 S ，进位为 C ，则有：Xi = Xi3Xi2Xi1Xi0 Yi = Yi3Yi2Yi1Yi0 Si = Si3Si2Si1Si0XYi3i3XYi2i2XYi1i1XYi0i08 计算机组成原理课后习题答案（第三版）白中英根据以上分析，可画出余三码编码的十进制加法器单元电路如图所示。l4 .S i=A正廿Ci 画 iCi+ AiBiCic+ A田 iC:i图如下2SiAirB -Ci?: l15 噜 设计思想 电路山三郘分构成门 乌

24、U 究戎定点加政法运箕和逻钳r运,:., 专用的阵列乘法器究成乘法运符， 专m的1年赞法器完股除让操作逻钝图可参考主教材图 2_7 和图2 9七16， 设计思想； 因为有 八种气砑 所以控割信号采用三位， SO,S1,S2， 加法和减法操作利用4 位补砃加减法器完成； 加 1 屎作可以单独议计电路实现 1 也可以梓被加数诬制为 十 1 利，I ,.加减法器如现： 传送岳 矿责一以利用加减法器实现， 第加数强制为_ o: 逻扣乘和取反操作可设计单独的逻铝运3电路， 用与mfl反相器实现 ； 取补屯潞单独设计 ， 参见士教材图 2心；乘法躲作可单独投计瓦速乘法器电路参见主教 材图2,7 ,9计算机

25、组成原理课后习题答案（第三版）白中英第三章1. (1) 220* 328= 4M字节(2) 1024K * 32 = 2 * 4 = 8片512K *8(3)1 位地址作芯片选择3. (1)根据题意，存储总容量为 64KB，故地址总线需 16 位。现使用 16K*8 位 DRAM 芯片， 共需 16 片。芯片本身地址线占 14 位，所以采用位并联与地址串联相结合的方法来组成整个存储器，其组成逻辑图如图所示，其中使用一片2：4 译码器。(2) 根据已知条件，CPU 在 1us 内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为 0.5us， 如果采用集中刷新，有 64us 的死时间，肯定不行如果采用

26、分散刷新，则每 1us 只能访存一次，也不行所以采用异步式刷新方式。假定 16K*1 位的 DRAM 芯片用 128*128 矩阵存储元构成，刷新时只对 128 行进行异步方式刷新，则刷新间隔为 2ms/128 = 15.6us，可取刷新信号周期 15us。刷新一遍所用时间15us1281.92ms34. (1) 10C24SK * 32 = 32C片S2128K *8CS1CS0A13A0(2)2：4 译码器A14A15D0D710计算机组成原理课后习题答案（第三版）白中英A -A016CPUD -D0 31YY12YYYY6YY345783:8译码器A -A17198(3) 如果选择一个行

27、地址进行刷新，刷新地址为A0-A ，因此这一行上的 2048 个存储元同时进行刷新，即在 8ms 内进行 512 个周期。刷新方式可采用：在 8ms 中进行 512 次刷新操作的集中刷新方式，或按 8ms/512 = 15.5us 刷新一次的异步刷新方式。5. 所设计的存储器单元数为 1M，字长为 32，故地址长度为 20 位（A19A0），所用芯片存储单元数为 256K，字长为 16 位，故占用的地址长度为 18 位（A17A0）。由此可用位并联方式与地址串联方式相结合的方法组成组成整个存储器，共8 片RAM 芯片，并使用一片 2：4 译码器。其存储器结构如图所示。A A1918Y0Y1 Y

28、2 Y3CS CS03D -D (高16位)31 16CSCSCSCS0123256kW / R*16CPUA -A17 16256kW / R*16CSCSCSCS0123D -D (低16位)15 0W / R6.（1）系统 16 位数据，所以数据寄存器 16 位（2）系统地址 128K217，所以地址寄存器 17 位（1） 共需要 8 片（2） 组成框图如下7.(1)组内地址用A12A0CPU32K32K*8*8地 址 寄存器32K*832K*81132K32K32K32K计算机组成原理课后习题答案（第三版）白中英(2) 小组译码器使用 3：8 译码器0000HROM4000HA -A0

29、126000HROM8000HRAMRAM1 8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM2CPUA000HRAM3 RAMC000HRAM 8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8D -D0 15RAM 8K*84E000HRAM53:8译码器(3) RAM1RAM5 各用两片 8K*8 的芯片位并联连接A -A13 158. 顺序存储器和交叉存储器连续读出m = 8 个字的信息总量都是： q = 64 位*8 = 512 位顺序存储器和交叉存储器连续读出8 个字所需的时间分别是： t1 = mT = 8*100ns = 8*10-7st = T + (m

30、 - 1)t = 100ns + 7 * 50ns = 450ns = 4.5 *10-7 ns2顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是：W = q / t11= 512 (8 *10-7 ) = 64 107 位/ sW = q / t22= 512 (4.5 *10 -7 ) = 113.8 107 位/ s9. cache 的命中率H =Nc=2420= 0.968N + Ncm2420 + 80Tr = mTc= 240 = 640cache/主存系统效率e 为11e =*100% =*100% = 86.2%r + (1 - r)H6 + (1 - 6) * 0.968平均访问时间Ta

31、为TT = c =40ns= 46.4nsae0.862ns10. h*tc+(1-h)*tm = tat - t50 - 200h = ta - tm= 93.75%40 - 200cm11. 虚拟地址为 30 位，物理地址为 22 位。页表长度： 1GB = 256K4KB12. 虚拟存储器借助于磁盘等辅助存储器来扩大主存容量，使之为更大或更多的程序所使用。在此例中，若用户不具有虚存，则无法正常运行程序，而具有了虚存，则很好地解决了这个问题。13. 设取指周期为T，总线传送周期为，指令执行时间为t0 (1)t = (T+5+6t0)*80 = 80T+400+480 t0(2) t = (

32、T+7+8t0)*60 = 60T+420+480 t0故不相等。14.页面访问序列01242302132命 中率a012423021323/11b0124230213=c01142302127.3%命中命中命中15.D16.C第四章1.不合理。指令最好半字长或单字长，设16 位比较合适。2.866单操作数指令为：28-m-n 条3.(1)RR 型指令(2)寄存器寻址(3) 单字长二地址指令(4) 操作码字段OP 可以指定 26=64 种操作4.(1)双字长二地址指令，用于访问存储器。操作码字段可指定64 种操作。(2) RS 型指令，一个操作数在通用寄存器（共16 个），另一个操作数在主存中

33、。(3) 有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（共16 个）内容加上位移量。5.(1)双操作数指令(2)23=8 种寻址方式(3)24=16 种操作6.(1)直接寻址方式(2)相对寻址方式(3)变址寻址方式(4)基址寻址方式(5)间接寻址方式(6)变址间接寻址方式解： 直接寻址 相对寻址 变址寻址 基址寻址 间接寻址 基址间址寻址7.40 条指令需占 6 位，26=64，剩余 24 条可作为扩充4 种寻址方式需占 2 位剩余 8 位作为地址X =DOP（6）X（2）D（8） 00直接寻址方式E =X = 01立即寻址方式X = 10变址寻址方式E = （R）+DX = 11相对

34、寻址方式E = （PC）+D8.(1)50 种操作码占 6 位，3 种寻址方式占 2 位OP（6）X（2）D（24）X = 00页面寻址方式E = PCH-DX = 01X = 10立即寻址方式直接寻址方式E = D(2)PC 高 8 位形成主存 256 个页面，每页 1M4K 个单元256(3)寻址模式X = 11 尚未使用，故可增加一种寻址方式。由于 CPU 中给定的寄存器中尚可使用PC，故可增加相对寻址方式，其有效地址E = PC+D，如不用相对寻址，还可使用间接寻址，此时有效地址E = （D）。当位移量变成23 位时，寻址模式变成3 位，可有更多的寻址方式。解: （1）依题意,指令字长

35、 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：计算机组成原理课后习题答案（第三版）白中英Mode=00 时为立即寻址方式，指令的 230 位为立即数； Mode=01 时为直接寻址方式，指令的 190 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)。Mode2=00 时为立即寻址方式，

36、指令的 13-0 位为立即数； Mode2=01 时为页面寻址方式；Mode2=10 时为变址寻址方式，E=(Rn)+D； Mode2=11 时为变址间址寻址方式, E=(Rn)+D)。（2） 由于页面寻址方式时，D 为 14 位，所以页面大小应为 21416K 字，则1M 字可分为 2664 个页面。可由 PC 的高 6 位指出页面号。（3） 能增加其它寻址方式，例上述间址方式、变址间址寻址方式。9. 16 个通用寄存器占 4 位，64 种操作占 6 位，剩下 22 位用于存储器地址，OP（6）R（4）D（22）采用R 为基址寄存器寻址，地址（R）D当基址最大，D 也是最大的时候，寻址能力最

37、大而寄存器是 32 位的，故最大存储空间是 232222 = 4GB4MB。10、11、12、13、14.C15.(1)寄存器(2)寄存器间接(3)立即(4) 直接(5) 相对、基值、变址第五章1. IR、AR、DR、AC122. STA R ，(R )PC-ARPC0, G, ARi3. LDA (R3), R0M-DR4. PC-ARR/W =RDR-IRM-DRDR-IR R2-ARDR0, G, ARi15R20, G, ARi计算机组成原理课后习题答案（第三版）白中英TT12T3T4T5QQCQQQQCQQRCS1D+5VTRTCRTRTRELE2LE3LESCSCDDS4CDLC23fCLR QQSTCRE5LSCDf脉冲时钟源5. 节拍脉冲T ，T ，T 的宽度实际上等于时钟脉冲的周期或是它的倍数。此处 T