计算机组成原理基础-孙德文课后习题解答.doc

精品文档，知识共享 计算 机 组成基础 习题 详 解 初稿 孙德文 上海交通大学软件学院 2009.3 精品文档，知识共享 第 1 章 计算机系统概论 1.1 数字计算机和模拟计算机的区别 解 电子数字计算机的特点是数据由离散量来表示，是对离散变量进行处理和运算的解算装置。 电子模拟计算机的特点是数据由连续量来表示，是对连续变量进行运算的解算装置。在电子模拟计算机中，变量为连续变化的直流电压、电流或电荷。 1.2 说明冯 诺依曼计算机的设计思想写出冯 诺依曼计算机的主要组成部分 解 冯 诺依曼计算机的 设计思想是 提出了“存储程序”的概念，程序设计者按计算要求编制好程序，将程序和运行程序中所用的数据以二进制代码的形式存入计算机的存储器中，由计算机自动执行程序。使电子计算机有了通用性，只要能写出正确的指令，计算机执行时就无须人工干预。 冯 诺依曼计算机的主要组成部分 是 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其中运算器和控制器合称“中央处理机”(或称为 CPU， Central Processing Unit)， CPU 与存储器 内存储器 合称为“主机” ,而输入设备和输出设备合称为“外部设备”。 1.3 描述计算机的发展过程及应用范围 解电子数字计算机从 1946 年第一台 ENIAC 机至今可分为 4 代 第一代 电子管计算机； 第二代 晶体管计算 机 第三代 集成电路计算 机 第四代 大规模和超大规模集成电路计算机 应用范围 1.4 计算机软件的组成并举例说明。 解 计算机的主要应用领域 包括 数值计算 、 数据处理 、 计算机控制 、 计算机辅助设计计算机辅助制造 和 人工智能 等。 1.5 说明计算机系统的层次结构及各层次结构的特点 解 计算机系统的层次结构共分 8 级，从 L0L7，其中 L0 为 硬联逻辑，实现微指令的控制时序，是计算机系统硬件的内核； 精品文档，知识共享 L1 为微程序控制，根据机器指令配备一套微指令，给出微操作控制信号 ； L2 为机器语言级计算机，该级的机器语言就是该计算机的指令系统 ； L3 为操作系统，为用户提供一个操作环境 ； L4 为汇编语言级计算机，该级的机器语言是汇编语言，由相应级的计算机进行解释、执行； L5 为高级语言类计算机，该级的机器语言是各种高级语言，该级计算机基本上脱离了物理计算机，供程序员使用； L6 为应用语言计算机，该级的机器语言是面向非计算机专业人员直接使用的应用语言 ； L7 为应用系统分析和设计，是系统总体分析级，用以建立数学模型和算法，确定系统配置。 精品文档，知识共享 第 2 章 运算基础 ----数值的机器级表示 2.1 写出下列十进制数的 8 位二进制补码表示 1 54 2 37 3 111 4 253 5 0.1 6 0.63 7 0.34 8 0.21 解 154 00110110B 32166 237 00100101B 325 3 111 01101111B 643215 4 253 0 11111101B 255 2 超过 8 位补码范围 5 0.1 0.0001101 0.1 12.8/128 13/128 6 0.63 0.1010001B 0.6380.6/12881 /128 7 0.34 0.0101100 0.34 43.52/128 44/ 128 8 0.21 0.0011011 0.21 26.88 / 128 27 /128 2.2 转换下列二进制数为十进制数 1 10111101 2 10001001 3 0.1011111 4 0.0011010 5 10011001.110011 6 111000111 解 1 10111101 189 255 64 2 2 10001001 137 1289 3 0.1011111 95 / 128 0.7421875 127 32/ 128 4 0.0011010 13 / 64 0.203125 5 10011001 .110011 153 51/64 153.796875 153 128169 , 51/64 63 12/64 6 111000111 455 455 511 32 16 8 2.3 写出下列带符号数的原码、反码、补码和移码表示 用 8 位二进制代码表示 1 112 2 0.625 3 124 4 0.375 5 197 60.8125 精品文档，知识共享 7 6 8 0 3125 9 127 10 1 解 1 112 127 15 112 原 01110000B 112 反 01110000B 112 补 01110000B 112 移 11110000B 2 0.625 0.1010000B 0.625 原 0.625 反 0.625 补 0.1010000B 小数无移码 3 124 127 3 1111100B 124 原 11111100B 124 反 10000011B 124 补 10000100B 124 移 10000100B 4 0.375 48/128 0.0110000B 0.375 原 1.0110000B 0.375 反 1.1001111B 0.375 补 1.1010000B 小数无移码 5 197 超过 8 位范围。无法表示。 6 0.8125 104/128 0.1101000B 0.8125原 0.8125反 0.8125补 0.1101000B 小数无移码 7 6 6 原 10000110B 6 反 11111001B 6 补 11111010B 6 移 01111010B 8 0 3125 40/128 0.0101000 0 3125 原 1. 0101000B 0 3125 反 1.1010111B 0 3125 补 1.1011000B 精品文档，知识共享 小数无移码 9 127 1111111 127原 11111111B 127 反 10000000B 127 补 10000001B 127 移 00000001B 10 1 1原 10000001B 1反 11111110B 1 补 11111111B 1 移 01111111B 2.4 给出以下机器数，求其真值 用二进制和十进制数表示) 1 x原 00100111 2 x补 10101101. 3 x补 01000110 4 x原 10101101 5 x移 01000110 6 x移 11010011 解 1 X 0100111B327 39 2 x补 10101101B x原 11010011B X 1010011B 64163 83 3 X 1000110B646 70 4 X原 10101101B X 0101101B 3213 45 5 x移 01000110 x补 11000110 X 0111010 58 6 x移 11010011 x补 01010011 X101001183 2.5 已知生成多项式为 x4x1 ,有效信息为 10101011，求 CRC 校验码。 解 信息 数据字块 M 10101011(共 8位) 除数代码为 G 10011 即生成多项式 GX x4x1 精品文档，知识共享 求循环冗余校验码 二进制除法过程如下 10110110 10011 101010110000 10011 11001 10011 10101 10011 11000 10011 10110 10011 1010 此余数即所求之循环冗余码。 R 1010 得循环冗余校验码 CRC为 101010111010 2.6 已知生成多项式为 x4x1 ,有效信息为 100101011，求 CRC 校验码。 解 信息 数据字块 M 100101011(共 9位) 除数代码为 G 10011 即生成多项式 GX x4x1 求循环冗余校验码 二进制除法过程如下 100011001 10011 1001010110000 10011 11011 10011 10000 10011 11000 精品文档，知识共享 10011 1011 此余数即所求之循环冗余码。 R 1011 得循环冗余校验码 CRC为 1001010111011 2.7 已知生成多项式为 x4x1，接收到的 CRC 校验码为 1001010111101，请检查有无出错 解 循环冗余校验码 CRC为 1001010111101 除数为 10011 进行 CRC 检查 100011001 10011 1001010111101 10011 11011 10011 10001 10011 10101 10011 110 R110 有 错 2.8 已知生成多项式为 x4x1，接收到的 CRC 校验码为 1001010111010，请检查有无出错 解 循环冗余校验码 CRC为 1001010111010 除数为 10011 进行 CRC 检查 100011001 10011 1001010111010 精品文档，知识共享 10011 11011 10011 10001 10011 10010 10011 1 R1 有错 精品文档，知识共享 第 3 章 数值的机器运算 3.1 已知 x补 和 y 补 的值，用补 .码加减法计算 xy 和 x-y(写出结果的二进制表示和十进制表示 )，并指出结果是否溢出 以及溢出的类型 建议采用变形补码什算 。 1 x 补 0.11011 , y补 0.00011 2 x 补 0.10111 y补 1.00101 3 x 补 1.01010 y补 1.10001 4 x 补 1.10011 y补 0.11001 解 y补 0.00011 1 x补 0.11011 , y补 1.11101 XY补 x补 y补 精品文档，知识共享 00.11011 00.00011 __________________ 00.11110 XY 15/16 0.1111B X Y补 x补 y补 00.11011 11.11101 __________________ 00.11000 X Y 12/16 3/40.11B 检 验 【 X 27/ 32 Y 3/32 XY 273/32 30/320.11110B X Y 27 3/3224/323/40.11B 】 2 x补 0.10111 , y补 1.00101 Y原 1.11011 y补 0.11011 XY补 x补 y补 精品文档，知识共享 00.10111 11.00101 __________________ 11.11100 XY 0.001B 1/8 X Y补 x补 y补 00.10111 00.11011 ________________ 01.10010 上溢 X Y补 1.10010 上溢 【 修正 X Y 0.01110 7 / 162 25 / 16 】 检 验 【 X 23/ 32 Y 27/32 XY 23 27/32 -4/32 1/8 X Y 2327/3250/32 25/16 上溢 】 3 x补 1.01010 , y补 1.10001 y补 0.01111 XY补 x补 y补 11.01010 11.10001 __________________ 10.11011 XY0.11011B27/32 修正 27/32 227 64 37/32 X Y补 x补 y补 11.01010 00.01111 ________________ 11.11001 X Y 0.00111B 7/32 精品文档，知识共享 检 验 【 X 22/ 32 11/16 Y 15/32 XY 15 22 /32 37/32 下溢 X Y 22 15 / 32 7/32 】 4 x补 1.10011 , y补 0.11001 X 0.01101 13/ 32 Y 0.1100125/32 XY 1325/32 12/323/8 X Y 13 25/32 38/32 -19 / 16 下溢 y补 1.00111 XY补 x补 y补 11.10011 00.11001 __________________ 00.01100 XY0.01100B3/8 X Y补 x补 y补 11.10011 11.00111 ________________ 10.11010 下溢 X Y补 0.11010 下溢 【 修正 X Y 13 / 16 2 19 / 16 】 检 验 【 X 0.01101 13/ 32 Y 0.1100125/32 XY 1325/32 12/323/8 X Y 13 25/32 38/32 -19 / 16 下溢 】 3.2 给出 x 和 y 的二进制值，用补码加减法计算 xy 和 x-y(写出结果的二进制表示和十精品文档，知识共享 进制表示)，并指出结果是否溢出 以及溢出的类型 建议采用变形补码什算 、 1 x0.10111 y0.11011 2 x0.11101 y0.10011 3 x0.11011 y-0.1010 4 x-0.11111 y0.11011 5 x-0.11011 y0.1010 6 x-0.11010 y-0.11001 7 x-1011101 y1101101 8 x1110110 y-1001101 9 x1101110 y1010101 10 x-1111111 y-1101101 解 1 X0.10111 Y0.11011 X补 0.10111 Y补 0.11011 Y补 1.00101 XY补 X补 Y补 00.10111 00.11011 _______________________ 01.10010 上溢 XY 上溢 X Y补 X补 Y补 00.10111 11.00101 _________________________ 11.11100 X-Y 0.00100 1/8 检 验 【 X23/32 Y27/32 XY50/32 修正 XY-0.0111 7 / 16 2 25 / 16 X Y 1/8】 2 X0.11101 Y0.10011 X补 0.11101 Y补 0.10011 Y补 1.01101 精品文档，知识共享 XY补 X补 Y补 00.11101 00.10011 _______________________ 01.10000 上溢 XY 上溢 X Y补 X补 Y补 00.11101 11.01101 _________________________ 00.01010 X-Y0.01010 5/16 检 验 【 X29/32 Y19/32 XY48/32 3 / 2 修正 XY 0.1 1 / 22 1.5 X Y10/325 / 16】 3 X0.11011 Y 0.1010 X补 0.11011 Y补 1.01100 Y补 0.10100 XY补 X补 Y 00.11011 11.01100 _______________________ 00.00111 XY 7/32 X Y补 X补 Y补 00.11011 00.10100 _________________________ 精品文档，知识共享 01.01111 X Y 0.10001 17/32 上溢 修正 17/32247/32 检 验 【 X27/32 Y 20/32 XY7/32 X Y47/32】 4 X 0.11111 Y0.11011 X补 1.00001 Y补 0.11011 Y补 1.00101 XY补 X补 Y补 11.00001 00.11011 _______________________ 11.11100 XY 0.00100 1/8 X Y补 X补 Y补 11.00001 11.00101 _________________________ 10.00110 下溢 X Y0.001103/16 下溢 修正 6/32 258/32 29/16 检 验 【 X 31/32 Y27/32 XY 4/32 1/8 X Y58/3229/16】 5 X 0.11011 Y0.10100 X补 1.00101 Y补 0.10100 精品文档，知识共享 Y补 1.01100 XY补 X补 Y补 11.00101 00.10100 _______________________ 11.11011 XY 0.00111 7/32 X Y补 X补 Y补 11.00101 11.01100 _________________________ 10.10001 下溢 X Y17/32 下溢 修正 17/32 2 47/32 检 验 【 X 27/32 Y20/32 XY 7/32 X Y 47/32】 6 X 0.11010 Y 0.11001 X补 1.00110 Y补 1.00111 Y补 0.11001 XY补 X补 Y补 11.00110 11.00111 _______________________ 10.01101 XY 13/32 下溢 修正 13/32 2 51/32 X Y补 X补 Y补 11.00110 00.11001 _________________________ 精品文档，知识共享 11.11111 X Y 0.00001 1/32 检 验 【 X 26/32 Y 25/32 XY 51/32 X Y 1/32】 7 X 1011101 Y1101101 X补 10100011 Y补 01101101 Y补 1.01100 XY补 X补 Y补 110100011 001101101 _______________________ 000010000 XY 0001000016 X Y补 X补 Y补 110100011 110010011 _________________________ 100110110 下溢 X Y54 下溢 修正 54 256 202 检 验 【 X 93 Y109 XY16 X Y 202】 8 X1110110 Y 1001101 X补 01110110 精品文档，知识共享 Y补 10110011 Y补 01001101 XY补 X补 Y补 001110110 110110011 _______________________ 000101001 XY 41 X Y补 X补 Y补 0011101101 001001101 _________________________ 011000011 上溢 X Y 61 上溢 修正 61256195 检 验 【 X118 Y 77 XY41 X Y195】 9 X1101110 Y1010101 X补 01101110 Y补 01010101 Y补 10101011 XY补 X补 Y补 001101110 001010101 _______________________ 011000011 上溢 XY 0111101 61 修正 61256195 X Y补 X补 Y补 001101110 110101011 _________________________ 精品文档，知识共享 000011001 X Y25 检 验 【 X110 Y85 XY195 X Y25】 10 X 1111111 Y 1101101 X补 10000001 Y补 10010011 Y补 01101101 XY补 X补 Y补 110000001 110010100 _______________________ 100010100 下溢 XY 0001010020 修正 20 256 236 X Y补 X补 Y补 110000001 001101101 _________________________ 111101110 检 验 【 X Y 0010010 18 X 127 Y 109 XY 236 X Y 18】 3.3 给出 x 和 y的二进制值，试用原码一位乘法求 X Y，(写出结果的 二进制表示和十 进制表示，要求写出运算过程)， ( 1) X 0100， Y 0011 ( 2) X 0.0101， Y 0. 1010， ( 3) X 1001， Y 1101 4) X 0.1011， Y 0.1101 ( 5) X 1010， Y1011 ( 6) X0.1001， Y 0.0101 精品文档，知识共享 ( 7) X 1010， Y1101 ( 8) X 0.0110， Y 0.0101 ( 9) X 10101， Y 10011 ( 10) X 0.10111， Y 0.10101 解( 1) X 0100， Y 0011 按乘法规则，符号位 Zs Xs Ys 0 1 1； 绝对值相乘如下 0 0 0 0 0 0 1 1 部分积初值 0 1 0 0 Y41，加上被乘数 X 0 1 0 0 0 0 1 1 第一次部分积 0 0 1 0 0 0 0 1 右移一位 0 1 0 0 Y31，加加上被乘数 X 0 1 1 0 0 0 0 1 第二次部分积 0 0 1 1 0 0 0 0 右移一位 0 0 0 0 Y20，加 0 0 0 1 1 0 0 0 0 第三次部分积 0 0 0 1 1 0 0 0 右移一位 0 0 0 0 Y10， 加 0 0 0 0 1 1 0 0 0 第四次部分积 0 0 0 0 1 1 0 0 右移一位得乘积 得 Z原 1 0 0 0 0 1 1 0 0 Z - 0 0 0 0 1 1 0 0 B - 12 ( 2) X 0.0101， Y 0. 1010 按乘法规则，符号位 Zs Xs Ys 0 1 1； 绝对值相乘如下 0 0 0 0 1 0 1 0 部分积初值 0 0 0 0 Y30，加 0 0 0 0 0 1 0 1 0 第一次部分积 0 0 0 0 0 1 0 1 右移一位 0 1 0 1 Y21，加上被乘数 X 0 1 0 1 0 1 0 1 第二次部分积 0 0 1 0 1 0 1 0 右移一位 0 0 0 0 Y30，加 0 0 0 1 0 1 0 1 0 第三次部分积 精品文档，知识共享 0 0 0 1 0 1 0 1 右移一 位 0 1 0 1 Y11，加上被乘数 X 0 1 1 0 0 1 0 1 第四次部分积 0 0 1 1 0 0 1 0 右移一位得乘积 得 Z原 1. 0 0 1 1 0 0 1 0 Z - 0. 0 0 1 1 0 0 1 0 B - 50 / 256 ( 3) X 1001， Y 1101 按乘法规则，符号位 Zs Xs Ys 0 1 1； 绝对值相乘如下 0 0 0 0 1 1 0 1 部分积初值 1 0 0 1 Y41，加上被乘数 X 1 0 0 1 1 1 0 1 第一次部分积 0 1 0 0 1 1 1 0 右移一位 0 0 0 0 Y30，加 0 0 1 0 0 1 1 1 0 第二次部分积 0 0 1 0 0 1 1 1 右移一位 1 0 0 1 Y41，加上被乘数 X 1 0 1 1 0 1 1 1 第三次部分积 0 1 0 1 1 0 1 1 右移一位 1 0 0 1 Y41，加上被乘数 X 1 1 1 0 1 0 1 1 第四次部分积 0 1 1 1 0 1 0 1 右移一位得乘积 得 Z原 1 0 1 1 1 0 1 0 1 Z - 0 1 1 1 0 1 0 1 B - 117 ( 4) X 0.1011， Y 0.1101 按乘法规则，符号位 Zs Xs Ys 0 1 1； 绝 对值相乘如下 0 0 0 0 1 1 0 1 部分积初值 1 0 1 1 Y41，加上被乘数 X 1 0 1 1 1 1 0 1 第一次部分积 0 1 0 1 1 1 1 0 右移一位 0 0 0 0 Y30，加 0 精品文档，知识共享 0 1 0 1 1 1 1 0 第二次部分积 0 0 1 0 1 1 1 1 右移一位 1 0 1 1 Y21，加上被乘数 X 1 1 0 1 1 1 1 1 第三次部分积 0 1 1 0 1 1 1 1 右移一位 1 0 1 1 Y11，加上被乘数 X 1 0 0 0 1 1 1 1 1 第四次部分积 1 0 0 0 1 1 1 1 右移一位得乘积 得 Z原 1.10001111 Z - 0. 10001111 B - 143 ( 5) X 1010， Y1011 按乘法规则，符号位 Zs Xs Ys 1 0 1； 绝对值相乘如下 0 0 0 0 1 0 1 1 部分积初值 1 0 1 0 Y41，加上被乘数 X 1 0 1 0 1 0 1 1 第一次部分积 0 1 0 1 0 1 0 1 右移一位 1 0 1 0 Y41，加上被乘数 X 1 1 1 1 0 1 0 1 第二次部分积 0 1 1 1 1 0 1 0 右移一位 0 0 0 0 Y40，加 0 0 1 1 1 1 0 1 0 第三次部分积 0 0 1 1 1 1 0 1 右移一位 1 0 1 0 Y41，加上被乘数 X 1 1 0 1 1 1 0 1 第四次部分积 0 1 1 0 1 1 1 0 右移一位得乘积 得 Z原 1 0 1 1 0 1 1 1 0 Z - 0 1 1 0 1 1 1 0 B - 110 ( 6) X0.1001， Y 0.0101 按乘法规则，符号位 Zs Xs Ys 0 1 1； 绝对值相乘如下 0 0 0 0 0 1 0 1 部分积初值 精品文档，知识共享 1 0 0 1 Y41，加上被 乘数 X 1 0 0 1 0 1 0 1 第一次部分积 0 1 0 0 1 0 1 0 右移一位 0 0 0 0 Y30，加 0 0 1 0 0 1 0 1 0 第二次部分积 0 0 1 0 0 1 0 1 右移一位 1 0 0 1 Y21， 加上被乘数 X 1 0 1 1 0 1 0 1 第三次部分积 0 1 0 1 1 0 1 0 右移一位 0 0 0 0 Y30，加 0 0 1 0 1 1 0 1 0 第四次部分积 0 0 1 0 1 1 0 1 右移一位得乘积 得 Z原 1. 0 0 1 0 1 1 0 1 Z -0 . 0 0 1 0 1 1 0 1 B - 45 /256 ( 7) X 1010， Y1101 按乘法规则，符号位 Zs Xs Ys 1 0 1； 绝对值相乘如下 0 0 0 0 1 1 0 1 部分积初值 1 0 1 0 Y41，加上被乘数 X 1 0 1 0 1 1 0 1 第一次部分积 0 1 0 1 0 1 1 0 右移一位 0 0 0 0 Y30，加 0 0 1 0 1 0 1 1 0 第二次部分积 0 0 1 0 1 0 1 1 右移一位 1 0 1 0 Y41，加上被乘数 X 1 1 0 0 1 0 1 1 第三次部分积 0 1 1 0 0 1 0 1 右移一位 1 0 1 0 Y41，加上被乘数 X 1 0 0 0 0 0 1 0 1 第四次部分积 1 0 0 0 0 0 1 0 右移一位得乘积 得 Z原 1 1 0 0 0 0 0 1 0 Z - 1 0 0 0 0 0 1 0 B - 130 ( 8) X 0.0110， Y 0.0101 精品文档，知识共享 按乘法规则，符号位 Zs Xs Ys 1 0 1； 绝对值相乘如下 0 0 0 0 0 1 0 1 部分积初值 0 1 1 0 Y41，加上被乘数 X 0 1 1 0 0 1 0 1 第一次部分积 0 0 1 1 0 0 1 0 右移一位 0 0 0 0 Y30，加 0 0 0 1 1 0 0 1 0 第二次部分积 0 0 0 1 1 0 0 1 右移一位 0 1 1 0 Y21，加上被乘数 X 0 1 1 1 1 0 0 1 第三次部分积 0 0 1 1 1 1 0 0 右移一位 0 0 0 0 Y30，加 0 0 0 1 1 1 1 0 0 第四次部分积 0 0 0 1 1 1 1 0 右移一位得乘积 得 Z原 1. 0 0 0 1 1 1 1 0 Z -0. 0 0 0 1 1 1 1 0 B - 30 / 256 ( 9) X 10101， Y 10011 按乘法规则，符号位 Zs Xs Ys 0 1 1； 绝对值相乘如下 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1