计算机组成原理 xilinx ise 4位定点二进制模型,计算机组成原理作业讲解4章-答案...

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1、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？。

2、 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。

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

4、，(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？学习参考略。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。

5、。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V r(硅二极管约为 0.7V ，锗二极管约为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 Vi0，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 VCEVCC 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：。

6、与，或，非。26 分析图 241 所示的逻辑电路图，0.2V)ICRCa)图241习题 2. 6图b)a) F AB(b) F=AD+C + BD2 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学习参考答： F A C BD BEF28 分析图 242 所示的逻辑电路，列出真值表，说明其逻辑功能。图242 习题2. 8图2.8 答：A 1 A0 X0 X 1 X2 X3F0 0 X X X XX00 1 X X X XX11 0 X X X XX21 1 X X 。

7、X XX3图 2 42 是一个四选一电路29 分析图 243 所示的逻辑电路图，列出真值表，说明其逻辑功能。答：A B CF1 F20 0 00 00 0 11 00 1 01 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1图 243 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学习参考(2)F AC AB BCD BCE CDE答：( 1) F AC AB( 2) 。

8、F AB BD CE AC2 11 简述组合逻辑电路的设计过程。略：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)m(0,2,6,7,10,13,14,15)；(2) F(A,B,C,D)m(2,4,5,6,7,10) (0,3,8,15) 。答： (1)F ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCDBC CD ABD ABD =BCCDABDABD 图略。(2)F ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD (ABCD ABCD ABCD ABCD )=AC AB BCD= AC ABBC D 图略。213 。

9、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。214 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216 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 33 1 求下列各数的十进制数值：(1)(2673)8(2)(BD C)16(3)( 1011011101)2答：.(1 ) 183.375， (2) 189.75， (3 ) 91.625学习参考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。

10、四位二进制有效数 据)：(1)-282 75 ( 2) 123 46 (3)-115/512 (4)449375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)123.467B.71111011.0111173.34(3)-115/512-0.3880.001110011-0.163(4)44.93752C.F101100.111154.7433 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。

11、)000000000000000000000000010000000111111110.00000000.00000000.00000001.00000001.1111111(2)127111111111000000110000000(3)0.51.10000001.10000001.0111111(4)19/1281.00100111.11011011.1101100(5)100011001000110010001100100(6)23/640.01011100.01011100.01011103 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 (。

12、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)0000000035 设某机器数字长为 8位，有两个数的 16进制表示形式为 。

13、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；学习参考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9CHFFH无符号整数156255原码表示的定点整数-28-127原码表示的定点小数-3 -4 -5-(2-3+2-4+2-5)= -0.21875-7-(1-2-7)补码表示的定点整数-100-1补码表示的定点小数-1 -2 -5-(2-1+2-2+2-5)=0.78125-2-7反码表示的定点整数-99-0移码表示的。

14、定点整数281273 6 假设某规格化浮点数的尾数表示形式为 ( 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AM0=0BM0=1EM0.M1=0.0FM0.M 1=1.1HM0.M 1=1.0答：( 1)D ；(2)GH3 7 浮点数的表示范围取决于D数，浮点数的正负取决于 AM0.M 1 M n，选择正确的答案写在横线上： D 。GH 。CM1=0DM1=1GM0.M1=0.1的位数，浮点数的表示精度取决于 C 的位 E 在浮点数的表示中是隐含规定的。A 数符B阶符答：D, C, A, EC尾数D阶码E阶码的底3 8 设一浮点数格式为：字长 12 位，阶码 。

15、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。答：(1)X= 0.110012-1, X 浮 1.11001 2011111X 浮 0,11111 1.110012 100010 Y=0.1011122 ,Y 浮 0.10111 2100010Y 浮1,00010 0.10111100111( 2) Z 浮= 0.101002100111Z= 803 9 设一机器数字长 16 位，求下。

16、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；8 位，用补码表示(要求写5)非规格化浮点表示，格式为：阶码 8 位，用移码表示，尾数出最大数、最小数、最大负数、最小正数)学习参考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)。答：机器字长 16 位，下列各数的表示范围(1)无符号整数1602 -1(2)原码定点整数15 15 -(2 -1) +2 -1(3)补码定点整数15 15 -2 +2 -1(4)补码定点小数-15-1 + 1-2(5) 、 (6) 阶码八位，移码表示，尾数 8 位。

17、，补码表示最大数最小数最大负数最小正数非规格化浮1，11111111，11111110，00000000，0000000点数0.11111111.00000001.11111110.0000001-7 +127(1-2-7)2+127+127-12+127-2-72-1282-7 2-128规格化浮点1，11111111，11111110，00000000，0000000数0.111111111.00000001.011111110.1000000(1-2-7)2+127-1 2+127-(0.5 2-7 )2-1280.5 2-1283 10将下列十进制数转换为 IEEE754 单精度浮点数。

18、格式：(1) 3675( 2) 35/256答： (1) 1,0000100 0.00100110000000000000000=84130000H(2)0,1111100 1.00011000000000000000000=7C8C0000H3 11求下列各 IEEE754 单精度浮点数的十进制真值：(1)43990000H( 2) 00000000H答：( 1) 1.10011001*2 -60(2)2-127 312在汉字系统中，有哪几种编码？它们各自有什么作用？略。 313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？ 字形码 。3 14在 一个应用系统中，需要构造一个包含了。

19、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？3200 字节， 50*2=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 316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奇 (2)01111110 偶 (3)11011000 偶( 4)10100001 奇 317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 。

20、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 B (1)； 字符 “C”的这样的( 1)是 C 。 01000001( 1)：A. 奇校验码 B. 偶校验码(2)：A. 43H B. 87HC. C3H 1100,0011 D. 86H学习参考318 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。海明码： 100010111100，319 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 0110111。

21、001 的海明码。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。3321 设生成多项式为 X3+X+1 (即 1011B)，请计算有效数据 10101的 CRC 编码。 10101101322 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？3 23 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。习题 441设 X=0.1101 ，Y= -。

22、 0.0110，求：1)X 补(2)-X补(3) 2X 补(4)-2X 补5)X/2 补(6)- X/2 补(7)Y补(8)-Y 补9)2Y 补(10)- 2Y 补(11) Y/2 补(12) - Y/2 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(6)-X/2 补= 1.1001(7)Y 补= 1.1010(8)-Y补= 0.0110(9)2Y 补 =1.0100(10)-2Y 补=0.1100(11)Y/2 补=1.11。

23、01(12)-Y/2 补= 0.0010(13) - Y/4 补= 0.000142已知 X和 Y ，用变形补码计算 X+Y 和X-Y ，并指出运算结果是否溢出： (1) X=0.11011 ， Y=0.11111(2) X=-0.1101 ， Y=0.0110 答：.(1 ) X+Y 补： 溢出XY补= 1.11100() X+Y 补=1.1001学习参考X Y 补： 溢出43试使用两个 4 位二进制加法器和若干逻辑门电路， 设计一位余 3码编码的十进制加法器。 示：余 3码加法的校正规则为：当余 3 码编码的两个数直接相加后，若结果有进位，则和数 加 3 校正；否则和数减 3 校正)图在下。

24、不好画：略：44 使用原码一位乘法计算 X*Y ：(3)X=0.11101 ， Y=0.01111(4)X=-0.10011 ， Y=0.11010答： () X*Y 原 0.0110110011)学习参考X*Y 原 1.0111101110 4 5 使用补码 Booth 乘法计算 X*Y ：5) X=0.01111 ， Y=-0.111016) X=-0.10011 ， Y=-0.11010 答：()学习参考 X*Y 补 1.1001001101()X*Y 补 0.0111101110学习参考46 分别使用原码恢复余数除法和原码加减交替除法计算 X/Y ：(7)X=0.0111 ， Y=0.。

25、1101(8)X=0.1011 ， Y=-0.1110答：()原码恢复余数除法 : Qs原= 0.1000 ;R原=0.00001000原码加减交替除法 : Qs原= 0.1000;R 原=0.00001000)原码恢复余数除法Qs原= 1.1100 ;R 原=0.00001000学习参考原码加减交替除法 : Qs原= 1.1100 ;R 原=0.0000100047 使用补码不恢复余数除法计算 X/Y ：(9)X=0.0111 ， Y=0.1101(10)X=0.1011 ， Y=-0.1110 答：() Qs补= 0.1001;R 补=0.00001110() Qs补= 1.0011 ;R。

26、补=0.00001100阶码和48 设浮点数的格式为：阶码 5 位，尾数 6 位，均用补码表示，请计算 X+Y 和 X-Y 尾数均用补码计算) 。(11 ) X= - 1.625 ， Y=5.25(12) X=15/64 ，Y= - 29/256答：()XY 补 0,0010 0.11101; X+Y=0.11101 20010学习参考XY 补 0,0011 1.00101; X-Y= 0.11011 20011学习参考() X Y 补 1,1101 0.11111; X+Y=0.11111 2 0011学习参考XY 补 1,1111 0.10110; X-Y=0.10110 2- 00014。

27、9设浮点数的格式为：阶码 5 位，用移码表示，尾数 6位，用补码表示，请计算 (阶码用移码计算，尾数用任何一种机器数的串行乘除算法计算) 。(13) X=5.25 ，Y= - 1.625(14)X= - 29/256 ， Y=15/64X*Y 和 X/Y答：() X Y 浮=1,0100 1.01111; X*Y= 0.10001 20100学习参考X/Y 浮= 1,0010 1.00111;X/Y= 0.11001 20010学习参考学习参考-0101) X Y 浮=0,1011 1.00101; X*Y= 0.11011 2-0101学习参考-0001X/Y 浮= 0,1111 1.000。

28、01; X/Y= 0.111112学习参考15)若尾数运算结果形式满足条件时，结果需要左规；16)若尾数运算结果形式满足条件时，结果需要右规( 1 次)；17)若尾数运算结果形式满足条件时，结果不需要规格化；AM S1M S2.M 1=00.0BMS1M S2.M 1=00.1C M S1M S2.M 1=01.0DM S1M S2.M 1=01.1E M S1M S2.M 1=10.0FMS1M S2.M 1=10.1GM S1M S2.M 1=11.0HMS1M S2.M 1=11.1答：() A, H () D,E,F () B11浮点数运算的溢出判断，取决于 。A尾数是否上溢B尾数是否。

29、下溢C阶码是否上溢D阶码是否下溢答：C12设X 补=X0.X 1 Xn，X 必须满足条件时， X 左移一位求 2X 时，n4才不会4假设浮点数加减运算时，尾数采用变形补码(模M S1 M S2.M 1 M n ，选择正确的答案写在横线上：发生溢出。AX0.X1=0.0BX0.X1=1.1CX 0.X1=0.1D X 0.X 1=1.0答：A, B413 设机器字长 8 位，若机器数 DAH 为补码，则算术左移一位后为 ，算术右移一 位后为 。A B4HBB5HCF4HD 6DHEEDH答：A, E4 14 在计算机内，减法一般用来实现。A 二进制减法器B十进制减法器C二进制加法器D十进制加法器。

30、答：C410为：4 补码)进行运算，运算结果形式415设某运算器由一个加法器 、两个暂存器 A 和 B( D型边沿寄存器) 、一个状态寄存器、一个二选一多路选择器构成， 如图 4.29 所示。加法器具有 F=A 、F=B 和 F=A+B 这 3 种功能； A、 B 均可接收加法器的输出， A 还可以接收外部输入数据 D。问：(18)描述外部数据 D 传送到暂存器 B 的过程，写出发送的信号序列。(19)如何实现操作 A+B A 和 A+B B？写出发送的信号序列。(20)可以实现操作 D+AA 和 D+BB 吗？如果可以，请写出发送的信号序列。(21)若 A、B 均为锁存器(电平触发的寄存器)。

31、 ，那么实现操作 A+BA 和 A+BB 时有问 题吗？为什么？学习参考4.29 习题 4.15 图示 答：()传送过程： ， 。控制信号： 0(选)， CPA, A,F=A,S=1( 选 )() A,B ,F=A+B,S= ( 选 ) ，CPAA ,B ,F=A+B,CPB() S=0(选 D),CPA, A,B,F=A+B,S= (选)，CPAS=0(选 D),CPA, A ,B ,F=A+B,CPB()结果不对。加法器会多次运算。4 16如果将例4.12 中的两条指令修改如下，试写出运算结果及其标志位，并分析各标志的意义。MOVAL ，7FHADDAL ，80H答：( AL ) =FFH。

32、 ；ZF=0：因为运算结果非零；CF=0：因为加法运算的最高位没产生进位，OF=0：因为 C1Cf =0，表明有符号数运算发生没溢出， SF=1：因为运算结果的最高位为1,PF=1：结果中“ 1”的个数为偶数个，所以PF=1 。4 17如果将例 4.12 中的两条指令修改如下，试写出运算结果及其标志位，并分析各标志的意义。MOVAL ，7FHSUBAL ，1答：(AL )=7EH ； ZF=0：因为运算结果非零； CF=0：因为加法运算的最高位没产生借位， OF=0：因为 C1Cf =0，表明有符号数运算发生没溢出， SF=0：因为运算结果的最高位为0,PF=0：结果中“ 1”的个数为奇数个，所以 PF=0 。学习参考学习参考。