《计算机组成与结构》第四版 (王爱英 著) 课后习题答案 清华大学出版社（上） 43页

'欢迎光临阳光大学生网,提供最全面的大学生课后习题答案和复习试题免费下载，http://www.sundxs.com/阳光大学生网我们希望呵护您的眼睛，关注您的成长，给您一片绿色的环境，欢迎加入我们，一起分享大学里的学习和生活感悟，免费提供:大学生课后答案，大学考试题及答案，大学生励志书籍。 计算机组成与结构习题讲解(1)WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的逻辑部件¢2.4设计用若干个全加器和若干个与门、或门实现的8421码十进制加法器单元电路。¢分析与解答：¢BCD码：爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn0000-1001¢二进制：0000-1111WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的逻辑部件爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn+6WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的逻辑部件¢何时要对结果作修正？¢当二进制加法的结果为1010、1110、1210、1310、1410、15时10¢二进制结果有进位时¢由卡诺图，得到：¢结果=E3•E2+E3•E1爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的逻辑部件爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的算术运算¢4.1用32位二进制2的补码表示法表示数51210¢分析与解答：¢51210¢=(1000000000)2爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢=(00000000000000000000001000000000)2WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的算术运算¢4.2用32位二进制2的补码表示法表示数-102310¢分析与解答：¢¢-102310爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢=-(1111111111)2¢=(10000000000000000000001111111111)原¢=(11111111111111111111110000000001)补WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的算术运算¢4.4给出如下用二进制2的补码表示法表示的数的十进制数：111111111111111111111110000011002¢分析与解答：¢(11111111111111111111111000001100)补¢=(10000000000000000000000111110011)反爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢=(10000000000000000000000111110100)原¢=-(111110100)2¢=-500WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的算术运算¢4.8给出二进制数11001010111111101111101011001110的十六进2制数¢分析与解答：¢(Hex)0-F<=>(B)0000-1111¢110010101111111011111010110011102爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢=(1210151415101214)¢=(CAFEFACE)16WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的算术运算¢4.14二进制数的各个数位本身并不是天生就有某种特定的含义。请考虑如下的二进制位串：10001111111011111100000000000000若它分别表示如下所示的三种数，那么他们的含义各是什么？¢2的补码表示的整数爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢无符号整数¢单精度浮点数WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的算术运算¢分析与解答：¢2的补码表示的整数¢(10001111111011111100000000000000)补¢=(11110000000100000100000000000000)原¢=-(1110000000100000100000000000000)¢=-188011315210¢无符号整数¢(10001111111011爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn111100000000000000)¢=+(10001111111011111100000000000000)¢=+241485414410WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的算术运算¢单精度浮点数¢10001111111011111100000000000000SEF1¢S=(-1)=-1¢E=00011111=3110¢F’=110+(11011111100000000000000)2爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnE¢单精度浮点数=S×F’×2WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的算术运算¢4.26请根据IEEE754标准，写出10.510分别为单、双精度浮点数时，其二进制形式¢分析与解答：3¢规格化：10.510=(1010.1)2=(1.0101)2×22¢单精度浮点数公式（S：1位，E：8位，F：23位）¢移码偏移值=127¢S=0爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢E’=3=>E=3+127=130=(10000010)2¢F’=(1.0101)2=>F=F’-1=(0101)2¢01000001001010000000000000000000WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机的算术运算3¢10.510=(1010.1)2=(1.0101)2×22¢双精度浮点数公式（S：1位，E：11位，F：53位）¢移码偏移值=1023¢S=0¢E’=3=>E=3+1023=1026=(10000000010)2¢F’=(1.0101)2=>F=F’-1=(0101)2¢010000000010爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn01010000000000000000...WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢3.9设机器字长16位。定点表示时，数值15位，符号位1位；浮点表示时，阶码6位，其中阶符1位，尾数10位，其中，数符1位；阶码底为2。试求：¢1)定点原码整数表示时，最大正数、最小负数各是多少？¢2)定点原码小数表示时，最大正数、最小负数各是多少？¢3)浮点原码表示时，最大浮点数和最小浮点数各是爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn多少？绝对值最小的呢（非0）？估算表示的十进制值的有效数字位数。WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢分析与解答：¢1)定点整数：数值15位，符号位1位15140115¢-11•••111~+11•••1111515¢-(2-1)10~+(2-1)10爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢2)定点小数：数值15位，符号位1位¢-0.11•••111~+0.11•••111-15-15¢-(1-2)10~+(1-2)10WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢3)浮点：阶码6位，其中阶符1位，尾数10位，其中数符1位151498015195(+2-1)-931-9¢+2×(1-2)=+2×(1-2)5(+2-1)-931-9¢-2×(1-2)=-2×(1-2)5(-(2爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn-1))-9-31-9-40¢2×2=2×2=2WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢3.12写出下列各数的移码¢+01101101¢-11001101¢-00010001¢+00011101爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢分析与解答：原码反码补码移码+01101101001101101001101101101101101(001101101)-11001101100110010100110011000110011(111001101)-00010001111101110111101111011101111爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn(100010001)+00011101000011101000011101100011101(000011101)WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢3.19用补码一位乘计算X=0.1010，Y=-0.0110的积X•Y¢分析与解答：¢X=0.1010->(00.1010)原->(00.1010)补¢Y=-0.0110->(爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn10.0110)原->(11.1010)补¢-X=-0.1010->(10.1010)原->(11.0110)补WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件[X•Y]=1.11000100补[X•Y]=-0.00111100爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn补码一位乘WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢3.21X=0.10110，Y=0.11111，用加减交替法补码一位除计算X/Y的商¢分析与解答：¢X=0.10110->(00.10110)原¢Y=0.11111->(00.11111)原爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢-Y=-0.11111->(10.11111)原->(11.00001)补WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件+[-Y]+补[X]补=00.10110+[Y][Y]补补=00.11111+[-Y]补=11.00001+[-Y]补++[Y]补++[-Y][X/Y]=0.10111补补+爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn[X/Y]=0.10111+[-Y]补++WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢3.27设某运算器只由一个加法器和A、B两个D型边沿寄存器组成，A、B均可接收加法器输出，A还可接收外部数据，如图。爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢问：¢1)外部数据如何才能传送到B？¢2)如何实现A+B->A和A+B->B？¢3)如何估算加法执行时间？¢4)若A、B均为锁存器，实现A+B->A和A+B->B有何问题？爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢分析与解答：¢1)外部数据如何才能传送到B？爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢2)实现A+B->A¢LoadD¢S=1:D->A¢CPA、CPB脉冲:A+B->Sum¢S=0:Sum->A10¢同理：实现A+B->B爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件¢3.28今有一串行加法器，计算两个n位数据之和，已知相加两数存放在A、B寄存器中，请画出能实现(A)+(B)->A的逻辑图。图中只准用一个一位加法器，逐位进行计算¢分析与解答：¢一位加法器=>各位串行计算¢寄存器要有移位功能爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢i位进位和i+1位的操作数一起计算=>全加器¢n位数据加法=>使用计数器确定加法是否完成WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn运算方法和运算部件4i--31142243爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn计算机系统结构基础知识¢1-2.如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。若执行第一级的一条指令需要Kns时间，那么执行第2、3、4级的一条指令各需要用多少时间？分析与解答：NKns、N2Kns、N3Kns43爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn21WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题¢2-13.某机14条指令的使用频度分别是：0.01、0.15、0.12、0.03、0.02、0.04、0.02、0.04、0.01、0.13、0.15、0.14、0.11、0.03。分别求出用等长二进制编码、Huffman编码、只能用两种码长的扩展操作码编码等3种方式的操作码平均长度。¢分析与解答爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn：¢等长编码时，二进制码位数：[log2n]¢Huffman编码，平均码长：∑pi•liWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题¢共14条指令¢等长编码：¢平均码长[log214]=4¢Huffman编码：¢平均码长∑=3.38¢扩展操作码（3/5扩展编码法）：爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢000～101：0.15、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11¢110XX和111XX：0.03、0.02、0.04、0.02、0.04、0.01、0.03、0.01¢平均码长∑p•l=3×0.8+5×0.2=3.4iiWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题¢2-14.某模型机有9条指令，使用频度为：ADD0.30要求：有两种指令字长，都按双操作数地址SUB0.24指令格式编排。采用扩展操作码，限制只能CLA0.20用两种码长。该机有若干个通用寄存器，主JMP0.07STO0.07存16位宽，按字节编址，采用整数边界存储，JOM0.06任何指令都在一个主存周期中取得，短指令CIL0.03为寄存器-寄存器型，长指令为寄存器-主存SHR0.02型，主存地址应能变址寻址。爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnSTP0.01WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题1)仅根据使用频度，设计Huffman操作码，并计算平均码长；2)考虑题目其它要求，设计优化的指令操作码，并计算码长；3)该机允许使用多少可编址的通用寄存器？4)画出该机两种指令字格式，标出各字段之位数；5)访存操作数地址寻址的最大相对位移量为多少字节？¢分析与解答：爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢构造Huffman树，解出1)，后面各小题的解题关键是确定两种指令字的格式及其各字段的位数。WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题11)Huffman树10ADD0.300.440.561010SUB0.24CLA0.200.200.240.260.3010JMP0.070.14STO0.070.120JOM0.06101CIL0.030.060.060.070.07SHR0.02爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn10STP0.010.030.03100.010.02WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题1Huffman编码：10指令操作码码制0.440.561010ADD00SUB100.200.240.260.3010CLA110.140.120JMP0100101STO01010.060.060.070.07JOM0110爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn10CIL011100.030.03SHR01111010∑P•l=2.61STP011111ii0.010.02WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题2)分析与解答：¢要求用两种码长，ADD（0.30）、SUB（0.24）和CLA（0.20）3条指令频度相对较高，因此短码宜采用2位长，共22=4个码点，剩下一个作为扩展标志码，有6条频度低的指令，所以需扩展出3位才可以满足。于是长操作码为5位。这样就得到扩展操作码爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn。WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题Huffman编码：扩展的操作码编码指令操作码码制指令操作码码制ADD00ADD00SUB10SUB01CLA11CLA10JMP0100JMP11000STO0101STO11001JOM0110JOM11010爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnCIL01110CIL11011SHR011110SHR11100STP011111STP11101WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题后3小题分析与解答：¢3)该机允许使用多少可编址的通用寄存器？¢由已知条件：两种指令都在一个主存周期中取得、主存16位宽=>长指令不超过16位。¢由已知条件：按字节编址、采用按整数边界存储=>短指令只能是8位，长指令16位。爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn¢由已知条件：短指令为寄存器-寄存器型，长指令为寄存器-主存型=>指令按双操作数编排WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题¢4)画出该机两种指令字格式，标出各字段之位数：¢短指令寄存器-寄存器型，其格式2位3位3位OP寄存器1寄存器2¢长指令为寄存器-主存型，主存地址应能变址寻址，格式为：5位3位3位5位爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnOP寄存器号变址寄存器相对位移WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题¢5)访存操作数地址寻址的最大相对位移量为多少字节？2¢允许通用寄存器数2=8个；寻址最大相对位移量25=32字节。5位3位3位5位OP寄存器号变址寄存器相对位移爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cnWANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU 爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn指令系统设计与优化习题¢2-15.某机指令字长16位。设有单地址指令和双地址指令两类。若每个地址字段均为6位，且双地址指令为x条，问单地址指令最多可以有多少条？¢分析与解答：依据是扩展码中的短码不能是长码的前缀。双地址指令：格式为4位6位6位操作码地址码1地址码2操作码4位，共24=16爱答案习题答案课件资源网www.aidaan.cn种短操作码，x条双地址指令占用了x个码点，剩16-x个作为扩展标志。单地址指令：操作码10位，每个码扩展出6位操作码，所以，最多可以表示单地址指令（16-x）•26条。WANGWei,ComputerOrganizationandArchitecture,Copyright2004TJU'