計算機組成原理作業(yè)解答第一章 作業(yè)解答1.1 基本的軟件系統(tǒng)包括哪些內容？答：基本的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件與應用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是一組保證計算機系統(tǒng)高效、正確運行的基礎軟件，通常作為系統(tǒng)資源提供給用戶使用。包括：操作系統(tǒng)、語言處理程序、數據庫管理系統(tǒng)、分布式軟件系統(tǒng)、網絡軟件系統(tǒng)、各種服務程序等。1.2 計算機硬件系統(tǒng)由哪些基本部件組成？它們的主要功能是什么？答：計算機的硬件系統(tǒng)通常由輸入設備、輸出設備、運算器、存儲器和控制器等五大部件組成。輸入設備的主要功能是將程序和數據以機器所能識別和接受的信息形式輸入到計算機內。輸出設備的主要功能是將計算機處理的結果以人們所能接受的信息形式或其它系統(tǒng)所要求的信息形式輸出。存儲器的主要功能是存儲信息，用于存放程序和數據。運算器的主要功能是對數據進行加工處理，完成算術運算和邏輯運算。控制器的主要功能是按事先安排好的解題步驟，控制計算機各個部件有條不紊地自動工作。1.3 馮諾依曼計算機的基本思想是什么？什么叫存儲程序方式？答：馮諾依曼計算機的基本思想包含三個方面：1) 計算機由輸入設備、輸出設備、運算器、存儲器和控制器五大部件組成。2) 采用二進制形式表示數據和指令。3) 采用存儲程序方式。存儲程序是指在用計算機解題之前，事先編制好程序，并連同所需的數據預先存入主存儲器中。在解題過程（運行程序）中，由控制器按照事先編好并存入存儲器中的程序自動地、連續(xù)地從存儲器中依次取出指令并執(zhí)行，直到獲得所要求的結果為止。1.4 早期計算機組織結構有什么特點？現(xiàn)代計算機結構為什么以存儲器為中心？答：早期計算機組織結構的特點是：以運算器為中心的，其它部件都通過運算器完成信息的傳遞。隨著微電子技術的進步，人們將運算器和控制器兩個主要功能部件合二為一，集成到一個芯片里構成了微處理器。同時隨著半導體存儲器代替磁芯存儲器，存儲容量成倍地擴大，加上需要計算機處理、加工的信息量與日俱增，以運算器為中心的結構已不能滿足計算機發(fā)展的需求，甚至會影響計算機的性能。為了適應發(fā)展的需要，現(xiàn)代計算機組織結構逐步轉變?yōu)橐源鎯ζ鳛橹行摹?.5 什么叫總線？總線的主要特點是什么？采用總線有哪些好處？答：總線是一組可為多個功能部件共享的公共信息傳送線路?？偩€的主要特點是共享總線的各個部件可同時接收總線上的信息，但必須分時使用總線發(fā)送信息，以保證總線上信息每時每刻都是唯一的、不至于沖突。使用總線實現(xiàn)部件互連的好處： 可以減少各個部件之間的連線數量，降低成本； 便于系統(tǒng)構建、擴充系統(tǒng)性能、便于產品更新?lián)Q代。1.6 按其任務分，總線有哪幾種類型？它們的主要作用是什么？答：按總線完成的任務，可把總線分為：CPU 內部總線、部件內總線、系統(tǒng)總線、外總線。1.7 計算機的主要特點是什么？答：計算機的主要特點有： 能自動連續(xù)地工作； 運算速度快；運算精度高； 具有很強的存儲能力和邏輯判斷能力； 通用性強。1.8 衡量計算機性能有哪些基本的技術指標？以你所熟悉的計算機系統(tǒng)為例，說明它的型號、主頻、字長、主存容量、所接的 I/O 設備的名稱及主要規(guī)格。答：衡量計算機性能的基本的技術指標有： 基本字長； 主存容量； 運算速度； 所配置的外部設備及其性能指標； 系統(tǒng)軟件的配置。1.9 單選題（1）1946 年，美國推出了世界上第一臺電子數字計算機，名為_A_。A. ENIAC B. UNIVAC-I C. ILLIAC-IV D. EDVAC（2）在計算機系統(tǒng)中，硬件在功能實現(xiàn)上比軟件強的是_C_。A. 靈活性強 B. 實現(xiàn)容易 C. 速度快 D. 成本低（3）完整的計算機系統(tǒng)包括兩大部分，它們是_ C _。A. 運算器與控制器 B. 主機與外設C. 硬件與軟件 D. 硬件與操作系統(tǒng)（4）在下列的描述中，最能準確反映計算機主要功能的是_ D _。A. 計算機可以代替人的腦力勞動B. 計算機可以存儲大量的信息C. 計算機是一種信息處理機D. 計算機可以實現(xiàn)高速運算（5）存儲程序概念是由美國數學家馮諾依曼在研究_ D _時首先提出來的。A. ENIAC B. UNIVAC-I C. ILLIAC-IV D. EDVAC（6）現(xiàn)代計算機組織結構是以_ B _為中心，其基本結構遵循馮諾依曼思想。A. 寄存器 B. 存儲器 C. 運算器 D. 控制器（7）馮諾依曼存儲程序的思想是指_ C _。A. 只有數據存儲在存儲器B. 只有程序存儲在存儲器C. 數據和程序都存儲在存儲器D. 數據和程序都不存儲在存儲器 1.10 填空題（1）計算機 CPU 主要包括 和_ _兩個部件。答： 運算器 控制器 （2）計算機的硬件包括 、_ _、_ _、_ _和_ _等 5 大部分。答： 運算器 控制器 存儲器 輸入設備 輸出設備（3）計算機的運算精度與機器的 有關，為解決精度與硬件成本的矛盾，大多數計算機使用_ _。答： 字長 變字長運算 （4）從軟、硬件交界面看，計算機層次結構包括 和_ _兩大部分。答： 實機器 虛機器 （5）計算機硬件直接能執(zhí)行的程序是 程序，高級語言編寫的源程序必須經過_ _翻譯，計算機才能執(zhí)行。答： 機器語言 語言處理程序 （6）從計算機誕生起，科學計算一直是計算機最主要的 。答： 應用領域 （7）銀河 I（YH-I）巨型計算機是我國研制的 。答： 第一臺巨型計算機 1.11 是非題（1）微處理器可以用來做微型計算機的 CPU。 （2）ENIAC 計算機的主要工作原理是存儲程序和多道程序控制。 （3）決定計算機運算精度的主要技術指標是計算機的字長。 （4）計算機總線用于傳輸控制信息、數據信息和地址信息的設施。 （5）計算機系統(tǒng)軟件是計算機系統(tǒng)的核心軟件。 （6）計算機運算速度是指每秒鐘能執(zhí)行操作系統(tǒng)的命令個數。 （7）計算機主機由 CPU、存儲器和硬盤組成。 （8）計算機硬件和軟件是相輔相成、缺一不可的。 第二章 作業(yè)解答2.1 完成下列不同進制數之間的轉換。（1） (246.625) D(11110110.101) B(366.5) Q( F6. A ) H（2） (AB.D) H(10101011.1101 ) B(253. 64 ) Q(171.8125 ) D（3） (1110101) B( 117 ) D(000100010111 ) 8421BCD2.2 分別計算用二進制表示 4 位、5 位、8 位十進制數時所需要的最小二進制位的長度。答： 4 位十進制數的最大數為 9999，21416384表示 4 位十進制數所需的最小二進制位的長度為 14 位。 5 位十進制數的最大數為 99999，2 166553699992 17131072表示 5 位十進制數所需的最小二進制位的長度為 17 位。 8 位十進制數的最大數為 99999999，2 2667108864999999992 27134217728表示 8 位十進制數所需的最小二進制位的長度為 27 位。根據當 i 位十進制數與 j 位二進制數比較時的等式，10 i = 2j，得 j3.3i，亦可得到上述結果。2.3 寫出判斷一個 7 位二進制正整數 KK 7K6K5K4K3K2K1是否為 4 的倍數的判斷條件。答：判斷一個 7 位二進制正整數 KK 7K6K5K4K3K2K1是否為 4 的倍數的判斷條件是：K 2K1是否為全 0。當 K2K100 時，KK 7K6K5K4K3K2K1為 4 的倍數，否則就不是。2.4 設機器字長為 8 位（含一位符號位） ，已知十進制整數 x，分別求出 x原 、x 反 、x 移 、x 補 、x補 、 補 。x2（1） x79 （2） x56 （3） x0 （4） x1答：（1） x79(01001111) 2 （2）x56(00111000) 2（3）x0(00000000) 2 （4）x1(00000001) 2x x原 x反 x移 x補 x 補 補x2179 01001111 01001111 11001111 01001111 10110001 00100111 (截斷法) 00101000 (0 舍 1 入)56 10111000 11000111 01001000 11001000 00111000 111001000 10000000 11111111 10000000 00000000 00000000 000000001 10000001 111111110 011111111 111111111 00000001 （溢出） 機器零2.5 已知x 補 ，求 x 的真值。（1） x 補 0.1110 （2） x 補 1.1110 （3） x 補 0.0001 （4） x 補 1.1111答：（1） x 補 0.1110，x0.1110 （2） x 補 1.1110，x0.0010（3） x 補 0.0001，x0.0001 （4） x 補 1.1111，x0.00012.6 已知 x 的二進制真值，試求 x補 、x 補 、 補 、 補 、2x 補 、4x 補 、 2x 補 、21補 。x41（1） x0.0101101 （2） x0.1001011 （3） x1 （4） x0.0001010x x補 x 補 補x21 補42x補 4x補 2x 補 補x410.0101101 0.0101101 1.1010011 0.00101100.0010111 0.0001011 0.1011010 溢出 1.0100110 1.11101010.1001011 1.0110101 0.1001011 1.10110101.10110111.11011101.1101101 溢出 溢出 溢出0.00100100.00100111 1.0000000 無表示 1.1000000 1.1100000 溢出 溢出 溢出 0.01000000.0001010 1.1110110 0.0001010 1.1111011 1.11111101.1111101 1.1101100 1.1011000 0.00101000.0000100.0000112.7 根據題 2.7 表中給定的機器數（整數） ，分別寫出把它們看作原碼、反碼、補碼、移碼表示形式時所對應的十進制真值。題 2.7 表表示形式機器數 原碼表示 反碼表示 補碼表示 移碼表示01011100 +92 +92 +92 -3611011001 -89 -38 -39 +8910000000 -0 -127 -128 02.8 設十進制數 x(124.625)2 10（1） 寫出 x 對應的二進制定點小數表示形式。（2） 若機器的浮點數表示格式為：20 19 18 1514 0數符 階符 階碼 尾 數其中階碼和尾數的基數均為 2。 寫出階碼和尾數均采用原碼表示時的機器數形式。 寫出階碼和尾數均采用補碼表示時的機器數形式。答：（1）x 對應的二進制定點小數表示形式為：1111100.101210 0.11111001012 3 0.0001111100101（2） 階碼和尾數均采用原碼表示時的機器數形式：0 10011 1111100101000000 1001 1111 1100 1010 000009FCA0H 階碼和尾數均采用補碼表示時的機器數形式：0 11101 1111100101000000 1110 1111 1100 1010 00000EFCA0H2.9 設某機字長為 16 位，數據表示格式為： 定點整數：0 1 15數符 尾 數浮點數：0 1 2 56 15數符 階符 階碼 尾 數分別寫出該機在下列的數據表示形式中所能表示的最小正數、最大正數、最大負數、最小負數（絕對值最大的負數）和浮點規(guī)格化最小正數、最大負數在機器中的表示形式和所對應的十進制真值。（1） 原碼表示的定點整數； （2） 補碼表示的定點整數；（3） 階碼與尾數均用原碼表示的浮點數；（4） 階碼與尾數均用補碼表示的浮點數；（5） 階碼為移碼、尾數用補碼表示的浮點數。 解：（1） 原碼表示的定點整數機器數形式 十進制真值最小正數 0 000000000000001 1最大正數 0 111111111111111 2151最大負數 1 000000000000001 1最小負數 1 111111111111111 (2 151)（2） 補碼表示的定點整數機器數形式 十進制真值最小正數 0 000000000000001 1最大正數 0 111111111111111 2151最大負數 1 111111111111111 1最小負數 1 000000000000000 2 15（3） 階碼與尾數均用原碼表示的浮點數；機器數形式 十進制真值最小正數 0 1 1111 0000000001 210 215規(guī)格化最小正數 0 1 1111 1000000000 21 215最大正數 0 0 1111 1111111111 (12 10 )215最大負數 1 1 1111 0000000001 2 10 215規(guī)格化最大負數 1 1 1111 1000000000 2 1 215最小負數 1 0 1111 1111111111 (12 10 )215（4） 階碼與尾數均用補碼表示的浮點數；機器數形式 十進制真值最小正數 0 1 0000 0000000001 210 216規(guī)格化最小正數 0 1 0000 1000000000 21 216最大正數 0 0 1111 1111111111 (12 10 )215最大負數 1 1 0000 1111111111 2 10 216規(guī)格化最大負數 1 1 0000 0111111111 (2 1 2 10 )216最小負數 1 0 1111 0000000000 12 15（5） 階碼為移碼、尾數用補碼表示的浮點數。 機器數形式 十進制真值最小正數 0 0 0000 0000000001 210 216規(guī)格化最小正數 0 0 0000 1000000000 21 216最大正數 0 1 1111 1111111111 (12 10 )215最大負數 1 0 0000 1111111111 2 10 216規(guī)格化最大負數 1 0 0000 0111111111 (2 1 2 10 )216最小負數 1 0 1111 0000000000 12 152.10 設 2.9 題中的浮點數格式中，階碼與尾數均用補碼表示，分別寫出下面用十六進制書寫的浮點機器數所對應的十進制真值。（1） FFFFH； （2） C400H； （3） C000H。答：（1） FFFFH1 11111 11111111112 10 21 2 11（2） C400H1 10001 000000000012 15 2 15（3） C000H1 10000 000000000012 16 2 162.11 用十六進制寫出下列十進制數的 IEEE754 標準 32 位單精度浮點數的機器數的表示形式。（1） 0.15625 （2） 0.15625 （3） 16 （4） 5答： （1）(0.15625) 10(0. 00101) 21.012 3階碼 E127(3)124(1111100) 201111100機器數形式：0 01111100 01000000000000000000000十六進制形式：3E200000H（2） (0.15625) 10(0. 00101) 21.012 3階碼 E127(3)124(1111100) 201111100機器數形式：1 01111100 01000000000000000000000十六進制形式：BE200000H（3） (16) 10(10000) 21.00002 4階碼 E1274131(10000011) 2機器數形式：0 10000011 00000000000000000000000十六進制形式：41800000H（4） (5) 10(101) 21.012 2階碼 E1272129(10000001) 2機器數形式：1 10000001 01000000000000000000000十六進制形式：C0A00000H2.12 用十六進制寫出寫出 IEEE754 標準 32 位單精度浮點數所能表示的最小規(guī)格化正數和最大規(guī)格化負數的機器數表示形式。答：若 1E254，則 N(1) S2E127 (1.M) ，為規(guī)格化數。最小規(guī)格化正數的機器數表示形式：S0，E1，M000000000000000000000000 00000001 0000000000000000000000000800000H最大規(guī)格化負數的機器數表示形式：S1，E1，M000000000000000000000001 00000001 0000000000000000000000080800000H2.13 寫出下列十六進制的 IEEE 單精度浮點數代碼所代表的十進制數值。（1） 42E48000 （2） 3F880000 （3） 00800000 （4） C7F00000解：（1） 42E480000 10000101 11001001000000000000000指數(10000101) 21271331276M1.110010010000000000000001(1/21/41/321/256)十進制數值 N1(1/21/41/321/256)2 6114.25（2） 3F8800000 01111111 00010000000000000000000指數(01111111) 21271271270M1.0001000000000000000000011/161.0625十進制數值 N1.06252 01.0625（3） 008000000 00000001 00000000000000000000000指數(00000001) 21271127126M1.00000000000000000000000十進制數值 N12 126（4） C7F000001 10001111 11100000000000000000000指數(10001111) 212714312716M1. 111000000000000000000001(1/21/41/8)1.875十進制數值 N(2 162 152 142 13)152 131228801.8752 162.14 設有兩個正浮點數： ，1e1S2e2SN（1） 若 e1e 2，是否有 N1N 2（2） 若 S1、S2 均為規(guī)格化數，上述結論是否正確？答：（1）不一定（2）正確2.15 設一個六位二進制小數 x0.a 1a2a3a4a5a6，x0，請回答：（1） 若要 x ，a 1a2a3a4a5a6需要滿足什么條件？8（2） 若要 x ，a 1a2a3a4a5a6需要滿足什么條件？（3） 若要 x ，a 1a2a3a4a5a6需要滿足什么條件？4解：（1）要 x ，a 1a2a3a4a5a6需要滿足：a 1a2a3至少有一個 18（2）要 x ，a 1a2a3a4a5a6需要滿足：a 11，且 a2a3a4a5a6至少有一個為 1（不為全 0）（3）要 x ，a 1a2a3a4a5a6需要滿足：4a10 且 a 21，a 3a4a5a6為全 0 a 20 且 a31，a 4a5a6任意或 a20 且 a30，a 41，a 5a6至少有一個為 12.16 表示一個漢字的內碼需幾個字節(jié)？表示一個 3232 點陣的漢字字形碼需幾個字節(jié)？在計算機內部如何區(qū)分字符信息與漢字信息？答： 一個漢字的內碼需 2 個字節(jié)。 表示一個 3232 點陣的漢字字形碼需 432128 個字節(jié)。 在計算機內部利用字節(jié)的最高位是 0 還是 1 區(qū)分字符信息與漢字信息.2.17 分別用前分隔數字串、后嵌入數字串和壓縮的十進制數串形式表示下列十進制數。（1） 74 （2） 639 （3） 2004 （4） 8510解：（1） 74前分隔數字串74 2B 37 34“+”“7”“4”后嵌入數字串74 37 34“7”“4”壓縮的十進制數串74 0000 0111 0100 1100“0” “7” “4” “+”（2） 639前分隔數字串639 2D 36 33 39“-“6”“3”“9”后嵌入數字串639 36 33 79“6”“3”“9”壓縮的十進制數串639 0110 0011 1001 1101“6”“3”“9”“-”（3） 2004前分隔數字串2004 2B 32 30 30 34“+”“2”“0”“0”“4”后嵌入數字串2004 32 30 30 34“2”“0”“0”“4”壓縮的十進制數串2004 0000 0010 0000 0000 0100 1100“0” “2” “0” “0” “4” “+”（4） 8510前分隔數字串8510 2D 38 35 31 30“-“8”“5”“1”“0”后嵌入數字串8510 38 35 31 70“8”“5”“1”“0”壓縮的十進制數串8510 0000 1000 0101 0001 0000 1101“0” “8” “5” “1” “0” “-”2.18 數據校驗碼的實現(xiàn)原理是什么？答：。數據校驗碼的實現(xiàn)原理是在正常編碼中加入一些冗余位，即在正常編碼組中加入一些非法編碼，當合法數據編碼出現(xiàn)某些錯誤時，就成為非法編碼，因此就可以通過檢測編碼是否合法來達到自動發(fā)現(xiàn)、定位乃至改正錯誤的目的。在數據校驗碼的設計中，需要根據編碼的碼距合理地安排非法編碼的數量和編碼規(guī)則。2.19 什么是“碼距”？數據校驗與碼距有什么關系？ 答：碼距是指在一組編碼中任何兩個編碼之間最小的距離。數據校驗碼的校驗位越多，碼距越大，編碼的檢錯和糾錯能力越強。記碼距為 d，碼距與校驗碼的檢錯和糾錯能力的關系是：de1 可檢驗 e 個錯。d2t1 可糾正 t 個錯。det1 且 et，可檢 e 個錯并能糾正 t 個錯。2.20 奇偶校驗碼的碼距是多少？奇偶校驗碼的校錯能力怎樣？答：奇偶校驗碼的碼距為 2。奇偶校驗碼只能發(fā)現(xiàn)一位或奇數位個錯誤，而無法發(fā)現(xiàn)偶數位個錯誤，而且即使發(fā)現(xiàn)奇數位個錯誤也無法確定出錯的位置，因而無法自動糾正錯誤。2.21 下面是兩個字符（ASCII 碼）的檢一糾一錯的海明校驗碼（偶校驗） ，請檢測它們是否有錯？如果有錯請加以改正，并寫出相應的正確 ASCII 碼所代表的字符。（1） 10111010011 （2） 10001010110解：（1） 指誤字為E1P 1A 6A 5A 3A 2A 01111011E2P 2A 6A 4A 3A 1A 00101110E3P 4A 5A 4A 311011E4P 8A 2A 1A 000110得到的指誤字為 E4E3E2E10101(5) 10，表示接收到的海明校驗碼中第 5 位上的數碼出現(xiàn)了錯誤。將第5 位上的數碼 A51 取反，即可得到正確結果 10110010011。正確 ASCII 碼所代表的字符為 1001011“K” 。（2） 指誤字為E1P 1A 6A 5A 3A 2A 01011100E2P 2A 6A 4A 3A 1A 00001100E3P 4A 5A 4A 301010E4P 8A 2A 1A 001100得到的指誤字為 E4E3E2E10000，無錯。正確 ASCII 碼為 0101110“ ”2.22 試編出 8 位有效信息 01101101 的檢二糾一錯的海明校驗碼（用偶校驗） 。解：8 位有效信息需要用 4 個校驗位，所以檢一糾一錯的海明校驗碼共有 12 位。4 個校驗位為：P1A 7A 6A 4A 3A 1010100 P2A 7A 5A 4A 2A 1010100 P4A 6A 5A 4A 011011 P8A 3A 2A 1A 011011檢一糾一錯的海明校驗碼：0001110111011DDH檢二糾一錯的海明校驗碼，增加 P0P0P 1P 2A 7P 4A