中南大学计算机组成原理作业答案

《计算机组成原理》作业参考答案

作业一

1.计算机的主要性能指标包括哪些？

答：计算机的主要技术性能指标有下面几项：主频、字长、存储容量、存取周期和运算速度等。

（1）主频：主频即时钟频率，是指计算机的CPU在单位时间内发出的脉冲数。

（2）字长：字长是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数，它与计算机的功能和用途有很大的关系。字长决定了计算机的运算精度，字长长，计算机的运算精度就高。字长也

影响机器的运算速度，字长越长，计算机的运算速度越快。

（3）存储容量：计算机能存储的信息总字节量称为该计算机系统的存储容量存储容量的单位还有MB（兆字节）、GB（吉字节）和TB（太字节）。

（4）存取周期：把信息代码存入存储器，称为“写”；把信息代码从存储器中取出，称为“读”。

存储器进行一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的访问时间(或读写时间)，而连

续启动两次独立的“读”或“写”操作(如连续的两次“读”操作)所需的最短时间，称为存

取周期(或存储周期)。

（5）运算速度：运算速度是一项综合性的性能指标。衡量计算机运算速度的单位是MIPS(百万条指令/秒)。因为每种指令的类型不同，执行不同指令所需的时间也不一样。过去以执行定点加

法指令作标准来计算运算速度，现在用一种等效速度或平均速度来衡量。等效速度由各种指

令平均执行时间以及相对应的指令运行比例计算得出来，即用加权平均法求得。

2.说明常见的计算机分类方法及其类型。

答：计算机有多种分类方法。常见的分类方法有以下几种：

（1）按处理的信息形式分。可分为数字计算机和模拟计算机。用脉冲编码表示数字，处理的是数字信息，这类计算机是数字计算机；处理长度、电压、电流等模拟量的计算机称为模拟计算

机。本书介绍的是数字计算机的组成原理。

（2）按字长分。可分为 8 位机、16位机、32位机和64位机等。

（3）按结构分。可分为单片机、单板机、多芯片机与多板机。

（4）按用途分。可分为工业控制机与数据处理机等。

（5）按规模分。可分为巨型机、小巨型机、大中型机、小型机、工作站和微型机(PC机)六类。

作业二

1.计算机中为什么采用二进制数码？

答：这是由计算机电路所采用的器件决定的。计算机中采用了具有两个稳态的二值电路，用二值电路只能代表两个数码： 0和1。比如，采用正逻辑表示，是以低电位表示数码“0”，高电位表示数码“1”；负逻辑表示，则以高电位表示数码“0”，低电位表示数码“1”。在计算机中采用二进制，具有运算规则简单，物理上实现方便，成本低廉，数码“1”和“0”正好与逻辑命题中的两个值“True”、“False”相对应，为计算机中实现逻辑运算和程序中的逻辑判断提供了便利条件等优点。

2.不同进制之间数据的转换计算。

（1）(15.34)8 转换为对应的二进制数、十六进制数和十进制数；

（2）二进制数10011100和0.01011转换为十进制数。

答：（1） (15.34)8＝(1101.0111)2＝(13.4375)10＝(E.7)16

（2） (10011100)2 ＝(156)10

(0.01011)2＝(0.34375)10

3.把非规格化的浮点数N＝2110×0.01100110规格化，

答：把浮点数N的尾数向左移一位，变成0. 1100110，同时，阶码递减1，得到N＝2101×0. 1100110，即为规格化的浮点数。

作业三

1.简单介绍CPU中的主要寄存器的名称和功能。

答：CPU主要有以下寄存器：

（1）指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。

（2）程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。

（3）地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。

（4）缓冲寄存器（DR）：

<1>作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。

<2>补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。

<3>在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。

（5）通用寄存器（AC）：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。

（6）状态条件寄存器：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和

程序运行状态。

2.何谓正逻辑？何谓负逻辑？

答：正逻辑与负逻辑是把逻辑电路中电平的高低和逻辑变量值0、1联系起来的一种概念。

正逻辑：指定逻辑电路中高电平为“1”，低电平为“0”，称为正逻辑。

负逻辑：指定逻辑电路中低电平为“1”，高电平为“0”，称为负逻辑。

对于一个具体的逻辑电路，判断它具有什么逻辑功能，首先要看它是用正逻辑表示的，还是用负逻辑表示的，这在分析和综合逻辑电路时要特别注意。

作业四

1.两个浮点数X=201(+0.1101)，Y=211(-0.1010)，求X+Y=？

答：（1）对阶

先把X、Y两数用补码表示： [X]补=00 01；00.1101 [Y]补=00 11；11.0110

可以看出，[X]补的阶码小，应向[Y]补阶码看齐，[X]补阶码增2，尾数向右移2位。

对阶完毕后，可得 [X]补=00 11；00.0011 [Y]补=00 11；11 0110 （2）尾数求和 00.0011

＋11 0110

11 1001

（3）规格化

这是一个非规格化的数，对上述结果规格化，即进行左规：尾数向左移1位，阶码减1。

得到最后结果： X+Y=210×（-0.1110）

2.已知两个定点小数 X=0.1101，Y=-0.0111，用补码加法求这X+Y。

答：[X]补＝0.1101 [Y]补＝1.1001 [X]补+[Y]补＝0.1101+1.1001＝0.0110 所以，X+Y＝0.0110