計(jì)算機(jī)組成原理答案

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第

一

章習(xí)題與題解1.什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件？硬件和軟件哪個(gè)更重要？解：P3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——計(jì)算機(jī)硬件、軟件和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的物理或邏輯的綜合體。計(jì)算機(jī)硬件——計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體。計(jì)算機(jī)軟件——計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的程序及相關(guān)資料。硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？解：馮氏計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是：P9由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成；指令和數(shù)據(jù)以同一形式（二進(jìn)制形式）存于存儲(chǔ)器中；指令由操作碼、地址碼兩大部分組成；指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行；以運(yùn)算器為中心（原始馮氏機(jī)）。7.解釋下列概念：主機(jī)、CPU、主存、存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)元

件、存儲(chǔ)基元、存儲(chǔ)元、存儲(chǔ)字、存儲(chǔ)字長、存儲(chǔ)容量、機(jī)器字長、指令字長。解：P10主機(jī)——是計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，由CPU+MM（主存或內(nèi)存）組成；CPU——中央處理器（機(jī)），是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器+控制器組成；主存——計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，為計(jì)算機(jī)的主要工作存儲(chǔ)器，可隨機(jī)存?。淮鎯?chǔ)單元——可存放一個(gè)機(jī)器字并具有特定存儲(chǔ)地址的存儲(chǔ)單位；存儲(chǔ)元件——存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位，又叫存儲(chǔ)基元或存儲(chǔ)元，不能單獨(dú)存??；存儲(chǔ)字——一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位；存儲(chǔ)字長——一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù)；存儲(chǔ)容量——存儲(chǔ)器中可存二進(jìn)制代碼的總量；機(jī)器字長——CPU能同時(shí)處理的數(shù)據(jù)位數(shù)；指令字長——一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)；8.解釋下列英文縮寫的中文含義：CPUsPCsIRsCUsALUsACCsMQsXsMARsMDRsI/OsMIPSsCPIs

FLOPS解：CPU——CentralProcessingUnit，中央處理機(jī)（器），見7題；PC——Program

Counter，程序計(jì)數(shù)器，存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動(dòng)計(jì)數(shù)形成下一條指令地址的計(jì)數(shù)器；IR——Instruction

Register，指令寄存器，存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的寄存器；CU——Control

Unit，控制單元（部件），控制器中產(chǎn)生微操作命令序列的部件，為控制器的核心部件；ALU——ArithmeticLogicUnit，算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，運(yùn)算器中完成算術(shù)邏輯運(yùn)算的邏輯部件；ACC——Accumulator，累加器，運(yùn)算器中運(yùn)算前存放操作數(shù)、運(yùn)算后存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器；MQ——Multiplier-QuotientRegister，乘商寄存器，乘法運(yùn)算時(shí)存放乘數(shù)、除法時(shí)存放商的寄存器。X——此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名，在此表示操作數(shù)寄存器，即運(yùn)算器中工作寄存器之一，用來存放操作數(shù)；MAR——Memory

AddressRegister，存儲(chǔ)器地址寄存器，內(nèi)存中用來存放欲訪問存儲(chǔ)單元地址的寄存器；MDR——Memory

Data

Register，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，主存中用來存放從某單元讀出、或?qū)懭肽炒鎯?chǔ)單元數(shù)據(jù)的寄存器；I/O——Input/Outputequipment，輸入/輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱，用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外界信息的

轉(zhuǎn)換與傳送；MIPS——Million

Instruction

PerSecond，每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)的一種計(jì)量單位；CPI——CyclePerInstruction，執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)計(jì)量單位之一；FLOPS——FloatingPoint

Operation

Per

Second，每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)，計(jì)算機(jī)運(yùn)

算速度計(jì)量單位之一。10.指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中,計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？碼部分提供操作數(shù)地址。解：計(jì)算機(jī)硬件主要通過不同的時(shí)間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即：取指周期（或取指微程序）取出的既為指令，執(zhí)行周期（或相應(yīng)微程序）取出的既為數(shù)據(jù)。另外也可通過地址來源區(qū)分，從PC指出的存儲(chǔ)單元取出的是指令，由指令地址返回目錄系統(tǒng)總線第三章1.

什么是總線？總線傳輸有何特點(diǎn)？為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)具備什么特點(diǎn)？解：總線是多個(gè)部件共享的傳輸部件；總線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：某一時(shí)刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時(shí)使用；為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動(dòng)緩沖電路與總線連通。4.為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？解：總線判優(yōu)控制解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問題；常見的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵儭⒂?jì)數(shù)器查詢、獨(dú)立請(qǐng)求；特點(diǎn)：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡單，易于擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感；計(jì)數(shù)器查詢方式優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活，對(duì)故障不敏感，連線及控制過程較復(fù)雜；獨(dú)立請(qǐng)求方式判優(yōu)速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。5.解釋下列概念：總線的主設(shè)備（或主模塊）、總線的從設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。解：總線的主設(shè)備（主模塊）——指一

次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備（模塊）；總線的從設(shè)備（從模塊）——指一

次總線傳輸期間，配合主設(shè)備完成傳輸?shù)脑O(shè)備（模塊），它只能被動(dòng)接受主設(shè)備發(fā)來的命令；總線的傳輸周期——總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時(shí)間；總線的通信控制——指總線傳送過程中雙方的時(shí)間配合方式。6.試比較同步通信和異步通信。解：同步通信——由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，控制方式簡單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場合；異步通信——不由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)行聯(lián)系，控制方式較同步復(fù)雜，靈活性高，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，有利于提高總線工作效率。8.

為什么說半同步通信同時(shí)保留了同步通信和異步通信的特點(diǎn)？解：半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時(shí)間不一致，因此工作效率介于兩者之間。10.為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)？你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些？什么叫plugandplay？哪些總線有這一特點(diǎn)？解：總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問題；目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有：ISA、EISA、PCI等；plug

and

play——即插即用，EISA、PCI等具有此功能。11.

畫一個(gè)具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。解：此題實(shí)際上是要求設(shè)計(jì)一個(gè)雙向總線收發(fā)器，設(shè)計(jì)要素為三態(tài)、方向、使能等控制功能的實(shí)現(xiàn)，可參考74LS245等總線緩沖器芯片內(nèi)部電路。邏輯圖如下：（n位G）DIRA1B1AnBn……

……12.設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個(gè)寄存器，要求選用合適的74系列芯片，完成下列邏輯設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)一個(gè)電路，在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)D→A、D→B和D→C寄存器間的傳

送；設(shè)計(jì)一個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)下列操作：

T0時(shí)刻完成D→總線；T1時(shí)刻完成總線→A；T2時(shí)刻完成A→總線；T3時(shí)刻完成總線→B。解：（1）采用三態(tài)輸出的D型寄存器74LS374做A、B、C、D四個(gè)寄存器，其輸出可直接掛總線。A、B、C三個(gè)寄存器的輸入采用同一脈沖打入。注意-OE為電平控制，與打入脈沖間的時(shí)間配合關(guān)系為：-OE：令：BUS

A=BUS

B=BUS

C=CP；D

BUS=

-OE；當(dāng)CP前沿到來時(shí)，將D

A、B、C?，F(xiàn)以8位總線為例，設(shè)計(jì)此電路，如下圖示：數(shù)據(jù)總線D7D0BUS

A1Q

OE1D8D374

8QD1Q

OE1D8D374

8QA1Q

OE1D8D374

8QB1Q

OE1D8D374

8QCBUS

CBUS

BBUS

DD

BUSC

BUSB

BUSA

BUS（2）寄存器設(shè)置同（1），由于本題中發(fā)送、接收不在同一節(jié)拍，因此總線需設(shè)鎖存器緩沖，鎖存器

采用74LS373（電平使能輸入）。

節(jié)拍、脈沖配合關(guān)系如下：時(shí)鐘：

CLK：節(jié)拍電平：Ti：打入脈沖：Pi：圖中，脈沖包在電平中，為了留有較多的傳送時(shí)間，脈沖設(shè)置在靠近電平后沿處。節(jié)拍、脈沖分配邏輯如下：二位格雷碼同步計(jì)數(shù)器&&&G

Y0Y11/2139Y2AB

Y31CLKP0P1P2P3T1T2T3-T0

T01

&-T11-T21-T31節(jié)拍、脈沖時(shí)序圖如下：時(shí)鐘：CLK：輸出：

T0：T1：T2：T3：輸入：

P0：P1：P2：P3：以8位總線為例，電路設(shè)計(jì)如下：（圖中，A、B、C、D四個(gè)寄存器與數(shù)據(jù)總線的連接方法同上。）數(shù)據(jù)總線（D7~D0）>=1OE1DBD

BUSC

BUSB

BUSA

BUSOE1D1Q

3748Q1QOE3748Q1Q

374OE

C8Q1Q

3748Q1QOE3738QGBUSAA8DBUSB1D8DBUSC1D8DBUSDD8D1D8D>=1T1

T3T0

T2令：A

BUS

=

-T2D

BUS

=

-T0BUS A

=

P1BUS B

=

P3返回目錄存

儲(chǔ)

器第四章說明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。解：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間，而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)間。即：存取周期=存取時(shí)間+恢復(fù)時(shí)間什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。存儲(chǔ)器帶寬=1/200ns

X

32位=160M位/秒=20MB/S=5M字/秒6.某機(jī)字長為32位，其存儲(chǔ)容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況?！?1234567解：存儲(chǔ)容量是64KB時(shí)，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64KB，則：按字尋址范圍=64KX8/32=16K字按字節(jié)編址時(shí)的主存地址分配圖如下：字地址HB—————字節(jié)地址—————LB048……65528

……

……

……65532

65532

65533

65534

655357.一個(gè)容量為16KX32位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？1KX4位，2KX8位，4KX4位，16KX1位，4KX8位，8KX8位解：地址線和數(shù)據(jù)線的總和=14+32=46根；各需要的片數(shù)為：1KX4：16KX32

/1KX4=16X8=128片2KX8：16KX32

/2KX8=8X4=32片4KX4：16KX32

/4KX4=4X8=32片16KX1：16KX32

/16KX1=32片4KX8：16KX32

/4KX8=4X4=16片8KX8：16KX32

/8KX8=2X4=8片9.什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。解：刷新——對(duì)DRAM定期進(jìn)行的全部重寫過程；刷新原因——因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種——集中式、分散式、異步式。集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新；分散式：在每個(gè)讀/寫周期之后插入一個(gè)刷新周期，無CPU訪存死時(shí)間；異步式：是集中式和分散式的折衷。10.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種？解：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線選法和重合法。線選法：地址譯碼信號(hào)只選中同一個(gè)字的所有位，結(jié)構(gòu)簡單，費(fèi)器材；重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點(diǎn)即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號(hào)的重合來選址，也稱矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動(dòng)方式。11.畫出用1024X4位的存儲(chǔ)芯片組成一個(gè)容量為64KX8位的存儲(chǔ)器邏輯框圖。要求將

64K分成4個(gè)頁面，每個(gè)頁面分16組，指出共需多少片存儲(chǔ)芯片。解：設(shè)采用SRAM芯片，總片數(shù)=64KX8位/1024X4位=64X2=128片題意分析：本題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁面、組三級(jí)，因此畫圖時(shí)也應(yīng)分三級(jí)畫。首先應(yīng)確定各級(jí)的容量：頁面容量=總?cè)萘?頁面數(shù)=64KX8位/4=16KX8位；組容量=頁面容量/組數(shù)=16KX8位/16=1KX8位；組內(nèi)片數(shù)=組容量/片容量=1KX8位/1KX4位=2片；地址分配：1KX4SRAM1KX4SRAMA9~0-WE-CSiD7D6D5D4D3D2D1D0頁面號(hào)

組號(hào)2

4組內(nèi)地址10組邏輯圖如下：（位擴(kuò)展）1KX8頁面邏輯框圖：（字?jǐn)U展）1KX8（組1）1KX8（組2）組譯碼器-CS1-CS24:16

………………-CS151KX8（組15）A9~0-WE

D7~0A10A11A12A13-CEi16KX8-CS01KX8（組0）存儲(chǔ)器邏輯框圖：（字?jǐn)U展）16KX8（頁面0）16KX8（頁面1）16KX8（頁面2）頁面譯碼器2:4A14A15-CE0-CE1-CE2-CE316KX8（頁面3）A13~0

-WE

D7~012.設(shè)有一個(gè)64KX8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個(gè)基本單元電路（簡稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片，要求對(duì)芯片字長的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。解：存儲(chǔ)基元總數(shù)=64KX8位=512K位=219位；思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為：2aXb

=219；b=219-a；若a=19，b=1，總和=19+1=20；a=18，b=2，總和=18+2=20；a=17，b=4，總和=17+4=21；a=16，b=8，總和=16+8=24；……

……由上可看出：片字?jǐn)?shù)越少，片字長越長，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)、片位數(shù)均按2的冪變化。結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線=19根，數(shù)據(jù)線=1根；或地址線=18根，數(shù)據(jù)線=2根。13.某8位微型機(jī)地址碼為18位，若使用4KX4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問：該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？若每個(gè)模塊板為32KX8位，共需幾個(gè)模塊板？每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片？共有多少片RAM？CPU如何選擇各模塊板？解：（1）218

=256K，則該機(jī)所允許的最大主存空間是256KX8位（或256KB）；（2）模塊板總數(shù)=256KX8/32KX8=8塊；（3）板內(nèi)片數(shù)=32KX8位/4KX4位=8X2=16片；（4）總片數(shù)=16片X8=128片；（5）CPU通過最高3位地址譯碼選板，次高3位地址譯碼選片。地址格式分配如下：板地址片地址片內(nèi)地址331217 15

14 12

11014.設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用-MREQ（低電平有效）作訪存控制信號(hào)，

R/-W作讀寫命令信號(hào)（高電平為讀，低電評(píng)為寫）?，F(xiàn)有下列存儲(chǔ)芯片：ROM（2KX8位，4KX4位，8KX8位），RAM（1KX4位，2KX8位，4KX8位），及74138譯碼器和其他門電路（門電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫出CPU和存儲(chǔ)芯片的連接圖。要求：最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)，

4096~16383地址范圍為用戶程序區(qū)；指出選用的存儲(chǔ)芯片類型及數(shù)量；詳細(xì)畫出片選邏輯。解：（1）地址空間分配圖：4K（ROM）4K（SRAM）4K（SRAM）4K（SRAM）……0~40954096~81918192~1228712288~16383……65535Y0Y1Y2Y3………A15=1A15=0（2）選片：ROM：4KX4位：2片；RAM：4KX8位：3片；（3）CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏4KX4ROM74138（3：8）-CS04KX4ROM-CS14KX8RAM-CS24KX8RAM-CS34KX8RAM輯：-MREQA15

A14

A13

A12C

BA

-Y

0-G2A-G2BG1+5VCPUA11~0R/-WD3~0D7~4-Y

1-Y

2-Y

315.CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片8KX8位的RAM芯片與CPU相連，試回答：用74138譯碼器畫出CPU與存儲(chǔ)芯片的連接圖；寫出每片RAM的地址范圍；如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。根據(jù)（1）的連接圖，若出現(xiàn)地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將出現(xiàn)什么后果？解：（1）CPU與存儲(chǔ)器芯片連接邏輯圖：CPU8KX8SRAMR/-WD7~0A12~08KX8SRAM8KX8SRAM8KX8SRAM…-G2BA

B-MREQA13A14A15-CS0-G2A-CS1

-CS2

……C

74138（3：8）-CS7+5VG1（2）地址空間分配圖：Y08KX8RAM0~8191Y18KX8RAM8192~16383Y28KX8RAM16384~24575Y38KX8RAM24576~32767Y48KX8RAM32768~40959Y58KX8RAM40960~49151Y68KX8RAM49152~57343Y78KX8RAM57344~65535（3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平?？赡艿那闆r有：該片的-CS端與-WE端錯(cuò)連或短路；該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯(cuò)連或短路；該片的-CS端與地線錯(cuò)連或短路；在此，假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的。（4）如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會(huì)出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址

A13=1的地址空間，A13=0的另一半

地址空間將永遠(yuǎn)訪問不到。若對(duì)

A13=0的地址空間進(jìn)行訪問，只能錯(cuò)

誤地訪問到A13=1的對(duì)應(yīng)空間中去。17.某機(jī)字長16位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取什么措施？畫圖說明。解：若想不改用高速存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取多體交叉存取技術(shù)，圖示如下：0123456789101112131415…………………………………………M0M1M2M3M4M5M6M78K8K8K8K8K8K8K8K存儲(chǔ)總線存儲(chǔ)管理8體交叉訪問時(shí)序：t單體存取周期啟動(dòng)M0：啟動(dòng)M1：啟動(dòng)M2：啟動(dòng)M3：啟動(dòng)M4：啟動(dòng)M5：啟動(dòng)M6：啟動(dòng)M7：由圖可知：每隔1/8個(gè)存取周期就可在存儲(chǔ)總線上獲得一個(gè)數(shù)據(jù)返回目錄23.畫出RZsNRZsNRZ1sPEsFM寫入數(shù)字串1011001的寫入電流波形圖。解：RZ：NRZ：NRZ1：PE：FM：1

0

1

1

0

0

1ttttt24.以寫入1001

0110為例，比較調(diào)頻制和改進(jìn)調(diào)頻制的寫電流波形圖。解：寫電流波形圖如下：FM:MFM:MFM:1

0

0

1

0

1

1

0tt1

0

0

1

0

1

1

0頻率提高一倍后的MFM制。t比較：FM和MFM寫電流在位周期中心處的變化規(guī)則相同；MFM制除連續(xù)一串“0”時(shí)兩個(gè)0周期交界處電流仍變化外，基本取消了位周期起始處的電流變化；FM制記錄一位二進(jìn)制代碼最多兩次磁翻轉(zhuǎn)，MFM制記錄一位二進(jìn)制代碼最多一次磁翻轉(zhuǎn)，因此MFM制的記錄密度可提高一倍。上圖中示出了在MFM制時(shí)位周期時(shí)間縮短一倍的情況。由圖可知，當(dāng)MFM制記錄密度提高一倍時(shí)，其寫電流頻率與FM制的寫電流頻率相當(dāng)；4）由于MFM制并不是每個(gè)位周期都有電流變化，故自同步脈沖的分離需依據(jù)相鄰兩個(gè)位周期的讀出信息產(chǎn)生，自同步技術(shù)比FM制復(fù)雜得多。25.畫出調(diào)相制記錄01100010的驅(qū)動(dòng)電流、I：：e：T：D：記錄磁通、感應(yīng)電勢(shì)、同步脈沖及讀出代碼等幾種波形。解0：

1

1

0

0

0

1

0ttttt26.磁盤組有六片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22厘米，外徑33厘米，道密度為40道/厘米，內(nèi)層密度為400位/厘米，轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分，問：共有多少存儲(chǔ)面可用？共有多少柱面？盤組總存儲(chǔ)容量是多少？數(shù)據(jù)傳輸率是多少？解：若去掉兩個(gè)保護(hù)面，則共有：

6

X

2-2=10個(gè)存儲(chǔ)面可用；有效存儲(chǔ)區(qū)域=（33-22）/

2

=

5.5cm柱面數(shù)=40道/cm

X

5.5=220道（3）內(nèi)層道周長=22 =

69.08cm道容量=400位/cmX69.08cm=

3454B面容量=3454B

X

220道=

759，880B盤組總?cè)萘?759，880B

X

10面=

7，598，800B（4）轉(zhuǎn)速=2400轉(zhuǎn)/60秒=40轉(zhuǎn)/秒數(shù)據(jù)傳輸率=3454B

X

40轉(zhuǎn)/秒=

138，160

B/S27.某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤面，每毫米5道，每道記錄信息

12

288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道，求：磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量；最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度；磁盤數(shù)據(jù)傳輸率；平均等待時(shí)間。解：（1）存儲(chǔ)容量=275道X12

288B/道X4面=

13

516

800B（2）最高位密度=12

288B/230=17B/mm=136位/mm（向下取整）最大磁道直徑=230mm+275道/5道X2=

230mm

+

110mm

=

340mm最低位密度=12

288B/340=11B/mm=92位/mm

（向下取整）（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率=12

288B

X

3000轉(zhuǎn)/分=12

288B

X

50轉(zhuǎn)/秒=614

400B/S（4）平均等待時(shí)間=1/50/2=10ms返回目錄輸入輸出系統(tǒng)第五章1.I/O有哪些編址方式？各有何特點(diǎn)？解：常用的I/O編址方式有兩種：I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址和I/O獨(dú)立編址；特點(diǎn)：I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址方式的I/O地址采用與主存單元地址完全一樣的格式，I/O設(shè)備和主存占用同一個(gè)地址空間，CPU可像訪問主存一樣訪問I/O設(shè)備，不需要安排專門的I/O指令。I/O獨(dú)立編址方式時(shí)機(jī)器為I/O設(shè)備專門安排一套完全不同于主存地址格式的地址編碼，此時(shí)I/O地址與主存地址是兩個(gè)獨(dú)立的空間，CPU需要通過專門的I/O指令來訪問I/O地址空間。6.字符顯示器的接口電路中配有緩沖存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器，各有何作用？解：顯示緩沖存儲(chǔ)器的作用是支持屏幕掃描時(shí)的反復(fù)刷新；只讀存儲(chǔ)器作為字符發(fā)生器使用，他起著將字符的ASCII碼轉(zhuǎn)換為字形點(diǎn)陣信息的作用。8.某計(jì)算機(jī)的I/O設(shè)備采用

異步串行傳送方式傳送字符信息。字符信息的格式為一位起始位、

七位數(shù)據(jù)位、一位校驗(yàn)位和一位

停止位。若要求每秒鐘傳送480個(gè)字符，那么該設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率為多少？解：480×10=4800位/秒=4800波特；波特——是數(shù)據(jù)傳送速率波特率的單位。10.什么是I/O接口?為什么要設(shè)置I/O接口？I/O接口如何分類？解：I/O接口一般指CPU和I/O設(shè)備間的連接部件；I/O接口分類方法很多，主要有：按數(shù)據(jù)傳送方式分有并行接口和串行接口兩種；按數(shù)據(jù)傳送的控制方式分有程序控制接口、程序中斷接口、DMA接口三種。12.結(jié)合程序查詢方式的接口電路，說明其工作過程。解：程序查詢接口工作過程如下（以輸入為例）：1）CPU發(fā)I/O地址

地址總線

接口開命令設(shè)備選擇器譯碼

選中，發(fā)SEL信號(hào)接收門；CPU發(fā)啟動(dòng)命令

D置0，B置1

接口向設(shè)備發(fā)啟動(dòng)命令

設(shè)備開始工作；CPU等待，輸入設(shè)備讀出數(shù)據(jù)

DBR；外設(shè)工作完成，完成信號(hào)

接口

B置0，D置1；準(zhǔn)備就緒信號(hào)

控制總線

CPU；輸入：CPU通過輸入指令（IN）將DBR中的數(shù)據(jù)取走；若為輸出，除數(shù)據(jù)傳送方向相反以外，其他操作與輸入類似。工作過程如下：1）CPU發(fā)I/O地址

地址總線

接口開命設(shè)備選擇器譯碼

選中，發(fā)SEL信號(hào)令接收門；2）輸出：CPU通過輸出指令（OUT）將數(shù)據(jù)放入接口DBR中；3）CPU發(fā)啟動(dòng)命令接口向設(shè)備發(fā)啟動(dòng)命令D置0，B置1設(shè)備開始工作；CPU等待，輸出設(shè)備將數(shù)據(jù)從DBR取走；外設(shè)工作完成，完成信號(hào)

接口

B置0，D置1；準(zhǔn)備就緒信號(hào)控制總線CPU，CPU可通過指令再次向接口DBR輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)行第二次傳送。13.說明中斷向量地址和入口地址的區(qū)別和聯(lián)系。解：中斷向量地址和入口地址的區(qū)別：向量地址是硬件電路（向量編碼器）產(chǎn)生的中斷源的內(nèi)存地址編號(hào)，中斷入口地址是中斷服務(wù)程序首址。中斷向量地址和入口地址的聯(lián)系：中斷向量地址可理解為中斷服務(wù)程序入口地址指示器（入口地址的地址），通過它訪存可獲得中斷服務(wù)程序入口地址。在什么條件下，I/O設(shè)備可以向CPU提出中斷請(qǐng)求？解：I/O設(shè)備向CPU提出中斷請(qǐng)求的條件是：I/O接口中的設(shè)備工作完成狀態(tài)為1（D=1），中斷屏蔽碼為0

（MASK=0），且CPU查詢中斷時(shí)，中斷請(qǐng)求觸發(fā)器狀態(tài)為1（INTR=1）。什么是中斷允許觸發(fā)器？它有何作用？解：中斷允許觸發(fā)器是CPU中斷系統(tǒng)

中的一個(gè)部件，他起著開關(guān)中斷的作用（即中斷總開關(guān)，則中斷屏蔽觸發(fā)器可視為中斷的分開關(guān)）。在什么條件和什么時(shí)間，CPU可以響應(yīng)I/O的中斷請(qǐng)求？解：CPU響應(yīng)I/O中斷請(qǐng)求的條件和時(shí)間是：當(dāng)中斷允許狀態(tài)為1（EINT=1），且至少有一個(gè)中斷請(qǐng)求被查到，則在一條指令執(zhí)行完時(shí)，響應(yīng)中斷。某系統(tǒng)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣處理，每抽取一個(gè)輸入數(shù)據(jù)，CPU就要中斷處理一次，將取樣的數(shù)據(jù)存至存儲(chǔ)器的緩沖區(qū)中，該中斷處理需P秒。此外，緩沖區(qū)內(nèi)每存儲(chǔ)N個(gè)數(shù)據(jù)，主程序就要將其取出進(jìn)行處理，這個(gè)處理需Q秒。試問該系統(tǒng)可以跟蹤到每秒多少次中斷請(qǐng)求？解：這是一道求中斷飽和度的題，要注意主程序?qū)?shù)據(jù)的處理不是中斷處理，因此Q秒不能算在中斷次數(shù)內(nèi)。N個(gè)數(shù)據(jù)所需的處理時(shí)間=P×N+Q秒平均每個(gè)數(shù)據(jù)所需處理時(shí)間=（P×N+Q）/N秒；求倒數(shù)得：該系統(tǒng)跟蹤到的每秒中斷請(qǐng)求數(shù)=N/（P×N+Q）次。19.在程序中斷方式中，磁盤申請(qǐng)中斷的優(yōu)先權(quán)高于打印機(jī)。當(dāng)打印機(jī)正在進(jìn)行打印時(shí)磁盤申請(qǐng)中斷請(qǐng)求。試問是否要將打印機(jī)輸出停下來，等磁盤操作結(jié)束后，打印機(jī)輸出才能繼續(xù)進(jìn)行？為什么？解：這是一道多重中斷的題，由于磁盤中斷的優(yōu)先權(quán)高于打印機(jī)，因此應(yīng)將打印機(jī)輸出停下來，等磁盤操作結(jié)束后，打印機(jī)輸出才能繼續(xù)進(jìn)行。因?yàn)榇蛴C(jī)的速度比磁盤輸入輸出的速度慢，并且暫停打印不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失么？解：CPU對(duì)DMA請(qǐng)求和中斷請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間不一樣，因?yàn)閮煞N方式的交換速度相差很大，因此CPU必須以更短的時(shí)間間隔查詢并響應(yīng)DMA請(qǐng)求（一個(gè)存取周期末）。24.DMA的工作方式中，

CPU暫停方式和周期挪用方式的數(shù)據(jù)傳送流程有何不同？畫圖說明。解：兩種DMA方式的工作流程見下頁，其主要區(qū)別在于傳送階段，現(xiàn)行程序是否完全停止訪停止CPU訪存方式的DMA工作流程如下：現(xiàn)行程序CPUI/ODMA預(yù)處理：向DMAC送MM緩沖區(qū)首址；I/O設(shè)備地址；交換個(gè)數(shù)；啟動(dòng)I/ODMAC啟動(dòng)開始工作I/O準(zhǔn)備就緒DMA請(qǐng)求I/O數(shù)據(jù)送BR或(BR)送I/O現(xiàn)行程序AA現(xiàn)行程序總線請(qǐng)求準(zhǔn)備下個(gè)數(shù)據(jù)(AR)送MM(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；響應(yīng)，停止CPU訪存現(xiàn)行程序等待BI/O數(shù)據(jù)送BR或(BR)送I/ODMA請(qǐng)求就緒C

D數(shù)據(jù)傳送：讓出總線CPUDMACI/OBCD準(zhǔn)備下個(gè)數(shù)據(jù)(AR)送(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；中斷請(qǐng)求現(xiàn)行程序響應(yīng)中斷后處理：中斷服務(wù)程序：校驗(yàn)、錯(cuò)誤檢測、停止外設(shè)或再啟動(dòng)及初始化?，F(xiàn)行程序I/O停止WC=0現(xiàn)行程序等待周期竊取方式的DMA工作流程如下：現(xiàn)行程序CPUI/ODMA預(yù)處理：向DMAC送MM緩沖區(qū)首址；I/O設(shè)備地址；交換個(gè)數(shù)；啟動(dòng)I/ODMAC啟動(dòng)開始工作I/O準(zhǔn)備就緒DMA請(qǐng)求I/O數(shù)據(jù)送BR現(xiàn)行程序AA現(xiàn)行程序總線請(qǐng)求或(BR)送I/O數(shù)據(jù)傳送：響應(yīng)，讓出一個(gè)MM周期準(zhǔn)備下個(gè)數(shù)據(jù)(AR)送MM(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；現(xiàn)行程序總線請(qǐng)求BI/O數(shù)據(jù)送BR或(BR)送I/ODMA請(qǐng)求就緒C

DCPUDMACI/OBCD數(shù)據(jù)傳送：響應(yīng)，讓出一個(gè)MM周期準(zhǔn)備下個(gè)數(shù)據(jù)(AR)送(MAR)；(AR)+1；R/W(BR)送MDR；WC減1；中斷請(qǐng)求現(xiàn)行程序響應(yīng)中斷后處理：中斷服務(wù)程序：校驗(yàn)、錯(cuò)誤檢測、停止外設(shè)或再啟動(dòng)及初始化?，F(xiàn)行程序I/O停止WC=025.

假設(shè)某設(shè)備向CPU傳送信息的最高頻率是40K次/秒，而相應(yīng)的中斷處理程序其執(zhí)行時(shí)間為40

s，試問該外設(shè)是否可用程序中斷方式與主機(jī)交換信息，為什么？解：該設(shè)備向CPU傳送信息的時(shí)間間隔=1/40K=0.025×103=25 s

<

40

s則：該外設(shè)不能用程序中斷方式與主機(jī)交換信息，因?yàn)槠渲袛嗵幚沓绦虻膱?zhí)行速度比該外設(shè)的交換速度慢。26.設(shè)磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，分8個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)存儲(chǔ)1K字節(jié)，主存與磁盤存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳送的寬度為16位（即每次傳送16位）。假設(shè)一條指令最長執(zhí)行時(shí)間是25

s，是否可采用一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案，為什么？若不行，應(yīng)采取什么方案？解：先算出磁盤傳送速度，然后和指令執(zhí)行速度進(jìn)行比較得出結(jié)論。道容量=1KB×8

16

=1K

×8

×8

16=1K×4=4K字?jǐn)?shù)傳率=4K字×3000轉(zhuǎn)/分=4K字×50轉(zhuǎn)/秒

=200K字/秒一個(gè)字的傳送時(shí)間=1/200K字/秒=5

s5

s<<25

s，所以不能采用一條指令執(zhí)行結(jié)束響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案，應(yīng)采取每個(gè)

CPU機(jī)器周期末查詢及響應(yīng)DMA請(qǐng)求的方案（通常安排CPU機(jī)器周期=MM存取周期）。27.試從下面七個(gè)方面比較程序查詢、程序中斷和DMA三種方式的綜合性能。數(shù)據(jù)傳送依賴軟件還是硬件；傳送數(shù)據(jù)的基本單位；并行性；主動(dòng)性；傳輸速度；經(jīng)濟(jì)性；應(yīng)用對(duì)象。解：比較如下：（1）程序查詢、程序中斷方式的數(shù)據(jù)傳送主要依賴軟件，DMA主要依賴硬件。程序查詢、程序中斷傳送數(shù)據(jù)的基本單位為字或字節(jié)，DMA為數(shù)據(jù)塊。程序查詢方式傳送時(shí)，CPU與I/O設(shè)備串行工作；程序中斷方式時(shí)，CPU與I/O設(shè)備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送串行進(jìn)行；DMA方式時(shí)，CPU與I/O設(shè)備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送并行進(jìn)行。程序查詢方式時(shí)，CPU主動(dòng)查詢

I/O設(shè)備狀態(tài)；程序中斷及DMA方式時(shí)，CPU被動(dòng)接受I/O中斷請(qǐng)求或DMA請(qǐng)求。程序中斷方式由于軟件額外開銷時(shí)間比較大，因此傳輸速度最慢；程序查詢方式軟件額外開銷時(shí)間基本沒有，因此傳輸速度比中斷快；DMA方式基本由硬件實(shí)現(xiàn)傳送，因此速度最快；程序查詢接口硬件結(jié)構(gòu)最簡單，因此最經(jīng)濟(jì)；程序中斷接口硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜一些，因此較經(jīng)濟(jì)；DMA控制器硬件結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，因此成本最高；程序中斷方式適用于中、低速設(shè)備的I/O交換；程序查詢方式適用于中、低速實(shí)時(shí)處理過程；DMA方式適用于高速設(shè)備的I/O交換；30.什么是多重中斷？實(shí)現(xiàn)多重中斷的必要條件是什么？解：多重中斷是指：當(dāng)CPU執(zhí)行某個(gè)中

斷服務(wù)程序的過程中，發(fā)生了更高級(jí)、更緊迫的事件，CPU暫?，F(xiàn)行中斷服務(wù)程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理該事件的中斷，處理完返回現(xiàn)行中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。實(shí)現(xiàn)多重中斷的必要條件是：在現(xiàn)行中斷服務(wù)期間，中斷允許觸發(fā)器為1，即開中斷。返回目錄補(bǔ)充題：一、某CRT顯示器可顯示64種ASCII字符，每幀可顯示72字×24排；每個(gè)字符字形采用7×8點(diǎn)陣，即橫向7點(diǎn)，字間間隔1點(diǎn)，縱向8點(diǎn)，排間間隔6點(diǎn)；幀頻50Hz，采取逐行掃描方式。假設(shè)不考慮屏幕四邊的失真問題，且行回掃和幀回掃均占掃描時(shí)間的20%，問：顯存容量至少有多大？字符發(fā)生器（ROM）容量至少有多大？顯存中存放的是那種信息？顯存地址與屏幕顯示位置如何對(duì)應(yīng)？設(shè)置哪些計(jì)數(shù)器以控制顯存訪問與屏幕掃描之間的同步？它們的模各是多少？點(diǎn)時(shí)鐘頻率為多少？解：1）顯存最小容量=72×24×8

=1728B2）ROM最小容量=64×8行×8列=512B（含字間隔1點(diǎn)）3）顯存中存放的是ASCII碼信息。顯存每個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)字符顯示位置，顯示位置自左至右，從上到下，分別對(duì)應(yīng)緩存地址由低到高。設(shè)置點(diǎn)計(jì)數(shù)器、字計(jì)數(shù)器、行計(jì)數(shù)器、排計(jì)數(shù)器控制顯存訪問與屏幕掃描之間的同步。它們的模計(jì)算如下：點(diǎn)計(jì)數(shù)器模=7+1=8行計(jì)數(shù)器模=8+6=14字、排計(jì)數(shù)器的模不僅與掃描正程時(shí)間有關(guān)，而且與掃描逆程時(shí)間有關(guān)，因此計(jì)算較為復(fù)雜。列方程：（72+x）×0.8=72（24+y）×

0.8

=

24解方程得：x=18，y=6，則：字計(jì)數(shù)器模=72+18=90排計(jì)數(shù)器模=24+6=306）點(diǎn)頻=50Hz×30排×14行×90字×

8點(diǎn) =

15

120

000Hz=

15.12MHz二、有一編碼鍵盤，其鍵陣列為8行×16列，分別對(duì)應(yīng)128種ASCII碼字符，采用硬件掃描方式確認(rèn)按鍵信號(hào)，問：掃描計(jì)數(shù)器應(yīng)為多少位？ROM容量為多大？若行、列號(hào)均從0開始編排，則當(dāng)?shù)?行第7列的鍵表示字母“F”時(shí)，CPU從鍵盤讀入的二進(jìn)制編碼應(yīng)為多少（設(shè)采用奇校驗(yàn)）？參考教材圖5.15，畫出該鍵盤的原理性邏輯框圖；如果不考慮校驗(yàn)技術(shù)，此時(shí)ROM是否可?。拷猓?）掃描計(jì)數(shù)器=7位（與鍵的個(gè)數(shù)有關(guān)）2）ROM容量=128×8=128B（與字符集大小有關(guān)）3）CPU從鍵盤讀入的應(yīng)為字符“F”的ASCII碼=01000110，其中最高位為奇校驗(yàn)位。4）該鍵盤的原理性邏輯框圖見下頁，與教材圖5.15類似，主要需標(biāo)明參數(shù)。5）如果不考慮校驗(yàn)技術(shù)，并按ASCII碼位序設(shè)計(jì)鍵陣列，則ROM編碼表可省，此時(shí)7位計(jì)數(shù)器輸出值即為ASCII碼。8X16鍵盤矩陣該鍵盤的原理性邏輯框圖如下：七位計(jì)數(shù)器時(shí)鐘發(fā)生器CPU列譯碼器4:16行譯碼器3:8中斷觸發(fā)器單穩(wěn)延遲-RDROM128B-CS地址譯碼輸入三、一針式打印機(jī)采用7×9點(diǎn)陣打印字符，每行可打印132個(gè)字符，共有96種可打印字符，用帶偶校驗(yàn)位的ASCII碼表示。問：打印緩存容量至少有多大？字符發(fā)生器容量至少有多大？列計(jì)數(shù)器應(yīng)有多少位？緩存地址計(jì)數(shù)器應(yīng)有多少位？解：1）打印緩存最小容量=132×8=

132B（考慮偶校驗(yàn)位）2）ROM最小容量=96×7列×9行=672×9位3）列計(jì)數(shù)器=3位（7列向上取2的冪）4）緩存地址計(jì)數(shù)器=8位（132向上取2的冪）返回目錄計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法第

六

章2.已知X=0.a1a2a3a4a5a6（ai為0或1），討論下列幾種情況時(shí)ai各取何值。（1）X

>

1/2；

（2）X

1/8；（3）1/4 X

>

1/16解：

（1）若要X

>

1/2，只要a1=1，a2~a6不全為0即可（a2

or

a3

or

a4

or

a5or

a6

=

1）；（2）若要X

1/8，只要a1~a3不全為0即可（a1

or

a2

or

a3

=1），

a4~a6可任取0或1；（3）若要1/4 X

>

1/16，只要a1=0，a2可任取0或1；當(dāng)a2=0時(shí)，若a3=0，則必須a4=1，且a5、a6不全為0（a5

or

a6=1；若a3=1，則a4~a6可任取0或1；當(dāng)a2=1時(shí)，a3~a6可任取0或1。3.設(shè)x為整數(shù)，[x]補(bǔ)=1，x1x2x3x4x5，若要求x<-16，試問x1~x5

應(yīng)取何值？解：若要x<-16，需x1=0，x2~x5

任意。（注：負(fù)數(shù)絕對(duì)值大的反而小。）4.設(shè)機(jī)器數(shù)字長為8位（含1位符號(hào)位在內(nèi)），寫出對(duì)應(yīng)下列各真值的原碼、補(bǔ)碼和反碼。-13/64，29/128，100，-87解：真值與不同機(jī)器碼對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：真

值十進(jìn)制

二進(jìn)制原

碼

反

碼

補(bǔ)

碼-13/64

-0.00

1101 1.001

1010 1.110

0101 1.110

0129/128 0.001

1101 0.001

1101 0.001

1101 0.001

11100

110

0100-87

-101

01110,110

0100 0,110

0100 0,110

01001,101

0111 1,010

1000 1,010

1005.已知[x]補(bǔ)，求[x]原和x。[x1]補(bǔ)=1.

1100；

[x2]補(bǔ)=1.

1001；

[x3]補(bǔ)=0.

1110；[x4]補(bǔ)=1.

0000[x5]補(bǔ)=1，0101；

[x6]補(bǔ)=1，1100；

[x7]補(bǔ)=0，0111；

[x8]補(bǔ)=1，0000；解：[x]補(bǔ)與[x]原、x的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：[x]補(bǔ)[x]原x（二進(jìn)制）x（十進(jìn)制）1.11001.0100-0.0100-1/41.10011.0111-0.0111-7/160.11100.1110+0.1110+7/81.0000無-1.0000-11，01011，1011-1011-111，11001，0100-0100-40，01110，0111+0111+71，0000無-10000-166.設(shè)機(jī)器數(shù)字長為8位（含1位符號(hào)位在內(nèi)），分整數(shù)和小數(shù)兩種情況討論真值x為何值時(shí)，[x]補(bǔ)=[x]原成立。解：當(dāng)x為小數(shù)時(shí)，若x

0，則[x]補(bǔ)=[x]原成立；若x<0，則當(dāng)x=-1/2時(shí)，

[x]補(bǔ)=[x]原成立。當(dāng)x為整數(shù)時(shí)，若x

0，則[x]補(bǔ)=[x]原成立；若x<0，則當(dāng)x=-64時(shí)，

[x]補(bǔ)=[x]原成立。設(shè)x為真值，x*為絕對(duì)值，說明[-x*]補(bǔ)=[-x]補(bǔ)能否成立。解：當(dāng)x為真值，x*為絕對(duì)值時(shí)，[-x*]補(bǔ)=[-x]補(bǔ)不能成立。[-x*]補(bǔ)=[-x]補(bǔ)的結(jié)論只x>0時(shí)成立。當(dāng)x<0時(shí)，由于[-x*]補(bǔ)是一個(gè)負(fù)值，而[-x]補(bǔ)是一個(gè)正值，因此此時(shí)[-x*]補(bǔ)不等于[-x]補(bǔ)。討論若[x]補(bǔ)>[y]補(bǔ)，是否有x>y？解：若[x]補(bǔ)>[y]補(bǔ)，不一定有x>y。[x]補(bǔ)>[y]補(bǔ)時(shí)x>y的結(jié)論只在x>0、y>0，及

x<0、y<0時(shí)成立。當(dāng)x<0、y

>0時(shí)，有x>y，但由于負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的符號(hào)位為1，則[x]補(bǔ)<[y]補(bǔ)。同樣，當(dāng)x<0、y>0時(shí)，有x<y，但[x]補(bǔ)>[y]補(bǔ)。9.當(dāng)十六進(jìn)制數(shù)9B和FF分別表示為原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼和無符號(hào)數(shù)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的十

進(jìn)制數(shù)各為多少（設(shè)機(jī)器數(shù)采用一位符號(hào)位）？解：真值和機(jī)器數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：十六進(jìn)制真值無符號(hào)數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼移碼9BH二進(jìn)制十進(jìn)制10011011155-11011-27-1100100-100-1100101-101+11011+27FFH二進(jìn)制十進(jìn)制11111111255-1111111-127-0000000-0-0000001-1+1111111+12710.在整數(shù)定點(diǎn)機(jī)中，設(shè)機(jī)器數(shù)采用一位符號(hào)位，寫出±0的原碼、補(bǔ)碼、反碼和移碼，得出什么結(jié)論？解：0的機(jī)器數(shù)形式如下：真值原碼補(bǔ)碼反碼移碼+00，00…00，00…00，00…01，00…0-01，00…00，00…01，11…11，00…011.已知機(jī)器數(shù)字長為4位（其中1位為符號(hào)位），寫出整數(shù)定點(diǎn)機(jī)和小樹定點(diǎn)機(jī)中原碼、補(bǔ)碼和反碼的全部形式，并注明其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制真值。解：機(jī)器數(shù)與對(duì)應(yīng)的真值形式如下：真值（二進(jìn)制）真值（十進(jìn)制）原碼反碼補(bǔ)碼整數(shù)+111+70，111同原碼同原碼+110+60，110+101+50，101+100+40，100+011+30，011+010+20，010+001+10，001續(xù)表1：真值（二進(jìn)制）真值（十進(jìn)制）原碼反碼補(bǔ)碼整數(shù)-1000-8無無1，000-111-71，1111，0001，001-110-61，1101，0011，010-101-51，1011，0101，011-100-41，1001，0111，100-011-31，0111，1001，101-010-21，0101，1011，110續(xù)表2：真值（二進(jìn)制）真值（十進(jìn)制）原碼反碼補(bǔ)碼小數(shù)+7/80.111同原碼同原碼+0.111+3/40.110+0.110+5/80.101+1/20.100+0.101+3/80.011+0.100+1/40.010+1/80.001續(xù)表3：真值（二進(jìn)制）真值（十進(jìn)制）原碼反碼補(bǔ)碼小數(shù)-1.000-1無無1.000-0.111-7/81.1111.0001.001-0.110-3/41.1101.0011.010-0.101-5/81.1011.0101.011-0.100-1/21.1001.0111.100-0.011-3/81.0111.1001.101-0.010-1/41.0101.1011.11012.設(shè)浮點(diǎn)數(shù)格式為：階符1位、階碼4位、數(shù)符1位、尾數(shù)10位。寫出51/128、27/1024、7.375、-86.5所對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)。要求階碼和尾數(shù)均為原碼；階碼和尾數(shù)均為補(bǔ)碼；階碼為移碼，尾數(shù)為補(bǔ)碼。解：據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)的格式：4

1

101階符

階碼

數(shù)符

尾數(shù)將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：x1=51/128=（0.011

001

1）2=2-1（0.110

011）2x2=

-27/1024=（-0.000

001

101

1）2=2-5（-0.110

11）2x3=7.375=（111.011）2=23

（0.111

011）2x4=

-86.5=（-1

010

110.1）2=27

（-0.101

011

01）2則以上各數(shù)的浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)為：（1）[x1]浮=1，0001；0.110

011

000

0（2）[x1]浮=1，1111；0.110

011

000

0（3）[x1]浮=0，1111；0.110

011

000

0（1）[x2]浮=1，0101；1.110

110

000

0（2）[x2]浮=1，1011；1.001

010

000

0（3）[x2]浮=0，1011；1.001

010

000

0（1）[x3]浮=0，0011；0.111

011

000

0（2）[x3]浮=0，0011；0.111

011

000

0（3）[x3]浮=1，0011；0.111

011

000

0（1）[x4]浮=0，0111；1.101

011

010

0（2）[x4]浮=0，0111；1.010

100

110

0（3）[x4]浮=1，0111；1.010

100

110

0注：以上浮點(diǎn)數(shù)也可采用如下格式：1

1

4

10數(shù)符

階符

階碼

尾數(shù)此時(shí)只要將上述答案中的數(shù)符位移到最前面即可。13.浮點(diǎn)數(shù)格式同上題，當(dāng)階碼基值分別取2和16時(shí)，說明2和16在浮點(diǎn)數(shù)中如何表示。基值不同對(duì)浮點(diǎn)數(shù)什么有影響？當(dāng)階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示，且尾數(shù)采用規(guī)格化形式，給出兩種情況下所能表示的最大正數(shù)和非零最小正數(shù)真值。解：（1）階碼基值不論取何值，在浮點(diǎn)數(shù)中均為隱含表示，即：2和16不出現(xiàn)在浮點(diǎn)格式中，僅為人為的約定。當(dāng)基值不同時(shí)，對(duì)數(shù)的表示范圍和精度都有影響。即：在浮點(diǎn)格式不變的情況下，基越大，可表示的浮點(diǎn)數(shù)范圍越大，但精度越下降。r=2時(shí)，最大正數(shù)的浮點(diǎn)格式為：

0，1111；0.111

111

111

1其真值為：N+max=215×（1-2-10）非零最小規(guī)格化正數(shù)浮點(diǎn)格式為：1，0000；0.100

000

000

0其真值為：N+min=2-16×2-1=2-17r=16時(shí)，最大正數(shù)的浮點(diǎn)格式為：0，1111；0.1111

1111

11其真值為：N+max=1615×（1-2-10）非零最小規(guī)格化正數(shù)浮點(diǎn)格式為：1，0000；0.0001

0000

00其真值為：N+min=16-16×16-1=16-1714.設(shè)浮點(diǎn)數(shù)字長為32位，欲表示±6萬間的十進(jìn)制數(shù)，在保證數(shù)的最大精度條件下，除階符、數(shù)符各取一位外，階碼和尾數(shù)各取幾位？按這樣分配，該浮點(diǎn)數(shù)溢出的條件是什么？解：若要保證數(shù)的最大精度，應(yīng)取階的基=2。若要表示±6萬間的十進(jìn)制數(shù)，由于32768（215）<6萬<65536（216），則：階碼除階符外還應(yīng)取16位（向上取2的冪）。故：尾數(shù)位數(shù)=32-1-1-16=14位216按此格式，該浮點(diǎn)數(shù)上溢的條件為：階碼（65536）該浮點(diǎn)數(shù)格式如下：1

16

1

14階符階

值數(shù)符尾

數(shù)15.什么是機(jī)器零？若要求全0表示機(jī)器零，浮點(diǎn)數(shù)的階碼和尾數(shù)應(yīng)采取什么機(jī)器數(shù)形式？解：機(jī)器零指機(jī)器數(shù)所表示的零的形式，它與真值零的區(qū)別是：機(jī)器零在數(shù)軸上表示

為“0”點(diǎn)及其附近的一段區(qū)域，即在計(jì)算機(jī)中小到機(jī)器數(shù)的精度達(dá)不到的數(shù)均視為“機(jī)

器零”，而真零對(duì)應(yīng)數(shù)軸上的一點(diǎn)（0點(diǎn)）。若要求用“全0”表示浮點(diǎn)機(jī)器零，則浮點(diǎn)數(shù)的階碼應(yīng)用移碼、尾數(shù)用補(bǔ)碼表示（此時(shí)階

碼為最小階、尾數(shù)為零，而移碼的最小碼值

正好為“0”，補(bǔ)碼的零的形式也為“0”，拼起來正好為一串0的形式）。16.設(shè)機(jī)器數(shù)字長為16位，寫出下列各種情況下它能表示的數(shù)的范圍。設(shè)機(jī)器數(shù)采用一位符號(hào)位，答案均用十進(jìn)制表示。無符號(hào)數(shù)；原碼表示的定點(diǎn)小數(shù)；補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù)；補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù)；原碼表示的定點(diǎn)整數(shù)；浮點(diǎn)數(shù)的格式為：階符1位、階碼5位、數(shù)符1位、尾數(shù)9位（共16位）。分別寫出其正數(shù)和負(fù)數(shù)的表示范圍；浮點(diǎn)數(shù)格式同（6），機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式，分別寫出其對(duì)應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)的真值范圍。解：各種表示方法數(shù)據(jù)范圍如下：（1）無符號(hào)整數(shù)：0

~

216

-1，即：0

~

65535；原碼定點(diǎn)小數(shù)：1

-

2-15

~

-（1

-

2-15），即：0.99997

~-0.99997；補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)：1-2-15

~-1

， 即：0.99997~-1；補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)：215

-1

~-215， 即：32767

~-32768；原碼定點(diǎn)整數(shù)：215

-1

~-（215

-1），即：32767

~-32767；（6）據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)格式：1階符5階碼1數(shù)符9尾數(shù)由于題意中未指定該浮點(diǎn)數(shù)所采用的碼制則不同的假設(shè)前提會(huì)導(dǎo)致不同的答案，示意如下：1）當(dāng)采用階原尾原非規(guī)格化數(shù)時(shí)，最大正數(shù)=0，11

111；0.111

111

111最小正數(shù)=1，11

111；0.000

000

001則正數(shù)表示范圍為：（1-2-9）~2-31231

2-9最大負(fù)數(shù)=1，11

111；1.000

000

001最小負(fù)數(shù)=0，11

111；1.111

111

111則負(fù)數(shù)表示范圍為：2-31（-2-9）~

-231

（1-2-9）2）當(dāng)采用階移尾原非規(guī)格化數(shù)時(shí)，正數(shù)表示范圍為：（1-2-9）~

2-32231

2-9負(fù)數(shù)表示范圍為：2-32（-2-9）~

-231

（1-2-9）注：零視為中性數(shù)，不在此范圍內(nèi)。（7）當(dāng)機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式時(shí)，若不考慮隱藏位，則最大正數(shù)=0，11

111；0.111

111

111最小正數(shù)=1，00

000；0.100

000

000其對(duì)應(yīng)的正數(shù)真值范圍為：（1-2-9）~2-32231

2-1最大負(fù)數(shù)=1，00

000；1.011

111

111最小負(fù)數(shù)=0，11

111；1.000

000

000其對(duì)應(yīng)的負(fù)數(shù)真值范圍為：-2-32（2-1+2-9）~

231

（-1）17.設(shè)機(jī)器數(shù)字長為8位（包括一位符號(hào)位），對(duì)下列各機(jī)器數(shù)進(jìn)行算術(shù)左移一位、兩位，算術(shù)右移一位、兩位，討論結(jié)果是否正確。[x1]原=0.001

1010；[x2]原=1.110

1000；[x3]原=1.001

1001；[y1]補(bǔ)=0.101

0100；[y2]補(bǔ)=1.110

1000；[y3]補(bǔ)=1.001

1001；[z1]反=1.010

1111；[z2]反=1.110

1000；[z3]反=1.001

1001。解：算術(shù)左移一位：[x1]原=0.011

0100；正確[x2]原=1.101

0000；溢出（丟1）出錯(cuò)[x3]原=1.011

0010；正確[y1]補(bǔ)=0.010

1000；溢出（丟1）出錯(cuò)[y2]補(bǔ)=1.101

0000；正確[y3]補(bǔ)=1.011

0010；溢出（丟0）出錯(cuò)[z1]反=1.101

1111；溢出（丟0）出錯(cuò)[z2]反=1.101

0001；正確[z3]反=1.011

0011；溢出（丟0）出錯(cuò)算術(shù)左移兩位：[x1]原=0.110

1000；正確[x2]原=1.010

0000；溢出（丟11）出錯(cuò)[x3]原=1.110

0100；正確算術(shù)左移兩位：[y1]補(bǔ)=0.101

0000；溢出（丟10）出錯(cuò)[y2]補(bǔ)=1.010

0000；正確[y3]補(bǔ)=1.110

0100；溢出（丟00）出錯(cuò)[z1]反=1.011

1111；溢出（丟01）出錯(cuò)[z2]反=1.010

0011；正確[z3]反=1.110

0111；溢出（丟00）出錯(cuò)算術(shù)右移一位：[x1]原=0.000

1101；正確[x2]原=1.011

0100；正確[x3]原=1.000

1100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差[y1]補(bǔ)=0.010

1010；正確[y2]補(bǔ)=1.111

0100；正確[y3]補(bǔ)=1.100

1100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差算術(shù)右移一位：[z1]反=1.101

0111；正確[z2]反=1.111

0100(0)；丟0，產(chǎn)生誤差[z3]反=1.100

1100；正確算術(shù)右移兩位：[x1]原=0.000