計(jì)算機(jī)組成原理答案

計(jì)算機(jī)組成原理答案

1.4教材習(xí)題解答

1.電子數(shù)字計(jì)算機(jī)和電子模擬計(jì)算機(jī)的區(qū)別在哪里？

解：電子數(shù)字計(jì)算機(jī)中處理的信息是在時(shí)間上離散的數(shù)字量，運(yùn)算的

過程是不連續(xù)

的；電子模擬計(jì)算機(jī)中處理的信息是連續(xù)變化的物理量，運(yùn)算的過程

是連續(xù)的。

2.馮？諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？其中最主要的一點(diǎn)是什么？

解：馮？諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)如下：

①計(jì)算機(jī)（指硬件）應(yīng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸

出設(shè)備五大基本部件

組成；

②計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來表示指令和數(shù)據(jù)；

③將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中，然后再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)

工作。

第③點(diǎn)是最主要的一點(diǎn)。

3.計(jì)算機(jī)的硬件是由哪些部件組成的？它們各有哪些功能？

解：計(jì)算機(jī)的硬件應(yīng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)

備五大基本部件

組成。它們各自的功能是：

①輸入設(shè)備：把人們編好的程序和原始數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中去，并且

將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)

算機(jī)內(nèi)部所能識(shí)別和接受的信息方式。

②輸出設(shè)備：將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以人或其他設(shè)備所能接受的形式

送出計(jì)算機(jī)。

③存儲(chǔ)器：用來存放程序和數(shù)據(jù)。

④運(yùn)算器：對信息進(jìn)行處理和運(yùn)算。

⑤控制器：按照人們預(yù)先確定的操作步驟，控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各部

件有條不紊地自

動(dòng)工作。

4.什么叫總線？簡述單總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

解：總線是一組能為多個(gè)部件服務(wù)的公共信息傳送線路，它能分時(shí)地

發(fā)送與接收各

部件的信息。單總線結(jié)構(gòu)即各大部件都連接在單一的一組總線上，這

個(gè)總線被稱為系統(tǒng)

總線。CPU與主存、CPU與外設(shè)之間可以直接進(jìn)行信息交換，主存與

外設(shè)、外設(shè)與外設(shè)

之間也可以直接進(jìn)行信息交換，而無須經(jīng)過CPU的干預(yù)。

概論

第1

早

95.簡單描述計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)，說明各層次的主要特點(diǎn)。

解：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)硬件與軟件組成的綜合體，可以把它看成

是按功能劃分

的多級層次結(jié)構(gòu)。

第0級為硬件組成的實(shí)體。

第1級是微程序級。這級的機(jī)器語言是微指令集，程序員用微指令

編寫的微程序一

般是直接由硬件執(zhí)行的。

第2級是傳統(tǒng)機(jī)器級。這級的機(jī)器語言是該機(jī)的指令集，程序員用

機(jī)器指令編寫的

程序可以由微程序進(jìn)行解釋。

第3級是操作系統(tǒng)級。從操作系統(tǒng)的基本功能來看，一方面它要直

接管理傳統(tǒng)機(jī)器

中的軟硬件資源，另一方面它又是傳統(tǒng)機(jī)器的延伸。

第4級是匯編語言級。這級的機(jī)器語言是匯編語言，完成匯編語言

翻譯的程序叫做

匯編程序。

第5級是高級語言級。這級的機(jī)器語言就是各種高級語言，通常用

編譯程序來完成

高級語言翻譯的工作。

第6級是應(yīng)用語言級。這一級是為了使計(jì)算機(jī)滿足某種用途而專門

設(shè)計(jì)的，因此這

一級語言就是各種面向問題的應(yīng)用語言。

6.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？

解：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)有：機(jī)器字長、數(shù)據(jù)通路寬度、主存

容量和運(yùn)算速

度等。

機(jī)器字長是指參與運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù)，它是由加法器、寄存器的位

數(shù)決定的。

數(shù)據(jù)通路寬度是指數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)。

主存容量是指主存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的全部信息量。

運(yùn)算速度與機(jī)器的主頻、執(zhí)行什么樣的操作、主存本身的速度等許多

因素有關(guān)?！?/p>

2.4教材習(xí)題解答

1.設(shè)機(jī)器數(shù)的字長8位（含1位符號(hào)位），分別寫出下列各二

進(jìn)制數(shù)的原碼、補(bǔ)碼和

反碼：0,—0,0.1000,—0.1000,0.1

111,-0.1111,1101,-1101o

解：

真值原碼補(bǔ)碼反碼

0

-0

0.1000

-0.1000

0.1111

-0.1111

1101

-1101

00000000

10000000

0.10000001.1000000

0.1111000

1.1111000

00001101

10001101

00000000

00000000

0.10000001.1000000

0.1111000

1.0001000

00001101

11110011

00000000

11111111

0.10000001.0111111

0.1111000

1.0000111

00001101

11110010

2.寫出下列各數(shù)的原碼、補(bǔ)碼和反碼：7

16,4

16,1

16,±0,—1

16,—4

16,-7

16o

解：7

16=7X2-4=0.0111

4

16=4X2-4=0.0100

1

16=1X2-4=0.0001

數(shù)據(jù)的機(jī)器層次表示

第2

,zCzi

早

33真值原碼補(bǔ)碼反碼

7160.01110.01110.0111416

0.01000.01000.01001160.00

010.00010.000100.00000.00

000.0000-01.00000.00(01.1

111-1161.00011.11111.1110-

41610100111001.1011-716

1.01111.10011.10003.已知下列

數(shù)的原碼表示,分別寫出它們的補(bǔ)碼表示：［XI］0.10

100,［X2］原=

1.101110

解：［XI］補(bǔ)=0.10100,［X2］補(bǔ)=1.0100

1O

4.已知下列數(shù)的補(bǔ)碼表示，分別寫出它們的真值：［X1］補(bǔ)=

0.10100,［X2］補(bǔ)=

1.10111O

解：XI=0.10100,X2=-0.01001o

5.設(shè)一個(gè)二進(jìn)制小數(shù)XN0,表示成X=0.a1a2a3a

4a5a6,其中al?a6取“1”或“0”：

(1)若要X>12

,al?a6要滿足什么條件？

(2)若要X218

,al?a6要滿足什么條件？

(3)若要

14

NX>1

16,al?a6要滿足什么條件?

解：(1)X>12

的代碼為：0.100001—0.111111。

a1=1,a2+a3+a4+a5+a6=1。

(2)X218

的代碼為：

0.00100018

0.11111163

64

a1+a2=0,a3=1或al=0,a2=1或

a1=1o

計(jì)算機(jī)組成原理教師用書

34(3)14

2X>1

16的代碼為：

0.0001015

64

0.01000014

al+a2+a3=0,a4=1,a5+a6=1或

a1+a2=0,a3=1或a2=1,a1+a3+a

4+a5+

a6=0o

6.設(shè)［X］原=1.a1a2a3a4a5a6,

(1)若要X>-12

,al?a6要滿足什么條件？

(2)若要一18

NXN—14

,al?a6要滿足什么條件？

解：(1)X>-12

的代碼為：

1.000001-1

64

1.011111-31

64

al=0,a2+a3+a4+a5+a6=1o

(2)-18

2X2—14

的代碼為：

1.001000-18

1.001001-9

64

1.001111-15

64

1.010000-14

a1+a2=0,a3=1或a21,a1+a3+

a4+a5+a6=0。

7.若上題中［X］原改為［X］補(bǔ)，結(jié)果如何？

解：設(shè)［X］補(bǔ)=1.a1a2a3a4a5a6,

(1)X>-12

的代碼為：

數(shù)據(jù)的機(jī)器層次表示

第2

351.100001-31

64

1.111111-1

64

a11,a2+a3+a4+a5+a61

(2)-18

2X2—14

的代碼為：

1.110000-14

1.110001-15

64

1.110111-9

64

1.111000-18

a1?a2=1,a3=0或al?a2?a3=1,a

4+a5+a6=0。

8.一個(gè)n位字長的二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)，其中1位為符號(hào)位，分別

寫出在補(bǔ)碼和反碼兩

種情況下：

(1)模數(shù)；(2)最大的正數(shù)；

(3)最負(fù)的數(shù)；(4)符號(hào)位的權(quán)；

(5)-1的表示形式；(6)0的表示形式。

解：

項(xiàng)目補(bǔ)碼反碼

模數(shù)Mod2nMod(2n-1)

最大的正數(shù)2n—1—12n—1—1最負(fù)的數(shù)一2n—

1—(2n—1—1)

符號(hào)位的權(quán)2n—12n—1

-1的表示形式11111111111111100的表示

形式0000000000000000

111111119.某機(jī)字長16位，問在下列幾種情況

下所能表示數(shù)值的范圍：

計(jì)算機(jī)組成原理教師用書

36(1)無符號(hào)整數(shù)；

(2)用原碼表示定點(diǎn)小數(shù);

(3)用補(bǔ)碼表示定點(diǎn)小數(shù)；

(4)用原碼表示定點(diǎn)整數(shù)；

(5)用補(bǔ)碼表示定點(diǎn)整數(shù)。

解：(1)OWXW(216-1)

(2)-(1-2-15)WXW(1-2-15)

(3)—1WXW(1-2-15)

(4)-(215-1)WXW(215-1)

(5)—215WXW(215-1)

10.某機(jī)字長32位，試分別寫出無符號(hào)整數(shù)和帶符號(hào)整數(shù)(補(bǔ)

碼)的表示范圍(用十

進(jìn)制數(shù)表示)。

解：無符號(hào)整數(shù)：OWXW(232-1)o

補(bǔ)碼：一231WXW(231-1)o

11.某浮點(diǎn)數(shù)字長12位，其中階符1位，階碼數(shù)值3位，數(shù)

符1位，尾數(shù)數(shù)值7位，階

碼以2為底，階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示。它所能表示的最大正數(shù)是

多少？最小規(guī)格化正

數(shù)是多少？絕對值最大的負(fù)數(shù)是多少？

解：最大正數(shù)=(1—2—7)X223—1=11—

2-7)X27=127o

最小規(guī)格化正數(shù)=2-1X2—23=2—1X2

-8=2-9=1

512o

絕對值最大的負(fù)數(shù)=-1X223-1=-1X27

=—128o

12.某浮點(diǎn)數(shù)字長16位，其中階碼部分6位(含1位階符)，

移碼表示，以2為底；尾

數(shù)部分10位(含1位數(shù)符，位于尾數(shù)最高位)，補(bǔ)碼表示，規(guī)

格化。分別寫出下列各題的二

進(jìn)制代碼與十進(jìn)制真值。

(1)非零最小正數(shù)；

(2)最大正數(shù)；

(3)絕對值最小負(fù)數(shù)；

(4)絕對值最大負(fù)數(shù)。

解：(1)非零最小正數(shù)：000000,0,10000000

0；2-lX2-25=2-33o

(2)最大正數(shù)：111111,0,111111111；(1

-2-9)X225-1=(1-2-9)X2

31o

(3)絕對值最小負(fù)數(shù)：000000,1,01111111

1；-(2-1+2-9)X2-25o

(4)絕對值最大負(fù)數(shù)：111111,1,00000000

0；-lX225-l=-231o

13.一浮點(diǎn)數(shù)，其階碼部分為p位，尾數(shù)部分為q位，各包含1

位符號(hào)位，均用補(bǔ)碼表

示；尾數(shù)基數(shù)r=2,該浮點(diǎn)數(shù)格式所能表示數(shù)的上限、下限及

非零的最小正數(shù)是多少？寫

數(shù)據(jù)的機(jī)器層次表示

第2

早

37出表達(dá)式。

解：上限(最大正數(shù))=(1-2-(q-1))X2

2(p—1)—1o

下限(絕對值最大負(fù)數(shù))=-1X22(p-1)-1o

最小正數(shù)=2—(q—1)X2—2(p—1)o

最小規(guī)格化正數(shù)=2-1X2-2(p-1)o

14.若上題尾數(shù)基數(shù)r=16,按上述要求寫出表達(dá)式。

解：上限(最大正數(shù))=(1-2-(q-1))X1

62(p—1)—1o

下限(絕對值最大負(fù)數(shù))=-lX162(p-l)-lo

最小正數(shù)=2—(q—1)X16—2(p—1)o

最小規(guī)格化正數(shù)=16—1X16—2(p—1)o

15.某浮點(diǎn)數(shù)字長32位，格式如下。其中階碼部分8位，以

2為底，移碼表示；尾數(shù)

部分一共24位(含1位數(shù)符)，補(bǔ)碼表示?，F(xiàn)有一浮點(diǎn)代碼為

(8C5A3E00)16,試寫出它所

表示的十進(jìn)制真值。

0789

3

階碼數(shù)符尾數(shù)

解：(8C5A3E00)16=1000110001011

010001111100000000OB,

0.10110100011111X212=(10110

1000111.11)2=(2887.75)10o

16.試將(一0.1101)2用IEEE短浮點(diǎn)數(shù)格式表示

出來。

解：0.1101=1.101X2—1。

符號(hào)位=1。

階碼=127-1=126o

1,01111110,101000000000000000

000000

結(jié)果=BF500000Ho

17.將下列十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為IEEE短浮點(diǎn)數(shù)：

(1)28.75；

(2)624；

(3)-0.625；

(4)+0.0；

(5)-1000.5o

解：(1)28.75=11100.11=1.1100

11X24o

符號(hào)位=0o

階碼=127+4=131o

0,10000011,110011000000000000

00000o

計(jì)算機(jī)組成原理教師用書

38結(jié)果=41E60000Ho

(2)624=1001110000=1.0011100

00X29o

符號(hào)位=0。

階碼=127+9=136。

0,10001000,001110000000000000

00000o

結(jié)果=441C0000Ho

(3)-0.625=-0.101=-1.01X2

—1O

符號(hào)位=1O

階碼=127-1=126o

1,01111110,010000000000000000

00000O

結(jié)果=BF200000Ho

(4)+0.0o

結(jié)果=0000000OHo

(5)-1000.5=1111101000.1=1.1

111010001X29o

符號(hào)位=1。

階碼=127+9=136o

1,10001000,111101000100000000

000000

結(jié)果=C47A200OHo

18.將下列IEEE短浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù):

(1)1100000011110000000000000

0000000；

(2)0011111100010000000000000

0000000；

(3)0100001110011001000000000

0000000

(4)0100000000000000000000000

0000000

(5)0100000100100000000000000

0000000

(6)0000000000000000000000000

0000000o

解：（1）1,10000001,1110000000000

0000000000

符號(hào)位=1o

階碼=1291272o

1111X221111B7.5o

所以結(jié)果=7.5o

(2)0,01111110,00100000000000

000000000

符號(hào)位=0。

階碼=1261271

1.001X210.1001B=05625o

數(shù)據(jù)的機(jī)器層次表示

第2

早

39所以，結(jié)果=0.5625o

(3)0,10000111,00110010000000

000000000

符號(hào)位=0O

階碼=13512780

1.0011001X28100110010B30

6o

所以，結(jié)果=306o

(4)0,10000000,00000000000000

000000000

符號(hào)位=0o

階碼=128-127=1o

1.0X21=1OB=2o

所以，結(jié)果=2o

(5)0,10000010,01000000000000

000000000

符號(hào)位=0o

階碼=130-127=3o

1.01X23=1010B=10o

所以，結(jié)果=10o

(6)0,00000000,00000000000000

000000000

階碼和尾數(shù)都等于全0,結(jié)果=0o

19.對下列ASCH碼進(jìn)行譯碼：

1001001,0100001,1100001,1110

111

1000101,1010000,1010111,0100

100

解：以上ASCII碼分別為I,!,a,w,E,P,W,$。

20.以下列形式表示(5382)10o

(1)8421碼;(2)余3碼；

(3)2421碼;(4)二進(jìn)制數(shù)。

解：(1)0101001110000010o

(2)1000011010110101

(3)1011001111100010o

(4)1010100000110O

21.填寫下列代碼的奇偶校驗(yàn)位，現(xiàn)設(shè)為奇校驗(yàn):

10100001

00011001

01001110

解：3個(gè)代碼的校驗(yàn)位分別是0,0,1°

計(jì)算機(jī)組成原理教師用書

4022.已知下面數(shù)據(jù)塊約定：橫向校驗(yàn)、縱向校驗(yàn)均為奇校驗(yàn),

請指出至少有多少位

出錯(cuò)。

a7a6a5a4a3a2a1a0校驗(yàn)位

10011011-0

00110101—1

11010000-0

11100000-0

01001111f0

校驗(yàn)位10101111

解：經(jīng)檢測a7和a0列出錯(cuò)，所以至少有兩位出錯(cuò)。

23.求有效信息位為01101110的海明校驗(yàn)碼。

解:P5D8D7D6D5P4D4D3D2P3

D1P2P1

P1=D1十D2十D4十D5?D70十1十1十

0十1=1

P2=D1十ID3十D4十D6十D70十1十1十

1十1：0

P3=D2十?D3D4十D81十1?1?0

1

P4=D5十D6?D7D80十1?1十0

0

P5=D1十D2十D3十D5十D6十D8=0十1十

1十0十1十01

所以，海明校驗(yàn)碼=1011001111001o

24.設(shè)計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備傳送的信息是：1010110010001

111,生成多項(xiàng)式是X5+X2+1,計(jì)

算校驗(yàn)位，寫出CRC碼。

解：生成多項(xiàng)式X5+X2+1=100101o

首先將準(zhǔn)備傳送的信息左移5位：10101100100011

1100000o

然后1010110010001111000004-1001

01,余數(shù)=10011O

所以，CRC碼=101011001000111110011o_、

3.4教材習(xí)題解答

1.指令長度和機(jī)器字長有什么關(guān)系？半字長指令、單字長指令、

雙字長指令分別表

示什么意思？

解：指令長度與機(jī)器字長沒有固定的關(guān)系，指令長度可以等于機(jī)器字

長，也可以大于

或小于機(jī)器字長。通常，把指令長度等于機(jī)器字長的指令稱為單字長

指令；指令長度等于

半個(gè)機(jī)器字長的指令稱為半字長指令；指令長度等于兩個(gè)機(jī)器字長的

指令稱為雙字長

指令。

2.零地址指令的操作數(shù)來自哪里？一地址指令中，另一個(gè)操作數(shù)

的地址通常可采用

什么尋址方式獲得？各舉一例說明。

解：雙操作數(shù)的零地址指令的操作數(shù)來自堆棧的棧頂和次棧頂。雙操

作數(shù)的一地址

指令的另一個(gè)操作數(shù)通?？刹捎秒[含尋址方式獲得，即將另一操作數(shù)

預(yù)先存放在累加器

中。例如，前述零地址和一地址的加法指令。

3.某機(jī)為定長指令字結(jié)構(gòu)，指令長度16位；每個(gè)操作數(shù)的地址

碼長6位，指令分為

無操作數(shù)、單操作數(shù)和雙操作數(shù)三類。若雙操作數(shù)指令已有K種，

無操作數(shù)指令已有L

種，問單操作數(shù)指令最多可能有多少種？上述三類指令各自允許的

最大指令條數(shù)是多少？

指令系統(tǒng)

第3

.zCzL

早

65解：X=(24-K)X26-jL

26k

雙操作數(shù)指令的最大指令數(shù)：24—1o

單操作數(shù)指令的最大指令數(shù)：15X26-1（假設(shè)雙操作數(shù)

指令僅1條，為無操作數(shù)指

令留出1個(gè)擴(kuò)展窗口)。

無操作數(shù)指令的最大指令數(shù)：216-212-26o其中2

12為表示某條二地址指令占用的

編碼數(shù)，26為表示某條單地址指令占用的編碼數(shù)。此時(shí)雙操作數(shù)

和單操作數(shù)指令各僅有

1條。

4.設(shè)某機(jī)為定長指令字結(jié)構(gòu)，指令長度12位，每個(gè)地址碼占3

位，試提出一種分配

方案，使該指令系統(tǒng)包含：4條三地址指令，8條二地址指令，1

80條單地址指令。

解：4條三地址指令

000XXXYYYZZZ

011XXXYYYZZZ

8條二地址指令

100000XXXYYY

100111XXXYYY

180條單地址指令

101000000XXX

111110011XXX

5.指令格式同上題，能否構(gòu)成：

三地址指令4條，單地址指令255條，零地址指令64條？為

什么？

解：三地址指令4條

000XXXYYYZZZ

011XXXYYYZZZ

單地址指令255條

100000000XXX

111111110YYY

只能再擴(kuò)展出零地址指令8條，所以不能構(gòu)成這樣的指令系統(tǒng)。

6.指令中地址碼的位數(shù)與直接訪問的主存容量和最小尋址單位有

什么關(guān)系？

計(jì)算機(jī)組成原理教師用書

66解：主存容量越大，所需的地址碼位數(shù)就越長。對于相同容量

來說，最小尋址單位越

小，地址碼的位數(shù)就越長。

7.試比較間接尋址和寄存器間址。

解：間接尋址方式的有效地址在主存中，操作數(shù)也在主存中；寄存器

間址方式的有效

地址在寄存器中，操作數(shù)在主存中。所以間接尋址比較慢。

8.試比較基址尋址和變址尋址。

解：基址尋址和變址尋址在形成有效地址時(shí)所用的算法是相同的，但

是它們兩者實(shí)

際上是有區(qū)別的。一般來說，變址尋址中變址寄存器提供修改量（可

變的），而指令中提供

基準(zhǔn)值（固定的）；基址尋址中基址寄存器提供基準(zhǔn)值（固定的），

而指令中提供位移量（可

變的）。這兩種尋址方式應(yīng)用的場合也不同，變址尋址是面向用戶

的，用于訪問字符串、向

量和數(shù)組等成批數(shù)據(jù)；而基址尋址面向系統(tǒng)，主要用于邏輯地址和物

理地址的變換，用以

解決程序在主存中的再定位和擴(kuò)大尋址空間等問題。在某些大型機(jī)

中，基址寄存器只能

由特權(quán)指令來管理，用戶指令無權(quán)操作和修改。

9.某機(jī)字長為16位，主存容量為64K字，米用單字長單地址

指令，共有50條指令。

若有直接尋址、間接尋址、變址尋址、相對尋址四種尋址方式，試設(shè)

計(jì)其指令格式。

解：操作碼6位，尋址方式2位，地址碼8位。

10.某機(jī)字長為16位，主存容量為64K字，指令格式為單字

長單地址，共有64條指

令。試說明：

(1)若只采用直接尋址方式，指令能訪問多少主存單元？

(2)為擴(kuò)充指令的尋址范圍，可采用直接/間接尋址方式，若只

增加一位直接/間接標(biāo)

志，指令可尋址范圍為多少？指令直接尋址的范圍為多少？

(3)采用頁面尋址方式，若只增加一位Z/C(零頁/現(xiàn)行頁)標(biāo)

志，指令尋址范圍為多

少？指令直接尋址范圍為多少？

(4)采用(2)、(3)兩種方式結(jié)合，指令的尋址范圍為多少？

指令直接尋址范圍為

多少？

解：因?yàn)橛?jì)算機(jī)中共有64條指令，所以操作碼占6位，其余部分

為地址碼或標(biāo)志位。

(1)若只采用直接尋址方式，地址碼部分為10位，指令能訪問

的主存單元數(shù)為210=

1K字。

(2)若采用直接/間接尋址方式，將增加了一位直接/間接標(biāo)志,

地址碼部分為9位，

指令直接尋址的范圍為29=0.5K字，指令可尋址范圍為整

個(gè)主存空間216=64K字。

(3)若采用頁面尋址方式，將增加一位Z/C(零頁/現(xiàn)行頁)標(biāo)

志，所以指令直接尋址

范圍仍為29=0.5K字，指令尋址范圍仍為216=64K

字。

(4)此時(shí)將需要@和Z/C兩個(gè)標(biāo)志位，所以指令直接尋址范圍

為28=0.25K字，指

令的可尋址范圍仍為216=64K字。

指令系統(tǒng)

第3

早

6711.設(shè)某機(jī)字長32位，CPU有32個(gè)32位的通用寄

存器，設(shè)計(jì)一個(gè)能容納64種操作

的單字長指令系統(tǒng)。

(1)如果是存儲(chǔ)器間接尋址方式的寄存器一存儲(chǔ)器型指令，能直

接尋址的最大主存

空間是多少？

(2)如果采用通用寄存器作為基址寄存器，能直接尋址的最大主

存空間又是多少？

解：因?yàn)橛?jì)算機(jī)中共有64條指令，所以操作碼占6位；32個(gè)

通用寄存器，寄存器編號(hào)

占5位；其余部分為地址碼或標(biāo)志位。

(1)如果是存儲(chǔ)器間接尋址方式的寄存器一存儲(chǔ)器型指令，操作

碼6位，寄存器編號(hào)

5位，間址標(biāo)志1位，地址碼20位，直接尋址的最大主存空間

是220字。

(2)如果采用通用寄存器作為基址寄存器，EA(Rb)+A,

能直接尋址的最大主存

空間是232字。

12.已知某小型機(jī)字長為16位，其雙操作數(shù)指令的格式如下：

05678

15

OPRA

其中：OP為操作碼，R為通用寄存器地址。試說明下列各種情況下

能訪問的最大主存區(qū)

域有多少機(jī)器字？

(1)A為立即數(shù)。

(2)A為直接主存單元地址。

(3)A為間接地址（非多重間址）。

(4)A為變址尋址的形式地址，假定變址寄存器為R1（字長為

16位）

解：（1）1個(gè)機(jī)器字。

(2)256個(gè)機(jī)器字。

(3)65536個(gè)機(jī)器字。

(4)65536個(gè)機(jī)器字。

13.計(jì)算下列4條指令的有效地址（指令長度為16位）。

(1)000000Q

(2)100000Q

(3)170710Q

(4)012305Q

假定:上述4條指令均用八進(jìn)制書寫，指令的最左邊是一位間址指

示位@（@=0，直

接尋址；@=1,間接尋址），且具有多重間訪功能；指令的最

右邊兩位為形式地址；主存容

量215單元，表3唱4為有關(guān)主存單元的內(nèi)容（八進(jìn)制）。

計(jì)算機(jī)組成原理教師用書

68表3唱4習(xí)題13的表格

地址內(nèi)容

000001000020000104671000002

054304000031000000000410254

300005100001000060632150000

707771000010100005解：(1)000

000Q

因?yàn)橹噶畹淖罡呶粸?,故為直接尋址，EA=

A=00000Qo

(2)100000Q

因?yàn)橹噶畹淖罡呶粸?,故指令為間接尋址。

(00000)=100002,最高位仍為1,繼續(xù)間接尋址。

(00002)=054304,其最高位為0,表示已找到有

效

地址，EA=54304Qo

(3)170710Q

因?yàn)橹噶畹淖罡呶粸?,故指令為間接尋址。

(00010)=100005,最高位仍為1,繼續(xù)間接尋址。

(00005)=100001,最高位仍為1,繼續(xù)間接

尋址。

(00001)=046710,其最高位為0,表示已找到有

效地址，EA=46710Qo

(4)012305Q

因?yàn)橹噶畹淖罡呶粸?，故為直接尋址，EA=A=00005Qo

14.假定某機(jī)的指令格式如下：

11109876

50

@OPI1I2Z/CA

其中：

Bit11=1：間接尋址；

Bit8=1：變址寄存器II尋址；

Bit7=1：變址寄存器12尋址；

Bit6(零頁/現(xiàn)行頁尋址)：Z/C=0，表示0頁面；

Z/C=1,表示現(xiàn)行頁面，即指令所在頁面。

若主存容量為212個(gè)存儲(chǔ)單元，分為26個(gè)頁面，每個(gè)頁面有2

6個(gè)字。

設(shè)有關(guān)寄存器的內(nèi)容為

(PC)=0340Q(II)=1111Q(12)=

0256Q

試計(jì)算下列指令的有效地址。

(1)1046Q

(2)2433Q

(3)3215Q

指令系統(tǒng)

第3

早

69(4)1111Q

解：(1)1046Q=001000100110

因?yàn)?個(gè)標(biāo)志位均為0,故為直接尋址，EA=A=0046Qo

(2)2433Q=010100011011

因?yàn)锽it8(I1)=1,故為變址寄存器1尋址，EA=(I

1)+A=1111+33=1144QO

(3)3215Q=011010001101

因?yàn)锽it7(I2)1，故為變址寄存器2尋址，EA=(I

2)+A=0256+15=0273Qo

(4)1111Q=001001001001

因?yàn)锽it6(Z/C)=1，故為當(dāng)前頁尋址，EA=(PC)H〃A

=03//11=0311Qo

15.假定指令格式如下：

151211109

870

OPI1I2Z/CD/IA

其中：D/I為宜接/間接尋址標(biāo)志，D/I=0表小直.接尋址,

D/I=1表示間接尋址。其

余標(biāo)志位同題14說明。

若主存容量為216個(gè)存儲(chǔ)單元，分為28個(gè)頁面，每個(gè)頁面有2

8個(gè)字。

設(shè)有關(guān)寄存器的內(nèi)容為

(I1)=002543Q(12)=063215Q

(PC)=004350Q

試計(jì)算下列指令的有效地址。

(1)152301Q

(2)074013Q

(3)161123Q

(4)140011Q

解：(1)152301Q=11010100110000

01

因?yàn)锽itl0(I2)=1，故為變址寄存器2尋址，EA=(I

2)+A=063215+

301=063516Qo

(2)074013Q=011110000000101

1

因?yàn)锽itl1(I1)=1，故為變址寄存器1尋址，EA=(I

1)+A=002543+

013=002556Qo

(3)161123Q=111000100101001

1

因?yàn)锽it9(Z/C)=1,故為當(dāng)前頁尋址，EA=(PC)//A

=004123Qo

(4)140011Q=110000000000100

1

因?yàn)?個(gè)標(biāo)志位均為0,故為直接尋址，EA—A—00001

1Q。

16.舉例說明哪幾種尋址方式除去取指令以外不訪問存儲(chǔ)器？哪

兒種尋址方式除去

計(jì)算機(jī)組成原理教師用書

7。取指令外只需訪問一次存儲(chǔ)器？完成什么樣的指令，包括取指

令在內(nèi)共訪問4次存儲(chǔ)器？

解：除去取指令以外不訪問存儲(chǔ)器：立即尋址，寄存器尋址。

除去取指令外只需訪問一次存儲(chǔ)器：直接尋址，寄存器間接尋址，變

址尋址，基址尋

址，相對尋址，頁面尋址。

二級間接尋址包括取指令在內(nèi)共訪問4次存儲(chǔ)器。

17.設(shè)相對尋址的轉(zhuǎn)移指令占兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是操作碼，

第二個(gè)字節(jié)是相對位

移量，用補(bǔ)碼表示。假設(shè)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令第一字節(jié)所在的地址為200

0H,且CPU每取一個(gè)

字節(jié)便自動(dòng)完成(PC)+1-PC的操作。試問當(dāng)執(zhí)行川P倡+

8和JMP倡一9指令(倡為

相對尋址特征)時(shí)，轉(zhuǎn)移指令第二字節(jié)的內(nèi)容各為多少？轉(zhuǎn)移的目

的地址各是什么？

解：轉(zhuǎn)移指令第二字節(jié)的內(nèi)容分別為：00001000(+8),

11110111(-9)

轉(zhuǎn)移的目的地址分別為：200AH,1FF9Ho

18.什么叫主程序和子程序？調(diào)用子程序時(shí)還可采用哪兒種方法

保存返回地址？畫

圖說明調(diào)用子程序的過程。

解：主程序就是指通常的程序，而子程序是一組可以公用的指令序列,

只要知道子程

序的入口地址就能調(diào)用它。

保存返回地址的方法有多種：

(1)用子程序的第一個(gè)字單元存放返回地址。轉(zhuǎn)子指令把返回地

址存放在子程序的

第一個(gè)字單元中，子程序從第二個(gè)字單元開始執(zhí)行。返回時(shí)將第一個(gè)

字單元地址作為間

接地址，采用間址方式返回主程序。

(2)用寄存器存放返回地址。轉(zhuǎn)子指令先把返回地址放到某一個(gè)

寄存器中，再由子

程序?qū)⒓拇嫫髦械膬?nèi)容轉(zhuǎn)移到另一個(gè)安全的地方。

(3)用堆棧保存返回地址。

調(diào)用子程序的過程如圖3唱8所示，此時(shí)返回地址保存在堆棧中。

圖3唱8主程序調(diào)用子程序的過程

19.在某些計(jì)算機(jī)中，調(diào)用子程序的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的：轉(zhuǎn)子指

令將返回地址存入子

程序的第一個(gè)字單元，然后從第二個(gè)字單元開始執(zhí)行子程序，請回答

下列問題：

(1)為這種方法設(shè)計(jì)一條從子程序轉(zhuǎn)到主程序的返指令。

指令系統(tǒng)

第3

早

71(2)在這種情況下，怎么在主、子程序間進(jìn)行參數(shù)的傳遞？

(3)上述方法是否可用于子程序的嵌套？

(4)上述方法是否可用于子程序的遞歸(即某個(gè)子程序自己調(diào)用

自己)？

(5)如果改用堆棧方法，是否可實(shí)現(xiàn)(4)所提出的問題？

解：(1)返回指令通常為零地址指令。返回地址保存在堆棧中，執(zhí)

行返回指令時(shí)自

動(dòng)從堆棧中彈出。而目前返回地址是保存在子程序的第一個(gè)單元中，

故此時(shí)返回指令不

能再是零地址指令了，而應(yīng)當(dāng)是一地址指令。如：

JMP@子程序首地址

間接尋址可找到返回地址，然后無條件轉(zhuǎn)移到返回的位置。

(2)在這種情況下，可利用寄存器或主存單元進(jìn)行主、子程序間

的參數(shù)傳遞。

(3)可以用于子程序的嵌套(多重轉(zhuǎn)子)。因?yàn)槊總€(gè)返回地址都

放在調(diào)用的子程序的

第一個(gè)單元中。

(4)不可以用于子程序的遞歸，因?yàn)楫?dāng)某個(gè)子程序自己調(diào)用自己

時(shí)、子程序第一個(gè)單

元的內(nèi)容將被破壞。

(5)如果改用堆棧方法，可以實(shí)現(xiàn)子程序的遞歸，因堆棧具有后

進(jìn)先出的功能—

4.4教材習(xí)題解答

1.證明在全加器里，進(jìn)位傳遞函數(shù)P=Ai+Bi=Ai十Bi。

解：并行加法器中的每一個(gè)全加器都有一個(gè)從低位送來的進(jìn)位和一個(gè)

傳送給較高位

的進(jìn)位。進(jìn)位表達(dá)式為

Ci=AiBi+(Ai十Bi)Ci—1

欲證明Pi=Ai+Bi=Ai十Bi,也就是要證明Ci=AiBi+

(Ai十Bi)Ci—1=AiBi+(Ai

+Bi)Ci-1

用卡諾圖法，圖4唱10(a)和4唱10(b)分別是兩個(gè)邏輯表達(dá)

式的卡諾圖。兩個(gè)卡諾圖相

同，兩個(gè)邏輯表達(dá)式就相等，則進(jìn)位傳遞函數(shù)的兩種形式相等。

2.某加法器采用組內(nèi)并行、組間并行的進(jìn)位鏈，4位一組，寫出

進(jìn)位信號(hào)C6的邏輯表

達(dá)式。

解：最低一組的進(jìn)位輸出C4=6倡

1+P倡

1C0

其中：G倡

1=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1

P倡

1=P4P3P2P1

C5=G5+P5C4

所以C6=G6+P6c5=G6+P6G5+P6P5C4

3.設(shè)計(jì)一個(gè)9位先行進(jìn)位加法器，每3位為一組，采用兩級先

行進(jìn)位線路。

解：

C1=G1+PCO

C2=G2+P2G1+P2P1CO

C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0

設(shè)：G倡

1=G3+P3G2+P3P2Gl,P倡

1=P3P2P1

則有：

C3=6倡

1+P倡

1C0

C6=6倡

2+P倡

2G倡

1+P倡

2P倡

1C0

C9=6倡

3+P倡

3G倡

2+P倡

3P倡

2G倡

1+P倡

3P倡

2P倡

1CO

9位先行進(jìn)位加法器如圖4唱11所示。

4.已知X和Y,試用它們的變形補(bǔ)碼計(jì)算出X+Y,并指出結(jié)

果是否溢出。

(1)X=0.11011,Y=0.11111

(2)X=0.11011,Y=-0.10101

(3)X=-0.10110,Y=—0.00001

數(shù)值的機(jī)器運(yùn)算

第4

,zCzi

早

97(4)X=-0.11011,Y=0.11110

圖4唱10全加器的卡諾圖圖4唱119位先行進(jìn)位加法器

解：（1）[X]補(bǔ)=011011,［Y］補(bǔ)=0.111

11

00.110111X］補(bǔ)

+00.111111Y］補(bǔ)

01.11010［X+Y］補(bǔ)結(jié)果正溢

(2)［X］補(bǔ)=0.11011,［Y］補(bǔ)=1.01011

00.110111X］補(bǔ)

+11.010111Y］補(bǔ)

00.00110［X+Y］補(bǔ)

X+Y=0.00110

(3)［X］補(bǔ)=1.01010,［Y］補(bǔ)=1.11111

11.010101X］補(bǔ)

+11.111111Y］補(bǔ)

11.01001［X+Y］補(bǔ)

X+Y=-0.10111

(4)［X］補(bǔ)=1.00101,［Y］補(bǔ)=0.11110

11.001011X］補(bǔ)

+00.11110［Y］補(bǔ)

00.00011［X+Y］補(bǔ)

X+Y=0.00011

5.已知X和Y,試用它們的變形補(bǔ)碼計(jì)算出X-Y,并指出結(jié)

果是否溢出。

(1)X=0.110110.11111

(2)X=0.101110.11011

(3)X=0.11011,Y=-010011

(4)X=-0.10111),Y=—0.00001

計(jì)算機(jī)組成原理教師用書

98解：(1)［X］補(bǔ)=0.11011,［Y］補(bǔ)=1.0

0001，［一Y］補(bǔ)=0.11111

00.11011［X］補(bǔ)

+00.11111［一Y］補(bǔ)

01.11010［X-Y］補(bǔ)結(jié)果正溢

(2)［X］補(bǔ)=0.10111,［Y］補(bǔ)=0.11011,

［—Y］補(bǔ)=1.0010

00.10111［X］補(bǔ)

+11.00101［一Y］補(bǔ)

11.11100［X-Y］補(bǔ)

X—丫=一0.00100

(3)［X］補(bǔ)=0.11011,［Y］補(bǔ)=1.01101,

［—Y］補(bǔ)=0.1001

00.11011［X］補(bǔ)

+00.10011［—Y］補(bǔ)

］補(bǔ)結(jié)果正溢

(4)［X］補(bǔ)=1.01010,［Y］補(bǔ)=1.11111,

［—Y］補(bǔ)=0.0000

11.01010［X］補(bǔ)

+00.00001［—Y］補(bǔ)

11.01011［X-Y］補(bǔ)

X-Y=-0.10101

6.已知：X=0.1011,Y=—0.0101

求：12

X

補(bǔ)

，14

X

補(bǔ)

［一X］補(bǔ)，12

Y

補(bǔ)

,14

Y

補(bǔ)

,［—Y］補(bǔ)。

解：［X］補(bǔ)=0.1011

12

X

補(bǔ)

=0.0101,14

X

補(bǔ)

=0.0010，［一X］補(bǔ)=1.0101

［Y］補(bǔ)=1.