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计算机组成原理第五版习题答案
计算机组成原理第五版习题答案
第一章 .............................................................................................................................................. 1
第二章 .............................................................................................................................................. 3
第三章 ............................................................................................................................................ 14
第四章 ............................................................................................................................................ 19
第五章 ............................................................................................................................................ 21
第六章 ............................................................................................................................................ 27
第七章 ............................................................................................................................................ 31
第八章 ............................................................................................................................................ 34
第九章 ............................................................................................................................................ 36
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计算机组成原理第五版习题答案
第一章
1． 模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。数字计算机的主要特
点是按位运算，并且不连续地跳动计算。模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和
测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字 0 和 1 表示数据，采用
数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。数字计算机与模拟计算机相比，精度高，
数据存储量大，逻辑判断能力强。
2． 数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行
的经济性和适应性来划分的。
3． 科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。
4． 主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计
算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，
指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。主要组成部分有：:运
算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。
5． 存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。每个存储单元都有编号，称为单元
地址。如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字。
6． 计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，而解算
某一问题的一串指令序列，称为程序。
7． 取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是数
据流。
8． 半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外
存共同用来保存二进制数据。运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称 CPU，它
用来控制计算机及进行算术逻辑运算。适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用
相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。
9． 计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。系统程序用来简化程序设计，简化使用方
法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能用用途；应用程序是用户利用计
算机来解决某些问题而编制的程序。
10．
在早期的计算机中，人们是直接用机器语言来编写程序的，这种程序称为手编程序
或目的程序；后来，为了编写程序方便和提高使用效率，人们使用汇编语言来编写程序，
称为汇编程序；为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人
也能很方便地使用计算机，人们又创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序，
源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行；随着计算机技术
的日益发展，人们又创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系
统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库
管理系统。
11．
第一级是微程序设计级，这是一个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令；
第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由程序解释机器指令系统；第三级是操作
系统级，它由操作系统实现；第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语
言，以减少程序编写的复杂性；第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编
写应用程序而设置的。用一系列的级来组成计算机的接口对于掌握计算机是如何组成的
提供了一种好的结构和体制，而且用这种分级的观点来设计计算机对保证产生一个良好
的系统结构也是很有帮助的。
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12．
因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬
件完成，也可以由软件来完成。实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。
13．
计算机应用和应用计算机在概念上是不等价的。
计算机应用是计算机学科与其他学科相结合的交叉学科，是计算机学科的组成部分，分
为数值计算和非数值应用两大领域。
应用计算机是借助计算机为实现特定的信息系统功能的手段。在计算机系统的层次结构
中，应用计算机是多级计算机系统层次结构的最终目标，是高级语言级之上的服务层次。
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第二章
1．（1） −35 =−100011）
[−35]原 10100011
[−35]补 11011100
[−35]反 11011101
（2）
[127]原＝
[127]反＝
[127]补＝
（3） −127 =−）
[−127]原 11111111
[−127]补 10000001
[−127]反 10000000
（4） −1 =−1）
[−1]原 10000001
[−1]补 11111111
[−1]反 11111110
2．[x]补 = a0. a1a2…a6
解法一、
（1） 若 a0 = 0, 则 x > 0, 也满足 x > -0.5
此时 a1→a6 可任意
（2） 若 a0 = 1, 则 x <= 0, 要满足 x > -0.5, 需 a1 = 1
即 a0 = 1, a1 = 1, a2→a6 有一个不为 0
解法二、
-0.5 = -0.1(2) = -0.100000 = 1, 100000
（1） 若 x >= 0, 则 a0 = 0, a1→a6 任意即可
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（ 2
=
=
=
（ 2
=
=
=
（ 2
=
=
=
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[x]补 = x = a0. a1a2…a6
（2） 若 x < 0, 则 x > -0.5
只需-x < 0.5, -x > 0
[x]补 = -x, [0.5]补 = 01000000
即[-x]补 < 01000000
a0 * a1 * a 2
a6 + 1 < 01000000
a0 * a1 * a 2
a6 < 00111111
a0 a1a 2
a6 > 11000000
即 a0a1 = 11, a2→a6 不全为 0 或至少有一个为 1（但不是“其余取 0”）
3．字长 32 位浮点数，阶码 8 位，用移码表示，尾数 23 位，用补码表示，基为 2
Es
E1→E8
Ms
M21
M0
（1） 最大的数的二进制表示
E = 11111111
Ms = 0, M = 11…1（全 1）
1 11111111 111111111111
（2） 最小的二进制数
E = 11111111
Ms = 1, M = 00…0（全 0）
1 11111111 10000000000
（3） 规格化范围
正最大
E = 11…1， M = 11…1， Ms = 0
8 个
22 个
即： 22
7
−1
−22
正最小
E = 00…0， M = 100…0， Ms = 0
8 个
7
−1
21 个
负最大
E = 00…0， M = 011…1， Ms = 1
8 个
21 个
负最小
7 −1
E = 11…1， M = 00…0， Ms =1
8 个
22 个
−22
)
即： 22
7−1
× (−1)
规格化所表示的范围用集合表示为：
7
−1
, 22
7
−1
−22 7 7 −22
4
× (1 − 2 )
即： 2−2 × 2
（最接近 0 的负数）即： −2−2 × (2 + 2
[ 2−2 × 2
× (1 − 2 ) ] U [ 22 −1 × (−1) , −2−2 × (2−1 + 2 ) ]
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4．在 IEEE754 标准中，一个规格化的 32 位浮点数 x 的真值表示为：
X=
(−1)s ×（1.M）× 2 E −127
（1）27/64=0.011011=1.1011× 2
−2
E= -2+127 = 125= 0111 1101
S= 0
M= 1011 0000 0000 0000 0000 000
最后表示为：0 01111101 1
（2）-27/64=-0.011011=1.1011× 2
−2
E= -2+127 = 125= 0111 1101
S= 1
M= 1011 0000 0000 0000 0000 000
最后表示为：1 01111101 1
5．（1）用变形补码进行计算：
[x]补=00 11011 [y]补=00 00011
[x]补 =
[y]补 =
[x+y]补=
00 11011
+ 00 00011
00 11110
结果没有溢出，x+y=11110
(2) [x]补=00 11011 [y]补=11 01011
[x]补 =
[y]补 =
[x+y]补=
00 11011
+ 11 01011
00 00110
结果没有溢出，x+y=00110
（3）[x]补=11 01010 [y]补=11 111111
[x]补 =
[y]补 =
[x+y]补=
00 01010
+ 00 11111
11 01001
结果没有溢出，x+y=−10111
6．[x-y]补=[x]补+[-y]补
（1）[x]补=00 11011
[-y]补=00 11111
[x]补 =
00 11011
[-y]补 = + 00 11111
[x-y]补= 01 11010
结果有正溢出，x−y=11010
（2）[x]补=00 10111
[-y]补=11 00101
[x]补 =
00 10111
[-y]补 = + 11 00101
[x-y]补= 11 11100
结果没有溢出，x−y=−00100
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（3）[x]补=00 11011
[-y]补=00 10011
[x]补 =
00 11011
[-y]补 = + 00 10011
[x-y]补= 01 01110
结果有正溢出，x−y=10010
7．（1） 用原码阵列乘法器：
[x]原=0 11011 [y]原=1 11111
因符号位单独考虑，|x|=11011 |y|=11111
1
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×)
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[x×y]原=1 1101000101
用补码阵列乘法器：
[x]补=0 11011 [y]补=1 00001
乘积符号位为：1
|x|=11011 |y|=11111
1
1
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×)
1
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[x×y]补=1 0010111011
(2) 用原码阵列乘法器：
[x]原=1 11111 [y]原=1 11011
因符号位单独考虑，|x|=11111 |y|=11011
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×)
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[x×y]原=0 1101000101
用补码阵列乘法器：
[x]补=1 00001 [y]补=1 00101
乘积符号位为：1
|x|=11111 |y|=11011
1
1
1
1
1
×)
1
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0
1
1
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[x×y]补=0 1101000101
8．(1) [x]原=[x]补=0 11000
[-∣y∣]补=1 00001
被除数 X 0 11000
+[-|y|]补
1 00001
----------------------------------------------------
余数为负 1 11001 →q0=0
左移 1 10010
+[|y|]补
0 11111
----------------------------------------------------
余数为正 0 10001 →q1=1
左移 1 00010
+[-|y|]补
1 00001
----------------------------------------------------
余数为正 0 00011 →q2=1
左移 0 00110
+[-|y|]补
1 00001
----------------------------------------------------
余数为负 1 00111 →q3=0
左移 0 01110
+[|y|]补
0 11111
----------------------------------------------------
余数为负 1 01101 →q4=0
左移 0 11010
+[|y|]补
0 11111
----------------------------------------------------
余数为负 1 11001 →q5=0
+[|y|]补
0 11111
----------------------------------------------------
余数 0 11000
故 [x÷y]原=1.11000 即 x÷y= −0.11000
余数为 0 11000
(2)
[∣x∣]补=0 01011
[-∣y∣]补=1 00111
被除数 X 0 01011
+[-|y|]补
1 00111
----------------------------------------------------
余数为负 1 10010 →q0=0
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左移 1 00100
+[|y|]补
0 11001
----------------------------------------------------
余数为负 1 11101 →q1=0
左移 1 11010
+[|y|]补
0 11001
----------------------------------------------------
余数为正 0 10011 →q2=1
左移 1 00110
+[-|y|]补
1 00111
----------------------------------------------------
余数为正 0 01101 →q3=1
左移 0 11010
+[-|y|]补
1 00111
----------------------------------------------------
余数为正 0 00001 →q4=1
左移 0 00010
+[-|y|]补
1 00111
----------------------------------------------------
余数为负 1 01001 →q5=0
+[|y|]补
0 11001
----------------------------------------------------
余数 0 00010
x÷y= −0.01110
余数为 0 00010
9．(1) x = 2-011*0.100101, y = 2-010*(-0.011110)
[x]浮 = 11101,0.100101
[y]浮 = 11110,-0.011110
Ex-Ey = 11101+00010=11111
[x]浮 = 11110,0.010010(1)
x+y 0 0. 0 1 0 0 1 0 (1)
+ 1 1. 1 0 0 0 1 0
1 1. 1 1 0 1 0 0 (1)
规格化处理:
1.010010
阶码
11100
-4 -4
x-y
0 0. 0 1 0 0 1 0 (1)
+ 0 0. 0 1 1 1 1 0
0 0 1 1 0 0 0 0 (1)
规格化处理:
0.110000
阶码
11110
x-y=2-2*0.110001
(2) x = 2-101*(-0.010110), y = 2-100*0.010110
[x]浮= 11011,-0.010110
[y]浮= 11100,0.010110
9
x+y= 1.010010*2 = 2 *-0.101110
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Ex-Ey = 11011+00100 = 11111
[x]浮= 11100,1.110101(0)
x+y 1 1. 1 1 0 1 0 1
+ 0 0. 0 1 0 1 1 0
0 0. 0 0 1 0 1 1
规格化处理:
0.101100
x+y= 0.101100*2
阶码
-6
11010
x-y
1 1.1 1 0 1 0 1
+ 1 1.1 0 1 0 1 0
1 1.0 1 1 1 1 1
规格化处理:
1.011111
阶码
11100
x-y=-0.100001*2
-4
10．(1) Ex = 0011, Mx = 0.110100
Ey = 0100, My = 0.100100
Ez = Ex+Ey = 0111
Mx*My 0. 1 1 0 1
* 0.1 0 0 1
01101
00000
00000
01101
00000
001110101
规格化：
26*0.111011
(2)
Ex = 1110, Mx = 0.011010
Ey = 0011, My = 0.111100
Ez = Ex-Ey = 1110+1101 = 1011
[Mx]补 = 00.011010
[My]补 = 00.111100, [-My]补 = 11.000100
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+[-My]
0
+[My]
0.0
+[My]
0.01
+[-My]
0.011
+[-My]
0.0110
+[My]
0.01101
+[-My]
1 1 0 00 1 0 0
0 0 1 0 1 10 0
0.01101
商 = 0.110110*2-6,
11．
4 位加法器如上图，
Ci = Ai Bi + Ai Ci −1 + Bi Ci −1
= Ai Bi + ( Ai + Bi )Ci −1
= Ai Bi + ( Ai ⊕ Bi )Ci −1
(1)串行进位方式
余数=0.101100*2-6
C1 = G1+P1C0
C2 = G2+P2C1
C3 = G3+P3C2
C4 = G4+P4C3
其中：G1 = A1B1
G2 = A2B2
G3 = A3B3
G4 = A4B4
P1 = A1⊕B1（A1＋B1 也对）
P2 = A2⊕B2
P3 = A3⊕B3
P4 = A4⊕B4
(2)并行进位方式
C1 = G1+P1C0
C2 = G2+P2G1+P2P1C0
C3 = G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0
C4 = G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0
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12．(1)组成最低四位的 74181 进位输出为：
C4 = Cn+4 = G+PCn = G+PC0， C0 为向第 0 位进位
其中，G = y3+y2x3+y1x2x3+y0x1x2x3，P = x0x1x2x3，所以
C5 = y4+x4C4
C6 = y5+x5C5 = y5+x5y4+x5x4C4
(2)设标准门延迟时间为 T， 与或非”门延迟时间为 1.5T，则进位信号 C0，由最低位传
送至 C6 需经一个反相器、两级“与或非”门，故产生 C0 的最长延迟时间为
T+2*1.5T = 4T
(3)最长求和时间应从施加操作数到 ALU 算起：第一片 74181 有 3 级“与或非”门（产
生控制参数 x0, y0, Cn+4），第二、三片 74181 共 2 级反相器和 2 级“与或非”门（进
位链），第四片 74181 求和逻辑（1 级与或非门和 1 级半加器，设其延迟时间为 3T），
故总的加法时间为：
t0 = 3*1.5T+2T+2*1.5T+1.5T+3T = 14T
13．设余三码编码的两个运算数为 Xi 和 Yi，第一次用二进制加法求和运算的和数为 Si’，进
位为 Ci+1’，校正后所得的余三码和数为 Si，进位为 Ci+1，则有：
Xi = Xi3Xi2Xi1Xi0
Yi = Yi3Yi2Yi1Yi0
Si’ = Si3’Si2’Si1’Si0’
si3
si2
si1
si0
Ci+1
FA
FA
FA
FA
十进校正
+3V
FA
si3'
FA
si2'
FA
si1'
FA
si0'
二进加法
Xi3 Yi3
Xi2 Yi2
Xi1 Yi1
Xi0 Yi0
当 Ci+1’ = 1 时，Si = Si’+0011
并产生 Ci+1
当 Ci+1’ = 0 时，Si = Si’+1101
根据以上分析，可画出余三码编码的十进制加法器单元电路如图所示。
14．
Si=AiBiCi+ AiBiCi+ AiBiCi+ AiBiCi
图如下：
12
“
计算机组成原理第五版习题答案
Si
Ai
Bi
Ci
15．设计思想：电路由三部分构成：ALU 完成定点加减法运算和逻辑运算，专用的阵列乘
法器完成乘法运算，专用的阵列除法器完成除法操作。逻辑图可参考主教材图 2.7 和图 2.9。
16．设计思想：因为有八种运算，所以控制信号采用三位，S0,S1,S2。加法和减法操作利用
4 位补码加减法器完成；加 1 操作可以单独设计电路实现，也可以将被加数强制为＋1 利用
加减法器实现；传送操作可以利用加减法器实现，第二加数强制为 0；逻辑乘和取反操作可
设计单独的逻辑运算电路，用与门和反相器实现；取补电路单独设计，参见主教材图 2.6；
乘法操作可单独设计高速乘法器，电路参见主教材图 2.7。
17. 设计思想：将 74181 的 S3～S0 及 M 等五个控制信号缩减为 S2～S0 三根信号，主教材
表 2.5（功能表中的算术运算和逻辑运算相应进行简化，去除冗余操作和可替代操作：
000: 逻辑 0
001: AB
010: A+B
011: A⊕B
100: A 加 B
101: A 减 B 减 1
110: A 加 A
111: A
其中，000～011 为四种逻辑运算，100～111 为四种算术运算。根据功能表可以很容易地设
计出简化的函数发生器。
13
≥1
&
计算机组成原理第五版习题答案
第三章
1. (1) 2
20
*
32
8
= 4M字节
(2)
1024K * 32
512K * 8
= 2 * 4 = 8片
(3)1 位地址作芯片选择
26 24
24 22
(3)主存共需 DRAM 芯片为：4×32=128 (片)
每个内存条有 32 片 DRAM 芯片，容量为 16M×64 位，需 24 根地址线(A23~A0)完成内
存条内存储单元寻址。一共有 4 块内存条，采用 2 根高位地址线(A25~A24)，通过 2：4 译
码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。
3. (1)根据题意，存储总容量为 64KB，故地址总线需 16 位。现使用 16K*8 位 DRAM 芯片，
共需 16 片。芯片本身地址线占 14 位，所以采用位并联与地址串联相结合的方法来组成整
个存储器，其组成逻辑图如图所示，其中使用一片 2：4 译码器。
(2)根据已知条件，CPU 在 1us 内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为 0.5us，
如果采用集中刷新，有 64us 的死时间，肯定不行
如果采用分散刷新，则每 1us 只能访存一次，也不行所以采用异步式刷新方式。
假定 16K*1 位的 DRAM 芯片用 128*128 矩阵存储元构成，刷新时只对 128 行进行异步方
式刷新，则刷新间隔为 2ms/128 = 15.6us，可取刷新信号周期 15us。
刷新一遍所用时间＝15us×128＝1.92ms
CS3
CS2
CS1
CS0
A13~A0
D0~D7
2：4 译码器
A14
A15
4. (1)
1024K * 32
128K * 8
= 32片
(2)
14
2. (1) 2 / 2 =4（块）
(2) ( 2 / 2 )×(64 位/8 位)=32（片）
计算机组成原理第五版习题答案
A0−A16
CPU
D0−D31
Y1
Y2
Y3
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