第五章 输入输出系统习题部分答案
1、答：
I/O的编制方式有两种：统一编址和不统一编址。统一编址就是将I/O地址看作是存储器地址的一部分。不统一编址就是将I/O地址和存储器地址分开，所有对I/O的访问必须有专用的I/O指令。统一编址占用了存储空间，减少了主存容量，但无需专用的I/O指令。不统一编址由于不占用主存空间，所以不影响主存容量，但是需要设置I/O专用指令。
2、答：
CPU与I/O之间传递信息可以采用以下3种联络方式。第一种是立即响应方式，它适用于一些工作速度十分缓慢的I/O设备。第二种是异步工作采用应答信号联络，这种方式适用于I/O设备与主机工作速度不匹配时的情况。第三种是同步工作采用同步时标联络，这种方式用于I/O设备与CPU的工作速度完全同步。
3、答：
(1) 程序查询方式。特点是主机与I/O串行工作，CPU启动I/O后，时刻查询I/O是否准备好，若设备准备就绪，CPU便转入处理I/O与主机间传送信息的程序；若设备没有准备就绪，则CPU反复查询，踏步等待，直到I/O准备就绪为止，这种方式CPU效率很低。
(2) 程序中断方式。特点为主机与I/O并行工作。CPU启动I/O后，不必时刻查询I/O是否准备好，而是继续执行程序，当I/O准备就绪时，向CPU发出中断信号，CPU在适当的时候相应I/O的中断请求，暂停现行的程序为I/O服务，此方式消除了踏步现象，提高了CPU的效率。
(3) DMA方式。其特点是主机与I/O并行工作，主存和I/O之间有一条直接数据通路，CPU启动I/O后，不必查询I/O是否准备好，当I/O准备就绪后，发出DMA请求，此时CPU不直接参与I/O和主存间的信息交换，只是把外部总线的使用权暂时交付DMA，仍然可以完成自身内部的操作，所以不必中断现行程序，只需暂停一个存取周期访存，CPU效率更高。
(4) 通道方式，通道是一个具有特殊功能的处理器，CPU把部分权力下放给通道，由它实现对外围设备的同意管理和外围设备与内存之间的数据交换，大大提高了CPU的效率，但是它是以花费更多的硬件为代价的。
(5) I/O处理机方式。他是通道方式的进一步发展，CPU将I/O的操作以及外围设备的管理全部给I/O处理机，其实质是多机系统，因而效率有很大的提高。
4、答：
程序查询方式要求CPU时刻查询I/O，直到I/O准备好为止，这种方式CPU工作效率很低。程序中断方式比程序中断方式提高了CPU的工作效率，消除了“踏步”现象。DMS方式中CPU的工作效率是这三种之中最高的一个。CPU启动I/O后，不必查询I/O是否准备好，当I/O准备就绪后，发出DMA请求，此时CPU不直接参与I/O和主存间的信息交换，只是把外部总线的使用权暂时交付DMA，仍然可以完成自身内部的操作，所以不必中断现行程序，只需暂停一个存取周期访存，CPU效率更高。
5、答：
图形显示器是用点、线、面组合而成的平面或立体图形。并可以做平移、比例变化、旋转、坐标变换、投影变换、透视变换、透视投影、轴侧投影、单点透视、两点或三点透视以及隐线处理等操作。主要用于CAD和CAM等。图形显示器所显示的图形是由计算机用一定的算法形成的点、线、面、阴影等，它来自主观世界，因此又称主观图像或叫做计算机图像。图像显示器所显示的图像通常来自客观世界，故又称客观图像。图像显示器是把由计算机处理后的图像，以点阵列的形式显示出来。
6、答：
(1) 缓冲存储器做为显示存储器，存放欲显示的字符的ASII码，其容量与显示屏能显示的字符个数有关，每个字符所在存储单元的地址与字符所在荧光屏上的位置一一对应。
(2) 只读存储器做为字符发生器，将ASII码转变为一组光点矩阵信息ROM的个数与显示器所能显示的字符种类有关。
7、答：
针式打印机、激光打印机和喷墨打印机都配有一个字符发生器，它们的共同特点是都能将字符编码信息变为点阵信息，不同的是这些点阵信息的控制对象不同。点阵针式打印机的字符点阵用于控制打印机的驱动电路；激光打印机的字符点阵脉冲信号用于控制激光束；喷墨打印机的字符点阵信息控制墨滴的运动轨迹。
此外，点阵针式打印机是属于击打式打印机，可以逐字打印也可以逐行打印，喷墨打印机只能逐字打印，激光打印机数据页式输出设备，后两种都属于非击打式打印机。
不同种类的打印机其性能和价格差别很大，用户可以根据不同的需要合理选用。要求印字质量高的场合可以选用激光打印机；要求价格便宜的或是只需要具有文字处理功能的个人用计算机，可配置串行点阵针式打印机；要求处理的信息量很大，速度要求快，应该配置行式打印机或是高速激光打印机。
8、答：
数据传送速率为480×(1＋7＋1＋1)＝4800位/秒
9、答：
多媒体技术是指强调计算机与声音、活动图像和文字相结合的技术。 多媒体技术的关键技术主要有：视频和音频数据的压缩和解压缩技术、多媒体专用芯片、大容量存储器、适用于多媒体技术的软件。
第六章 思考题与习题
1．最少用几位二进制数即可表示任一五位长的十进制正整数？
2．已知X=0.a1a2a3a4a5a6(ai为0或1)，讨论下列几种情况时ai各取何值。 （1）X>
1（2）X≥81412
（3）
3．设x为整数，[x]补=1,x1x2x3x4x5，若要求x<-16，试问x1~ x5应取何值？
4．设机器数字长为8位（含1位符号位在内），写出对应下列各真值的原码、补码和反码。 ，100，-87 5．已知[x]补，求[x]原和x
[x]补=1.1100；[x]补=1.1001；[x]补=0.1110；[x]补=1.0000 [x]补=1,0101；[x]补=1,1100；[x]补=0,0111；[x]补=1,0000
6．设机器数字长为8位（含1位符号位在内），分整数和小数两种情况讨论真值x为何值时，[x]补=[x]原成立。
7．设x为真值，x*为绝对值，说明[-x*]补=[-x]补能否成立。 8．讨论若[x]补>[y]补，是否有x>y？
9．当十六进制数9B和FF分别表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时，所对应的十进制数各为多少（设机器数采用一位符号位）。
10．在整数定点机中，设机器数采用一位符号位，写出±0的原码、补码、反码和移码，得
出什么结论？
11．已知机器数字长为4位（其中1位为符号位），写出整数定点机和小数定点机中原码、
补码和反码的全部形式，并注明其对应的十进制真值。
?136429，1281≥X>1612．设浮点数格式为：阶符1位、阶码4位、数符1位、尾数10、、7.375、
-86.5所对应的机器数。要求 （1）阶码和尾数均为原码； （2）阶码和尾数均为补码； （3）阶码为移码，尾数为补码。
13．浮点数格式同上题，当阶码基值分别取2和16时， （1）说明2和16在浮点数中如何表示。
（2）基值不同对浮点数什么有影响？
（3）当阶码和尾数均用补码表示，且尾数采用规格化形式，给出两种情况下所能表示的最大正数和非零最小正数真值。
14．设浮点数字长为32位，欲表示±6万间的十进制数，在保证数的最大精度条件下，除
阶符、数符各取1位外，阶码和尾数各取几位？按这样分配，该浮点数溢出的条件是什么？ 15．什么是机器零？若要求全0表示机器零，浮点数的阶码和尾数应采用什么机器数形式？ 16．设机器数字长为16位，写出下列各种情况下它能表示的数的范围。设机器数采用一位
符号位，答案均用十进制表示。 （1）无符号数；
（2）原码表示的定点小数； （3）补码表示的定点小数； （4）补码表示的定点整数； （5）原码表示的定点整数；
（6）浮点数的格式为：阶符1位、阶码5位、数符1位、尾数9位（共16位）。分
别写出其正数和负数的表示范围；
（7）浮点数格式同(6)，机器数采用补码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数的
真值范围。
17．设机器数字长为8位（包括一位符号位），对下列各机器数进行算术左移一位、两位，
算术右移一位、两位，讨论结果是否正确。
[x]原=0.0011010；[x]补=0.1010100；[x]反=1.0101111； [x]原=1.1101000；[x]补=1.1101000；[x]反=1.1101000； [x]原=1.0011001；[x]补=1.0011001；[x]反=1.0011001。 18．试比较逻辑移位和算术移位。
19．设机器数字长为8位（含1位符号位），用补码运算规则计算下列各题。 （1）A=
96451位。写出128?271024，B=，B=
??1332，求A+B
A+B
19（2）A=32?17128，求
（3）A=，求A+B （4）A=-87，B=53，求A+B （5）A=115，B=-24，求A+B
20．用原码一位乘、两位乘和补码一位乘（Booth算法）、两位乘计算x·y。 （1）x=0.110111，y=-0.101110 （2）x=-0.010111，y=-0.010101 （3）x=19，y=35
（4）x=0.11011，y=-0.11101
21．用原码加减交替法和补码加减交替法计算x÷y。 （1）x=0.100111，y=0.101011 （2）x=-0.10101，y=0.11011 （3）x=0.10100，y=-0.10001
3169，B=32 ，y=
22．设机器数字长为16位（含1位符号位），若一次移位需1?s，一次加法需1?s，试问原
码一位乘、补码一位乘、原码加减交替除和补码加减交替除法各最多需多少时间？ 23．对于尾数为40位的浮点数（不包括符号位在内），若采用不同的机器数表示，试问当
尾数左规或右规时，最多移位次数各为多少？ 24．按机器补码浮点运算步骤，计算[x+y]补
（1）x=2-011×0.101100，y=2-010×(-0.011100) （2）x=2-011×(-0.100010)，y=2-010×(-0.011111) （3）x=2101×(-0.100101)，y=2100×(-0.001111)
25．假设阶码取3位，尾数取6位（均不包括符号位），计算下列各题。 （1）[2 （2）[2 （3）[2
5
13（4）x=32?273211×1613×16]- [2×(
-4
-4
??91658)] )] )] )]
-3
]- [2×(]×[2×(
4
3
13×16??916 （4）[2×(
3
6
1115?3
16)]÷[2×(16-2
（5）[2×(-1)]×[2×
-6
7
5764?]
12 （6）[2×(-1)]÷[2×()] （7）3.3125+6.125 （8）14.75-2.4375 26．如何判断定点和浮点补码加减运算结果是否溢出，如何判断原码和补码定点除法运算结
果是否溢出？
27．设浮点数阶码取3位，尾数取6位（均不包括符号位），要求阶码用移码运算，尾数用
补码运算，计算x·y，且结果保留1倍字长。
-100
（1）x=2×0.101101，y=2-011×(-0.110101) （2）x=2-011×(-0.100111)，y=2101×(-0.101011)
28．机器数格式同上题，要求阶码用移码运算，尾数用补码运算，计算x÷y。 （1）x=2101×0.100111，y=2011×(-0.101011) （2）x=2110×(-0.101101)，y=2011×(-0.111100)
29．设机器字长为32位，用与非门和与或非门设计一个并行加法器（假设与非门的延迟时
间为30?s，与或非门的延迟时间为45?s），要求完成32位加法时间不得超过0.6?s。画出进位链及加法器逻辑框图。
30．设机器字长为16位，分别按4、4、4、4和5、5、3、3分组，
（1）画出按两种分组方案的单重分组并行进位链框图，并比较哪种方案运算速度快。 （2）画出按两种分组方案的双重分组并行进位链，并对这两种方案进行比较。 （3）用74181和74182画出单重和双重分组的并行进位链框图。 31．画出实现Booth算法的运算器框图。要求：
（1）寄存器和全加器均用方框表示，指出寄存器和全加器的位数； （2）说明加和移位的次数；
（3）详细画出最低位全加器的输入电路。
32．画出实现补码加减交替除法的运算器框图。要求：
（1）寄存器和全加器均用方框表示，指出寄存器和全加器的位数； （2）说明加和移位的次数；
（3）详细画出第5位（设n为最低位）全加器的输入电路； （4）画出上商的输入电路。
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第七章 思考题与习题
1. 什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切关系？
2. 什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？ 3. 什么是指令字长、机器字长和存储字长？
4. 零地址指令的操作数来自哪里？一地址指令中，另一个操作数的地址通常可采用什么寻址方式获得？各举一例说明。
5. 对于二地址指令而言，操作数的物理地址可安排在什么地方？举例说明。 6. 试比较间接寻址和寄存器间址。 7. 试比较基址寻址和变址寻址。
8. 画出先变址再简址及先间址再变址的寻址过程示意图。
9. 画出SUB @ R1指令对操作数的寻址及减法过程的流程图。设被减数和结果存于ACC中， @表示间接寻址, R1寄存器的内容为2074H。
10. 画出执行ADD * -5指令（*为相对寻址特征）的信息流程图。设另一个操作数和结果
存于ACC中，并假设（PC）= 4000H。
11. 设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是相对位移量，
用补码表示。假设当前转移指令第一字节所在的地址为2000H，且CPU每取出一个字节便自动完成（PC）+ 1→PC的操作。试问当执行JMP * +8和JMP * -9指令时，转移指令第二字节的内容各为多少？
12. 某机主存容量为4M×16位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成108种
操作，操作码位数固定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式，试回答：
（1）画出一地址指令格式并指出各字段的作用； （2）该指令直接寻址的最大范围； （3）一次间址和多次间址的寻址范围； （4）立即数的范围（十进制表示）； （5）相对寻址的位移量（十进制表示）；
（6）上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？哪一种最长？为什么？哪一种便
于程序浮动？哪一种最适合处理数组问题？
（7）如何修改指令格式，使指令的寻址范围可扩大到4M？
（8）为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采取什么措施？简要说明之。 13. 举例说明哪几种寻址方式在指令的执行阶段不访问存储器？哪几种寻址方式在指令的
执行阶段只需访问一次存储器？完成什么样的指令，包括取指令在内共需访问四次存储器？
14. 某机器共能完成78种操作，若指令字长为16位，试问一地址格式的指令地址码可取几
位？若想使指令的寻址范围扩大到216，可采用什么办法？举出三种不同的例子加以说明。
15. 某CPU内有32个32位的通用寄存器，设计一种能容纳64种操作的指令系统。假设指
令字长等于机器字长，试回答：
（1）如果主存可直接或间接寻址，采用“寄存器?存储器”型指令，能直接寻址的最