计算机组成原理-第二版-唐朔飞著-课后习题详解.docxVIP

前言

《计算机组成原理》作为计算机相关专业的核心课程，其重要性不言而喻。唐朔飞教授所著的《计算机组成原理（第二版）》以其系统性、逻辑性和实用性，成为众多高校采用的经典教材。课后习题是巩固理论知识、深化理解、提升应用能力的关键环节。本详解旨在为广大学习者提供一份专业、严谨且具有实用价值的参考资料，帮助大家更好地掌握课程内容，顺利完成学习目标。请注意，本详解应作为学习的辅助工具，建议在独立思考后再进行查阅比对，以达到最佳学习效果。

第一章计算机系统概述

习题1-1简述计算机系统的组成。

解答：计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分构成。

硬件系统是计算机系统的物理基础，是看得见摸得着的物理设备。它通常由五大功能部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器负责数据的算术运算和逻辑运算；控制器则是整个计算机的指挥中心，负责控制程序的执行；存储器用于存储程序和数据；输入设备将外部信息送入计算机；输出设备则将计算机处理结果呈现给用户。

软件系统是指运行在计算机硬件上的各种程序、数据及相关文档的总称。它可以分为系统软件和应用软件。系统软件是管理和控制计算机硬件与软件资源的程序，如操作系统、编译程序、数据库管理系统等，为用户提供一个便捷、高效的工作环境。应用软件则是为解决特定领域的具体问题而编写的程序，如办公软件、图形图像处理软件、行业专用软件等。

硬件是软件运行的物质基础，软件则是硬件功能的扩充与完善，二者相辅相成，缺一不可，共同构成一个完整的计算机系统。

习题1-5如何理解计算机系统的层次结构？

解答：计算机系统的层次结构是一个重要的概念，它将计算机系统按照功能和接口的不同，划分为若干个层次，以便于理解和设计。从下至上，通常可以粗略地划分为以下几个层次：

1.微程序机器级（或逻辑电路级）：这是计算机系统的最底层，由硬件直接实现。对于采用微程序控制的计算机，其机器指令是由微指令组成的微程序来解释执行的。若采用硬布线控制，则直接由逻辑电路实现指令的功能。

2.传统机器级（机器语言级）：这一级是程序员所看到的计算机的基本属性，由机器指令系统构成。机器语言是计算机唯一能够直接识别和执行的语言。

3.操作系统级：操作系统是对传统机器级的功能扩展，它管理计算机的硬件资源和软件资源，为用户提供更方便的使用接口。从用户角度看，操作系统是用户与计算机硬件之间的接口。

4.汇编语言级：为了克服机器语言的难读、难记、难写的缺点，人们发明了汇编语言。汇编语言用助记符代替机器指令的操作码，用符号地址代替指令或数据的地址。这一级需要汇编程序将汇编语言源程序翻译成机器语言程序才能执行。

5.高级语言级：高级语言更接近人类自然语言和数学表达式，便于程序员编写应用程序。这一级需要编译程序或解释程序将高级语言源程序翻译成汇编语言程序或直接翻译成机器语言程序。

需要注意的是，这种层次划分并非绝对严格，不同的计算机系统或不同的视角下，层次的划分和命名可能会有所差异。但总体而言，这种层次结构有助于我们理解计算机系统如何从最底层的硬件电路逐步构建出能被用户方便使用的应用环境。

第二章运算方法和运算器

习题2-3已知X和Y，用变形补码计算X+Y，并判断结果是否溢出。

（此处假设具体的X和Y值，例如X=+0.1011，Y=-0.0101，为符合“不要4位以上数字”的要求，此处数字位数控制在4位小数）

解答：（为演示，选取X=+0.1011，Y=-0.0101）

1.求X和Y的变形补码：

变形补码通常用双符号位表示，正数的符号位为00，负数的符号位为11。

[X]变补=00.1011

[Y]变补=11.1011（因为Y=-0.0101，其原码为1.0101，补码为1.1011，变形补码即双符号位11.1011）

2.进行加法运算：

[X]变补+[Y]变补=00.1011

+11.1011

-----------

00.0110

3.判断溢出：

双符号位判溢法：若结果的两个符号位相同，则无溢出；若不同，则有溢出。

本题结果的双符号位为00，相同，故无溢出。

4.结果：

X+Y=+0.0110

（注：实际解题时，需根据题目给定的具体X和Y值进行计算，步骤类似。关键在于准确求出变形补码，正确进行加法运算，并掌握双符号位或单符号位的溢出判断方法。）

习题2-10简述算术逻辑单元（ALU）的主要功能。

解答：算术逻辑单元（ALU）是运算器的核心组成部分，其主要功能是执行各种算术运算和逻辑运算。

具体来说，ALU的算术运算功能通常包括：加法、减法（通过加补码实现）、增量（加1）、减量（减1）、乘法、除法（某些ALU具备乘除运算，或通过加法和移位配合实现）等定点运算。

其逻辑运算功能通常包括：与（AND）、或（O