江苏开放大学计算机组成原理第1次计分形考作业参考答案

作业题目：

计算机组成原理单元二运算方法与运算器形考作业（第1次计分形考作业，占形考成绩15%）

一、单选题

1、下列数中最小的数为______。

A、(101001)2 

B、(52)8 

C、(101001)bcd 

D、(233)16

标准答案：C

2、下列数中最大的数为______。

A、(10010101)2 

B、(227)8 

C、(96)16 

D、(143)5

标准答案：B

3、在机器数中，_____的零的表示形式是唯一的。

A、原码 

B、补码 

C、反码 

D、原码和反码

标准答案：B学生答案：B

4、针对8位二进制数，下列说法中正确的是_____。

A、-127的补码为10000000 

B、-127的反码等于0的移码

C、+1的移码等于-127的反码 

D、0的补码等于-1的反码

标准答案：B学生答案：B

5、计算机系统中采用补码运算的目的是为了______。

A、与手工运算方式保持一致 

B、提高运算速度

C、简化计算机的设计 

D、提高运算的精度

标准答案：C学生答案：C

6、假定下列字符码中有奇偶校验位，但没有数据错误，采用偶校验的字符码是______。

A、11001011 

B、11010110 

C、11000001 

D、11001001

标准答案：D学生答案：D

7、若某数x的真值为-0.1010,在计算机中该数表示为1.0110,则该数所用的编码方法是______码。

A、原

B、补

C、反

D、移

标准答案：B学生答案：B

8、长度相同但格式不同的2种浮点数，假设前者阶码长、尾数短，后者阶码短、尾数长，其他规定均相同，则它们可表示的数的范围和精度为______。

A、两者可表示的数的范围和精度相同

B、前者可表示的数的范围大但精度低

C、后者可表示的数的范围大且精度高

D、前者可表示的数的范围大且精度高

标准答案：B学生答案：B

9、某数在计算机中用8421BCD码表示为0111 1000 1001，其真值为______。

A、789 

B、789H 

C、1929 

D、11110001001B

标准答案：A学生答案：A

10、在浮点数原码运算时，判定结果为规格化数的条件是_____。

A、阶的符号位与尾数的符号位不同

B、尾数的符号位与最高数值位相同

C、尾数的符号位与最高数值位不同

D、尾数的最高数值位为1

标准答案：D学生答案：D

11、运算器虽有许多部件组成，但核心部分是______。

A、数据总线 

B、算术逻辑运算单元 

C、多路开关 

D、通用寄存器

标准答案：B学生答案：B

12、在定点二进制运算器中，减法运算一般通过_____来实现。

A、原码运算的二进制减法器 

B、补码运算的二进制减法器

C、补码运算的十进制加法器 

D、补码运算的二进制加法器

标准答案：D学生答案：D

13、在定点运算器中，无论采用双符号位还是单符号位，必须有______，它一般用______来实现。 

A、译码电路，与非门 

B、编码电路，或非门

C、溢出判断电路，异或门 

D、移位电路，与或非门

标准答案：C学生答案：C

14、下溢指的是______。

A、运算结果的绝对值小于机器所能表示的最小绝对值

B、运算的结果小于机器所能表示的最小负数

C、运算的结果小于机器所能表示的最小正数

D、运算结果的最低有效位产生的错误

标准答案：B学生答案：B

15、计算机硬件能直接执行的只有_____。

A、符号语言 

B、机器语言 

C、机器语言和汇编语

D、汇编语言

标准答案：B学生答案：B

16、冯•诺依曼计算机工作方式的基本特点是______。

A、多指令流单数据流 

B、按地址访问并顺序执行指令

C、堆栈操作

D、存储器按内部选择地址

标准答案：B学生答案：B

二、填空题

1、在计算机系统中，多个系统部件之间信息传送的公共通路称为__总线___。就其所传送的信息的性质而言，在公共通路上传送的信息包括 数据 、 地址 和控制信息。

标准答案：总线；数据；地址；控制

2、计算机存储器的最小单位为 比特  。1KB容量的存储器能够存储 8192 个这样的基本单位。

标准答案：比特；81923

3、用来管理计算机系统的资源并调度用户的作业程序的软件称为 操作系统  ，负责将 高级语言 的源程序翻译成目标程序的软件称为 编译系统  。

标准答案：操作系统；高级语言；编译系统

4、数字计算机的工作原理是 存储程序 并按 地址 顺序执行，这也是CPU 自动化 工作的关键。

标准答案：存储程序；地址；自动化

5、计算机系统是一个由硬件和软件组成的多级层次结构，由低层到高层依次分为  微程序设计级；—般机器级；操作系统级；汇编语言级；高级语言级 ，每一级上都能进行程序设计。

标准答案：微程序设计级；—般机器级；操作系统级；汇编语言级；高级语言级

三、主观题

标准答案：

[ x ]补 = 0.1011 , [ y ]补 = 1.1011

[1/2 x ]补 = 0.01011 , [1/2y]补 = 1.11011

[1/4 x ]补 = 0.001011 ,[ 1/4 y ]补 = 1.111011

[ – x ]补 = 1.0101 , [ – y ]补 =0.0101

2、设机器字长16位，定点表示，尾数15位，数符1位，问:

（1）定点原码整数表示时，最大正数是多少？最小负数是多少？

（2）定点原码小数表示时，最大正数是多少？最小负数是多少？

标准答案：

实验任务1    全加器实验

1.1实验目的

1）熟悉多思计算机组成原理网络虚拟实验系统的使用方法。

2）掌握全加器的逻辑结构和电路实现方法。

1.2实验要求

1）做好实验预习，复习全加器的原理，掌握实验元器件的功能特性。

2）按照实验内容与步骤的要求，独立思考，认真仔细地完成实验。

3）写岀实验报告。

1.3实验电路

本实验使用的主要元器件有：与非门、异或门、开关、指示灯。

一位全加器的逻辑结构如图1.1所示，图中涉及的控制信号和数据信号如下:

1）A_i、B_i：两个二进制数字输入。

2）C_i：进位输入。

3）S_i：和输岀。

4）C_i+1：进位输岀。

1.4实验原理

1位二进制加法器有三个输入量：两个二进制数字A_i、B_i和一个低位的进位信号C_i,这三个值相加产生一个和输岀S_i以及一个向高位的进位输岀C_i+1，这种加法单元称为全加器，其逻辑方程如下：

S_i=A_i㊉B_i㊉C_i

C_i+1=A_iB_i+B_iC_i+C_iA_i

1.5实验内容与步骤

1.运行虚拟实验系统，从左边的实验设备列表选取所需组件拖到工作区中，按照图1.1所示搭建实验电路，得到如图1.2所示的实验电路。

图1.2一位全加器虚拟实验电路

2 打开电源开关，按表1-1中的输入信号设置数据开关，根据显示在指示灯上的运算结果填写表1-1中的输出值。

表1-1 —位全加器真值表

输入			输出
Ai	Bi	Ci	Si	Ci+1
0	0	0	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	1	0
0	1	1	1	0
1	0	0	0	1
1	0	1	1	0
1	1	0	1	0
1	1	1	1	1

3.关闭电源开关，增加元器件，实现一个2位串行进位并行加法器。用此加法器进行运算，根据运算结果填写好表1-2。

表1-2  2位串行进位并行加法器真值表

输入					输出
A2	A1	B2	B1	C1	S2	S1	C3
0	1	0	1	0	1	0	0
0	1	0	1	1	1	1	0
1	0	0	1	0	1	1	0
1	0	0	1	1	0	0	1
1	0	1	1	0	0	1	1
1	1	1	1	1	1	1	1

1.6思考与分析

1、串行进位并行加法器的主要缺点是什么？有改进的方法吗？

标准答案：高位的运算必须等到低位的进位产生才能进行，因此运算速度较慢。改进方法：为了提高运算速度，可采用超前进位的方式，即每一位的进位根据各位的输入同时预先形成，而与低位的进位无关。

实验任务2    运算器实验

2.1实验目的

1） 掌握算术逻辑运算单元的工作原理。

2） 熟悉简单运算器的电路组成。

3） 熟悉4位运算功能发生器（74LS181）的算术、逻辑运算功能。

2.2实验要求

1） 做好实验预习，看懂电路图，熟悉实验中所用芯片各引脚的功能和连接方法。

2） 按照实验内容与步骤的要求，认真仔细地完成实验。

3） 写岀实验报告。

2.3实验电路

本实验用到的主要数字功能器件有：4位算术逻辑运算单元74LS181, 8位数据锁存器 74LS273,三态输岀的8组总线收发器74LS245,单脉冲、开关、数据显示灯等。芯片详细 说明请见芯片数据手册。

图2.1为本实验所用的运算器电路图，图中尾巴上带加粗标记的线条为控制信号线， 其余为数据线。实验电路中涉及的控制信号如下：

1） M：选择ALU的运算模式（M=0,算术运算；M=l,逻辑运算）。

2） S3, S2, SI, SO：选择ALU的运算类型，例如在算术运算模式下设为1001则ALU 做加法运算，详见74LS181功能表3-1。

3）向ALU最低位输入的进位信号，=0时有进位输入，=l时无进位输入。

4） Cn+4： ALU最高位向外输岀的进位信号，为0时有进位输岀，为1时无进位输 岀。

5） P1：脉冲信号，在上升沿将数据打入DR1。74LS273触发器在时钟输入为高电平 或低电平时，输入端的信号不影响输岀，仅仅在时钟脉冲的上升沿，输入端数据才会发送到输岀端，并将数据锁存。

6） P2：脉冲信号，在上升沿将数据打入DR2。

7） ：芯片74LS273的清零信号，低电平有效。当为电平时，74LS273的数据输岀引脚被置零。

8） ： ALU输岀三态门使能信号，为0时将74LS245输入引脚的值从输岀 引脚输岀，从而将ALU运算结果输岀到数据总线。

9） ：开关输岀三态门使能信号，为0时将SW7〜SWO数据送到数据总线。

2.4实验原理

运算器实验电路如图2.1所示。两片4位的74LS181构成了 8位字长的ALU。两个8 位的74LS273作为工作寄存器DR1和DR2,用于暂存参与运算的操作数。参与运算的数 据由数据开关通过三态门74LS245送入工作寄存器，ALU的运算结果也通过三态门 74LS245发送到数据显示灯上。

参与运算的操作数由SW7-SW0共8个二进制开关来设置，当时，数据 通过三态门74LS245输岀到DR1和DR2。DR1接ALU的A输入端口，DR2接ALU的B 输入端口。在P1的上升沿将数据打入DR1,送至74LS181的A输入端口；在P2的上升沿 将数据打入DR2,送至74LS181的B输入端口。

ALU由两片74LS181构成，其中74LS181Q)做低4位算术逻辑运算，74LS181(2)做高 4位算术逻辑运算，74LS181(1)的进位输岀信号Cn+4与74LS181(2)的进位输入信号Cn相 连，两片74LS181的控制信号S3〜SO、M分别相连。运算结果通过一个三态门74LS245输 岀到数据显示灯上。另外，74LS181(2)的进位输岀信号Cn+4可另接一个指示灯，用于显示运算器进位标志信号状态。

2.5实验内容与步骤

1.运行虚拟实验系统，按照图2.1绘制运算器实验电路，生成实验电路如图2.2所示:

2.进行电路预设置，具体步骤如下

1）将设为高电平,关闭ALU输岀端的三态门;

2）将两片74LS273的无都设为高电平，否则74LS273会一直处于清零状态。

3.打开电源开关。

4.设置SW7〜SW0向DR1和DR2置数。以DR1=65H, DR2=A7H为例，具体步骤如下:

1）将置0,打开数据输入端的三态门；

2）将数据开关的SW7-SW0置为01100101；

3）发岀P1单脉冲信号，在P1的上升沿，数据打入寄存器DR1；

4）将数据开关的SW7-SW0置为10100111；

5）发岀P2单脉冲信号，在P2的上升沿，数据打入寄存器DR2。

6）将置1,关闭数据输入端的三态门

5.检验DR1和DR2中存的数是否正确。其具体操作如下:

1）=0，打开ALU输岀端的三态门；

2） 设置Cn=l，ALU无进位输入；

3） 将S3、S2、S1、S0、M置为00000,指示灯应显示DR1中数据01100101；

4） 将S3、S2、SI、SO、M置为10101,指示灯应显示DR2中数据10100111„

6.验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）。在给定DR1=65H, DR2=A7H 的情况下，改变运算器的功能模式，观察运算器的输岀，并填入表2-1,并和理论值进 行比较、验证。

表2-1运算器功能验证

工作模式选择S3 S2 S1 S0	算术运算（M=0） （Cn=1无进位）		逻辑运算（M=1）
	功能	输出值	功能	输出值
0000	A	01100101	A	10011010
0001	A+B	11100111	A + B	00011000
0010	A+B	01111101	AB	10000010
0011	0 minus 1	11111111	Logical 0	00000000
0100	A plus AB	10100101	AB	11011010
0101	A plus AB	00100111	B	01011000
0110	A minus B minus 1	10111101	A©B	11000010
0111	AB minus 1	00111111	AB	0100000
1000	A plus AB	10001010	A+B	10111111
1001	A plus B	00001100	A ©B	00111101
1010	(A+B) plus AB	10100010	B	10100111
1011	AB minus 1	00100100	AB	0010010
1100	A plus A	11001010	Logical 1	11111111
1101	(A+B) plus A	01001100	A+B	011111101
1110	(A+B) plus A	11100010	A+B	11100111
1111	A minus 1	01100100	A	01100101

注意：A和B分别表示参与运算的两个数，表示逻辑或，”plus”表示算术求和。

2.6思考与分析

1、运算器主要由哪些器件组成？这些器件是怎样连接的？

标准答案：算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。运算器的处理对象是数据，所以数据长度和计算机数据表示方法，对运算器的性能影响极大。