《数字逻辑设计与计算机组成》一练习

简介: 本节书摘来自华章出版社《数字逻辑设计与计算机组成》一 书中的第1章,练习章节,作者:[美]尼克罗斯·法拉菲,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

练习

1.1 按要求表示下列数字:

  1. 用4位无符号数表示12
  2. 用5位无符号数表示12
  3. 用4位2的补码表示+ 1
  4. 用4位2的补码表示- 1
  5. 用5位2的补码表示- 1
  6. 用4位原码表示+ 1
  7. 用4位原码表示- 1
    1.2 创建一个与表1-1类似的表格,需要有4位无符号数、2的补码数和原码三列。

1.3 已知浮点数有1位符号位,4位偏置指数,11位尾数,其中偏置常数= 7,则- 5.375的16位浮点数表示形式写成十六进制数是什么?
1.4 已知浮点数有1位符号位,4位偏置指数,11位尾数,其中偏置常数= 7,则与浮点数0x3400等值的实数是什么?
1.5 已知浮点数有1位符号位,4位偏置指数,11位尾数,其中偏置常数= 8,则与浮点数0x3400等值的实数是什么?
1.6 已知浮点数格式为1位符号位,4位偏置指数,11位尾数,其中偏置常数为7,则可表示的16位最大正浮点数是什么?
1.7 已知浮点数格式为1位符号位,4位偏置指数,11位尾数,其中偏置常数为8,则可表示的16位最大正浮点数是什么?
1.8 已知16位浮点数格式为4位偏置指数,偏置常数= 7且11位尾数,请回答:

a.    当符号位= 0,偏置指数= 1,且尾数= 0时,浮点数表示的实数是多少?
b.    当符号位= 1,偏置指数= 14,且尾数= (11111111111)2时,浮点数表示的实数是多少?

1.9 用16位浮点数表示下列实数,其中4位偏置指数,偏置常数= 7且11位尾数:

a.    1.0
b.    0.5
c.    0.25

1.10 设16位浮点数有4位偏置指数,偏置常数= 8且11位尾数,请回答:

    a.    当符号位= 0,偏置指数= 1,且尾数= 0时,浮点数表示的实数是多少?
    b.    当符号位= 1,偏置指数= 14,且尾数= (11111111111)2时,浮点数表示的实数是多少?

1.11 用16位浮点数表示下列实数,其中4位偏置指数,偏置常数= 8且11位尾数:

    a.    1.0
    b.    0.5
    c.    0.25

1.12 画出一个与图1-1类似的数据通路,用于产生高级语言程序中的语句“A = A + B;”中的变量A的结果,其中变量A和变量B的值在运算前从外部存储器中读入并存储在寄存器中。只能使用两个寄存器。而且,变量A的初始值和A + B的最终结果值使用同一个寄存器。请标出数据通路中所有逻辑模块并指出控制器需要完成的功能。A + B的最终计算结果要保持在寄存器中。
1.13 CPU可以执行加法、减法、乘法和除法操作。假设4种算术运算功能中的每一种用一个单独的模块实现,请画出一个数据通路图,用于产生高级语言程序中的语句“A = A + BC;”或“A = A + B/C;”中的变量A的结果,其中变量A、B和C的值在运算前从外部存储器中读入并存储在寄存器中。请使用不超过三个寄存器。该数据通路要能输出A + BC或者A + B/C的结果。求出的最终结果要保持在一个寄存器中。
1.14 冯•诺依曼体系结构的瓶颈是什么?
1.15 画出三输入CMOS与非门的晶体管级原理图,并给出当晶体管分别处在开和关状态时的真值表。
1.16 画出三输入CMOS或非门的晶体管级原理图,并给出当晶体管分别处在开和关状态时的真值表。
1.17 CMOS中的“C”代表什么?并回答为什么这很重要?
1.18 流水线和并行体系结构的不同点是什么?请说明各自的应用领域。
1.19 请解释晶体管数量的增长如何影响计算机的体系结构。
1.20 什么是高效处理核?
1.21 请解释为何要采用并行处理进一步提高性能。
1.22 画出SIMD数据通路以加速下列for循环语句的执行:

1.23 画出SIMD数据通路以加速下列for循环语句的执行:

1.24 ILP有一个限制。请问这个限制来自何处,而处理器的设计者如何在ILP技术之外提升性能?
1.25 请解释采用多处理器系统的原因。
计算机安全
1.26 计算机安全(理解安全):选做11.1~11.11题。参考11.1节。请学生自行阅读该节。

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