计算机组成原理：简答解析

"该文档包含了计算机组成原理的多个简答题，涵盖了计算机系统层次结构、SRAM与DRAM的区别、程序查询与中断方式的特点、指令与数据的区分、指令周期、机器周期与时钟周期的关系、DMA操作流程及优点、以及不同类型指令执行时间的比较和计数器定时查询的工作原理。" 1. 计算机系统的层次结构： 计算机系统分为五个层次：微程序机器级、一般机器级（机器语言级）、操作系统级、汇编语言级和高级语言级。这五个层次从底层到高层分别对应硬件逻辑、指令集、操作系统接口、汇编语言和高级编程语言，使得软件开发者能够以不同抽象级别进行编程。 2. SRAM与DRAM的区别： SRAM（静态随机访问存储器）由存储体、读写电路、地址译码电路和控制电路组成，特点是数据无需刷新即可保持，但功耗较大且成本较高。DRAM（动态随机访问存储器）除了这些组件外，还需要动态刷新电路来保持数据，因为其存储单元需要定期刷新以避免数据丢失，这样做的好处是降低了成本，但增加了复杂性。 3. 程序查询方式与中断方式： 程序查询方式依赖于CPU来轮询外围设备状态，优点是硬件简单，缺点是CPU效率低下，因为它经常被用于等待I/O操作完成。中断方式则允许外围设备在准备好时通过中断请求主动通知CPU，从而提高了CPU利用率，但硬件实现更复杂。 4. 指令与数据的区分： 时间上，取指令发生在取指周期，数据获取在执行周期。空间上，从内存取出的指令进入控制器的指令寄存器，而数据则进入运算器的通用寄存器。 5. 指令周期、机器周期与时钟周期： 指令周期是执行一条指令所需的时间，包括取指、分析和执行三个阶段。机器周期是CPU执行基本操作的基准时间，通常与取指时间相当。时钟周期是时钟频率的倒数，是最小的时间单位。一个指令周期包含多个机器周期，每个机器周期又由多个时钟周期组成。 6. DMA操作过程与优点： DMA（直接存储器访问）操作包括外设请求、CPU响应并交出总线控制、DMA控制器执行数据传输，以及传输结束的通知。其主要优点是数据传输速度快，因为数据交换直接在内存和外设之间进行，减少了CPU的干预。 7. 不同类型指令执行时间： 寄存器-寄存器型指令执行最快，因为操作数已经在高速寄存器中；存储器-存储器型指令执行最慢，因为涉及两次内存访问，耗时较长。 8. 计数器定时查询工作原理： 设备通过总线请求信号（BR线）请求总线使用权。总线控制器响应后启动计数器，在总线状态为“0”时，计数器开始计数。计数值用于决定哪个设备获得总线使用权，当计数值匹配设备的优先级时，设备获得总线并开始通信。这种方式实现简单，但可能造成响应时间不一致。