计算机组成原理：层次结构与关键知识点解析

计算机组成原理是一门基础且核心的学科，它研究计算机硬件的构成和工作原理。本文档提供了一些关键概念和简答题，有助于理解和掌握计算机系统的工作机制。 首先，计算机系统的层次结构涉及多个级别，从微观的微程序机器级到宏观的高级语言级，依次为：微程序机器级，负责执行最底层的指令；一般机器级或机器语言级，可以直接运行机器指令；操作系统级，管理硬件资源并提供接口给应用程序；汇编语言级，用符号化的指令代替二进制代码；最后是高级语言级，如C、Java等，用户编写易于理解的源代码。 其次，SRAM（静态随机存取存储器）由存储体、读写电路、地址译码电路和控制电路组成，其特点是无需定期刷新数据。相比之下，DRAM（动态随机存取存储器）除了这些组件，还需要动态刷新电路来维持存储状态，这增加了电路复杂性。 程序查询方式与中断方式在数据传输控制上有明显区别。程序查询方式依赖于程序控制数据传输，虽然硬件简单但CPU占用率高。中断方式则是外围设备主动触发CPU，通过中断处理程序进行数据交换，提高CPU效率，但硬件设计更复杂。 指令和数据在内存中的区分基于时间和空间。时间上，指令在取指周期获取，数据在执行周期被处理。空间上，指令从内存流向控制器，数据则流向运算器。理解这些时间/空间上的区分对于正确解释程序执行至关重要。 指令周期、机器周期和时钟周期是计算机操作时间的基本单位。指令周期包括取指令、分析和执行，机器周期是CPU执行基本操作的周期，而时钟周期是系统时钟的周期。它们之间存在依赖关系，如一个指令周期由多于一个机器周期构成，而每个机器周期又由时钟周期组成。 DMA（直接内存访问）操作在数据传输中扮演重要角色，其过程包括外设请求、CPU响应、DMA控制器接管总线控制、数据传输以及通知CPU操作结束。DMA的主要优点在于能实现高速数据传输，减轻CPU负担。 在指令类型方面，寄存器-寄存器型指令执行最快，因为操作数直接在寄存器中，而存储器-存储器型指令执行最慢，因需访问较慢的存储器。寄存器-存储器型次之。 最后，计数器定时查询工作原理利用总线请求信号来控制数据访问。当设备需要总线时，发送请求，计数器在接收到信号后开始计数，只有在计数器计数结束（或超时）时，总线使用权才切换给请求设备。这种方式确保了对总线的有序控制，防止数据冲突。 通过学习这些简答题，可以深化对计算机组成原理的理解，有助于应对相关的考试和实际问题解决。