機(jī)電一體化第4章 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)(43-45工業(yè)控制計(jì)算機(jī))

1、5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 第三節(jié)第三節(jié) 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)n計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)概述n工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成n工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本要求工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本要求n工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分類及特點(diǎn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分類及特點(diǎn)5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)電子管計(jì)算機(jī)電子管計(jì)算機(jī)(19461956) 晶體管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)(19571964)集成電路計(jì)算機(jī)集成電路計(jì)算機(jī)(19651970)超大規(guī)模集成超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)電路計(jì)算機(jī)(1971至今至今)l 用機(jī)器語言、匯編語言編寫程用機(jī)器語

2、言、匯編語言編寫程l 用于軍事和國防尖端技術(shù)用于軍事和國防尖端技術(shù)l 開始使用高級語言開始使用高級語言l 開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和 其它科學(xué)領(lǐng)域其它科學(xué)領(lǐng)域l 采用微程序、流水線等技術(shù)，采用微程序、流水線等技術(shù)， 提高運(yùn)行速度提高運(yùn)行速度l 出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件l 采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器l 采用圖形界面操作系統(tǒng)采用圖形界面操作系統(tǒng)l 器件速度更快器件速度更快, 軟件、外設(shè)更加豐富軟件、外設(shè)更加豐富 主主要要特特點(diǎn)點(diǎn)一、計(jì)算機(jī)概述一、計(jì)算機(jī)概述5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 1 1

3、、PCPC機(jī)的發(fā)展簡史機(jī)的發(fā)展簡史名稱名稱推出年代推出年代采用采用CPU特點(diǎn)特點(diǎn)IBM PC19818088 準(zhǔn)準(zhǔn)16位微機(jī)位微機(jī) 內(nèi)存尋址內(nèi)存尋址1MB DOS 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)IBM PC/XT19838088 比比IBM PC多一個(gè)多一個(gè)10MB硬盤硬盤IBM PC/AT198480286 內(nèi)存尋址增至內(nèi)存尋址增至16MB 具有虛擬存儲(chǔ)器功能具有虛擬存儲(chǔ)器功能 Windows操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)386機(jī)機(jī)486機(jī)機(jī)PentiumPentium IIPentium III198619901993199719998038680486PentiumPentium IIPentiumIII 內(nèi)存容量

4、更大內(nèi)存容量更大32MB、64MB 支持虛擬支持虛擬8086模式模式 可執(zhí)行多任務(wù)可執(zhí)行多任務(wù) 支持多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)按性能可分為：巨型機(jī)，大型機(jī)，按性能可分為：巨型機(jī)，大型機(jī)， 中型機(jī)，小型機(jī)，微機(jī)中型機(jī)，小型機(jī)，微機(jī) 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：存儲(chǔ)程序控制結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)程序控制結(jié)構(gòu)1945年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家John Von Neumann提出提出, 諾依曼計(jì)算機(jī)諾依曼計(jì)算機(jī)ENIAC (1946)掌上電腦掌上電腦(2000)5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制

5、計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)l 研制高速度、強(qiáng)功能的巨型機(jī)和大型機(jī)適應(yīng)軍事和尖研制高速度、強(qiáng)功能的巨型機(jī)和大型機(jī)適應(yīng)軍事和尖端科學(xué)的需要。端科學(xué)的需要。l 研制價(jià)格低廉的超小型機(jī)和微型機(jī)開拓應(yīng)用領(lǐng)域和占研制價(jià)格低廉的超小型機(jī)和微型機(jī)開拓應(yīng)用領(lǐng)域和占領(lǐng)更廣大的市場。領(lǐng)更廣大的市場。2、計(jì)算機(jī)的兩個(gè)方向發(fā)展、計(jì)算機(jī)的兩個(gè)方向發(fā)展天河一號(hào)千億次巨型機(jī)天河一號(hào)千億次巨型機(jī) 掌上電腦掌上電腦5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)l 速度相對低速度相對低l 功能相對低功能相對低 在字長位數(shù)，內(nèi)存容量，尋址方式，指令條數(shù)，在字長位數(shù)，內(nèi)存容量，尋址方式，指令條數(shù)，中斷級別，及內(nèi)部寄存器

6、數(shù)量等方面都不如大型機(jī)。中斷級別，及內(nèi)部寄存器數(shù)量等方面都不如大型機(jī)。 微型計(jì)算機(jī)是第四代計(jì)算機(jī)的典型代表微型計(jì)算機(jī)是第四代計(jì)算機(jī)的典型代表, ,與相應(yīng)時(shí)期與相應(yīng)時(shí)期的大型機(jī)比較。的大型機(jī)比較。5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件：DOS、Windows 95/98/2000/xp應(yīng)用軟件：應(yīng)用軟件：WPS 、 Word、Photoshop微微 處處 理理 器器 CPU 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(RAM,ROM) I/O接口接口總線總線 硬硬 件件軟軟 件件微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系系 統(tǒng)統(tǒng)微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)(主機(jī)主機(jī))外外 設(shè)設(shè)ALU寄存器寄存器控制部

7、件控制部件鍵盤、鼠標(biāo)鍵盤、鼠標(biāo)顯示器顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū) 打印機(jī)、掃描儀打印機(jī)、掃描儀3 3、微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微機(jī)系統(tǒng)、微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微機(jī)系統(tǒng)5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理可概述為：諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理可概述為：“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序” ” + “+ “程序控制程序控制”要點(diǎn)：要點(diǎn)：1 1以二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令以二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令( (程序程序) ) 2. 2. 先將程序存入存儲(chǔ)器中，再由控制器自動(dòng)讀取并執(zhí)行先將程序存入存儲(chǔ)器中，再由控制器自動(dòng)讀取并執(zhí)行輸輸入入設(shè)設(shè)備備控制器控制器輸輸出出設(shè)設(shè)備備 CP

8、U 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器運(yùn)算器運(yùn)算器ALU4、微型機(jī)工作原理、微型機(jī)工作原理5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)5、微處理器、微處理器(CPU)(CPU)功能：功能：q 算術(shù)與邏輯運(yùn)算算術(shù)與邏輯運(yùn)算q 保存少量數(shù)據(jù)保存少量數(shù)據(jù)q 對指令譯碼及執(zhí)行相對指令譯碼及執(zhí)行相應(yīng)操作應(yīng)操作q 能與存儲(chǔ)器、外設(shè)交能與存儲(chǔ)器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)換數(shù)據(jù)q 提供系統(tǒng)定時(shí)及控制提供系統(tǒng)定時(shí)及控制q 響應(yīng)中斷請求響應(yīng)中斷請求構(gòu)成：構(gòu)成：q算術(shù)邏輯部件算術(shù)邏輯部件q累加器和通用寄存器累加器和通用寄存器q程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、譯碼器譯碼器q時(shí)序控制部件時(shí)序控制部件5 控制系統(tǒng)及

9、接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU微機(jī)的硬件由微機(jī)的硬件由CPU、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器、輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備構(gòu)成；構(gòu)成；輸入輸入/輸出設(shè)備通過輸出設(shè)備通過輸入輸入/輸出接口輸出接口與系統(tǒng)相連；與系統(tǒng)相連； ( 輸入輸入/輸出接口簡稱輸出接口簡稱I/O接口接口 )各部件通過各部件通過總線總線連接。連接。構(gòu)構(gòu)成成部部件件6 6、微機(jī)構(gòu)成部件、微機(jī)構(gòu)成部件5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(1)總線總線l

10、總線是連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線，總線是連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線， 微機(jī)中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸微機(jī)中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸總線總線 BUS存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)l 按信號(hào)的作用，總線分為三類：按信號(hào)的作用，總線分為三類： 地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線 存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU5 控制系統(tǒng)

11、及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)地址總線地址總線 AB AB (Address Bus) (Address Bus) ：單向單向 用來傳送用來傳送CPUCPU輸出的地址信號(hào)，輸出的地址信號(hào)， 確定被訪問的存儲(chǔ)單元、確定被訪問的存儲(chǔ)單元、I/OI/O端口。端口。 地址總線的條數(shù)決定地址總線的條數(shù)決定CPUCPU的尋址能力。的尋址能力。數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB DB (Data Bus)(Data Bus)：雙向雙向 用來在用來在CPUCPU與存儲(chǔ)器、與存儲(chǔ)器、I/OI/O接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。數(shù)據(jù)總線的條數(shù)

12、決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。控制總線控制總線CB CB (Control Bus) (Control Bus) ： 用于傳送各種控制信號(hào)。用于傳送各種控制信號(hào)。 有的是有的是CPUCPU發(fā)出，如讀控制信號(hào)、寫控制信號(hào)；發(fā)出，如讀控制信號(hào)、寫控制信號(hào)； 有的是發(fā)向有的是發(fā)向CPUCPU，如外設(shè)向，如外設(shè)向CPUCPU發(fā)出的中斷申請信號(hào)。發(fā)出的中斷申請信號(hào)。5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(2) 中央處理器中央處理器CPUl 計(jì)算機(jī)的核心部件計(jì)算機(jī)的核心部件 用來實(shí)現(xiàn)指令的自動(dòng)裝入和自動(dòng)執(zhí)行，用來實(shí)現(xiàn)指令的自動(dòng)裝入和自動(dòng)執(zhí)行， 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身的自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)計(jì)算

13、機(jī)本身的自動(dòng)化。存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)CPUCPU結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖地址信號(hào)地址信號(hào)標(biāo)標(biāo) 志志寄存器寄存器指令寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路控制電路指令譯碼器指令譯碼器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 針針寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器組寄存器組運(yùn)運(yùn)算算器器IP數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)控制信號(hào)ALUALU控制器控制器5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)D

14、SESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器數(shù)據(jù)暫存器執(zhí)執(zhí) 行行 部部 件件控控 制制 電電 路路指令譯碼器指令譯碼器總線總線接口接口控制控制電路電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組寄存器組BIUABDBCB地地址址加加法法器器指指令令隊(duì)隊(duì)列列PSW標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器EU運(yùn)運(yùn)算算器器DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器數(shù)據(jù)暫存器執(zhí)執(zhí) 行行 部部 件件控控 制制 電電 路路指令譯碼器指令譯碼器總線總線接口接口控制控制電路電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組寄存器組ABDBCB地地址址加加法法器器指指令令隊(duì)隊(duì)列列PSW標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器

15、運(yùn)運(yùn)算算器器8088 編程結(jié)構(gòu)編程結(jié)構(gòu)5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(3) 內(nèi)存內(nèi)存 儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。n根根CPU地址線地址線AB數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線DB控制線控制線CB地地址址譯譯碼碼器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(4) 外設(shè)

16、和輸入外設(shè)和輸入/輸出接口（輸出接口（I/O接口）接口） 外設(shè)的電信號(hào)、運(yùn)行速度與外設(shè)的電信號(hào)、運(yùn)行速度與CPU不匹配，不匹配， 不能與不能與CPU直接相連，必須通過直接相連，必須通過I/O接口與接口與CPU相連。相連。 存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)鍵鍵 盤盤 鍵盤接口鍵盤接口 顯顯 示示 器器 顯示卡顯示卡鼠鼠 標(biāo)標(biāo) 串行接口串行接口 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 網(wǎng)卡網(wǎng)卡 打印機(jī)打印機(jī) 并行接口并行接口 音箱、麥可風(fēng)音箱、麥可

17、風(fēng) 聲卡聲卡IDE2Pentium III北橋北橋440BX南橋南橋PIIX4ECMOS & RTCUSB超級超級I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI 插槽插槽ISA 插槽插槽內(nèi)存條內(nèi)存條ROM BIOS顯顯示示器器硬盤硬盤光驅(qū)光驅(qū)軟驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標(biāo)鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)打印機(jī)MODEM顯卡顯卡5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)I/O接口結(jié)構(gòu)示意圖接口結(jié)構(gòu)示意圖CPU通過對通過對I/O端口進(jìn)行讀端口進(jìn)行讀/寫操作，實(shí)現(xiàn)對外設(shè)的控制。寫操作，實(shí)現(xiàn)對外設(shè)的控制。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址譯碼譯碼數(shù)據(jù)數(shù)

18、據(jù)緩沖緩沖控制控制電路電路外外設(shè)設(shè)ABDBCBCPU5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)7 7、微機(jī)的工作過程、微機(jī)的工作過程計(jì)算機(jī)的工作原理是：計(jì)算機(jī)的工作原理是：“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序” + “程序控制程序控制”CPU 總線總線 內(nèi)存內(nèi)存標(biāo)標(biāo) 志志寄存器寄存器地址總線地址總線 AB程程序序數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地地址址譯譯碼碼器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)3、指令寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路控制電路指令譯碼器指令譯碼器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 針針寄存器寄存器R

19、1R2R3R4寄存器組寄存器組運(yùn)運(yùn)算算器器IP5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)微機(jī)的工作過程分兩階段：微機(jī)的工作過程分兩階段：取指令取指令 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 取指令取指令 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)l取指令階段取指令階段（ CPU讀內(nèi)存操作）：讀內(nèi)存操作）： 地址經(jīng)地址寄存器地址經(jīng)地址寄存器 地址總線地址總線 地址譯碼器地址譯碼器, 選中選中指令所在的內(nèi)存單元指令所在的內(nèi)存單元 CPU發(fā)出內(nèi)存讀控制信號(hào)發(fā)出內(nèi)存讀控制信號(hào) 指令從內(nèi)存指令從內(nèi)存 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)暫存器數(shù)據(jù)暫存器 指令寄存器指令寄

20、存器 指令譯碼器對指令進(jìn)行譯碼指令譯碼器對指令進(jìn)行譯碼 由由IP給出指令在內(nèi)存的地址給出指令在內(nèi)存的地址5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)不同的指令，不同的指令，CPU的具體執(zhí)行過程不同。的具體執(zhí)行過程不同。CPU 可執(zhí)行的操作通常有數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)邏輯運(yùn)算等等?？蓤?zhí)行的操作通常有數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)邏輯運(yùn)算等等。當(dāng)一條指令需要從內(nèi)存或當(dāng)一條指令需要從內(nèi)存或I/O端口取得或存放數(shù)據(jù)時(shí)，端口取得或存放數(shù)據(jù)時(shí)，CPU在執(zhí)行階段，需對指令指定的內(nèi)存單元或在執(zhí)行階段，需對指令指定的內(nèi)存單元或I/O端口端口進(jìn)行讀進(jìn)行讀/寫操作。寫操作。l執(zhí)行指令階段：執(zhí)行指令階段： 經(jīng)譯碼后的

21、指令，由控制電路發(fā)出控制信號(hào)去執(zhí)行。經(jīng)譯碼后的指令，由控制電路發(fā)出控制信號(hào)去執(zhí)行。 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)微型機(jī)特點(diǎn)：微型機(jī)特點(diǎn)：體積小，重量輕，耗電小，可靠性高，體積小，重量輕，耗電小，可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活結(jié)構(gòu)靈活 ，價(jià)格低，研制周期短，產(chǎn)品系列化，便于，價(jià)格低，研制周期短，產(chǎn)品系列化，便于選選 購購應(yīng)用面廣：應(yīng)用面廣：科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算,數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理,事務(wù)管理事務(wù)管理,教學(xué)培訓(xùn)教學(xué)培訓(xùn),家家庭娛樂庭娛樂,計(jì)算輔助設(shè)計(jì)和制造計(jì)算輔助設(shè)計(jì)和制造,網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信,過程控制過程控制,儀器、儀器、儀表控制儀表控制,家電和民用產(chǎn)品控制家電和民用產(chǎn)品控制選

22、用要點(diǎn)選用要點(diǎn): : 四位機(jī)用于小系統(tǒng)、八位機(jī)用于中等系統(tǒng)、四位機(jī)用于小系統(tǒng)、八位機(jī)用于中等系統(tǒng)、十六位機(jī)以上用于大系統(tǒng)十六位機(jī)以上用于大系統(tǒng)8、微型機(jī)特點(diǎn)和應(yīng)用、微型機(jī)特點(diǎn)和應(yīng)用5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 按構(gòu)成分類按構(gòu)成分類 按按CPUCPU的字長分類的字長分類 按主機(jī)裝置分類按主機(jī)裝置分類 按用途分類按用途分類9 9、微型計(jì)算機(jī)的分類、微型計(jì)算機(jī)的分類5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1)1) 按構(gòu)成分類按構(gòu)成分類單片機(jī)、單板機(jī)、微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)、單板機(jī)、微型計(jì)算機(jī) 單片機(jī)單片機(jī)l 將將CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、I/O

23、接口電路全部集成一塊芯片上，接口電路全部集成一塊芯片上， 構(gòu)成具備基本功能的計(jì)算機(jī)，稱單片機(jī)。構(gòu)成具備基本功能的計(jì)算機(jī)，稱單片機(jī)。l 特點(diǎn)：超小型、高可靠性、價(jià)廉特點(diǎn)：超小型、高可靠性、價(jià)廉l 應(yīng)用：智能儀表、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、家用電器等應(yīng)用：智能儀表、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、家用電器等l 產(chǎn)品：產(chǎn)品：Intel 的的8051、8096/8098系列系列 Motorola 的的6801、6805系列系列 Hitachi (日立日立) 的的 H8S、SH系列系列5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 單板機(jī)單板機(jī)l將將CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、I/O接口及其它輔接口及其它輔 助電路助電

24、路 全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機(jī)。全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機(jī)。l 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉l 應(yīng)用：過程控制、數(shù)據(jù)處理應(yīng)用：過程控制、數(shù)據(jù)處理l 產(chǎn)品：產(chǎn)品：TP-801 以以Z80CPU為核心的單板機(jī)為核心的單板機(jī) 80年代各院校年代各院?！拔C(jī)原理微機(jī)原理”的實(shí)驗(yàn)機(jī)的實(shí)驗(yàn)機(jī)5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)l 把把CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、I/O接口芯片裝在多塊電路板上，接口芯片裝在多塊電路板上， 各印各印刷板插在主機(jī)板的總線插槽上，刷板插在主機(jī)板的總線插槽上， 通過系統(tǒng)總線連接起來，通過系統(tǒng)總線連接起來，

25、構(gòu)成多板機(jī)。構(gòu)成多板機(jī)。l 特點(diǎn)：見前面微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)特點(diǎn)：見前面微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)l 產(chǎn)品：產(chǎn)品：IBM PC/XT、486機(jī)、機(jī)、Pentium機(jī)等機(jī)等 90年代以來年代以來各院校各院校“微機(jī)原理微機(jī)原理”和計(jì)算機(jī)硬件的實(shí)驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)硬件的實(shí)驗(yàn)機(jī)5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2) 2) 按按CPUCPU的字長分類的字長分類CPU的性能可以用兩個(gè)主要參數(shù)來描述：的性能可以用兩個(gè)主要參數(shù)來描述：速度：速度：用用CPU的工作頻率表示，單位的工作頻率表示，單位MHzCPU內(nèi)部寄存器寬度：寄存器的位數(shù)內(nèi)部寄存器寬度：寄存器的位數(shù)寬度：寬度： 外部數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)

26、據(jù)線的根數(shù)外部數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù)地址總線寬度：地址線的根數(shù)地址總線寬度：地址線的根數(shù)l 按按CPU 的字長，微機(jī)可分為：的字長，微機(jī)可分為： 4位機(jī)位機(jī)、8位機(jī)位機(jī)、16位機(jī)位機(jī)、32位機(jī)位機(jī)CPU內(nèi)部的寄存器寬度可用內(nèi)部的寄存器寬度可用字長字長描述描述5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以以Intel公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的80 x86為例為例：推推出出年年代代CPU芯芯片片寄寄存存器器位位 數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線寬寬 度度地地址址線線寬寬 度度最最大大主主頻頻MHz1971.114004440.11972.41974.480088080888814160.22

27、1978.61979.61982.2808680888028616161616816202024108161985.101989.4803868048632323232323233661993.31995.111997.51999.2PentiumPentium ProPentium IIPentium III32323232646464643232363610020045010005 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)3) 3) 按主機(jī)裝置分類按主機(jī)裝置分類 桌上型：臺(tái)式電腦桌上型：臺(tái)式電腦便攜型：筆記本、掌上電腦等便攜型：筆記本、掌上電腦等4) 4) 按用途分類按用途分類 控制用和數(shù)據(jù)處理用微型計(jì)算機(jī)控制用和數(shù)據(jù)處理用微型計(jì)算機(jī)5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 表4-1 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的性能比較 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)第4節(jié) 微機(jī)軟件與程序設(shè)計(jì)語言n程序設(shè)計(jì)語言 機(jī)器語言、匯編語言、高級語言n操作系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理程序庫n程序庫 可用程序和子程序的集合5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 軟件軟件是指計(jì)