1、2022-12-16第二章 计算机控制系统基础1n计算机控制系统的采样及信号特点计算机控制系统的采样及信号特点 n计算机控制系统的数学模型计算机控制系统的数学模型 n离散控制系统的分析离散控制系统的分析n计算机控制系统的总线技术计算机控制系统的总线技术 2022-12-16第二章 计算机控制系统基础2第一节第一节计算机控制系统的采样及信号特点2022-12-16第二章 计算机控制系统基础3n计算机控制系统的信号形式计算机控制系统的信号形式 n信号的采样、采样周期和采样定理信号的采样、采样周期和采样定理 n信号的保持信号的保持2022-12-16第二章 计算机控制系统基础4n计算机控制系统的信号
2、形式计算机控制系统的信号形式n连续模拟信号连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如时间与幅值上均连续，如 y(t)、u(t)n离散模拟信号离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t)n连续数字信号连续数字信号:时间是连续的，幅值上已是数字量时间是连续的，幅值上已是数字量n离散数字信号离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2-1-1 (1)y*(t)y(kT)u(kT)u*(t)采样器采样器A/D 保持器保持器计算机计算机 D/Ay(t)u(t)2022-12-16第二章 计算机控制系统基础52-1
3、-1 (2)n计算机控制系统中的量化计算机控制系统中的量化n将离散模拟信号用二进制代码逼近为数字信号的过将离散模拟信号用二进制代码逼近为数字信号的过程（如采样值程（如采样值y*(t)量化为量化为y(kT)的过程）的过程）n量化单位量化单位q nq=M/2n，M为被转换的模拟量电信号满量程，为被转换的模拟量电信号满量程，n为为转换成二进制数字量（转换成二进制数字量（A/D）的位数）的位数n量化误差量化误差ne=q/2 2022-12-16第二章 计算机控制系统基础62-1-2 信号的采样、采样周期和采样定理信号的采样、采样周期和采样定理(1)n采样过程采样过程 y(t)t采样器采样器y(t)y*
4、(t)y*(t)2T4Tt原始过程信号原始过程信号信号通过采样器信号通过采样器采样后的信号采样后的信号过程信号采样过程示意图过程信号采样过程示意图2022-12-16第二章 计算机控制系统基础7n计算机控制系统的采样的合理性计算机控制系统的采样的合理性n采样器接通时间采样器接通时间远小于采样周期远小于采样周期Tn理想采样器（接通电阻理想采样器（接通电阻R0，开路电阻，开路电阻R）n采样信号采样信号y*(t)复现原信号在采样瞬间的值复现原信号在采样瞬间的值y(t)nA/D转换后，转换后，y*(t)y(kT),k=1，2，n采样周期采样周期T须满足香农定理须满足香农定理当满足上述条件时，当满足上述
5、条件时，y*(t)与与y(kT)只相差量化误差只相差量化误差2-1-2 信号的采样、采样周期和采样定理信号的采样、采样周期和采样定理(1)2022-12-16第二章 计算机控制系统基础8n设设(t-kT)为为 t=kT时刻的理想采样脉冲，则时刻的理想采样脉冲，则 yty ttkTk*()()()00*)()()(kkTtkTytyy*(t)只与只与y(t)在脉冲出现瞬间的值在脉冲出现瞬间的值y(kT)有关，因而有关，因而采样周期采样周期T的选择相当重要的选择相当重要2-1-2 信号的采样、采样周期和采样定理信号的采样、采样周期和采样定理(2)2022-12-16第二章 计算机控制系统基础92-
6、1-2 信号的保持信号的保持(1)n目的目的n将离散采样信号恢复为被控对象能够感知的连续模将离散采样信号恢复为被控对象能够感知的连续模拟信号拟信号n方法方法n采用保持器，由现在或过去时刻的采样值采用保持器，由现在或过去时刻的采样值,用某种用某种函数去逼近函数去逼近2个采样时刻间的原信号个采样时刻间的原信号n常用的保持器常用的保持器n零阶零阶n一阶及高阶一阶及高阶2022-12-16第二章 计算机控制系统基础102-1-2 信号的保持信号的保持(2)n零阶保持器的信号保持过程零阶保持器的信号保持过程n零阶保持器的信号恢复零阶保持器的信号恢复 2T4Tyh(t)t2T 4Ty(kT)t0y(kT)
7、yh(t)零阶保持器零阶保持器 6T 4T 2Tt y采 样 信 号采 样 信 号y(kT)原信号原信号y(t)恢复信号恢复信号yh(t)2022-12-16第二章 计算机控制系统基础11第二节第二节计算机控制系统的数学模型2022-12-16第二章 计算机控制系统基础12 2022-12-16第二章 计算机控制系统基础132-2-1 Z变换变换(1)nz变换的定义变换的定义 n对采样信号对采样信号 进行拉氏变换进行拉氏变换n变量变换变量变换 或或 n定义符号定义符号n称称 为为 的的Z变换变换*()y t*00()kTskkYsL ytLy kTtkTy kT esTze1lnszT*0()
8、()sTkz ekY zYsy kT z()Y z*()y t2022-12-16第二章 计算机控制系统基础14n几点注意几点注意n只有采样函数才能定义只有采样函数才能定义Z变换变换nZ变换和离散序列之间有非常变换和离散序列之间有非常明确的幅值和时间的对应关明确的幅值和时间的对应关系系n 决定幅值，决定幅值，决定时间决定时间 nZ变换是由采样函数决定的，变换是由采样函数决定的，它反映不了非采样时刻的信它反映不了非采样时刻的信息息2-2-1 Z变换变换(2)y kTkzt3T2TT0y(t)采样值相同的两个不同的连续函数采样值相同的两个不同的连续函数y1(t)y2(t)2022-12-16第二章
9、 计算机控制系统基础152-2-1 Z变换变换(3)nZ变换的基本定理变换的基本定理n线性定理线性定理 n滞后滞后(右移右移)定理定理 n超前超前(左移左移)定理定理 n复位移定理复位移定理 112211221 122()()()()()()Z a y ta y tZ a y tZ a y taY za Y z()()KZ y tKTzY z1()()(0)()(1)KKKZ y tKTz Y zz yzy TzyKT()ataTZ ey tY ze2022-12-16第二章 计算机控制系统基础162-2-1 Z变换变换(4)nZ变换的基本定理变换的基本定理n初值定理初值定理 n终值定理终值定
10、理 n卷积定理卷积定理(0)lim()zyY z111()lim1()lim 1()zzyzY zzY z*12120()()kny ty tynT ykTnT*1212120()()()()knZ y ty tZynT ykTnTY z Y z2022-12-16第二章 计算机控制系统基础172-2-1 Z变换变换(5)nZ变换的计算变换的计算n级数求和法级数求和法n根据根据Z变换的定义变换的定义n部分分式法部分分式法n已知连续函数已知连续函数 的拉氏变换的拉氏变换 ，可以将可以将 分解分解成部分分式之和，查成部分分式之和，查Z变换表求出变换表求出n留数法留数法 11111()Res()()
11、1!iiiirnniiipTrsTiiispzdzY zY psp rY szerdsze()y t()Y s()Y s()Y z2022-12-16第二章 计算机控制系统基础182-2-1 Z变换变换(6)nZ反变换反变换n已知已知 ，求出序列，求出序列 ，n常用的基本方法：常用的基本方法：n长除法长除法n部分分式展开法部分分式展开法n留数计算法留数计算法()Y z()y kT0,1,2,k 1()ZY zf kT0,1,2,k 2022-12-16第二章 计算机控制系统基础192-2-1 Z变换变换(7)n改进改进Z变换变换n ，K是一个是一个正整数，正整数，m为小于的为小于的1正数正数
12、G(s)e-sx(t)x*(t)y(t)y*(t)y*(t-)y(t-)()Km Tt2TT0mT(1-m)Ty(t)y(t-)y(t-T)斜坡函数斜坡函数y(t)、y(t-)、y(t-T)曲线曲线2022-12-16第二章 计算机控制系统基础202-2-2 计算机控制系统的数学模型计算机控制系统的数学模型n差分方程n脉冲传递函数 n权序列 n离散状态空间方程 继续2022-12-16第二章 计算机控制系统基础21差分方程差分方程n差分方程的一般形式差分方程的一般形式 n用用Z变换求解差分方程变换求解差分方程n利用初始条件，运用利用初始条件，运用Z变换，将差分方程变为以变换，将差分方程变为以z
13、为为变量的代数方程变量的代数方程n对对 进行反进行反Z变换，求出变换，求出 011011()(1)(1)()()(1)(1)()nnmma y kna y knay ka y kb x kmb x kmbx kb x kmn10111011()mmmmnnnnb zb zbzbX za za zaza()X z()x kT返回2022-12-16第二章 计算机控制系统基础22脉冲传递函数脉冲传递函数n脉冲传递函数定义脉冲传递函数定义 n在零初始条件下，系统的输出采样函数的在零初始条件下，系统的输出采样函数的Z变换和输入采样函变换和输入采样函数的数的Z变换之比变换之比x*(t)G(s)x(t)y
14、(t)y*(t)X(z)X(s)Y(s)Y(z)G(z)()()()Y zG zX z11011()(1)(1)()()(1)(1)()nnmmy kna y knay ka y kb x kmb x kmbx kb x k1011111()()()mmmmnnnnb zb zbzbY zG zX zza zaza返回n脉冲传递函数与差分方程脉冲传递函数与差分方程2022-12-16第二章 计算机控制系统基础23权序列权序列(单位脉冲响应单位脉冲响应)n若对初始条件为零的系统施加一单位脉冲若对初始条件为零的系统施加一单位脉冲序列，则其输出响应称为该系统的权序列，序列，则其输出响应称为该系统的权
15、序列，又称为单位脉冲响应又称为单位脉冲响应 1000kkk h k u k 0kiy ku i h ki h k返回n若输入序列为任意一个若输入序列为任意一个 ，则根据卷，则根据卷积公式可得此时的系统输出响应：积公式可得此时的系统输出响应：n 的的Z变换即为系统的脉冲传递函数变换即为系统的脉冲传递函数2022-12-16第二章 计算机控制系统基础24离散状态空间方程离散状态空间方程 n线性定常系统的状态空间模型线性定常系统的状态空间模型(1)()()()()()X kAX kBU kY kCX kDU kn维状态向量维状态向量m维控制向量维控制向量p维输出向量维输出向量nn系统矩阵系统矩阵nm
16、输入矩阵输入矩阵pn输出矩阵输出矩阵pm前馈矩阵前馈矩阵2022-12-16第二章 计算机控制系统基础25离散状态空间方程n线性定常系统的状态空间模型线性定常系统的状态空间模型(1)()()()()()X kAX kBU kY kCX kDU kn已知离散状态空间方程，可通过已知离散状态空间方程，可通过Z变换求出脉变换求出脉冲传递函数冲传递函数()(0)()()()()()zX zzXAX zBU zY zCX zDU z11()(0)()X zzIAzXzIABU z代入零初始 1()()()Y zG zC zIAADU z返回2022-12-16第二章 计算机控制系统基础26第三节第三节离
17、散控制系统的分析2022-12-16第二章 计算机控制系统基础27n系统的稳定性系统的稳定性 n系统的可控性、可达性和可观性、可检系统的可控性、可达性和可观性、可检测性测性 n系统的灵敏性和鲁棒性系统的灵敏性和鲁棒性 2022-12-16第二章 计算机控制系统基础282-3-1 系统的稳定性系统的稳定性(1)n从从s域到域到z域的映射域的映射sTze2/sT sjjTTj TzeeeTzezT 01Tze01z 01z n当当 时，在时，在s平面为虚轴，在平面为虚轴，在z平面，平面，是以是以原点为圆心的单位圆原点为圆心的单位圆n当当 时，在时，在s平面为位于左半平面的点，与之对应平面为位于左半
18、平面的点，与之对应的点位于的点位于z平面上以原点为圆心的单位圆内，平面上以原点为圆心的单位圆内，n当当 时，在时，在s平面为位于右半平面的点，与之对应平面为位于右半平面的点，与之对应的点位于的点位于z平面上以原点为圆心的单位圆外，平面上以原点为圆心的单位圆外，从从s平面到平面到z平面的映射是唯一的，从平面的映射是唯一的，从z平面到平面到s平面的平面的映射不是唯一的映射不是唯一的2022-12-16第二章 计算机控制系统基础292-3-1 系统的稳定性系统的稳定性(2)n系统稳定的条件系统稳定的条件 s平面平面ImRe0稳稳定定区区域域z平面平面Im(z)Re(z)0稳稳定定区区域域2022-1
19、2-16第二章 计算机控制系统基础302-3-1 系统的稳定性系统的稳定性(3)n稳定性判据稳定性判据 n劳斯稳定判据劳斯稳定判据 n复数双线性变换复数双线性变换 或或n奈魁斯特稳定判据奈魁斯特稳定判据 n李雅普诺夫第二方法李雅普诺夫第二方法 11wzw11wzw2022-12-16第二章 计算机控制系统基础312-3-2 系统的可控性、可达性和可观系统的可控性、可达性和可观性、可检测性性、可检测性(1)n可控性和可达性可控性和可达性n控制作用支配系统状态的能力控制作用支配系统状态的能力n可控的可控的存在一个控制作用序列，可以在有限时存在一个控制作用序列，可以在有限时间内使系统从任一初始状态到
20、达间内使系统从任一初始状态到达原点原点 n可达的可达的存在一个控制作用序列，可以在有限时存在一个控制作用序列，可以在有限时间内使系统从任一初始状态到达间内使系统从任一初始状态到达任意终端状态任意终端状态 n系统是可控的不一定表示系统是可达的系统是可控的不一定表示系统是可达的 nA可逆，则系统可控与可达是等价的可逆，则系统可控与可达是等价的n判定判定(1)()()()()X kAX kBu ky kCX k1ncWBABAB2022-12-16第二章 计算机控制系统基础322-3-2 系统的可控性、可达性和可观系统的可控性、可达性和可观性、可检测性性、可检测性(2)n可观性和可检测性可观性和可检
21、测性 n系统的输入输出反映系统状态的能力系统的输入输出反映系统状态的能力 n不可观状态不可观状态 n如果状态如果状态 ，并且存在一个有限的，并且存在一个有限的 ，使得当初，使得当初始状态为始状态为 且且 （）时，）时，（）n系统是可观的系统是可观的如果根据在有限采样时刻测量到如果根据在有限采样时刻测量到的输入和输出可以确定系统的初始状态的输入和输出可以确定系统的初始状态n可检测性可检测性如果系统的不可观状态退化为原点，如果系统的不可观状态退化为原点，则系统是可检测的则系统是可检测的 00X11kn0(0)XX()0U k 10kk()0Y k 10kk0X2022-12-16第二章 计算机控制
22、系统基础332-3-2 系统的可控性、可达性和可观系统的可控性、可达性和可观性、可检测性性、可检测性(3)n采样对系统可达性和可观性的影响采样对系统可达性和可观性的影响 n为了获得可达的离散时间系统，连续时间系为了获得可达的离散时间系统，连续时间系统必须是可达的统必须是可达的 n某些采样周期会使离散时间系统失去可达性某些采样周期会使离散时间系统失去可达性 n对于不可观性，连续时间系统的条件更为严对于不可观性，连续时间系统的条件更为严格格 2022-12-16第二章 计算机控制系统基础342-3-2 系统的灵敏性和鲁棒性系统的灵敏性和鲁棒性(1)n灵敏性灵敏性HffH-Hfb ucevxy前馈滤
23、波器反馈滤波器参考信号干扰信号测量噪声过程输出测量信号1111ffcH HHyuveLLLfbLH H1ffclH HHL21ffclHdHdHL11clcldHdHdHSHL HHlog11logcldHSLdH11LTSL 灵敏度函数互补灵敏度函数n参考信号到输出的闭环传递函数参考信号到输出的闭环传递函数2022-12-16第二章 计算机控制系统基础35n如果在单位圆上，如果在单位圆上，则则 和和 在单位圆外的极点和零点数之差是相同的。在单位圆外的极点和零点数之差是相同的。2-3-2 系统的灵敏性和鲁棒性系统的灵敏性和鲁棒性(2)n鲁棒性鲁棒性H0()Hz00()()1()ffclH Hz
24、HzL z000()1()()1()()()()()()1()()()()()fbfbfbfbfbfbf zHz HzHz H zHz HzHz H zHz H zHzHzH z 0()()1()fbffclHHHzH zL zHH1L01L0()()11HzH zLHLTn名义模型名义模型 与实际开环脉冲传递函数与实际开环脉冲传递函数n实际闭环传递函数实际闭环传递函数n闭环系统的极点为下列方程的零点闭环系统的极点为下列方程的零点2022-12-16第二章 计算机控制系统基础36第四节第四节计算机控制系统的总线技术2022-12-16第二章 计算机控制系统基础37n总线的概念总线的概念 n总线
25、的分类总线的分类 n总线的模板化结构总线的模板化结构 n总线的体系结构总线的体系结构 n总线的控制方式总线的控制方式 2022-12-16第二章 计算机控制系统基础382-4-1 总线的概念（总线的概念（1）n总线总线n总线的定义：一组公用线的集合总线的定义：一组公用线的集合n规定了各引线的信号、时序、电气和机械特性规定了各引线的信号、时序、电气和机械特性n为计算机系统内部各部件、各模块之间或计算机各系统之间提为计算机系统内部各部件、各模块之间或计算机各系统之间提供了标准的公共信息通路符合某种总线的标准供了标准的公共信息通路符合某种总线的标准n一组进行互连和传输信息的信号线一组进行互连和传输信
26、息的信号线n好比是连接计算机系统各个部件之间的桥梁。好比是连接计算机系统各个部件之间的桥梁。n总线技术总线技术n通道控制功能、使用方法、仲裁方法和传输方式等通道控制功能、使用方法、仲裁方法和传输方式等n总线的标准、结构不同，性能差异很大总线的标准、结构不同，性能差异很大2022-12-16第二章 计算机控制系统基础392-4-1 总线的概念（总线的概念（2）n例例 假设有假设有6个元件，每两个元件之间必须用个元件，每两个元件之间必须用6条线互连条线互连才能正常工作。才能正常工作。n如果采用两两元件相连的如果采用两两元件相连的全连通全连通法，共需连线总数法，共需连线总数Nc为为Nc=6C62=6
27、65/2=90 n总线结构总线结构n设一台计算机有设一台计算机有q个模块，每两个模块之间连线数为个模块，每两个模块之间连线数为p根。根。n全连通结构所用连线全连通结构所用连线 n总线结构所用连线总线结构所用连线 继续2(1)2cqp qqNp C)1(qppqpNzNNq qqcz()()121q1NNqcz22022-12-16第二章 计算机控制系统基础402-4-1 总线的概念（总线的概念（3）n总线结构连接示意图总线结构连接示意图总线总线1#总线接口总线接口2#3#4#5#6#总线与总线接总线与总线接口一起便称之口一起便称之为总线结构为总线结构返回2022-12-16第二章 计算机控制系
28、统基础412-4-1 总线的概念（总线的概念（4）n总线结构连接的优点总线结构连接的优点n结构由面向结构由面向CPU变为面向总线变为面向总线n硬件、软件模块化设计与生产硬件、软件模块化设计与生产n结构清晰结构清晰,便于灵活组态、扩充、改进与升级便于灵活组态、扩充、改进与升级n符合同一总线标准的产品兼容性强符合同一总线标准的产品兼容性强n满足用户不同的需要满足用户不同的需要,容易构成各种用途的计算机应容易构成各种用途的计算机应用系统用系统2022-12-16第二章 计算机控制系统基础422-4-2 总线的分类（总线的分类（1）n根据总线的功能和应用场合分类根据总线的功能和应用场合分类n内部总线（
29、内部总线（Internal Bus)n用于计算机内部模块（板）之间通信用于计算机内部模块（板）之间通信n外部总线（外部总线（External Bus)通讯总线通讯总线n用于计算机之间或计算机与设备之间通信用于计算机之间或计算机与设备之间通信n根据总线的结构分类根据总线的结构分类n并行总线并行总线n每个信号都有自己的信号线每个信号都有自己的信号线n串行总线串行总线n所有信号复用一对信号线所有信号复用一对信号线2022-12-16第二章 计算机控制系统基础432-4-2 总线的分类（总线的分类（2）n内部总线内部总线：又称系统总线或模板级总线又称系统总线或模板级总线n常用的有常用的有PC、STD、
30、VME、MULTIBUS等等n数据总线数据总线D：用于传递数据信息：用于传递数据信息n地址总线地址总线A：用于传递地址信息：用于传递地址信息n控制总线控制总线C：包括控制、时序和中断信号线，用于传递：包括控制、时序和中断信号线，用于传递 各种控制信息各种控制信息n电源总线电源总线P：向总线提供电源：向总线提供电源n外部总线外部总线n如：如：IEEE-488、RS-232C、RS-485等等继续2022-12-16第二章 计算机控制系统基础442-4-2 总线的分类总线的分类计算机内部总线结构示意图计算机内部总线结构示意图CPU总线总线母板母板RAMROMA/DD/A外部总线外部总线接口接口数据
31、总线数据总线D地址总线地址总线A控制总线控制总线C电源总线电源总线P返回2022-12-16第二章 计算机控制系统基础452-4-2 总线的分类（总线的分类（3）n局部总线、系统总线、通信总线局部总线、系统总线、通信总线n局部总线局部总线n在传统的在传统的ISA/EISA总线和总线和CPU总线之间增加的总线之间增加的一级总线或管理层，这是因为一级总线或管理层，这是因为ISA/EISA已远远已远远不能适应系统高传输能力的要求，如不能适应系统高传输能力的要求，如PCI。n系统总线系统总线内部总线内部总线n通信总线通信总线外部总线外部总线2022-12-16第二章 计算机控制系统基础46决定总线性能
32、的因素决定总线性能的因素n总线时钟频率总线时钟频率n即总线工作频率，单位：即总线工作频率，单位：MHzn总线宽度总线宽度n数据总线的位数，单位：数据总线的位数，单位：bitn总线传输速率总线传输速率n总线带宽，在总线上每秒钟传输的最大字节数总线带宽，在总线上每秒钟传输的最大字节数MB/s，每秒处理多少兆字节。每秒处理多少兆字节。n它们之间的相关计算公式：它们之间的相关计算公式：传输速率传输速率=总线时钟频率总线时钟频率总线宽度总线宽度/82022-12-16第二章 计算机控制系统基础472-4-3 总线的模板化结构总线的模板化结构n模板化结构模板化结构n按功能划分计算机的各个部件，并按总线标准
33、设计成按功能划分计算机的各个部件，并按总线标准设计成由总线连接的模板结构：由总线连接的模板结构：CPU主板、主板、RAM/ROM存存储板、储板、A/D、D/A、DI、DO等等n模板化结构的优点模板化结构的优点n增加计算机系统的通用性、灵活性、开放性、扩展性增加计算机系统的通用性、灵活性、开放性、扩展性和可靠性和可靠性n为系统的维修提供了方便为系统的维修提供了方便2022-12-16第二章 计算机控制系统基础482-4-4 总线的体系结构（总线的体系结构（1）n主控模块（主控模块（Master,主模块主模块)n可以控制总线并启动数据传送的任何模块可以控制总线并启动数据传送的任何模块n受控模块（受
34、控模块（Slave,从模块从模块)n能够响应总线主模块发出命令的任何模块能够响应总线主模块发出命令的任何模块n体系结构体系结构n指由总线本身定义地址空间、数据长度、操作定时信指由总线本身定义地址空间、数据长度、操作定时信号以及传输协议等，以保证号以及传输协议等，以保证CPU的性能得到充分发挥的性能得到充分发挥而与而与CPU无关。无关。2022-12-16第二章 计算机控制系统基础492-4-4 总线的体系结构（总线的体系结构（2）n单总线体系结构单总线体系结构nSingle Bus Architecturen并发总线体系结构并发总线体系结构nConcurrent Bus Architectur
35、en带带cache的并发总线体系结构的并发总线体系结构nConcurrent Bus Architecture With cache继续2022-12-16第二章 计算机控制系统基础502-4-4 总线的体系结构总线的体系结构 单总线体系结构单总线体系结构n所有模块都连到单一总线上，只有一个数据通所有模块都连到单一总线上，只有一个数据通路，仅适用于慢速的计算机。路，仅适用于慢速的计算机。CPU协处理器协处理器Modem显示器显示器硬硬 驱驱打印机打印机打印机存储器存储器返回2022-12-16第二章 计算机控制系统基础512-4-4 总线的体系结构总线的体系结构 并发总线体系结构并发总线体系结
36、构n将存储器和将存储器和I/O 的数据通路分开，以解决的数据通路分开，以解决CPU与存与存储器、储器、I/O之间数据传输的速度不一的矛盾。之间数据传输的速度不一的矛盾。CPU协处理器协处理器Modem显示器显示器硬硬 驱驱打印机打印机打印机存储器存储器总线控制器总线控制器返回2022-12-16第二章 计算机控制系统基础522-4-4 总线的体系结构总线的体系结构 带带cache的并发总线体系结构的并发总线体系结构n类似于并发总线体系结构，只是在类似于并发总线体系结构，只是在CPU和存储器的数据通和存储器的数据通路上多了一个高速缓冲存储器路上多了一个高速缓冲存储器cache及及cache控制器
37、。控制器。Cache控制器控制器协处理器协处理器Modem显示器显示器硬硬 驱驱打印机打印机打印机主存储器主存储器总线控制器总线控制器光盘驱动器光盘驱动器其它其它I/O卡卡Cache存储器存储器CPU返回2022-12-16第二章 计算机控制系统基础532-4-5 总线的控制方式（总线的控制方式（1）n总线控制总线控制n总线上可以挂多个主模块总线上可以挂多个主模块,但在同一时刻只但在同一时刻只能有一个主模块控制总线；能有一个主模块控制总线；n对信息的传送需要控制对信息的传送需要控制,以防止信息丢失。以防止信息丢失。n总线控制线路包括总线判优或仲裁逻辑、总线控制线路包括总线判优或仲裁逻辑、总线控
38、制驱动器和中断逻辑等。总线控制驱动器和中断逻辑等。2022-12-16第二章 计算机控制系统基础542-4-5 总线的控制方式（总线的控制方式（2）n用硬件进行总线裁决（控制）的方式用硬件进行总线裁决（控制）的方式n串行链接式总线裁决串行链接式总线裁决n定时查询方式定时查询方式n独立请求式总线裁决独立请求式总线裁决继续2022-12-16第二章 计算机控制系统基础552-4-5 总线的控制方式总线的控制方式串行链接式总线裁决串行链接式总线裁决总线可用总线可用部件部件0总总线线控控制制器器 部件部件1部件部件N-1总线请求总线请求总线总线总线忙总线忙图中，请求线图中，请求线是公共的，图是公共的，
39、图中部件中部件0 0的优的优先级最高。先级最高。返回2022-12-16第二章 计算机控制系统基础562-4-5 总线的控制方式总线的控制方式定时查询方式定时查询方式优先级可以用优先级可以用程序控制，灵程序控制，灵活性较强。计活性较强。计数值有数值有2 2种方种方式。式。总线忙总线忙部件部件0总总线线控控制制器器部件部件1部件部件N-1总线请求总线请求总线总线计数值计数值返回2022-12-16第二章 计算机控制系统基础572-4-5 总线的控制方式总线的控制方式独立请求式总线裁决独立请求式总线裁决这种方式中，这种方式中，总线控制器总线控制器根据某种算根据某种算法对同时来法对同时来的请求进行的
40、请求进行裁决裁决。部件部件0总总线线控控制制器器 部件部件1部件部件N-1总线总线BR0BG0BR1BG1BRN-1BGN-1总线忙信号总线忙信号SACK返回2022-12-16第二章 计算机控制系统基础582-4-5 总线的控制方式（总线的控制方式（3）n总线裁决采用的主要算法总线裁决采用的主要算法n静态优先级算法（又称作菊花链算法）静态优先级算法（又称作菊花链算法）n固定时间算法固定时间算法n动态优先级算法动态优先级算法n先来先服务算法先来先服务算法2022-12-16第二章 计算机控制系统基础592-4-5 总线的控制方式（总线的控制方式（4）n总线的通信方式总线的通信方式n同步式通信同
41、步式通信(Synchronous Transfer)n数据的传输在一个共同的时钟信号控制下进行数据的传输在一个共同的时钟信号控制下进行n优点是模块间的配合简单一致优点是模块间的配合简单一致,缺点是对所有模缺点是对所有模块都强求一致的同一时限块都强求一致的同一时限,设计缺乏灵活性设计缺乏灵活性n异步式传输异步式传输(Asynchronous Transfer)n利用数据发送部件和接收部件之间的利用数据发送部件和接收部件之间的“握手握手(Handshaking)”信号线来实现总线数据传送信号线来实现总线数据传送n可以实现不同速度的设备之间的数据传送可以实现不同速度的设备之间的数据传送2022-12
42、-16第二章 计算机控制系统基础60n计算机控制系统的采样及信号特点计算机控制系统的采样及信号特点n计算机控制系统的信号形式计算机控制系统的信号形式 n信号的采样、采样周期和采样定理信号的采样、采样周期和采样定理 n信号的保持信号的保持2022-12-16第二章 计算机控制系统基础61n计算机控制系统的采样及信号特点计算机控制系统的采样及信号特点n计算机控制系统的数学模型计算机控制系统的数学模型 nZ变换变换n计算机控制系统的数学模型计算机控制系统的数学模型2022-12-16第二章 计算机控制系统基础62n计算机控制系统的采样及信号特点计算机控制系统的采样及信号特点n计算机控制系统的数学模型
43、计算机控制系统的数学模型n离散控制系统的分析离散控制系统的分析n系统的稳定性系统的稳定性 n系统的可控性、可达性和可观性、可检测性系统的可控性、可达性和可观性、可检测性 n系统的灵敏性和鲁棒性系统的灵敏性和鲁棒性2022-12-16第二章 计算机控制系统基础63n计算机控制系统的采样及信号特点计算机控制系统的采样及信号特点n计算机控制系统的数学模型计算机控制系统的数学模型n离散控制系统的分析离散控制系统的分析n计算机控制系统的总线技术计算机控制系统的总线技术n总线的概念总线的概念 n总线的分类总线的分类 n总线的模板化结构总线的模板化结构 n总线的体系结构总线的体系结构 n总线的控制方式总线的控制方式2022-12-16第二章 计算机控制系统基础64精品课件精品课件！2022-12-16第二章 计算机控制系统基础65精品课件精品课件！2022-12-16第二章 计算机控制系统基础66
