计算机控制系统的硬件构成

[课题] 计算机硬件及其工作原理[课型] 理论课[课时] 1课时教学方法讲授法、演示法授课：一、计算机硬件系统计算机硬件系统5大组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备这5部分通过系统总线完成指令所传达的任务。

系统总线的组成部分：地址总线、数据总线、控制总线。

计算机硬件系统的工作原理：计算机接受指令后，由控制器指挥，将数据从输入设备传送到存储器存储起来，在由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。

1、运算器 (ALU)运算器的主要任务：执行各种算术运算和逻辑运算。

2、控制器控制器是对输入的指令进行分析，并统一控制和指挥计算机的各部件完成一定任务的部件。

控制器集成在一块芯片上，构成中央处理器【CPU】运算器3、存储器计算机的存储器可分为两大类：内存储器和外存储器。

（1）内存储器内存储器简称内存，又称主存，有半导体件制成。

特点：存取速度快，基本上能与CPU速度相匹配。

随机存储器（RAM）优点：计算机工作时，既可以从中读取信息，又可以随时写入信息。

内存储器按功能缺点：计算机断电后丢失数据。

和存储原理表现形式：以内存条的形式插在微机中。

只读存储器（ROM）优点：不会因计算机断电后丢失数据。

缺点：计算机工作时只能从中读取信息而不能写入信息。

表现形式：在微机中以芯片的形式固定在主机板上。

4、输入设备输入设备是计算机用来接收用户输入的程序和数据的设备，由输入装置和输入接口电路组成。

最常见的输入装置是：键盘和鼠标，其余的还有扫描仪、跟踪球、光笔等等。

输入接口电路是连接输入装置与计算机主机的部件，输入装置是通过输入接口电路才能与主机连接起来，实现各种数据信息的输入。

微机的输入接口电路一般都集成在主机板上。

5、输出设备输出设备是将计算机处理后的结果或中间结果，以某种人们能够识别或其他设备所需要的形式表现出来的设备。

输出设备也可以分为输出装置和输出接口电路两部分。

常见的输出装置：显示器、打印机、绘图仪、纸带穿孔机。

计算机的基本组成计算机是一种电子设备，它的功能包括存储、处理和传输信息。

为了更好地理解和使用计算机，我们需要了解它的基本组成。

1、硬件系统计算机的硬件系统是它的物理部分，包括中央处理器（CPU）、存储器（内存和硬盘）、输入/输出设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等）和总线（用于连接各个部件）。

中央处理器是计算机的“大脑”，负责执行程序中的指令并处理数据。

存储器分为内存和硬盘。

内存包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

RAM用于存储运行中的程序和数据，ROM用于存储固件和操作系统。

硬盘是用于长期存储数据的外部存储器。

输入/输出设备允许用户与计算机交互。

键盘和鼠标是最常见的输入设备，而显示器和打印机是最常见的输出设备。

总线是用于连接各个部件的通信通道。

2、软件系统计算机的软件系统是它的程序部分，包括系统软件和应用软件。

系统软件包括操作系统、编译器和数据库管理系统等，它们为应用程序提供了一个运行环境。

应用软件是为特定任务设计的程序，例如办公软件、图像处理软件和游戏等。

3、网络系统现代计算机通常通过互联网与其他计算机连接，形成一个网络。

网络系统包括硬件（如路由器和调制解调器）和软件（如浏览器和电子邮件客户端），这些部件可以帮助用户连接到其他计算机并共享资源。

计算机的基本组成包括硬件系统、软件系统和网络系统。

这些组件协同工作，使计算机成为一种强大的信息处理工具，可以满足我们的工作、学习和娱乐需求。

计算机系统的基本组成计算机系统是一种复杂的电子系统，它由多个不同的部分组成，这些部分协同工作，使计算机能够执行各种任务。

以下是计算机系统的基本组成：1、硬件系统硬件系统是计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器（CPU），内存，硬盘，显卡，声卡，网卡，电源，主板，显示器，键盘，鼠标等。

这些硬件组件通过各种接口和线路连接在一起，形成一个完整的计算机系统。

中央处理器（CPU）是计算机系统的核心，它负责执行程序中的指令，处理数据和执行计算。

1.简单介绍计算机硬件系统的组成及各部件功能.答:计算机硬件系统由:运算器,控制器.存储器,I/O设备组成。

运算器；完成算数和逻辑运算控制器：根据指令的要求控制和协调其他各部件工作。

存储器：存储程序和数据输入设备：将外部信息以一定格式输入到计算机系统。

输出设备：将计算机系统的信息提供给外部设备。

2．简述微程序控制的基本思想。

答：把指令执行的所有控制信号放在一个存储器中，需要时从这个存储器读取。

一条指令的功能通常用许多条微指令实现这个微指令序列称为微程序。

计算机运行时。

一条一条读出这些微指令。

从而产生各种操作的控制信号。

3．提高存储器速度可采用哪些措施，请说出至少五种措施。

答：1，采用高速器件2，采用cache(高速缓冲存储器)3，采用多提交叉存储器4，采用双端口存储器5，加长存储器的字长4．请说明指令周期，机器周期，时钟周期之间的关系。

答：指令周期是完成一条指令所需的时间。

包括取指令，分析指令和执行指令所需的全部时间。

机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）。

时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的基本单位。

一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。

5．什么是RISC？RISC指令系统的特点是什么（至少写出4个）？答：RISC是精简指令系统计算机。

特点：1）选取使用频率最高的一些简单指令。

2）指令长度固定。

3）只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行。

4）大部分指令在一个机器周期内完成。

5）CPU中通用寄存器数最多。

6）以硬布线控制为主，不用或少用微指令码控制。

7)一般用高级语言编程，特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间。

8）指令以流水方式执行6.计算机系统总线大致分为哪几类？答：1)一个计算机系统中的总线分为三类：同一部件如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称内部总线。

计算机控制系统设计的基本内容
计算机控制系统设计主要包括以下基本内容:
1. 控制理论基础知识：计算机控制系统的设计需要运用控制理论的基础知识，如传递函数、稳定性分析、动态响应分析等。

2. 计算机控制系统的硬件设计：包括控制器、传感器、执行器等硬件设备的设计和选型，需要考虑硬件设备的可靠性、性能、成本和可维护性等因素。

3. 计算机控制系统的软件设计：包括控制系统的算法设计、软件界面设计、数据采集和处理等，需要运用计算机编程语言和软件设计工具进行开发。

4. 计算机控制系统的调试和测试：设计完成后，需要进行系统调试和测试，以确保系统的稳定性、可靠性和性能指标符合要求。

5. 计算机控制系统的应用和优化：在实际应用场景中，需要对计算机控制系统进行优化和调整，以提高控制性能和效率。

以上是计算机控制系统设计的主要基本内容，不同的应用场景和控制需求可能需要针对具体情况进行定制化设计。

微型计算机控制技术课后答案及解析习题⼀1，微型计算机控制系统的硬件由哪⼏部分组成？各部分的作⽤是什么？答：CPU，接⼝电路及外部设备组成。

CPU，这是微型计算机控制系统的核⼼，通过接⼝它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进⾏实时检测及处理。

接⼝电路，微机和⽣产对象之间进⾏信息交换的桥梁和纽带。

外部设备：这是实现微机和外界进⾏信息交换的设备2，微型计算机控制系统软件有什么作⽤？说出各部分软件的作⽤。

答：软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。

整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进⾏的，因此说软件是微机系统的中枢神经。

就功能来分，软件可分为系统软件、应⽤软件1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门⽤来使⽤和管理计算机的程序。

对⽤户来说，系统软件只是作为开发应⽤软件的⼯具，是不需要⾃⼰设计的。

2)应⽤软件:它是⾯向⽤户本⾝的程序，即指由⽤户根据要解决的实际问题⽽编写的各种程序。

3，常⽤⼯业控制机有⼏种？它们各有什么⽤途？4，操作指导、DDC和SCC系统⼯作原理如何？它们之间有何区别和联系？答：(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作⽤于⽣产对象，属于开环控制结构。

计算机根据数学模型、控制算法对检测到的⽣产过程参数进⾏处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作⽤。

(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对⼀个或多个被控参数进⾏巡回检测，经输⼊通道送给微机，微机将检测结果与设定值进⾏⽐较，再进⾏控制运算，然后通过输出通道控制执⾏机构，使系统的被控参数达到预定的要求。

DDC系统是闭环系统，是微机在⼯业⽣产过程中最普遍的⼀种应⽤形式。

(3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统⽐DDC 系统更接近⽣产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进⾏控制，系统不能运⾏在最佳状态，⽽SCC系统不仅可以进⾏给定值控制，并且还可以进⾏顺序控制、最优控制以及⾃适应控制等SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。

计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成完整的计算机系统系统包括：硬件系统和软件系统。

硬件系统和软件系统互相依赖，不可分割，两个部分又由若干个部件组成(如图所示）。

硬件系统是计算机的“躯干”，是物质基础。

而软件系统则是建立在这个“躯干”上的“灵魂”。

（一）计算机硬件计算机硬件系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

（如下图所示）* 中央处理器（ CPU —— Central Processing Unit ）CPU由运算器、控制器和一些寄存器组成；1.运算器运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件（ALU）、累加器及通用寄存器组成。

2.控制器控制器用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。

运算器和控制器是计算机的核心部件，这两部分合称中央处理单元（Centre Process Unit，简称CPU），如果将CPU集成在一块芯片上作为一个独立的部件，该部件称为微处理器（Microprocessor，简称MP）。

运算器进行各种算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统；CPU 的主要性能指标是主频和字长。

字长表示CPU每次计算数据的能力。

如80486及Pentium系列的CPU一次可以处理32位二进制数据。

时钟频率主要以MHz为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。

目前的主流CPU的时钟频率已发展到500MHz以上，甚至高达２GHz以上。

*存储器存储器的主要功能是用来保存各类程序的数据信息。

存储器可分为主存储器和辅助存储器两类。

①主存储器（也称为内存储器），属于主机的一部分。

用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。

①辅助存储器（也称外存储器），它属于外部设备。

用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器。

存储器与 CPU的关系可用 (图 1）来表示。

( 图 1）（ 1）内存储器一个二进制位（ bit）是构成存储器的最小单位。

习题一1，微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：CPU，接口电路及外部设备组成。

CPU，这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

接口电路，微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备2，微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。

答：软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。

整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。

就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。

对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。

2)应用软件:它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。

3，常用工业控制机有几种？它们各有什么用途？4，操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？答：(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。

计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。

(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。

DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。

(3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。

计算机硬件系统组成及工作原理一、计算机硬件系统组成任何一台计算机，都是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件组成，其结构框图如网1—1所示。

1．运算器运算器是对数据进行运算的部件，它能够快速地对数据进行加、减、乘、除等基本算术运算及“与”、“或”、“非“等逻辑运算。

在运算过程中，运算器不断得到由存储器提供的数据，运算后把结果(包括中问结果)送回存储器保存起来。

整个运算过程是在控制器统一指挥下，按程序中绢诽的操作次序进行的。

运算器主要由算术逻辑单元(A小hme小L08ic Un入简称Aeu)、寄存器以及一些控制数据传送的电路组成。

算术逻辑单元是运算器中实现算术和逻辑运算的电路；寄存器是运算器中的数据暂存器，在运算器中往往设置多个寄存器，每个寄存器能够保存一个数据。

寄存器可以直接为算术逻辑单元提供参加运算的数据，运算的中间结果也可以保存在寄存器中。

这样，一个简单的运算过程就可以在运算器内部完成，避免了频繁地与存储器打交道的工作，从而提高了运算速度。

Atmel代理运算器中还设有标志寄存器，它用来存放运算结果的特征．如进位标志(c)、零标志(Z)、符号标志(s)等。

在不同的机器中，标志寄存器的标志位有不同的规定。

2．控制器控制器是计算机的控制中心，计算机的工作就是在控制器的控制下有条不亲地协调工作。

控制器通过地址访问内存储器，逐条取出选中单元的指令，分析指令，并根据指令码产生相应的控制信号作用于其他各个部件，控制这些部件完成指令要求的操作。

上述过程周而复始，保证了计算机能自动、连续地工作。

控制器主要由指令计数器(又称程序计数器)、指令寄存器、指令译码器、时序电路及操作控制器等电路组成。

当计算机执行程序时，指令计数器中保存的是耍执行的下一条指令的地址，控制器根据这个地址，从内存中取出指令并送人指令寄存器。

指令译码器对指令寄存器中的指令代码进行分析后，发出各种相应的操作命令，指挥计算机的有关部件进行工作，比如一次内存读／写操作，一个算术／逻辑运算操作，或一个输入／输出操作等。

说明微型计算机系统的硬件组成及各部分的作用微型计算机系统是一种由硬件和软件组成的计算机系统，它通常由中央处理器（CPU）、内存、存储设备、输入设备、输出设备和其他辅助设备组成。

下面将详细介绍微型计算机系统的硬件组成及各部分的作用。

1.中央处理器（CPU）：CPU是微型计算机系统的核心部件，它包括一个或多个处理核心，负责执行计算机指令、控制和协调计算机系统的各个组件。

CPU的主要作用是进行算术逻辑运算和控制指令的执行，它是计算机系统的"大脑"。

2.内存：内存是用来存储程序和数据的地方，它是CPU和存储设备之间的桥梁。

内存分为主存和辅存两部分，主存是CPU可以直接访问的存储空间，而辅存则是用来扩展存储容量的外部设备。

内存的作用是提供临时存储空间，使得CPU能够高速读写数据。

3.存储设备：存储设备用于长期存储程序和数据，包括硬盘、固态硬盘、光盘、U盘等。

它们的作用是存储大量数据，并可以长期保存，以便下次使用。

4.输入设备：输入设备用于将外部数据和命令输入到计算机系统中，包括键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。

输入设备的作用是将用户的指令、数据等输入到计算机系统中，供CPU处理。

5.输出设备：输出设备用于将计算机系统处理后的结果或数据输出到外部设备或显示器上，包括显示器、打印机、音箱等。

输出设备的作用是将计算机系统处理后的信息展示给用户或输出到外部设备中。

6.辅助设备：辅助设备包括声卡、网卡、USB接口等，它们用于扩展计算机系统的功能和连接外部设备。

除了以上硬件组成部分，还有一些与硬件部件紧密相关的组件，包括总线、电源和主板等。

-总线：总线是连接计算机系统各个硬件部件之间的通信线路，它用来传输数据和控制信号。

总线分为数据总线、地址总线和控制总线，其中数据总线用于传输数据，地址总线用于传输内存或设备地址，控制总线用于传输控制信号。

-电源：电源为计算机系统提供所需的电能，包括直流电源和交流电源两种类型。