第二章习题答案
1．名词解释
CPU：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器、控制器和寄存器组构成。
执行单元：执行单元EU是程序中各条指令执行的核心，完成指令译码、运算及其他操作的执行。执行单元EU从总线接口单元BIU的指令队列缓冲器中取出指令，由EU控制器的指令译码器译码产生响应的操作控制信号送给各部件。执行单元EU对操作数进行算术运算和逻辑运算，并将运算结果的状态特征保存到标志（状态）寄存器FR（Flags Register）中。EU执行单元由算术逻辑单元（ALU）、标志寄存器、通用寄存器组和操作控制器电路等部件组成。
总线接口单元：总线接口单元BIU是CPU在内存和各种I/O接口之间的连接部件，负责CPU与存储器、I/O端口传送数据，核心功能是控制系统总线。BIU通过系统总线从内存中提取指令送到指令队列缓冲器中。CPU执行指令时，总线接口单元要配合EU从指定的内存单元或外设端口中取数据，将数据传送给EU或把EU的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。或者把执行部件的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。
总线接口单元BIU地址加法器、段寄存器、指令队列缓冲器和总线控制电路等部件组成。
指令系统：指令是微处理器执行某种操作的命令，微处理器全部指令的集合称为指令系统。
流水线技术：微处理器的流水线（pipeline）技术是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。
乱序执行：乱序执行（out-of-orderexecution，也可称为错序执行），是指CPU允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。
分支预测：分支预测（Branch Prediction）是指在指令结果出来之前，能够预测到指令是否产生分支转移。
MMX技术：MMX是Multi-media Extension的缩写，中文为多媒体扩展指令集。MMX是Intel公司为增强 CPU 在音像、图形和通信应用方面而采取的技术，MMX技术是继Intel386(TM)处理器（将体系结构扩展至32位）之后对Intel体系结构的最重要的加强。这些指令桌能够加速处理有关图形、影像、声音等的应用，MMX 加强了在多媒体处理功能的不足，它可以利用其内建的多媒体指令来模拟3D绘图的处理、 MPEG的压缩/解压缩。立体声的音效等，只要是软件支持MMX CPU，即可以取代这些硬件的接口而达到多媒体的功效。
第一章
1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？画出方框图并说明各部分的作用。
答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。
1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。
2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和
桥梁的作用。
3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。 2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在
计算机控制系统中要考虑实时性？
（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件
做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方
式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。
（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干
并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡
查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。
3.计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？ （1）操作指导控制系统（OIS）
优点：结构简单、控制灵活和安全。
缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。
（2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统）
优点：实时性好、可靠性高和适应性强。 （3）监督控制系统（SCC）
优点：生产过程始终处于最有工况。
（4）集散控制系统
优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
（5）现场总线控制系统 优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。
（6）PLC+上位系统
优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控
制是现代灵活性、功能及可靠性。
附加：计算机控制系统的发展趋势是什么？ 大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而
第一章
i）简述计算机控制系统与常规仪表控制系统的基本结构及主要异同点。 基本结构：
SM（＜n册覘翦
相同点： 1、结构基本相同，功能相同。
2
不同点： 、计算机控制系统是在常规仪表控制系统演变而来。
1、计算机控制系统能够实现复杂的控制规律，从而达到较高的控制质量。
2
3
4
5 、由于计算机具有分时操作的功能，所以计算机控制系统具有群控的功能。
、由于计算机的软件有恢复功能，所以计算机控制系统灵活性强。
、由于计算机控制系统有有效的抗干扰，抗噪声，所以可靠性高。
、由于计算机有监控，报警，自诊断功能，所以计算机控制系统的可维护性强。
2）分析说明图1-3计算机控制系统的硬件组成及其作用。
1. 主机
组成：中央处理器（CPU和内存储器（RAM和ROM组成。
作用：根据输入通道送来的被控对象的状态参数，进行信息处理、分析、计算，作出控制决 策，通过输出通道发出控制命令。
2. 常规外部设备
外部设备按功能可分成三类：输入设备、输出设备和外存储器。 生产i±程
f +
给定值
———-—1 ■ -——— -—-—
B1-2计聲晦髒絃理區 输入设备有键盘、光电输入机、扫描仪等，用来输入程序、数据和操作命令。 输出设备有打印机、绘图机、显示器等，用来把各种信息和数据提供给操作者。 外存储器有磁盘装置、磁带装置、光驱装置，兼有输入、输出两种功能，用来存储系统程序 和数据。
3. 过程输入/输出通道
过程输入通道又分为模拟量输入通道和数字量输入通道两种； 过程输出通道又分为模拟量输
出通道和数字量输出通道两种。
作用：主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。
4. 操作台
操作台是操作员与计算机控制系统之间进行联系的纽带， 可以完成向计算机输入程序、修改
数据、显示参数以及发出各种操作命令等功能。
5. 通信设备
在不同地理位置、不同功能的计算机之间通过通信设备连接成网络，以进行信息交换。
第二章
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. 第一章 计算机控制系统概述
习题参考答案
1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?
计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：
(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？
(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.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？
由四部分组成。
(1)主机：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。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
图1.1微机控制系统组成框图
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
