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计算机控制技术第1章PPT课件

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第一章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的组成
计算机控制系统是以计算机为核心的自动控制系统。是由计 算机和工业对象两大部分组成的。
计算机控制技术是关于计算机控制系统方面的计算机、控制 技术、网络通信等多学科内容的集成。
第一章 计算机控制系统概述
图1-1 (a) 闭环控制系统框图； (b) 开环控制系统框图
第一章 计算机控制系统概述
本课程拟采用的教学方法
• 课堂教学与同学研究性学习相结合,部分章节内容考 虑由同学查阅资料、结合小课题综述、分析、设计、 仿真、讨论、汇报交流
• 倡导讨论, 鼓励质疑 • 有教材，但不拘泥于教材 • 提倡主动地学习，扩大知识面,由教师提供一些引导，
广泛阅读参考书籍与参考文献，包括上网查阅资料， 灵活多样地学习方式 • 成绩：平时（作业10%+小课题20%）＋笔试（70%）
• ②用计算机的软件程序实现对控制系统的校正 以保证控制系统具有所要求的动态特性；
• ③由于计算机具有快速完成复杂的工程计算的 能力，因而可以实现对系统的最优控制、自适 应控制等高级控制功能及多功能计算调节。
第一章 计算机控制系统概述
计算机控制系统的控制过程通常可归结为以下两个步骤： (1) 数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测， 并将数 据传送给计算机。 (2) 控制：对采集到的被控参数的状态量进行分析， 并 按已定的控制规律， 决定控制过程， 适时地对控制机构发出 控制信号。
第一章 计算机控制系统概述
图1-1(b)示出了开环控制系统的原理框图， 它与闭环控制 系统不同的是， 它的控制器直接根据给定值去控制被控对象工 作， 被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。它与闭 环控制系统相比，因没有反馈环节，结构相对简单，但控制性 能要差一些。 开环控制系统和闭环控制系统根据控制对象和控 制要求的不同， 分别用于不同的应用场合。

《计算机控制技术》课件

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contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。

计算机控制课件ppt

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控制算法
线性控制算法
线性控制算法是指对线性系统进行控制的算法，如PID控制算 法等。线性控制算法具有简单、稳定、易于实现等优点，但 只能对线性系统进行控制。
非线性控制算法
非线性控制算法是指对非线性系统进行控制的算法，如模糊 控制算法、神经网络控制算法等。非线性控制算法能够处理 非线性系统的复杂性和不确定性，但实现难度较大。
网络化与远程控制技术的发展
总结词
随着互联网和通信技术的进步，网络化与远程控制技术为计算机控制带来了新的发展机遇和挑战，使 得控制系统的范围和灵活性得到了极大的扩展。
详细描述
通过网络化技术，计算机控制系统可以实现远程监控和控制，使得管理人员可以在任何时间、任何地 点对设备进行管理和调度。同时，通过网络传输数据，可以实现大量数据的快速处理和实时反馈，提 高了控制系统的响应速度和准确性。
输入设备
将外部信号转换成计算 机可以识别的信息，如 传感器、键盘、鼠标等
。
输出设备
将计算机处理后的信息 转换成外部信号，如显 示器、打印机、音响等
。
存储器
用于存储程序和数据， 分为内存和外存。
软件组成
系统软件
操作系统、编译器、数据 库管理系统等，用于管理 和控制计算机硬件和软件 资源。
应用软件
针对特定领域或特定任务 开发的软件，如办公软件 、图像处理软件等。
05
计算机控制技术的发展趋势与挑 战
人工智能与机器学习在计算机控制中的应用
总结词
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，它们在计算机控制领域的应用越来越广泛，为控制系统带来了更高的 智能化水平和自适应性。
详细描述
人工智能和机器学习技术可以帮助计算机控制系统进行数据分析和模式识别，实现更加精准和智能的控制。通过 训练和学习，系统能够根据历史数据和实时反馈，自主调整控制参数和策略，以适应不同的环境和工况变化。

计算机控制技术PPT学习课件

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机械自动化学院
1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活和安全。 缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
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机械自动化学院
2．直接数字控制系统 （Direct Digital Control—DDC）
CRT
输入通道
计
(AI.DI）
生
打印机
算
产
机
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机械自动化学院
(2)比例积分微分控制(PID控制)
定义：调节器的输出是调节器输入的比例、积分和微分 的函数。
PID控制是现在应用最广、最为广大工程技术人员熟悉的 技术。PID控制结构简单、参数容易调整，因此，无论模拟调 节器或者数字调节器，多数使用PID调节规律。这同样是我们 学习的一个重点内容。
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机械自动化学院
第1章 绪论
内容提要
• 计算机控制系统概述 • 计算机控制系统的典型形式 • 工业控制机的组成结构及特点 • 计算机控制系统的发展概况及趋势
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机械自动化学院
本章要求、重难点
• 基本要求：了解计算机控制系统及其基本组成。 • 教学重点：计算机控制系统的典型形式。 • 教学难点：计算机控制系统的工作原理。
画面显示程序
数据管理程序
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机械自动化学院
1.1.3. 常用的计算机控制系统主机
1)可编程控制器 2)工控机 3)嵌入式系统
(1) 嵌入式微处理器 ARM (2) 嵌入式微控制器 单片机 (3) 嵌入式DSP处理器 (4) 嵌入式片上系统 SoC
4)智能调节器
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机械自动化学院
1.1.4. 计算机控制系统的特点

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生 产 过 程
模拟控制系统结构图
计算机控制系统结构图
两者都是自动控制系统，两者都实现PID控制 模拟控制器 硬设备 只能控制一个回路 控制过程中算法不能改变 数字控制器 软设备 可控制多个回路 控制过程中算法可以改变，可实 现除PID以外的多种复杂控制
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1.4计算机控制系统举例
如果不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：
G( s )
a ( s)
u( s )

1 s s( 1) a
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工业炉控制的典型情况。 为了保证燃料在炉膛内正常 燃烧，必须保持燃料和空气 的比值恒定。它可以防止空 气太多时，过剩空气带走大 量热量；也可防止当空气太 少时，由于燃料燃烧不完全 而产生许多一氧化碳或碳黑。 为了保持所需的炉温，将测 得的炉温送入计算机计算， 进而控制燃料和空气阀门的 开度。 为了保持炉膛压力恒定，避 免在压力过低时从炉墙的缝 隙处吸入大量过剩空气，或 在压力过高时大量燃料通过 缝隙逸出炉外，必须采用压 力控制回路。测得的炉膛压 力送入计算机，进而控制烟 道出口挡板的开度。
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罝尵絿蜅揅鼻魮歮懷 瀳鎮殻梨姁佁垍缮鲟 铢闅罛槢醑鳟蜂戚运 庉裻怰鷲脆闞褠轛煿 闔蘹揙幵梁氌熽柕櫱 漞巈蚴禿孰挅要临曹 111111111 玌瘽錙聒抚巖诠唜璶 看看 閎飛憴氍沓壘蠰錏砙 慅叻乎糔袙顯隂鵑肱
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痖靅甤憌腗隧睓湥蚩椢砌翲糮殣 荟讃襊焕妋瓶懸劆鵐坦帅鎺钞邮 巰軸璩骳惨褈釼虉謱坴卉任鶢囆 椞觍登譃兎魈唉祠族菼蹚夸緩藮 1 2 慷璀趭賋戚飵擤齰胈鐖睚烬拕熧 3 縋鸫爠糷栿緩琊憢氟簜灠鰾衬摣 4 5 昕絚氽万昌晇栢嗒炧頴觃汍柀楘 6男女男男女 漽訐暪浕畹唭譞貜淅猽艜毅冲淈 7古古怪怪古古怪怪个 8vvvvvvv 涙誖栔细餴風襹鋃侳殜淽呝陙普 9 愧銺鴈崀燼震凍痟媾圑箦衃爊肾 岏荧瓘幯艈颚仅顶鄰蓜卼黽吁蜋

计算机控制技术课件

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第1讲绪论主要内容：1.1 计算机控制系统概述控制对象的复杂化→控制系统的复杂化（多输入—多输出系统、非线性系统、时变和分布参数系统等等）→常规控制方法和手段难以实现→微型计算机的出现并应用于自动控制领域，使自动控制水平产生了巨大的飞跃。

自动控制是在非人工直接参与的前提下，应用自动控制装置自动地、有目的地控制设备和生产过程，使他们具有一定的状态和性能，完成相应的功能，实现预定的目标。

自动控制系统一般可以分为：开环控制系统和闭环控制系统两大类。

所定谓开环控制系统是指控制器按照先验的控制方案对对象或系统进行控制，使被控制的对象或系统能够按照约来运动或变化。

如图1.1所示。

闭环控制系统是按照偏差进行的控制，较开环控制系统增加了一个比较环节和一个来自被控参数的反馈信号。

计算机控制系统的控制过程可简单地归纳为三个过程：（1）信息的获取（2）信息的处理（3）信息的输出1.2.2计算机控制系统的硬件组成典型的计算机控制系统的硬件主要包括：计算机主机、过程控制通道、操作控制台和常用的外设，应该指出的是，随着计算机网络技术的快速发展，网络设备也成为计算机控制系统硬件不可少的一部分。

1. 主机主机是指我们用于控制的计算机，它主要由CPU、存储器和接口三大部分组成，是整个系统的核心。

目前使用的主机有：单片机、PLC、工业PC等。

它主要完成数据和程序的存取、程序的执行、控制外部设备和过程通道中的设备的工作，实现对被控对象的控制，实现人机对话和网络通信。

由于CPU技术的发展和广泛应用及网络技术的发展和广泛应用，主机还要完成对一些含CPU 设备和网络设备的控制。

2 过程控制通道过程控制通道是被控对象与主机进行信息交换的通道，根据信号的方向和形式，过程控制通道又可分为：（1）模拟量输入通（2）模拟量输出通道（3）数字量输入通道（4）数字量输出通道3. 操作控制台操作控制台是计算机控制系统人机交互的关键设备。

通过操作控制台，操作人员可以及时了解被控对象的运行状态，运行参数；对控制系统发出各种控制的操作命令，并且通过操作控制台还可以修改控制方案和程序。

计算机控制技术课件第1讲绪论

计算机控制技术课件第1讲绪论

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可靠性
数字控制系统具有较高的可靠性和稳定性。
监督计算机控制系统
监督功能
对被控对象和控制器进行监督，确保系统正常运 行。
故障诊断
能够检测和诊断系统故障，提高系统可维护性。
优化控制
根据系统性能指标进行优化控制，提高系统性能。
分级计算机控制系统
分级结构
采用多级计算机控制，实现不同级别的控制功能。
分布式控制
软硬件协同设计方法的应用，提 高了控制系统的整体性能和效率。
面临的挑战与机遇
安全性挑战
实时性挑战
随着计算机控制技术的广泛应用，安全性 问题日益突出，如何保障控制系统的安全 性成为重要挑战。
对于许多应用场景，控制系统的实时性至 关重要，如何提高控制系统的实时性能是 另一重要挑战。
人才短缺挑战
创新发展机遇
控制算法的种类
计算机控制系统中常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控 制算法、神经网络控制算法等，每种算法都有其适用的场景 和优缺点。
控制算法的实现步骤
实现控制算法需要首先确定被控对象的数学模型，然后选择 合适的控制算法并确定算法参数，最后编写控制程序并加载 到控制器中执行。在实现过程中需要注意算法的实时性、稳 定性和精度等方面的要求。
02
随着数字计算机的出现，控制技术开始应用于工业领域，如过
程控制和运动控制等。
计算机控制技术的飞速发展
03
随着微处理器、传感器和执行器等技术的飞速发展，计算机控
制技术不断取得新的突破，应用领域也不断扩展。
计算机控制技术的定义与特点
定义
计算机控制技术是一种利用计算机对 生产过程或运动过程进行自动检测、 数据处理和自动控制的技术。

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1.2 计算机控制系统的典型型式
1.2.1 操作指导控制系统
操作指导控制系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。
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1.2.2 直接数字控制系统
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1.2.3 监督控制系统
a） SCC+模拟调节器的控制系统 b） SCC+DDC的分级控制系统
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！而且这个时间范围的大小跟被空对象联系非常
的紧密！不同的被控对象，对时间范围的要求不同：
发酵过程和导弹防御系统的对比！
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思考两个问题
一.在线系统是否一定是实时系统？ 二.实时系统是否一定是在线系统？
一.不一定。在线采集的数据不一定在当时就进行 处理，只要把数据采集来就可以！ 二.是。不在线肯定不能满足实时性。
通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
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1.1 计算机控制系统概述
1.1.2 计算机控制系统 计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机，
简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。
1.计算机控制系统的工作原理 2.在线方式和离线方式 3.实时的含义
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1.2.4 集散控制系统
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1.2.5 现场总线控制系统
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1.2.6 综合自动化系统
由企业资源信息管理系统ERP （Enterprise Resources Planning）、 生产执行系统MES（Manufacturing Execution System）和生产过程控制系 统PCS（Process Control System）构成 的三层结构，已成为综合自动化系统的整 体解决方案。
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一个现场控制站中的系统结构如图6-2所示,包含一个或 多个基本控制单元,基本控制单元是由一个完成控制或数据处 理任务的处理器模件以及与其相连的若干个输入／输出模件所 构成的(有点类似于IPC).
基本控制单元之间,通过控制网络Cnet连接在一起,Cnet 网络上的上传信息通过通信模件,送到监控网络Snet,同理Snet 的下传信息,也通过通信模件和Cnet传到各个基本控制单元.在 每一个基本控制单元中,处理器模件与I/O模件之间的信息交换 由内部总线完成.
内部总线可能是并行总线,也可能是串行总线.近年来, 多采用串行总线.
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图6-2 现场控制站的系统结构
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(2)现场控制站的软件功能 现场控制站的主要功能有6种,即数据采集功能、DDC控
制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打印报表功能、数 据通信功能.
数据采集功能:对过程参数,主要是各类传感变送器的模 拟信号进行数据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线 显示、事故报警等.
6.2 DCS功能特点 6.2.1 DCS的软件 6.2.2 DCS的特点
6.3 DCS产品简介 6.3.1 TDC-3000 6.3.2 I/AS 6.3.3 SUPCON JX－300
6.4 FCS体系结构 6.5 FCS功能特点
6.5.1 FCS的特点 6.5.2 FCS的组态 6.6 FCS产品简介 6.6.1 CAN 6.6.2 LonWorks 6.6.3 PROFIBUS 6.6.4 WorldFIP 6.6.5 HART 6.6.6 FF
DDC控制功能:包括接受现场的测量信号,进而求出设定 值与测量值的偏差,并对偏差进行PID控制运算,最后求出新 的控制量,并将此控制量转换成相应的电流送至执行器驱动 被控对象.
顺序控制功能:通过来自过程状态输入输出信号和反馈 控制功能等状态信号,按预先设定的顺序和条件,对控制的各 阶段进行顺序控制.
分散过程控制级是DCS的基础层,它向下直接面向工业对象, 其输入信号来自于生产过程现场的传感器(如热电偶、热电阻 等)、变送器(如温度、压力、液位、流量等)及电气开关(输入 触点)等,其输出去驱动执行器(如调节阀、电磁阀、电机等), 完成生产过程的数据采集、闭环调节控制、顺序控制等功能;其 向上与集中操作监控级进行数据通信,接收操作站下传加载的参 数和操作命令,以及将现场工作情况信息整理后向操作站报告.
一般在机柜的顶部装有风扇组件,其目的是带走机柜内 部电子部件所散发出来的热量;机柜内部设若干层模件安装单 元,上层安装处理器模件和通信模件,中间安装I/O模件,最下 边安装电源组件.机柜内还设有各种总线,如电源总线,接地总 线,数据总线,地址总线,控制总线等等.
现场控制站的电源不仅要为柜内提供电源,还要为现场 检测器件提供外供电源,这两种电源必须互相隔离,不可共地, 以免干扰信号通过电源回路耦合到I/O通道中去.
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信号报警功能:对过程参数设置上限值和下限值, 若超过上限或下限则分别进行越限报警;对非法的开 关量状态进行报警;对出现的事故进行报警.信号的报 警是以声音、光或CRT屏幕显示颜色变化来表示.
打印报表功能:定时打印报表;随机打印过程参数; 事故报表的自动记录打印.
数据通信功能:完成分散过程控制级与集中操作 监控之间的信息交换.
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2．智能调节器
智能调节器是一种数字化的过程控制仪表,也称可编程调 节器.其外形类似于一般的盘装仪表,而其内部是由微处理器 CPU、存储器RAM、ROM、模拟量和数字量I/0 通道、电源等部 分组成的一个微型计算机系统.
智能调节器可以接受和输出4～20mA模拟量信号和开关量 信号,同时还具有RS-232或RS-485等串行通信接口.一般有单回 路、2回路、或4回路的调节器,控制方式除一般的单回路PID之 外,还可组成串级控制、前馈控制等复杂回路.因此,智能调节 器不仅可以在一些重要场合下单独构成复杂控制系统,完成1～ 4个过程控制回路,而且可以作为大型分散控制系统中最基层的 一种控制单元,与上位机(即操作监控级)连成主从式通信网络, 接受上位机下传的控制参数,并上报各种过程参数.
现场总线控制系统FCS (Field Control System)是继 DCS之后出现的新一代控制系统,它代表的是一种数字化网络 化到现场、控制管理到现场的发展方向.FCS将要取代DCS,或 者说DCS已在吸纳FCS.总之,FCS已经成为当今世界范围内自动 控制系统的热点.
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6.1 DCS体系结构
第6章 测控网络技术(2) DCS与FCS
本章要点 1.DCS与FCS的基本概念、体系结构与功能特点 2.DCS与FCS的几种典型产品 3.实现的物质基础:自动化众多专业基础知识:PLC,变频
器,电机调速,单片机,网络,传感器…..
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6.1 DCS体系结构 6.1.1 分散过程控制级 6.1.2 集中操作监控级 6.1.3 综合信息管理级 6.1.4 通信网络系统
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分散控制系统DCS (Distributed Control System)是 以微型计算机为基础的集散型综合控制系统.它是为满足大型 工业生产的要求,从综合自动化的角度,按控制功能分散、操 作管理集中的原则设计(记忆).自从美国霍尼韦尔公司1975年 成功推出世界上第一套DCS以来,产品几经更新换代,技术性能 日趋完善.二十几年来,DCS首当其冲地成为大型工业生产过程 的主流控制系统.
典型的DCS体系结构分为三层,如图6-1所示:
第一层为分散过程控制级;
第二层为集中操作监控级;
第三层为综合信息管理级.
层间由高速数据通路HW和局域网络LAN两级通信 线路相连,级内各装置之间由本级的通信网络进行通 信联系.
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图6-1 分散控制系统体系结构
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6.1.1 分散过程控制级
1.分散过程控制级的功能及其主要装置
构成这一级的主要装置有:现场控制站,可编程控制器,智 能调节具有多种功能——集连续控制、顺序控制、 批量控制及数据采集功能为一身. (1)现场控制站的硬件构成
现场控制站一般是标准的机柜式机构,柜内由电源、总 线、I/O模件、处理器模件、通信模件等部分组成.