第28讲——第10章 控制单元的设计(10.1-10.2)
高中技术 控制与设计教案 苏教版必修
高中通用技术控制与设计教案苏教版必修第一章：控制与设计概述1.1 控制与设计的概念让学生了解控制与设计的定义和基本原理。
讨论控制与设计在实际生活中的应用。
1.2 控制与设计的方法与步骤介绍控制与设计的基本方法和步骤。
通过案例分析，让学生了解控制与设计的过程。
第二章：控制系统的基本组成2.1 控制系统的定义与组成让学生了解控制系统的定义和基本组成。
讨论控制系统各部分的作用和相互关系。
2.2 控制器的设计与选择介绍控制器的设计方法和选择原则。
通过案例分析，让学生了解控制器的设计与选择过程。
第三章：控制原理与应用3.1 控制原理简介让学生了解控制原理的基本概念和原理。
讨论控制原理在实际应用中的具体体现。
3.2 控制应用案例分析通过具体的控制应用案例，让学生了解控制原理在实际中的应用。
第四章：设计方法与原则4.1 设计方法的介绍让学生了解设计方法的基本概念和方法。
讨论设计方法在实际设计中的应用。
4.2 设计原则的介绍介绍设计原则的基本概念和重要性。
讨论设计原则在实际设计中的应用。
第五章：设计过程与管理5.1 设计过程的介绍让学生了解设计过程的基本步骤和方法。
讨论设计过程在实际设计中的应用。
5.2 设计管理的介绍介绍设计管理的基本概念和方法。
讨论设计管理在实际设计中的应用。
第六章：控制系统建模与仿真6.1 控制系统建模介绍控制系统建模的基本概念和方法。
讨论控制系统建模在实际应用中的重要性。
6.2 控制系统仿真介绍控制系统仿真的基本概念和方法。
通过案例分析，让学生了解控制系统仿真的过程和应用。
第七章：控制系统的稳定性分析7.1 稳定性概念与判据让学生了解控制系统稳定性的基本概念和判据。
讨论稳定性分析在实际控制系统中的应用。
7.2 稳定性分析方法介绍稳定性分析的基本方法和步骤。
通过案例分析，让学生了解稳定性分析的具体过程。
第八章：控制器设计方法8.1 经典控制器设计方法介绍经典控制器设计方法的基本原理和方法。
10 第十章 使用VHDL语言来设计状态机
第十章 使用VHDL语言来设计状态机
思考和练习——填空题
1、所有的时序电路从理论上都可以表示为____。 2、数字系统一般可分为____和____，数据通道通常由组合逻辑电路
构成，而控制单元通常由时序逻辑电路构成。 3、输出信号只和当前状态有关的状态机称为____型状态机。 4、在状态机的设计中，需要对状态机的各个状态设定唯一对应的
己控制编码方式。
第十章 使用VHDL语言来设计状态机
10.1.4 状态机的非法状态
在状态机的正常运行中是不需要出现或者 未被定义的状态，被称为状态机的非法状 态。
对非法状态的处理就是状态机设计中的容 错技术，即状态机进入错误的状态之后的 处理。
第十章 使用VHDL语言来设计状态机
10.2 状态机的VHDL语言实现
第十章 使用VHDL语言来设计状态机
10.3.1 序列信号发生器
本应用是一个按照规定输出8位“0”、“1” 序列的信号发生器，其实质是一个8位的计 数器，计数器的每一位都可以输出位长为8 的“0”、“1”周期序列信号。
第十章 使用VHDL语言来设计状态机
10.3.2 循环彩灯控制器
循环彩灯控制器用于控制红绿黄三个LED 按照黄色LED亮1秒，红色LED亮2秒，绿色 LED亮3秒的方式循环点亮，其时钟频率为 1Hz
____。 5、状态机的每一个状态在实际电路中都是以一组____的当前状态组
合来表示的。 6、直接状态编码有顺序编码、____和一位有效的热码状态编码这三
种常用的编码方式。 7、在状态机的正常运行中是不需要出现或者未被定义的状态，通常
称为____。 8、状态机设计的关键是如何把一个实际的时序逻辑关系抽象成一个
《什么是控制》教学设计五篇
《什么是控制》教学设计五篇第一篇：《什么是控制》教学设计《什么是控制》教学设计一、教学目标1、理解控制的含义。
2、积极观察生活，能从生活中所遇到的和所观察到的事物中识别出各种受控对象和受控过程。
3、对控制技术产生的兴趣与好奇心，并把它转化为对后续知识学习的动力。
二、教学重难点：重点：初步认识控制系统，以控制效果为线索，形成控制的初步认识和控制过程的感性经验。
难点：控制技术应用的广泛性，控制技术对人类社会生活影响的重要性；学习控制技术的必要性。
三、教学过程：1、控制案例说明从蒸汽到蒸汽机车、从普通给水槽到自动饮水器、从普通开／关灯到亮度可调灯，这三个案例说明控制系统在生活中的应用。
从蒸汽到蒸汽机车这个案例说明蒸汽机车是把内能转化为动能，利用蒸汽的进给量控制速度与加速度，再通过连杆机构，驱动车轮旋转，从而使机车获得不同速度与加速度的直线运动。
速度与加速度为控制效果。
从普通给水槽到自动饮水器这个案例说明：当饮水盘缺水时，重量减轻，弹簧便使控制杆向上运动，将出水阀门打开，水从阀门体下端沿饮水盘表面流入环形水槽；当水面达到一定高度后，饮水盘重量增加，加大了弹簧拉力，使控制杆向下运动，将出水阀门关闭，水停止流出。
水槽内水面可以自动维持在某个高度上。
这表明了水面的高度就是控制效果。
从普通开／关灯到亮度可调灯说明灯的亮度可调就是控制效果。
2、控制及其应用控制的含义：人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展，形成了控制。
自动控制是科学和技术的一个重要分支。
自动控制系统能在无人直接参与的情形下运行，并承担人的某些职能。
控制在生产和生活中的应用：说明控制技术应用的有关历史以及发展过程，然后举例说明控制技术在现时代的应用。
三峡截流，滔滔的长江水被调控用作水力发电等等，在生产过程中，对压力、温度、湿度、黏性和流量的控制，都在应用控制技术。
第二篇：循环控制教学设计（范文）《循环的嵌套》教学设计《循环的嵌套》是清代大学出版社出版的教材《C程序设计》第三次修订本中第六章第六节的内容,现就教材、教法与学法及教学过程三方面加以说明。
高中通用技术《控制与设计》教案
高中通用技术《控制与设计》教案高中通用技术《控制与设计》教案第一节：什么是控制第二节：控制系统的基本组成与工作过程教学目标：知识目标：1、理解控制的概念及在现在生活中的应用2、分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程3、熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图4、理解控制系统的基本组成过程与方法：理解控制系统的基本组成和简单的工作过程情感态度与价值观：充分利用技术的作用，解决生活与学习中的问题复习重点：理解控制系统的基本组成和简单的工作过程复习难点：理解控制系统的基本组成和简单的工作过程教学策略教法：本的教学结合具体的教学内容和目标我们采用“案例情景—机理分析—总结归纳－认识提升”的模式展开。
在教学中把知识点的教与学置于具体的案例情景当中，通过丰富而贴近生活的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。
同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。
通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和体会控制系统的工作过程，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。
让学生本着“回想—分析—联想—猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。
学法：鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。
注意引导学生体会控制系统的工作过程和方式，特别是理解闭环控制的工作过程以及其构成的作用。
教学过程引入：知识铺垫：通过系统与设计过度到第四单元：控制与设计第一节什么是控制1、控制的概念：2、控制的应用：第二节：控制系统的基本组成与工作过程1、控制系统：【案例分析】自行车速度的控制的实现过程、电风扇风速的控制过程、自动门的控制过程、遥控电视频道更换的控制过程、航空模型的控制过程（画出控制过程方框图）【总结】一般的控制过程都有一个输入和一个输出。
任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。
控制系统的设计与实施 说课-2023-2024学年高中通用技术苏教版(2019)必修《技术与设计2》
通用技术优质课评选控制系统的设计与实施目录一、单元设计说明1二、教材及课标分析1三、教学目标1四、学情分析2五、单元设计思路2六、4.4控制系统的设计与实施课时说课21、教学目标 (2)2、教学重难点 (3)3、教学方法与准备 (3)4、教学过程 (3)5、教学总结 (7)6、课后作业 (7)七、教学特色与反思7通用技术必修二第四单元控制系统及其设计4.4控制系统的设计与实施说课稿一、单元设计说明设计起源：朱熹说“知之愈明，则行之愈笃；行之愈笃，则知之益明。
”意识是理解得越清楚，行动和实践越扎实，进而认识和理解也就会更加清楚。
设计规划：以学生现实生活中真实的情境与需求，设计有关控制系统的大单元项目教学，通过探究真实的问题过程和结果，实现学生发展价值及技术课程观念的新突破。
大单元情境：“酷暑时，户外工作者们始终坚守在工作岗位上，你能否给他们送去一丝清爽和一份关爱？”基于此情境我们确定了单元项目主题：设计制作便携降温装置二、教材及课标分析教材：本单元节选自苏教版通用技术必修2，必修二是围绕设计这个主题展开的。
前面已经学习过结构、流程及系统与设计的关系。
本单元控制及其设计是全书的最后一章。
课标：课标要求共有三点1.理解控制、控制系统的含义及在生产和生活中的应用，通过案例分析，了解手动控制、自动控制、智能控制的特点。
2.熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成与工作过程，理解其中的控制器执行器等的作用，了解干扰现象反馈原理，并能用方框图表达控制系统的工作过程。
3.根据控制系统的控制要求，确定被控量、控制量能，进行简单的控制系统的方案设计，并搭建一个简易的控制系统装置，进行调试运行和综合评价。
教学中以设计制作便携降温装置为载体,要求学生能阐述控制的含义、了解控制方式的特点，熟悉开环与闭环控制系统的基本组成与工作过程，最后能设计控制系统方案，搭建控制系统装置或模型并调试评价。
三、单元教学目标基于新教材和课程标准的教学目标如下:1.通过分析生活中的案例，阐述控制的含义。
控制的类型与过程——管理学马工程PPT课件
感谢您的时间为借口 或不愿变革而不采取彻底纠偏措施，仅仅满 足于不断的救火式应急纠偏行动。事实证明， 作分为析一，个并有花效一的些管时理间者以永，久对时性偏间、地差资纠进金正行等这认限些真制偏的 差是非常有益的。
采取 纠偏行动
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思考题
1. 企业进行管理控制的目的有哪些？ 2. 根据控制的集权程度，控制可以分为哪几种？试比较 其特点。 3. 简述控制的基本过程及相应的注意事项。 4. 科学的控制标准应该满足哪些基本要求？
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第三节 控制的过程
三、分析与纠偏
对实际工作加以衡量后，下一步就应该将衡量结果与标准进 行对比。实际绩效可能高于、低于或等于目标要求，只有将实际 绩效与标准相比较，才能确定两者之间有无偏差。
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第三节 控制的过程
三、分析与纠偏
图12-3 偏差的范围
如果偏差在允许的范围之内， 工作可以继续，但也要分析 偏差产生的原因，以改善工 作，避免偏差的扩大。
例如，以“质量优良、服务周到、清洁卫生、 价格合理”为宗旨的世界著名的麦当劳快餐公司， 为确保其经营宗旨得到贯彻，制定了可度量的如 下工作标准：95%以上的顾客进餐馆后3分钟内， 服务员必须迎上去接待；事先准备好的汉堡包必 须在5分钟内热好供应顾客；服务员必须在就餐 人员离开后5分钟内把餐桌打扫干净；等等。
如果没有偏差，在认定标准 水平合适的情况下，可以将 其作为成功经验予以分析总 结并用于指导今后的或其他 方面的工作。
如果偏差较大并超出了允许 范围，就应深入分析偏差产 生的原因，并采取矫正措施。
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第三节 控制的过程
（一）分析偏差：
组织首先需要对偏差的性质进行分析和确认，以抓住问题的 实质和重点。另外，还要对造成偏差的原因进行深入分析，切忌 “头痛医头，脚痛医脚”，以找出偏差的真正原因，为对症下药 制定纠偏措施提供保证。
控制系统的设计与实施课件
设计分析： • 采用开环控制系统，被控对象是国旗，被
控量是上升的速度，控制量是电动机的转 动与停止（或速度）。 • 这一开环控制系统由计时装置和控制升旗 的装置共同完成。 • 计时装置和控制升旗装置的实现可以有多 种方案。例如，采用机械定时器和电动机 实现；采用成品电子定时器和电动机实现， 采用自制电子定时器和带有可调速电路的 电动机实现；采用音频信号、触发电路和 电动机实现。 采用任何一种方案实现控制，都要经过若 干次调试，直到符合设计要求为止。
电吹风的控制工作过程：
电吹风是要将其内部电热丝的热量通过一个 小电风扇扩散出去。
方案构思：
选择开环控制系统实现电吹风的控制要求。 设定风的档位就设定了电机的电压和电热丝的 阻值，接通电源后，电机带动一个小风扇转动， 产生的风通过电吹风的电热丝，输出的就是与设 定的风种相对应的风。 确定了电吹风控制系统的设计方案后，画出必 要的电器线路图，选择适当型号的元件和配件， 进行组装、调试。
世界100大发明之一，生活必备，每天都要使用
闭环控制系统的设计
不同的闭环控制系统用于实现不同的控制目的，要求往往也 不一样。对于简单的闭环控制系统，有以下基本要求：
1、一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。 当干扰因素出现时，输出量发生偏离，系统通过动态调整 使被控量回到平衡状态，系统的这种调整过程有可能使系 统产生振荡，若振荡呈逐渐衰减趋势，能很快稳定下来， 还属于稳定系统，否则就是不稳定系统。 2、控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量 与给定值之差应控制在允许的范围之内。 3、闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
升旗简易控制装置的设计
案例分析：自动升旗简易控制装置的设计
陈剑负责学校每周两次的升旗仪式。在学完《技术 与设计2》模块后，他决定利用所学知识设计一套 能实现自动升旗的简易控制装置的模型。 设计要求：
控制计划ppt课件
8) 核心小组
填入负责制定控制计划最终版本的人员姓名 和电话号，建议将所有小组成员的姓名、电 话号和地址都包括进所附的分配表中。
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9) 供方/工厂批准/日期
如必要，获取负责的制造厂批准。
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10) 日期（编制）
填入首次编制控制计划的日期。
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11) 日期（修订）
填入最近修订控制计划的日期。
3
1. 质量：控制计划方法论减少了浪费并提高 了在设计、制造 和装配中的产品质量。这一结构性方法为产品和过程提供 了一完整的评价。控制计划识别过程特性并帮助识别导致 产品特性变差(输出变量)的过程特性的变差源(输入变量) 。
2. 顾客满意程度：控制计划聚焦于将资源用于对顾客来说重 要特性有关的过程和产品。将资源正确分配在这些重要项 目上有助 于在不影响质量的情况下，降低成本 。
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+ 方法：以预防性维护为主的过程
– 装备的维护为影响过程输出的主变量。 – 对装饰性部件的油漆操作需要洁净的装置和无
尘的工作场所。无尘油漆为特殊产品特性，油 漆装置和油漆室应定期清洁以防止在油漆过程 中进入灰尘。因此过程特性就是定期的清洁、 修理和更换。
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定期维护为过程特性。当发现有输入变量时， 更换已磨损的部件、清洁工作、校准工作、调 节工具和其它的维护工作对产品特性具都有影 响，应受到控制；
3. 交流：作为一个动态文件，控制计划明确并传达了产品／ 过程特性、控制方法和特性测量中的变化 。
4
1.动态性:控制计划作为一动态文件，它反映当前使 用的控制方法和测量系统。控制计划随着测量系 统和控制方法的评价和改进而被修订,为了支持 控制计划，要不断改善和运用过程监测指导书 。
第10章 控制基础PPT教学课件
3. 将实际绩效与标准进行比较：偏差范围
重要的步骤是分析偏差产生的原因
4. 采取管理行动来纠正偏差或标准
❖ 纠偏：立即纠正+彻底纠正 ❖ 修订标准：应特别小心。
2020/12/10
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控制过程流图
目标
将实际绩效 与标准进行
比较
标准
衡量实 际绩效
标准正被 Y 达到吗？
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控制的焦点－－组织绩效
1. 组织目标法：以组织最终完成其目标的结果 来衡量，而不是以实现目标的手段，容易忽 视组织的长远发展。
2. 系统方法：集中考虑那些对生存有影响的因 素，对手段和结果都作出评价，内容更为广 泛，从更长期的角度进行控制。
3. 战略伙伴法：要求组织满足一定环境下战略
2020/12/10
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控制的基本原则
1、重点原则
事实证明，要想控制工作或活动的全过程几乎是 不可能的
应抓住活动过程中的关键和重点进行局部的和重 点的控制——重点原则。
重点：组织目标；影响组织目标实现的重要环境 和主要因素；事先未能预料而实际发生了的重大 例外。
管理者越是把控制力量集中在目标和例外情况上， 他们的控制就越有效。
管理者需要建立控制系统，以便自始至终地掌握 下属的情况，以确保预定目标的实现。
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控制的过程
1. 确定衡量标准，标准必须从计划中产生，计划必须先于控制 2. 衡量实际绩效
如何衡量，四种信息常用来衡量实际工作绩效，分别是个 人观察、统计报告、口头汇报和书面报，必须综合使用这 四种信息。
从而确保整个计划及组织目标的实现。
《控制和设计》的教案设计
《控制和设计》的教案设计《控制和设计》的教案设计作为一位优秀的人民教师，时常需要用到教案，借助教案可以更好地组织教学活动。
那么问题来了，教案应该怎么写？以下是小编整理的《控制和设计》的教案设计，仅供参考，大家一起来看看吧。
《控制和设计》的教案设计1教学重点：噪声的危害和怎样减弱噪声。
教学难点：联系实际，寻求减弱噪声的途径，提高学生保护环境的意识。
教学方法：噪声定义和危害采用讨论式教学模式;噪声的控制采用学生自主演示实验并讨论教具和媒体：录音机、磁带、闹钟、泡沫塑料、塑料包装盒、耳塞、废旧磁带、口琴、短笛、棉花、大屏幕投影室、有关噪声来源的录像带、有关噪声危害的录像带、有关控制噪声的录像带教学手段：以学生为主体，引导启发式教学，播放录像相结合的多媒体教学。
【教学过程】课前播放一段轻音乐，创设情景。
一、噪声1、引入课题：播放一段有所损坏的'磁带，发出吱吱声，并歌声严重走调，由此说明：此声是一种噪声。
2、让两位学生分别吹口琴、短笛，发出刺耳的高低不平的尖叫。
3、组织学生说出以上活动的共同特征并加以讨论：什么是噪声?教师总结：从环境保护的角度来说，凡是妨碍人们工作、学习和生活的声音，以及对人们要听的声音起干扰作用的声音，都属于噪声。
4、噪声的来源主要来自哪些方面?引导学生从自己的生活环境中引举。
(分组讨论，看哪个小组说出最多，主要从环保角度考虑。
)5、观看部分录像，了解噪声的来源。
教师归纳为以下几点：a、交通运输噪声：各种交通工具的喇叭声、汽笛声、刹车声、排气声、机械运转声等。
b、工业噪声：纺织厂、印刷厂、机械车间的噪声。
c、施工噪声：筑路、盖楼、打桩声等。
d、社会生活噪声：家庭噪声、娱乐场所、商店、集贸市场里的喧哗声等。
进一步提出：教室里有无噪声?主要来自哪里?二、噪声的等级和危害大家刚才都说到噪声以及它的主要来源，现在听一段录音，(播放一段有所损坏的磁带)调节不同的响度，大家听起来有什么感受?进而提出：噪声的等级由声强级的单位--分贝数表示大小。
第10章工程项目成本管理(一) 成本计划
五、项目成本计划的精度
• 项目成本的精度主要与如下因素有关：
• 工程项目范围的确定性、工程技术设计的深度和 工程技术标准的精细程度。 • 工程环境，特别是市场情况的信息量和信息的准 确性。 • 实施方案，如工期方案、组织方案、技术措施的 确定性。 • 所掌握的同类工程资料的详细和精细程度。
提出项目 建议书 进行可行 性研究
总 投 资 按 目 标 分 解
标 目 比 对 并 计 累
1
4
设计、工作量定义
2
分项估(预)算费用
3
图9-2
1．在项目的目标设计时就提出总投资目标。 2．随着项目的深入，技术设计和实施方案的细化， 则可以按项目结构图对各个成本对象 (例如项目单 元，工程分部、阶段、成本要素等)计算成本估计值。 3.按项目结构图由下而上进行汇总，并与原目标进行对比， 衡量每一层单元计划的符合程度，以此决定对设计和计划 的修改，这样形成由下而上的保证和反馈过程。 4.这样的分解作为新的成本计划的版本，必须经过规定的 批准程序。一经被批准后即作为各层次组织成本责任,并作 为成本控制的依据。
1
2 3
青岛府新大厦
青岛广播电视中心 天泰广场A座
M2
M2 M2
78873
76000 31980
10403
8554 3600
20190
28107 7089
95.5.10-97.3.8
96.5.10-98.9.10 97.3.1-98.6.30
鲁班奖
鲁班奖 鲁班奖
4
5 6
山东国际会展中心
青岛市市级机关办公楼 青岛太平洋中心
投 资 规 划 概 施 算 工 图 修 预 正 算 概 算
项目 正式 动用
10-IO地址译码技术
(Port) Acc=AL,AX或EAX
间接输出（变量）
输入字节串 输入字串 输入双字串
OUT DX, Acc
INSB INSW INSD
(ES:DI) (ES:DI) (ES:DI)
(Acc)
((DX)) ((DX)) ((DX))
((DX))
E(DI) E(DI) E(DI) E(DI) ±1 E(DI) ±2 E(DI) ±4
9
表 系统板上接口芯片的端口地址 I/O芯片名称 DMA控制器1 DMA控制器2 DMA页面寄存器 中断控制器1 中断控制器2 定时器 并行接口芯片（键盘接口） RT/CMOS RAM 协处理器
10.1
I/O端口及其编址方式
端口地址 200~20FH 370~37FH 270~27FH 3F8~3FFH 2F0~2FFH 300~31FH 3A0~3AFH 380~38FH 3B0~3BFFH 3D0~3DFH 3C0~3CFH 1F0~1FFH 3F0~23F7H 360~36FH
2） 扩展槽上的I / O接口控制卡。 由若干个集成电路按一定的逻辑功能组成的接口部件 例：图形卡、声卡、网卡 端口地址：后768个端口（100～3FFH） 16位地址
8
10.1
I/O端口及其编址方式
端口地址 000~01FH 0C0~0DFH 080~09FH 020~03FH 0A0~0BFH 040~05FH 060~06FH 070~07FH 0F0~0FFH
表 扩展槽上接口控制卡的端口地址
I/O接口名称 游戏控制卡 并行口控制卡1 并行口控制卡2 串行口控制卡1 串行口控制卡2 原型插件板（用户可用） 同步通信卡1 同步通信卡2 单显MDA 彩显CGA 彩显EGA/VGA 硬驱控制卡 软驱控制卡 PC网卡
控制单元的课程设计
控制单元的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解控制单元的基本概念，掌握其工作原理；2. 学生能掌握控制单元在不同场景下的应用，如温度控制、灯光控制等；3. 学生能了解控制单元与传感器、执行器的关系，理解整个控制系统的构成。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的控制单元电路；2. 学生能通过编程，实现对控制单元的控制；3. 学生能分析控制单元在实际应用中出现的问题，并提出相应的解决方案。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对控制单元及电子技术的兴趣，激发创新意识；2. 学生在学习过程中，培养团队合作精神和解决问题的能力；3. 学生能认识到控制单元在日常生活和国家发展中的重要作用，增强社会责任感。
本课程针对学生年级特点，注重理论与实践相结合，以实际应用为导向。
通过本课程的学习，使学生掌握控制单元的基本知识和技能，培养他们在实际情境中发现问题、分析问题、解决问题的能力，同时激发学生对电子技术的兴趣，提高他们的创新意识和团队合作精神。
课程目标具体、可衡量，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 控制单元基础理论：- 控制单元的定义与功能；- 控制单元的分类及特点；- 控制单元的基本工作原理。
2. 控制单元的硬件组成：- 传感器的工作原理与应用；- 执行器的工作原理与应用；- 控制单元与传感器、执行器的连接方式。
3. 控制单元的软件设计：- 控制算法的基本概念；- 编程语言及编程环境介绍；- 控制单元编程实例分析。
4. 控制单元的应用案例：- 温度控制系统的设计与实现；- 灯光控制系统的设计与实现；- 其他常见控制单元应用案例分析。
5. 控制单元的故障分析与维护：- 常见故障现象及原因；- 故障排查方法；- 控制单元的日常维护与保养。
教学内容根据课程目标进行科学、系统地组织，以教材相关章节为基础，结合实际应用案例，注重理论与实践相结合。
教学大纲明确教学内容的安排和进度，使学生在学习过程中逐步掌握控制单元的基础知识和技能，培养实际应用能力。
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水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，相对来说，比较容易掌握。
10.2.6静态微程序设计和动态微程序设计
对应于一台计算机的机器指令只有一组微程序，而且这一组微程序设计好之后，一般无需改变而且也不好改变，这种微程序设计技术称为静态微程序设计，采用ROM。
Wilkes提出，将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令。
然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每个微程序中的微指令——存储逻辑式。
1964年4月世界上第一台微程序设计的机器IBM360研制成功。
10.2.2微程序控制单元框图及工作原理
10.2.4微指令序列地址的形成
（1）微指令的下地址字段指出
（2）根据机器指令的操作码形成
（3）增量计数器
这种方法同用程序计数器来产生机器指令地址的方法相类似。
计数器方式的基本特点是：微指令的顺序控制字段较短，微地址产生机构简单。
（4）分支转移
一条微指令具有多个转移分支的能力称为多路转移。
多路转移方式的特点是：能以较短的顺序控制字段配合，实现多路并行转移，灵活性好，速度较快，但转移地址逻辑需要用组合逻辑方法设计。
通过改变微指令和微程序来改变机器的指令系统，这种微程序设计技术称为动态微程序设计，采用EPROM。
实验
内容
1．熟悉用微程序控制器控制模型机的数据通路。
2．学习设计与调试计算机的基本步骤及方法。
课内
练习
PPT多媒体教学课件后的课堂练习题
课外
作业
P420~422页教材课后练习题10.2、10.6、10.15
教学
难点
微程序控制单元框图及工作原理
教学基本内容
是否重、难点
方法及手段
10.1组合逻辑设计
10.1.1组合逻辑控制单元框图
10.1.2微操作的节拍安排
10.1.3组合逻辑设计步骤
10.2微程序设计
10.2.1微程序设计思想的产生
10.2.2微程序控制单元框图及工作原理
10.2.3微指令的编码方式
10.2.4微指令序列地址的形成
[4]李淑芝,欧阳城添,等.计算机组成原理实验指导书(2013版),自编,2013
教学
后记
学生通过控制单元的设计章节的学习，将进一步理解组合逻辑CU和微程序CU的设计思想、设计步骤及工作原理的区别与联系，但同样需要加强实验环节理论联系实践
（5）中断周期微操作的节拍安排
T0：0—>MAR，1—>W
T1：PC—>MDR
T2：MDR—>M（MAR），向量地址—>PC
10.1.3组合逻辑设计步骤
（1）列出微操作命令的操作时间表
按组合逻辑电路设计步骤，根据10条指令微操作的节拍安排，列出微操作命令的操作时间表。
动画演示P402页表10.1操作时间表。
点画线框内的控制存储器（简称控存CM）是微程序控制单元的核心部件，用来存放全部微程序。
FLASH动画演示微程序控制器框图。
FLASH动画演示机器指令与微指令关系。
（3）工作原理
结合图10.4和图10.5动态演示程序运行时微程序控制单元的工作过程。
关键理解1：微指令的操作控制字段如何形成微操作命令？
关键理解2：微指令的后继地址如何形成？
10.2.3微指令的编码方式（控制方式）
（1）直接编码方式
特点是操作控制宇段中的每一位代表一个微命令。
这种方法的优点是简单直观，其输出直接用于控制。
缺点是微指令字较长，因而使控制存储器容量较大。
（2）字段直接编码方式
编码表示法把一组相斥性的微命令信号组成一个小组（即一个字段）；
然后通过小组（字段）译码器对每一个微命令信号进行译码，译码输出作为操作控制信号。
根据原则三，T2节拍安排：MDR—>IR，OP（IR）—>ID
（3）间址周期微操作的节拍安排
T0：Ad（IR）—>MAR，1—>R
T1：M（MAR）—>MDR
T2：MDR—>Ad（IR）
（4）执行周期微操作的节拍安排
不同指令执行周期的微操作是不同的，分别讨论非访存指令、访存指令和转移类指令的微操作。
随着RISC的出现，组合逻辑设计方法因设计的CU电路速度快依然很有用。
问题1：按组合逻辑方法设计逻辑图时要考虑什么问题？采用现成芯片要注意什么？
10.2微程序设计
微程序设计的关键是如何确定微指令的结构。
10.2.1微程序设计思想的产生
微程序设计思想是英国剑桥大学教授M.V.Wilkes在1951年首先提出的。
（2）写出微操作命令的最简逻辑表达式
经分析、化简、整理列出每个微操作命令的最简逻辑表达式。
（3）画出微操作命令的逻辑图
动画演示P403页图10.3产生M（MAR）—>MDR命令的逻辑图。
结论：
在设计逻辑图时要考虑门的扇入系数和逻辑级数。
如果采用现成芯片，还需选择芯片型号。
组合逻辑设计方法思路清晰、简单明了，但线路结构庞杂，调试和维护困难。
（2）垂直型微指令
微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，由微操作码规定微指令的功能，称为垂直型微指令。
垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构。
（3）两种微指令格式的比较：
水平型微指令并行操作能力强、效率高、灵活性强，垂直型微指令则较差。
水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。
（5）通过测试网络
（6）由硬件产生微程序入口地址
第一条微指令地址由专门硬件产生
中断周期由硬件产生中断周期微程序首地址
动画演示P410页图10.11后续微指令地址形成方式的原理图。
10.2.5微指令的格式
（1）水平型微指令
一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令，叫做水平型微指令。
如直接编码、字段直接编码、字段间接编码、直接和字段混合编码。
优点是可以用较小的二进制信息位表示较多的微命令信号，可使微指令字大大缩短。
缺点是微程序的执行速度稍稍减慢。
（3）字段间接编码方式
一个字段的某些微命令还需要由另一个字段中的某些微命令来解释。
进一步缩短了微指令字长，但降低了微指令的并行控制能力，作为字段直接编码的辅助手段。
（4）混合表示法
这种方法是把直接表示法与字段编码法混合使用，以便能综合考虑微指令字长、灵活性和执行微程序速度等方面的要求。
（1）机器指令对应的微程序
采用微程序设计方法设计控制单元的过程就是编写每一条机器指令的微程序。
它是按执行每条机器指令所需的微操作命令的先后顺序而编写的。
因此，一条机器指令对应一个微程序。
动画演示P404页图10.4不同机器指令所对应的微程序。
（2）微程序控制单元的基本框图
动画演示P405页图10.5示意微程序控制单元的基本组成和微指令格式。
（1）安排微操作时序的原则：
原则一：微操作的先后顺序不得随意更改。
原则二：被控对象不同的微操作尽量安排在一个节拍内完成。
原则三：占用时间较短的微操作尽量安排在一个节拍内完成并允许有先后顺序。
（2）取指周期微操作的节拍安排
根据原则二，T0节拍安排：PC—>MAR，1—>R
根据原则二，T1节拍安排：M（MAR）—>MDR，（PC）+1—>PC
10.1.1组合逻辑控制单元框图
动画演示P395页图10.1示意带译码和节拍输入的简化的控制单元框图。
其中指令的操作码是决定控制单元发出不同控制信号的关键。
动画演示节拍信号图。
10.1.2微操作的节拍安排
假设机器采用同步控制方式，一个机器周期内有3个节拍T0、T1、T2（时钟周期），CPU内部结构采用非总线方式。
10.2.5微指令的格式
10.2.6静态微程序和动态微程序设计
了解
重点
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重点&难点
重点
重点
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多媒体讲解
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举例讲解
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教学过程与设计
复习旧课：多级时序系统是怎样进行定时的？
引入新课：设计CU时需
考核
要求
1.本章考试题型主要有：选择题、填空题、简答题、设计应用题
2.本章主要考核微操作的节拍安排、微指令的两种编码方式的概念、水平微指令的设计
参考
资料
[1]白中英.计算机组成原理（第四版.立体化教材）.科学出版社,2012
[2]唐朔飞.计算机组成原理学习指导与习题解答.高等教育出版社,2010
[3]李淑芝.计算机组成原理考研指定教材习题解答.自编,2013
计算机组成原理课程教案（第28次课）
章节
名称
第10章控制单元的设计（10.1~10.2）
课时
安排
第14周2学时
授课
方式
理论课
教学环境及
教具准备
有投影仪的教室
PPT多媒体教学课件
教学
目的
让学生了解和掌握组合逻辑控制单元和微程序控制单元的设计思想、设计步骤、硬件组成及其工作原理
教学
重点
对不同指令相应的微操作命令安排节拍，组合逻辑CU的设计思想、工作原理；微程序CU的设计思想、工作原理；比较两种CU微操作命令节拍安排的区别