i-o设备管理系统结构图
PLC系统的组成
PLC系统的组成PLC系统主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。
其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。
对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图1所示；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图2所示。
无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。
尽管整体式与模块式PLC的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的，下面对PLC主要组成各部分进行简单介绍。
1．中央处理单元（CPU）同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。
PLC中所配置的CPU 随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器(如AMD29W等) 。
小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC大多采用高速位片式微处理器。
目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU 系统，甚至有些PLC中多达8 个CPU。
对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位或16位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。
字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。
位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。
位处理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地满足实时控制要求。
在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面：1）接收从编程器输入的用户程序和数据。
2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。
计算机原理 第六章输入输出系统
1
2
3
为保证总线所传输的信息的有效性，总线 信息应具有单一性：在同一时刻至多只能有一 个部件向总线发送信息，但可以有多个部件同 时接收总线信息。
1. 总线电路： 输出挂在总线上的部件需通过“总线电路” 向总线发送信息。
总线电路由三态输出器件（TSL器件）承担。 input TSL control output
1. ISA总线：用于IBM PC/XT 微机系统，(8086)，一共６２根信号线， 其中２０根地址线，８根数据线，４个读写信号，６个中断请求线，３ 路ＤＭＡ请求，还包括时钟、电源线和地等，总线带宽 8.33 MB/s。
２．EISA总线 （80386）， 数据线扩展到了３２位，带宽达到了33.3MB/s。 3. PCI总线：（Peripheral component interconnection）（外围部 件互连） 总线频率为33 MHZ→66MHZ→133MHZ, 可以直接连接高速外部 设备。 同步时序总线，对地址信号和数据信号分时复用， 64根线，采用集中式的总线仲裁方式。 ４．AGP总线（加速图形接口总线） AGP总线把主存和显存连接起来，不再走PCI总线。 ５．USB总线（通用串行总线）主要用于连接低速输入输出设备。 带宽为1.5MB/s。
3. 控制总线CB（Control Bus） 控制总线用来传送各类控制/状态信号。
包括I/O读写命令，MEMR/W存储器读写命令，应答信号，总线请求与 总线使用信号，复位信号，时钟信号等。
4. 电源线
许多总线标准中都包含了电源线的定义，主要有+5V逻辑电源；GND逻 辑电源地；-5V辅助电源；±12V辅助电源。
２．计数器查询方式
在计数器查询方式中，总线上的任一设备申请使用总线时，通过 BR线发出总线请求。
Nucleus源码分析--IO
proprietary information which DTT China is obligated to protect and shall notNucleus 源码分析—IO 驱动大唐微电子技术有限公司作者名称 蔡维林proprietary information which DTT China is obligated to protect and shall not 目 录概述 (3)1.1 功能描述 ......................................................................................................................................................... 3 1.2 实现原理 ......................................................................................................................................................... 3 1.3 文件信息 (3)数据结构............................................................. 3 程序分析. (6)1.4 ioc.c 程序 ................................................................................................................................................... 6 1.4.1 创建驱动 ................................................................................................................................................. 6 1.4.2 删除驱动 ................................................................................................................................................. 7 1.4.3 驱动程序操作请求 ............................................................................................................................... 8 1.4.4 释放驱动 ................................................................................................................................................. 8 1.4.5 挂起驱动 ................................................................................................................................................. 9 1.5 ioce.c 文件程序 ........................................................................................................................................... 10 1.6 iof.c 程序 ....................................................................................................................................................... 11 1.7 ioi.c 程序 . (11)proprietary information which DTT China is obligated to protect and shall not 概述1.1 功能描述I/O 设备管理组件负责所有的Nucleas PLUS 输入输出设备。
计算机输入输出系统(I、O系统)概述PPT(53张)
l=n*(n-1)/2 n=4时， l =6 ； n=5时 l =10 2）非专用总线——即公共总线 总线数少，造价低，总线接口标准化、模块性强，易 于简化和统一接口设计，会出现总线争用，降低效 率。
3 按传递的信息类型分 地址总线AB 数据总线DB 控制总线CB
二、总线控制方式
研究对非专用总线在多个部件同时申请总 线时的裁决控制机构。
目的：采用何种办法来获得对总线的使用。
类型：<集中控制>总线控制逻辑基本上集 中放在一起的裁决控制机构。
<分布控制>总线控制逻辑分散于连到总线 的各个部件中时，称分布控制。
以集中控制为主，要求对各种控制方式 （串行链接、定时查询、独立请求）,能画出 结构示意图，叙述获取总线过程，计算所需独 立线数及最长响应的时间。
3）特点： ①各部件使用总线的优先级可随计数器的工作方式的 改变而改变，灵活性强。
Ⅰ）计数器每次都从0开始计数，低编号部件级别高； Ⅱ）计数器采用循环计数时，各部件机会均等。
②可靠性高，但所需独立线数较多：2+log2n 最长响应延时计算
部件请求到发出代码的延时为一个时钟周期，收到代
码到建立忙电平的延时也为一个时钟周期。设初始计
第三章 输入输出系统（I/O系统）
§1 概述
一、I/O系统组成：包括I/O设备，设备控制器 及与I/O操作有关的软硬件。
二、I/O系统的主要功能：对指定外设进行I/O 操作，同时完成许多其他的控制。 包括：外设编址，数据通路的建立，向主 机提供外设的状态信息等。
三、I/O系统应面向OS设计
在高性能多用户计算机系统中，I/O系统的设 计应是面向OS，考虑怎样在OS与I/O系统之间进 行合理的软、硬件功能分配。
第3章--计算机体系结构
1.则中断级屏蔽位如何设置？ 2.假设在用户程序执行过程中同时出现1，2，3， 4四个中断请求，请画出程序运行过程示意图？
第3章作业2
假设系统有4个中断级，则中断响应次序是 1 2 3 4，如果中断处理次序是4 2 3 1
1.则中断级屏蔽位如何设置？ 2.假设在用户程序执行过程中同时出现1，2，3， 4四个中断请求，请画出程序运行过程示意图？
0
习题3-5
(1)当中断响应次序为1 2 3 4时，其中断处 理次序是？
(2)如果所有的中断处理都各需3个单位时间，中断 响应和中断返回时间相对中断处理时间少得多。 当机器正在运行用户程序时，同时发生第2、3级 中断请求，过两个单位时间后，又同时发生第1、 4级中断请求，请画出程序运行过程示意图?
中断级屏蔽位的设置
中断 处理 程序 级别 第1级 第2级 第3级 第4级 第5级 中断级屏蔽位
1级 1
0 0 0 0
2级 1
1 0 1 1
3级 1
1 1 1 1
4级 1
0 0 1 0
5级 1
0 0 1 1
具体执行 过程如图:
第3章作业1
假设系统有4个中断级，则中断响应次序是 1 2 3 4，如果中断处理次序是1 4 2 3
中断的响应次序和处理次序
中断的响应次序
中断的响应次序是同时发生多个不同中断类的中断 请求时，中断响应硬件中排队器所决定的响应次序 中断响应的次序是用硬件---排队器---来实现的。
排队器重的次序是由高到低固定死的。
中断处理次序：
中断的处理要由中断处理程序来完成，而中断处理 程序在执行前或执行中是可以被中断的，这样，中 断处理完的次序（简称中断处理次序）就可以不同 于中断响应次序。
计算机操作系统【第七章】 汤子瀛版
计算机操作系统【第七章】1．试画出微机和主机中常采用的I/O系统结构图。
微机中常采用的I/O系统结构图为：主机中常采用的I/O系统结构图为：2．试说明设备控制器的构成。
设备控制器的构成如图所示：由上图可见，设备控制器由以下三部分组成：（1）设备控制器与处理机的接口，该接口用于实现CPU与设备控制器之间的通信，提供有三类信号线：数据线、地址线和控制线。
（2）设备控制器与设备的接口，可以有一个或多个接口，且每个接口连接一台设备。
每个接口都存在数据、控制和状态三种类型的信号。
（3）I/O逻辑，用于实现对设备的控制。
其通过一组控制线与处理机交互，处理机利用该逻辑向控制器发送I/O命令，I/O逻辑对收到的命令进行译码。
3．为了实现CPU与设备控制器之间的通信，设备控制器应具有哪些功能？为了实现CPU与设备控制器之间的通信，设备控制器应具有如下功能：（1）接受和识别命令。
CPU可以向控制器发送多种不同的命令，设备控制器应能接收并识别这些命令。
设置控制寄存器来存放所接收的命令和参数。
（2）数据交换，指实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间的数据交换。
设置数据寄存器来存放有关数据。
（3）设备状态的了解和报告。
控制器记录下所连接设备的状态以供CPU了解。
为此，要在控制器中设置一状态寄存器，用其中的每一位反映设备的某一状态。
（4）地址识别。
配置地址译码器以便于正确识别设备地址。
4．分别就字节多路通道、数据选择通道和数组多路通道进行解释。
①字节多路通道含有许多非分配型子通道分别连接在低、中速I/O设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按字节方式进行数据传送。
具体而言，当第一个子通道控制其I/O 设备完成一个字节的交换后，便立即腾出字节多路通道（主通道），让给第二个子通道使用；当第二个子通道也交换完一个字节后，又依样把主通道让给第三个子通道使用，以此类推。
转轮一周后，重又返回由第一个子通道去使用主通道。
②数组选择通道只含有一个分配型子通道，一段时间内只能执行一道通道程序、控制一台设备按数组方式进行数据传送。
ECS-700系统技术规格书V13(简要版)
目录1系统总貌 (3)2系统结构 (4)2.1网络结构 (4)2.2网络节点 (6)2.3系统规格 (8)2.4系统分域管理 (8)3系统硬件 (9)3.1主控制器 (9)3.1.1特性 (9)3.1.2性能参数 (9)3.1.3容错的实现 (10)3.1.4冗余切换原理 (10)3.2I/O模块 (11)3.2.1模块特性 (11)3.2.2本地I/O模块 (12)3.2.3远程I/O (13)3.3系统时钟同步 (13)4ECS-700系统软件包 (13)4.1系统结构组态软件 (13)4.2系统组态软件 (14)4.2.1控制方案 (14)4.2.2PID功能 (14)4.2.3功能块 (15)4.2.4功能块库 (17)4.2.5梯形图 (21)4.2.6故障安全 (21)4.2.7在线回读 (21)4.2.8扫描上载 (22)4.2.9在线调试 (22)4.2.10下载技术 (22)4.2.11多人组态技术 (23)4.3系统监控软件 (24)4.3.1操作显示 (24)4.3.2报警处理 (25)4.3.3历史记录 (25)4.3.4日志管理 (26)4.3.5实时数据库 (26)4.3.6响应速度 (26)4.3.7安全管理 (27)4.3.8任务调度 (27)4.3.9报表 (27)4.3.10系统状态检查 (27)5设备管理系统SAMS (29)6过程信息管理系统PIMS (29)7先进控制软件 (31)8系统通讯接口 (31)8.1软件通讯接口 (31)8.2硬件通讯接口 (31)8.2.1串行通信模块 (32)8.2.2PROFIBUS协议接口模块 (32)8.2.3FF功能模块 (32)9系统整体设计 (33)9.1系统符合的国际标准 (33)9.2环境指标 (34)ECS-700系统是浙江中控技术股份有限公司WebField系列控制系统之一，是致力于帮助用户实现企业自动化的大型高端控制系统。
PLC2
图2-14 PLC的等效工作电路
2. 可编程序控制器的工作过程
小型PLC的工作过程有两个显著特点:周期性顺序 扫描和集中批处理。 PLC上电后，就在系统程序的监控下，周而复始 地按固定顺序对系统内部的各种任务进行查询、 判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的 顺序扫描过程。 PLC的工作过程（周期性扫描过程）分为4个扫描 阶段。
数字量输入部件及接口
来自现场的主令元件、检测元件的信号经输入接口 进入到PLC。指令元件的信号是指由用户在控制键 盘(或控制台、操作台)上发出的控制信号(如开机、 关机、转换、调整、急停等信号)。检测元件的信号 是指用检测元件(如各种传感器、继电器的接点，限 位开关、行程开关等元件的触点)对生产过程中的参 数(如：压力、流量、温度、速度、位置、行程、电 流、电压等)进行检测时产生的信号。这些信号有的 是开关(或数字量)量，有的是模拟量，有的是直流 信号，有的是交流信号，要根据输入信号的类型选 择合适的输入接口。
1.PLC控制系统的等效工作电路 1.PLC控制系统的等效工作电路
PLC控制系统的等效工作电路可分为3部 分，即输入部分、内部控制电路和输出 部分。 输入部分就是采集输入信号，输出部分 就是系统的执行器件。这两部分与继电 器控制电路相同。内部控制电路是通过 编程方法实现的控制逻辑，用软件编程 代替继电器电路的功能。
图2-15 小型PLC的工作过程流程图
1）公共处理扫描阶段 公共处理包括PLC自检、执行来自外设命令、对 警戒时钟又称监视定时器或看门狗定时器WDT （Watch Dog Timer）清零等。 2）输入采用扫描阶段 这是第一个集中批处理过程。在当前的扫描周期 内，用户程序依据的输入信号的状态（ON或 OFF），均从输入映像寄存器中去读取，而不管 此时外部输入信号的状态是否变化。即使此时外 部输入信号的状态发生了变化，也只能在下一个 扫描周期的输入采样阶段去读取。
微型计算机基本结构
• 从外观上看，微型计算机硬件主要包 括主机箱、显示器、常用 I/O 设备（如 鼠标、键盘等）。其中，主机箱里装 着微型计算机的大部分重要硬件设备， 如 CPU 、主板、内存、硬盘、光驱、 软驱、各种板卡，电源及各种连线等。 • 如果再配置声卡、音箱等，就构成了 一台多媒体计算机。为了特殊用途， 还需配置打印机、扫描仪等常用设备。
微型计算机系统结构图
• 简单地说，微型计算机系统是 由硬件系统和软件系统两大部 分组成。其中硬件系统主要包 括 CPU 、主板、存储器和输入 输出设备等；软件系统主要包 括系统软件和应用软件，它们 也包括了若干种分类。
2、微型计算机硬件系统 • 计算机硬件是指看得见摸得着的物 理装置，即机械器件、电子线路等 设备， 它是计算机系统的物质基 础 ，也是软件系统得以正常运行的 平台。
• 只读存储器用于存储由计算机 厂家为该机编写好的一些基本 的检测、控制、引导程序和系 统配置等，如系统的 BIOS 即 为 ROM 存储器。只读存储器的 特点是存储的信息只能读出， 不能写入，断电后信息不会丢 失。
• 随机存储器的特点是既可以读 出数据，也可以写入数据，因 此随机存储器又称为可读写存 储器。用于存放当前正在使用 或常要使用的程序和数据。随 机存储器只能在加电后保存数 据和程序，一旦断电则其内所 保存的所有信息将自然消失。
电源
2.2 CPU
• CPU(Central Processing Unit) 中文名称是中央处理器，微型计算 机的 CPU 又称为微处理器，是计 算机的核心部件，负责计算机系统 中最重要的算术运算和逻辑运算。 CPU 是判断计算机性能高低的首要 标准，它一般安插在主板的 CPU 插座上。
• CPU 的主要性能指标有芯片型号，如 Pentium P III ；时钟频率，如 800MH Z ；字长，即计算机一次能处 理的二进制位数，通常计算机的字长 为16位（早期），32位、64位，字长 越长，计算机的运算速度和效率越高。 • CPU 目前主要生产厂商有美国的 Intel( 英特尔 ) 、 AMD( 超微 ) 公司等， Intel 公司是 CPU 市场的 老大。
P570_P590_硬件结构
默认为DVD-ROM CCIN 6337 FC2640 可增加一台DVD-RAMBO CCIN6331 FC5751
P570物理结构(FSP)
背视图
FSP卡
P570物理结构(FSP)
重置按钮
P570物理结构(VPD)
背视图
VPD卡
P570物理结构(I/O槽)
FSP构成
NVRAM包含: 逻辑分区的数据； 分区NVRAM； FSP私有NVRAM； 通过FSP或控制面板得到的PHYP DUMP；
PHYP
PHYP是硬件系统的核心： IPL时由FSP加载； 负责控制内存、CPU和I/O硬件在分区中的分配（微分区）； 需要使用一小段内存，但不占用任何I/O资源； PHYP执行时的CPU从各逻辑分区中“借用”；
P590物理结构(电源部件)
主机柜顶部下视 图
每个I/O柜有两个DCA,互为备份(图中红色部分)
P590物理结构(电源部件)
I/O柜分解图
P590物理结构(BPR)
1-3个/面
AC-DC转换和监控
有微码
P590物理结构(BPC)
1个/面
控制BPA,提供HMC到BPA和FSP的通讯
有4口的HUB,提供BPA到BPA的通讯 控制和服务电源及冷却系统
DHCP分配的地址
P590物理结构(BPC网络)
正常shutdown主机;
将正面的EPO开关打向OFF,关断电源;
拆除所有连接到两个BPC上的电缆; 将BPC上的UEPO开关拨向bypass; 打开正面的EPO主电源开关; 等待一分钟以上; 关闭正面的EPO主电源开关; 将BPC上的UEPO开关拨向normal; 连接所有电缆到两个BPC上; 确认担当DHCP服务器的HMC已经打开并且网络已经连接; 打开EPO开关.
水塔水位控制PLC系统设计
水塔水位控制PLC系统设计摘要在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。
水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。
而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。
本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。
利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MCGS组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。
关键词：水塔水位控制、PLC、程序设计一、可编程控制器的产生可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控制设备，是集微处理器、储存器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。
计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。
因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术，对提高我国工业自动化生产及生产效率都有十分重要的意义。
可编程控制器(Programmable Controller)也可称逻辑控制器(Programmable Logic Controller),是一微处理器为核心的工业自动控制通用装置，是计算机家族的一名成员，简称PC。
为了与个人电脑（也简称PC）相混淆通常将可编程控制器称为PLC。
可编程控制器的产生和继电器—接触器控制系统有很大的关系。
继电器—接触器控制已经有伤百年的历史，它是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的有优点。
对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常使用，至今仍有广泛的用途。
但是当工作模式改变时，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件以及接线都要作相应的变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧控制柜，另做一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。
微机原理 1-3系统组成
•分布式操作系统——分布式计算机，MDS、CDCS 目前常用：DOS、Windows、Unix、Linux、Vista
微机原理与接口技术 §1.3 计算机系统组成
第1章 微型计算机基础知识
§1.3.5 软件系统
操作系统* 汇编程序 语言处理程序* 解释程序 数据库系统 编译程序
分类：
软件系统
系统软件
§1.3I/O接口
输入设备：键盘、鼠标，摄像头、扫描仪、触摸屏、MIC等
（指将原始信息，如数据、程序、控制命令等转换为计 算机所能识别的信息，并存入计算机内存的设备。）
输出设备：显示器、打印机、绘图仪等
（将存储在内存中的处理结果或其它信息，以能为 人所接受的或能为其它计算机接受的形式输出。）
编程对象
语句元素
面向机器
由“0”、“1”构成
面向机器
用助记符编程
面向“过程”
用语言按照语法规 则编写，如BASIC
运行条件
机器直接理解运行
需要“解释器”翻 需要“汇编器”翻 译为目标指令，再 译为机器语言才能 由“编译器”翻译 执行 为机器语言
特点
可读性、可记忆性 难学、难记、难读、难改， 易学、易懂，程序 好，效率高、实时 占内存少，速度快 容量大，速度慢 性强 1011 0000 0001 0000 0000 0100 0000 0101 01000100000011000000000 MOV AL，16 ADD AL，4 MOV ADDR6，AL C++语言 ADDR6=16+4
第1章 微型计算机基础知识
§1.3.5 软件系统
分类：
对计算机本身进行操作 和管理，提供给用户操作 环境和软件运行环境。
计算机系统组成
内存的选购
目前市场上内存条分为有品牌和无品牌两种，品牌 内存一般都有外包装，如：金士顿（kingmax）。 无品牌内存多为散装，只依内存条上的内存芯片的 品牌命名，如：现代（HY）。 在选购内存时，还要注意它的兼容性，某些品牌的 内存在有些主板上会造成无法开机、运行时死机、 不稳定等现象。
内存条的安装
内存
内存泛指计算机系统中存放数据与指令的半导体存储单元，包括RAM（随机存储器，随机存取存储 器） 按内存的工作原来分类 按内存的工作原理可分为只读存储器ROM（只读记忆）和随机存储器（随 机存储器）。 1. 只读存储器（ROM） 是计算机厂商用特殊的装置把内容写在芯片中，只能读取， 不能随 意该变内容的一种储存器，如基本输入输出系统 （1）EPROM 它与一般ROM不同点在与，EPROM可以用特殊的装置擦除和重写的内容如早 期主板上的基本输入输出系统。 （2）闪电存储器（闪光记忆） 使用闪速存储器的主要特点是在不加电的情况下能长期存储 的信息。 2， 随机存储器（RAM） RAM就是平常所说的内存，系统运行时，将所需的指令和数据从外 部存储器调入内存中，CPU再从内存中读取指令或数据进行运算，并将运算结果存入内存中，根据其 制造原理不同，现在的RAM多为MOS型半导体电路，它分为静态和动态两种。 （1）静态存储器（SRAM） SRAM的一个存储单元的基本结构是一个双稳态电路，读写速度很快 这样一方面降低了SRAM 的集成度，另一方面也增加了生产成本。 （2） 动态RAM（DRAM） 一个DRAM单元由一个晶体管和一个小电容组成，所以DRAM中存储的数据需要不断的刷新。 根据DRAM不同的标准又可分为多种类型的DRAM，如SDRAM（同时的DRAM, 同步动态随机存储器 ）DDR SDRAM（两倍数据比率SDRAM, 双倍数据速度 SDRAM）RDRAM（RambusDRAM），早期 还有一种RDR内存，发热量比较大，两面都有散热片，并且必须要插满插槽。
计算机系统结构(ComputerArchitecture)
02 中央处理器(CPU)
CPU的基本组成
运算器
执行算术和逻辑运算操作，处理数据。
寄存器
存储数据和指令，提供快速访问。
控制器
控制计算机各部件协调工作，发出控制信号。
指令集
一组指令集合，用于实现计算机的基本操作。
CPU的主要功能
数据处理
执行算术和逻辑运算，处理数据。
指令执行
解释和执行程序中的指令。
通道方式：通过独立的通道处 理输入输出操作，提高系统的 效率。
I/O设备的发展趋势
高速化
提高设备的传输速度，满足大数据处理的需 求。
智能化
设备具有更高的自主性和智能性，能够自动 完成更多的任务。
网络化
设备通过多个设备共享物理设备 的资源，提高设备的利用率。
CPU的发展趋势
多核化
通过增加核心数量提高处理能力。
并行化
采用多线程、多进程等技术提高并行 处理能力。
微处理器定制化
根据特定应用需求定制处理器。
节能环保
降低功耗，提高能效比，实现绿色计 算。
03 存储器系统
存储器的基本组成
数据存储单元
用于存储二进制数据，通常由晶体管组成。
地址存储单元
用于存储存储单元的地址，通过地址码来识别存 储单元。
计算机系统结构 (computerarchitecture)
contents
目录
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 计算机系统结构的发展趋势
01 计算机系统概述
计算机系统的基本组成
01
02
03
硬件
包括中央处理器、存储器、 输入输出设备等，是计算 机系统的物理基础。
计算机等级考试四级教程---操作系统原理
基本要求1.掌握操作系统的基本概念、基本结构和运行机制.2.深入理解进程线程模型，深入理解进程同步机制，深入理解死锁概念及解决方案。
3.掌握存储管理基本概念，掌握分区存储管理方案，深入理解虚拟页式存储管理方案。
4.深入理解文件系统的设计、实现,以及提高文件系统性能的各种方法.5.了解I/O设备管理的基本概念、I/O软件的组成，掌握典型的I/O设备管理技术.6.了解操作系统的演化过程、新的设计思想和实现技术。
考试内容一、操作系统概述1、 操作系统基本概念、特征、分类.基本概念：是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合-—它们能有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使用户能够灵活的、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能够高效地运行（是具有各种功能的、大量程序模块的集合）。
任务： 1.组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源 2.向用户提供各种服务功能特征： 并发性（用户程序与用户程序之间并发执行；用户程序与操作系统程序之间并发执行）、共享性(互斥共享和同时共享)、随机性(要充分考虑各种各样的可能性）。
分类: 1.批处理操作系统（成批处理、SPOOLing技术) 简单/多道批处理系统 2。
分时系统 （多路性、交互性、独占性、及时性）3。
实时操作系统 硬实时/软实时系统 （实时时钟管理、过载保护、高可靠性）4.嵌入式操作系统 可针对需求进行裁剪、调整和生成 （高可靠性、实时性、占有资源少、智能化能源管理、易于连接、低成本等）5。
个人计算机操作系统 (某一时间为单用户服务、图形界面、使用方便)6.网络操作系统 集中式/分布式模式 (共享数据、资源及服务同运算处理能力）7.分布式操作系统（统一/同一操作系统、资源的深度共享、透明性、自治性）集群8。
智能卡操作系统 资源管理、通信管理、安全管理、应用管理2、 操作系统主要功能。
第06章-IO系统设计ppt课件(全)
A1 A2 …
B1 B2 …
通道 A1 A2 … B1 B2 … C1 C2 …
C1 C2 …
图6.16 选择通道传送方式示意图
（3）数组多路通道
◦ 综合前两种通道的优点，可连接多台高速设备，允许几 台设备并行工作，以成组交叉方式传送。每个外设都有 数据缓冲区。
硬件中断（硬中断）：是一个异步信号，表明需要注意、 或需要改变执行一个同步事件。
软件中断（软中断）：是利用硬件中断的概念，用软件方 式进行模拟，实现宏观上的异步执行效果。
外部中断：一般是指由计算机外设发出的中断请求，如： 键盘中断、打印机中断、定时器中断等。外部中断是可以 屏蔽的中断。
内部中断：是指因硬件出错（如突然掉电、奇偶校验错等） 或运算出错（除数为零、运算溢出、单步中断等）所引起 的中断。内部中断是不可屏蔽的中断。
主存
…
12H JMP 200 向量地址 13H JMP 300
14H JMP 400
入口地址 200 打印机服务程序
入口地址 300 显示器服务程序
… ……
图6.10 通过向量地址寻找入口地址
图6.12 链式排队线路和设备编码器
直接存储器访问方式(Direct Memory Access，DMA)， 是一种直接依靠硬件在主存与I/O设备间进行数据传送，且 在 数 据 传 送 过 程 中 不 需 CPU 干 预 的 I/O 数 据 传 送 控 制 方 式 。 CPU与接口的数据传送的具体过程由硬件（DMA Controller， DMAC，DMA控制器）完成，传送速度比通过CPU快。 （1）CPU暂停方式 （2）周期挪用方式（周期窃取方式） （3）交替访问内存方式
操作系统OperatingSystem
…
cou nt
DR I/ O
MAR
控
制
DC
逻
辑 CR
命令
系统总线
DMA控制器
图 5-8 DMA控制器的组成
为了实现在主机与控制器之间成块数据的直接交换， 必须在 DMA
(1) 命令/状态寄存器CR。用于接收从CPU发来的I/O命令或 有关控制信息， 或设备的状态。
(2) 内存地址寄存器MAR。在输入时，它存放把数据从设备 传送到内存的起始目标地址；在输出时，它存放由内存到设备 的内存源地址。
为了实现起来方便，操作系统设计者把每个设备的I/O端口都组 织成一组专用寄存器：控制寄存器、状态寄存器、输入寄存 器、输出寄存器。
§ 5.1.1 I/O体系结构
(2)I/O接口起翻译器的作用：把I/O端口中的值转换成
设备所需要的命令和数据；检测设备状态的变化，并对设备 状态寄存器（某一I/O端口）进行相应地更新。I/O接口通 过一条IRQ线连接到可编程中断控制器上，以使它代表相应 的设备发出中断请求。有两种类型的接口：专用I/O接口和 通用I/O接口。
【输入/输出控制- DMA方式】
DMA 方 式 又 称 直 接 存 储 器 访 问 （ Direct Memory Access）方式。其基本思想是在外设和主存之间开辟直接 的数据交换通路。DMA方式的特点是：
（1）数据传送的基本单位是数据块。 （2）所传送的数据是从设备送内存，或者相反。 （3）仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需中共享性
独占设备 共享设备 虚拟设备
5.1 IO系统概述
5.1.1 I/O体系结构 5.1.2 I/O系统的功能 5.1.3 I/O系统的实现
§ 5.1.1 I/O体系结构