微型计算机控制技术.ppt

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1、第9章多微处理机控制系统9.1概述9.2多微处理机控制系统的结构形式9.3多微处理机系统的通信9.4多微处理机控制系统的软件和控制9.5集散控制系统简介9.6多微处理机控制系统举例9.1概述9.1.1多微处理机控制系统的定义及分类多机系统泛指多微处理器系统和多计算机系统。所谓多微处理机系统是指一个具有两个或多个微处理机并能相互进行通信以协同解决一个大的给定问题的微机系统；1)有两个或多个微处理机。2)共享存储器或高速通信网络。3)共享输入／输出设备。4)机间硬件和软件有交互作用。其特点是：根据系统结构分类：1、

2、紧耦合系统（TCS）2、松耦合系统（LCS）3、分级结构系统9.1概述1．有较高的处理速度：把任务划分成多个子任务，由各个微处理机分别承担。2．提高系统的可靠性：可构成硬件冗余，大大提高系统的可靠性。3．系统便于扩充和修改：采用模块化结构。4.实现复杂分散控制和管理一体化。5.通过多微处理机实现并行处理，是开发超级计算机的重要途径9.1.3多微处理机控制系统中应解决的问题1．系统的结构形式和通信方案：结构形式多种正确选择结构形式及通信方式。2．任务分割和开发并行性问题：尽可能发挥各个微机利用率，提高效率。3．正

3、确处理资源竞争和死锁问题：共用资源使用正确处理，避免死锁现象。4．提高系统可靠性和动态重组问题：考虑软硬件冗余及自检功能，做到系统动态重组9.1.2多微处理机控制系统的优点9.2多微处理机控制系统的结构形式9.2.1紧耦合系统所谓耦合系统是指通过电信号连接在一起的系统，或者说是一个共享公共硬件资源的系统。紧耦合多处理机是通过一个共享的高速主存来实现多处理机间更紧密的联系，各微处理机之间可在指令一级上实现并行处理。根据结构不同可分为：公用总线结构、多端口存储器结构、交叉开关结构及总线窗口结构。1．公用总线结构总线

4、结构是多微处理机系统最简单的一种结构形式，分别示出了单总线连接和多总线连接的多微处理机系统的示意图：9.2多微处理机控制系统的结构形式公用总线结构具有以下特点：1)结构简单，价格便宜。2)系统硬件扩充性好，在系统上增加或减少模块非常灵活方便。3)系统效率及可靠性均受总线限制，如果总线失效会导致整个系统的失效。4)由于存在总线控制和竞争的问题，随着微处理机数目的增加，功能的扩展，系统效率会下降。工作原理：整个系统共用一条、二条或多条总线（数据线、地址线、控制线等）。每个微处理机的内部存储器分为局部存储器和公用存储

5、器两部分，共用存储器对各个微处理器来说是其内存的一部分，统一编址。各微处理器之间信息交换借助S-RAM，通过分时占用总线实现，按主从关系动作，微处理器为主、S-RAM为从，获准使用权的计算机可占用总线，建立通信关系。9.2多微处理机控制系统的结构形式2．多端口存储器结构多端口存储器的多微处理机系统的结构如图所示。各微处理器通过相应的端口或公共I/O接口可分时访问S-RAM，实现信息交换。它具有以下特点：1)访问快，吞吐量大，系统效率高。2)可靠性较高。3)存储器模块结构复杂，价格较贵。4)由于系统可利用的存储器

6、端口数有限，因此限制了系统的扩展。9.2多微处理机控制系统的结构形式3．交叉开关结构交叉开关结构的多微处理机系统如图所示。在系统中交叉开关阵列将微处理器、I/O设备与每一个存储器模块的总线相连，同一时刻，使微处理机和I/O设备可并行访问存储器，提高了通信效率。该类系统具有以下特点：1)系统并行处理能力高，具有最高的传送效率。2)可采用关键部件的冗余结构，提高系统的可靠性。3)系统结构复杂，价格昂贵。4)电子开关难于设计、制造。9.2多微处理机控制系统的结构形式9.2.2松耦合系统三种主要的结构形式：总线型、环型

7、、星型。1．总线型结构多个微机通过控制装置和公共通信媒体结合成一个总线型网络。以太网的总线型结构图。以太网的工作过程实际上是争用和发送交替的过程，各个工作站通过竞争占用总线，这种竞争总线系统通常采用两种存取控制方法：一是载波侦听多重访问／冲突检测法(CSMA／CD)；二是时间片法。优点：结构简单、扩展性好、可靠性高，某一节点发生故障不会影响整个网络工作。缺点：总线本身出现故障时，会导致整个局部网络不能工作。9.2多微处理机控制系统的结构形式2．环型结构一些微处理机或外围设备通过接口连接到一条高速环型数据通道上，

8、便形成所谓环型系统。如图所示。各微处理器能够独立运行，之间通过高速环型母线通信联络。优点：结构简单、成本低。缺点：可靠性差，接口故障率高且影响系统运行。3．星形结构星形结构是将分布于各处的微处理机连到中央处理机上(主结点)。优点：结构简单，易于实现信息汇集、转接。缺点：可靠性差，易产生信息阻塞且线路利用率低。9.2多微处理机控制系统的结构形式如图所示9.2.3分级结构形式在这类结构中，