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第七章 多微处理机控制系统 概 述 多微机处理系统的结构形式 多微机处理系统的通信 多微机处理系统的软件和控制 集散控制系统简介 举例 第一节 概 述 随着计算机技术的迅猛发展，计算机的应用已渗透到各个技术领域乃至整个社会的各个方面。分布式多微机系统、计算机网络已广泛用于复杂的生产过程控制和工厂、企业的信息管理。工业自动化的发展将是控制和管理的一体化。 一、多微处理机控制系统的定义及分类 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。特点是： 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。 第一节 概 述 分类 多微处理机系统有多种不同的分类法，按系统结构分为： 紧耦合系统(TCS) 松耦合系统(LCS) 分级结构系统 第一节 概 述 二、多微处理机控制系统的优点 多微处理机控制系统能实现生产过程的复杂控制及企业管理一体化，在各个领域得到了广泛的应用，已成为计算机技术的发展方向之一。 主要特点： 有较高的处理速度 ——并行处理 并行处理方案 并行处理系统 单指令流多数据流(SIMD) 第一节 概 述 并行处理方案 并行处理系统 单指令流多数据流(SIMD) 多处理机系统 多指令流多数据流(MIMD) 第一节 概 述 并行处理方案 并行处理系统 单指令流多数据流(SIMD) 多处理机系统 多指令流多数据流(MIMD) 流水线处理机系统 用流水线作业方式 第一节 概 述 二、多微处理机控制系统的优点 主要特点： 有较高的处理速度 提高系统的可靠性 系统便于扩充和修改 实现复杂分散控制和管理一体化 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 第一节 概 述 三、多微处理机控制系统中应解决的问题 系统的结构形式和通信方案 任务分割和开发并行性问题 正确处理资源竞争和死锁问题 共用资源(如公共存储器、公共I／O设备、公共总线等 死锁问题：互相等待各自的结果 提高系统可靠性和动态重组问题 第二节 多微处理机控制系统的结构形式 介绍三种结构形式： 紧耦合系统(TCS) 松耦合系统(LCS) 分级结构系统 第二节 多微处理机控制系统的结构形式一、紧耦合系统(TCS) 紧耦合系统(TCS) 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。 四种结构形式： 公用总线结构 多端口存储器结构 交叉开关结构 总线窗口结构 第二节 多微处理机控制系统的结构形式一、紧耦合系统(TCS) 公用总线结构 是多微处理机系统最简单的一种结构形式。 这类系统中，各微机之间的信息交换是借助S-RAM(Shared RAM)并通过分时占用总线来实现的，按主从关系动作，微处理机为主动，公用存储器为从属，获准使用权的微机可占有总线，建立通信关系。 第二节 多微处理机控制系统的结构形式一、紧耦合系统(TCS) 公用总线结构 是多微处理机系统最简单的一种结构形式。 这类系统中，各微机之间的信息交换是借助S-RAM(Shared RAM)并通过分时占用总线来实现的，按主从关系动作，微处理机为主动，公用存储器为从属，获准使用权的微机可占有总线，建立通信关系。 第二节 多微处理机控制系统的结构形式一、紧耦合系统(TCS) 公用总线结构 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。 第二节 多微处理机控制系统的结构形式一、紧耦合系统(TCS) 多端口存储器结构 第二节 多微处理机控制系统的结构形式一、紧耦合系统(TCS) 交叉开关结构 交叉开关阵列将微处理机、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，大大展宽互连网络的传输频带，提高了系统的效率。 交叉开关阵列中的电子开关，电子开关具有控制总线、多路转换及防止冲突的能力。 第二节 多微处理机控制系统的结构形式一、紧耦合系统(TCS) 交叉开关结构 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。