背景

控制系统一般检测物理量的变化或开关、按钮的状态，再根据一定的控制逻辑，输出相应的控制信号，驱动执行机构。为了提高控制的精度，实际上这个过程是不断循环进行的，即采用所谓的闭环反馈控制方式。例如，一个采用液压缸的位置控制系统，需要不断检测液压缸的位置或行程，根据PID控制逻辑，输出控制信号控制电磁阀或伺服阀的开口度，调节液压缸运动的速度。液压缸运动速度与位置偏差有关，偏差越小，速度越低，最终将液压缸位置控制在指定的精度范围内。只要液压缸的位置发生变化，输出控制信号也会变化。

控制对象的物理参数类型较多，如位置、温度、速度、压力等，必须通过相应的传感器将这些物理量的变化转换成电信号的变化，才能传送给计算机系统进行检测。控制精度的高低与传感器的检测精度密切相关。

对于特定的计算机系统而言，电信号的输入类型和范围基本是固定的，为了规范化统一化，往往对传感器输出的各类信号还需要进行调理处理，转换成计算机系统能够输入的电信号。因而大多数传感器输出的信号经过二次仪表(放大、调理、转换)，再传送给计算机。

检测的电信号由于收到外部干扰的影响，往往不能真实反映物理量的变化，为此，需要对检测的信号进行必要的处理，去伪存真，从而提高控制精度。

控制信号

控制信号是计算机系统实施各类动态操作时生成的信号，多数控制信号由CPU生成，但其他功能部件也可能生成部分控制信号，以配合CPU完成较复杂的操作。在操作寄存器时，CPU产生的控制信号只在CPU内部作用于所操作的寄存器，不会出现在控制总线上；在操作外部存储单元时，包括内存单元和端口，CPU产生的控制信号会出现在控制总线上。在这里，我们将最基本、最重要、最常见的控制信号做一个介绍。1

时钟信号

时钟信号是一种周期性的方波信号，它是最基本的控制信号，也是产生时序过程的必要条件。图1中给出了时钟信号的一般形式，横坐标轴为时间轴，纵坐标轴为信号的幅度轴。时钟信号的周期称为时钟周期，其频率称为时钟频率，一个时钟周期通常被称为一个节拍。

图1

时钟信号一般由晶体震荡片产生的周期信号经过整形、分频后得到，一个计算机系统内，生成的时钟信号只有一个，所有功能部件都会通过控制总线接收到这个信号，并以此信号为时间基准，进行有条不紊的工作。这就好像一个有周密规划的公司一样，在启动一个项目后，对每位工作人员都安排了工作任务，但这些工作任务是有先后的，后面的任务需要等待前面的任务完成后才能进行，闪此，每位工作人员都要按照给定的时间限制来完成任务。那么，按照什么时间来作为标准呢?在公司里，采用的就是当地时间，例如在中国，我们采用北京时间；类似地，在计算机系统模型中，时间基准就是时钟信号，在启动一个时序过程后，各功能部件按照约定好的节拍完成各自的操作，这就保证了计算机系统能够有条不紊地工作。

读写信号

读信号和写信号是两种控制信号，但它们通常搭配在一起使用，因此将它们放在一起介绍。当CPU需要读取对某一存储单元中的数据时，它会产生读信号，并施加在相应的功能部件上；当CPU需要向某一存储单元保存数据时，它会产生写信号，并施加在相应的功能部件上。对于8086/8088 CPU芯片，针对寄存器、内存单元、端口的读写信号是不同的控制信号，但读/写信号在不同的系统中定义也有区别。总的来说，读信号针对存储单元的读操作，写信号针对存储单元的写操作，这一特征对任何计算机系统都适用。

片选信号

片选信号是一种特殊的控制信号，它足CPU针对外部存储单元进行读写操作时产生的，但它是由地址总线的高位地址生成的，而非来自于控制总线的信号。物理地址中的高位地址用于区分不同的内存芯片或设备接口。这种区分在硬件上就是通过片选信号来实现的，片选信号是依靠地址译码器生成的，其生成原理如图2所示。

图2

在图2中，若地址译码器的输入为卯位输入，则输出为2n位，图中以3位输入为例。假设地址译码器的输人为3位高位地址，那么这3位高位地址可以理解为不同内存芯片或不同设备接口的编号，地址译码器将高位地址译码后，选通编号对应的输出线路，而其余输出线路则处于未选通状态。

例如，图2中，输入编号“010”，则选通第2号输出线路，使之输出“1”，而其余输出线路均输出“0”。这里输出线路编号是从第0号开始的，右侧为低编号输出。这些输出线路上的信号便是片选信号，它们分别连接到不同内存芯片或不同设备接口的片选端，只有当相应片选信号有效后，内存芯片或设备接口才会接受CPU的读写操作。由于在任意时刻，只有一个内存芯片或设备接口被选中，因此，在任意时刻，只有一个内存芯片或设备接口能接受CPU的读写操作。中断请求/中断响应信号

中断请求与中断响应信号是一对控制信号，要完成完整的中断过程，这两个信号缺一不可。在现代计算机系统中，很多外部设备都属于中断型设备。最典型的中断型设备为键盘、鼠标等低速输入设备。在没有键盘、鼠标输入的情况下，CPU不会访问它们的设备接口，而是执行系统程序或应用程序，仅当发生输入事件时，设备接口才会通过控制总线向CPU发送中断请求信号。注意，多数控制信号都是由CPU通过控制总线发出，其他功能部件只是接收相应的控制信号，但中断请求信号是例外的情况，它由中断型设备发出，由CPU接收。实质上，中断请求信号应属于外部设备的状态信号，而控制总线的全称也应当是控制/状态总线，包括CPU发送给其他功能部件的控制信号和其他功能部件向CPU发送的状态信号。如果没有在CPU内部设置中断屏蔽，那么CPU在执行完当前指令后，会暂停当前程序的执行，并向控制总线发出中断响应信号，提出中断请求的设备接口接收到中断响应信号后，会向数据总线发送中断类型号，CPU则从数据总线接收中断类型号，并以此在内存中定位中断服务程序，执行中断服务程序调用，从而完成与设备接口的数据交换。除输入设备外，输出设备也叮能采用中断方式与CPU交互，并且，除数据交换可以采用中断方式外，设备出现故障需要CPU处理时也可以向CPU提出中断请求。