《微型计算机控制技术》教程第二章ppt课件.ppt

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1、微型计算机控制技术第二章常用数据结构和数据处理构成宇宙的三大要素物质能量信息信息的表示是计算机科学的基础对大多数计算机程序来说，信息的存储和检索可能比完成运算更为困难和重要。程序必须从存储空间和运行时间这两个角度来组织信息，才能进行高效可靠的信息处理；研究数据结构和算法以有效地支持程序的实现，是计算机科学的核心问题之一。微机控制系统处理信息范围的日趋扩大和复杂化，问题越来越复杂、计算量越来越大。还需要处理大量的非数值数据。设计高效率、高可靠性的程序，除了掌握编程技术，还要研究程序所加工的对象——数据及其处理方法。只有彻底理解这些

2、隐藏在高效程序设计后面的一般原理，才能自如地组织和运用数据。2.1.1数据结构的基本概念数据（data）：所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合。数值、字符非数值数据和实时数据，例如：符号、表格、图表以及图像等多媒体信息。2.1.1数据结构的基本概念结构：同“功能”相对。系统内各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式；是系统组织化、有序化的重要标志。2.1.1数据结构的基本概念数据元素（dataelement）：数据的基本单位。数据项（dataitem）：数据的最小单位，有时一个数据元素可由若干个数据项组成数据对象（d

3、ataobject）：具有相同特性的数据元素的集合，是数据的一个子集。2.1.1数据结构的基本概念数据结构（datastructure）：被计算机加工的数据元素之间的相互关系逻辑结构：数据元素之间的逻辑关系物理结构（存储结构）：数据元素在计算机存储器内的表示及配置。2.1.1数据结构的基本概念数据结构不但研究数据本身的特性，而且研究数据之间存在的关系和数据的组织，是一个二元组Data—structure=（D，R）其中，D是数据元素的集合，R是D中数据元素之间所存在的关系的集合。2.1.1数据结构的基本概念如果数据集合D中的数据元

4、素之间存在着不同的关系集合R1和R2，则DS1=（D，R1）和DS2=（D，R2）是两个不同的数据结构数据结构只研究数据之间的关系，并不涉及元素的具体内容。常用数据结构1.顺序存储结构：数据从某个存储地址开始依次存放在连续的存储单元中（1）线性表（2）数组（3）堆栈（4）队列循环队列常用数据结构顺序存储结构循环队列常用数据结构顺序存储结构循环队列的加入流程常用数据结构顺序存储结构循环队列的读出流程常用数据结构2.链表3.树常用数据结构常用数据结构课堂讨论：从空间效率和时间效率两个角度来分析顺序表和链表分别更适用于哪些场合？常用数据

5、结构如果用户事先知道线性表的大致长度，使用顺序表的空间效率会更高；而当线性表元素数目变化较大或者未知时，最好使用链表实现。象读出线性表中第i个元素这样的按位置的随机访问，使用顺序表更快；如果插入和删除是最主要的操作，链表经常比顺序表更好。数据查找1.顺序查找2.二分法查找3.分块查找4.直接查找数据排序1.插入排序（1）直接插入排序（2）缩小增量排序2.交换排序（1）冒泡排序（2）快速排序3.选择排序2.1.2控制系统的特殊数据结构1.信号量及其操作（1）信号量（2）进程的互斥（3）进程的同步2.信息缓冲区与信箱（1）信息缓冲区（

6、2）信箱2.1.2控制系统的特殊数据结构[例2-1]用信号量实现计算与打印进程之间的同步。设A进程进行计算并把结果送入一缓冲区，B进程将该缓冲区中的计算结果打印出来。这两个进程各自独立，但又必须交换信息以互相制约走并打印。2.1.2控制系统的特殊数据结构A应先算出结果并送到缓冲区，否则B就不能打印；B接到计算结果并打印后，A才能再次运行，否则会冲掉上一次的计算结果。这种制约就称为进程之间的同步。同步和互斥一样，都属于进程之间的通讯。2.1.2控制系统的特殊数据结构用A进程的私用信号量SA表示缓冲区中是否已有可供打印的计算结果，B进

7、程的私用信号量SB表示缓冲区中的计算结果是否已被打印进程B取走。用SA和SB的P和V操作来实现A进程和B进程同步的描述如下：2.1.2控制系统的特殊数据结构A进程B进程L1：计算下一结果并送到缓冲区L2：把缓冲区中结果取走并打印V（SA）；SA+1，缓冲区有值P（SA）；SA-1，从缓冲区取走若SA〈0，无数据等待P（SB）；SB-1请求打印若SB<0，打印机被占等待V（SB）；SB+1，释放打印机示例中，只允许各进程对自己的私用信号量V操作2.2采样与数据处理微机控制系统对信号的测量过程：传感器把非电信号转换成电信号A／D转换器

8、把模拟信号变成数字信号对读入计算机的数据作各种处理2.2.1采样周期的选择1.采样周期对控制系统性能的影响系统稳定性能信息丢失抑制干扰能力输出平滑性计算机字长计算机负荷2.2.1采样周期的选择2.选择采样周期的经验规则误差的处理2.2.2常用数据处