第七章数据结构与寻址
内存寻址的三种模式
内存寻址的三种模型1. 地址的种类首先明确一下逻辑地址和线性地址这两个概念：1. 逻辑地址2. 线性地址3. 物理地址1.1 逻辑地址：逻辑地址是编译器生成的，我们使用在linux环境下，使用C语言指针时，指针的值就是逻辑地址。
对于每个进程而言，他们都有一样的进程地址空间，类似的逻辑地址，甚至很可能相同。
1.2 线性地址：线性地址是由分段机制将逻辑地址转化而来的，如果没有分段机制作用，那么程序的逻辑地址就是线性地址了。
1.3 物理地址物理地址是CPU在地址总线上发出的电平信号，要得到物理地址，必须要将逻辑地址经过分段，分页等机制转化而来。
2. 三种寻址模型x86体系结构下，使用的较多的内存寻址模型主要有三种：1. 实模式扁平模型real mode flat model2. 实模式分段模型real mode segment model3. 保护模式扁平模型protected mode flat model下面是对这三种模型的描述实模式和保护模式相对，实模式运行于20位地址总线，保护模式则启用了32位地址总线，地址使用的是虚拟地址，引入了描述符表；虽然二者都引入了段这样一个概念，但是实模式的段是64KB固定大小，只有16KB个不同的段，CS,DS等存储的是段的序号（想想为什么？）。
保护模式则引入了GDT和LDT段描述符表的数据结构来定义每个段。
扁平模型和分段模型相对，区别在于程序的线性地址是共享一个地址空间还是需要分成多个段，即为多个程序同时运行在同一个CS，DS的范围内还是每个程序都拥有自己的CS，DS：前者(flat)指令的逻辑地址要形成线性地址，不需要切换CS，DS；后者的逻辑地址，必须要经过段选择子去查找段描述符，切换CS，DS，才能形成线性地址。
3. 实模式扁平模型该模式只有在386及更高的处理器中才能出现！80386的实模式，就是指CPU可用的地址线只有20位，能寻址0~1MB的地址空间。
数据结构各章概要
数据结构各章概要数据结构是计算机科学中非常重要的一个学科，其主要研究各种数据的组织方式和操作方法。
善于运用合适的数据结构可以提高算法的效率，并优化程序的性能。
本文将对数据结构的各个章节进行概要介绍，帮助读者了解不同章节的主要内容和应用。
第一章：引论在引论章节，我们将引入数据结构的基本概念和术语，例如什么是数据、数据项、数据对象等等。
同时，还将介绍数据结构的分类和基本操作，如搜索、遍历、插入、删除和排序。
这些基础知识是后续章节的基础。
第二章：线性表线性表是数据结构中最简单、最基本的一种结构。
其特点是数据元素之间的前驱和后继关系非常明确。
线性表可以用数组和链表两种方式实现。
在本章节中，我们将分别介绍顺序表和链表的实现原理、插入、删除、合并以及应用场景。
第三章：栈和队列栈和队列是两种特殊的线性表结构，它们对数据的访问具有限制性。
栈具有“先进后出”的特点，而队列则具有“先进先出”的特点。
在本章节中，我们将介绍栈和队列的实现方式以及常见的应用场景，如递归、表达式求值、广度优先搜索等。
第四章：串串是由零个或多个字符组成的有限序列，其长度可以为零。
在本章节中，我们将介绍串的定义和操作，包括字符串的模式匹配、模式识别和编辑操作。
串的相关算法在文本处理、计算机网络等领域具有广泛的应用。
第五章：数组和广义表数组是一种在内存中以连续方式存储的数据结构，它具有高效的随机访问特性。
广义表是线性表的一种扩展，可以包含表结构、原子结构以及其他广义表。
本章节将介绍数组和广义表的定义、操作和应用。
第六章：树树是一种非线性的数据结构，具有分层次、递归和层次遍历等特点。
在本章节中，我们将介绍树的基本概念、二叉树、树的遍历算法、平衡树以及树的应用，如编译器中的语法树、文件系统的目录结构等。
第七章：图图是一种复杂的非线性数据结构，由顶点集合和边集合组成。
在本章节中，我们将介绍图的各种表示方式，图的遍历算法、最短路径算法以及常用的图算法，如最小生成树算法和拓扑排序。
相对基址变址寻址方式
相对基址变址寻址方式
相对基址变址寻址方式是计算机体系结构中的一种寻址方式。
在这种寻址方式中，CPU会使用一个基址寄存器和一个偏移量来计算出最终的内存地址。
基址寄存器存储的是一个基准地址，偏移量则表示需要访问的数据与基准地址的相对距离。
CPU会将基址寄存器的值加上偏移量来计算出最终的内存地址。
这种寻址方式的好处是可以使程序员在编写代码时不需要知道具体的内存地址，而是通过基址寄存器和偏移量的组合来访问内存中的数据。
相对基址变址寻址方式通常用于访问数据结构中的元素。
例如，在一个数组中，每个元素的内存地址是连续的。
如果我们要访问第n 个元素，可以使用相对基址变址寻址方式，将基址寄存器设置为数组的起始地址，偏移量设置为n个元素的大小，然后CPU会计算出第n个元素的内存地址。
相对基址变址寻址方式也可以用于访问栈中的数据。
在栈中，每个数据都存储在一个连续的内存区域中。
当我们需要访问栈中的某个元素时，可以使用相对基址变址寻址方式，将基址寄存器设置为栈顶的地址，偏移量设置为需要访问的元素与栈顶的相对距离，然后CPU会计算出需要访问的元素的内存地址。
在使用相对基址变址寻址方式时，需要注意基址寄存器和偏移量的
值是否正确。
如果基址寄存器的值或偏移量的值错误，将会导致访问内存时出错。
因此，在编写程序时，需要仔细检查基址寄存器和偏移量的值是否正确。
相对基址变址寻址方式是一种常用的寻址方式，可以使程序员更方便地访问内存中的数据。
在使用这种寻址方式时，需要注意基址寄存器和偏移量的值是否正确，以避免出现错误。
寻址方式分类
寻址⽅式分类寻址⽅式分类寻址⽅式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地址的⽅式。
ARM处理器具有9种基本寻址⽅式。
1.寄存器寻址；2.⽴即寻址；3.寄存器移位寻址；4.寄存器间接寻址；5.基址寻址；6.多寄存器寻址；7.堆栈寻址； 8.块拷贝寻址；9.相对寻址。
1,寻址⽅式分类——⽴即寻址⽴即寻址指令中的操作码字段后⾯的地址码部分即是操作数本⾝，也就是说，数据就包含在指令当中，取出指令也就取出了可以⽴即使⽤的操作数(这样的数称为⽴即数)。
⽴即寻址指令举例如下：SUBS R0,R0,#1 ;R0减1，结果放⼊R0，并且影响标志位MOV R0,#0xFF000 ;将⽴即数0xFF000装⼊R0寄存器2,寻址⽅式分类——寄存器寻址操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段指出的是寄存器编号，指令执⾏时直接取出寄存器值来操作。
寄存器寻址指令举例如下：MOV R1,R2 ;将R2的值存⼊R1SUB R0,R1,R2 ;将R1的值减去R2的值，结果保存到R03,寻址⽅式分类——寄存器移位寻址寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址⽅式。
当第2个操作数是寄存器移位⽅式时，第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前，选择进⾏移位操作。
寄存器移位寻址指令举例如下：MOV R0,R2,LSL #3 ;R2的值左移3位，结果放⼊R0， ;即是R0=R2×8ANDS R1,R1,R2,LSL R3 ;R2的值左移R3位，然后和R1相 ;“与”操作，结果放⼊R14,寻址⽅式分类——寄存器间接寻址寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是⼀个通⽤寄存器的编号，所需的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针。
寄存器间接寻址指令举例如下：LDR R1,[R2] ;将R2指向的存储单元的数据读出;保存在R1中SWP R1,R1,[R2] ;将寄存器R1的值和R2指定的存储;单元的内容交换5,寻址⽅式分类——多寄存器寻址多寄存器寻址⼀次可传送⼏个寄存器值，允许⼀条指令传送16个寄存器的任何⼦集或所有寄存器。
(2024年)《数据结构》全套课件
30
树形数据结构的查找算法
二叉排序树的查找
从根节点开始，若查找值小于当前节点 值，则在左子树中查找；若大于当前节 点值，则在右子树中查找。
VS
平衡二叉树的查找
在保持二叉排序树特性的基础上，通过旋 转操作使树保持平衡，提高查找效率。
2024/3/26
31
散列表的查找算法
散列函数的设计
将关键字映射为散列表中位置的函数。
过指针来表示。
链式存储的特点
逻辑上相邻的元素在物理位置上 不一定相邻；每个元素都包含数
据域和指针域。
链式存储的优缺点
优点是插入和删除操作不需要移 动元素，只需修改指针；缺点是
存储密度小、空间利用率低。
2024/3/26
11
线性表的基本操作与实现
插入元素
在线性表的指定位 置插入一个元素。
查找元素
在线性表中查找指 定元素并返回其位 置。
自然语言处理的应用
在自然语言处理中，需要处理大量的文本数据，数据结构中的字符 串、链表、树等可以很好地支持文本的处理和分析。
41
数据结构在计算机网络中的应用
2024/3/26
路由算法的实现
计算机网络中的路由算法需要大量的数据结构支持，如最短路径 树、距离向量等。
网络流量的控制
在计算机网络中，需要对网络流量进行控制和管理，数据结构中的 队列、缓冲区等可以很好地支持流量的控制。
37
06
数据结构的应用与拓展
2024/3/26
38
数据结构在算法设计中的应用
01
作为算法设计的基 础
数据结构为算法提供了基本操作 和存储方式，是算法实现的重要 基础。
02
提高算法效率
第七章空间数的组织和管理
第七章空间数的组织与管理一、数据的组织1、数据组织的分级数据组织的层次有两类分级方法：逻辑分级：从人的观测角度及描述对象之间的关系，有数据项、记录、文件和数据库。
物理分级：在存储介质上的存储单位，有比特、字节、字、块、桶和卷。
数据项：可以定义数据的最小单位，也叫基本项、字段等。
数据项与实体的属性相对应，有一定的取值范围，称为域。
域外的任何值视为无意义的取值。
记录：由若干相关联的数据项组成。
是应用程序输入/输出的逻辑单位。
对数据库系统来说，是信息处理和存储的基本单位，是对一个实体信息描述的数据总和。
特点：由型和值的区别。
型为定义的记录的框架，值为记录的内容。
为了唯一标识每个记录，必须有记录标识符，也称关键字。
一般由记录的第一个关键字担任。
有主关键字、次关键字之分。
有逻辑记录和物理记录。
逻辑记录按信息逻辑在逻辑上的的独立意义划分数据单位，物理记录按数据存储单位划分。
两者之间的关系为：一个物理记录对应一个逻辑记录；一个物理记录对应若干个逻辑记录；一个逻辑记录对应若干个物理记录。
文件：是一给定类型的（逻辑）记录的全部具体值的集合。
根据记录的组织方式分为：顺序文件、索引文件、直接文件、和倒排文件。
数据库：具有特定联系的数据集合。
也可以看成是多类型记录的集合。
其内部构造是文件的集合。
文件之间存在某种联系，不能孤立存在。
2、图幅内的空间数据组织（1）工作区通常将一幅图或几幅图的范围当作一个工作单元，或工作区。
工作区包含了所有各层的空间数据。
工作区通常按范围定义。
例1：6-5-1。
例2：水平（2）工作层工作是空间数据处理的一个工作单位。
可包含若干逻辑层。
（3）逻辑层具有多个地物类组成。
（4）地物类（专题层）具有相同属性和意义的地物组合。
3、图库的管理划分工作区。
数据除了按上述纵向划分为层管理外，有时还需要在水平方向划分若干工作区（如ARC/INFO 的TILE）。
工作区索引：建立工作区索引，再在此基础上建立以图幅为单位的二级图幅索引或物理无缝连接的地图。
操作系统 第七章 文件管理
（2）存取控制信息类
存取权限
（3）使用信息类
文件的建立日期和时间等。
2．索引结点
（1）索引结点的引入
文件描述信息单独形成 一个称为索引结点的数 据结构，简称为i结点。 在文件目录中的每个目 录项，仅由文件名和指 向该文件所对应的i结点 的指针所构成。
2．索引结点
（2）磁盘索引结点包括以下内容：
7.3.3 树形结构目录（多级目录结构）
（2）路径名
从树的根（即主目录）开始，把全部目录文件名 与数据文件名，依次地用“/”连接起来，即构成 该数据文件的路径名（path name）。 系统中的每一个文件都有惟一的路径名。
（3）当前目录
为每个进程设置一个“当前目录”，又称为“工
作目录”进程对各文件的访问都相对于“当前目 录”而进行。
7.2.4 索引文件
对于定长记录，可方便地实现直接存取。对于变长 记录就较难实现直接存取，为了解决这一问题，为 变长记录文件建立一张索引表，索引表是按键排序 的，可以方便地实现直接存取。
7.2.5 索引顺序文件
索引顺序文件 : 将顺序文件中的所有记录分为若 干个组, 为顺序文件建立一张索引表，在索引表 中为每组中的第一个记录建立一个索引项，其中 含有该记录的键值和指向该记录的指针。
1．线性检索法
线性检索法又称为顺序检索法。
①在单级目录中，利用用户提供的文件名，用顺序查 找法直接从文件目录中找到指名文件的目录项。 ②在树型目录中，用户提供的文件名是由多个文件分 量名组成的路径名，此时须对多级目录进行查找。
1．线性检索法
假定用户给定的文件路径名是/usr/ast/mbox，则查找 /usr/ast/mbox文件的过程如图7-12 所示
七种寻址方式.ppt
寻址范围： （1）访问内部RAM低128个单元，其通用形式为@Ri （2）对片外数据存储器的64K字节的间接寻址，例如：
MOVX A，@DPTR
（3）片外数据存储器的低256字节
例如：MOVX A，@Ri
（4）堆栈区
堆栈操作指令PUSH（压栈）和POP（出栈）使用堆 栈指针（SP）作间址寄存器
寄存器DPTR等。
1020
程序存储区 EA
片内RAM区
12
R2
4A
ACC
4A
MOV A，R2执行示意图
2．直接寻址方式 操作数直接以单元地址的形式给出： MOV A，40H 寻址范围： (1) 内部RAM的128个单元 (2) 特殊功能寄存器。除了以单元地址的形式外, 还可用寄存器符号的形式给出。例如： MOV A，80H 与 MOV A，P0是等价的。
地址 译码
寄存器区 内部控制信号
数据缓冲器 外部数据总线DB
指令 时钟及清零 寄存器
译码
外部控制总线CB
返回
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 27H 0 0 1 0 0 0 0 0
3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38
图4.9 SETB 3DH 指令执行示意图
7．相对寻址方式
在相对寻址的转移指令中，给出了地址偏 移量，以“rel”表示，即把PC的当前值加上偏 移量就构成了程序转移的目的地址：
目的地址=转移指令所在的地址 + 转移指令的字 节数 + rel
偏移量rel是一带符号的8位二进制数补码数 。
范围是：–128 ~ +127
向地址增加方向最大可转移（127+转移指令字节） 个单元地址，向地址减少方向最大可转移 （128-转移指令字节）个单元地址。
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程序文件
• 程序文件2－主程序文件 主梯形图文件
– 典型应用是用户的“主程序”存储的地方 – 必须有程序逻辑
• 程序文件3~255－子程序文件 • 子程序从文件 2 (主程序文件)
进入，通过程序指令
– JSR – SBR – RET 跳到子程序并返回 子程序 返回子程序
• 允许子程序嵌套
电气自动控制 2009年5月4日
电气自动控制
2009年5月4日
状态文件
• 文件号 #2 • 状态文件是一般用途的文件，它由32个 寄存器组成。 根据它们所表示的内容不 同是由“位”和“字”混合值，这些文 件主要用途如下:
– 设置系统操作功能, – 显示系统状态和故障
电气自动控制
2009年5月4日
状态文件
• 有助于编程的状态文件：
电气自动控制
2009年5月4日
什么是数据?ext
电气自动控制
2009年5月4日
数据类型
电气自动控制
2009年5月4日
数据类型
电气自动控制
2009年5月4日
例子
“Drive_Speed” Data DINT, or 32 Bits Controller Memory
“Sensor” Data BOOL or 1 Bit “Start” Data BOOL, or 1 Bit
• 固定式I/O控制器的寻址
• 模块式I/O控制器的寻址
电气自动控制
2009年5月4日
固定式PLC
输入
输出
电气自动控制
2009年5月4日
固定式
电气自动控制
2009年5月4日
输入/输出映像区
电气自动控制
2009年5月4日
解释
电气自动控制
2009年5月4日
描述：
电气自动控制
2009年5月4日
MicroLogix的输出文件
Table[6]
Grid[6,3]
Block[6,3,2]
电气自动控制
2009年5月4日
整数文件
5
计数器文件 计时器文件 位文件 状态文件 I输入文件 输出文件 可选定时中断文件 高速计数文件 故障列行程序文件 主程序文件 保留文件 系统文件
4
3
2
1
0
数据文件
内存组织
SLC500 存储器
程序文件
0
B/16
(HHP)
OR
Word 2:
0000 0000 0000 0000
511 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 496 3 2 1 0
Word 32:
电气自动控制
0000 0000 0000 0000
2009年5月4日
整数文件
文件7
浮点数文件
文件8
• 一般用途的数据寄存器 • 在下列指令常用:
电气自动控制
2009年5月4日
结构体 结构体: 由多个基本数据类型 构成的更复杂的数据类型。
电气自动控制
2009年5月4日
例子：定时器
电气自动控制
2009年5月4日
用户自定义结构体（MicroLogix不支持）
电气自动控制
2009年5月4日
例子：
电气自动控制
2009年5月4日
数组
一维 二维 三维
1
2
3
4
5
6 - 15
6
7
子程序文件
电气自动控制
2009年5月4日
程序文件
• 程序文件0－系统文件 用于存储与系统有关的信息和用户的编程信息， 如：
– – – – – （1）处理器的型号 （2）处理器文件名 （3）通讯参数 （4）I/O 配置 （5）密码
• 程序文件1－保留文件
电气自动控制 2009年5月4日
– – – – 比较指令 算术运算指令 顺序器指令 FIFO 和 LIFO 堆栈
电气自动控制
2009年5月4日
寻址方式
• • • • • • 立即数寻址 绝对寻址 变址寻址 间接寻址 实参&形参 符号寻址
电气自动控制
2009年5月4日
文件类型 字号
0
输出
文件号
O0:0.0/3
槽号
Word 0
位号 (0-5,11)
11
5
0
000000000000
O0:0/3
0号槽3号输出点
电气自动控制
2009年5月4日
MicroLogix的输入文件
文件类型
字号 位号 (0-9,19)
1输入Biblioteka 文件号I1:0.0/3
槽号
Word 1 15
Word 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000 19 16
– – – – – 时钟 算术溢出标志 overflow flags 变址寻址寄存器 控制子程序 首次扫描位
电气自动控制
2009年5月4日
位文件
• File #315 14 13 12
15 14 13 12
11 10 9 8 11 10 9 8
7 6 5 4 7 6 5 4
3 2 1 0 3 2 1 0
Word 0:
0000 0000 0000 0000
31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 7 6 5 4 15 14 13 12 11 10 9 8 3 2 1 0
B3:1/0
(APS)
Word 1:
0000 0000 0000 0000
47 46 45 44 43 42 41 40 15 14 13 12 11 10 9 8 39 38 37 36 35 34 33 32 7 6 5 4 3 2 1 0
数据文件
• 包括与外部I/O及所有梯形图主程序、 子程序使用的指令相关的状态信息。 • 存储了涉及处理器操作的信息。 • 相同数据类型的数据连续存储。 • 没有全局变量和局部变量之分。
电气自动控制
2009年5月4日
数据文件
电气自动控制
2009年5月4日
实例
电气自动控制
2009年5月4日
输入/输出寻址
第四章 数据结构与寻址
电气自动控制 东北大学秦皇岛分校
2009年5月4日
信息与数据
变频器转速 控制器内存
光眼的输入 按钮的输入
电气自动控制 2009年5月4日
什么是数据？
• 各种字母、数字符号的组合、语音、图形、图 像等统称为数据。 • 信号是数据的电子或电磁编码。 • 信息（Information）是对数据（Data）的解释， 数据是信息的载体，信号（Signal）是数据的 电子编码。
I1:0/3
1号槽3号输 入点
电气自动控制
2009年5月4日
模块式
电气自动控制
2009年5月4日
模块式
电气自动控制
2009年5月4日
输入输出映像区
电气自动控制
2009年5月4日
标签寻址
实例:
– 如果一个输入设备接入槽2中模块的6号点。 – Local:2:I.Data.6
实例:
– 如果一个输出设备接入槽9中模块的3号点。 －Local:9:0.Data.3