第11章数据的存储采集与转换000001
数据采集与分析技术(第2版)课件：计算机数据采集与分析技术概述
计算机数据采集与分析技术概述
1. 3 数据采集与分析系统的主要性能指标
数据采集系统的性能要求与具体应用目的和应用环境有 密切关系，对应不同的应用情况往往有不同的要求。下面是 比较常用的几个指标及其含义。
计算机数据采集与分析技术概述
1. 系统分辨率 系统分辨率是指数据采集系统可以分辨的输入信号的最 小变化量。通常可以使用如下几种方法表示系统分辨率: ·使用系统所采用的 A / D 转换器的位数来表示系统分 辨率。 ·使用最低有效位值(LSB )占系统满度值的百分比来表 示系统分辨率。 ·使用系统可分辨的实际电压数值来表示系统分辨率。 ·使用满度值的百分数来表示系统分辨率。 表 1.1 给出了满度值为 10V 时数据采集系统的分辨率。
计算机数据采集与分析技术概述
(2)软件在数据采集系统中的作用越来越大，增加了系 统设计的灵活性和功能。
(3)数据采集与数据处理相互结合得日益紧密，形成数 据采集与处理相互融合的系统，可实现从数据采集、处理到 控制的全部工作。
(4)速度快，数据采集过程一般都具有“实时”特性。 对于通用数据采集系统一般希望有尽可能高的速度，以满足 更多的应用环境。
计算机数据采集与分析技术概述
数据采集与分析技术所涉及的学科和理论比较多。数据 采集主要涉及的学科有测试与仪器科学、信息与通信科学和 计算机科学。其中测试与仪器科学侧重于信息的获取，信息 与通信科学侧重于信息的传输，计算机科学侧重于信息的分 析处理。
计算机数据采集与分析技术概述
1. 1. 1 信息和信号 有关信息(Information )至今还没有一个统一的确切定义，
计算机数据采集与分析技术概述
计算机数据采集与分析技术概述
2. 系统精度 系统精度是指当系统工作在额定采集速率下，整个数据 采集系统所能达到的转换精度。A / D 转换器的精度是系统 精度的极限值。实际上，系统精度往往达不到 A / D 转换器 的精度。因为系统精度取决于系统的各个环节(子系统)的精 度，如前置放大器、滤波器、模拟多路开关等，只有当这些 子系统的精度都明显优于 A / D 转换器精度时，系统精度才 能达到 A / D 转换器的精度。这里还应注意系统精度与系统 分辨率的区别。系统精度是系统的实际输出值与理论输出值 之差，它是系统各种误差的总和，通常表示为满度值的百分 数。
数据存储与检索在信息技术基础模块中的原理与方法
数据存储与检索在信息技术基础模块中的原理与方法数据存储与检索是信息技术基础模块中的重要内容，它涉及到如何高效地存储和管理大量数据，以及如何快速地检索和获取所需信息。
在这篇文章中，我将详细介绍数据存储与检索的原理和方法。
首先，我们来讨论数据存储的原理与方法。
数据存储是指将数据按照一定的结构和规则存放在存储介质中，以便日后进行读取和使用。
现代信息技术中常用的数据存储介质包括硬盘、闪存、内存等。
数据存储的基本原理是将数据以二进制位的形式存储在介质中。
在计算机中，数据以字节为单位进行存储。
每个字节由8个二进制位组成，可以表示256种不同的状态，包括数字、字符、图像等各种类型的数据。
对于大量数据的存储，我们需要使用数据结构来进行组织和管理。
常见的数据结构包括数组、链表、栈、队列、树和图等。
不同的数据结构适用于不同的存储需求。
例如，数组适用于一维数据的存储，链表适用于动态数据的存储。
另外，数据存储还涉及到数据的持久性和安全性。
持久性是指数据在断电或系统崩溃等异常情况下的保存能力。
为了保证数据的持久性，我们需要将数据写入非易失性存储介质中，如硬盘等。
而安全性是指数据的保密性和完整性。
为了保证数据的安全性，我们可以使用加密技术和备份技术。
接下来，我们探讨数据检索的原理与方法。
数据检索是指根据特定的需求从存储介质中查找和获取数据的过程。
常见的数据检索方法包括线性查找、二分查找、哈希查找和索引查找等。
线性查找是一种最简单的数据检索方法，它从存储介质的头部开始逐个比较数据，直到找到目标数据或遍历完所有数据。
线性查找的时间复杂度为O(n)，其中n 为数据的总个数。
二分查找是一种基于有序数据的查找方法。
它通过将目标数据与中间数据进行比较，然后根据比较结果确定下一次查找的范围，从而缩小查找范围。
二分查找的时间复杂度为O(logn)，其中n为数据的总个数。
哈希查找是一种利用哈希函数将数据映射到固定位置的查找方法。
它通过将目标数据计算哈希值，然后根据哈希值找到对应的存储位置，从而快速地定位目标数据。
章数据的存储采集与转换
2、转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值
与理想值之差，即最大静态转换误差。
3．转换时间（输出建立时间） 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值 时所需要的时间，称为转换时间（输出建立时间）。
11.4 模数转换电路
11.4.1 A/D转换器的基本原理
A/D转换器的基本原理框图如图所示，
如果是n位D/A转换器,当RF=R时,输出模拟电压值可 表示为
u o U 2 n R （ 2 n 1 d n 1 2 n 2 d n 2 2 n 3 d n 3 ..2 0 .d 0 ） . u o U （ R1 2d n 11 4d n 28 1d n 3 ..2 1 .nd .0 ）
11.3.2 倒T形电阻网络D/A转换 器
RF
LSB d0
d1
d2 MSB d3
R
R
RA
I∞
Σ
－
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
+ +
uo
S0
S1
S2
S3
1
01
01
01
0
UR
LSB d0
d1
d2 MSB d3
RF
R
R
RA
Σ
I∞ －
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分 别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：
砝码重
结
论
第一次 第二次 第三次 第四次
8克 加4克 加2克 加1克
砝码总重 < 待测重量Wx ，故保留 砝码总重仍 <待测重量Wx ，故保留 砝码总重 > 待测重量Wx ，故撤除 砝码总重 ＝ 待测重量Wx ，故保留
数据存储和处理的基础知识
数据存储和处理的基础知识数据的存储和处理在现代科技和信息时代中扮演着至关重要的角色。
随着数据量的不断增长和技术的不断发展，了解数据存储和处理的基础知识已变得越发必要。
本文将讨论数据存储和处理的基础知识，包括常见的存储介质、数据存储结构和处理方法。
一、数据存储介质在数据存储中，常见的介质有硬盘、固态硬盘（SSD）和内存。
硬盘是一种机械硬盘，它通过旋转的镜片来存储和读取数据。
SSD则采用闪存技术，没有机械部件，因此更加耐用和快速。
内存则是计算机中临时存储数据的地方，速度更快，但容量较小。
二、数据存储结构数据的存储结构决定了如何组织和访问数据。
常见的数据存储结构有文件系统、数据库和分布式存储系统。
文件系统是一种将数据组织成文件和文件夹的方式，它是最基本的存储结构。
数据库则以表的方式组织数据，可以使用SQL语言进行查询和操作。
分布式存储系统则将数据分散存储在多个节点上，提高了数据的可靠性和可扩展性。
三、数据处理方法在数据处理中，常见的方法有批处理和实时处理。
批处理是一种按照一定的时间间隔或条件来处理数据的方法。
它适用于大量数据的离线处理，例如每天对销售数据进行统计分析。
实时处理则是一种即时处理数据的方法，适用于对数据要求实时性较高的场景，例如金融交易系统。
此外，数据存储和处理还涉及到数据安全性和隐私保护。
数据的备份和加密是常用的保护手段，可以防止数据丢失和非法访问。
结论数据存储和处理是现代科技和信息时代的基础知识之一。
了解数据存储介质、存储结构和处理方法，以及数据的安全性和隐私保护，对于数据工程师和数据科学家来说至关重要。
只有掌握了这些基础知识，才能更好地处理和利用大量的数据资源，为科学研究和商业决策提供有力的支持。
《计算机电路基础(第二版)》-第12章 数字信息采集与处理
X
X
i 0
i
2
2．分辨率 DAC电路所能分辨的最小电压（此时输入的 数字代码只有最低有效位为1，其余各位是0 ）与最大输出电压（此时输入数字代码所有 各位是1）之比称为分辨率，它是DAC的重要 参数之一。例如n位D/A转换器的分辨率为
VLSE/VMAX=1/(2n-1)
其中，VLSE 为最小输出电压，VMAX 为最大输出电 压；n为输入数字量的位数。 由上式可知，分辨率的大小仅决定于输入二进制 数字量的位数，因此通常由DAC的位数n来表 示分辨率。当输出模拟电压的最大值一定时 ，DAC输入二进制数字量的位数n越多，VLSE 越小，即分辨率能力越高。
VREF I 2R S3 I/2 R I/2 S2 2R I/4 R I/4 2R S1 I/8 R I/8 2R So I/16 2R RF =R IF Uo
I/16
i01
A
D3 D2 D1 图 12-7 D0 i02
倒 T 型电阻网络的转换原理图
由图12-7可以看出，此DAC由R、2R两种阻值的电阻构成的倒T型电阻网络、模拟开关、运算放大 电器组成。应用运放虚地的概念，可知所有开关Si下端均接地，组成一个特殊的网络，即每个节 点处以左的等效电阻均为2R。由上分析可知，从基准器电压VREF输出的总电流是固定的即：I = VREF/R。 电流I每经一个节点，等分为两路输出，流过每一支路2R的电流依次为I/2、I/4、I/8和I/16。当输 入数码Di为高电平时，则该支路2R中的电流流入运算放大器的反相输入端，当Di为低电平时，则 该支路2R中的电流到地。因此输出电流io1和各支路电流的关系为
Y S T[D0 ( A1 A0 ) D1( A1 A0 ) D2 ( A1 A0 ) D3 ( A1 A0 )]
第三章数据采集与处理文档全文免费阅读、在线看
波器的截止频率越低，滤出的电压纹波较小。
由于大的时间常数及高精度的RC电路不易制作，所以硬 件RC 滤波器不可能对极低频率的信号进行滤波。为此可 以模仿硬件RC滤波器的特性参数，用软件做成低通数字 滤波器，从而实现一阶惯性的数字滤波。
离散化可得：
整理得：
——1 线性标度转换
线性标度变换是最常用的标度变换方式，其前提条 件是传感器的输出信号与被测参数之间呈线性关系。
线性标度变换
数字量Nx对应的工程量Ax的线性标度变换公式为：
式中： A0——一次测量仪表的下限（测量范围最小值）； Am——一次测量仪表的上限（测量范围最大值）； Ax——实际测量值(工程量)； N0——仪表下限所对应的数字量； Nm——仪表上限所对应的数字量； Nx——实际测量值所对应的数字量。
上式为线性标度变换的通用公式，其中A0，Am，N0， Nm对某一个具体的被测参数与输入通道来说都是常数， 不同的参数有着不同的值。为使程序设计简单，一般 把一次测量仪表的下限A0所对应的A/D转换值置为0， 即N0=0。这样上式可写成：
在很多测量系统中，仪表下限值A0=0，此时进一步简 化为：
在控制系统的模拟量输入通道中，一般存在传感器温度 漂移、放大器等器件的零点偏移的现象，这些都会造成 误差，从而影响测量数据的准确性，这些误差称为系统 误差。 特点：在一定的测量条件下，其变化规律是可以掌握的 产生误差的原因一般也是知道的。因此，原则上讲，系 统误差是可以通过适当的技术途径来确定并加以校正的 方法：一般采用软件程序进行处理，对系统误差进行自 动校准。
常用的数据采集与处理技术方法包括：误差校 正、数字滤波、标度变换，越限报警等。
数据处理一般包括三方面内容：
1.3数据采集与编码（二） 课件 2021—2022学年浙教版（2019）信息技术必修1
• 存 储 256 色 彩 色 ( 或 256 级 灰 度 ) 图 像 的 一 个 像 素 需 要
( 8 ) bit
• 存储24位真彩色图像的一个像素需要( 24 ) bit 未经压缩的BMP图像存储容量=
水平像素*垂直像素*每个像素所需的位数/8（B）
A.61H B.62H C.63H D.64H
1.字符编码——汉字编码（外码、交换码、机内码、字形码）
早期的GB2312字符集规定：一个汉字用两个字节表示。
ASCII码占一个字节，GB2312字符占两个字节, 一般来说，汉字内码以字母开头，ASCII码以数字开头。 编码是人为的，可以有各种各样的编码方案，但为了便于信息的交换，必须采用标准化编码。
Unicode（万国码）是计算机科学领域里的一项业界标准,包括字符集、编码方案 等。满足了跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。
练习5. 用UltraEdit软件观察字符内码，结果如下图所示：
则其中内码“32 30”表示的字符为（ B ）
（A）2010
（B）20
（C）10
（D）假
练习6.用UltraEdit软件观察字符内码，结果如下图所示：
图像分辨率
图像分辨率是指单位面积（或长度）的像素数。其单位是DPI
（dots per inch），意思是每英寸上的像素数。
分辨率为 72 dpi
分辨率为300 dpi
分辨率越高，图像显示越清晰。
思考：矢量图的质量和分辨率有关吗？
图像数字化
图像的存储容量 • 存储黑白两色图像的一个像素需要( 1 ) bit
4.使用UltraEdit软件观察字符内码，结果如下图所示，则字符“Asia”的内码为
大数据采集与存储智慧树知到课后章节答案2023年下山东交通学院
大数据采集与存储智慧树知到课后章节答案2023年下山东交通学院山东交通学院第一章测试1.关系模式学生信息（学号，姓名，年龄，性别，籍贯），其中的主键是（）A:姓名B:性别C:年龄D:学号答案:学号2.Oracle是一个开源、免费的中小型关系型数据库管理系统。
（）A:错 B:对答案:错3.NoSQL的全称是（）A:No SqlB:Not SqlC:其余选项都不是D:Not Only Sql答案:Not Only Sql4.键值数据库，是基于key-value模式，它使用简单的键值方法来存储数据。
（）A:对 B:错答案:对5.（）是最原始的SQL On Hadoop的解决方案，它是基于Hadoop实现的分布式数据仓库。
A:HadoopB:HiveC:ZooKeeperD:Hbase答案:Hive6.图数据库，以“图”数据结构存储和查询数据，使用节点表示数据模型中的实体，节点之间的边表示实体之间的关系。
（）A:错 B:对答案:对第二章测试1.关于数据模型，下列说法正确的是（）。
A:数据模型的三要素是数据结构、数据操作和数据完整性约束B:数据操作是对数据库静态特性的描述。
C:3种基本数据模型有图形模型、层次模型和关系模型D:数据模型是对数据库动态特性的描述。
答案:数据模型的三要素是数据结构、数据操作和数据完整性约束2.关于学生关系，下列哪一个属性适合作为候选码（）。
A:学号。
B:性别C:班级D:年龄。
答案:学号。
3.有学生表Student(S# char(8), Sname char(10), Ssex char(2), Sage integer, D#char(2), Sclass char(6))。
要检索学生表中“所有年龄小于等于19岁的学生的年龄及姓名”，SQL语句正确的是（）A:Select Sname From Student Where Sage ＜= 19B:Select * From Student Where Sage ＜= 19C:Select Sage, Sname From Student Where Sage ＜= 19D:Select Sage, Sname From Student答案:Select Sage, Sname From Student Where Sage ＜= 194.有学生表Student(S# char(8), Sname char(10), Ssex char(2),Sage integer, D#char(2), Sclass char(6))。
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*11.1半导体存储器 *11.2采样和保持电路 11.3 数模转换电路 11.4 模数转换电路
*11.1半导体存储器
半导体存储器分类：
按功能
顺序存取存储器（sAM） 只读存储器（ROM） 随机存取存储器（RAM）
按元件
双极型存储器:速度快，功耗大。 MOS型存储器：速度较慢， 功耗小，集成度高。
+ +
uo
S0
S1
S2
S3
1
01
01
01
0
UR
RF
R
R
R
2R
I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
∞ －
+ +
uo
UR
UR
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UR
RF
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R
R
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I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
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+ +
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UR
UR
UR
UR
RF
IΣ
∞
－
R U
+ +
uo
U UR UR UR UR
2 4 8 16
....21n
d0）
例 设 UR 10V ，试分别求出二进制数1010和 1111相对应的模拟输出量。
例11-1 用简化的ROM存储矩阵设计全加器。
解： 首先列出真值表
逻辑函数表达式
Si Ai BiCi 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai BiCi 1
Ci Ai BiCi 1 Ai BiCi 1 Ai Bi Ci 1 Ai BiCi 1
存储器的简化矩阵阵列图如图所示。
由双极型晶体管和MOS型场效应管构成的存储矩 阵分别如图所示。
11.3.1 D/A转换器的基本原理
一个n位二进制数可表示为 D dn 1dn 2 d1d0
其最高位到最低的权依此为 2n 1, 2n 2 , 21, 20
数–模转换（D/A转换器）的基本思想： 由于构成数字代码的每一位都有一定的
“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须 将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然 后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量 成正比的模拟量，这就是构成D/A转换器的基本思 想。
一次编程只读存储器PROM 结构示意图
11.1.2 随机存取存储器(RAM)
11.1.2.1 RAM的基本结构和工作原理
1．存储矩阵 存储矩阵：由存储单元(即位)构成，一个存储单元 存储一位二进制数码“1”或“0”。存储器是以字 为单位进行存储的。
存储容量 — 存储器含存储单元的总个(位)数。
2．字扩展（地址扩展）
字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入 端CS来实现。
如 将1024 4的RAM扩展为4K×4位的RAM
*11.2 采样和保持电路
采样和保持电路的任务是当输入信号变化较快时，要求输出 信号能快速而准确的跟随输入信号的变化进行间隔采样，在 两次采样之间保持上一次采样结束时的状态，
11.3 数模转换电路
模数与数模转换器是计算机与外部设备的重要 接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。
传感器
模
数
拟 ADC 字
模拟控制
信
信
号 DAC 号
数字计算机 数字控制
将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器 (简称A/D转换器或ADC)；
将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器 (简称D/A转换器或DAC)
D0 W3
D1 W0 W1 W2
D2 W1 W2 W3 D3 W1 W2
把W0～W3与输入地址码A1A0关系代入有
D3 A1A0 A1A0
D1 A1A0 A1A0
D2 A1A0 A1A0 A1A0
A1 A0
D0 A1 A0
在绘制中、大规模集成电路的逻辑图时,为了方便 起见常用如图11-3所示的简化画法,有二极管的存 储单元用一黑点表示。
11.3.2 倒T形电阻网络D/A转换 器
RF
LSB d0
d1
d2 MSB d3
R
R
RA
I∞
Σ
－
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
+ +
uo
S0
S1
S2
S3
1
01
01
01
0
UR
RF
LSB d0
d1
d2 MSB d3
R
R
RA
I∞
Σ
－
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
2．地址译码 地址译码电路的功能是实现字的选择，每输入一 组地址码就选择出一个字，只能对选择出的这个 字进行读操作或写操作。
存储容量 = 字数（word） 位数（bit）
3．读/写控制电路与片选控制电路
读/写控制电路用于对电路的工作状态进行控制。 当R/W=1时，执行读操作，R/W=0时，执行写操作。 4．片选控制
当CS=0时，选中该片RAM工作， CS=1时该片 RAM不工作。
如图所示电路是一个1024×4位RAM的实例—2l14 的结构框图。
11.1.2.2 RAM容量的扩展 1．位扩展（字长扩展）
地址线、读/写控制线、片选线并联 输入/ 输出线分开使用
如用 2 片 1024 4 位 RAM 扩展为 1024 8 位 RAM
如图所示电路为采样保持电路的原理图和输出波形, 采样保 持电路由运算放大器、保持电容C和开关S组成。
合理的采样频率由采样定理确定。
采样定理：设采样信号S(t)的频率为fs，输入模拟信I(t) 的最高频率分量的频率为fimax，则 fs ≥ 2fimax
如图所示电路是集成采样—保持电路LF198的电路原理图及 符号。
U UR UR UR UR 2 4 8 16
总电流
I
U R
U R（1 R2
1 22
1 23
1 24
）
UR（d3 d2 d1 d0 ）
RF
R 2 22 23 24
IΣ
∞
输出电压 uo I RF
－
+
u
R
+
U R RF（d3 R2
d2 22
d1 23
d0 24
）U
URR2R4F（23 d3 22 d2 21d1 20 d0）
当RF=R时,上式可表示为 uo U24R（23 d3 22 d2 21d1 20 d0）
如果是n位D/A转换器,当RF=R时,输出模拟电压值可 表示为
uo U2nR（2n1dn1 2n2 dn2 2n3 dn3 ....20 d0）
uo
U（R
1 2
dn1
1 4
dn2
1 8
d
n3
11.1.1 只读存储器ROM
11.1.1.1 ROM的电路结构
图11-1 ROM的结构图
ROM矩阵的容量=字数×位数=2n×M
11.1.1.2 ROM的工作原理
W0～W3四条字线表达式为
W0 A1 A0
W2 A1 A0
W1 A1 A0
W3 A1 A0
输出D3D2D1D0与地址译码器输出 端字线W0～W3的逻辑关系为