附录一GIS的计算机基础 导读:本章讲述了掌握GIS功能所需要的计算机基础知识,包括 1)计算机组成原理:简单概述了计算机的发展历史,介绍了计算机的硬件组成,重 点是各种输入输岀设备,这是GS数据录入和制图输出所必需的,此外,虛拟现实 设备—包括数字手套、头盔显示器的介绍将有助于理解数字地球部分的虚拟现实 技术 2)数据库知识:介绍了数据库,数据库管理系统的基本概念以及层次、网状、关系 三种数据模型,并针对关系数据库讲述了其基本操作和SQL 3)数据结构和算法∶介绍了数据结构的基本概念,以及对于GIS软件实现非常重 要的两种数据结构—树和图,最后给岀了算法的定义以及算法效率的衡量指标, 可以作为GIS算法设计的指导 1.计算机组成原理 1.1计算机发展历史和展望 电子计算机的发展应该追溯到第二次世界大战期间,由于当时急需高速、精确的工具来 解决弹道计算问题,1943年4月,宾夕法尼亚大学摩尔电工学院开始试制一台被称为ENAC ( Electronic Numerical Integrator and Computer)的电子数字计算机,并于1946年2月15日 制造出了这台机器。1946年6月诺伊曼( Neumann)等发表了一份《关于电子计算装置逻辑 结构初探》的报告,这份报告,提出了以二进制和程序存储控制为核心的通用电子数字计算 机体系结构原理,奠定了电子数字计算机体系结构的基础,从此翻开了计算机发展的新篇章 在电子计算机问世后,它所采用的基本电子元器件已经经历了电子管一一晶体管一一集 成电路—一大规模集成电路四个发展阶段,通常称为计算机的四代(图A1-1) 1)电子管计算机时代,从1946年到1958年左右。这代计算机因采用电子管而体积大 耗电多,运算速度低,存贮容量小,可靠性差。虽然这个时期的计算机原始而笨重,但却确 立了计算机发展的技术基础,例如,二进制、自动计算及程序设计等。 2)晶体管计算机时代,约为1958~1964年。这代计算机比第一代计算机的性能提高了 数十倍。软件配置开始出现,一些高级程序设计语言相继问世,外围设备配置也由几种增加
附录一 GIS 的计算机基础 导读：本章讲述了掌握 GIS 功能所需要的计算机基础知识，包括： 1）计算机组成原理：简单概述了计算机的发展历史，介绍了计算机的硬件组成，重 点是各种输入/输出设备，这是 GIS 数据录入和制图输出所必需的，此外，虚拟现实 设备——包括数字手套、头盔显示器的介绍将有助于理解数字地球部分的虚拟现实 技术。 2）数据库知识：介绍了数据库，数据库管理系统的基本概念以及层次、网状、关系 三种数据模型，并针对关系数据库讲述了其基本操作和 SQL。 3）数据结构和算法：介绍了数据结构的基本概念，以及对于 GIS 软件实现非常重 要的两种数据结构——树和图，最后给出了算法的定义以及算法效率的衡量指标， 可以作为 GIS 算法设计的指导。 1．计算机组成原理 1．1 计算机发展历史和展望 电子计算机的发展应该追溯到第二次世界大战期间，由于当时急需高速、精确的工具来 解决弹道计算问题，1943 年 4 月，宾夕法尼亚大学摩尔电工学院开始试制一台被称为 ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Computer）的电子数字计算机，并于 1946 年 2 月 15 日 制造出了这台机器。1946 年 6 月诺伊曼（Neumann）等发表了一份《关于电子计算装置逻辑 结构初探》的报告，这份报告，提出了以二进制和程序存储控制为核心的通用电子数字计算 机体系结构原理，奠定了电子数字计算机体系结构的基础，从此翻开了计算机发展的新篇章。 在电子计算机问世后，它所采用的基本电子元器件已经经历了电子管——晶体管——集 成电路——大规模集成电路四个发展阶段，通常称为计算机的四代（图 A1-1）。 1）电子管计算机时代，从 1946 年到 1958 年左右。这代计算机因采用电子管而体积大， 耗电多，运算速度低，存贮容量小，可靠性差。虽然这个时期的计算机原始而笨重，但却确 立了计算机发展的技术基础，例如，二进制、自动计算及程序设计等。 2）晶体管计算机时代，约为 1958～1964 年。这代计算机比第一代计算机的性能提高了 数十倍。软件配置开始出现，一些高级程序设计语言相继问世，外围设备配置也由几种增加
到十几种。除科学计算外,开始了数据处理和工业控制等方面的应用。 3)集成电路( IC. Integrated Circuit)计算机时代,约从1964年到1970年。这代计算机 主要由中、小规模集成电路组成。这种电路器件是在一块几平方毫米的芯片上集成了几十个 到几百个电子元件,使计算机的体积和耗电有了显著减小;而计算速度和存贮容量有较大提 高,可靠性也大大提高,计算机软件配置进一步完善:有了操作系统,系统结构方面有了很 大的改进。计算机机种多样化、系列化,并和通讯技术结合起来,使计算机应用进入许多科 学技术领域 4)大规模集成( LSI. Large Scale Integration)电路计算机时代,从0年代开始到现在。 大规模集成电路是在一块几平方毫米的半导体芯片上集成上千个到十万个电子元件,使得计 算机体积更小,耗电更少,运算速度提高到每秒几百万次。计算机可靠性也进一步提高。 七十年代初,出现了微处理器。它是把计算机的运算器、控制器制作在一片大规模集成 电路芯片上,从而可以把处理器和半导体存贮器芯片以及外围接口电路芯片等组装在一起构 成微型计算机。微型机体积小,价格便宜,灵活性大,使得计算机应用迅速发展,开始了个 人用计算机的时代 目前,计算机技术正在继续向巨型、微型、网络和人工智能等几个方向发展 1)为满足尖端科学研究的需要,还必须发展高速、大存贮容量和强功能的巨型机: 2)计算机另一个发展方向是要研制价格低廉、使用灵活方便的微型机,以适应各种应 用领域 3)计算机网络是计算机的又一发展方向,计算机网络提高了计算机系统资源,特别是 信息资源的综合利用,把分布在许多地区的计算机系统,特别是分布在各地的信息资源联结 在一起,组成一个规模更大、功能更强、可靠性更高的信息综合处理系统。 4)美国、日本等国正在硏制第五代“智能”计算机,它不是注重数学运算,而是注重 于逻辑推理或模拟人的“智能”。 手工时代 机械时代 500紀元16211541 筹轰 电子计算机 F+零学一潘装图 生物计算机 1971137919 I BM7000 IB360Inte14004IBM4300光学花片阿得拉受 十算实验 图A1-1:计算工具的发展概况 1.2计算机的基本组成 按照诺伊曼理论建立起来的当代计算机,应当具有输入/输出功能、存储记忆功能、计 算功能、判断功能和自我管理功能。从功能模拟的角度, Neumann计算机通常由与上述功能 对应的功能部件组成,这些部件主要包括输入/输出设备、存储器和中央处理单元 (CPU, Central Processing Unit)。它们之间的关系如图A1-2所示
到十几种。除科学计算外，开始了数据处理和工业控制等方面的应用。 3）集成电路（IC,Integrated Circuit）计算机时代，约从 1964 年到 1970 年。这代计算机 主要由中、小规模集成电路组成。这种电路器件是在一块几平方毫米的芯片上集成了几十个 到几百个电子元件，使计算机的体积和耗电有了显著减小；而计算速度和存贮容量有较大提 高，可靠性也大大提高，计算机软件配置进一步完善；有了操作系统，系统结构方面有了很 大的改进。计算机机种多样化、系列化，并和通讯技术结合起来，使计算机应用进入许多科 学技术领域。 4）大规模集成（LSI,Large Scale Integration）电路计算机时代，从 70 年代开始到现在。 大规模集成电路是在一块几平方毫米的半导体芯片上集成上千个到十万个电子元件，使得计 算机体积更小，耗电更少，运算速度提高到每秒几百万次。计算机可靠性也进一步提高。 七十年代初，出现了微处理器。它是把计算机的运算器、控制器制作在一片大规模集成 电路芯片上，从而可以把处理器和半导体存贮器芯片以及外围接口电路芯片等组装在一起构 成微型计算机。微型机体积小，价格便宜，灵活性大，使得计算机应用迅速发展，开始了个 人用计算机的时代。 目前，计算机技术正在继续向巨型、微型、网络和人工智能等几个方向发展： 1）为满足尖端科学研究的需要，还必须发展高速、大存贮容量和强功能的巨型机； 2）计算机另一个发展方向是要研制价格低廉、使用灵活方便的微型机，以适应各种应 用领域。 3）计算机网络是计算机的又一发展方向，计算机网络提高了计算机系统资源，特别是 信息资源的综合利用，把分布在许多地区的计算机系统，特别是分布在各地的信息资源联结 在一起，组成一个规模更大、功能更强、可靠性更高的信息综合处理系统。 4）美国、日本等国正在研制第五代“智能”计算机，它不是注重数学运算，而是注重 于逻辑推理或模拟人的“智能”。 图 A1-1：计算工具的发展概况 1．2 计算机的基本组成 按照诺伊曼理论建立起来的当代计算机，应当具有输入/输出功能、存储记忆功能、计 算功能、判断功能和自我管理功能。从功能模拟的角度，Neumann 计算机通常由与上述功能 对应的功能部件组成，这些部件主要包括输入/输出设备、存储器和中央处理单元 （CPU,Central Processing Unit）。它们之间的关系如图 A1-2 所示
程序 原始数据一输人 控制器 输出 运算器 存储器 结果 设备 图A1-2:计算机组成框图 1)输入/输出(I/0)设备 输入输出设备是接收外部信息(如输入原始数据和程序)或用来向外部输出信息(如计 算结果)的功能部件,包括打印机、显示器、键盘、磁带机、扫描仪、鼠标器、光笔、触摸 屏、条形码阅读器等。 2)中央处理单元(CPU, Central Processing Unit) CPU是计算机的核心,它主要由运算部件、控制器、寄存器组所组成: (2.1)控制器 控制器的主要功能是按时钟提供的统一节拍,把程序中每一条指令所含的各基本操作进 行时序分配,并发出相应的控制信号,驱动各部件按照节拍有秩序地完成程序规定的操作内 (2.2)运算部件(ALU 运算部件是直接进行数据变换与运算的部件。运算部件主要由逻辑电路构成的加法器组 成。加法与逻辑运算是运算器最基本的操作,由它们可以进一步实现四则运算(加、减、乘、 除)和逻辑操作(逻辑运算、条件运算等)。 (2.3)寄存器组 运算部件进行计算需要输入两个操作数,并产生两个输出:结果和运算特征。运算特征 也称运算状态,如操作结果是否为零、是正还是负、有无进位、操作是加还是减等等,取得 这些操作特征的目的是为了决定下一步的操作。 3)存储器 存储器是计算机的记忆装置,用以保存程序、原始数据以及中间结果。目前,计算机基 本上采用线性地址存取方式。每一个地址对应一个存储单元,存储单元可以按位(bit)或 按字节(8bit)、字(16bit)、半字(8bit)、双字(32bit)等编址。在按字节编址的情况 下,每个存储单元存储一个字节(1Byte)信息 存储器中存储单元的数量称为该存储器的容量,它是评价计算机功能的重要指标之 存储器容量愈大,所能存储的信息就越多,可处理的问题的复杂度就越高。容量、价格、存 取速度是评价计算机存储器的三大指标。但三者之间又互相制约:容量大,存取速度就要低 采用存取速度高的元件,成本就高:成本高,就不允许做得容量太大。为此,通常采用分级 存储方式来解决这三者之间的矛盾。最基本的分级存储结构是两级存储,即把存储器分为主 (内)存储器与辅助(外)存储器两级。主存储器采用半导体存储器,辅助存储器采用磁介 质存储器。磁盘就是广泛使用的一种辅助存储器。为了进一步提高计算机的性能,在主存和 CPU之间又增加一级比主存速度更高的高速缓冲存储器 Cache,形成三级存储体系 1.3存储系统 早期的诺伊曼计算机是以运算器为中心的,系统内各部件间的信息传送都要经过运算 器。随着计算机应用的深入和外部设备的发展,内存与外存等外部设备之间的信息交换日益 频繁,为适应这一情况,形成以存储器为中心的系统结构,主存同外部设备之间的信息交换 不再通过运算器。共享主存的多处理机的出现,更加强了存储器作为计算机系统的中心地位
图 A1-2：计算机组成框图 1）输入/输出（I/O）设备 输入输出设备是接收外部信息（如输入原始数据和程序）或用来向外部输出信息（如计 算结果）的功能部件，包括打印机、显示器、键盘、磁带机、扫描仪、鼠标器、光笔、触摸 屏、条形码阅读器等。 2）中央处理单元（CPU,Central Processing Unit） CPU 是计算机的核心，它主要由运算部件、控制器、寄存器组所组成： （2．l）控制器 控制器的主要功能是按时钟提供的统一节拍，把程序中每一条指令所含的各基本操作进 行时序分配，并发出相应的控制信号，驱动各部件按照节拍有秩序地完成程序规定的操作内 容。 （2．2）运算部件（ALU） 运算部件是直接进行数据变换与运算的部件。运算部件主要由逻辑电路构成的加法器组 成。加法与逻辑运算是运算器最基本的操作，由它们可以进一步实现四则运算（加、减、乘、 除）和逻辑操作（逻辑运算、条件运算等）。 （2．3）寄存器组 运算部件进行计算需要输入两个操作数，并产生两个输出：结果和运算特征。运算特征 也称运算状态，如操作结果是否为零、是正还是负、有无进位、操作是加还是减等等，取得 这些操作特征的目的是为了决定下一步的操作。 3）存储器 存储器是计算机的记忆装置，用以保存程序、原始数据以及中间结果。目前，计算机基 本上采用线性地址存取方式。每一个地址对应一个存储单元，存储单元可以按位（bit）或 按字节（8bit）、字（16bit）、半字（8bit）、双字（32bit）等编址。在按字节编址的情况 下，每个存储单元存储一个字节（1Byte）信息。 存储器中存储单元的数量称为该存储器的容量，它是评价计算机功能的重要指标之一。 存储器容量愈大，所能存储的信息就越多，可处理的问题的复杂度就越高。容量、价格、存 取速度是评价计算机存储器的三大指标。但三者之间又互相制约：容量大，存取速度就要低； 采用存取速度高的元件，成本就高；成本高，就不允许做得容量太大。为此，通常采用分级 存储方式来解决这三者之间的矛盾。最基本的分级存储结构是两级存储，即把存储器分为主 （内）存储器与辅助（外）存储器两级。主存储器采用半导体存储器，辅助存储器采用磁介 质存储器。磁盘就是广泛使用的一种辅助存储器。为了进一步提高计算机的性能，在主存和 CPU 之间又增加一级比主存速度更高的高速缓冲存储器 Cache，形成三级存储体系。 1．3 存储系统 早期的诺伊曼计算机是以运算器为中心的，系统内各部件间的信息传送都要经过运算 器。随着计算机应用的深入和外部设备的发展，内存与外存等外部设备之间的信息交换日益 频繁，为适应这一情况，形成以存储器为中心的系统结构，主存同外部设备之间的信息交换 不再通过运算器。共享主存的多处理机的出现，更加强了存储器作为计算机系统的中心地位
这时,存储器除了要向一台或多台高速运行的CPU提供所需的指令和数据外,还要同并行工 作的外存及其它外设和终端等设备交换信息。存储系统的特性,已经成为影响整个系统最大 吞吐量的决定性因素。 广义地讲,在一定条件下,物质性质的改变,就是对过程条件的记忆,如果这些物理性 质可检测并且与其相应过程条件之间有确定的一一对应关系,则可用做记忆元件。基于二进 制逻辑的电子计算机所要求的记忆元件应当有两个明确定义的物理状态,以分别表示两个逻 辑值,并且这两个状态可以被检测并转换成电信号。信息的存取速度取决于测量与改变元件 的记忆状态所需的时间,能满足这一要求的物质有机械的、磁的、电子的、光学的、化学的 和生物的等等。 1.3.1主存储器组成 目前,主存储器中所使用的记忆元件是电子的,即半导体的,包括 1)半导体RAM( Random Access Memory)记忆元件 随机存取存储器RAM要求能随机地对存储器中的任何单元进行存取,且与存取的时间和 该单元的物理位置无关。具体地说,它要求元件有如下记忆特性 有两种稳定状态; 在外部信号的激励下,两种稳定状态能进行无限次相互转换 在外部信号激励下,能读出两种稳定状态 可靠地存储 2)半导体ROM(Read0n1 y Memory)记忆元件 RQOM是一种在机器运行过程中只能读出、不能写入信息的无源存储器,是一种非易失性 器件。它所存储的信息是用特殊方式写入的,主要用于存储器经常要用的一些固定信息 3)闪速存储器( Flash memory) 1.3.2辅助存储器 辅助存储器是主存储器的后援存储设备,用以存放当前暂时不用的程序或数据。对辅助 存储器的基本要求是:容量大、成本低、可以脱机保存信息。目前主要有磁读写、光读写两 类,如磁盘、磁带、光盘、光磁盘等 1)软盘存储器 软盘存储器由软磁盘、软盘驱动器、软盘适配器三部分组成。它们是目前个人计算机中 应用最为广泛的一种辅助存储器。 2)硬磁盘存储器 硬磁盘的盘片以铝合金为基体,因而“硬”’但存储原理与软磁盘相同,相对软盘,硬 盘存储器存储容量更大,访问速度更快 3)磁带存储器 磁带存储器是最早应用的磁表面存储器,其特点是存储容量大、价格便宜 4)光盘存储器 由于多媒体的发展,这促使了光盘技术的迅速发展。光盘存储器是把激光束聚焦成1um 左右的微小光点,使之能量高度集中,在记录介质上产生物理或化学变化而存储信息的。读 出时,激光束在介质上扫描,根据反射光的变化判断记录的数据 光盘存储技术记录密度高,存储容量大;可长期(60年~100年)保存信息:成本低廉 易于大量复制;存储密度高,体积小,能自由更换盘片;是很好的大容量存储技术。但是光
这时，存储器除了要向一台或多台高速运行的 CPU 提供所需的指令和数据外，还要同并行工 作的外存及其它外设和终端等设备交换信息。存储系统的特性，已经成为影响整个系统最大 吞吐量的决定性因素。 广义地讲，在一定条件下，物质性质的改变，就是对过程条件的记忆，如果这些物理性 质可检测并且与其相应过程条件之间有确定的一一对应关系，则可用做记忆元件。基于二进 制逻辑的电子计算机所要求的记忆元件应当有两个明确定义的物理状态，以分别表示两个逻 辑值，并且这两个状态可以被检测并转换成电信号。信息的存取速度取决于测量与改变元件 的记忆状态所需的时间，能满足这一要求的物质有机械的、磁的、电子的、光学的、化学的 和生物的等等。 1．3．1 主存储器组成 目前，主存储器中所使用的记忆元件是电子的，即半导体的，包括： 1）半导体 RAM（Random Access Memory）记忆元件 随机存取存储器 RAM 要求能随机地对存储器中的任何单元进行存取，且与存取的时间和 该单元的物理位置无关。具体地说，它要求元件有如下记忆特性。 ⚫ 有两种稳定状态； ⚫ 在外部信号的激励下，两种稳定状态能进行无限次相互转换； ⚫ 在外部信号激励下，能读出两种稳定状态； ⚫ 可靠地存储。 2）半导体 ROM（Read Only Memory）记忆元件 ROM 是一种在机器运行过程中只能读出、不能写入信息的无源存储器，是一种非易失性 器件。它所存储的信息是用特殊方式写入的，主要用于存储器经常要用的一些固定信息。 3）闪速存储器（Flash memory） 1．3．2 辅助存储器 辅助存储器是主存储器的后援存储设备，用以存放当前暂时不用的程序或数据。对辅助 存储器的基本要求是：容量大、成本低、可以脱机保存信息。目前主要有磁读写、光读写两 类，如磁盘、磁带、光盘、光磁盘等。 1）软盘存储器 软盘存储器由软磁盘、软盘驱动器、软盘适配器三部分组成。它们是目前个人计算机中 应用最为广泛的一种辅助存储器。 2）硬磁盘存储器 硬磁盘的盘片以铝合金为基体，因而“硬”，但存储原理与软磁盘相同，相对软盘，硬 盘存储器存储容量更大，访问速度更快。 3）磁带存储器 磁带存储器是最早应用的磁表面存储器，其特点是存储容量大、价格便宜。 4）光盘存储器 由于多媒体的发展，这促使了光盘技术的迅速发展。光盘存储器是把激光束聚焦成 lum 左右的微小光点，使之能量高度集中，在记录介质上产生物理或化学变化而存储信息的。读 出时，激光束在介质上扫描，根据反射光的变化判断记录的数据。 光盘存储技术记录密度高，存储容量大；可长期（60 年～100 年）保存信息；成本低廉， 易于大量复制；存储密度高，体积小，能自由更换盘片；是很好的大容量存储技术。但是光
盘的数据存取速率比磁盘低,目前一般为50~150MB/S,因此还不能完全取代磁盘 5)磁盘阵列RAID RAID( Redundant Arrays of Inexpensive Disk)是并行处理技术在磁盘系统中的应用 它把多台小型的磁盘存储器(或光盘存储器)按一定的条件组织成同步化的阵列,利用类似 于存储器中的多体交叉技术,将数据展开存储在多台磁盘上,提高了数据传输的带宽,并用 冗余技术提高了系统的可靠性。 1.4输入/输出系统 输入/输出系统是计算机主机与外界交换信息时需要的硬、软件设备的总称,简称外设 系统。一般说来,外设系统的硬件由以下几个方面组成,这里主要介绍外部设备 1)外部设备:围绕主机而设置的各种信息媒体转换和传递的设备 2)设备控制器与接口:控制主机与外部设备之间的信息格式、交换过程、外部设备运 行状态的硬、软件,也称设备适配器,它与外部设备的特性有关。 3)I/0总线;主机与外部设备之间的信息传送通路 1.4.1外部设备及其分类 “外部设备”也称为外围设备。它们是指计算机系统中,除主机以外,直接或间接与计 算机交换信息、改变信息媒体或载体形式的装置。从使用的角度,外部设备大致可以分为如 下三类 1)人一一机交互设备 人一机交互设备,就是用户和计算机间交流信息的设备,其功能是把用户可以识别的信 息媒体,转换成计算机可以识别的信息,如键盘、图形扫描仪、摄像机、语言识别器等:或 者把计算机处理的结果信息,转换为用户可以识别的信息媒体,如打印机、显示器、绘图仪、 语音合成器等。 2)机一一机通信设备 机——机通信设备就是一台计算机与其他计算机或别的系统之间通信的设备,如两台相 同型号或不同型号之间的计算机利用电话线路进行通信时,所需的调制解调器( MODEM)以 及用计算机进行实时控制时的数/模(D/A, Analog/ Digital)—一模/数(A/D)转换设备等 3)计算机信息的驻在设备 计算机信息的驻在设备,即计算机的外存储设备,如磁盘、光盘、磁带等。这些已在前 面介绍过了。本节主要偏重于介绍人一一机交互设备 1.4.2字符输入/输出设备 1)键盘 字符输入设备的实质是将要输入的字符转换成相应的0、1码。目前,键盘是最重要的 字符输入设备,键盘的基本组成元件是按键开关,它的种类很多,一般可分为触点式和无触 点式两大类 2)打印设备 打印设备是一种硬拷贝设备,它的作用是将输出信息打印在纸上,产生永久性记录。打 印设备种类繁多,有多种分类方法。按印字原理分类,可以分为
盘的数据存取速率比磁盘低，目前一般为 50～150MB/S，因此还不能完全取代磁盘。 5）磁盘阵列 RAID RAID（Redundant Arrays of Inexpensive Disk）是并行处理技术在磁盘系统中的应用。 它把多台小型的磁盘存储器（或光盘存储器）按一定的条件组织成同步化的阵列，利用类似 于存储器中的多体交叉技术，将数据展开存储在多台磁盘上，提高了数据传输的带宽，并用 冗余技术提高了系统的可靠性。 1．4 输入/输出系统 输入/输出系统是计算机主机与外界交换信息时需要的硬、软件设备的总称，简称外设 系统。一般说来，外设系统的硬件由以下几个方面组成，这里主要介绍外部设备。 1）外部设备：围绕主机而设置的各种信息媒体转换和传递的设备。 2）设备控制器与接口：控制主机与外部设备之间的信息格式、交换过程、外部设备运 行状态的硬、软件，也称设备适配器，它与外部设备的特性有关。 3）I/O 总线；主机与外部设备之间的信息传送通路。 1．4．1 外部设备及其分类 “外部设备”也称为外围设备。它们是指计算机系统中，除主机以外，直接或间接与计 算机交换信息、改变信息媒体或载体形式的装置。从使用的角度，外部设备大致可以分为如 下三类。 1）人——机交互设备 人一机交互设备，就是用户和计算机间交流信息的设备，其功能是把用户可以识别的信 息媒体，转换成计算机可以识别的信息，如键盘、图形扫描仪、摄像机、语言识别器等；或 者把计算机处理的结果信息，转换为用户可以识别的信息媒体，如打印机、显示器、绘图仪、 语音合成器等。 2）机——机通信设备 机——机通信设备就是一台计算机与其他计算机或别的系统之间通信的设备，如两台相 同型号或不同型号之间的计算机利用电话线路进行通信时，所需的调制解调器（MODEM）以 及用计算机进行实时控制时的数/模（D/A，Analog/Digital）——模/数（A/D）转换设备等。 3）计算机信息的驻在设备 计算机信息的驻在设备，即计算机的外存储设备，如磁盘、光盘、磁带等。这些已在前 面介绍过了。本节主要偏重于介绍人——机交互设备。 1．4．2 字符输入/输出设备 1）键盘 字符输入设备的实质是将要输入的字符转换成相应的 0、1 码。目前，键盘是最重要的 字符输入设备，键盘的基本组成元件是按键开关，它的种类很多，一般可分为触点式和无触 点式两大类。 2）打印设备 打印设备是一种硬拷贝设备，它的作用是将输出信息打印在纸上，产生永久性记录。打 印设备种类繁多，有多种分类方法。按印字原理分类，可以分为：
击打式:打印过程打印头要撞击纸。击打式打印机又分为活字式打印和点阵式打印; 非击打式:采用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法印刷字符,打印过程纸不被撞 击。如激光印字机(其技术来自复印机)、喷墨印字机等。 按工作方式可以分为: 串行打印机:逐字打印 行式打印机:一次输出一行。 1.4.3图形/图像设备 1)绘图仪 绘图仪与图形显示器相似而又不同,不同处在于它是输出永久性图形的设备,而图形显 示器是输出过程图形的设备,并且它们的结构元件不同:相似之处在于,它们形成图形的原 理相似,即按形成图形的元素,绘图仪也可以分为向量绘图仪和点阵绘图仪两类 (1)向量绘图仪 向量绘图仪,又称笔绘图仪,构成向量图形的基本元素是直线段 (2)点阵绘图仪 点阵绘图仪又称无笔绘图仪,组成点阵图形的基本元素是点,或称象素。属于点阵绘图 机的有静电绘图仪、喷墨绘图仪、热敏绘图仪和激光绘图仪等。 2)摄象机和扫描仪 (1)摄象机 摄象机是最直接的图像输入设备,它能把所摄图像经数字量化后变成数字图像存人磁 带、磁盘或光盘,以备放映 (2)扫描仪 扫描仪是能够全面而快速输入数据、文字和图形以及图像的输入设备。扫描仪从结构原 理上可分为两大类,一类是CCD作为光敏元件,另一类是以光导纤维作为光的传导元件。在 地理信息系统数据录入中,通过扫描仪得到图像数据,然后进行跟踪矢量化,是快速获取数 据的重要手段 1.4.4定位及拾取设备 定位/拾取设备通过指点来读取(位于屏幕或图表、图形上的)坐标,以画出或修改图 形。按所拾取的坐标分为两类:拾取绝对坐标,如光笔和数字化仪;拾取相对坐标,如鼠标 器、跟踪球、操纵杆等。 1)光笔 光笔是一种输入设备,用来检测信号,因为外形像支笔,所以叫光笔。其前端装有光敏 器件,后端用导线接到计算机上。当光敏端的笔尖接触屏幕时,产生的光电信号向计算机发 出中断脉冲信号,此瞬间显示存储器的地址就是光笔所指位置,计算机按操作人员的命令作 出响应或画图、编辑和修改 2)触摸屏 触模屏是一种能对物体的接触或靠近产生反应的定位设备。根据采用技术之不同,触摸 屏分为五类:电阻式、电容式、表面超声波式、扫描红外线式和压感式 3)数字化仪 在大量GIS应用中,一个至关重要的任务就是要把若干图形输入计算机中去。计算机不 能直接识别这些图形,必须数字化即将其坐标输入到计算机。专门实现这一功能的计算机外
⚫ 击打式：打印过程打印头要撞击纸。击打式打印机又分为活字式打印和点阵式打印； ⚫ 非击打式：采用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法印刷字符，打印过程纸不被撞 击。如激光印字机（其技术来自复印机）、喷墨印字机等。 按工作方式可以分为： ⚫ 串行打印机：逐字打印； ⚫ 行式打印机：一次输出一行。 1．4．3 图形/图像设备 1）绘图仪 绘图仪与图形显示器相似而又不同，不同处在于它是输出永久性图形的设备，而图形显 示器是输出过程图形的设备，并且它们的结构元件不同；相似之处在于，它们形成图形的原 理相似，即按形成图形的元素，绘图仪也可以分为向量绘图仪和点阵绘图仪两类。 （1）向量绘图仪 向量绘图仪，又称笔绘图仪，构成向量图形的基本元素是直线段。 （2）点阵绘图仪 点阵绘图仪又称无笔绘图仪，组成点阵图形的基本元素是点，或称象素。属于点阵绘图 机的有静电绘图仪、喷墨绘图仪、热敏绘图仪和激光绘图仪等。 2）摄象机和扫描仪 （l）摄象机 摄象机是最直接的图像输入设备，它能把所摄图像经数字量化后变成数字图像存人磁 带、磁盘或光盘，以备放映。 （2）扫描仪 扫描仪是能够全面而快速输入数据、文字和图形以及图像的输入设备。扫描仪从结构原 理上可分为两大类，一类是 CCD 作为光敏元件，另一类是以光导纤维作为光的传导元件。在 地理信息系统数据录入中，通过扫描仪得到图像数据，然后进行跟踪矢量化，是快速获取数 据的重要手段。 1．4．4 定位及拾取设备 定位/拾取设备通过指点来读取（位于屏幕或图表、图形上的）坐标，以画出或修改图 形。按所拾取的坐标分为两类：拾取绝对坐标，如光笔和数字化仪；拾取相对坐标，如鼠标 器、跟踪球、操纵杆等。 1）光笔 光笔是一种输入设备，用来检测信号，因为外形像支笔，所以叫光笔。其前端装有光敏 器件，后端用导线接到计算机上。当光敏端的笔尖接触屏幕时，产生的光电信号向计算机发 出中断脉冲信号，此瞬间显示存储器的地址就是光笔所指位置，计算机按操作人员的命令作 出响应或画图、编辑和修改。 2）触摸屏 触模屏是一种能对物体的接触或靠近产生反应的定位设备。根据采用技术之不同，触摸 屏分为五类：电阻式、电容式、表面超声波式、扫描红外线式和压感式。 3）数字化仪 在大量 GIS 应用中，一个至关重要的任务就是要把若干图形输入计算机中去。计算机不 能直接识别这些图形，必须数字化即将其坐标输入到计算机。专门实现这一功能的计算机外
部设备叫数字化仪。即所谓数字化仪是指专门用来读取图形信息的计算机输入装置 数字化仪设备比较简单,一般由两部分组成,第一部分是感应板部分(又叫画图板 Drawing board,但叫感应板比较确切),第二部分是点设备( Pointing devices)又叫传送 器或者游标。对于立式的数字化仪还有一个底座,是为了架感应板用的。 数字化仪是计算机图形系统的输入设备。当画笔接触到其图形板上的某一位置时,会将 画笔位置的坐标转换为二进制的数字量,输入计算机,随着画笔的运动,可以把一个图形输 入到计算机中 数字化仪的种类较多,按测量坐标的原理,大体上可分为机电式、超声波式、磁致伸缩 式和电磁感应式四种,其中电磁感应式是目前最常见的数字化仪。 4)鼠标器、跟踪球和操纵杆 鼠标器、跟踪球(也称轨迹球)和操纵杆,是与屏幕相配合拾取光标的相位坐标的输入 1.4.5虚拟现实设备 一个虚拟现实系统,可以分解为三个独立的、但又相互联系的感觉引导子系统,即视觉 子系统、听觉子系统和触觉动觉子系统。这三个子系统由虚拟环境产生器进行控制、协调, 如图A1-3所示 听觉子系统 虚拟环境产生 数据 头及眼跟踪 视觉子系统 图形、图象 手跟踪 触觉动觉子系统 数据 图A1-3:VR系统一般组成 1)虚拟环境产生器 虚拟环境产生器实质上是一个包括虚拟世界数据库的高性能计算机系统。该数据库包含 了虚拟环境中对象的描述以及对象的运动、行为及碰撞作用等性质的描述。虚拟环境产生器 的另一作用是生产图像。这些图像的生成必须在最短的时间延迟内考虑参与者头部的位置和 方向。虚拟环境产生器内的任何通信延迟都必将表现为视觉的滞后。如果这种滞后可以感知 在某种条件下就会使参与者产生晕眩的感觉。 2)触觉动觉子系统 为了增强虚拟环境中身临其境的感觉,必须给参与者提供一些诸如触觉等方面的生理反 馈,触觉反馈是指R系统必须提供所能接触到的物体的触觉刺激,如物体表面纹理或甚至 包括触摸的感觉等。参与者感觉到物体的表面纹理等时,同时也感觉到运动阻力。当然,毫 无疑问R系统中的触觉/动觉反馈是很难实现的。一旦实现,将极大地增强虚拟存在的感受 目前触觉/动觉系统中一个重要的部分是手跟踪和手势跟踪。它的一个已经实用化的设备是 3维传感器 (手的动作和位置) 优化的光纤电缆 数据手套膜 光纤电缆末端
部设备叫数字化仪。即所谓数字化仪是指专门用来读取图形信息的计算机输入装置。 数字化仪设备比较简单，一般由两部分组成，第一部分是感应板部分（又叫画图板 Drawing Board，但叫感应板比较确切），第二部分是点设备（Pointing devices）又叫传送 器或者游标。对于立式的数字化仪还有一个底座，是为了架感应板用的。 数字化仪是计算机图形系统的输入设备。当画笔接触到其图形板上的某一位置时，会将 画笔位置的坐标转换为二进制的数字量，输入计算机，随着画笔的运动，可以把一个图形输 入到计算机中。 数字化仪的种类较多，按测量坐标的原理，大体上可分为机电式、超声波式、磁致伸缩 式和电磁感应式四种，其中电磁感应式是目前最常见的数字化仪。 4）鼠标器、跟踪球和操纵杆 鼠标器、跟踪球（也称轨迹球）和操纵杆，是与屏幕相配合拾取光标的相位坐标的输入 设备。 1．4．5 虚拟现实设备 一个虚拟现实系统，可以分解为三个独立的、但又相互联系的感觉引导子系统，即视觉 子系统、听觉子系统和触觉动觉子系统。这三个子系统由虚拟环境产生器进行控制、协调， 如图 A1-3 所示。 听觉子系统 视觉子系统 触觉/动觉子系统 命令 数据 头及眼跟踪 图形、图象 虚 拟 环 境 产 生 器 手跟踪 数据 图 A1-3：VR 系统一般组成 1）虚拟环境产生器 虚拟环境产生器实质上是一个包括虚拟世界数据库的高性能计算机系统。该数据库包含 了虚拟环境中对象的描述以及对象的运动、行为及碰撞作用等性质的描述。虚拟环境产生器 的另一作用是生产图像。这些图像的生成必须在最短的时间延迟内考虑参与者头部的位置和 方向。虚拟环境产生器内的任何通信延迟都必将表现为视觉的滞后。如果这种滞后可以感知， 在某种条件下就会使参与者产生晕眩的感觉。 2）触觉/动觉子系统 为了增强虚拟环境中身临其境的感觉，必须给参与者提供一些诸如触觉等方面的生理反 馈，触觉反馈是指 VR 系统必须提供所能接触到的物体的触觉刺激，如物体表面纹理或甚至 包括触摸的感觉等。参与者感觉到物体的表面纹理等时，同时也感觉到运动阻力。当然，毫 无疑问 VR 系统中的触觉/动觉反馈是很难实现的。一旦实现，将极大地增强虚拟存在的感受。 目前触觉/动觉系统中一个重要的部分是手跟踪和手势跟踪。它的一个已经实用化的设备是
数据手套( Data glove),如图A1-4所示。 图A1-4:数据手套 数据手套的机理主要依靠纤细的光导纤维和光线的直线传播特性。它选用非常适合于屈 伸的材料制成。对每一个指头都有一根光纤从手腕出发,经指尖绕回再到手腕处的光纤;一 端装有光信号源(LED),另一端装有测量光通量的光传感器件。在指关节处光纤表面切 有微小的豁口,当手指弯曲时豁口裂开有光通量漏掉。当人带上手套后手指伸直时,由于光 线的直线传播几乎能获得100%的输出光量,一旦手指弯曲则光量随弯曲程度而衰减。这种 光量的变化,在控制器里由模/数变换器(A/D)转换成数字量,向主计算机传送,并进行计 算、解释 目前,数据手套暂时只能输入手势语言信息,当人情不自禁地去“触摸”或抓放一个物 体时,数据手套便可以把这些手势信息转入(反馈)到虚拟环境产生器中。当然,为了反映 手在“抓摸”时的用力情况,还应有压力反馈,这个问题目前正在解决 3)视觉子系统 视觉是人类用以接收信息的主要器官。目前,VR技术中最重要的一项技术是大视场双 眼体视显示技术 人类的视觉,是一个具有双眼坐标定位功能自然序列:人的两只眼睛同时看到周围世界 的同一个窗口,但由于两眼位置上的差别,在视网膜上各自生成略有差别的图像,这两 个图像通过大脑,被综合成一个含有景物深度的立体图像。VR体视显示技术用以下两种方 案解决这一问题:一种是用两套主机分别计算并驱动对应左右眼的两个显示器;另一种是用 套主机分时地为左右两眼产生相应的图像。 光二极管矩阵 液晶显示器 大视场光学系统 图A1-5:一种头盔式显示器及其分解图 目前,VR显示装置的主流是头盔式显示器。图A1-5为头盔式显示器原理的分解图。当 然,最重要的还是要能在显示屏上产生清晰、逼真的图像。 4)听觉子系统 通常听觉系统也安装在头盔显示器上。听觉子系统主要由声音合成、3D声音定域和语 音识别组成,以给虚拟环境中的用户一个真实的声音环境 (1)声音合成 尽管听觉系统以比视觉系统低得多的频带宽度工作,但人的听觉系统很善于在众多的声 音中挑取特定的声音,作为对视觉摄取信息的补充。因此,在VR系统中加入声音合成装置 是十分必要的。当视觉系统处理某一事件时,听觉系统同时在后台工作 (2)3D声音定域 为造成逼真的声音环境,就要使参与者能通过两耳因位置不同,所接受的声波的时差等, 分辨出声源与自己的相对位置:即使参与者在头部运动时,也能感觉这种声音保持在原处不 变。为了达到这种效果,声音定域系统必须考虑参与者两个“耳廓”的高频滤波特性。参与 者头部的方向对于正确地空间化声音信号是很重要的。因此,虚拟环境产生器要为声音定域
数据手套（Data Glove），如图 A1-4 所示。 图 A1-4：数据手套 数据手套的机理主要依靠纤细的光导纤维和光线的直线传播特性。它选用非常适合于屈 伸的材料制成。对每一个指头都有一根光纤从手腕出发，经指尖绕回再到手腕处的光纤；一 端装有光信号源（LED），另一端装有测量光通量的光传感器件。在指关节处光纤表面切 有微小的豁口，当手指弯曲时豁口裂开有光通量漏掉。当人带上手套后手指伸直时，由于光 线的直线传播几乎能获得 100％的输出光量，一旦手指弯曲则光量随弯曲程度而衰减。这种 光量的变化，在控制器里由模/数变换器（A/D）转换成数字量，向主计算机传送，并进行计 算、解释。 目前，数据手套暂时只能输入手势语言信息，当人情不自禁地去“触摸”或抓放一个物 体时，数据手套便可以把这些手势信息转入（反馈）到虚拟环境产生器中。当然，为了反映 手在“抓摸”时的用力情况，还应有压力反馈，这个问题目前正在解决。 3）视觉子系统 视觉是人类用以接收信息的主要器官。目前，VR 技术中最重要的一项技术是大视场双 眼体视显示技术。 人类的视觉，是一个具有双眼坐标定位功能自然序列：人的两只眼睛同时看到周围世界 的同一个窗口，但由于两眼位置上的差别，在视网膜上各自生成略有差别的图像，这两 个图像通过大脑，被综合成一个含有景物深度的立体图像。VR 体视显示技术用以下两种方 案解决这一问题：一种是用两套主机分别计算并驱动对应左右眼的两个显示器；另一种是用 一套主机分时地为左右两眼产生相应的图像。 图 A1-5：一种头盔式显示器及其分解图 目前，VR 显示装置的主流是头盔式显示器。图 A1-5 为头盔式显示器原理的分解图。当 然，最重要的还是要能在显示屏上产生清晰、逼真的图像。 4）听觉子系统 通常听觉系统也安装在头盔显示器上。听觉子系统主要由声音合成、3D 声音定域和语 音识别组成，以给虚拟环境中的用户一个真实的声音环境。 （l）声音合成 尽管听觉系统以比视觉系统低得多的频带宽度工作，但人的听觉系统很善于在众多的声 音中挑取特定的声音，作为对视觉摄取信息的补充。因此，在 VR 系统中加入声音合成装置 是十分必要的。当视觉系统处理某一事件时，听觉系统同时在后台工作。 （2）3D 声音定域 为造成逼真的声音环境，就要使参与者能通过两耳因位置不同，所接受的声波的时差等， 分辨出声源与自己的相对位置；即使参与者在头部运动时，也能感觉这种声音保持在原处不 变。为了达到这种效果，声音定域系统必须考虑参与者两个“耳廓”的高频滤波特性。参与 者头部的方向对于正确地空间化声音信号是很重要的。因此，虚拟环境产生器要为声音定域
装置提供头部的位置和方向信号。 (3)语音识别 语音识别在输入数据大量时,是非常有效的。 1.4.6调制解调器 目前使用的计算机一般都是数字计算机,即在计算机中处理的是数字信号,而普通电话 线上传输的是音频信号。用普通电话线传输数字信号的效率是很低的。为了能用普通电话线 进行计算机通信,应当把要发送的数字信号先调制( Modulate)成音频信号,送到目的地后 再解调( Demodulate)成数字信号。完成这一功能的设备称为调制解调器 MODEM。由于一台 计算机既要接收信号,又要发送信号,所以调制解调器既有调制功能,又有解调功能。调制 解调器是拨号接入方式下的关键设备。 些新的输入输出设备 随着计算机技术的发展,出现了一些新的、更加方便的输入输出设备,下面是其中的简 单介绍 源数据自动化设备:包括条形码阅读机,磁性墨水字符阅读机(用于支票上的数字) 语音录入:也称为“语音识别”,允许用户通过讲话向系统发出指令 数码相机:可以直接得到数字图像,并由软件进行进一步的处理。 1.5计算机系统性能 全面衡量一台计算机的性能要考虑多种指标,并且对不同的用途所侧重的方面不同。下 面从普遍应用的角度,介绍主要的几种性能指标 1)CPU字长 CPU字长是指CPU一次所能处理的位数。CPU字长越长,表明CPU所能处理的数据的精 度越高,并且影响处理的速度。因为短字长的CPU对较大的数据要通过两次甚至多次运算 实现。目前微型计算机的字长从8位、16位、32位,到64位等。当然CPU字长越长,价格 就越高。为了适应不同的需要,并协调精度与成本,人们还设计了可变字长计算,如半字长、 全字长、双字长等 2)主频率 CPU工作的节拍是由主时钟控制的。主时钟不断地产生固定频率的时钟脉冲,时钟脉冲 的频率就是CPU的主频率。主频率越高,CPU的工作节拍越快。这是影响机器运算速度的重 要参数。 3)主存容量 主存用以直接与CPU交换信息。主存容量大,处理问题的能力就强。同时由于它与外存 之间的信息交换次数少,解题时间效率高。计算机的最大主存容量由CPU的地址总线的根数 决定。地址总线为16条时,CPU的最大寻址范围为64K;地址总线为20条时,CPU的最大 寻址范围为IM。目前,微机地址总线为32条,最大寻址空间为4G。 4)软、硬件配置及性能价格比 软、硬件配置包括外部设备的配备情况,指令系统以及操作系统功能的强弱、界面是否 友好,有无其它支持软件和应用软件等。性能价格比是人们对经济效益的选择,这个值越大 越好 5) RASIS特性
装置提供头部的位置和方向信号。 （3）语音识别 语音识别在输入数据大量时，是非常有效的。 1．4．6 调制解调器 目前使用的计算机一般都是数字计算机，即在计算机中处理的是数字信号，而普通电话 线上传输的是音频信号。用普通电话线传输数字信号的效率是很低的。为了能用普通电话线 进行计算机通信，应当把要发送的数字信号先调制（Modulate）成音频信号，送到目的地后 再解调（Demodulate）成数字信号。完成这一功能的设备称为调制解调器 MODEM。由于一台 计算机既要接收信号，又要发送信号，所以调制解调器既有调制功能，又有解调功能。调制 解调器是拨号接入方式下的关键设备。 一些新的输入输出设备： 随着计算机技术的发展，出现了一些新的、更加方便的输入输出设备，下面是其中的简 单介绍： 源数据自动化设备：包括条形码阅读机，磁性墨水字符阅读机（用于支票上的数字）。 语音录入：也称为“语音识别”，允许用户通过讲话向系统发出指令。 数码相机：可以直接得到数字图像，并由软件进行进一步的处理。 1．5 计算机系统性能 全面衡量一台计算机的性能要考虑多种指标，并且对不同的用途所侧重的方面不同。下 面从普遍应用的角度，介绍主要的几种性能指标。 1）CPU 字长 CPU 字长是指 CPU 一次所能处理的位数。CPU 字长越长，表明 CPU 所能处理的数据的精 度越高，并且影响处理的速度。因为短字长的 CPU 对较大的数据要通过两次甚至多次运算 实现。目前微型计算机的字长从 8 位、16 位、32 位，到 64 位等。当然 CPU 字长越长，价格 就越高。为了适应不同的需要，并协调精度与成本，人们还设计了可变字长计算，如半字长、 全字长、双字长等。 2）主频率 CPU 工作的节拍是由主时钟控制的。主时钟不断地产生固定频率的时钟脉冲，时钟脉冲 的频率就是 CPU 的主频率。主频率越高，CPU 的工作节拍越快。这是影响机器运算速度的重 要参数。 3）主存容量 主存用以直接与 CPU 交换信息。主存容量大，处理问题的能力就强。同时由于它与外存 之间的信息交换次数少，解题时间效率高。计算机的最大主存容量由 CPU 的地址总线的根数 决定。地址总线为 16 条时，CPU 的最大寻址范围为 64K；地址总线为 20 条时，CPU 的最大 寻址范围为 1M。目前，微机地址总线为 32 条，最大寻址空间为 4G。 4）软、硬件配置及性能价格比 软、硬件配置包括外部设备的配备情况，指令系统以及操作系统功能的强弱、界面是否 友好，有无其它支持软件和应用软件等。性能价格比是人们对经济效益的选择，这个值越大 越好。 5）RASIS 特性
可靠性( Reliability)、可用性( Availability)、可维护性( Serviceability)、完整 性( Integrality)和安全性( Security)统称 RASIS。它们是衡量一个现代化的计算机系 统性能的五大功能特性。 6)兼容性 所谓兼容性( Compatibility),是指系统间所含的某些“东西”具有并存性,即意味着 两个系统之间存在着一定程度的通用性,它使机器能承前启后、便于推广 2.数据库系统基础 目前,数据库管理系统(DBMS, Data Base Management System)正日益进入最终用户的 日常应用,人们每天都在日常生活中用到数据库,如使用信用卡购物、订票、书目查询等等, 在使用过程中,用户不需要了解数据的具体存取和管理方式,正是数据管理系统提供了这些 功能 2.1数据库的基本概念 定义数据库管理系统之前,必须首先定义这种系统的基本成分一一数据库,一个数据库 有四个主要成分:数据、联系( Relationship)、约束( Constraint)和模式( Schema)(图A1-6)。 数据是所存储的逻辑实体在计算机中的二进制表示;联系表示数据项之间的某种对应:约東 是定义正确数据状态的断言:一种模式描述数据库中数据的组织和联系 数据项 联系 数据库 约束 模式 图A1-6:数据库组成 模式为数据库管理系统各个组成部分的使用和应用的安全定义数据库的各种视图。模式 将数据存储的物理外表与逻辑表示分开(见图A1-7)。内部模式定义数据在物理数据存储区 中如何组织以及放在何处。概念模式模型按照适当的数据库数据模型(如关系模型或对象模 型)定义所存储数据的结构。外部模式为特定用户们定义数据库的一个或多个视图
可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可维护性（Servicebility）、完整 性（Integrality）和安全性（Security）统称 RASIS。它们是衡量一个现代化的计算机系 统性能的五大功能特性。 6）兼容性 所谓兼容性（Compatibility），是指系统间所含的某些“东西”具有并存性，即意味着 两个系统之间存在着一定程度的通用性，它使机器能承前启后、便于推广。 2．数据库系统基础 目前，数据库管理系统（DBMS,Data Base Management System）正日益进入最终用户的 日常应用，人们每天都在日常生活中用到数据库，如使用信用卡购物、订票、书目查询等等， 在使用过程中，用户不需要了解数据的具体存取和管理方式，正是数据管理系统提供了这些 功能。 2．1 数据库的基本概念 定义数据库管理系统之前，必须首先定义这种系统的基本成分——数据库，一个数据库 有四个主要成分：数据、联系（Relationship）、约束（Constraint）和模式（Schema）（图 A1-6）。 数据是所存储的逻辑实体在计算机中的二进制表示；联系表示数据项之间的某种对应；约束 是定义正确数据状态的断言；一种模式描述数据库中数据的组织和联系。 数据库 数据项 联系 约束 模式 图 A1-6：数据库组成 模式为数据库管理系统各个组成部分的使用和应用的安全定义数据库的各种视图。模式 将数据存储的物理外表与逻辑表示分开（见图 A1-7）。内部模式定义数据在物理数据存储区 中如何组织以及放在何处。概念模式模型按照适当的数据库数据模型（如关系模型或对象模 型）定义所存储数据的结构。外部模式为特定用户们定义数据库的一个或多个视图