GIS的计算机基础.doc

GIS计算机基础GIS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。 介绍了地理信息系统的基本理论、技术体系及其应用方法软件工程的框架可概括为：目标、过程和原则。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、约束和模式。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。 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。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。 数据库管理系统为访问数据库提供服务，同时维护存储数据所要求的正确性和一致性。 在数据库管理系统中，运行的工作单元是事务单元，在此之上定义了一致性和正确性。事务应该支持ACID属性。ACID属性包括：事务运行的原子性、一致性、独立性和事务执行的持久性。 2.2数据库的数据模型 按照描述数据与数据间关系的方法不同，数据库常用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。 层次模型 网状模型 关系模型 面向对象数据库模型 关系模型是目前最为流行的数据模型，关系模型查找很方便，数据冗余度小，但关系联结时效率较低。 网络和层次以及关系模型都适合那些结构简单以及访问有规律的数据。这些模型的最佳应用领域有个人记录管理，清单控制，终端用户销售，商业记录等，所有这些应用领域都只有相当简单的数据结构、联系以及数据使用模式。但是，当试图把这三种模型应用于更高级的领域时，数据不能用类似于记录这样的简单结构来表示了，访问和操作方法也不再简单。 面向对象数据库的引入就是为了满足一再出现的复杂信息的共享。在复杂数据进入数据库以后，数据库提供了存贮信息的统一视图，与具体存贮结构无关。把物理数据结构与逻辑数据结构分开，同时控制数据的共享及保持数据的正确性、完整性和一致性，大大方便了应用程序的开发和维护，减少生命周期内的各种费用。通过一组优化的程序来管理数据，使得整体效果更优，性能更稳定。 2.3数据库管理系统 数据库管理系统（DBMS）是为数据库访问提供服务的软件，同时维护所有数据必需的特性。数据库管理系统为支持应用程序访问和操作数据库数据提供下列服务： 1）事务处理2）并发控制3）恢复4）安全5）语言接口6)容错性7)数据目录8）存储管理 　数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。数据库是整个GIS系统里面必不可少的一部分. 3．数据结构和算法 3.1数据结构的概念 3．1．1数据结构 从提出一个实际问题到计算机解出答案需要经过下列步骤：首先从实际问题抽象出一个数学模型，然后设计一个解此数学模型的算法，最后编出程序、进行测试、调整直至得到最终解答。寻求数学模型的实质是分析问题，从中提取操作的对象以及这些操作对象之间含有的关系，然后用数学语言加以描述。描述这样一类问题的数学模型不再是数值方程，而是诸如表、树和图等的非数值性的数据结构。因此，简单说来，数据结构就是一门研究非数值性程序设计中计算机操作的对象以及它们之间的关系和运算等的学科。 3．1．2基本术语 下面是数据结构中常用到的名词和术语的含义： 1）数据2）数据元素3）数据对象 4）数据结构 简单说来，数据结构是带有结构的数据元素的集合。从上述面的例子可以看到，被计算机加工的数据元素都不是孤立的，在它们之间存在着某种联系，这种相互的关系，通常称做结构。数据的物理结构，又称存