地理信息系统原理方法和应用-邬伦等编著

没有 百度文库财富值 请到文库帮手网 w w w .365x u e y u a n .c o m 免费帮下载 百度文库积分 资料人用计算机的时代。 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12 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，Ne u m a n n 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,Ce n t r a l Pr o c e s s i n g Un i t ） 。它们之间的关系如图 A1-2 所示。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,Ce n t r a l Pr o c e s s i n g Un i t ）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： （2l ）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。 （22）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） 。 （23）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（b i t ）或 按字节（8b i t ） 、字（16b i t ） 、半字 （8b i t ） 、双字（32b i t ）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（1By t e ）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 Ca c h e ，形成三级存储体系。13 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p a g e 1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。131 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（Ra n d o m Ac c e s s Me m o r y ）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。 l 有两种稳定状态； l 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； l 在外部信号激励下，能读出两种稳定状态； l 可 靠地存储。 2）半导体 ROM（Re a d On l y Me m o r y ）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（ Fl a s h m e m o r y ）132 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 l u m 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（Re d u n d a n t Ar r a y s o f In e x p e n s i v e Di s k ）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。14 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。141 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p a g e 2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，An a l o g /Di g i t a l ）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。142 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： l 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； l 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： l 串行打印机：逐字打印； l 行式打印机 ：一次输出一行。143 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。144 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