第四章计算机技术

《第四章计算机技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章计算机技术（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第4章 计算机技术4.1 数据库系统 1. 1. 信息的定义信息的定义信息的定义信息的定义 信信息息是是关关于于现现实实世世界界事事物物的的存存在在方方式式或或运运动动状状态态的的反反映映的的综综合合，具具体体说说是是一一种种被被加加工工为为特特定定形形式式的的数数据据，但但这这种种数数据据形形式式对对接接收收者者来来说说是是有有意意义义的的，而而且且对对当当前前和和将将来来的的决决策策具具有有明明显显的的或或实际的价值。实际的价值。 2. 2. 信息的特征信息的特征信息的特征信息的特征 信息信息信息信息源于物质和能量，它不可能脱离物质而存在。源于物质和能量，它不可能脱离物质而存在。 信息信息

2、信息信息是可以感知的，人类对客观事物的感知，可以通过感觉是可以感知的，人类对客观事物的感知，可以通过感觉器官，也可以通过各种仪器仪表和传感器等，不同的信息源有不器官，也可以通过各种仪器仪表和传感器等，不同的信息源有不同的感知形式同的感知形式 信息信息信息信息是可存储、加工、传递和再生的。是可存储、加工、传递和再生的。4.1.1数据处理技术的产生与发展 3. 3. 数据的定义数据的定义数据的定义数据的定义 数数数数据据据据是是是是用用用用来来来来记记记记录录录录信信信信息息息息的的的的可可可可识识识识别别别别的的的的符符符符号号号号，是是是是信信信信息息息息的的的的具具具具体体体体表表表表现现现

3、现形形形形式。式。式。式。 4. 4. 数据的表现形式数据的表现形式数据的表现形式数据的表现形式 可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形式的不同而改变。式的不同而改变。式的不同而改变。式的不同而改变。 数据的概念在数据处理领域中已大大地拓宽了数据的概念在数据处理领域中已大大地拓宽了数据的概念在数据处理领域中已大大地拓宽了数据的概念在数据处理领域中已大大地拓宽了，其表现形式，其表现形式，其表现形式，其表现形式不仅包括数字和文字，

4、还包括图形、图象、声音等。这些数据可不仅包括数字和文字，还包括图形、图象、声音等。这些数据可不仅包括数字和文字，还包括图形、图象、声音等。这些数据可不仅包括数字和文字，还包括图形、图象、声音等。这些数据可以记录在纸上，也可记录在各种存储器中。以记录在纸上，也可记录在各种存储器中。以记录在纸上，也可记录在各种存储器中。以记录在纸上，也可记录在各种存储器中。 5.5. 数据与信息的联系数据与信息的联系数据与信息的联系数据与信息的联系 数据是信息的符号表示或载体，数据是信息的符号表示或载体，数据是信息的符号表示或载体，数据是信息的符号表示或载体，信息则是数据的内涵，是信息则是数据的内涵，是信息则是数

5、据的内涵，是信息则是数据的内涵，是对数据的语义解释。对数据的语义解释。对数据的语义解释。对数据的语义解释。 6. 6.数据处理数据处理数据处理数据处理 数数数数据据据据处处处处理理理理是是是是将将将将数数数数据据据据转转转转换换换换成成成成信信信信息息息息的的的的过过过过程程程程，包包包包括括括括对对对对数数数数据据据据的的的的收收收收集集集集、存存存存储储储储、加加加加工工工工、检检检检索索索索、传传传传输输输输等等等等一一一一系系系系列列列列活活活活动动动动。其其其其目目目目的的的的是是是是从从从从大大大大量量量量的的的的原原原原始始始始数数数数据据据据中中中中抽抽抽抽取取取取和和和和推推

6、推推导导导导出出出出有有有有价价价价值值值值的的的的信信信信息息息息，作作作作为为为为决决决决策策策策的的的的依依依依据。据。据。据。 可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系：可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系：可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系：可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系： 信息信息信息信息=数据数据数据数据+数据处理数据处理数据处理数据处理 数数数数据据据据是是是是原原原原料料料料，是是是是输输输输入入入入，而而而而信信信信息息息息是是是是产产产产出出出出，是是是是输输输输出出出出结结结结果果果果。“ “信息处理信息处理信息处理信息处理” ”的真

7、正含义应该是为了产生信息而处理数据。的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。 信息系统是一种面广量大的计算机应用系统信息系统是一种面广量大的计算机应用系统信息系统是一种面广量大的计算机应用系统信息系统是一种面广量大的计算机应用系统: : 教学管理系统教学管理系统教学管理系统教学管理系统 地理信息系统地理信息系统地理信息系统地理信息系统 信息检索系统信息检索系统信息检索系统信息检索系统 医学信息系统医学信息系统医学信息系统医学信息系统 决策支持系统决策支持系统决策支持系统决策支持系统 民航订票系统民航订票系统民航订票

8、系统民航订票系统 电子政务系统电子政务系统电子政务系统电子政务系统 电子商务系统电子商务系统电子商务系统电子商务系统 . 数据处理技术的发展 计计计计算算算算机机机机对对对对数数数数据据据据的的的的处处处处理理理理是是是是指指指指对对对对将将将将数数数数据据据据的的的的组组组组织织织织、分分分分类类类类、编码、存储、检索和维护提供操作手段。编码、存储、检索和维护提供操作手段。编码、存储、检索和维护提供操作手段。编码、存储、检索和维护提供操作手段。 发展分为三个阶段发展分为三个阶段发展分为三个阶段发展分为三个阶段 人工管理人工管理人工管理人工管理 文件系统文件系统文件系统文件系统 数据库系统数据

9、库系统数据库系统数据库系统 1)1)人工管理阶段人工管理阶段人工管理阶段人工管理阶段 时间：时间：时间：时间：2020世纪世纪世纪世纪5050年代中期以前年代中期以前年代中期以前年代中期以前 主要特点：主要特点：主要特点：主要特点： 数据不保存。数据不保存。数据不保存。数据不保存。 系统没有专用软件对数据进行管理。系统没有专用软件对数据进行管理。系统没有专用软件对数据进行管理。系统没有专用软件对数据进行管理。 数据不共享。数据不共享。数据不共享。数据不共享。 数据不具有独立性。（程序依赖于数据）数据不具有独立性。（程序依赖于数据）数据不具有独立性。（程序依赖于数据）数据不具有独立性。（程序依赖

10、于数据） 应用程序1数据集1应用程序应用程序应用程序应用程序2 2 2 2数据集数据集2 2数据集数据集数据集数据集3 3 3 3应用程序应用程序应用程序应用程序3 3 3 3图图图图4.1 4.1 4.1 4.1 数据的人工管理数据的人工管理数据的人工管理数据的人工管理 2)2)文件系统阶段文件系统阶段文件系统阶段文件系统阶段 时间：时间：时间：时间：2020世纪世纪世纪世纪5050年代中期后期至年代中期后期至年代中期后期至年代中期后期至6060年代中期年代中期年代中期年代中期 主要特点：主要特点：主要特点：主要特点： 数据以文件形式可长期保存。文件系统可对数据的存取进行数据以文件形式可长期

11、保存。文件系统可对数据的存取进行数据以文件形式可长期保存。文件系统可对数据的存取进行数据以文件形式可长期保存。文件系统可对数据的存取进行管理。管理。管理。管理。 文件形式多样化。文件形式多样化。文件形式多样化。文件形式多样化。 程序与数据有一定独立性。程序与数据有一定独立性。程序与数据有一定独立性。程序与数据有一定独立性。 存在的问题：存在的问题：存在的问题：存在的问题： 数据冗余度大。（数据重复）数据冗余度大。（数据重复）数据冗余度大。（数据重复）数据冗余度大。（数据重复） 数据独立性低。数据独立性低。数据独立性低。数据独立性低。 数据一致性差。数据一致性差。数据一致性差。数据一致性差。文件

12、文件n n应用程序应用程序1 1应用程序应用程序2 2应用程序应用程序n n文件文件1 1文件文件2 2文文文文 件件件件系系系系 统统统统图图4.2 4.2 数据的文件系统管数据的文件系统管理阶段理阶段 3)3)数据库系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段 时间：时间：时间：时间：2020世纪世纪世纪世纪6060年代末期年代末期年代末期年代末期 主要特点：主要特点：主要特点：主要特点： 数据的结构化。数据的结构化。数据的结构化。数据的结构化。 数据的共享性。数据的共享性。数据的共享性。数据的共享性。 数据的独立性。数据的独立性。数据的独立性。数据的独立性。 数据的完整性。数据的完

13、整性。数据的完整性。数据的完整性。 数据的灵活性。数据的灵活性。数据的灵活性。数据的灵活性。 数据的安全性。数据的安全性。数据的安全性。数据的安全性。数据库数据库数据库数据库数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统应用程序应用程序应用程序应用程序1 1应用程序应用程序应用程序应用程序2 2应用程序应用程序应用程序应用程序K K.用户用户用户用户数据库系统中用户共享数据库资源数据库系统中用户共享数据库资源9. 数据库系统的相关概念 数据库技术涉及到许多基本概念，主要包括数据、数据处理、数据库技术涉及到许多基本概念，主要包括数据、数据处理、数据库技术涉及到许多基本概念，主要包括数据

14、、数据处理、数据库技术涉及到许多基本概念，主要包括数据、数据处理、数据库、数据库管理系统以及数据库系统等。数据库、数据库管理系统以及数据库系统等。数据库、数据库管理系统以及数据库系统等。数据库、数据库管理系统以及数据库系统等。 1. 1. 数据数据数据数据: : 数据是数据库中存储的基本对象，是事实的反映和记数据是数据库中存储的基本对象，是事实的反映和记数据是数据库中存储的基本对象，是事实的反映和记数据是数据库中存储的基本对象，是事实的反映和记录，由于描述事实有不同的方法，故描述的表达方式也多种多样。录，由于描述事实有不同的方法，故描述的表达方式也多种多样。录，由于描述事实有不同的方法，故描述

15、的表达方式也多种多样。录，由于描述事实有不同的方法，故描述的表达方式也多种多样。 2. 2. 数据库数据库数据库数据库: : 数据库是指在计算机存储设备上合理存放的结构化数据库是指在计算机存储设备上合理存放的结构化数据库是指在计算机存储设备上合理存放的结构化数据库是指在计算机存储设备上合理存放的结构化的相关数据集合的相关数据集合的相关数据集合的相关数据集合. . 3. 3. 数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统: : 位于用户和操作系统之间的一层数据管理位于用户和操作系统之间的一层数据管理位于用户和操作系统之间的一层数据管理位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件，用来操纵

16、和管理数据库，是数据库系统的核心。软件，用来操纵和管理数据库，是数据库系统的核心。软件，用来操纵和管理数据库，是数据库系统的核心。软件，用来操纵和管理数据库，是数据库系统的核心。 4. 4. 数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统: : 数据库本身不是孤立存在的，而是与其它部分数据库本身不是孤立存在的，而是与其它部分数据库本身不是孤立存在的，而是与其它部分数据库本身不是孤立存在的，而是与其它部分一起构成数据库系统。一起构成数据库系统。一起构成数据库系统。一起构成数据库系统。 在实际应用中人们面对的是数据库系统。它一般由数据库、数在实际应用中人们面对的是数据库系统。它一般由数据库、数在实际应用

17、中人们面对的是数据库系统。它一般由数据库、数在实际应用中人们面对的是数据库系统。它一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。户构成。户构成。户构成。 4.1.2 数据描述 1. 1. 现实世界现实世界现实世界现实世界 现实世界是指客观存在的世界中的事实及其联系。现实世界是指客观存在的世界中的事实及其联系。现实世界是指客观存在的世界中的事实及其联系。现实世界是指客观存在的世界中的事实及其联系。

18、 2. 2. 信息世界信息世界信息世界信息世界 实体实体实体实体 客客客客观观观观存存存存在在在在并并并并可可可可相相相相互互互互区区区区别别别别的的的的事事事事物物物物。实实实实体体体体可可可可以以以以是是是是具具具具体体体体的的的的人人人人、事事事事、物物物物，也也也也可可可可以以以以是是是是抽抽抽抽象象象象的的的的概概概概念念念念或或或或联联联联系系系系，例例例例如如如如一一一一个个个个学学学学生生生生、一一一一个个个个教教教教师师师师、一一一一所所所所学学学学校校校校、一一一一门门门门课课课课、一一一一次次次次会会会会议议议议、一一一一堂堂堂堂课课课课、一一一一场场场场球球球球赛赛赛赛

19、等等等等，这这这这里里里里从从从从建建建建立立立立信息结构的角度出发，强调实体是被认识的客观事物，信息结构的角度出发，强调实体是被认识的客观事物，信息结构的角度出发，强调实体是被认识的客观事物，信息结构的角度出发，强调实体是被认识的客观事物， 实体集实体集实体集实体集 性性性性质质质质相相相相同同同同的的的的同同同同类类类类实实实实体体体体的的的的集集集集合合合合叫叫叫叫实实实实体体体体集集集集。研研研研究究究究实实实实体体体体集集集集的的的的共共共共性性性性是是是是信息世界的基本任务之一。信息世界的基本任务之一。信息世界的基本任务之一。信息世界的基本任务之一。 属性属性属性属性 实体的某一特

20、征称为属性。每个实体都有许多特征，以区别实体的某一特征称为属性。每个实体都有许多特征，以区别于其它实体。如一本书的主要特征是书名、作者名、出版社于其它实体。如一本书的主要特征是书名、作者名、出版社、出版年月和定价等、出版年月和定价等 元组元组元组元组 实体的每个属性都有一个确定值称为属性的值。当某实实体的每个属性都有一个确定值称为属性的值。当某实体有多个属性时，则它们的值就构成一组值，称为元组。体有多个属性时，则它们的值就构成一组值，称为元组。 码（码（码（码（KeyKey） 唯一标识实体的属性集称为码，例如学号是学生实体的码唯一标识实体的属性集称为码，例如学号是学生实体的码 联系（联系（联系

21、（联系（RelationshipRelationship） 实体间的实体间的“联系联系”反映了现实世界中客观事物之间的关联。反映了现实世界中客观事物之间的关联。这种联系是复杂的、多种多样的，但归纳起来可分为三类：这种联系是复杂的、多种多样的，但归纳起来可分为三类： 一对一一对一一对一一对一 一对多一对多一对多一对多 多对多多对多多对多多对多 3. 3. 计算机世界计算机世界计算机世界计算机世界 这这这这一一一一阶阶阶阶段段段段的的的的数数数数据据据据处处处处理理理理是是是是在在在在信信信信息息息息世世世世界界界界对对对对客客客客观观观观事事事事物物物物的的的的描描描描述述述述基基基基础础础础上

22、上上上做做做做进进进进一一一一步步步步抽抽抽抽象象象象，使使使使用用用用的的的的方方方方法法法法为为为为数数数数据据据据模模模模型型型型的的的的方方方方法法法法，这这这这一一一一阶阶阶阶段段段段的的的的数数数数据据据据处理在数据库的设计过程中也称为逻辑设计。处理在数据库的设计过程中也称为逻辑设计。处理在数据库的设计过程中也称为逻辑设计。处理在数据库的设计过程中也称为逻辑设计。 与信息世界常用概念对应，计算机世界中涉及的基本概念有：与信息世界常用概念对应，计算机世界中涉及的基本概念有：与信息世界常用概念对应，计算机世界中涉及的基本概念有：与信息世界常用概念对应，计算机世界中涉及的基本概念有：1

23、1）字段）字段）字段）字段 对对对对应应应应与与与与信信信信息息息息世世世世界界界界中中中中的的的的属属属属性性性性，用用用用于于于于标标标标记记记记实实实实体体体体属属属属性性性性的的的的命命命命名名名名单单单单位位位位称称称称为为为为字字字字段段段段，或或或或数数数数据据据据项项项项。字字字字段段段段是是是是数数数数据据据据库库库库中中中中可可可可以以以以命命命命名名名名的的的的最最最最小小小小逻逻逻逻辑辑辑辑数数数数据据据据单单单单位。例如：学生关系有学号、姓名、年龄、性别等字段。位。例如：学生关系有学号、姓名、年龄、性别等字段。位。例如：学生关系有学号、姓名、年龄、性别等字段。位。例如

24、：学生关系有学号、姓名、年龄、性别等字段。2 2）记录）记录）记录）记录 字字字字段段段段的的的的有有有有序序序序集集集集合合合合称称称称为为为为记记记记录录录录。一一一一般般般般用用用用每每每每一一一一个个个个记记记记录录录录对对对对应应应应描描描描述述述述一一一一个个个个实实实实体体体体，因因因因此此此此记记记记录录录录又又又又可可可可以以以以定定定定义义义义为为为为能能能能够够够够完完完完整整整整地地地地描描描描述述述述一一一一个个个个实实实实体体体体的的的的字字字字段段段段集集集集。例如：对应某一教师的有属性姓名、年龄、性别、职称等。例如：对应某一教师的有属性姓名、年龄、性别、职称等。

25、例如：对应某一教师的有属性姓名、年龄、性别、职称等。例如：对应某一教师的有属性姓名、年龄、性别、职称等。3 3）文件）文件）文件）文件 同同同同一一一一类类类类型型型型记记记记录录录录的的的的集集集集合合合合称称称称为为为为文文文文件件件件。文文文文件件件件是是是是用用用用来来来来描描描描述述述述实实实实体体体体集集集集的的的的。例如所有学生记录组成一个学生文件。例如所有学生记录组成一个学生文件。例如所有学生记录组成一个学生文件。例如所有学生记录组成一个学生文件。4 4）关键字）关键字）关键字）关键字 能能能能够够够够唯唯唯唯一一一一标标标标识识识识文文文文件件件件中中中中每每每每个个个个记记

26、记记录录录录的的的的字字字字段段段段或或或或字字字字段段段段集集集集，称称称称为为为为关关关关键键键键字字字字或或或或主主主主码码码码。如如如如在在在在学学学学生生生生实实实实体体体体中中中中的的的的学学学学号号号号可可可可以以以以作作作作为为为为关关关关键键键键字字字字，因因因因为为为为每每每每个个个个学学学学生生生生只有唯一的学号。只有唯一的学号。只有唯一的学号。只有唯一的学号。 数数数数据据据据模模模模型型型型用用用用来来来来表表表表示示示示实实实实体体体体和和和和实实实实体体体体之之之之间间间间的的的的联联联联系系系系。常常常常用用用用的的的的数数数数据据据据模模模模型有三种：型有三种

27、：型有三种：型有三种：层次模型、网状模型和关系模型。层次模型、网状模型和关系模型。层次模型、网状模型和关系模型。层次模型、网状模型和关系模型。 1. 1. 层次模型层次模型层次模型层次模型 它它它它用用用用树树树树形形形形结结结结构构构构表表表表示示示示数数数数据据据据之之之之间间间间的的的的联联联联系系系系。这这这这种种种种树树树树由由由由结结结结点点点点和和和和连连连连线线线线组组组组成成成成，结结结结点点点点表表表表示示示示现现现现实实实实世世世世界界界界中中中中的的的的实实实实体体体体集集集集，连连连连线线线线表表表表示示示示实实实实体体体体之之之之间间间间的的的的联联联联系。系。系。

28、系。 层次模型的特点是：层次模型的特点是：层次模型的特点是：层次模型的特点是： 有有有有且且且且只只只只有有有有一一一一个个个个结结结结点点点点无无无无双双双双亲亲亲亲（上上上上级级级级结结结结点点点点），此此此此结结结结点点点点叫叫叫叫根根根根结结结结点点点点；其其其其它它它它结结结结点点点点有有有有且且且且只只只只有有有有一一一一个个个个双双双双亲亲亲亲。在在在在层层层层次次次次模模模模型型型型中中中中双双双双亲亲亲亲结结结结点点点点与与与与子子子子女女女女（下下下下级级级级）结结结结点点点点之之之之间间间间的的的的联联联联系系系系只只只只能能能能表表表表示示示示实实实实体体体体与与与与实

29、实实实体体体体之之之之间间间间一一一一对对对对多多多多的的的的对对对对应关系。应关系。应关系。应关系。4.1.3 数据模型2. 2. 网状模型网状模型网状模型网状模型 网网状状模模型型是是一一种种比比层层次次模模型型更更具具普普遍遍性性的的结结构构，它它去去掉掉了了层层次次模模型型的的两两个个限限制制，它它允允许许多多个个结结点点没没有有双双亲亲结结点点，也也允允许许一一个个结结点点可可以以有有多多于于一一个个的的双双亲亲，还还允允许许两两个个结结点点之之间间有有多多种种联联系系，因因此此网网状状模模型型更更能能描描述述现现实实世世界界。图图4.5是是一一个个学学生生选选课课数据库的网状模型。

30、学生与选课、课程与选课是一对多的联系。数据库的网状模型。学生与选课、课程与选课是一对多的联系。 选课学号 姓名 系别号课程号 课程名 学分学号 课程号 成绩学生课程图4.5 网状数据模型3. 3. 关系模型关系模型关系模型关系模型 关关关关系系系系模模模模型型型型的的的的基基基基本本本本思思思思想想想想是是是是把把把把事事事事物物物物与与与与事事事事物物物物之之之之间间间间的的的的联联联联系系系系用用用用二二二二维维维维表表表表格格格格的的的的形形形形式式式式来来来来描描描描述述述述。一一一一个个个个关关关关系系系系可可可可以以以以看看看看着着着着一一一一张张张张二二二二维维维维表表表表，表表

31、表表中中中中的的的的每每每每一一一一行行行行是是是是一一一一个个个个记记记记录录录录，在在在在关关关关系系系系中中中中称称称称为为为为元元元元组组组组，表表表表中中中中的的的的每每每每一一一一列列列列是是是是一一一一个个个个字字字字段段段段，在在在在关关关关系中称为属性。系中称为属性。系中称为属性。系中称为属性。 关系模型的特点如下：关系模型的特点如下：关系模型的特点如下：关系模型的特点如下： 表格中的每一列都是不可再分的基本属性；表格中的每一列都是不可再分的基本属性；表格中的每一列都是不可再分的基本属性；表格中的每一列都是不可再分的基本属性； 各列被指定一个相异的名字；各列被指定一个相异的名

32、字；各列被指定一个相异的名字；各列被指定一个相异的名字； 各行不允许重复；各行不允许重复；各行不允许重复；各行不允许重复； 行、列的次序无关。行、列的次序无关。行、列的次序无关。行、列的次序无关。E.F.Codd-关系数据库之父亲关系数据库之父亲 关关关关系系系系：一一个个关关系系就就是是一一张张二二维维表表，每每个个关关系系有有一一个个关关系系名名。在计算机中，一个关系可以存储为一个文件。在计算机中，一个关系可以存储为一个文件。 属性：属性：属性：属性：二维表中垂直方向的列称为属性，也叫做一个字段。二维表中垂直方向的列称为属性，也叫做一个字段。 域域域域：一个属性的取值范围叫做一个域。一个属

33、性的取值范围叫做一个域。 元组元组元组元组：二维表中水平方向的行称为元组，也叫做一条记录。二维表中水平方向的行称为元组，也叫做一条记录。 码码码码：又又称称为为关关键键字字。二二维维表表中中的的某某个个属属性性，若若它它的的值值唯唯一一地地标识了一个元组，则称该属性为侯选码。标识了一个元组，则称该属性为侯选码。4.1.4 数据库的体系结构 1. 1. 三级模式结构三级模式结构三级模式结构三级模式结构 美美国国ANSI/X3/SPARC的的数数据据库库管管理理系系统统研研究究小小组组于于1975年年和和1978年年提提出出了了将将数数据据库库结结构构分分为为三三级级模模式式的的标标准准化化建建议

34、议。这这这这三三三三级级级级模式分别称为外模式、概念模式和内模式。模式分别称为外模式、概念模式和内模式。模式分别称为外模式、概念模式和内模式。模式分别称为外模式、概念模式和内模式。 2. 2. 2. 2. 数据库操作过程数据库操作过程数据库操作过程数据库操作过程 数据库管理系统是数据库系统的核心软件，它与数据库的各数据库管理系统是数据库系统的核心软件，它与数据库的各数据库管理系统是数据库系统的核心软件，它与数据库的各数据库管理系统是数据库系统的核心软件，它与数据库的各个部分都有密切的联系，对于数据库的一切操作，如数据的装入、个部分都有密切的联系，对于数据库的一切操作，如数据的装入、个部分都有密

35、切的联系，对于数据库的一切操作，如数据的装入、个部分都有密切的联系，对于数据库的一切操作，如数据的装入、检索、更新、再组织等都是在检索、更新、再组织等都是在检索、更新、再组织等都是在检索、更新、再组织等都是在DBMSDBMSDBMSDBMS的控制和管理下进行的。的控制和管理下进行的。的控制和管理下进行的。的控制和管理下进行的。 数据库读取一个记录访问过程见下图数据库读取一个记录访问过程见下图数据库读取一个记录访问过程见下图数据库读取一个记录访问过程见下图1. 1. 关系代数关系代数关系代数关系代数 关关系系运运算算是是设设计计关关系系数数据据语语言言的的基基础础。按按表表达达查查询询的的方方法

36、法不不同同，关关系系运运算算可可分分为为关关系系代代数数和和关关系系演演算算两两大大类类。关关系系代数操作简称为关系操作。分为两类：代数操作简称为关系操作。分为两类：1)1)传传统统的的集集合合操操作作：把把关关系系看看成成元元组组的的集集合合，以以元元组组作作为为集集合合中中元元素素来来进进行行运运算算，运运算算是是从从关关系系的的“水水平平”方方向向即即行行的角度进行的。包括并、差、交和笛卡尔积等运算。的角度进行的。包括并、差、交和笛卡尔积等运算。2)2)关关系系专专用用的的操操作作：涉涉及及行行、列列运运算算，是是为为数数据据库库的的应应用用而引进的特殊运算。包括选取、投影、连接等运算。

37、而引进的特殊运算。包括选取、投影、连接等运算。 关关系系操操作作的的结结果果仍仍为为关关系系，可可再再参参与与其其他他关关系系操操作作，构构成成关关系系代代数数表表达达式式，由由此此描描述述对对关关系系的的各各种种复复杂杂操操作作。其其中中并、差、广义笛卡尔积、选择和投影五种操作为基本操作。并、差、广义笛卡尔积、选择和投影五种操作为基本操作。4.1.5 关系数据库 关关系系代代数数是是用用数数学学语语言言对对关关系系操操作作的的抽抽象象描描述述，与与此此相相适适应应，关关系系数数据据库库管管理理系系统统配配置置了了相相应应的的语语言言，使使用用户户可可以以对对数数据据库库进进行行各各类类操操作

38、作，其其中中应应用用最广泛的是最广泛的是SQLSQL。 SQL SQL (Structured (Structured Query Query Language)Language)是是一一种种基基于于关系代数和关系演算之间的结构化查询语言。关系代数和关系演算之间的结构化查询语言。2. 2.关系数据库标准语言关系数据库标准语言关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQLSQL1) SQL1) SQL数据库的体系结构数据库的体系结构数据库的体系结构数据库的体系结构SQLSQL数据库的体系结构数据库的体系结构SQLSQLSQLSQL数据库具有三级模式体系结构。数据库具有三级模式体系结构。数据库具有三级

39、模式体系结构。数据库具有三级模式体系结构。(1) SQL(1) SQL(1) SQL(1) SQL视图对应于视图对应于视图对应于视图对应于用户模式用户模式；(2) SQL(2) SQL(2) SQL(2) SQL基本表对应于数据库的基本表对应于数据库的基本表对应于数据库的基本表对应于数据库的逻辑模式逻辑模式；(3) (3) (3) (3) 存储文件对应于数据库的存储文件对应于数据库的存储文件对应于数据库的存储文件对应于数据库的存储模式存储模式。用户用户1 1用户用户2 2用户用户3 3用户用户n n视图视图V V1 1视图视图V Vp p基本表基本表B B1 1基本表基本表B B2 2基本表基

40、本表B B3 3基本表基本表B Bmm存储文件存储文件S S1 1存储文件存储文件S S2 2存储文件存储文件S S3 3存储文件存储文件S Sq q用户模式用户模式逻辑模式逻辑模式存储模式存储模式基基本本表表：独独立立存存在在的的表表，不不是是由由其其它它的的表表导导出出的的表表。一一个个关关系系对对应应一一个个基基本本表表，一一个个或或多多个个基基本本表表对对应应一一个个存存储文件。储文件。视视图图：是是一一个个虚虚拟拟的的表表，是是从从一一个个或或几几个个基基本本表表导导出出的的表表。它它本本身身不不独独立立存存在在于于数数据据库库中中，数数据据库库中中只只存存放放视视图图的的定定义义而

41、而不不存存放放视视图图对对应应的的数数据据，这这些些数数据据仍仍存存放放在在导导出出视视图图的的基基本本表表中中。当当基基本本表表中中的的数数据据发发生生变变化化时时，从从视视图中查询出来的数据也随之改变。图中查询出来的数据也随之改变。(1) SQL(1) SQL语言类似于英语的语言类似于英语的自然语言，简洁易用自然语言，简洁易用。(2) (2) SQLSQL语语言言是是一一种种非非过过程程语语言言，即即用用户户只只要要提提出出“干干什什么么”即即可可，不不必必管管具具体体操操作作过过程程，也也不不必必了了解解数数据的存取路径，只要指明所需的数据即可。据的存取路径，只要指明所需的数据即可。(3

42、) (3) SQLSQL语语言言是是一一种种面面向向集集合合的的语语言言，每每个个命命令令的的操操作作对象是一个或多个关系，结果也是一个关系。对象是一个或多个关系，结果也是一个关系。(4) (4) SQLSQL语语言言既既是是自自含含式式语语言言，又又是是嵌嵌入入式式语语言言。可可独独立使用，也可嵌入到宿主语言中。立使用，也可嵌入到宿主语言中。自自含含式式语语言言可可以以独独立立使使用用交交互互命命令令，适适用用于于终终端端用户、应用程序用户、应用程序员和员和DBADBA；嵌嵌入入式式语语言言使使其其嵌嵌入入在在高高级级语语言言中中使使用用，供供应应用用程序员开发应用程序。程序员开发应用程序。

43、2) SQL2) SQL语言的主要特点语言的主要特点语言的主要特点语言的主要特点: :3) SQL3) SQL功能动词功能动词功能动词功能动词 SQL功能功能动动 词词数据数据库查询库查询SELECT数据数据库库定定义义CREATE，DROP数据数据库库操操纵纵INSERT，UPDATE，DELETE数据数据库库控制控制GRANT，REVOKE 1 1）安全性）安全性）安全性）安全性目目前前，关关系系数数据据库库的的安安全全性性不不仅仅成成熟熟而而且且已已进进入入实实际际应应用用。其其主主要要包包括括三三方方面面：用用户户身身份份标标识识和和鉴鉴别、存储权限控制策略和数据加密技术。别、存储权限

44、控制策略和数据加密技术。（1 1）用户身份标识和鉴别）用户身份标识和鉴别（2 2）存储权限控制策略）存储权限控制策略（3 3）数据加密技术）数据加密技术3 3. . 关系数据库的安全性和完整性关系数据库的安全性和完整性关系数据库的安全性和完整性关系数据库的安全性和完整性2 2）完整性）完整性）完整性）完整性关关系系数数据据库库的的完完整整性性是是指指数数据据的的正正确确性性及及相相容容性性，即即合合法法用用户户对对数数据据的的增增删删改改必必须须符符合合一一定定的的语语义义，有有时时要要通通过过几几种种完整性约束条件来保证。完整性约束条件来保证。实实实实体体体体完完完完整整整整性性性性：指指主

45、主关关系系键键的的值值不不能能为为空空或或部部分分为为空空。 关关系系模模型型中中的的一一个个元元组组对对应应一一个个实实体体，一一个个关关系系则则对对应应一一个个实实体体集。集。引用完整性：引用完整性：引用完整性：引用完整性： 要求在关系中不允许引用不存在的实体。要求在关系中不允许引用不存在的实体。用用用用户户户户定定定定义义义义完完完完整整整整性性性性约约约约束束束束：反反映映某某一一具具体体应应用用所所涉涉及及的的数数据据必必须满足的语义要求，由应用环境对数据的需求而决定。须满足的语义要求，由应用环境对数据的需求而决定。实实体体完完整整性性和和引引用用完完整整性性是是关关系系模模型型必必

46、须须满满足足的的完完整整性性约约束束条条件件，被被称称作作关关系系的的两两个个不不变变性性。任任何何关关系系数数据据库库系系统统都都应该支持这两类完整性应该支持这两类完整性3 3. . 关系数据库的安全性和完整性关系数据库的安全性和完整性关系数据库的安全性和完整性关系数据库的安全性和完整性4.1.6 常用数据库管理系统 1. 1. 桌面数据库桌面数据库桌面数据库桌面数据库 1 1）AccessAccess关系数据库管理系统关系数据库管理系统关系数据库管理系统关系数据库管理系统 Microsoft Access for WindowsMicrosoft Access for Windows是是是

47、是MicrosoftMicrosoft公司推出的面向办公公司推出的面向办公公司推出的面向办公公司推出的面向办公自动化、功能强大的关系数据库管理系统。自动化、功能强大的关系数据库管理系统。自动化、功能强大的关系数据库管理系统。自动化、功能强大的关系数据库管理系统。Access Access 数据文件的后数据文件的后数据文件的后数据文件的后缀名为缀名为缀名为缀名为.MDB.MDB， 图4.9 Access 2003的窗口组成 2 2） XBaseXBase XBaseXBase作为个人计算机系统中使用最广泛的小型数据库管理系作为个人计算机系统中使用最广泛的小型数据库管理系作为个人计算机系统中使用最

48、广泛的小型数据库管理系作为个人计算机系统中使用最广泛的小型数据库管理系统，具有方便、廉价、简单易用等优势统，具有方便、廉价、简单易用等优势统，具有方便、廉价、简单易用等优势统，具有方便、廉价、简单易用等优势 2. 2. 大型数据库大型数据库 1 1）SQL ServerSQL Server数据库数据库 SQL ServerSQL Server是微软公司开发和推出的大型关系数据库管理系统是微软公司开发和推出的大型关系数据库管理系统（DBMSDBMS），它最初是由），它最初是由MicrosoftMicrosoft、SybaseSybase和和Ashton-TateAshton-Tate三家公三家公

49、司共同开发的，并于司共同开发的，并于19881988年推出了第一个年推出了第一个OS/2OS/2版本。版本。 SQL ServerSQL Server近年来不断更新版本，近年来不断更新版本，19961996年，年，Microsoft Microsoft 推出了推出了SQL Server 6.5SQL Server 6.5版本；版本；19981998年，年，SQL Server 7.0SQL Server 7.0版本和用户见面；版本和用户见面；SQL Server 2000SQL Server 2000是是MicrosoftMicrosoft公司于公司于20002000年推出的最新版本。年推出的

50、最新版本。 2 2）OracleOracle数据库数据库数据库数据库 OracleOracle是目前世界上最流行的大型关系数据库管理系统，具有是目前世界上最流行的大型关系数据库管理系统，具有是目前世界上最流行的大型关系数据库管理系统，具有是目前世界上最流行的大型关系数据库管理系统，具有移植性好、使用方便、功能齐全、性能强大等特点，适用于各类大、移植性好、使用方便、功能齐全、性能强大等特点，适用于各类大、移植性好、使用方便、功能齐全、性能强大等特点，适用于各类大、移植性好、使用方便、功能齐全、性能强大等特点，适用于各类大、中、小、微机和专用服务器环境。中、小、微机和专用服务器环境。中、小、微机和

51、专用服务器环境。中、小、微机和专用服务器环境。 3. 3. 开源数据库开源数据库开源数据库开源数据库 开源数据库是指开放源代码的数据库。开源数据库是指开放源代码的数据库。开源数据库是指开放源代码的数据库。开源数据库是指开放源代码的数据库。LinuxLinux系统下最受程系统下最受程系统下最受程系统下最受程序员喜爱的三种数据库是序员喜爱的三种数据库是序员喜爱的三种数据库是序员喜爱的三种数据库是MySQLMySQL、PostgreSQLPostgreSQL和和和和OracleOracle，其中，其中，其中，其中MySQLMySQL、PostgreSQLPostgreSQL就是开源数据库的优秀代表。

52、开源数据库就是开源数据库的优秀代表。开源数据库就是开源数据库的优秀代表。开源数据库就是开源数据库的优秀代表。开源数据库具有速度快、易用性好、支持具有速度快、易用性好、支持具有速度快、易用性好、支持具有速度快、易用性好、支持SQLSQL语言、支持各种网络环境、语言、支持各种网络环境、语言、支持各种网络环境、语言、支持各种网络环境、可移植性、开放和价格低廉可移植性、开放和价格低廉可移植性、开放和价格低廉可移植性、开放和价格低廉( (甚至免费甚至免费甚至免费甚至免费) )等特点。等特点。等特点。等特点。 1 1）MySQLMySQL MySQLMySQL数据库管理系统是数据库管理系统是数据库管理系统

53、是数据库管理系统是MySQLMySQL开放式源代码组织提供的开放式源代码组织提供的开放式源代码组织提供的开放式源代码组织提供的小型关系数据库管理系统，可运行在多种操作系统平台上，是小型关系数据库管理系统，可运行在多种操作系统平台上，是小型关系数据库管理系统，可运行在多种操作系统平台上，是小型关系数据库管理系统，可运行在多种操作系统平台上，是一种具有客户机服务器体系结构的分布式数据库管理系统。一种具有客户机服务器体系结构的分布式数据库管理系统。一种具有客户机服务器体系结构的分布式数据库管理系统。一种具有客户机服务器体系结构的分布式数据库管理系统。 MySQLMySQL适用于网络环境，可在适用于网

54、络环境，可在适用于网络环境，可在适用于网络环境，可在InternetInternet上共享。由于它追求上共享。由于它追求上共享。由于它追求上共享。由于它追求的是简单、跨平台、零成本和高执行效率，因此它特别适合互的是简单、跨平台、零成本和高执行效率，因此它特别适合互的是简单、跨平台、零成本和高执行效率，因此它特别适合互的是简单、跨平台、零成本和高执行效率，因此它特别适合互联网企业（例如动态网站建设），许多互联网上的办公和交易联网企业（例如动态网站建设），许多互联网上的办公和交易联网企业（例如动态网站建设），许多互联网上的办公和交易联网企业（例如动态网站建设），许多互联网上的办公和交易系统也采用系

55、统也采用系统也采用系统也采用MySQLMySQL数据库。其控制台管理器界面如图数据库。其控制台管理器界面如图数据库。其控制台管理器界面如图数据库。其控制台管理器界面如图4.114.11所示。所示。所示。所示。 2 2）PostgreSQLPostgreSQL PostgreSQLPostgreSQL是一种相对较复杂的面向对象关系型数据库管理是一种相对较复杂的面向对象关系型数据库管理是一种相对较复杂的面向对象关系型数据库管理是一种相对较复杂的面向对象关系型数据库管理系统系统系统系统(OODBMS)(OODBMS)，也是目前功能最强大、特性最丰富和最复杂的开，也是目前功能最强大、特性最丰富和最复杂

56、的开，也是目前功能最强大、特性最丰富和最复杂的开，也是目前功能最强大、特性最丰富和最复杂的开源数据库之一，它的某些特性甚至连商业数据库都不具备。源数据库之一，它的某些特性甚至连商业数据库都不具备。源数据库之一，它的某些特性甚至连商业数据库都不具备。源数据库之一，它的某些特性甚至连商业数据库都不具备。 PostgreSQLPostgreSQL主要在主要在主要在主要在UNIXUNIX或或或或LinuxLinux平台上使用，目前也推出了平台上使用，目前也推出了平台上使用，目前也推出了平台上使用，目前也推出了WindowsWindows版本。版本。版本。版本。 4. 4. 新型新型新型新型JavaJa

57、va数据库数据库数据库数据库 伴随着互联网的发展，一种新型程序设计语言伴随着互联网的发展，一种新型程序设计语言JavaJava开始流行开始流行开来，使用开来，使用JavaJava语言开发的软件项目也越来越多，许多公司都试语言开发的软件项目也越来越多，许多公司都试图在这一领域大显身手，在图在这一领域大显身手，在JavaJava盛行的同时，使用盛行的同时，使用JavaJava语言编写语言编写的面向对象数据库管理系统也应运而生。下面简单介绍一的面向对象数据库管理系统也应运而生。下面简单介绍一 JDataStoreJDataStore。 JDataStoreJDataStore是是BorlandBor

58、land公司推出的纯公司推出的纯JavaJava数据库，主要用于数据库，主要用于J2EEJ2EE平台，有跨平台移植性，与平台，有跨平台移植性，与BorlandBorland新一代新一代JavaJava开发工具开发工具JBuilderJBuilder结合。数据库管理员可打开结合。数据库管理员可打开JDataStoreJDataStore Explorer Explorer来管理数据库。来管理数据库。 5. 5. 国产数据库国产数据库国产数据库国产数据库 已经获得实际应用的国产数据库主要包括：已经获得实际应用的国产数据库主要包括：已经获得实际应用的国产数据库主要包括：已经获得实际应用的国产数据库主

59、要包括： （1 1）东软）东软）东软）东软OpenBASEOpenBASE。 （2 2）华易数据库管理系统）华易数据库管理系统）华易数据库管理系统）华易数据库管理系统HYSQLHYSQL。 （3 3）金鼎数据库管理系统。）金鼎数据库管理系统。）金鼎数据库管理系统。）金鼎数据库管理系统。(4(4）武汉华工数据库管理系统）武汉华工数据库管理系统）武汉华工数据库管理系统）武汉华工数据库管理系统DM3DM3。 （5 5）北京国信）北京国信）北京国信）北京国信iBASEiBASE数据库。数据库。数据库。数据库。数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统(DBS)(DBS)的组成的组成的组成的组成数据库数据

60、库数据库数据库设计设计设计设计, ,开发开发开发开发, ,管理管理管理管理DBSDBS的人员和用户的人员和用户的人员和用户的人员和用户利用利用DBS资源开发的资源开发的,解决管解决管理和决策问题的各种应用程理和决策问题的各种应用程序序. 对数据进行管理的软件系统对数据进行管理的软件系统对数据进行管理的软件系统对数据进行管理的软件系统 功能功能功能功能: : 创建创建创建创建DBDB结构结构结构结构; ; 对对对对DBDB中的数据操作中的数据操作中的数据操作中的数据操作; ; 对对对对DBDB数据管理和控制数据管理和控制数据管理和控制数据管理和控制 指按一定的数据模式组织指按一定的数据模式组织指

61、按一定的数据模式组织指按一定的数据模式组织并长期存放在外存上的并长期存放在外存上的并长期存放在外存上的并长期存放在外存上的, ,可共可共可共可共享的享的享的享的, ,面向部门全局应用的数面向部门全局应用的数面向部门全局应用的数面向部门全局应用的数据集合。据集合。据集合。据集合。DBMSDBMS操作系统操作系统操作系统操作系统应用系统应用系统应用系统应用系统应用开发工具应用开发工具应用开发工具应用开发工具4.1.7 数据库系统及应用新技术1. 1.数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统2. 数据库新技术1 1）数据库体系结构的发展）数据库体系结构的发展）数据库体系结构的发展）数据库体系结构的发

62、展（1 1）集中式数据库系统。）集中式数据库系统。）集中式数据库系统。）集中式数据库系统。早期的早期的早期的早期的DBMSDBMS以分时操作系统作为运以分时操作系统作为运以分时操作系统作为运以分时操作系统作为运行环境，采用集中式的数据库系统结构，把数据库建立在本单位行环境，采用集中式的数据库系统结构，把数据库建立在本单位行环境，采用集中式的数据库系统结构，把数据库建立在本单位行环境，采用集中式的数据库系统结构，把数据库建立在本单位的主计算机上，且不与其他计算机系统进行数据交互。在这种系的主计算机上，且不与其他计算机系统进行数据交互。在这种系的主计算机上，且不与其他计算机系统进行数据交互。在这种

63、系的主计算机上，且不与其他计算机系统进行数据交互。在这种系统中，不但数据是集中的，数据的管理也是集中的。统中，不但数据是集中的，数据的管理也是集中的。统中，不但数据是集中的，数据的管理也是集中的。统中，不但数据是集中的，数据的管理也是集中的。（2 2）客户）客户）客户）客户/ /服务器结构服务器结构服务器结构服务器结构(C/S)(C/S)。是一种网络处理系统。有多台用是一种网络处理系统。有多台用是一种网络处理系统。有多台用是一种网络处理系统。有多台用作客户机的计算机和一至多台用作服务器的计算机。客户机直接作客户机的计算机和一至多台用作服务器的计算机。客户机直接作客户机的计算机和一至多台用作服务

64、器的计算机。客户机直接作客户机的计算机和一至多台用作服务器的计算机。客户机直接面向用户，接收并处理任务，将需要面向用户，接收并处理任务，将需要面向用户，接收并处理任务，将需要面向用户，接收并处理任务，将需要DBDB操作的任务委托服务器执操作的任务委托服务器执操作的任务委托服务器执操作的任务委托服务器执行；而服务器只接收这种委托，完成对行；而服务器只接收这种委托，完成对行；而服务器只接收这种委托，完成对行；而服务器只接收这种委托，完成对DBDB的查询和更新，并把查的查询和更新，并把查的查询和更新，并把查的查询和更新，并把查询结果返回给客户机。询结果返回给客户机。询结果返回给客户机。询结果返回给客

65、户机。C/SC/S结构的结构的结构的结构的DBSDBS虽然处理上是分布的，但数虽然处理上是分布的，但数虽然处理上是分布的，但数虽然处理上是分布的，但数据却是集中的，还是属于集中式数据库系统。据却是集中的，还是属于集中式数据库系统。据却是集中的，还是属于集中式数据库系统。据却是集中的，还是属于集中式数据库系统。2 2）分布式数据库系统）分布式数据库系统）分布式数据库系统）分布式数据库系统分布式数据库（如图分布式数据库（如图分布式数据库（如图分布式数据库（如图4.184.18所示）是其存储的数据可以在多个不所示）是其存储的数据可以在多个不所示）是其存储的数据可以在多个不所示）是其存储的数据可以在多

66、个不同的地理位置存储的数据库。目前，许多大型数据库管理系统同的地理位置存储的数据库。目前，许多大型数据库管理系统同的地理位置存储的数据库。目前，许多大型数据库管理系统同的地理位置存储的数据库。目前，许多大型数据库管理系统都支持分布式数据库，如都支持分布式数据库，如都支持分布式数据库，如都支持分布式数据库，如OracleOracle、SybaseSybase、达梦、达梦、达梦、达梦IIII号号号号(DM2)(DM2)等。等。等。等。DM2DM2是国内具有自主知识产权的分布式多媒体数据库是国内具有自主知识产权的分布式多媒体数据库是国内具有自主知识产权的分布式多媒体数据库是国内具有自主知识产权的分布

67、式多媒体数据库3 3）并行数据库系统）并行数据库系统）并行数据库系统）并行数据库系统4 4）工程数据库）工程数据库）工程数据库）工程数据库5) 5) 数据库技术在决策中的应用数据库技术在决策中的应用数据库技术在决策中的应用数据库技术在决策中的应用4.2 多媒体技术 多媒体计算机不仅能处理文字和数字信息，而且能处理影像多媒体计算机不仅能处理文字和数字信息，而且能处理影像多媒体计算机不仅能处理文字和数字信息，而且能处理影像多媒体计算机不仅能处理文字和数字信息，而且能处理影像、声音等其它形式的信息。、声音等其它形式的信息。、声音等其它形式的信息。、声音等其它形式的信息。多媒体技术是多媒体技术是多媒体

68、技术是多媒体技术是9090年代计算机发展的新年代计算机发展的新年代计算机发展的新年代计算机发展的新领域，是计算机技术、广播技术、电视技术和通信技术等领域尖领域，是计算机技术、广播技术、电视技术和通信技术等领域尖领域，是计算机技术、广播技术、电视技术和通信技术等领域尖领域，是计算机技术、广播技术、电视技术和通信技术等领域尖端技术相结合的产物。端技术相结合的产物。端技术相结合的产物。端技术相结合的产物。MicrosoftMicrosoft等一大批软件开发商推出的各等一大批软件开发商推出的各等一大批软件开发商推出的各等一大批软件开发商推出的各类多媒体软件和类多媒体软件和类多媒体软件和类多媒体软件和C

69、DCD光盘，造就了一大批计算机的多媒体用户。光盘，造就了一大批计算机的多媒体用户。光盘，造就了一大批计算机的多媒体用户。光盘，造就了一大批计算机的多媒体用户。多媒体技术及计算机网络的飞速发展，使计算机的应用进入了一多媒体技术及计算机网络的飞速发展，使计算机的应用进入了一多媒体技术及计算机网络的飞速发展，使计算机的应用进入了一多媒体技术及计算机网络的飞速发展，使计算机的应用进入了一个新的阶段。个新的阶段。个新的阶段。个新的阶段。 媒体是信息表示和传播的载体，根据国际电信联盟（媒体是信息表示和传播的载体，根据国际电信联盟（媒体是信息表示和传播的载体，根据国际电信联盟（媒体是信息表示和传播的载体，根

70、据国际电信联盟（ITUITU）下属的国际电报电话咨询委员会（下属的国际电报电话咨询委员会（下属的国际电报电话咨询委员会（下属的国际电报电话咨询委员会（CCITTCCITT）的定义，与计算机）的定义，与计算机）的定义，与计算机）的定义，与计算机信息处理有关的媒体有五种：信息处理有关的媒体有五种：信息处理有关的媒体有五种：信息处理有关的媒体有五种： 感觉媒体、表示媒体、存储媒体、表现媒体和传输媒体感觉媒体、表示媒体、存储媒体、表现媒体和传输媒体感觉媒体、表示媒体、存储媒体、表现媒体和传输媒体感觉媒体、表示媒体、存储媒体、表现媒体和传输媒体。4.2.1 文本 文本（文本（文本（文本（TextText

71、）是人类表达信息最基本的方式之一）是人类表达信息最基本的方式之一）是人类表达信息最基本的方式之一）是人类表达信息最基本的方式之一，数字技，数字技，数字技，数字技术的发展，使得文本信息的创作、编排、印刷、发行、检索和术的发展，使得文本信息的创作、编排、印刷、发行、检索和术的发展，使得文本信息的创作、编排、印刷、发行、检索和术的发展，使得文本信息的创作、编排、印刷、发行、检索和阅读方式发生了很大的变化。阅读方式发生了很大的变化。阅读方式发生了很大的变化。阅读方式发生了很大的变化。文本是计算机表示文字及符号信文本是计算机表示文字及符号信文本是计算机表示文字及符号信文本是计算机表示文字及符号信息的一种

72、数字媒体，实际使用的数字文本有如下几种类型：息的一种数字媒体，实际使用的数字文本有如下几种类型：息的一种数字媒体，实际使用的数字文本有如下几种类型：息的一种数字媒体，实际使用的数字文本有如下几种类型： （1 1）简单文本：）简单文本：）简单文本：）简单文本：是指只存储文本的内容，不包含格式控制是指只存储文本的内容，不包含格式控制是指只存储文本的内容，不包含格式控制是指只存储文本的内容，不包含格式控制信息的文本。简单文本对应的计算机文件扩展名一般为信息的文本。简单文本对应的计算机文件扩展名一般为信息的文本。简单文本对应的计算机文件扩展名一般为信息的文本。简单文本对应的计算机文件扩展名一般为.tx

73、t.txt。 （2 2）格式文本：）格式文本：）格式文本：）格式文本：是在简单文本的基础上加入了字体格式、是在简单文本的基础上加入了字体格式、是在简单文本的基础上加入了字体格式、是在简单文本的基础上加入了字体格式、段落格式，并可包含图片、表格、公式等内容。与简单文本相段落格式，并可包含图片、表格、公式等内容。与简单文本相段落格式，并可包含图片、表格、公式等内容。与简单文本相段落格式，并可包含图片、表格、公式等内容。与简单文本相比，格式文本包含的信息更多、表现能力更强。如比，格式文本包含的信息更多、表现能力更强。如比，格式文本包含的信息更多、表现能力更强。如比，格式文本包含的信息更多、表现能力更

74、强。如“ “.doc”.doc”文文文文件。件。件。件。 （3 3）超文本：超文本：超文本：超文本：是对传统线性文本的扩展，能够方便地通过是对传统线性文本的扩展，能够方便地通过是对传统线性文本的扩展，能够方便地通过是对传统线性文本的扩展，能够方便地通过链接、跳转、导航、回溯等操作，来访问一个或多个文档的内链接、跳转、导航、回溯等操作，来访问一个或多个文档的内链接、跳转、导航、回溯等操作，来访问一个或多个文档的内链接、跳转、导航、回溯等操作，来访问一个或多个文档的内容，超文本典型的用途是通过容，超文本典型的用途是通过容，超文本典型的用途是通过容，超文本典型的用途是通过Web Web 浏览器展示的

75、浏览器展示的浏览器展示的浏览器展示的WebWeb页面，一页面，一页面，一页面，一个页面上有大量的链接，点击这些链接，可以在不同的页面或个页面上有大量的链接，点击这些链接，可以在不同的页面或个页面上有大量的链接，点击这些链接，可以在不同的页面或个页面上有大量的链接，点击这些链接，可以在不同的页面或网站之间跳转。网站之间跳转。网站之间跳转。网站之间跳转。4.2.2 数字声音 1. 1.数字音频的表示数字音频的表示数字音频的表示数字音频的表示 人类接收的声音是以波的形式传输的，多媒体计算机能处理人类接收的声音是以波的形式传输的，多媒体计算机能处理人类接收的声音是以波的形式传输的，多媒体计算机能处理人

76、类接收的声音是以波的形式传输的，多媒体计算机能处理的信息只能是数字信号，我们将多媒体计算机以数字形式进行声的信息只能是数字信号，我们将多媒体计算机以数字形式进行声的信息只能是数字信号，我们将多媒体计算机以数字形式进行声的信息只能是数字信号，我们将多媒体计算机以数字形式进行声音处理的技术，音处理的技术，音处理的技术，音处理的技术，所以叫数字音频技术所以叫数字音频技术所以叫数字音频技术所以叫数字音频技术。 数字音频技术首先需要对模拟信号进行模数转换得到数字数字音频技术首先需要对模拟信号进行模数转换得到数字数字音频技术首先需要对模拟信号进行模数转换得到数字数字音频技术首先需要对模拟信号进行模数转换得

77、到数字信号，用以进行处理、传输和存储等，输出时进行数模转换还信号，用以进行处理、传输和存储等，输出时进行数模转换还信号，用以进行处理、传输和存储等，输出时进行数模转换还信号，用以进行处理、传输和存储等，输出时进行数模转换还原成模拟信号。其过程如图原成模拟信号。其过程如图原成模拟信号。其过程如图原成模拟信号。其过程如图 根据奈奎斯特采样定律，只要采样频率高于信号中最高频率根据奈奎斯特采样定律，只要采样频率高于信号中最高频率根据奈奎斯特采样定律，只要采样频率高于信号中最高频率根据奈奎斯特采样定律，只要采样频率高于信号中最高频率的两倍，就可以从采样中完全恢复出原始信号波形。的两倍，就可以从采样中完全

78、恢复出原始信号波形。的两倍，就可以从采样中完全恢复出原始信号波形。的两倍，就可以从采样中完全恢复出原始信号波形。因为人耳所因为人耳所因为人耳所因为人耳所能听到的频率范围为能听到的频率范围为能听到的频率范围为能听到的频率范围为20Hz20Hz至至至至20KHz20KHz。 2. 2.声音的符号化表示声音的符号化表示声音的符号化表示声音的符号化表示 波形声音可以把音乐、语音都进行数据化并且表示出来，但波形声音可以把音乐、语音都进行数据化并且表示出来，但波形声音可以把音乐、语音都进行数据化并且表示出来，但波形声音可以把音乐、语音都进行数据化并且表示出来，但是并没有把它看成音乐和语音。是并没有把它看成

79、音乐和语音。是并没有把它看成音乐和语音。是并没有把它看成音乐和语音。 对于声音的符号化（也可以称为抽象化）表示包括两种类型：对于声音的符号化（也可以称为抽象化）表示包括两种类型：对于声音的符号化（也可以称为抽象化）表示包括两种类型：对于声音的符号化（也可以称为抽象化）表示包括两种类型：一种是音乐，一种是语音。一种是音乐，一种是语音。一种是音乐，一种是语音。一种是音乐，一种是语音。 1 1）音乐的符号化）音乐的符号化）音乐的符号化）音乐的符号化MIDIMIDI MIDIMIDI实际上就是乐谱的数字描述实际上就是乐谱的数字描述实际上就是乐谱的数字描述实际上就是乐谱的数字描述。在这里，乐谱完全由音。

80、在这里，乐谱完全由音。在这里，乐谱完全由音。在这里，乐谱完全由音符序列、定时以及被称为合成音色的乐器定义组成。与波形声音符序列、定时以及被称为合成音色的乐器定义组成。与波形声音符序列、定时以及被称为合成音色的乐器定义组成。与波形声音符序列、定时以及被称为合成音色的乐器定义组成。与波形声音相比，相比，相比，相比，MIDIMIDI数据不是声音而是指令，所以它的数据量要比波形数据不是声音而是指令，所以它的数据量要比波形数据不是声音而是指令，所以它的数据量要比波形数据不是声音而是指令，所以它的数据量要比波形声音少得多。半小时的立体声声音少得多。半小时的立体声声音少得多。半小时的立体声声音少得多。半小时

81、的立体声1616位高品质音乐，如果用波形文件位高品质音乐，如果用波形文件位高品质音乐，如果用波形文件位高品质音乐，如果用波形文件无压缩录制，约需无压缩录制，约需无压缩录制，约需无压缩录制，约需300MB300MB的存储空间。而同样时间的的存储空间。而同样时间的的存储空间。而同样时间的的存储空间。而同样时间的MIDIMIDI数据数据数据数据大约只需大约只需大约只需大约只需200KB200KB，两者相差，两者相差，两者相差，两者相差15001500倍之多。倍之多。倍之多。倍之多。 2 2）语音的符号化）语音的符号化）语音的符号化）语音的符号化 语音与文字是对应的。波形声音可以记录表示语音，它是语音

82、与文字是对应的。波形声音可以记录表示语音，它是语音与文字是对应的。波形声音可以记录表示语音，它是语音与文字是对应的。波形声音可以记录表示语音，它是不是语音取决于听者对声音的理解。对语音的符号化实际上就不是语音取决于听者对声音的理解。对语音的符号化实际上就不是语音取决于听者对声音的理解。对语音的符号化实际上就不是语音取决于听者对声音的理解。对语音的符号化实际上就是对语音的识别，将语音转变为字符，反之也可以将文字合成是对语音的识别，将语音转变为字符，反之也可以将文字合成是对语音的识别，将语音转变为字符，反之也可以将文字合成是对语音的识别，将语音转变为字符，反之也可以将文字合成语音。语音。语音。语音

83、。 语音指构成人类语音信号的各种声音语音指构成人类语音信号的各种声音语音指构成人类语音信号的各种声音语音指构成人类语音信号的各种声音。 3. 3.声音数据的压缩格式声音数据的压缩格式声音数据的压缩格式声音数据的压缩格式 1 1）压缩率）压缩率）压缩率）压缩率 压缩率（又称为压缩比或压缩倍数）是指数据被压缩之前压缩率（又称为压缩比或压缩倍数）是指数据被压缩之前压缩率（又称为压缩比或压缩倍数）是指数据被压缩之前压缩率（又称为压缩比或压缩倍数）是指数据被压缩之前的容量和压缩之后的容量之比。的容量和压缩之后的容量之比。的容量和压缩之后的容量之比。的容量和压缩之后的容量之比。 2 2）MPEGMPEG声

84、音压缩算法声音压缩算法声音压缩算法声音压缩算法 MPEGMPEG是是是是Moving Picture Experts GroupMoving Picture Experts Group（运动图像专家（运动图像专家（运动图像专家（运动图像专家组）的简写，是一系列运动图像（视频）压缩算法和标准的总组）的简写，是一系列运动图像（视频）压缩算法和标准的总组）的简写，是一系列运动图像（视频）压缩算法和标准的总组）的简写，是一系列运动图像（视频）压缩算法和标准的总称，其中也包括了声音压缩编码（称为称，其中也包括了声音压缩编码（称为称，其中也包括了声音压缩编码（称为称，其中也包括了声音压缩编码（称为MPEG

85、 AudioMPEG Audio）。）。）。）。 MPEGMPEG声音压缩算法是世界上第一个高保真声音数据压缩声音压缩算法是世界上第一个高保真声音数据压缩声音压缩算法是世界上第一个高保真声音数据压缩声音压缩算法是世界上第一个高保真声音数据压缩国际标准，并且得到了极其广泛的应用。国际标准，并且得到了极其广泛的应用。国际标准，并且得到了极其广泛的应用。国际标准，并且得到了极其广泛的应用。 MPEGMPEG声音标准提供了三个独立的压缩层次：声音标准提供了三个独立的压缩层次：声音标准提供了三个独立的压缩层次：声音标准提供了三个独立的压缩层次：层层层层1 1（Layer Layer 1 1）、层）、层）

86、、层）、层2 2（Layer 2Layer 2）和层）和层）和层）和层3 3（Layer 3Layer 3）。）。）。）。 层层层层1 1的编码器最为简单，输出数据率为的编码器最为简单，输出数据率为的编码器最为简单，输出数据率为的编码器最为简单，输出数据率为384kbps384kbps，主要用于主要用于主要用于主要用于小型数字盒式磁带；小型数字盒式磁带；小型数字盒式磁带；小型数字盒式磁带； 层层层层2 2的编码器的复杂程度属中等，输出数据率为的编码器的复杂程度属中等，输出数据率为的编码器的复杂程度属中等，输出数据率为的编码器的复杂程度属中等，输出数据率为256kbps256kbps192kbp

87、s192kbps，用于数据广播、用于数据广播、用于数据广播、用于数据广播、CD-ICD-I和和和和VCDVCD视盘视盘视盘视盘。 层层层层3 3（MPEG-1 Audio Layer 3MPEG-1 Audio Layer 3）就是现在非常流行的就是现在非常流行的就是现在非常流行的就是现在非常流行的MP3MP3，它的编码器较层，它的编码器较层，它的编码器较层，它的编码器较层1 1和层和层和层和层2 2最为复杂，输出数据率为最为复杂，输出数据率为最为复杂，输出数据率为最为复杂，输出数据率为64kb/s64kb/s。MP3MP3格式在格式在格式在格式在1616：1 1压缩率下可以实现接近压缩率下可

88、以实现接近压缩率下可以实现接近压缩率下可以实现接近CDCD的音质，所以原来的音质，所以原来的音质，所以原来的音质，所以原来只能容纳十几首未压缩歌曲的只能容纳十几首未压缩歌曲的只能容纳十几首未压缩歌曲的只能容纳十几首未压缩歌曲的CDCD光盘可以容纳音质相近的光盘可以容纳音质相近的光盘可以容纳音质相近的光盘可以容纳音质相近的200200首左右的首左右的首左右的首左右的MP3MP3歌曲。如果提高压缩率，还可以容纳更多。歌曲。如果提高压缩率，还可以容纳更多。歌曲。如果提高压缩率，还可以容纳更多。歌曲。如果提高压缩率，还可以容纳更多。 3 3） 声音文件格式声音文件格式声音文件格式声音文件格式WAVWA

89、V格式格式格式格式 MicrosoftMicrosoft公司开发的一种声音文件格式，也叫波形公司开发的一种声音文件格式，也叫波形公司开发的一种声音文件格式，也叫波形公司开发的一种声音文件格式，也叫波形（wavewave）声音文件，被）声音文件，被）声音文件，被）声音文件，被WindowsWindows平台及其应用程序广泛支持。平台及其应用程序广泛支持。平台及其应用程序广泛支持。平台及其应用程序广泛支持。WMAWMA格式格式格式格式 WMAWMA（Windows Media AudioWindows Media Audio）是）是）是）是MicrosoftMicrosoft公司公司公司公司专为互

90、联网上的音乐传播而开发的音乐格式，其压缩率和音质专为互联网上的音乐传播而开发的音乐格式，其压缩率和音质专为互联网上的音乐传播而开发的音乐格式，其压缩率和音质专为互联网上的音乐传播而开发的音乐格式，其压缩率和音质可与可与可与可与MP3MP3相媲美。相媲美。相媲美。相媲美。RealAudioRealAudio格式格式格式格式 RealAudioRealAudio是由是由是由是由Real NetworksReal Networks公司推出的文件公司推出的文件公司推出的文件公司推出的文件格式，分为格式，分为格式，分为格式，分为RARA（RealAudioRealAudio）、）、）、）、RMRM（Re

91、alMediaRealMedia，RealAudio RealAudio G2G2）、）、）、）、RMXRMX（RealAudio SecuredRealAudio Secured）等三种。它们最大的特点）等三种。它们最大的特点）等三种。它们最大的特点）等三种。它们最大的特点是可以实时传输音频信息，能够随着网络带宽的不同而改变声是可以实时传输音频信息，能够随着网络带宽的不同而改变声是可以实时传输音频信息，能够随着网络带宽的不同而改变声是可以实时传输音频信息，能够随着网络带宽的不同而改变声音的质量。音的质量。音的质量。音的质量。 QuickTimeQuickTime格式格式格式格式 QuickT

92、imeQuickTime是是是是AppleApple公司推出的一种数字流媒公司推出的一种数字流媒公司推出的一种数字流媒公司推出的一种数字流媒体格式，它面向视频编辑、体格式，它面向视频编辑、体格式，它面向视频编辑、体格式，它面向视频编辑、WebWeb网站创建和媒体技术平台，网站创建和媒体技术平台，网站创建和媒体技术平台，网站创建和媒体技术平台，QuickTimeQuickTime支持几乎所有主流的个人计算平台，可以通过互联支持几乎所有主流的个人计算平台，可以通过互联支持几乎所有主流的个人计算平台，可以通过互联支持几乎所有主流的个人计算平台，可以通过互联网实现实时的数据传输和回放。网实现实时的数据

93、传输和回放。网实现实时的数据传输和回放。网实现实时的数据传输和回放。4.2.3 数字图像 1. 1.图像的数字化图像的数字化图像的数字化图像的数字化 数字图像有三个主要来源：（数字图像有三个主要来源：（数字图像有三个主要来源：（数字图像有三个主要来源：（1 1）现有图片经图像扫描仪生）现有图片经图像扫描仪生）现有图片经图像扫描仪生）现有图片经图像扫描仪生成数字图像；（成数字图像；（成数字图像；（成数字图像；（2 2）使用数码相机或数字摄像机将自然景物、）使用数码相机或数字摄像机将自然景物、）使用数码相机或数字摄像机将自然景物、）使用数码相机或数字摄像机将自然景物、人物等拍摄为数字图像；（人物等

94、拍摄为数字图像；（人物等拍摄为数字图像；（人物等拍摄为数字图像；（3 3）使用计算机绘图软件生成数字）使用计算机绘图软件生成数字）使用计算机绘图软件生成数字）使用计算机绘图软件生成数字图像。图像。图像。图像。模拟图模拟图模拟图模拟图像像像像数字图数字图数字图数字图像像像像B BGGR R扫扫扫扫描描描描分分分分色色色色采样、量采样、量采样、量采样、量化化化化图3.21 图像的数字化过程 2. 2.图像的基本要素图像的基本要素图像的基本要素图像的基本要素 1 1）图像的分辨率）图像的分辨率）图像的分辨率）图像的分辨率 一幅图像的像素是成行和列排列的，像素的列数称为水平一幅图像的像素是成行和列排列

95、的，像素的列数称为水平一幅图像的像素是成行和列排列的，像素的列数称为水平一幅图像的像素是成行和列排列的，像素的列数称为水平分辨率、行数称为垂直分辨率。整幅图像的分辨率是由分辨率、行数称为垂直分辨率。整幅图像的分辨率是由分辨率、行数称为垂直分辨率。整幅图像的分辨率是由分辨率、行数称为垂直分辨率。整幅图像的分辨率是由“ “水平水平水平水平分辨率分辨率分辨率分辨率 垂直分辨率垂直分辨率垂直分辨率垂直分辨率” ”来表示的。来表示的。来表示的。来表示的。 分辨率是度量一幅图像的重要指标，对于同样的表达内容，分辨率是度量一幅图像的重要指标，对于同样的表达内容，分辨率是度量一幅图像的重要指标，对于同样的表达

96、内容，分辨率是度量一幅图像的重要指标，对于同样的表达内容，分辨率越高，图像越清晰，细节的表达能力越强。分辨率越高，图像越清晰，细节的表达能力越强。分辨率越高，图像越清晰，细节的表达能力越强。分辨率越高，图像越清晰，细节的表达能力越强。 130x94260x188520x376 2 2）图像的像素深度）图像的像素深度）图像的像素深度）图像的像素深度 像素深度是指图像中每个像素所用的二进制位数，像素深度是指图像中每个像素所用的二进制位数，像素深度是指图像中每个像素所用的二进制位数，像素深度是指图像中每个像素所用的二进制位数，因为因为因为因为这个二进制数用来表示颜色，所以也称为颜色深度。图像的像这个

97、二进制数用来表示颜色，所以也称为颜色深度。图像的像这个二进制数用来表示颜色，所以也称为颜色深度。图像的像这个二进制数用来表示颜色，所以也称为颜色深度。图像的像素深度越深，所使用的二进制数的位数越多，能表达的颜色数素深度越深，所使用的二进制数的位数越多，能表达的颜色数素深度越深，所使用的二进制数的位数越多，能表达的颜色数素深度越深，所使用的二进制数的位数越多，能表达的颜色数目也越多。目也越多。目也越多。目也越多。 3 3）图像的数据量）图像的数据量）图像的数据量）图像的数据量 如果图像未经压缩处理，一幅图像的数据量可按下面的如果图像未经压缩处理，一幅图像的数据量可按下面的如果图像未经压缩处理，一

98、幅图像的数据量可按下面的如果图像未经压缩处理，一幅图像的数据量可按下面的公式进行计算：公式进行计算：公式进行计算：公式进行计算： 图像数据量水平分辨率图像数据量水平分辨率图像数据量水平分辨率图像数据量水平分辨率 垂直分辨率垂直分辨率垂直分辨率垂直分辨率 像素深度像素深度像素深度像素深度 3. 3.图像的压缩图像的压缩图像的压缩图像的压缩 4. 4.图像的各式图像的各式图像的各式图像的各式 不同的图象文件格式采用了不同的数据压缩技术和数据组不同的图象文件格式采用了不同的数据压缩技术和数据组不同的图象文件格式采用了不同的数据压缩技术和数据组不同的图象文件格式采用了不同的数据压缩技术和数据组织方法，

99、有不同的应用织方法，有不同的应用织方法，有不同的应用织方法，有不同的应用 常用的图像文件格式有：常用的图像文件格式有：常用的图像文件格式有：常用的图像文件格式有：名称名称名称名称压缩编码压缩编码压缩编码压缩编码方法方法方法方法性性性性质质质质典型典型典型典型应应应应用用用用开开开开发发发发公司公司公司公司( (组织组织组织组织) )BMPBMPRLE(RLE(行程行程行程行程长长长长度度度度编码编码编码编码) )无无无无损损损损WindowsWindows应应应应用程序用程序用程序用程序MicrosoftMicrosoftTIFTIFRLE,LZW(RLE,LZW(字典字典字典字典编码编码编码

100、编码) )无无无无损损损损桌面出版桌面出版桌面出版桌面出版AldusAldus，MicrosoftMicrosoftGIFGIFLZWLZW无无无无损损损损因特网因特网因特网因特网CompuServeCompuServeJPEGJPEGDCT(DCT(离散余弦离散余弦离散余弦离散余弦变换变换变换变换) )，HuffmanHuffman编码编码编码编码大多数大多数大多数大多数为为为为有有有有损损损损因特网因特网因特网因特网, ,数数数数码码码码相机等相机等相机等相机等ISO/IECISO/IECJP2JP2小波小波小波小波变换变换变换变换，算，算，算，算术编码术编码术编码术编码无无无无损损损损/

101、 /有有有有损损损损因特网因特网因特网因特网, ,数数数数码码码码相机等相机等相机等相机等ISO/IECISO/IEC文件文件文件文件1.GIF1.GIF文件文件文件文件2.JPG2.JPG数字图像处理的应用数字图像处理的应用数字图像处理的应用数字图像处理的应用X光图像光图像CT图像图像核磁共振图像核磁共振图像指纹图像指纹图像图图 像像图图 形形 通通通通过计过计过计过计算机建模并算机建模并算机建模并算机建模并绘绘绘绘制而成的制而成的制而成的制而成的“ “图图图图” ”，称，称，称，称为为为为矢量矢量矢量矢量图图图图形，通常形，通常形，通常形，通常简简简简称称称称图图图图形形形形通通通通过过过

102、过数字化数字化数字化数字化设备获设备获设备获设备获取的取的取的取的“ “图图图图” ”，它，它，它，它们们们们称称称称为为为为取取取取样图样图样图样图像、点像、点像、点像、点阵图阵图阵图阵图像，或像，或像，或像，或位位位位图图图图图图图图像等，通常像等，通常像等，通常像等，通常简简简简称称称称图图图图像像像像4.2.4 数字视频 视频源于电视技术，它由连续的画面组成视频源于电视技术，它由连续的画面组成视频源于电视技术，它由连续的画面组成视频源于电视技术，它由连续的画面组成。这些画面以一。这些画面以一。这些画面以一。这些画面以一定的速率连续地投射在屏幕上，使观察者具有图像连续运动的定的速率连续地

103、投射在屏幕上，使观察者具有图像连续运动的定的速率连续地投射在屏幕上，使观察者具有图像连续运动的定的速率连续地投射在屏幕上，使观察者具有图像连续运动的感觉。感觉。感觉。感觉。 视频的数字化指在一段时间内以一定的速度对视频信号进视频的数字化指在一段时间内以一定的速度对视频信号进视频的数字化指在一段时间内以一定的速度对视频信号进视频的数字化指在一段时间内以一定的速度对视频信号进行捕获并加以采样后形成数字化数据的处理过程。行捕获并加以采样后形成数字化数据的处理过程。行捕获并加以采样后形成数字化数据的处理过程。行捕获并加以采样后形成数字化数据的处理过程。 视频可以看成是配有相应声音效果的图像的快速更替。

104、数视频可以看成是配有相应声音效果的图像的快速更替。数视频可以看成是配有相应声音效果的图像的快速更替。数视频可以看成是配有相应声音效果的图像的快速更替。数字视频用三个基本参数来进行描述，即用于描述视频中每一帧字视频用三个基本参数来进行描述，即用于描述视频中每一帧字视频用三个基本参数来进行描述，即用于描述视频中每一帧字视频用三个基本参数来进行描述，即用于描述视频中每一帧图像的分辨率、颜色深度，以及描述图像变化速度的图像更替图像的分辨率、颜色深度，以及描述图像变化速度的图像更替图像的分辨率、颜色深度，以及描述图像变化速度的图像更替图像的分辨率、颜色深度，以及描述图像变化速度的图像更替率。率。率。率。

105、 计算机视频可分为以下几类计算机视频可分为以下几类计算机视频可分为以下几类计算机视频可分为以下几类。 1 1）电影或录像剪辑）电影或录像剪辑）电影或录像剪辑）电影或录像剪辑 2 2）计算机动画计算机动画计算机动画计算机动画 3 3）交互式视频）交互式视频）交互式视频）交互式视频 4 4）网络电视与视频点播）网络电视与视频点播）网络电视与视频点播）网络电视与视频点播 数字视频的数据量是非常大的数字视频的数据量是非常大的数字视频的数据量是非常大的数字视频的数据量是非常大的 国际标准化组织和各大公司都积极参与视频压缩标准的国际标准化组织和各大公司都积极参与视频压缩标准的制定，并且已推出大量实用的视频

106、压缩格式。制定，并且已推出大量实用的视频压缩格式。4.2.5 多媒体技术的研究内容及前景 1. 1. 多媒体技术的研究内容多媒体技术的研究内容多媒体技术的研究内容多媒体技术的研究内容 1 1）多媒体数据压缩解压算法的研究）多媒体数据压缩解压算法的研究）多媒体数据压缩解压算法的研究）多媒体数据压缩解压算法的研究 2 2）多媒体数据存储技术）多媒体数据存储技术）多媒体数据存储技术）多媒体数据存储技术 3 3）多媒体计算机硬件平台及软件平台）多媒体计算机硬件平台及软件平台）多媒体计算机硬件平台及软件平台）多媒体计算机硬件平台及软件平台 4 4）多媒体开发和创作工具）多媒体开发和创作工具）多媒体开发和

107、创作工具）多媒体开发和创作工具 5 5）多媒体数据库）多媒体数据库）多媒体数据库）多媒体数据库 6 6）超文本和超媒体）超文本和超媒体）超文本和超媒体）超文本和超媒体 7 7）多媒体系统数据模型）多媒体系统数据模型）多媒体系统数据模型）多媒体系统数据模型 8 8）多媒体通信与分布式多媒体系统）多媒体通信与分布式多媒体系统）多媒体通信与分布式多媒体系统）多媒体通信与分布式多媒体系统 2. 2. 多媒体技术的应用前景多媒体技术的应用前景多媒体技术的应用前景多媒体技术的应用前景 1 1）教育和培训）教育和培训）教育和培训）教育和培训 2 2）咨询和演示）咨询和演示）咨询和演示）咨询和演示 3 3）娱

108、乐和游戏）娱乐和游戏）娱乐和游戏）娱乐和游戏 4 4）管理信息系统（）管理信息系统（）管理信息系统（）管理信息系统（MISMIS） 5 5）视频会议系统）视频会议系统）视频会议系统）视频会议系统 6 6）计算机支持协同工作）计算机支持协同工作）计算机支持协同工作）计算机支持协同工作 7) 7) 视频服务系统视频服务系统视频服务系统视频服务系统 4.3 4.3 计算机安全计算机安全计算机安全计算机安全 技术技术技术技术4.3.1 计算机安全概述计算机安全概述计算机安全概述计算机安全概述 1. 1. 什么是信息安全什么是信息安全什么是信息安全什么是信息安全 信息安全是指对信息资源实施保护，以防止信

109、息资源被泄漏、信息安全是指对信息资源实施保护，以防止信息资源被泄漏、信息安全是指对信息资源实施保护，以防止信息资源被泄漏、信息安全是指对信息资源实施保护，以防止信息资源被泄漏、修改、破坏。具体来讲，信息安全包括以下几个层面：修改、破坏。具体来讲，信息安全包括以下几个层面：修改、破坏。具体来讲，信息安全包括以下几个层面：修改、破坏。具体来讲，信息安全包括以下几个层面：1 1）信息安全理念：良好的监控、完善的记录、定期检查）信息安全理念：良好的监控、完善的记录、定期检查）信息安全理念：良好的监控、完善的记录、定期检查）信息安全理念：良好的监控、完善的记录、定期检查/ /检测；检测；检测；检测；2

110、2）信息安全观点：网络安全具有整体性、网络安全需要规划、）信息安全观点：网络安全具有整体性、网络安全需要规划、）信息安全观点：网络安全具有整体性、网络安全需要规划、）信息安全观点：网络安全具有整体性、网络安全需要规划、网络安全是动态的；网络安全是动态的；网络安全是动态的；网络安全是动态的；3 3）信息安全机制：加密机制、数字签名机制、访问控制机制等；）信息安全机制：加密机制、数字签名机制、访问控制机制等；）信息安全机制：加密机制、数字签名机制、访问控制机制等；）信息安全机制：加密机制、数字签名机制、访问控制机制等；4 4）物理安全：对网络与信息系统的物理装备的保护。）物理安全：对网络与信息系统

111、的物理装备的保护。）物理安全：对网络与信息系统的物理装备的保护。）物理安全：对网络与信息系统的物理装备的保护。5 5）运行安全：对网络与信息系统的运行过程和运行状态的保护。）运行安全：对网络与信息系统的运行过程和运行状态的保护。）运行安全：对网络与信息系统的运行过程和运行状态的保护。）运行安全：对网络与信息系统的运行过程和运行状态的保护。6 6）数据安全：对信息在数据收集、处理、存储、检索、传输等）数据安全：对信息在数据收集、处理、存储、检索、传输等）数据安全：对信息在数据收集、处理、存储、检索、传输等）数据安全：对信息在数据收集、处理、存储、检索、传输等过程中的保护。过程中的保护。过程中的保

112、护。过程中的保护。7 7）内容安全：）内容安全：）内容安全：）内容安全： 防止信息的内容对系统造成威胁。防止信息的内容对系统造成威胁。防止信息的内容对系统造成威胁。防止信息的内容对系统造成威胁。 2. 2. 安全威胁安全威胁安全威胁安全威胁 安全威胁主要来自于各种失误、出错、病毒、攻击、以及安全威胁主要来自于各种失误、出错、病毒、攻击、以及安全威胁主要来自于各种失误、出错、病毒、攻击、以及安全威胁主要来自于各种失误、出错、病毒、攻击、以及软件和硬件设计的后门。软件和硬件设计的后门。软件和硬件设计的后门。软件和硬件设计的后门。 对系统构成安全威胁的几个方面如下：对系统构成安全威胁的几个方面如下：

113、对系统构成安全威胁的几个方面如下：对系统构成安全威胁的几个方面如下： 人为预谋犯罪人为预谋犯罪人为预谋犯罪人为预谋犯罪 主动型攻击：篡改主动型攻击：篡改主动型攻击：篡改主动型攻击：篡改/ /破坏程序和数据、冒充、拒绝服务、破坏程序和数据、冒充、拒绝服务、破坏程序和数据、冒充、拒绝服务、破坏程序和数据、冒充、拒绝服务、恶意否认、病毒。恶意否认、病毒。恶意否认、病毒。恶意否认、病毒。 被动型攻击：窃听、信息分析、非法访问被动型攻击：窃听、信息分析、非法访问被动型攻击：窃听、信息分析、非法访问被动型攻击：窃听、信息分析、非法访问/ /调用。调用。调用。调用。 职员无意失职。职员无意失职。职员无意失职

114、。职员无意失职。 编程错误、误操作、无意损坏、无意泄密。编程错误、误操作、无意损坏、无意泄密。编程错误、误操作、无意损坏、无意泄密。编程错误、误操作、无意损坏、无意泄密。 电子系统故障。电子系统故障。电子系统故障。电子系统故障。 硬件硬件硬件硬件/ /软件故障、网络故障、电源空调环境故障。软件故障、网络故障、电源空调环境故障。软件故障、网络故障、电源空调环境故障。软件故障、网络故障、电源空调环境故障。 自然灾害。自然灾害。自然灾害。自然灾害。 利用计算机犯罪。利用计算机犯罪。利用计算机犯罪。利用计算机犯罪。 计算机病毒计算机病毒计算机病毒计算机病毒4.3.2 数据加密技术1. 1. 对称式加密

115、法对称式加密法对称式加密法对称式加密法这种方法就是加密和解密使用同一密钥。这种方法就是加密和解密使用同一密钥。这种方法就是加密和解密使用同一密钥。这种方法就是加密和解密使用同一密钥。2. 2.非对称式加密法非对称式加密法非对称式加密法非对称式加密法 非对称式加密法也称公钥密码加密法。这一加密方法的最大特非对称式加密法也称公钥密码加密法。这一加密方法的最大特非对称式加密法也称公钥密码加密法。这一加密方法的最大特非对称式加密法也称公钥密码加密法。这一加密方法的最大特点是采用两个密钥将加密和解密分开：一个密钥公开，作为加密点是采用两个密钥将加密和解密分开：一个密钥公开，作为加密点是采用两个密钥将加密

116、和解密分开：一个密钥公开，作为加密点是采用两个密钥将加密和解密分开：一个密钥公开，作为加密密钥，叫做公钥密钥，叫做公钥密钥，叫做公钥密钥，叫做公钥(Public Key)(Public Key)；一个为用户专用，作为解密密钥，；一个为用户专用，作为解密密钥，；一个为用户专用，作为解密密钥，；一个为用户专用，作为解密密钥，叫做私钥叫做私钥叫做私钥叫做私钥(Private Key)(Private Key)，两个密钥必须配对使用才有效。通信双，两个密钥必须配对使用才有效。通信双，两个密钥必须配对使用才有效。通信双，两个密钥必须配对使用才有效。通信双方无需事先交换密钥就可进行保密通信。方无需事先交换

117、密钥就可进行保密通信。方无需事先交换密钥就可进行保密通信。方无需事先交换密钥就可进行保密通信。4.3.3 数据签名技术数据签名技术数据签名技术数据签名技术 数字签名（数字签名（数字签名（数字签名（digital signaturedigital signature）是数据的接收者用来证实数）是数据的接收者用来证实数）是数据的接收者用来证实数）是数据的接收者用来证实数据的发送者确实无误的一种方法，这种签名所起的作用与纸面据的发送者确实无误的一种方法，这种签名所起的作用与纸面据的发送者确实无误的一种方法，这种签名所起的作用与纸面据的发送者确实无误的一种方法，这种签名所起的作用与纸面上的亲笔签名是一

118、致的。它具有如下的性质上的亲笔签名是一致的。它具有如下的性质上的亲笔签名是一致的。它具有如下的性质上的亲笔签名是一致的。它具有如下的性质：（1 1）必须能够证实是作者本人的签名以及签名的日期和时间；）必须能够证实是作者本人的签名以及签名的日期和时间；）必须能够证实是作者本人的签名以及签名的日期和时间；）必须能够证实是作者本人的签名以及签名的日期和时间；（2 2）在签名时必须能对内容进行鉴别；）在签名时必须能对内容进行鉴别；）在签名时必须能对内容进行鉴别；）在签名时必须能对内容进行鉴别；（3 3）签名必须能被第三方证实以便解决争端。）签名必须能被第三方证实以便解决争端。）签名必须能被第三方证实以

119、便解决争端。）签名必须能被第三方证实以便解决争端。4.3.4 计算机病毒计算机病毒计算机病毒计算机病毒 1. 1.计算机病毒的分类计算机病毒的分类 引导型病毒引导型病毒引导型病毒引导型病毒：引导型病毒是指寄生在磁盘引导区或主引引导型病毒是指寄生在磁盘引导区或主引引导型病毒是指寄生在磁盘引导区或主引引导型病毒是指寄生在磁盘引导区或主引导区的计算机病毒。在引导系统的过程中侵入系统，驻留导区的计算机病毒。在引导系统的过程中侵入系统，驻留导区的计算机病毒。在引导系统的过程中侵入系统，驻留导区的计算机病毒。在引导系统的过程中侵入系统，驻留内存，监视系统运行，伺机传染和破坏。如大麻病毒、小内存，监视系统运

120、行，伺机传染和破坏。如大麻病毒、小内存，监视系统运行，伺机传染和破坏。如大麻病毒、小内存，监视系统运行，伺机传染和破坏。如大麻病毒、小球病毒等。引导型病毒的执行框图见图球病毒等。引导型病毒的执行框图见图球病毒等。引导型病毒的执行框图见图球病毒等。引导型病毒的执行框图见图4.28(a)4.28(a)。 文件型病毒文件型病毒文件型病毒文件型病毒：文件型病毒是指能够寄生在文件中的计算文件型病毒是指能够寄生在文件中的计算文件型病毒是指能够寄生在文件中的计算文件型病毒是指能够寄生在文件中的计算机病毒。这类病毒可以感染可执行文件或数据文件。当这机病毒。这类病毒可以感染可执行文件或数据文件。当这机病毒。这类

121、病毒可以感染可执行文件或数据文件。当这机病毒。这类病毒可以感染可执行文件或数据文件。当这些文件被执行时，病毒程序也跟着被执行。些文件被执行时，病毒程序也跟着被执行。些文件被执行时，病毒程序也跟着被执行。些文件被执行时，病毒程序也跟着被执行。 复合型病毒：复合型病毒：复合型病毒：复合型病毒：复合型病毒兼具有引导型病毒和文件型病复合型病毒兼具有引导型病毒和文件型病复合型病毒兼具有引导型病毒和文件型病复合型病毒兼具有引导型病毒和文件型病毒的特性。这种病毒扩大了病毒程序的传染途径，既感染毒的特性。这种病毒扩大了病毒程序的传染途径，既感染毒的特性。这种病毒扩大了病毒程序的传染途径，既感染毒的特性。这种病

122、毒扩大了病毒程序的传染途径，既感染磁盘的引导记录，由感染可执行文件。磁盘的引导记录，由感染可执行文件。磁盘的引导记录，由感染可执行文件。磁盘的引导记录，由感染可执行文件。 2. 2. 病毒实例分析病毒实例分析1 1）CIHCIH病毒病毒病毒病毒 CIHCIH病毒是一种文件型病毒，感染病毒是一种文件型病毒，感染病毒是一种文件型病毒，感染病毒是一种文件型病毒，感染Windows95/98Windows95/98环境下环境下环境下环境下PEPE格格格格式的式的式的式的EXEEXE文件。病毒的危害主要表现在病毒发作后，硬盘数据文件。病毒的危害主要表现在病毒发作后，硬盘数据文件。病毒的危害主要表现在病毒

123、发作后，硬盘数据文件。病毒的危害主要表现在病毒发作后，硬盘数据全部丢失，甚至主板上的全部丢失，甚至主板上的全部丢失，甚至主板上的全部丢失，甚至主板上的BIOSBIOS中的原内容会被彻底破坏，主机中的原内容会被彻底破坏，主机中的原内容会被彻底破坏，主机中的原内容会被彻底破坏，主机无法启动。无法启动。无法启动。无法启动。2 2）宏病毒）宏病毒）宏病毒）宏病毒所谓所谓所谓所谓“ “宏病毒宏病毒宏病毒宏病毒” ”，是利用软件所支持的宏命令编写成的具有，是利用软件所支持的宏命令编写成的具有，是利用软件所支持的宏命令编写成的具有，是利用软件所支持的宏命令编写成的具有复制、传染能力的宏。宏病毒是一种新形态的

124、计算机病毒，也复制、传染能力的宏。宏病毒是一种新形态的计算机病毒，也复制、传染能力的宏。宏病毒是一种新形态的计算机病毒，也复制、传染能力的宏。宏病毒是一种新形态的计算机病毒，也是一种跨平台的计算机病毒，可以在是一种跨平台的计算机病毒，可以在是一种跨平台的计算机病毒，可以在是一种跨平台的计算机病毒，可以在WindowsWindows 9X 9X、Windows Windows NT/2000NT/2000、OS/2OS/2和和和和Macintosh System 7Macintosh System 7等操作系统上执行。等操作系统上执行。等操作系统上执行。等操作系统上执行。3 3）网络病毒）网络病

125、毒）网络病毒）网络病毒网络病毒专指在网络上传播、并对网络进行破坏的病毒；网网络病毒专指在网络上传播、并对网络进行破坏的病毒；网网络病毒专指在网络上传播、并对网络进行破坏的病毒；网网络病毒专指在网络上传播、并对网络进行破坏的病毒；网络病毒也指络病毒也指络病毒也指络病毒也指HTMLHTML病毒、病毒、病毒、病毒、E-mailE-mail病毒、病毒、病毒、病毒、JavaJava病毒以及与因特网病毒以及与因特网病毒以及与因特网病毒以及与因特网有关的病毒等有关的病毒等有关的病毒等有关的病毒等。3. 3.计算机病毒的检测计算机病毒的检测计算机病毒的检测计算机病毒的检测4.3.5 防火墙技术防火墙技术防火墙

126、技术防火墙技术 “ “防火墙防火墙防火墙防火墙” ”在网络系统中是一种用来限制、隔离网络用户的在网络系统中是一种用来限制、隔离网络用户的在网络系统中是一种用来限制、隔离网络用户的在网络系统中是一种用来限制、隔离网络用户的某些工作的技术，安全系统对外部访问者（例如，通过某些工作的技术，安全系统对外部访问者（例如，通过某些工作的技术，安全系统对外部访问者（例如，通过某些工作的技术，安全系统对外部访问者（例如，通过InternetInternet连接的访问者）可以通过防火墙技术来实现安全保护。连接的访问者）可以通过防火墙技术来实现安全保护。连接的访问者）可以通过防火墙技术来实现安全保护。连接的访问者

127、）可以通过防火墙技术来实现安全保护。 防火墙可以被定义为：限制被保护网络与互联网之间，或防火墙可以被定义为：限制被保护网络与互联网之间，或防火墙可以被定义为：限制被保护网络与互联网之间，或防火墙可以被定义为：限制被保护网络与互联网之间，或其他网络之间信息访问的部件或部件集。防火墙实际上是一种其他网络之间信息访问的部件或部件集。防火墙实际上是一种其他网络之间信息访问的部件或部件集。防火墙实际上是一种其他网络之间信息访问的部件或部件集。防火墙实际上是一种保护装置，防止非法入侵，以保护网络数据。在互联网上防火保护装置，防止非法入侵，以保护网络数据。在互联网上防火保护装置，防止非法入侵，以保护网络数据

128、。在互联网上防火保护装置，防止非法入侵，以保护网络数据。在互联网上防火墙服务于多个目的。墙服务于多个目的。墙服务于多个目的。墙服务于多个目的。 限定访问控制点。限定访问控制点。限定访问控制点。限定访问控制点。 防止侵入者侵入。防止侵入者侵入。防止侵入者侵入。防止侵入者侵入。 限定离开控制点。限定离开控制点。限定离开控制点。限定离开控制点。 有效地阻止破坏者对计算机系统进行破坏。有效地阻止破坏者对计算机系统进行破坏。有效地阻止破坏者对计算机系统进行破坏。有效地阻止破坏者对计算机系统进行破坏。4.3.6 信息安全策略及风险管理信息安全策略及风险管理信息安全策略及风险管理信息安全策略及风险管理 要保

129、证计算机系统的安全，首先要确立保证安全的策略，要保证计算机系统的安全，首先要确立保证安全的策略，要保证计算机系统的安全，首先要确立保证安全的策略，要保证计算机系统的安全，首先要确立保证安全的策略，这就是：预防为主，对症下药，消除隐患。这就是：预防为主，对症下药，消除隐患。这就是：预防为主，对症下药，消除隐患。这就是：预防为主，对症下药，消除隐患。 1 1加强管理保证系统安全加强管理保证系统安全加强管理保证系统安全加强管理保证系统安全 2 2采用安全保密技术，保证系统安全采用安全保密技术，保证系统安全采用安全保密技术，保证系统安全采用安全保密技术，保证系统安全 3 3安全风险管理安全风险管理安全风险管理安全风险管理