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针灸多媒体教学系统 ab s t r a c t c o m p u t e r a i d e d i n s t r u c t io n i s w e l l d e v e l o p e d a c c o m p a n y w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f t h e c o m p u t e r t e c h n o l o g y . i n t e r n e t a n d m u l t i - m e d i a t e c h n o l o g y e t c . t h i s s y s t e m i s a i m e d a t t h e c h i n e s e m e d i c i n e o n a c u p u n c tu r e . c o m b i n e d w it h t h e n e w l y c o m p u t e r t e c h n i q u e s a n d t h e b a s i c a c u p u n c t u r e t h e o r i e s , t h i s s y s t e m r e s o l v e d t h e p r o b l e m s i n t h e a c u p u n c t u r e i n s t r u c t io n t o g e t h e r w i t h v iv i d p i c t u r e s , t e x t a n d a n i m a t i o n s , a n d w e l l m e t t h e n e e d s o f u s e r s . t h i s s y s t e m i s o p t i m i z e l y r e a l iz e d w i t h v i s u a l j + 6 , 0 v i s u a l i n t e d e v . s q l s e r v e r 7 . 0 , a s p . h t ml e t c . t h i s a r t i c l e g i v e s a b r i e f i n t r o d u c t io n o f s e v e r a l r e l a t e d t e c h n o l o g i e s f i r s t . r e t a i l d i s c u s s o n t h e s t e p s i n t h e d e v e l o p m e n t f o l l o w e d勿. l a s t , t h i s a r t i c l e g i v e s s o m e i d e a s t o i m p r o v e t h e u s a b i l i t y o f t h i s s y s t e m . k e y w o r d s : r d b ms , e - r mo d e l , c / s , b / s , a s p , mu l t i - t h r e a d , a n i m a t e 第 2页 针灸多媒体教学系统 第一章概 述 一、 多媒体教学系统概述 随着现代科学技术的不断发展，计算机在教育领域得到了广 泛应用，并且正迅速成为最有发展前景的教学媒体和教育管理工 具。计算机在教育领域中的应用，导致教学手段、教学方法、教 材形式、课堂教学结构等方面发生了深刻的变化，从而促进了教 育思想和教学理论的变革与发展。由此而产生的一系列相关的基 本思想、基础理论和技术方法在实践中日 渐积累，不断地丰富和 完善，形成一门把教育学知识与计算机科学技术相结合的、新兴 的综合学科 计算机辅助教育 ( c o m p u t e r - b a s e d e d u c a t i o n ， 简称 c b e) . 计算机辅助教育的产生和发展具有广泛的基础。计算机的诞 生和发展奠定了计算机辅助教育产生的物质基础;信息社会对教 育的要求构成了计算机辅助教育产生的社会基础;行为主义的教 学理论的产生是计算机辅助教育产生的心理学基础。计算机辅助 教育是计算机科学技术的一个重要的应用领域，是一门新兴的交 叉学科，它的产生和发展必将对二十一世纪教育的改革与发展发 挥巨大的推动作用。 计 算机辅助教学 ( c o m p u t e r - a s s i s t e d i n s t ru c t i o n ， 简称c a i ) 是 计算机辅助教育的重要组成部分。 c a i 是一种教学形态， 是利用计 算机的功能和特点，代替 ( 或部分代替) 教师面向学习者，促使 学习者实现有效学习的教学形态。计算机辅助教学是一项重要的 新兴教育技术，代表了一个十分广阔的计算机应用领域。 多媒体技术与网络技术的日 益紧密结合代表了计算机辅助教 育的发展趋势。多媒体技术在教学方面的应用是当前教育技术普 遍关注的一个热点问题。它把教学内容按人类联想方式组织成教 学信息，以文本、图形、图像、动画、视频影像和声音等多种媒 体显示教学信息，借助友好的人机交互界面，让学习者通过交互 第 4页 针灸多媒体教学系统 操作进行学习。它为人类生活和学习创造出一个崭新的环境。在 这种新型的教学环境中，多媒体信息显示为学习者提供多样的外 部刺激;超媒体联想式的非线性信息组织结构为学习者提供多种 多样的探索知识的途径;友好的图形交互界面为学习者提供良 好 的参与环境，有利于激发学习者的积极性。 网络化的迅猛发展，正在改变着全人类的学习方式、工作方 式乃至整个生活方式。多媒体技术与计算机网络技术的结合，为 计算机辅助教育提供了无限广阔的发展空间。 对于多媒体，到目 前还没有公认的统一定义。综合多种定义， 我们认为多媒体技术是一 种把文字 ( t e x t ) .图 形 ( g r a p h i c s ) 、图 像( i m a g e s ) 、 视频图 像( v i d e o ) 、 动画( a n i m a t i o n ) 和声音( s o u n d ) 等表现信息的媒体结合在一起，并通过计算机进行综合处理和控 制，将多媒体各个要素进行有机组合，完成一系列随机交互式操 作的信息技术。 多媒体系统具有集成性、控制性、交互性的特点。传统的教 学方式主要是通过黑板、教科书等媒体进行教学，这些媒体在承 载信息的种类和能力及使用的方便程度上都有较大的局限性。另 一方面，在众多的现代教学媒体中，多媒体计算机不仅具有计算 机的存储记忆、高速运算、逻辑判断、自 动运行的功能，更可以 把符号、语言、文字、声音、图形、动画、和视频图像等多种媒 体信息集成于一体，并采用了图形交互界面、窗口交互操作、及 触摸屏技术，使人机交互能力大大提高。这些传统教学方式不可 替代的巨大的优势，使得多媒体教学正作为一种十分重要的教学 手段，迅速应用于教学过程中，对促进教学现代化起着非常重要 的作用。 二、 本系统概述 针灸多媒体教学系统是本教研室与成都中医药大学合作开发 的专门针对中医针灸教学的教学系统。本系统结合中医针灸输穴 第 5页 针灸多媒体教学系统 的传统理论与计算机、多媒体、网络等当今先进技术，把针灸教 学中的难点在浏览器下以交互式动画、数据库和超文本链接等方 式生动地展现给学习者，使得在学习中可以方便地查阅所学知识 以及相关的知识。 本系统包含了中医针灸中所有的四百零七个穴位和十四条经 络的相关大量的详细周全的信息以及中医奇经八脉的内容和中医 针灸的历史与当今最新的发展动向，还有各种治疗方法和取穴定 位等方面的详实内容。对于人体的每一条经络，本系统都以动画 的形式给出了其循行的路径，使学习者能一目了然的学习到通过 书本以及传统教学方式中无法体现的知识。对于经络方面用到的 大量的名词以及专业词汇，都以超文本的形式方便快捷地给出了 详细的说明，使学习者可以自由随意地了解学习到相关的知识， 使学习者不至于因为众多的术语而感到迷惑。对于为数众多的穴 位，系统以穴位所在的经络为主线，以详实的人体图片为参考， 以交互式动画为手段，准确到在现了 人体上的各个穴位，并且可 以动态地显示本穴位以及相邻穴位的详细信息，有力地增强了学 习的系统性和连贯性。另外，学习者只需通过鼠 标就能在本系统 中随意地漫游，学习起来十分方便轻松，毫无盲目 感可言。相信 通过对本针灸教学系统的系统学习和研究以 后，学习者一定可以 学习到许多实实在在的中医针灸方面的知识，也可以为以后的进 一步深造打下坚实的基础。 本系统的使用极其方便简单，经过反复的测试，具有很好的 稳定性、可维护性和友好的人机界面。经过中医针灸方面的权威 专家的反复审核指正和修改，保证了本系统的正确性和权威性。 本系统不仅可以在单用户环境下使用，而且可以在多用户的环境 下使用，特别适合于校园网、无盘站等网络环境，具有很好的可 伸缩性。 在针灸多媒体教学系统中，有多种先进技术得到了综合应用， 由此也确保了系统的先进性和良 好的使用性能。 在 普 通 的 多 媒 体 教 学 系 统 中 ，开 发 工 具 只 局 限 于 第 6页 针灸多媒体教学系统 p o we r p o i n t , a u t h e r wa r e , f r o n t p a g e等。而在本针灸 多媒体教学系统中，仅仅靠这些工具是远远不能满足此系统提出 的功能及性能要求。结合本系统的特点，我们为本系统的开发综 合运用了m i c r o s o f t s q l s e r v e r 7 . 0数据库 v i s u a l j + 6 . 0 、 vi s ual i nt e de v 6 . 0、 f r ont p age 2 0 0 0 、as p 、 p o we r d e s i g n e r等技术及工具， 使本系统中纷繁复杂的 各种信 息成为有机统一的整体，增强了系统的逻辑性和条理性，使学习 者能很好地把握系统的主线，轻轻松松学到有用的知识。 第 7页 针灸多媒体教学系统 第二章 数据库设计 一、数据库系统的组成 数 据库系 统一 般由 数 据 库、 d b m s( 及其 开 发 工具) 、 应用 系 统、 数 据库管理员 和用户 组成。 如图2 . 1 所示。 在 一 个 数据 库系 统中， 居于 重要 位置 的d b m s( 数 据 库管 理 系统)能够科学地组织和存储数据、高效地获取和处理数据。数 据库在建立、 使用 和维护时由d b m s 统一管理、 统一 控制。 用户 能方便地定义数据和操纵数据，并保证数据的安全性、完整性、 多用户对数据的并发使用、数据备份以及系统发生故障后的系统 j k 复。 图2 . 1数 据库系统的组成 数据库系统是在文件系统的基础之上发展起来的。在大型的 应用中或者有大量数据需要存储、管理的系统中，数据库几乎都 是必不可少的。这是由数据库的突出优点所决定的: 1 、 数 据由d b m s 统一 管 理。 第吕 页 针灸多媒体教学系统 2 、数据结构化。 3 、数据的冗余度小。 4 、具有较高的数据独立性。 5 、数据的共享性好。由于数据由数据库统一管理，而且所管 理的是有结构的数据，在使用数据时就有很灵活的方式， 可以适应各种用户的要求。而且数据易于扩展，以满足用 户新的需求。数据库中数据共享的意义是多种应用、多种 语言、多种用户相互覆盖的使用数据集合。为了适应共享 数据的环境， d b ms 提供了以下四个方面的数据控制功能: 、数据的安全性保护; 、数据的完整性约束; 、并发事务的控制; 、数据库的备份与恢复。 二、关系型数据库 1 、数据模型 不同的数据模型具有不同的数据结构形式。目前最常用 的数据模型有层次模型 ( h i e r a c h i c a l m o d e l ) 、网状模型 ( n e t w o r k m o d e l ) 和关系模型( r e l a t i o n a l m o d e l ) 。 其中， 层 次模型和网状模型统称为非关系型模型。在现目 前的实际应 用中，关系模型的应用最为广泛。 数据库按数据模型来分，可分为层次数据库、网状数据 库和关系数据库。 层次数据库采用层次模型作为数据的组织方式。在数据 库中，把满足以下两个条件的基本层次联系的集合称为层次 模型:有且仅有一个结点无双亲，这个结点成为根结点;其 它结点有且仅有一个双亲。如果把这种模型以图形表示的话， 可以看出，层次模型是一棵倒立的树，结点的双亲是唯一的。 层次模型对具有一对多的层次关系描述得非常自 然、直观， 第 9页 针灸多媒体教学系统 容易理解。这是层次数据库的突出优点。但是，他对于多对 多的关系就无能为力了。 网状数据库采用网状模型作为数据的组织方式。在数据 库中，把满足以下两个条件的基本层次联系的集合称为网状 模型:允许一个以上的结点无双亲:一个结点可以有多于一 个的双亲。层次模型中，子女结点与双亲结点的联系是唯一 的，而在网状模型中，这种联系可以不唯一。网状模型构成 了比层次结构复杂的网络结构。 关系数据库采用关系模型作为数据的组织方式。关系模 型是三种数据模型中最重要的模型。数据库领域当前的研究 工作几乎都是以关系数据库为背景。在用户看来，一个关系 模型的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。以下是关 系模型中的几个主要术语: 关系:对应通常所说的表; 元组:表中的一行即为一个元组，也叫一条记 录; 属性:表中的一列即为一个属性; 码:表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组，也 可称为键，包括主键、外键; 域:属性的取值范围; 分量:元组中的一个属性值; 关系模式: 对关系的描述， 一般表示为一关系名( 属性1 , 属性2 ,属性n) a 关系模型与以往的模型不同，它是建立在严格的数学概 念的基础上的。此外，关系模型的概念简单、清晰，用户易 懂易用，简化了 程序员的工作和数据库开发建立的工作，因 而关系模型诞生以后的发展迅速，深受用户的喜爱。s q l s e r v e r , o r a c l e , s y b a s e , i n f o r mi x等广泛使用的 大型数据库系统都是关系型数据库系统的典范。 数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部 分组成。 第 1 0页 针灸多媒体教学系统 数据结构:数据结构是所研究的对象类型的集合，它用 来描述系统的集合结构，可分为语义结构和组织结构两类， 是对系统静态特性的描述。 层次模型、网状模型和关系模型 就是按照数据结构的类型来区分的。 数据操作:数据操作是指对数据库中各种对象的实例允 许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。数据操 作是用来描述系统的信息变化的， 是对系统动态特性的描述。 数据操作包括引用和更新两类。引用不改变数据组织结构与 值，例如查询;更新是对数据组织结构与值进行修改，例如 增、删、改。 数据的约束条件:数据的约束条件是数据的完整性规则 的集合，它是描述系统信息价值的维护条件，也是确保数据 系统的值与现实系统状态一致的条件。完整性规则是给定的 数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限 定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据 的正确、有效和相容。数据库系统是现实系统的写照，只有 保证数据结构和数据值的一致才能正确体现现实系统的信息 结构和瞬时状态。 在关系模型中，系统允许定义三种类型的完整性约束: 实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。其中，实体 完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条 件，应该由关系系统自 动支持。 实体完整性规则: 若属性a是基本关系r的主属性， 则 属性a就不能取空值。实体完整性规则规定基本关系的所有 主属性都不能取空值，而不仅是主码整体不能取空值。 参照完整性规则: 若基本关系r中含有与另一个基本关 系s 的主码k s 相对应的属性组f ( f 称为r的外部码，也叫 外键) ， 则对于r中每个元组在f上的值必须是: 或者取空值 ( f中的每个属性值均为空值) ; 或者等于s中某个元组的主 码值，关系 s的主码 k s 和 f定义在同一个 ( 或一组)域上。 第 u 页 针灸多媒体教学系统 在参照完整性中，有许多类型的完整性约束:主键约束、外 键约束、唯一性约束、非空约束、c h e c k约束。 用户定义的完整性:实体完整性和参照完整性用于任何 关系数据库系统，用户定义的完整性约束则是针对某一具体 的数据库的约束条件，由应用环境决定。它反映某一具体应 用所涉及的数据必须满足的语义要求。关系模型应提供定义 和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统方法来处理它 们而不要由应用程序承担这一功能。 数据模型是数据库系统的核心和基础，各种机器上实现 的d b ms软件都是基于某种数据模型的。为了把现实世界中 的具体事物进行抽象，人们常常首先把现实世界抽象为信息 世界，然后再将信息世界转化为机器世界。在把现实世界抽 象为机器世界的过程中，实际上是抽象出现实系统中有应用 价值的元素及其联系。 这是所形成的信息结构称为概念模型。 概念模型不涉及到数据组织，也不依赖与数据的组织结构， 它只是现实世界到机器世界的一个中间层次。如果将现实世 界按具体数据模型进行组织，则必须同时考虑很多因素，设 计工作非常复杂，并且效果也不理想。于是，便提出了实体 一联系方法 ( 既e - r方法) 。 这种方法简单实用， 得到了非常 普遍的应用，也是目 前描述概念模型最常用的方法。在本系 统中，描述概念模型也应用了这种方法。在本章的后面，论 文会给出在本系统中应用的具体例子。 2 、三级模式 模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它 仅仅涉及到类型 ( t y p e )的描述，不涉及到具体的值。模式 相对稳定，反映了数据的结构及其关系。三级模式是数据库 系统的体系结构特征。数据库三级模式是: 外模式: 是用户见到的那一部分数据的逻辑结构和特征的 描述， 是数据库用户见到的数据视图， 亦称子模式或用户 模式。每个用户的外模式不一定相同。 第 1 2页 针灸多媒体教学系统 逻辑模式:是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描 述，是所有用户的数据视图，亦称模式。 内模式: 是数据物理结构和存储结构的描述， 亦称存储模 式。是数据库的内部表示。 三 级模式都 和 d b m s有关， 是 数 据库系 统中 实 现的 模 式。模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数 据的 局部 逻辑结构。 数据库的 三级模式如图2 . 2 所示。 在数据库中，数据库模式是用数据定义语言 ( d a t a d e f i n i t i o n l a n g u a g e ， 简称d d l )来描述的，它是作为d b m s 的一部分提供的。 叮 应用a应用b应用c 应用e应用d 外模式3外模式1外模式2 模式 内模式 图2 . 2 数据库系统的三级模式 3 、范式 为了避免操作异常，关系模式必须满足一定的条件。这 种条件称为范式。范式是衡量数据库规范的层次或深度，数 据库规范化层次由范式来决定。根据关系模式满足的不同性 质和规范化的程度，把关系模式分为第一范式、第二范式、 第三范式、第四范式和第五范式。范式越高，规范化的程度 第 1 3 页 针灸多媒体教学系统 也越高，关系模式则越好。 第一范式:任何符合关系定义的关系都在第一范式中， 一个表要成为关系必须满足以下规则: 、表的每一格必须是单值的，数组或者重复的组都不 能作为值; 、任意一列 ( 属性)的所有条件都必须是同一类型的， 每个列有唯一的名字，且列的顺序是无关紧要的; 、表中任意两行 ( 元组)不能相同，行的顺序也是无 关紧要的。 第二范式:如果一个关系的所有非关键字属性都依赖于 整个关键字，那么该关系就属于第二范式。根据这一定义， 每个以单个属性作为关键字的关系自 动进入第二范式。因为 关键字是一个属性，所以按缺省的约定，每个非关键字属性 都依赖于整个关键字，不存在部分依赖关系。因此，如果我 们把仅仅满足第一范式的关系分解为满足第二范式的几个关 系，就可以消除关系中的部分函数依赖，就不会有数据更新 的异常问题。 第三范式:第二范式中的关系也有异常，是插入异常。 要想从第二范式关系中消除异常，必须消除传递依赖。这就 导致了第三范式的定义:一个关系如果在第二范式中，且没 有传递依赖，则该关系便在第三范式中。在第三范式中，所 有非关键字属性之间不存在依赖关系。 第四范式:第四范式要求关系模式至少符合第三范式， 并且在关系模式中没有超过一个的多值事实。多值事实就是 某个属性有若干个值，并且这些值由另一个属性的一个值决 定。 第五范式:符合第五范式的表不能分解成两个或多个表 ( 每个表都有一个主键，这是原表主键的真子集) ，而不丢失 信息。 所有这些范式中，任何一个高层的范式，总是能够满足 第 1 4页 针灸多媒体教学系统 低层的范式要求。例如，第二范式必然满足第一范式;第三 范式必然满足第二范式和第一范式;第四范式必然满足第三 范式、第二范式和第一范式;第五范式必然满足第四范式、 第三范式、第二范式和第一范式。为了提高范式的程度，必 须对低层 的范式的关系模型进行分解，即将一个低层的关系 模式分解成几个更小、更紧凑的关系模式。 一般来说，范式程度降低会造成数据冗余和操作异常， 但是范式程度低则检索直接，处理比较简单;范式程度高可 以消除操作异常和减少数据冗余，但是范式程度高则在检索 时要访问更多的关系，即需要做更多的关联操作，比较复杂。 对于一个具体应用，达到第三范式即可以满足一般的应 用要求，甚至不一定达到第三范式也可以满足。这是考虑到 提高了范式要求以后，需要进一步对关系范式做出分解，从 而使数据库更加分散破碎，在检索时必须做更多的关联，导 致检索效率明显下降。在实际应用中，可以根据实际情况进 行选择，应综合考虑检索速度、数据冗余与更新方便之间的 比重，力求达到最佳的系统性能。 在本系统中，所有的数据表基本上都满足了第五范式的 要求，但是个别情况也有例外。 三、us 及b i s模型 1 . c / s ( c l i e n t / s e r v e r )模式概述 9 0年代以 来，随着计算机技术、数据库技术和网 络技术的飞速发 展，计算机使用方式和体系结构从单一体系结构、宿主体系结构、 p c -l a n体系结构发展到目 前最新的c l i e n t / s e r v e r 体系结构。 现阶段信息系统的建设正在由传统体系结构向c l i e n t / s e r v e r 体 系结构过渡。c l i e n t / s e r v e r 模式尚未有严格定义。客户机/ 服务 器 ( c / s )结构属于分布式结构中的一种，是数据存储及数据处理 在多台计算机间的分布分工。从技术上看， c l i e n t / s e r v e r结构 第 巧 页 针灸多媒体教学系统 本身是一种软件结构， 它将一台计算机应用的大任务适当分解成 多个子任务，利用计算机网络，把 一 w slws 2 ws 3 接 口 dbms db 图2 . 3 客户 / 服务 器结构 这些子任务分配到组成网络的各类计算机资源上去完成，从而可 实现最佳的计算机资源的分配和利用。在此过程中，多个子任务 间存在多种交互关系， 其中最基本的关系为“ 服务请求/ 服务响应” 关系。客户向服务器提出对某种信息或数据的请求，服务器针对 请求完成处理， 将结果作为响应返回给客户， 基于c l i e n t / s e r v e r 模式的应用通常包含如下三个部分: 、客户客户是一个面向最终用户的接口设备或应用程 序。它向另一个设备或应用程序请求信息，然后将信息显示 给用户。客户初始化、与服务器的通信、用户输入和最终输 出都是在客户平台上实现的。 、服务器通常服务器包括并管理数据库和通信设备。它 为请求过程提供所要求的服务，这些服务可概括为应用、文 件、数据库、打印、传真、图象、通信、安全系统管理和网 络管理。 第 1 6 页 针灸多媒体教学系统 、连接支持客户与服务器之间的连接总是通过硬件来实 现的，这便是网络连接。而对 c l i e n t / s e r v e r应用来说，此 种连接更多地是一种软件通信过程，如网络协议、应用接口 等。对于应用开发人员来说，客户与服务器之间的连接主要 是指他能使用的软件工具的编程函数。 客户机 用户 客户应用系统 服务器a p i 连接性软件 网络协议 s ol结果网络 服务器 一网 络 协 议 一 连 接 it 软 件 一 月及 务 器 软 件 - os 图2 . 4客户/ 服务器内 部结构 一般局域网都是围绕一个中心服务器建立起来的，它通过网 络提供磁盘文件共享和打印机共享服务，这种服务器我们称之为 文件服务器。在文件服务器上建立数据库应用时，应用程序通过 网络把整个数据文件传到各个工作站，这样会导致高负载的网络 第 1 7 页 针灸多媒体教学系统 信息流量、高负载的文件服务器进程和较慢的响应时间。针对这 种缺陷，人们研究出了客户机/ 服务器体系结构。这种结构将应用 程序分成两部分:前端和后端。前端 ( 客户机) 提供高度交互的、 易用的用户界面 ( 一般是图形用户界面) 、处理所有的屏幕输入和 用户输入、输出;后端 ( 服务器)提供数据管理、信息共享、高 级管理和安全，通过种种优化手段在两部分的内部达到较高的效 率 z 、客户机/ 服务器系统的优点 、由于将处理工作分配在两个系统上，不必在网络中来回 传送整个数据库文件，使得在网络上的通讯量大大减少，某 些类型的客户机/ 服务器 ( 如本系统用到的 s q l s e r v e r 7 . 0 网络数据库系统和 i i s 4 . 0 / 5 . 0系统)可以在服务器本身存 储和执行各种存储过程和触发器等，这就进一不减少了通讯 量。在具有很多工作站的大型网络中，这种通讯量的减少可 以很好地补偿从文件服务器向客户机/ 服务器系统结构转换 所增加的成本。 、可以保持数据的完整性。数据库管理系统可以提供对数 据的保护性服务，如:加密文件的存储、访问数据库时的适 时磁带备份、磁盘镜像以及磁盘双工。它还可以提供某种类 型的事务处理能力，以保持对数据库修改的跟踪和纠正服务 器崩溃后所出现的问题。 、由于可选择在功能强的系统上运行数据库管理系统，因 此大量的数据处理工作可分配在后端完成，工作站只需运行 前端软件，对于本系统而言，客户机只需运行 i n t e r n e t e x p l o r e 4 . 0 / 5 . 0或其他通用的浏览器产品，无需安装其他 任何软件，这大大简化了客户端的操作和使用。对于那些没 能力运行复杂的数据库管理系统的较过时的p c 机来说，这一 点延长了他们的使用寿命。其中，客户机运行用户服务请求 程序，并将这些请求传送到作为服务器的计算机，服务器则 用于管理数据资源， 并进行数据处理。 合理地设计和使用c / s 第 1 8页 针灸多媒体教学系统 结构，可以使系统获得最优的性能价格比。 、 c / s 结构不仅节省了开销， 还改善了用户的应用环境。基 于图形的操作界面不但易学易用，而且增大了 信息量，学习 者在学习的时候，可以适时地看到各种信息。 、 c / s 结构也增强了硬件的灵活性。由于客户机同服务器以 及服务器同服务器之间都遵守统一的协议 ( 如:t c p / i p协议 簇) ， 定义了 统一的接口， 而客户机通过d b - l i b r a r y访问s q l s e r v e r数据库的接口 是同 服务器平台无关的。 、 c / s 结构这种即插即用的特点也体现在软件上。 我们可以 方便地对系统中的任意模块进行替换。 图2 . 5 三层 c / s 模式 3 、三层或多层的c / s , b / s 的基本框架结构 传统的二层us 结构有以下几个局限: 、它是单一服务器且以局域网为中心的，所以难以扩展至 第 1 9 页 针灸多媒体教学系统 更加大型的应用或i n t e r n e t . 软、硬件的组合及集成能力有限。 难以管理大量的客户机。 因此， 三层 c / s结构应运而生。 三层 c / s结构将应用功能分 为表示层、功能层和数据层三部分。其解决方案是:对这三层进 行明确分割，并在逻辑上使其独立。原来的数据层d b ms己经独 立出来，所以关键是要将表示层和功能层分离成独立的程序，并 且 还要使这两层间的接口简洁明了。 将上述三层功能装载到硬件上的基本方法有三种。其中表示 层配置在客户机中，而数据层配置在服务器中。 一般情况是只将表示层配置在客户机中。如果功能层也放在 客户机中，与二层 c / s结构相比，其程序的可维护性要好得多， 但是其他问题并没有得到解决。客户机的负荷太重，其业务处理 所需的数据要从服务器传给客户机，所以系统的性能容易变坏。 如果将功能层和数据层分别放在不同的服务器中，则服务器 和服务器之间也要进行数据传送。但是，由于在这种形态中三层 是分别放在各自不同的硬件系统上的，所以灵活性很高，能够适 应客户机数目的增加和处理负荷的变动。因此，系统规模越大这 种形态的优点就越显著。 值得注意的是:三层c / s结构各层间的通信效率并不高，即 使分配给各层的硬件能力很强，其作为整体来说也达不到所要求 的性能。此外，设计时必须慎重考虑三层间的通信方法、通信频 度及数据量。 这和提高各层的独立性一样是c / s结构的关键问题。 4 、三层c / s的功能 、表示层 表示层是应用的用户的接口部分，它担负着用户与应用 间的对话功能。它用于检查用户从键盘等输入的数据，显示 应用输出的数据。为使用户能直观地进行操作，一般要使用 图形用户接口 ( g u d，操作简单、易学易用。在变更用户接 口时，只需改写显示控制和数据校验程序，而不影响其他两 第 2 0页 针灸多媒体教学系统 层。校验的内容也只限于数据的形式和值的范围，不包括有 关业务本身的处理逻辑。 图形用户界面的结构是不固定的，这便于以后能灵活的 进行变更。例如，在一个窗口中不是放入几个功能，而是按 功能分割窗口，以便使每个窗口的功能简洁单纯。在这层的 程序开发中主 要是使 用可 视化的 编程工具。 例如4 g l 的v i s u a l b a s i c p o w e r b u i l d e r d e lp h i 等 主 要 用 来 对 数 据 的 输 入 的 合 法性、有效性检查，以及对数据的输入量的控制。通过简单 的控制可以减少该层与功能层的数据交换量，在网络传输中 这一点尤其重要。 表示层 功能层 图2 .6三层c / s结构 第2 1 页 针灸多媒体教学系统 、功能层 功能层相当于应用的本体，它是将具体的业务处理逻辑 地编入程序中。表示层和功能层之间的数据交换应尽可能的 简洁。在应用设计中，一定要避免 “ 进行一次业务处理，在 表示层和功能层之间进行多次数据交换”的笨拙设计。一般 情况下在表示层的数据经过处理以后，作为一个作业一次发 送到功能层，这样就极大地减少了中间处理时间，提高了程 序运行的效率。 通常，在功能层中包含有:确认用户对应用和数据库存 取权限的功能以及记录系统处理日志的功能。这层的程序一 半是用可视化的编程工具开发的。例如接收请求数据，以及 把数据处理结果传送到表示层;另一半是由数据库管理系统 来完成。 例如协调数据请求， 传送s q l处理结果等; 其中 数 据的传输是以网络为基础。 、数据层 数据层就是数据库管理系统 ( d b ms ) ，负责管理对数据 库数据的读写。d b ms必须能迅速执行大量数据的更新和检 索。支持并发操作，现在的主流是关系数据库管理系统 ( r d b ms ) 。对于在功能层对数据库发送的数据传送请求， r d b m s 作数据的串行处理，而在宏观上是数据的并行处理， 从而实现了数据库的多任务处理。在分布式数据库中，数据 层还要承担一部分功能层的处理，例如对异地数据的调用访 问，实现数据分布查询但是不需要本地复制的方法。而且大 部分是数据库管理系统能够识别的数据请求，因此，一般从 功能 层传送到数据层的要求大都使用s q l 语q o 5 . c / s 结构的优点 、具有灵活的硬件系统构成 对于各个层可以选择与其处理负荷和处理特性想适应的 硬件。这是一个与系统可缩放性直接相关的问题。例如，最 初用一台 u n i x工作站作为服务器，将数据层和功能层都配 第 2 2页 针灸多媒体教学系统 置在这台服务器上。随着业务的发展，用户数和数据量逐渐 增加，这是就可以 u n i x工作站作为功能层的专用服务器， 另外追加一台专用于数据层的服务器。若业务进一步扩大， 用户数进一步增加，则可以继续增加功能层的服务器数目， 用以分割数据库。 清晰、合理地分割三层结构并使其独立，可以使系统构 成的变更非常简单。因此，被分成三层的应用基本上不需要 修正。 、提高程序的可维护性 三层 c / s结构中，应用的各层可以并行开发，各层也可 以选择各自最适合的开发语言。 、利于变更和维护应用技术规范 因为是按层分割功能，所以各个程序的处理逻辑变的十 分简单。 、进行严密的安全管理 越关键的应用，用户的识别和存取权限设定越重要。在 c / s结构中，识别用户的机构是按层来构筑的，对应用和数 据的存取权限也可以按层进行设定。例如，即使外部的入侵 者突破了表示层的安全防线，若在功能层中备有另外的安全 机构，系统也可以阻止入侵者进入其他部分。 此外，系统管理简单，可支持异种数据库，有很高的可 用性。 6 、三层c / s应用的开发 三层c / s应用的开发必须遵循以 下原则: 保护己 有资源: 降低应用系统的风险;满足当前的迫切需要;考虑未来的发 展规划。 开发出的三层 c / s应用系统必须是:功能丰富且具有高 可用性;功能要能跨应用系统;系统要能跨平台运行。 国际上，根据三层 c / s应用系统的开发经验和教训，总 结出了实现 c / s 应用系统的十条原则: 第 2 3页 针灸多媒体教学系统 ( 1 ) 、尽量简化项目，使项目易于管理。应尽快建立一个 初始系统，并尽早投入运行。当项目的规模较大时，可以将 其分割成为由更小开发组担任的子项目。 ( 2 ) 、要把精力花在设计上。首先要彻底弄清 “ 需求” ，然 后建立一个原型，以便测试设计中的 “ 薄弱”环节。后来增 加的特性或部件要保证与系统结构兼容。 ( 3 ) 、要奉行 “ 拿来主义” 。近来，可供选购的市售c / s 产 品很多，要坚持 “ 能买就买，为我所用”的原则。必要时， 买来后可以对系统加以修改，其中既包括基础部件也包括应 用。 ( 4 ) 、严格遵守业界标准。 ( 5 ) 、采用对象事务处理管理器。 ( 6 ) 、要循序渐进。及时得到用户的反馈;保证项目 各部 分的良好衔接;及早解决接口问题，以保证项目 进展协调; 坚持 “ 边分析，边设计;边编码，边测试”的原则。 ( 7 ) 、在应用开发过程中，不可忽视系统管理。 ( 8 ) 、反复测试，包括用户信任测试、基准测试、性能测 试、系统集成测试、坚固性测试、服务交付测试等。 ( 9 ) 、制定合理的工程进度。 ( 10 ) 、制定完善的系统拓展计划，包括用户的培训和技术 支持、高效的软硬件装卸、已有数据和系统的平滑迁移。 7 、三层c / s应用的核心 每个c / s 环境，从最小的l a n环境到超级网络环境，都 使用某种形式的中间件。实际上，无论客户机何时给服务器 发送请求，也无论它何时存取数据库文件，都有某种形式的 中间件传递us 链路，用以消除通信协议、数据库查询语言、 应用逻辑与操作系统之间潜在的不兼容问题。中间件是 c / s 环境中最重要的部件。所谓中间件是一个用 a p i 定义的软件 层，是具有强大通信能力和良好扩展性的分布式软件管理框 架。它的功能是在客户机和服务器或者服务器和服务器之间 第 2 4页 针灸多媒体教学系统 传送高级通信，将客户机群和服务器群有机地 “ 粘合”起来。 其工作流程是:在客户机里的应用程序需要驻留网络上某个 服务器的数据或服务时，搜索此数据的 c / s应用程序需访问 中间件系统，该系统将查找数据源或服务，并在发送应用程 序请求后重新打包响应，将其传送回应用程序。 四、设计与实现 由于本系统中有大量的数据需要存储和处理，所以数据库的 设计是关系到本系统能否成功实现并很好地满足用户需要的关键 之一。论文的这部分将从以下几个方面予以论述。 1 、本系统的d b ms 本系统选用m i c r o s o f t s q l s e r v e r 7 . 0为数据库平f 7 s q l s e r v e r 7 .0是一种高效的关系数据库系统 它与win d o w s n t及 wi n d o w s 9 x等操作系统紧密集成 这使得s q l s e r v e r 7 . 0能充分利用操作系统所提供的特性，比如 wi n d o w s下多线程 的特性( s q l s e r v e r 7 .0是一种多 线程的d b m s ) . s q l s e r v e r 7 .0采用图形化的界面管理数据库， 它的使用方便、 帮助系统十分 完善、功能十分强大，非常适合大中型数据库应用。 s q l s e r v e r的处理构架如图 2 . 7所示 它是一个单一处 理、多线程的数据库，它有如下优点: ( t ) 耗用较少的硬件资源，如存储器、c p u处理时间等。着 这对用户来说无疑是降低了硬件的门槛。 ( 2 ) 不象多重处理数据库，在每一个用户所打开的处理上皆 需有一个协调机构，用于和其他处理上的协调机构作沟通，协调 多个用户对资源的寸取。 而s q l s e r v e r是由 执行核心来分配多 个用户对数据库的存取，从而减少了多个处理对数据库存取的沟 通、协调时间，进而提高了执行效率。 在图2 . 7中 ， s q l s e r v e r靠s q l执行核心来排定多 个用 户对数据库的存取， 用户依据线程来登记 在s q l s e r v e r执行核 第 2 5币 针灸多媒体教学系统 第三章 多线程及动画 一、多线程的程序设计 在本系统中，对于交互式动画和其余的动画，都是采用多线 程的方案设计的。采用多线程处理后的动画能很好地满足系统的 需要。 线程是现代操作系统 ( 如wi n d o ws 9 5 / 9 8 / 2 0 0 0 / n t )中出现 的概念。它是针对传统进程的概念在支持中微粒度并行程序设计 方面的不足而提出的。 线程是在进程的基础上发展起来的。进程是所有操作系统中 的一个概念。进程是一个正在执行的程序。当某个应用程序启动 时， wi n d o ws将创建一个进程。这个进程所拥有的内 存、资源 和执行线程与运行可执行应用程序的特定实例相关联。在创建一 个进程时，同时还会创建出一个主线程。只要还有至少一个线程 与进程相关联，该进程就将继续运行。 线程有时候也叫 执行线程 ( t h r e a d o f e x e c u t i o n， 它 是wi n d o ws 中 最小的 执行单位。线程是指程序中的一 个单一的 顺序控制流。线程是一直与进程相关联的，并存在于特定的进程 中，尽管在进程的整个生存周期内许多进程都只有一个线程会始 终伴随它，但是进程在整个生存周期内拥有许多线程的情况并不 少见。 进程间的关系比较疏远，各个进程是在自己独有的地址空间 内执行，不但寄存器和堆栈是独有的，动态数据堆、静态数据区 和程序代码也相互独立。而在同一个进程内的多个线程间的关系 则要紧密得多，虽然个线程为保持自己的控制流而独有寄存器和 堆栈，但由于多个线程从属于同一个进程，它们共享同一个地址 空间，所以动态堆、静态数据区以及程序代码为各线程共享。进 程作为独立的实体，它为线程的运行提供运行的资源并构成静态 环境。线程是处理机调度的基本单位。线程的作用无疑是巨大的。 第 3 5页 针灸多媒体教学系统 所谓多线程程序设计，是让单个程序中包含并发执行的多个 线程。当多线程程序执行时，该程序对应的进程中就有多个控制 流在同时运行，即具有多个并发执行的线程。在一个进程中包含 并发执行的多个控制流，而不是把多个控制流一一分散在多个进 程中，这是多线程程序设计与多进程程序设计的截然不同之处。 正是由于线程与进程之间的这些差别，决定了多线程技术的优越 性。 ( 1 ) 、快速的关联切换。由于操作系统级的进程独占自己的虚 地址空间，调度进程时，系统必须交换地址空间，因而进程切换 时间长。在同一程序内的多个线程共享同一地址空间，因而能使 线程快速切换。 ( 2 ) 、系统额外开销小。对多个进程的管理 ( 创建、调度等) 有比较大的系统开销。在需要动态创建新进程的应用中，比如响 应每个客户的请求而建立一个新的服务进程的服务器应用程序 中，这种开销比较显著。而对线程的管理虽然也会有系统开销， 但比进程的小得多。 ( 3 ) 、通信很容易实现。为了实现协作，进程或线程之间需要 进行数据交换。对于共享同一地址空间的各线程来说，所有的全 局数据都可以访问，因而不需要什么特殊手段就能够实现数据共 享。而进程之间的通信要复杂得多。 ( 4 ) 、许多多任务操作系统限制用户总数，如不少 u n i x版本 的典型值为 4 0 - - 1 0 0这对许多并发应用来说远远不够。在多线程 系统中， 虽存在线程总数限额。 但个数足够多 ( o s / 2 中为4 0 9 6 ) . 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