第三章管理信息系统的技术基础

第三章管理信息系统的技术基础2023/12/27第三章管理信息系统的技术基础第一节信息技术概述一、计算机硬件技术二、计算机软件技术系统软件应用软件三、数据通信技术第三章管理信息系统的技术基础信息技术使管理信息系统的基础。信息技术（IT）一般包括计算机硬件技术、软件技术、通信技术。一、计算机硬件技术1946年，第一台计算机50年代，真空电子管计算机60年代，晶体管计算机70年代，集成电路计算机80年代，大规模、超大规模集成电路计算机第三章管理信息系统的技术基础二、计算机软件技术软件技术就是研究计算机系统软件、应用软件及其所依赖的基础理论和基本方法。系统软件是指为管理、控制和维护计算机及外设、以及提供计算机与用互界面等的软件。如操作系统(OS)、数据库管理系统(DBMS)、语言编译程序等；应用软件是指面向用户的、为用户服务的软件。如计算类软件、数据处理类软件等。第三章管理信息系统的技术基础三、数据通信技术数据通信系统是以计算机为中心，结合分散在远程的终端装置或其他计算机，通过通信线路彼此连接起来，进行数据的传输、交换、存储和处理的设备总称。通信线路：电话线路、双绞线、光纤

通信方式：双工、半双工、单工通信指标：传输速率出错率通信设备：集线器、调制解调器中心计算机终端装置或其它计算机数据传输系统数据处理系统第三章管理信息系统的技术基础

数据通信实质上包含了数据处理和数据传输两方面的内容。数据处理主要由计算机系统来完成，而数据传输是依靠数据通信系统来实现的。下图是任意两台计算机之间进行数据通信的简化模型。计算机A通信处理机数据信号转换器计算机B通信处理机数据信号转换器通信信道ABABAB单工半双工双工图信号传输方向第三章管理信息系统的技术基础图:双绞线第三章管理信息系统的技术基础图：同轴电缆第三章管理信息系统的技术基础图：光缆第三章管理信息系统的技术基础第二节数据处理一、数据处理的概念二、数据处理发展阶段三、数据组织数据结构数据文件数据库第三章管理信息系统的技术基础一、数据处理的概念数据处理是指把来自科学研究、生产实践和社会经济活动等领域中的原始数据，用一定的设备和手段，按一定的使用要求，加工成另一种形式的数据。数据处理的基本内容：

数据收集；

数据转换；

数据筛选、分组、排序；

数据的组织；

数据的运算；

数据存储；

数据检索；

数据输出。

管理信息系统是用来进行数据处理的，它关注的是数据以何种结构进行存储和采用何种方法从组织好的数据中检索数据。第三章管理信息系统的技术基础二、数据处理发展阶段(一)人工管理阶段(50年代以前)也称手工管理阶段或简单应用阶段,计算机主要用于科学计算，所需的数据不多，数据不能长期保存在计算机内。数据是面向应用的。每一组数据对应一个应用程序。应用程序1应用程序2应用程序3数据组1数据组2数据组3图人工管理数据数据独立性差第三章管理信息系统的技术基础(二)文件系统管理阶段(50-60年代)随着操作系统技术的发展和外存的出现，计算机开始用于管理，借助文件管理系统，数据以文件的形式长期保存在外存储器上，查询、修改等操作由文件统一管理。应用程序1应用程序2应用程序n文件1文件2文件n…………文件系统图文件系统管理数据数据冗余、共享性差第三章管理信息系统的技术基础(三)数据库系统管理阶段(60年代后期)用数据库专门管理数据，实现了数据与程序的真正独立；降低数据的冗余度；数据为多个用户共享；实现了整个组织数据的结构化；DBMS提供了数据的安全、完整、并发控制功能。应用程序1应用程序2应用程序n数据库数据库管理系统图数据库系统管理操作系统第三章管理信息系统的技术基础线性结构：包括线性表、堆栈、队列、串等（一）数据结构逻辑结构：指数据间的逻辑关系。物理结构（存储结构）：指数据元素在计算机存储器中的存储方式。非线性结构：包括树、图等顺序存储链接存储索引存储散列存储三、数据组织第三章管理信息系统的技术基础第三章管理信息系统的技术基础映象对于给定的逻辑结构需要寻找一种对应的存贮结构，以便在计算机中存储。通常把这种对应关系称为映象。第三章管理信息系统的技术基础1、指针与链在数据结构中，表征某一数据结构特点及其连接方式的基本单位称为结构的结点(Node)。一个结点通常有几个域，用来存放与结点有关的信息。存放结点本身信息的域称为数据域，存放结点与其他结点关系信息的域，称为指针域或链域，其中存放有与结点有关的结点的地址称为指针。若干带指针的结点组成的集合，称为链。结点的结构如下图：NO.NAMEAGENEXT第三章管理信息系统的技术基础

若每个结点只有一个指针，指向其下一个结点，称为单向链；当结点指针多于一个时，就可以构造多种复杂的数据结构，如双向链表、树、图等。利用指针可以把数据的逻辑结构与物理结构分离开。即：数据的物理存储位置可以任意安排，而在逻辑上通过指针把它们联系起来。2、线性表线性表是指数据的结构形式本质上是一维的线性关系，其中的每个结点都是同一类型的数据结构。

第三章管理信息系统的技术基础（1）顺序表线性表的顺序存贮线性表的结点按逻辑次序依次存放在一组连续的存贮单元里，用这种方法存储的线性表称为顺序表。对于顺序表，若开始结点的存放位置为LOC(k1)，每个结点占用空间大小为L，则第i个结点ki的存放位置可由下式直接计算得到LOC(ki)=LOC(k1)+L*(i-1)顺序表对于任何一个结点的检索都很方便。第三章管理信息系统的技术基础

顺序表的插入与删除要在顺序表中插入一个元素，由于插入后的顺序表仍要求有序，必须将插入位置以后的元素依次向后移动一个单元。同样，若要删除元素，则需把后面的元素依次向前移动一个单元。第三章管理信息系统的技术基础序号

结点内容序号结点内容1919215215317317425

4

235395256

639

插入前

插入后序号

结点内容序号结点内容1919215215317317

4

234255255396396

删除前

删除后第三章管理信息系统的技术基础（2）链表链接方式存储的线性表称为链表。链表结构在每个结点设有链指针，用来指示下一个结点的位置，结点本身则可以存放在任意一组存贮单元中，这些存贮单元可以是连续的，也可以是分散的。结点之间的逻辑关系由指针表示。第三章管理信息系统的技术基础链表的插入与删除

删除一个节点：断开该节点的前后链接，将前一个节点的指针直接指向后一个节点，要删除的节点与整个链表脱离关系。增加一个节点：断开一个指针，将该指针指向要增加的节点，从增加的节点引出一个指针指向后面的节点，要增加的节点与整个链表连接成一个整体。第三章管理信息系统的技术基础例：如左图在链表的插入和删除操作中，只需改变前后结点的指针，而不需要进行大量的数据移动。

HAB.CD∧H.A.B×CD∧(b)插入结点C.D∧.H.ABC.D∧.H.A(a)删除结点第三章管理信息系统的技术基础

3、树

树是结点之间有分支和层次关系的结构，类似于自然界中的树。是最重要的一类非线性结构。

反映不同规格的钢材的库存情况的树结构如下图代码直径指针1直径指针2直径长度指针1长度指针2直径长度指针1长度指针2

长度单价库存量长度单价库存量长度单价库存量长度单价库存量第三章管理信息系统的技术基础（二）数据文件

1、概念：

把数据按某种数据结构组织起来存放在外部设备上，就构成数据文件。2、数据文件的组织方式常用的文件的组织方式：顺序文件索引文件第三章管理信息系统的技术基础顺序文件文件中数据记录的物理顺序与逻辑顺序一致，文件记录按主键的值递增（或递减）次序排序，形成其逻辑顺序。870001张三456870002李四645870003王五587870004孙六676870005钱七565………………12345……文件记录物理设备主键的值相对磁道第三章管理信息系统的技术基础索引文件为了便于检索，除文件本身外，另外建一张指示逻辑记录和物理记录之间对应关系的索引表，这类包括文件数据区和索引表两大部分的文件称为索引文件。索引文件主文件索引表数据记录区索引区记录原始信息记录关键字+记录地址第三章管理信息系统的技术基础例如：P51图3.7

（a）数据文件

物理记录号编号姓名职称10135梁勇副教授10203李民副教授10402王红副教授10542陈立高工10812周一教授11217方波工程师第三章管理信息系统的技术基础（b）输入过程中建立的索引表（c）输入完成后排序的索引表索引项物理记录号021040310212108171123510142105索引项物理记录号351010310202104421051210817112第三章管理信息系统的技术基础第三节数据库技术数据库系统的产生和构成数据库设计实体联系模型(E-R模型)数据模型关系的规范化数据库操作数据库保护第三章管理信息系统的技术基础一、数据库系统的产生和发展（一）数据库系统DBS的产生层次模型DBMS、网状模型DBMS、关系模型DBMS（二）数据库系统DBS的构成1.计算机系统2.数据（库）3.有关人员(数据库管理员、系统程序员、用户)4.数据库管理系统DBMS数据库定义数据库的操纵数据库查询数据库控制数据库通信第三章管理信息系统的技术基础二、数据库设计的主要内容数据库设计是指对于一个给定的应用环境，提供一个良好的数据模型与处理模式的逻辑设计，以及确定一个良好的数据库存贮结构与存取方法的物理设计，从而建立起既能反映现实世界信息和信息联系，满足用户数据要求和处理要求，又能被某个数据库管理系统（DBMS）所接受，同时能实现系统目标并能有效地存取数据的数据库。数据模型是对客观事物及其联系的数据化描述，是关于全局数据的组织方式的抽象表达。它是数据库系统的核心，是定义数据库模式的根据。

第三章管理信息系统的技术基础数据库设计步骤分为:用户需求分析概念结构设计逻辑结构设计物理结构设计逻辑模型物理模型客观事物及其联系概念模型现实世界信息世界数据世界机器世界概念结构设计逻辑结构设计物理结构设计用户需求分析第三章管理信息系统的技术基础

数据模型应满足三方面的要求：（1）比较真实地模拟现实世界的实体；（2）易于理解；（3）便于在计算机中实现，并进行相关的运算。

第三章管理信息系统的技术基础

两层抽象对客观对象的抽象过程一般要经历两层抽象：（1）第一层抽象——建立概念模型它按照用户的观点对数据和信息建模，首先将现实世界的客观对象抽象为某一种不依赖于计算机系统和某一个DBMS的信息结构即概念模型，是数据库设计人员与用户之间交流的语言。这类模型中最著名的是实体联系模型(E—R模型，或E-R图)。第三章管理信息系统的技术基础

（2）第二层抽象——建立数据模型它把概念模型转换为计算机上某一DBMS支持的数据模型。这类模型有严格的形式化定义，便于计算机存储和运算。常用的有网状模型、层次模型和关系模型。三个不同的世界概念模型实际上是现实世界到计算机世界的一个中间层次。人们常常首先将现实世界抽象为概念模型，然后将概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。如下图所示：第三章管理信息系统的技术基础

第三章管理信息系统的技术基础概念模型常涉及的主要概念1、实体(Entity)指现实世界中存在的对象或事物。2、属性指实体具有的特性。3、主键主键是能惟一标识一个实体的属性及属性值，也称为关键字。4、联系一对一联系(1:1)一对多联系(1:n)多对多联系(m:n)（一）概念模型第三章管理信息系统的技术基础（二）概念模型的表示方法——E-R方法

E-R方法，又称实体-联系方法、E-R模型、E-R图1、E—R图的4个基本成分（图素）：表示实体：表示实体属性：表示联系：表示实体与属性、实体与联系、联系与属性之间的连接第三章管理信息系统的技术基础例1．篮球实体及其属性上图仅仅是单一的实体，没有反映实体间的联系。

篮球品牌型号颜色皮质价格第三章管理信息系统的技术基础例2．厂长与工厂的联系（1：1）厂长工厂管理厂长号姓名专业厂号厂名行业11第三章管理信息系统的技术基础例3．仓库与产品的联系（1：N）

仓库产品存放仓库号地点

面积货号品名规格数量1n第三章管理信息系统的技术基础例4．学生与课程的联系（M:N）学生课程学习学号姓名性别课号课名学分成绩出生日期mn第三章管理信息系统的技术基础2、如何画E-R图（1）先画出实体及其属性；（2）再画局部的分E-R图；（3）最后画出综合总E-R图。3、E-R图举例例5．某工厂物资管理E—R模型的建立（1）实体及其属性物资管理所涉及的实体包括：职工、仓库、零部件以及供应商。其中每一个实体都具有相应的属性：第三章管理信息系统的技术基础职工：有职工号、姓名、年龄、岗位等属性。仓库：有仓库号、面积、类型等属性。供应商：有供应商号、名称、地址、电话、账号（、联系人、经理）等属性。零件：有零件号、名称、规格、单价（、计量单位、质量等级）等属性。（此处省略了实体及其属性图）(2)分E-R图除了实体有属性，在画E-R图时，联系也可能产生新的属性。第三章管理信息系统的技术基础以上实体间联系的分E-R图如下：仓库职工工作职工领导1n1n仓库零件库存量储存1n供应商零件供应量供应mn第三章管理信息系统的技术基础(3)综合的总E-R图画综合的总E-R图，只要将分E-R图中同名的实体重叠在一起。注意：在综合的E-R图中，同一实体只出现一次。供应供应商零件供应量储存库存量仓库工作职工领导mnn11nn1第三章管理信息系统的技术基础职工领导1n仓库职工工作1n仓库零件库存量储存1n供应商零件供应量供应mn供应供应商零件供应量储存库存量仓库工作职工领导mnn11nn1上图显示了从分E-R图到综合E-R图的对应关系第三章管理信息系统的技术基础（三）数据模型1、关系模型E—R图描述了对现实进行抽象的概念模型，它独立于具体的DBMS所支持的数据模型。换言之，要将概念模型转化为具体的、逻辑表达的数据库，还取决于数据库系统采用怎样的数据模型。数据模型在数据库系统设计中，用来提供信息表示和操作手段的形式构架，是数据库系统实现的基础。第三章管理信息系统的技术基础目前常用的数据模型包括：层次模型网状模型关系模型关系模型是目前最重要的一种数据模型。基于关系模型的关系数据库已经成为数据库系统的工业标准。一方面，关系模型建立在严格的数学概念的基础上，它应用关系代数和关系演算等数学理论作为处理数据库系统的方法。另一方面，与前两种数据模型相比，关系模型的数据结构相对简单。第三章管理信息系统的技术基础关系模型的数据结构是一张二维表，每个关系为一个二维表，相当于一个文件（数据库中的一个表）。实体以及实体间的联系都通过关系（二维表）描述。在现实世界中，人们经常使用各种二维表格，如履历表、报名表、统计表、调查表来表示信息，这些二维表格可以非常直接地转化为计算机存储信息。第三章管理信息系统的技术基础关系模型中主要术语：1、关系：一个关系对应于一张二维表。对应数据库中一个Table。2、元组：表中一行。对应数据库中一条记录。3、属性：表中一列。对应数据库中一个字段。4、主码（主键）：表中某个属性组，它的值唯一标识一个元组。对应数据库中的主关键字。5、域：属性的取值范围。6、分量：元组中一个属性值，对应一个记录的字段值。7、关系模式：对关系的描述。用关系名（属性1，属性2，…属性n）表示。第三章管理信息系统的技术基础学号课程号成绩学分2004001B03248642004002B03249442004003B0345773.52004004B0235684课程管理关系元组属性主码“成绩”的域是0-100元组中一个分量该关系的关系模式为：课程管理（学号，课程号，成绩，学分）例：第三章管理信息系统的技术基础2、如何将E-R图转化为数据模型（关系数据库设计中的关系模式）要点：（1）实体的处理：一个实体→转化为一个关系（Access、VFP中的Table或FOXPRO中的库文件）。包括实体的全部属性，并确定主键。（2）联系的处理（a）1：1联系转换时，只要在其中一方实体的关系中增加对方实体的主键。（此时联系本身往往并无属性）第三章管理信息系统的技术基础例6：对前面的例1的E-R图，有厂长（厂长号，厂号

，姓名，专业）工厂（厂号，厂名，行业）或：厂长（厂长号，姓名，专业）工厂（厂号，厂长号，厂名，行业）

这里括号前是关系名（表名），括号内是关系的全部属性名（字段名），黑色带下划线的属性是主键，红色带下划线的属性是对方实体的主键。第三章管理信息系统的技术基础（b）1：n联系将“1”方主键纳入“n”方关系，如果联系有属性，把联系的属性也纳入“n”方关系。例：对例5”物资管理”中职工与职工的1：n联系,有：职工（职工编号，姓名，年龄，岗位）对仓库与职工的1：n联系,有：仓库（仓库编号，类型，面积）职工（职工编号，仓库编号，姓名，年龄，岗位）这里的联系没有产生新的属性，而这一联系的职工属性包含了前面职工与职工联系的属性，且多一个“仓库编号”属性，故取后一职工关系。第三章管理信息系统的技术基础对例5中仓库与零件的1：n联系,有:仓库（仓库编号，类型，面积）零件（零件号，仓库编号，名称，规格，单价，库存量）由于在“仓库与职工”联系的转化中已有“仓库”这一关系，且属性相同，故不必重复建立。这里的联系产生了新的属性“库存量”,故应该将其纳入n方关系。第三章管理信息系统的技术基础（c）m：n联系除了被联系实体各为一个关系外，联系也是一个关系（即共三个关系）。该关系的属性包括：双方实体的主键，联系本身的属性。例：对例5中供应商与零件的m：n联系,有供应商（供应商号，名称，地址，电话，账号）零件（零件号，名称，规格，单价）供应（供应商号，零件号，供应量）组合主键这里“零件”的属性比前面“仓库与零件”联系中“零件”的属性少，且都包含在前一“零件”属性中，故取前一零件关系。第三章管理信息系统的技术基础综合以上各联系，得出对应“物资管理”综合E-R图的关系模式：职工（职工编号，仓库编号，姓名，年龄，岗位）仓库（仓库编号，类型，面积）零件（零件号，仓库编号，名称，规格，单价，库存量）供应商（供应商号，名称，地址，电话，账号）供应（供应商号，零件号，供应量）第三章管理信息系统的技术基础E—R图向关系数据模型的转换过程示意图E-R图关系模型DBMS第三章管理信息系统的技术基础转换举例一编号姓名年龄班主任班级号班级名专业班级管理11班主任（编号，班级号，姓名，年龄）班级（班级号，班级名，专业）第三章管理信息系统的技术基础转换举例二仓库号地点面积仓库货号品名价格产品存放1n仓库（仓库号，地点，面积）产品（货号，品名，价格，仓库号，数量）数量第三章管理信息系统的技术基础学号姓名年龄学生课程号课程名学时数课程选课mn学生（学号，姓名，年龄）课程（课程号，课程名，学时数）成绩选课（学号，课程号，成绩）转换举例三第三章管理信息系统的技术基础E—R图实例课后练习思考1nnm系属于选修讲授学生课程教师成绩系号学号姓名性别出生年月课程号课程名学分职工号姓名性别出生年月职称m系名系主任n第三章管理信息系统的技术基础23459。0001-01-02清华大学出版社T范逸之VisualBasic7900637680013040。0001-01-02东北大学出版社T赵枫Visual

FoxPro7900637678814648。0010-01-00清华大学出版社.F.张志学VisualC++项目开发7900630449借出数册数单价出版时间出版社附光盘作者书名书号元组域属性分量主码图书表四、关系型数据模型第三章管理信息系统的技术基础五、关系的规范化

Codd认为关系必须是规范化的关系，应满足一定的约束条件。范式表示的是关系模式的规范化程度，即满足某种约束条件的关系模式，根据满足的约束条件不同来确定范式。（一）第一范式(1NF):元组中的每一个数据项不可再分.（二）第二范式(2NF):所有非主属性完全依赖于其主码.（三）第三范式(3NF):任何非主属性都不传递依赖于任何主关键字第三章管理信息系统的技术基础定义(1NF)如果一个关系模式R中的每个属性A的域值都是原子的，即属性值是不可再分的，则关系模式R属于第一范式，简记为R

1NF。若数据库模式R中的每个关系模式都是1NF，数据库模式R

1NFaddr(姓名地址)李小明北京市白石桥路7号张亮天津市和平街18号王国全太原市解放路35号

苏丹北京市复外大街12号addr(姓名，城市，地址

)第一范式第三章管理信息系统的技术基础第二范式定义(2NF)设关系模式R(U,F)，如果R

1NF且所有的非主属性完全依赖于R的每个主码，不存在非关键字段对任何主码的部分依赖，则R

2NF。若数据库模式R中的每个关系模式R都属于2NF，则数据库模式R

2NF。

第三章管理信息系统的技术基础第三范式定义(3NF)设关系模式R(U,F)，若R

1NF且在R中不存在非关键字段对任何一关键字段的传递函数依赖，则R

3NF。如果数据库模式R中每一关系模式都是第三范式，则数据库模式R

3NF。

第三章管理信息系统的技术基础需求分析概念设计逻辑设计物理设计信息需求处理需求需求说明与DBMS无关的概念结构逻辑结构物理结构硬件、操作DBMS特性系统特性图：数据库设计的四个阶段第三章管理信息系统的技术基础六、数据库操作

1）CREATETABLE2）ALTERTABLE3）DROPTABLE4）SELECT…FROM…WHERE…GROUPBY(ORDERBY)ASCENDING/DESCENDING5)UPDATE6)DELETE…FROM…WHERE7)INSERTINTO…VALUES…七、DBMS的数据库保护

数据安全性、完整性、并发控制、数据库恢复用户定义完整参照完整实体完整第三章管理信息系统的技术基础第四节计算机网络计算机网络的概念与分类局域网技术网际互联—Internet技术多媒体网络OSI参考模型第三章管理信息系统的技术基础一、计算机网络的概念和分类（一）计算机网络计算机网络使用通信介质把分布在不同地理位置的计算机和其他网络设备连接起来，实现信息互通和资源共享的系统。（二）网络拓扑结构网络拓扑结构是指网络的链路和节点在地理上所形成的几何结构。1.点对点信道网络：星型、环形、树型2.共享信道网络（广播式网络）：总线型、环形（三）网络分类LAN、WAN、MAN、ISDN、Internet第三章管理信息系统的技术基础星型结构环型结构总线结构树型结构网络拓扑结构几种常见的局域网络拓扑结构第三章管理信息系统的技术基础二、局域网技术（一）网络体系结构主从结构文件服务器/工作站结构客户机/服务器（C/S）结构浏览器/服务器（B/S）结构分布式处理Intranet/Extranet第三章管理信息系统的技术基础主从结构：又称主机—终端结构，它有一台大型主机，可以同时在本地或远程挂接多个终端，主机对各终端用户传来的数据进行分时处理，终端只是一种数据输入输出（I/O）设备，没有CPU和存储器，没有处理能力，只负责将用户键盘输入的信息传到主机，然后显示由主机返回的处理结果。程序运行、文件存取主机I/O设备I/O设备I/O设备无CPU存储器、非信息处理产生主机瓶颈问题第三章管理信息系统的技术基础文件服务器/工作站结构：一个组织的多个工作站与一台服务器互相连接起来。使用微机作为工作站，以高性能微机或小型机作为服务器。数据库管理系统安装在文件服务器上，而数据处理和应用程序分布在工作站上，文件服务器仅提供对数据的共享访问和文件管理,没有协同处理能力。文件服务器的处理方式会增加网络线路的传输负荷，降低传输的效率和响应时间，很容易造成网络阻塞。文件服务器工作站工作站工作站网络打印机DBMS数据处理、应