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第2章 管理信息系统 技术基础 2.1 计算机系统的组成2.2 计算机网络基础2.3 数据库技术基础2.4 案例讨论2.1计算机系统的组成计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，如图2.1所示。1. 计算机的基本组成计算机硬件是指组成一台计算机的各种物理装置，是计算机进行工作的物质基础。根据冯诺依曼体系结构，计算机硬件系统一般由五大部分组成，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。（1）运算器运算器由逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、寄存器和一些控制门电路等组成。算术逻辑运算单元通过算术运算或逻辑运算来进行算术逻辑运算。寄存器用来提供参与运算的操作数，并存放运算的结果。哪些数参与运算，由输入控制门的条件决定。2.1.1计算机硬件系统（2）控制器控制器是计算机的核心部件，它的功能是指示程序的执行过程，即决定在什么时间根据什么条件做什么事情。微型计算机系统中，把运算器和控制器做在一起，叫做中央处理器(CPU) ，各部分之间采用总线方式连接。（3）存储器存储器分为两大类：内存储器和外存储器。内存储器又称为主存储器，外存储器又称为辅助存储器。内存是CPU可直接访问的存储器，是计算机中的工作存储器，可以分为两大类：随机存取器RAM和只读存储器ROM（4）输入设备常用的输入设备有：鼠标、键盘、扫描仪、数字化仪、摄像机、条形码阅读器、笔输入设备、数码相机、传真机、A/D转换器等，从信息的输入输出角度来说，磁盘驱动器和磁带机既可以看作输入设备，又可以看作输出设备。（5）输出设备最常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪、X-Y记录仪、各种数模转换器（D/A）等2. 计算机系统的种类和结构按计算机的规模、速度和性能，可以分为超级计算机、大型机、小型机、微型计算机和工作站六大类。（1）超级计算机超级计算机是一种用于军事、科学运算、人口普查等要求处理速度快、存储容量大、功能强大的计算机，但价格也非常昂贵。其运算速度一般都在每秒千万条指令以上，甚至于可达上亿条指令。(2) 大型机与小型机大型机的运行速度和处理功能相对超级计算机而言较弱，运行速度一般为每秒三千多万条指令，是一种大型的多用户系统。小型机与大型机很相似，只是规模小些。（3）工作站工作站一般采用RISC芯片，体积较小，可以放在桌面上，但它的处理能力、运行速度、存储容量和成本介于微型机与小型机之间。（4）微型计算机微型计算机又称个人计算机（PC）。其体积小，价格便宜，通常只可一个人使用。微型计算机又分为台式机、便携式机两种。网络计算机是一种用在计算机网络和Internet环境中的个人计算机，一般用作网络环境中的客户机，它没有存储功能，也不具备典型台式PC机的功能，所以价格便宜。（5）多媒体计算机系统媒体是信息的载体，如数字、声音、图像等是不同的媒体。媒体的作用是存储、表达和传播信息。多媒体是多种媒体的综合。例如，将声音、动画和数字视频等媒体综合在一起便为多媒体。多媒体计算机系统是指将文字、图形、声音、动画和视频等各种媒体的系统与计算机系统集成而组成的系统，由计算机系统对多媒体信息进行输入、存储、加工和输出处理。多媒体系统中的关键技术是计算机系统综合处理多种媒体信息的能力。多媒体技术是指能综合处理多种媒体信息、实现人机交互的技术。在计算机上运用和发展这种技术，称为多媒体计算机技术。3. 计算机系统的性能指标评价计算机性能的指标主要有：（l）字长：指计算机能一次同时处理的二进制数码的位数。它是计算机的一个重要技术性能指标。（2）运算速度：用每秒钟能执行多少条指令来表示，单位一般用MIPS(百万条指令/秒) 。为了统一标准，现在用各种指令的平均执行时间及相对应的指令运行比例来综合计算。（3）内存容量：内存储器中能存储信息的总字节数。计算机内存容量越大，程序运行速度越快，可运行的程序也越多。（4）主频：指计算机CPU的时钟频率。主频的单位一般用兆赫兹(MHZ)来表示。它在很大程度上决定了计算机的运算速度。（5）存取周期：存储器完成一次读(取) 或写(存) 信息操作所需的时间称存储器的存取(或访问) 时间，而连续两次读或写所需的最短时间，称存储器的存取周期(或存储周期) 。存储器的存取周期越短，计算机的运算速度就越快。（6）总线宽度：总线是由数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB三组线构成的，每组线由若干根线组成。总线越宽，计算机的处理能力越强。2.1.2计算机软件系统1计算机软件的概念和分类一般从应用的角度出发，将软件划分为系统软件和应用软件两大类，如图2.2所示 （1）系统软件系统软件是指负责管理、监控和维护计算机硬件和软件资源的一种软件。系统软件用于发挥和扩大计算机的功能及用途，提高计算机的工作效率，方便用户的使用。系统软件主要包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、系统服务程序以及故障诊断程序、调试程序等工具软件。（2）应用软件应用软件是指利用计算机和系统软件为解决各种实际问题而编制的程序，这些程序能满足用户的特殊需要。常见的应用软件有科学计算程序、图形与图像处理软件、自动控制程序、情报检索系统、工资管理程序、人事管理程序、财务管理程序以及计算机辅助设计与制造、辅助教学等软件。2. 程序设计语言编写程序所采用的语言就是程序设计语言。程序设计语言一般分为机器语言、汇编语言和高级语言。（1）机器语言机器语言是最底层的面向机器硬件的计算机语言，是由0和1组成的二进制代码序列。机器语言程序执行的速度快，效率高;缺点是指令代码记忆困难，编写和阅读程序的难度大,通用性和可移植性较差. （2）汇编语言 将二进制形式的机器指令代码序列用符号（或称助记符）来表示的计算机语言成为汇编语言。用汇编语言编写的程序（称汇编语言源程序）计算机不能直接执行，必须由机器中配置的汇编程序将其翻译成机器语言目标程序后，计算机才能执行。将汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序的过程称为汇编。 （3）高级语言机器语言和汇编语言都是面向机器的语言，而高级语言则是面向问题的语言。高级语言与具体的计算机硬件无关，其表达方式接近于人们对求解过程或问题的描述方法，容易理解、掌握和记忆。用高级语言编写的程序通用性和可移植性较好。2.1.3操作系统操作系统是一种系统软件，它负责控制和管理计算机系统的各种硬件和软件资源，合理地组织计算机系统的工作流程，提供用户与操作系统之间的软件接口。1. 操作系统的功能（1）进程管理（即处理机管理）：在多用户、多任务的环境下，主要解决对CPU进行资源的分配调度，有效地组织多个作业同时运行。（2）存储管理：主要是管理内存资源，合理地为程序的运行分配内存空间。（3）文件管理：有效地支持文件的存储、检索和修改等操作，解决文件的共享、保密与保护。（4）设备管理：负责外部设备的分配、启动和故障处理，让用户方便地使用外设。（5）作业管理：提供使用系统的良好环境，使用户能有效地组织自己的工作流程。2.操作系统的分类通常按照操作系统的使用环境，可将其分为三大类：多道批处理系统、分时系统和实时系统。（1）多道批处理系统多道批处理系统实质上是“多道程序”和“批处理”的结合。“任务”或“作业”是指用户一次上机要求计算机系统完成的工作的总称；“多道程序”是指在计算机内存中同时可以存放若干道作业，允许交替地由处理机运行；“批处理”是指用户与作业之间没有交互作用，用户不能直接控制作业的运行，即一批经过合理组织的作业一旦提交给计算机系统，其执行将由计算机系统控制。（2）分时系统分时系统是一种多用户操作系统，它是将中央处理机（CPU）的处理时间进行分割，即把工作时间分割成一个个时间片，每个用户轮流使用时间片。一台计算机为一组终端用户服务，每个用户通过终端控制程序的运行。由于时间分割得很小，每个用户感觉不到时间上的差别，如同自己在独占一台计算机一样。（3）实时系统实时系统是指要求系统及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成该事件的处理并控制所有实时设备和实时任务协调一致的运行。实时系统包括实时过程控制和实时信息处理两种，前者主要应用于工业生产的过程控制，而后者主要应用于信息处理系统，如查询与定票系统。随着计算机系统结构的发展变化，操作系统技术也有了进一步的发展，产生了一些具有特点的操作系统：个人计算机操作系统、分布式操作系统和网络操作系统。个人计算机操作系统是一个单用户的交互式操作系统，它以文件管理为主，具有简单的设备管理功能，并向用户提供了一组功能丰富的键盘操作命令。分布式操作系统是指由多台计算机组成一个系统，相互协作地完成一个任务。任意两台计算机之间可以交换信息，无主次之分，系统资源为所有用户所共享。网络操作系统是为网络中各台计算机间提供通信和网络资源共享。除了具有常规操作系统的功能外，还具有网络管理功能。3.常用操作系统简介 （1）Windows Windows以其灵活方便的窗口操作、弹出式菜单以及命令对话框，为用户使用计算机提供了便利，并为人们广泛接受，它从1990年由Microsoft公司推出Windows 3.0，先后进行了多次改进，产生了多个版本。如Windows 3.1、Windows 3.2、Windows 95、Windows 98、Windows NT及Windows 2000，其中Windows 95以上版本提供了网络功能。Windows主要具有一下特点：友好、方便的人机界面；功能强大的应用软件工具；多任务并行处理功能等。（2）UNIX UNIX操作系统是一个通用的、交互式的分时系统，适用于小型机和微型机。它由美国贝尔实验室于1969年研制，其特点是结构紧凑、功能强大、使用方便、易于扩充、修改、维护和移植。它主要由两部分组成：内核和外壳（shell语言）。其内核部分负责进程管理、文件管理、存储管理、设备管理等，而shell语言是用来控制、使用内核以及语言处理程序和软件工具。（3）Linux Linux是目前最流行的操作系统之一，是UNIX的PC版。它从1991年由芬兰人Linux Torvalds创建至今，发展迅速。它具有占用空间小、高效、健壮和功能强大等特性，特别是可以免费使用俄源代码开放，为用户广泛接受。其中的Red Hat Linux版是一个杰出的代表，它在Linux的基础上开放了许多优秀的工具和软件，并提供了对最新软硬件技术的支持。2.2 计算机网络技术2.2.1 计算机网络概述 计算机网络是将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件支持下，向多个用户提供各种应用服务，从而实现数据、程序与硬件等各类资源共享的系统。 计算机网络是计算机技术和通信技术不断发展和结合的结果，它们互相渗透，互相融合，促进了计算机网络的发展。计算机网络的形成与发展经历了四个阶段：1. 计算机网络的形成与发展（1）具有通信功能的单机系统阶段，这一阶段形成了计算机网络的雏形。这种结构的主机负荷较重，既要承担通信工作，又要承担数据处理工作，效率较低，通信线路的利用率也较低，尤其在远距离传输时，如果让多个终端用户都单独占用一条通信线路，造价就很高。（2）具有通信功能的多机系统阶段，这一阶段属于面向终端的计算机通信网。这种网络最直接的形式是将多个主计算机通过通信线路连接起来，这种形式的主机既承担数据处理工作又承担通信控制工作。（3）以资源共享为目的的计算机属于计算机网络阶段。这一阶段随着网络技术的发展，出现了网络体系结构标准化的概念。国际标准化组织ISO（International Standard Organization）在研究、吸收各计算机厂家网络体系结构标准化经验的基础上，制定了计算机的“开放系统互连参考模型”（Open Systems Interconnection/Reference Model，OSI/RM）作为国际标准。这种统一的、标准化的产品给网络技术的发展带来了更大的繁荣。（4）Internet与高速网络发展阶段。这一阶段在计算机网络中得到最广泛应用的不是国际标准OSI，而是Internet的TCP/IP结构。这样，TCP/IP常常成为事实上的国际标准。但是，应当承认OSI网络体系结构的思想在计算机网络发展过程中具有重要作用。2. 计算机网络的功能计算机网络的主要功能如下。（1）资源共享（2）信息交换（3）分布式处理3. 计算机网络的分类计算机网络的分类方法较多，主要的分类方式有两种：（1）按网络传输技术分类 可以分为点对点式网络和广播式网络。 （2）按网络覆盖范围分类可以分为局域网、城域网和广域网三类。2.2.2 计算机网络的组成与结构1. 计算机网络的组成 计算机网络要完成数据处理与数据通信两大功能，那么从它的结构上可分为两个部分：负责数据处理，向网络用户提供各种网络资源和网络服务的资源子网和负责数据转发的通信子网。其结构如图2.3所示，内层为通信子网，外层为资源子网。（1）资源子网 资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源组成。 主计算机（Host） 主计算机为本地用户访问网络其他主计算机设备、共享资源提供服务，同时为网中其他用户共享本地资源提供服务。它是资源子网的主要组成单元，通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连。 终端 终端是用户访问网络的界面。终端可以是仅具有简单输入和输出功能的哑终端，也可以是带有微处理器的智能终端。它可以通过主机连入网中，也可以直接同通信控制处理机联结入网中。（2）通信子网 通信子网由网络通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成全网数据传输、转发等功能。 通信控制处理机 通信控制处理机CCP（communication control processor）又称前端处理机或节点处理机，在网络拓扑中被称为网络结点。其主要功能是： 网络接口：实现资源子网和通信子网的接口协议，接收/发送用户信息。 存储/转发：实现对报文分组的接收、校验、存储、转发功能。 网络控制：对进网信息提供路径选择、网络流量控制等功能。 通信线路 通信线路为通信控制处理机之间、通信控制处理机与主计算机之间提供通信信道。它可以是架空明线、同轴电缆、光纤等有线线路，也可以是微波、无线信道和卫星信道等。2计算机网络的拓扑结构计算机网络拓扑结构是指网络中各结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系。拓扑设计是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用有很大的影响。常见的计算机网络拓扑结构有以下四种，如图2.4所示。（1）星型拓扑 星型拓扑的优点是结构简单，访问协议简单，单机故障不会影响网络运行；缺点是对中心结点的可靠性要求高，中心结点出现故障，整个网络就会瘫痪，系统的扩充比较困难。（2）环型拓扑 环型拓扑结构简单，传输延时确定，适合光纤介质网络；但是任何一个结点的故障都会使全网瘫痪，而且结点的增加或减少都比较困难。（3）总线型拓扑 其优点是结构简单，易于扩充、价格低廉，容易安装。缺点是出现故障后需要检查总线在各结点的连接，因此查错比较困难；虽然某台计算机故障不会影响网络运行，但是若总线断开则网络将不可使用。（4）树型拓扑 树型拓扑结构中的故障比较容易检测和隔离。 点对点式网络拓扑结构可以是星型、环型、树型等，广播式网络拓扑结构可以是总线型、环型、卫星型等。2.2.3 数据通信基础1. 数据通信的基本概念（1）信号 数据通信研究的是电信号在计算机之间的传输，按照发送端所产生的信号形式，将信号分为两类： 模拟信号：连续的信号，如语音信号； 数字信号：离散的信号，如用“0”和“1”组成的信号。 还可以将信号分为以下两类： 基带信号：是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，并送到线路上传输的信号。 宽带信号：是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。（2）信道 信道一般用来表示向某一方传送信息的线路。因此，一条通信线路至少包含一条发送信道和一条接收信道。按照信道上所允许传输的信号类型，可将信道分为： 模拟信道：传送模拟信号的信道。 数字信道：传送数字信号的信道。 数字信号在经过数/模转换后可在模拟信道上传送，而模拟信号经过模/数转换后可在数字信道上传送。（3）调制解调器 调制：将数字信号转换为模拟信号的过程。完成调制功能的设备称为调制器。 解调：将模拟信号转换为数字信号的过程。完成解调功能的设备称为解调器。 在实际应用中，调制与解调过程在一个设备中实现，这种设备称为调制解调器（Modem）。按照传输速率可分为三种：低速（9600b/s以下）、中速（9600b/s18.8kb/s）和高速（28.8kb/s以上）。目前常用的是高速Modem。（4）数据通信方式 从通信的双方信息交互的方式，可以有以下三种基本方式： 单工通信：只能沿一个方向的通信而没有反方向的交互。如无线广播，计算机与打印机之间的数据传输等。 半双工通信：通信双方都可以发送（接收）信息，但不能同时双向发送。 全双工通信：通信双方可同时发送和接收信息。全双工通信效率高。（5）多路复用技术 多路复用是计算机网络中的一种重要技术，它是指在一条物理通信线路上建立多条通信信道的技术。多路复用技术一般可分为以下三种基本形式： 频分多路复用（FDM）：它是将多路信号的每一路信号用不同的载波频率进行调整，且各个载波占用的频率范围是不同的，即各个信道所占用的频带不相互重叠。 波分多路复用（WDM）：光纤通道技术采用了波长分隔多路复用。波分多路复用是在光学系统中利用衍射光栅来实现多路不同频率广播信号的合成与分解。 时分多路复用（TDM）：它是以信道传输实际作为分割对象，通过对多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现的多路复用。2. 数据通信系统的主要技术指标（1）数据传输速率：它有两种度量单位。 波特率：是指数据通信系统中，每秒传送的波形个数。其单位是“波特”（band）。 比特率：数据传输速率是指数据通信系统中，每秒传送的二进制位数。其单位是比特每秒，以b/s表示。（2）误码率：它是二进制符号在传输系统中被传错的概率，近似等于被传错的二进制符号数与所传二进制符号总是的比值。计算机网络通信系统中，要求误码率低于10-9。（3）信道容量：它是只信道能传输信息的最大能力，用单位时间内最大可传送的比特数表示。它取决于信道频带F、可使用时间T及信噪比S/N。信道容量和传输速率之间应满足以下关系：信道容量传输速率。3. 传送介质 传输介质是信息传输的载体，它是通信子网的重要组成部分。其种类很多，但基本可分为两类。一类是有线介质：双绞线、同轴电缆、光纤等；另一类是无线介质：微波、卫星通信等。以上几种常用传输介质的性能比较如表2.1所示。 表2.1 传输介质的性能比较2.2.4 典型的计算机网络应用办公自动化OA (Office Automation)2. 电子数据交换EDIElectmnic DaUIntemhange)3. 远程交换(Telecommuting) 4. 远程教育(Distance Education)5. 电子银行6. 电子公告板系统BBS (Bulletin BoaMSystem)7. 证券及期货交易8. 广播分组交换9. 校园网(Campus Network)10. 信息高速公路11. 企业网络12. 智能大厦和结构化综合布线系统1. 数据库技术的基本概念（1）数据库DB（DataBase）数据库是指按一定的组织方式存储在外存储器中逻辑相关的数据集合。其中的数据都具有特定的组织机构，称为“数据结构”。（2）数据库管理系统DBMS（Data Base Management System）数据库管理系统是一组对数据库进行管理的软件，通常包括数据定义语言及编译 程序、数据操纵语言及编译程序和数据管理程序。2.3 数据库技术2.3.1 数据库技术概述（3）数据库系统DBS（Data Base System）数据库系统是一个引进数据库管理系统，具有数据库管理功能的计算机软硬件系统。由计算机系统、数据、数据库管理系统和有关人员组成。（4）数据库管理员DBA（Data Base Administrator）数据库管理员指对数据库进行有效控制和管理的人员。（5）数据模型数据模型是指表示现实世界中实体及实体之间联系的模型。数据模型通常分为关系模型、网状模型和层次模型三种，其中关系模型数据库是目前应用最广泛的。2. 数据描述（1）数据描述数据描述是数据处理中的一个重要环节。从事物的特性到计算机中的具体表示，实际上经历了三个领域：现实世界、信息世界和机器世界。现实世界的数据描述主要是对原始数据进行综合工作，取出数据库系统所需要研究的数据，如各种报表、单据和查询格式等。信息世界的数据描述是人们将现实世界在人脑中的反映，用文字和符号表示出来，它需要用以下一些基本术语来实现： 实体（entity）：实体是指客观存在并相互区别的事物。实体可以是具体对象，例如一个教师、一个学校等。也可以是抽象的概念和联系，例如学生的一次选课、一次借书等。 实体集（entity set）：具有相同性质的同类实体的集合。例如所有教师、所有选课等。 属性（attribute）：实体具有许多特性，每一个特性称为属性。每个属性有一个取值范围，即值域。例如学生实体可以由学号、姓名、性别、年龄等属性组成，而每个属性都有一个取值范围，如性别的取值范围只能是男或女，年龄的取值范围是大于0的一个整数。 标识属性：唯一标识实体的属性集称为标识属性。例如学生实体的学号可作为学生实体的标识属性。 而信息在机器世界中是以数据形式存储的，其数据描述需要用到以下术语： 自段（field）：标记实体属性的命名但我称为自段（或数据项）。它是可命名的最小信息但我。例如学生的学号、姓名、性别、年龄等自段。 记录（record）：自段的有序集合称为记录。一般用一个记录描述一个实体。如一个学生记录，由有序的自段集（学号、姓名、性别、年龄）组成。 文件（file）：同一类记录的汇集称为文件。文件是描述实体集的。例如所有学生记录组成了一个学生文件。 主键（key）：能唯一标识文件中每个记录的字段或字段集，称为文件的主键。例如学号可以作为学生记录的主键。 现实世界、信息世界和机器世界的术语的对应关系如表2.2所示。 （2）实体间的联系 现实世界的事物总是存在着这样或那样的联系，这种联系必然要在信息世界中得到反映。在信息世界中，事物之间的联系可分为两类：一类是实体内部的联系，如组成实体的各属性之间的关系；另一类是实体之间的联系。这里我们主要讨论实体之间的联系。 设A，B为两个包含若干个体的总体，其间建立了某种联系，其联系方式可分为三类： 一对一联系，记为1：1。如果对于A中的一个实体，B中至多有一个实体与其发生联系，反之，B中的每一实体至多对应A中一个实体，则称A与B是一对一联系。如火车座位与乘客之间，学校与校长之间都是1：1联系。 一对多联系，记为1：N。如果对于A中的每一实体，实体B中有一个以上实体与之发生联系，反之，B中的每一实体至多只能对应于A中的一个实体，则称A与B是一对多联系。 例如班级与学生之间，一个班级有多个学生，而一个学生只能属于一个班级，是1：N联系。 多对多联系，记为M：N。如果A中至少有一实体对应于B中一个以上实体，反之，B中也至少有一个实体对应于A中一个以上实体，则称A与B为多对多联系。例如课程与学生之间，一个学生可选多门课程，而每一门课程可有多个学生选课，课程与学生之间是多对多关系。3. 数据模型 数据模型是现实世界数据特征的抽象。由于计算机不可能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们必须先把具体事物转换成计算机能够处理的数据。在数据库中用数据模型来抽象、表示和处理现实世界中的信息。数据库系统均是基于某种数据模型的，不同的数据模型实际上是提供给我们模型化信息的不同工具。数据模型是数据库系统的核心和基础。根据模型应用的不同目的，可将模型划分为两类：概念模型和数据模型。（1）概念模型 概念模型又称信息模型，主要用于描述信息世界中的数据，它是按照用户的观点来对信息建模。概念模型最常用的表示方法是实体-联系方法 (Entity-Relation Approach，简称E-R方法)。就是用E-R图来描述某一组织的信息模型。 E-R方法提供了四个基本工具来实现E-R图。 矩形框，表示实体类型。 菱形框，表示联系类型。 椭圆型框，表示实体类型和联系类型的属性。对主键的属性，在属性名下画一横线。 直线，表示联系类型和相关实体类型直接的联系，并在直线端部标注其种类。两个实体之间的联系可用图2.5来描述。 数据模型是按照计算机系统的观点对数据建模，主要用于机器世界中对数据库管理系统的实现，它主要包括层次模型、关系模型、网状模型等。 层次模型：用数型结构表示实体类型和实体间联系的数据模型，如图2.7所示。M1为第一层，M2和M3为第二层，M4、M5和M6为第三层，共三个层次。 关系模型：用表格结构表达实体集及实体间联系的数据模型，如表2.3所示。 网状模型：用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型，如图2.8所示。在图2.8中，S1与P1、P2、P3的联系，P2与S1、S2的联系呈现交错的网型。2.3.2 关系数据库的规范化 1. 基本术语（1）关系 通俗地讲，一个二维表就是一个“关系”，表中的每一行对应一个元组，相当于一个记录。每列对应一个域，称为属性。关系可用下式描述：关系名（属性1、属性2、属性n）。如学生关系为：学生（学号、姓名、年龄、性别、系别）。一个二维表要满足关系必须具备如下条件： 在任一列上，数据项应该属于同一个属性。 在这个表中的所有行都是不相同的，即不允许有重复的组项存在。 在一个表中，行或列的顺序无关紧要。 每一个数据项是不可再分的数据单元。（2）关键字在一个关系中，有些属性能唯一地标识元组。具有能唯一标识元组的属性或最小属性组称为关系的候选关键字。若关键字唯一，则称其为主关键字。当一个关系中有多个候选关键字时，可任选一个为主关键字。 2. 规范化的作用和函数依赖（1）规范化的作用 规范化（Normalization）是关系数据库设计的重要理论，利用规范化方法来设计数据存储逻辑结构，可以提高数据的可修改性、完整性和一致性。（3）关系模式一个关系的属性名表，即二维表的框架称为关系模式。如： 由表2.4可知，如果将两个或两个以上实体的数据存放在一个表里，就会出现下列三个问题：数据冗余度大、插入异常和删除异常。数据冗余，就是相同数据在数据库中多次重复存放的现象。数据冗余不仅会浪费存储空间，而且可能造成数据的不一致性。插入异常是指，当在不规范的数据表中插入数据时，由于实体完整性约束要求主码不能为空的限制，而使有用数据无法插入的情况。删除异常是指，当不规范的数据表中某条需要删除的元组中包含有一部分有用数据时，就会出现删除困难。解决上述三个问题的方法，就是将不规范的关系分解成为多个关系，使得每个关系中只包含一个实体的数据。（2）函数依赖在进行规范化处理之前，首先要弄清楚数据依赖的关系。函数依赖主要有三种，即完全函数依赖、部分函数依赖和传递函数依赖。在R(U)中，如果XY，并且对于X的任何一个真子集X都有X Y，则称Y对X完全函数依赖。若XY，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依赖。假设A、B、C分别是同一个表的3个数据元素或若干个数据元素的集合，如果C函数依赖于B，而B又函数依赖于A，A不函数依赖于B，即BC，AB且B A，则称“C传递依赖于A”，即AC。3. 关系数据库的规范化（1）第一规范化形式（1NF）若一个关系中，每一个属性不可分解，且不存在重复的元组、属性，则称该关系属于第一范式（1NF）。（2）第二规范化形式（2NF）在满足1NF的基础上，若所有的非主关键字段都完全地依赖于主关键字，则这种关系属于第二范式（2NF）。（3）第三规范化形式（3NF）在满足2NF的基础上，若每个非关键字彼此独立，不传递依赖于主关键字，则这种关系属于第三范式（3NF）。1. 数据库语言 根据数据库的各种数据模型，可构成不同的数据库系统。为方便用户建立数据库，数据库管理系统必须提供一种用来定义或描述数据库逻辑结构的语言，称为数据描述语言DDL（data description language）。同时，为了方便用户对数据库进行检索、存储、修改、删除等，还必须提供一种数据操作语言DML（data manipulation language）。2.3.3 关系数据库语言SQL通常，一个数据库系统既要有数据操作语言，也要有数据运算语言。DML就具有这两种功能。关系数据语言主要有两种使用形式：自含系统和宿主系统。（1）自含系统：可用键盘命令形式进行数据操作，也可将数据语言编制成应用程序反复使用，但不可与其他语言混合使用的关系数据语言，称为自含系统。（2）宿主系统：可以嵌入其他主语言（如FORTRAN语言、COBOL语言、C语言等）中编制成统一的程序，只需用主语言的编译程序进行编译的关系数据语言，称为宿主系统。SQL语言是目前使用较为广泛且具有代表性的关系数据语言。2SQL语言 SQL全称是“结构化查询语言(Structured Query Language)”，最早的是IBM的圣约瑟研究实验室为其关系数据库管理系统SYSTEM R开发的一种查询语言，它的前身是SQUARE语言。SQL语言结构简洁，功能强大，简单易学，所以自从IBM公司1981年推出以来，SQL语言，得到了广泛的应用。如今无论是像Oracle ,Sybase,Informix,SQL server这些大型的数据库管理系统，还是像Visual Foxporo,PowerBuilder这些微机上常用的数据库开发系统，都支持SQL语言作为查询语言。（1）SQL的组成Structured Query Language包含4个部分：数据查询语言(DQL-Data Query Language): SELECT 数据操纵语言(DML-Data Manipulation Language ):INSERT, UPDATE, DELETE 数据定义语言(DDL-Data Definition Language) :CREATE, ALTER, DROP 数据控制语言(DCL-Data Control Language ):COMMIT WORK, ROLLBACK WORK（2）SQL的历史 在70年代初，E.E.Codd首先提出了关系模型。70年代中期，IBM公司在研制 SYSTEM R关系数据库管理系统中研制了SQL语言，最早的SQL语言(叫SEQUEL2)是在1976 年 11 月的IBM Journal of R&D上公布的。 1979年ORACLE公司首先提供商用的SQL，IBM公司在DB2 和SQL/DS数据库系统中也实现了SQL。 1986年10月，美国ANSI采用SQL作为关系数据库管理系统的标准语言(ANSI X3. 135-1986)，后为国际标准化组织(ISO)采纳为国际标准。 1989年，美国ANSI采纳在ANSI X3.135-1989报告中定义的关系数据库管理系统的SQL标准语言，称为ANSI SQL 89，3. SQL优点非过程化语言统一的语言是所有关系数据库的公共语言 2.3.4 数据库技术的新发展 数据库技术是计算机软件领域的一个重要分支，经过三时多年的发展，经历了第一代（层次和网状数据库）和第二代（关系数据库），已形成相当规模的理论体系和应用技术。随着相关学科的不断发展和应用领域的不断延伸，数据库技术也产生了许多新的分支。如多媒体数据库、分布式数据库、面向对象数据库、并行数据库等。1. 多媒体数据库 多媒体是指各种信息载体（即媒体）的复合体。 多媒体数据库是多媒体技术与数据库技术相结合产生的一种新型的数据库。多媒体数据库中的信息不仅涉及各种数字、字符等格式化的表达形式，而且还包括多媒体的非格式化的表达形式，数据管理要涉及各种复杂对象的处理。2. 分布式数据库分布式数据库系统是由若干个站集合而成。这些站又称为节点，它们在通讯网络中联接在一起，每个节点都是一个独立的数据库系统，它们都拥有各自的数据库、中央处理机、终端，以及各自的局部数据库管理系统。因此分布式数据库系统可
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