（计算机应用技术专业论文）工程实验中心管理系统的研究与实现.pdf

河海大学工程硕士论文 摘要 摘要 本课题首先分析了不同发展阶段的多种网络架构的工作原理和特点以及浏览器服务 器架构下的w e b 应用模式；其次研究分析了几种w e b 数据库应用技术，并以此作为理论基 础和实践依据，应用j s p 技术，以s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库作为后台数据库，选用多层浏 览器n 务器结构作为实验中心管理系统的逻辑结构。针对传统实验教学模式的弊端，充分 利用计算机技术的网络优势，建立了基于w e b 的实验教学的集成管理系统的总体框架，实 现了实验教学的网络化管理、实验资料文档的电子化管理以及信息的对外交流与共享。根 据我院的工程实验中心管理的业务现状，在研究了高校实验室基本业务流程的基础上，重 点设计了工程实验中心管理系统的功能逻辑结构；以w e b 数据库技术为支持设计并实现了 一个多层的b s ( b r o w s e r s e r v e r ，浏览器n 务器) 结构的工程实验中心的管理系统， 满足了工程实验中心教学和管理的要求。该系统包括实验室仪器设备管理子系统、实验室 实验项目管理子系统、实验室人员管理子系统、实验室仪器设备共享子系统、基础实验课 程评估子系统等几个部分。为了实现设备的自动查询、资源共享等功能，建立了仪器设备 管理子系统和仪器设备共享子系统。通过查询在用仪器设备的i p 地址，来确定仪器是否 在用，从而解决了仪器设备实时共享的难题；利用实验项目管理子系统实现了课程的自动 安排和检索的问题；为方便仪器设备的查询，在设备管理子系统中，提出通过以设备编码 与设备照片一一对应的新想法，将图像与数据结合起来，解决了管理人员难以直观查询的 问题。通过采用附加码验证技术和数据库恢复技术，实现了保证系统运行的安全可靠的技 术难题。本系统在我院的工程实验中心进行了实例验证。验证结果显示系统设计正确有效。 关键词：b s 模式，w e b 技术，j s p ，实验中心，管理系统 * i 海大学工程硕士论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rh a sa n a l y z e dt h eo p e r a t i o np r i n c i p l e ，c h a r a c t e r i s t i ca n dt h ea p p l i c a t i o nm o d eu n d e rt h e f r a m e w o r ko fb r o w s e r s e r v e rt h a tm a n yk i n d so fn e t w o r k sa td i f f e r e n td e v e l o p i n gs t a g eb u i l du pa tf i r s t s e c o n d l yr e s e a r c ha n da n a l y z es e v e r a lk i n d so fw e bd a t a b a s ea p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y , r e g a r dt h i sa st h e t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o na n dp r a c t i c eb a s i s u s ej s pt e c h n o l o g y , r e g a r ds q ls e r v e r2 0 0 0d a t a b a s ea s b a c k s t a g es u p p o r t e r sd a t a b a s e ，s e l e c tt h em u l t i l a y e rb r o w s e r s e r v e rs t r u c t u r ef o ru s ea st h el o g i cs t r u c t u r e o ft h ea d m i n i s t r a t i v es y s t e mo fe x p e r i m e n t a lc e n t e r t ot h ed r a w b a c ko ft h et e a c h i n gm o d eo ft h et r a d i t i o n a l e x p e r i m e n t ，f u l l yu t i l i z et h en e t w o r ka d v a n t a g eo f t e c h n o l o g yo f t h ec o m p u t e r , h a v es e tu pt h eo v e r a l lf r a m e o ft h e i n t e g r a t e da d m i n i s t r a t i v es y s t e mb a s e do ne x p e r i m e n tt e a c h i n g o fw e b ，r e a l i z e dn e t w o r k e d m a n a g e m e n t ，t h ee l e c t r o n i cm a n a g e m e n to ft h ee x p e r i m e n tm a t e r i a l s f i l ea n d f o r e i g ne x c h a n g e o f i n f o r m a t i o no f e x p e r i m e n tt e a c h i n ga n ds h a r e d a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n ts i t u a t i o no f t h ee x p e r i m e n t a lc e n t e r i no u ra c a d e m y ，o nt h eb a s i so fs t u d y i n gu n i v e r s i t y sl a b o r a t o r yb a s i cp r o c e d u r e ，l o g i cs t r u c t u r eo f f u n c t i o no ft h ea d m i n i s t r a t i v es y s t e mo fe x p e r i m e n t a lc e n t e rw a sd e s i g n e d r e g a r dw e bd a t a b a s et e c h n o l o g y a n dt h es u p p o r t i n g ，h a sd e s i g n e da n dr e a l i z e dm u l t i - l a y e rb s ( b r o w s e r s e r v e r ) a d m i n i s t r a t i v es y s t e mo f e x p e r i m e n t a lc e n t e r , m e tt i l em a n a g e m e n td e m a n do fm a n a g e m e n tt e a c h i n g i t i n c l u d e st h ei n s t r u m e n t e q u i p m e n tc o n t r o ls u b s y s t e mo ft h el a b o r a t o r y , t i l ee x p e r i m e n tp r o j e c tm a n a g e m e n ts u b s y s t e m o ft h e l a b o r a t o r nl a b o r a t o r yp e r s o n a lm a n a g e m e n ts u b s y s t e m ，l a b o r a t o r y i n s t r u m e n ta n de q u i p m e n ts h a r e s u b s y s t e m ，b a s i ce x p e r i m e n tc o u r s ea n da s s e s st h es u b s y s t e me t c i no r d e rt or e a l i z et h ef u n c t i o n o f e q u i p m e n ta u t o m a t i ci n q u i r y , r e s o u r c e ss h a r i n ga n ds oo n ，h a se s t a b l i s h e dt h ei n s t r u m e n t a t i o ne q u i p m e n t m a n a g e m e n ts u b s y s t e ma n dt h ei n s t r u m e n t a t i o ne q u i p m e n ts h a r i n gs u b s y s t e m t h r o u g hi n q u i r i n gt h ei p a d d r e s s ，d e t e r m i n e dw h e t l a e rt h ei n s t r u m e n ti su s i n g ，t h u sh a ss o l v e dt h ei n s t r u m e n t a t i o ne q u i p m e n tr e a l t i m e s h a r i n gd i f f i c u l tp r o b l e m ；h a sr e a l i z e dt h ec u r r i c u l u ma u t o m a t i ca r r a n g e m e n ta n dt h er e t r i e v a lq u e s t i o nu s i n g t h ee x p e r i m e n t a lp r o j e c tm a n a g e m e n ts u b s y s t e m ；i no r d e rt of a c i l i t a t et h ei n s t r u m e n t a t i o ne q u i p m e n tt h e i n q u i r y , a n di nt h es u b s y s t e mo f m a n a g i n go f t h ee q u i p m e n t ，p r o p o s ei tw i t ht h ee q u i p m e n tc o d ea n do n e o n e n e wt h i n k i n go fe q u i p m e n tp h o t o ，c o m b i n ew i t ht h ep i c t u r ea n dd a t at o g e t h e r , g i v ea d m i n i s t r a t i v es t a f f i n q u i r yt oe x p e r i e n c et h i ss y s t e mv e r i f i e st h ei n s t a n c ei n t i l ep r o j e c te x p e r i m e n t a lc e n t e ro fo u ra c a d e m y v e r i f ya n df iu i td i s p l a ys y s t e mt od e s i g nc o r r e c t l ya n de f f e c t i v e l y k e y w o r d s ：b ss t r u c t u r e ；w e bt e c h n o l o g y ；j s p ；l a b o r a t o r y c e n t e r s ；m a n a g e m e n ts y s t e m 河海大学工程硕士论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 实验室信息管理系统研究的意义 计算机科学技术的发展日新月异，新概念、新原理、新技术、新产品层出不穷，计 算机的应用也越来越广泛和深入。在高等院校的实验教学和管理系统中，计算机技术的应 用也正发挥着巨大的作用。 随着高等院校教育改革的深入和发展，如何进一步提高学校的管理水平，更新管理 手段，提高工作效率就成了学校管理工作一个重要的任务。 实验中心管理系统是高校信息管理系统的重要的组成部分。如果在高校中建立了完 善的、性能良好的管理信息系统，将有利于管理的科学化、现代化，从而提高员工的工作 效率，有利于学校教育水平的提高；同时，它也能够为各级管理者正确的决策提供服务。 实验室信息管理系统是利用计算机网络技术、数据存储技术、快速数据处理技术来对 实验室进行全方位管理的计算机软、硬件系统。通过这一系统，实验室可以达到自动化运 行、信息化管理和无纸化办公的目的，对实验室提高工作效率、降低运行成本起到至关重 要的作用。 实验室信息管理系统技术实际上包括两个方面内容：其一是管理思想：其二是实现这 一思想的技术手段【”。各种实验室管理规范( 如：全国高校的设备编码规范，高校实验室管 理规范等) 均属第一个方面的内容，而为实现这一思想的软硬件环境( 如：网络系统、客户 机服务器、操作系统、数据库等) 则是构成实验室信息管理系统技术的另一重要平台。这 两个方面是一个不可分割的整体，必须二者兼顾，才能提高实验室信息管理水平。 随着网络的普及和对教育的日趋重视，一些新兴的教学手段如远程教育、网上大学在 国内越来越普及，许多的培训单位、大中专院校也建设了校园网，在这种情况下，实验室 信息管理系统的实现就具有了必要的环境【2 】。 高等院校的信息管理与一般的企业单位相比有许多自身的特点： 1 一般高校都有大量的教职员工和学生，每个教职员工和学生都要产生大量的信息 需要管理和处理。 2 高等院校的信息结构化程度高，信息流程和信息处理较稳定。主要是围绕学校教 学工作的各个环节而形成的教学信息流，这个信息流具有较高的结构化程度。 3 学校与外界的信息交流渠道相对稳定。除了新生入校，毕业生就业与外界交流较 1 河海大学工程硕士论文第一章绪论 多外，大多数业务与外界的联系都比较稳定。 针对这些特点，高度院校的信息系统应该具备以下特征： 1 方便性：使用者可以方便的搜寻或获取所需要的信息。使用者不论何时，只要通 过校园网络或电话拨号线路，即可使用校园信息系统。 2 易学性：任何使用者都能迅速的学会其使用方法，即使是对电脑不怎么熟悉的使 用者也能够轻易上手，这样才能提高它的普及率，使校园信息系统能够真正发挥 其最大效益。 3 交互性：校园信息系统主要的服务对象是教师和学生，而教学活动是校园信息的 主要活动，所以必须要有足够的交互性刁能吸引更多的人参与和了解。使用户在 系统的使用中得到收益。 4 结构性：通过规划完善的信息结构，让使用者可以方便而迅速的定位到其所需要 的信息，不至于使其陷入信息的汪洋中，失去方向。 5 正确性：校园信息系统是校内各单位发布重要公告的渠道之一，因此必须能够防 止匿名的情况，确定信息的来源，以维护校园信息系统的权威性及其信息的正确 性。 6 实效性：能够随时更新、及时清理过时的信息，随时掌握信息的时效性，保持信 息的有效性，让使用者随时都可以获得最新的信息。 本课题是应用j s p 技术，以s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库作为后台数据库，选用三层浏览 器n 务器结构作为实验中心管理系统的逻辑结构。并根据我院的工程实验中心管理业务 现状，在研究了高校实验室基本业务流程的基础上，设计了工程实验中心管理系统的功能 逻辑结构。并以w e b 数据库技术为支持建立一个三层s s ( b r o w s e r s e r v e r ，浏览器服 务器) 结构的工程实验中心管理系统，满足工程实验中心教学和管理的要求。它包括实验 室仪器设备管理子系统、实验室实验项目管理子系统、实验室人员管理子系统、实验室仪 器设备共享子系统、基础实验课评估子系统等。在设备管理子系统中，提出了以设备编码 与设备照片一一对应的新思路，将图像与数据结合起来，给管理人员以直观的查询感受。在 实验室仪器设备共享子系统中，提出了采用根据仪器设备的i p 地址，确定该仪器是否在 用，从而达到仪器共享的目的。 河海大学工程硕士论文 第一章绪论 1 2 国内外研究的现状 1 2 1 实验室信息管理系统的发展历史 实验室信息管理系统的产生是随着分析测试仪器自动化程度的提高、实验室规模与处 理能力的提高而逐步出现的。2 0 世纪8 0 年代初，大规模集成电路的普及使得仪器的自动化 水平大大增强，进而实验室单位时间内所能完成的测试任务大大增加，这就对实验室的管 理提出了新的要求。同时随着计算机数据处理能力及数据吞吐量的极大提高，采用计算机 信息系统来自动管理实验室成为可能。早期的实验室信息管理系统以大中型计算机为主， 造价比较高，进入9 0 年代后微型计算机的迅速普及使得实验室信息管理系统的造价得到极 大的下降，实验室信息管理系统在西方发达国家迅速得到推广。今天，以s i s c 实验室信息 管理系统为代表，在总结前人经验的基础上，实现了以管理为中心、强调对实验室总体提 供管理、运行支持，达到自动化、信息化、无纸化的目标。同时，最新软件工程的方法以 及最新技术也被广泛采用了。 1 2 2 国内外实验室信息管理系统的现状 国外实验室信息管理系统最早出现在6 0 年代末，由于当时计算机硬件条件所限，实验 室信息管理系统的自动化程度和管理手段还远远无法满足实际需求。实验室信息管理系统 技术是一种多学科交叉的综合应用技术，具有很强的专业性和技术性，所以与一般的软件 有很大不同。如果只是简单地提供软件和安装服务，用户不一定能正常应用起来。国外的 统计结果表明，早期应用该类技术的实验室正常发挥效用的不到4 0 。分析其原因，主要 有以下几方面的问题： 1 用户对实验室信息管理系统技术认识不够，配套措施跟不上； 2 实验室信息管理系统的管理模式不合适，又无灵活的变通方式； 3 所选实验室信息管理系统产品与实际需要差异太大，无法应用； 4 应用支持及后续服务不够，实施周期过长； 5 实施成本超出预算。 但它的管理思想却得到了肯定和完善。进入g o 年代以后，伴随着微型计算机系统的不 断发展，实验室信息管理系统技术的应用系统进入了一个崭新的发展时期。c s 构架的管 理模式成为主流，普遍采用s q l 网络数据库，大大提高了数据处理能力。近年来w i n d o w sn t 网络操作系统的兴起，使得基于该平台开发的商业化的实验室信息管理系统产品开始流 行。目前，采用i n t e r n e t ，i n t r a n e t 和w e b 技术的第四代实验室信息管理系统也已开始出 河簿大学工程硕士论文第一章绪论 现。统的浏览器界面和以w e b 服务器为中心的分布式管理体系是这一代产品的主要特点， 它代表了最新的计算机网络技术在实验室信息管理系统中的应用。随着计算机技术的飞速 发展，特别是网络通讯和数据库技术的日趋成熟，为实验室信息管理系统提供了先进的技 术平台和实现手段。结合科学的管理思想和质量保证体系，使得实验室信息管理系统在提 高分析实验室的整体水平方面发挥着越来越大的作用。实验室信息管理系统引发了实验室 在管理思想、组织机构和测试技术诸方面的升华和变革。目前，在国外发达国家，实验室 信息管理系统已得到普遍采用，共有近百家专业化的公司提供实验室信息管理系统技术咨 询服务和成熟的商品化产品。 与国外相比，国内的情况则有所不同虽然早在7 0 年代末，就有人提出过实验室信息 管理系统思想，但由于计算机技术水平较低，加之分析测试设备比较落后，所以当时的实 验室信息管理系统仅限于完成简单数据处理的单机模式。8 0 年代中期以来，我国地矿、石 化、制药、商检等领域先后引进近十套实验室信息管理系统。但由于管理模式、文化内涵 以及计算机应用水平等方面的差异，使得系统的大部分功能无法利用，造成巨大浪费。 而今，国内也掀起了实验室信息管理系统的热潮。有许多的大学，如清华大学、北京 大学等，还有中国科学院软件研究所、石油化工科学研究院等从9 0 年代初就开始了这方面 的工作，经过多年的探索和应用试验，结合国际实验室信息管理系统的最新发展技术及国 内实验室的实际状况，开发出了拥有自主知识产权的、适合国内各大学及大企业分析测试 实验室实际需求的实验室信息管理系统。实验室信息管理系统从最初仅仅完成数据存储、 有限的网络功能，发展到现在可以处理海量数据，具备完善的管理职能，并且能够运行于 i n t e r n e t 之上，极大地提高了实验室的运行效率，大幅度节约了实验室的运行成本【3 j 。 通过近几年的信息化建设，国内大部分实验室都配备了自己的局域网系统，各种计算 机设备的配置也很高，但是运行于网上的软件系统却很少。这实际形成了这样一种局面： 实验室花大量经费建好局域网后却不知道拿他来干什么! 当然，也有很多的则是在考虑下 一步如何开发实验室信息管理系统这一问题。特别是经过近几年互联网热潮的影响，网络、 信息化等观念己经深入人心。并且随着全球经济一体化进程的加快，国家也在大力提倡、 资助各行业的信息化进程。 1 2 3 数字化是未来实验室信息管理系统的发展趋势 实验室信息管理系统经过t - - 十多年的发展，在国内也即将普及。但总的说来，各种 实验室信息管理系统产品( 国外、国内) 的技术水平参差不齐。大多数实验室信息管理系统 产品还是停留在数据存储、工作任务安排的水平上，少数实验室信息管理系统产品已初步 河海大学工程硕士论文第一章绪论 达到了管理的层次，可以为实验室的管理者提供一定的管理决策服务，更高层次的应用目 前还不多。 尽管如此，目前有的产品基本上己经能使实验室实现自动化运行、信息化管理和无纸 化办公的目的，对实验室提高工作效率、降低运行成本起到了很大的作用。而这也正符合 目前国内绝大多数实验室的要求。这些实验室的情况是：仪器设备配置比较好，分析测试 任务较为繁重，迫切需要实验室信息管理系统来提供辅助管理支持，提高工作效率、降低 运行成本。 随着经济的飞速发展，特别是加入w t o 以后，各类实验室的业务也在快速的发展着， 这就对实验室信息管理系统提出了更高的要求。目前的实验室信息管理系统产品在一个实 验室应用超过五年甚至更短的时间就会失去作用。而这还只是从实验室的管理角度来看。 未来的实验室应当是高度专业化、智能化、系统化、自动化、空问跨距大以及多学科交叉 的。因此，现有的以信息管理为主题思想的实验室信息管理系统将不能适应实验室发展的 要求。结合信息技术、数字技术的发展，未来的实验室将是数字化的! 数字化的实验室除 了自身专业技术的数字化，实验室的管理、运行都将是数字化的【4 1 。 为顺应这种发展的潮流，数字化的实验室信息管理系统首先要在专用分析方法( 如：专 家系统分析方法等) 上着手，为实验室提供更深层次、专门的、结合其专业最新科研成果 的分析方法。只有这样才能真正把实验室信息管理系统的应用提升到技术的最前沿，满足 数字化时代的要求。其次，目前比较热门的g i s 地理信息系统，如能应用到实验室的管理 后，可以提供在空间上更加方便直观的方法：宽带网络、电子商务等等也都可以引入到实 验室信息管理系统中来；仪器远程控制也是一个相当重要的方面。实验室信息管理系统作 为实验室的管理工具，必将随着实验室的发展而不断发展。 1 3 本课题的选定 建立实验室信息管理系统总的目标是使高校实验教学管理、实验队伍管理、实验仪器 设备管理、实验物资供应管理等工作科学化、信息化、规范化、高效化。主要体现在以下 两个方面，一是提高效率，合理利用资源。运用现代化信息手段，代替繁琐的人工操作， 有利于实现资源的共享、合理调度及有效利用，从而节省人力资源、物资资源和时间资源， 提高了管理功效。二是提高管理水平，改善决策支持环境。能迅速准确地进行实验资源供 需动态分析，及时满足教学、科研需要，为教学、科研提供了优质服务；辅助财务核算与 分析，便于定期和不定期编制物资供需计划，降低库存，减少浪费；优化实验室管理工作， 铜簿大学i 程硕士论文第一荦绪论 使实验室管理与决策工作定量化、规范化、信息化、科学化。 随着高等教育教学改革的不断深化对创造性人才的培养日益重视，高校实验室建设与 管理走向标准化、规范化、科学化、信息化已成为高校面临的一项十分紧迫而重要的任务。 为了加强实践教学，使学生适应现代化信息的需求，南京工程学院成立了“工程实验与训 练中心”，统一管理基础实践的教学。但目前该实验中心对课程安排、人员管理、设备资 源的管理仍然是人工管理的老形式，还没有应用计算机进行管理和监控的办法。为了让“工 程实验与训练中心”的实验室的建设与管理走向标准化、规范化、科学化、信息化，使信 息采集具有实时性和快速性，因此迫切需要对实验室的课程安排、人员管理、设备资源等 进行监控，对实验室进行网络化信息管理与监控系统的研究与开发。本研究课题通过对国 内外的实验室信息管理系统的研究动态的把握，结合“工程实验与训练中心”的实际情况， 设计和开发了一套适合“工程实验与训练中心”运作需要的实验室信息管理系统。 本课题是在“工程实验与训练中心”现有的管理工作基础上开发的。如传统的设备资 源等管理方法存在着如下一些缺陷：( i ) 仪器设备管理一直都是人工管理，费时费力，工作 量大，查询，统计周期长，工作效率低。需要花费较多地时间和大量的重复劳动。( 2 ) 准 确性差和工作效率低。每年学校都要对“工程实验与训练中心”的固定资产进行以物对 物，以物对帐的核查。每次实验室对要检查的项目内容，都是靠管理员的手工记录进行核 对，这有很大的主观性和不确定性。( 3 ) 记录的保存性差。设备使用记录登记表、设备的 维护维修记录的数据等不能得到长时间可靠保存。( 4 ) 难以为决策者提供动态的参考依据。 由于查询、统计的周期长，设备的使用情况和维护情况不能得到及时反映，难以提供动态 的数据信息。 为了克服上述困难，就必须在管理中引入计算机信息技术。然而，目前学校物资处现 有的仪器设备信息管理系统，是针对全校的仪器设备，范围比较广，设备数量多。对“工 程实验与训练中心”的管理只能起到辅助和指导的作用。并不能深入到每个工作的每个细 节。在全过程的管理工作中，实验室的绝大部分具体的管理工作仍要求管理人员从事大量 的人工操作。因此学校的资产管理系统不能很好地解决上面提到的几个问题。为了缩短查 询、统计的周期，提高记录的保存性、准确性和工作效率，减轻管理者的劳动强度，同时 为决策者提供咨询性信息，供其决策时参考，就需要使学校的信息管理系统进行延伸和发 展。为了适应这种需求，需开发一套适合“工程实验与训练中心”的仪器设备信息管理系 统。以期达到提高工作效率，缩短查询和统计的周期，避免核查时的繁琐劳动，对各实验 室的仪器设备等实行动态、可靠、准确的管理。 而目前的实验课程安排、人员管理的方法等方面也存在着一些缺陷，也急需要开发出 6 翌查查兰三垦堡主堡苎蔓二兰堕堡 一套适合“工程实验与训练中心”的信息管理系统来达到对实验课程安排、人员信息进行 有效地管理。因此“工程实验与训练中心”的信息管理系统的研究是有着很大的实际意义 的。 1 4 论文研究的主要工作和组织结构 第一章绪论。介绍了国内外实验室信息管理系统的研究发展动态和未来的发展趋势， 阐述了本课题研究的目的和意义以及论文的工作和组织。 第二章相关技术和理论分析。全面分析、研究当前系统结构体系及其实现的技术方 法，分析了b s 应用模式，以及本系统的主要技术基础j s p 技术和s q ls e r v e r 数据库技 术，提出工程实验与训练中心的信息管理系统的技术解决方案。 第三章实验中心管理系统总体设计。针对工程实验与训练中心的具体情况，作了系 统的需求分析，研究了实验中心管理信息系统的功能逻辑结构模型，进行了实验中心管理 信息系统的总体结构设计。对实验中心管理信息系统的数据库的优化设计和逻辑设计以及 系统功能模块的设计进行了介绍。并对本系统的应用开发平台和开发工具做了阐述。 第四章系统的实现及相关技术内容。首先对系统软件的安装和环境的配置进行了详 细介绍；接着对如何连接数据库进行了研究与实现：然后，着重对“实验中心管理系统” 的实现的技术要点进行了具体细致地阐述和分析说明：最后还介绍了系统实现的其它主要 内容和技术难点。 第五章总结与展望。对论文进行总结，叙述收获与体会，提出系统还存在的问题和 不足以及对今后工作的展望。 1 5 小结 本章介绍了信息管理系统的基本概念；通过对信息管理系统的国内外动态的研究比 较，确立了实验室信息管理系统研究的目的和意义：结合“工程实验与训练中心”信息管 理的具体情况，制定了本研究课题的研究方向和工作任务；明确提出了研究的主要工作内 容与系统的结构模式。 河海大学工程硕士论文 第二章相关技术和理论分析 2 1 引言 第二章相关技术和理论分析 一个应用程序的体系结构是指它的软件结构形式、物理拓扑结构、软硬件环境以及与 数据库的连接方式等构成体系的一系列技术方面的内容。本章将首先研究分析常规的主机 终端模式、文件服务器模式、c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式和b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 模式， 以及当今流行的三层结构模式这五种应用程序结构。然后详细介绍s q ls e r v e r 数据库技术 的发展和应用。最后对w e b 数据库中的j s p 、a s p 、p h p 三大技术的性能进行比较，并确定本 课题将选用的技术j s p 技术。 2 2 应用程序结构的研究 应用程序结构的发展经历了五个使用阶段：主机终端模式、文件服务器模式、c s 模 式、b s 模式，以及现今流行的三层结构模式。 最早的数据库应用是在台计算机上进行的。它的基本思想是在计算机上建立一个或 多个应用程序，对本机数据库进行操作。随着计算机网络的出现和人们对数据共享的需求， 这种结构就显得力不从心。网络的出现给计算机应用带来了一次重大的改革，为了适应网 络环境下的数据库应用需求，人们依据计算机的应用特点和应用功能的划分方式，提出了 一系列应用架构。 2 2 1 主机终端模式 最早的数据库应用程序架构是单机架构。在这种架构下，所有应用程序都在本机运行， 所有的数据也都保存在本机上。这种架构要求本机具有良好的性能和较大的磁盘空间，以 便实现数据的高效存储和处理。单机架构是由个人维护本机，不易造成数据的丢失，安全 性高，数据处理效率高，但它无法实现各个计算机之间数据的共享。 在主机终端仿真系统中，主机负责处理终端发出的命令，并将结果以字符形式( 屏幕 显示) 回送给终端；终端是没有智能的，只能将击键情况发给主机( 也称为集中式结构) 。 六、七十年代，微型计算机尚未进入商业舞台，而局域网也未问世，此时基于大型机 翌燮壬里堕主垫 一 墨三兰塑苤垫查翌堡垒坌堑 的主机终端模式是大型公司的首选目标。因为主机终端模式应用程序逻辑和数据都驻留在 同一个机器中，所以它具有很高的安全性和可集中管理的优势。但是，也正是由于应用程 序逻辑和数据都驻留在同一个机器中导致这种结构存在无法克服的问题：不能将应用程序 逻辑和数据区分开；另外，主机终端模式由于投资巨大，硬件规模不易得到保证，系统的 处理速度不能很好的满足要求，正逐步被淘汰了。 2 2 2 文件服务器模式 到了8 0 年代，随着微型计算机的普及和局域网的出现，文件服务器模式成为那些无力 应用基于大型机的集中式结构模式的中小型企业的首选模式。因为这种结构实现的费用低 廉，配置灵活。 与集中式结构系统相反，文件服务器结构系统的应用程序逻辑是在客户机上运行，而 不是集中在服务器上运行。应用程序逻辑可划分在不同的客户机上运行：工作站的应用程 序向文件服务器发出i o 请求，而文件服务器提供文件服务，负责大量文件传输。在文件 服务器中，当用户要求执j t s q l ( s t r u c t u r eq u e s tl a n g u a g e ) 时，实际上是由驻留在工 作站上的数据库引擎完成的，该引擎使用标准的文件读写操作在网络上搜寻整个数据库文 件。这将给网络带来了沉重的负担。 具体的说：这种架构的特点就是在服务器上保存数据，而在工作站上处理数据。所有 的工作站都通过网络连接到服务器上，读取其上的数据，然后利用运行在工作站上的应用 程序对数据进行处理，并最终将处理结果保存到服务器上，以供他人共享。在这种架构中， 服务器只是起到了一个数据存储的作用。 工作站服务器架构的优点是容易配置，对硬件要求不高，特别是对服务器的硬件要 求不高，能够节省大量资金。工作站n 务器架构的缺点是数据处理的效率低，因为所有 的数据都通过网络传输，增大了网络流量。另外，由于对数据的处理都在工作站上完成， 所以工作站硬件的配置直接影响到数据处理效率。日后对硬件的升级上也会需要对多台工 作站进行升级，从而增加了维护成本。 文件服务器模式主要以n e t w a r e 网络操作系统为典型代表，因此只适用小规模的局域 网。文件服务器的逻辑结构要求工作站应具有足够的计算能力、网络要有足够的带宽。对 于用户多、数据量大的情况会产生网络瓶颈现象，而且在互联网应用方面不能满足用户要 求，这在一定程度上限制了文件服务器结构的发展。现在在以关系型数据库系统为主的信 息管理信息系统中已极少采用了。因此，信息管理信息系统平台模式将主要以b s 模式、 9 河海大学工程硕士论文第二章相关技术和理论分析 c s 模式和多层结构模式。 2 2 3 客户机f j 艮务器模式( c s ) 8 0 年代末，随着计算机软硬件的迅速发展，人们针对主机模式的价格和文件服务器的 性能等问题，提出了客户机服务器( c s ) 模式。客户机服务器模式是指在系统网络服 务器上安装系统数据库，在系统的每个客户终端安装相应的系统软件，客户终端软件通过 网络线路和通信协议与系统服务器进行通信，通过开放式数据连接( o d b c ) 接口访问系统 数据库。 客户机服务器模式主要由客户应用程序( c l i e n t ) 、服务器管理程序( s e r v e r ) 两 个部件组成。客户应用程序是系统中用户与数据进行交互的部件，服务器管理程序负责有 效地管理系统资源。它的特点是由客户机向服务器发出指令，而数据的存储和处理均在服 务器上进行。在服务器完成对数据的处理后，将运算结果返回给客户机，用户就可以利用 安装在客户机上的应用程序对结果进行二次处理。 这种架构与工作站服务器架构相比，具有强壮的数据操纵和事务处理能力，以及数 据的安全性和完整性约束。由于网络的作用仅限于发送操作指令和传送运算后结果，因此 数据的传输量很小，很少造成网络的拥挤和堵塞现象。此外，网络的应用局限于主机连接、 文件和打印共享，因此对网络的带宽和延迟要求较低。 由于c s 架构主要是针对局域网的应用环境设计的，因此适合在企业内部的i n t r a n e t 上使用，而无法在i n t e r n e t j 二得以高效应用【5 1 。具体体现在以下几方面：由于客户方与服 务方共同分担应用计算，这就要求在客机上安装相应的处理程序：由于客户方与服务方的 应用程序及应用平台密切相关，软件平台及开发工具一旦选定，不可能轻易更改：只有符 合该局域网规范的客户机才能实现同服务器的通信，要求客户机的位置相对固定；当需要 对客户端应用程序进行更新或升级时，必须对每个客户端进行相同的工作，给维护工作带 来很大困难。 2 2 4 浏览器朋艮务器模式( b s ) 浏览器服务器模式，指在系统服务器( w e bs e r v e r ) 上安装系统数据库和系统应用 程序，其他计算机终端通过局域网或i n t e r n e t 访问系统服务器，通过w e bb r o w s e r 访 h l w e b s e r v e r 。s e r v e r 将请求分析处理，通过c g i ( c o n n e n dg a t e w a yi n t e r f a c e ，公共网关接口) 等方法访问数据库管理系统( d b m s ) ，进行数据的查询统计或事物的提交，c g i 根据d b m s ( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，数据库管理系统) 返回的结果生成h t m l ( 超文本标记语 1 0 河海大学工程硕士论文第二章相关技术和理论分析 言) 文档经过s e r v e r 向客户的b r o w s e r 返回结果，完成后由b r o w s e r 将h t m l 结果显示给终端 用户。 随着网络规模的日益扩大，应用程序的复杂程度不断提高，前面介绍的几种传统的数 据库应用模式已经不能胜任。为了解决传统模式的应用局限，浏览器n 务器模式( b s ) 成为越来越多企业的选择。浏览器n 务器模式实际上是客户机服务器模式的延伸，是根 据广域网的特点对客户机n 务器模式进行的改进。 2 2 4 1 浏览器服务器模式的工作原理及特点 b s 模式由浏览器和服务器组成。浏览器是表示层，在表示层中包含了系统的显示逻 辑。它的任务是由浏览器向网络上的某一w e b 服务器提出服务请求，w e b 服务器对用户身份 进行验证后用b t t p 协议把所需的主页传送给客户端，客户端接受传来的主页文件，并把它 显示在浏览器上。 在b s 模式下，网络的应用已不仅仅满足于简单的主机连接、文件和打印共享，客户 方与w e b 服务器往往要进行大量的实时性、音频等多媒体信息的通信，它要求网络具有较 宽的带宽和较小的延时。因此在网络结构上，b s 架构采用交换型的网络结构，其主要设 各是交换机，速度可提高至e 1 0 0 m b s 。浏览器n 务器架构具有以下几方面的优越性： i 浏览器n 务器架构采用i n t e r n e t 上的标准通信协议，可以使位于网上任意位置的 用户都可以访问服务器。对于服务器来说，通过相应的w e b j 暇务和数据库服务可以 对数据进行处理，对外则采用标准的通信协议，提供共享数据。 2 在服务器上对数据进行处理并将处理结果生成网页，使得在客户机上对数据的处 理被进一步简化。客户机上以浏览器作为客户端的应用程序实现对数据显示，而 不用再为客户端单独编写和安装其他类型的应用程序。 3 由于数据的处理、存储都是在服务器上完成，因此将来对系统( 无论是硬件还是 软件) 的升级都只需对服务器进行。所以，网络应用软件易于管理和维护，而且 扩展性好。 2 2 4 2 浏览器朋酲务器架构的w e b 应用模式 为了充分利用网络资源，越来越多的信息需要在w w w ( w o r l dw i d ew e b ) 上发布，实现 信息最大程度的共享。为了实现此目的，w e b 技术的应用已成为一种必然。只有把浏览器 服务器与w e b 技术很好的结合，充分发挥各自的优势，才能满足这种需要。基于这种情况， 1 1 河海大学i 程硕士论文第二章相关技术和理论分析 微软提出w e bc o m p u t i n g 的概念，并把它应用于数据库技术中，这就是浏览器n 务器架构 下的w e b 数据库体系6 1 。这种数据库体系是利用w e b 服务器和a c t i v es e r v e rp a g e s ( 动态服 务器网页，以下简称a s p ) 作为数据库操作的中间层，将浏览器n 务器架构与w e b 技术密切 结合，使w e b 站点可以呈现出更多样化、更丰富的内容。 2 2 5 多层结构的浏览器服务器模式( b i s ) 典型的w e b 数据库系统采取用一个w e b 浏览器作为用户界面，用一个数据库服务器用作 信息存储，还有一个连接两者的w e b 服务器作为监控和运行应用程序逻辑用，这是一个三 层的w e b 结构。用户使用w e b 浏览器访问w e b 页，通过w e b 页上显示的表格与数据库进行交互 操作。典型的交互操作包括读取页、单击链接、列表框选择以及查询和输入数据域。从数 据库获取的信息能以文本、图像、表或多媒体对象的形式在w e b 页上显示【7 1 。 当前的w e b 数据库技术主要是通过在服务器端或浏览器端的扩展来实现w e b 和数据库 的无缝连接。 浏览器服务器架构下的w e b 数据库体系的优点： i 。用户方面 由于在前端采用了统一的浏览器界面，所以用户在使用时简单易用，只需要掌握一些 简单的w e b 页面操作方法，大大降低了培训、维护成本。 2 系统的开发方面 整个软件的开发可以集中在服务器端进行，不需要对用户端进行特殊的设置和软件安 装，降低了维护成本。 3 系统环境配置方面 前端可以使用多种浏览器( 如i e 、n e t s c a p e 等) ；服务器端可存取多种数据库( s q l s e r v e r 、a c c e s s 、f o x p r o 等) ；完成前后端两者的集成输出的功能就由微软的i i s 和a s p 技 术来实现，且在a s p 中可使用多种脚本语言( v b s c r i p t ，j a v a s c r i p t 、p e r l 等) 。 基于浏览器服务器架构下的w e b 应用体系的诸多优势，本实验中心管理系统的主体就 是采用这种b s 的体系结构。 2 3 数据库技术的研究 2 3 1 数据库技术的概述 河海大学工程硕士论文第二章相关技术和理论分析 随着计算机理论研究的深入和计算机技术的发展，从2 0 世纪5 0 年代开始，计算机应用 由军事和科学研究领域逐渐扩展到行政和企事业部门。这种扩展的重要标志就是计算机的 主要应用范围由特定的科学计算转变到一般的数据及事物处理。伴随着这种转变的逐步深 入，以数据处理为核心的数据库技术随之发展与成熟起来，成为计算机科学与应用中最为 广