计算机软件及应用ch02MIS技术基础

返回总目录 第二章管理信息系统技术基础 使学生了解实施管理信息系统的基本的技术了解计算机基础知识了解计算机硬件知识了解计算机软件知识了解通信技术知识掌握数据处理的基本理论 数据库技术 教学目的 计算机基础知识 计算机硬件知识 计算机软件知识 数据库技术 通信与网络 管理信息系统技术基础 第一节计算机基础 管理信息系统技术基础 计算机的产生 现代史 1945年 美国数学家冯 诺依曼博士发表 电子计算工具逻辑设计 论文 提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想 1946年 美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机ENIAC 重28吨 耗电150kW 占地170平米 用电子管18800个 每秒5000次加法 2 1计算机基础 电子计算机的发展简史第一代电子管时代 1946 1958 耗电高 体积大 定点计算 机器语言 汇编语言第二代晶体管时代 1958 1965 变集中处理为分级处理 浮点运算 高级语言第三代中小规模集成电路时代 1965 1970 存储容量大 运算速度快 几十至几百万次 秒第四代大规模集成电路时代 1971至今 向大型机和微型机两个方向发展现代计算机发展方向巨型化 微型化 网络化 智能化 多媒体化根据摩尔定律集成电路大体上每18个月翻一番 今后可再用10年 2 1计算机基础 2 1计算机基础 计算机的六大分类 1 巨型机世界几家公司生产 最快1 4万亿次 9千个CPU组成 Cray 1 Cray 2 Cray 3 国产银河I 银河II 银河III 小巨型机功能同巨型机相近 价格相对便宜 发展十分迅速 美国Convex公司的C系列机为其代表产品 大型机大中型企事业单位作为计算中心的主机使用 统一调度主机资源 代表产品有IBM360 370 4300等 2 1计算机基础 计算机的六大分类 2 小型机可以满足部门性的需求 供小型企事业单位使用 典型产品有IBM AS 400 DEC VAX系列 国产太级工作站用于特殊的专业领域 例如图象处理和辅助设计等 典型产品有HP APOLLO SUN工作站等 微型机个人或家庭使用 PC机 个人计算机 价格低廉 2 1计算机基础 计算机的应用领域科学研究计算密码破译 天气预报 地质勘探 卫星轨道计算过程控制机器人以及各种自动化装备 温度调节 阀门控制辅助设计 分析 制造 教学机械CAD 建筑CAD CAE CAM CAI数据处理数据库管理 企业信息管理 统计汇总 办公自动化智能模拟人工智能 专家系统 自学习 2 1计算机基础 冯 诺依曼机具有如下基本特点计算机由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备五部分组成 采用存储程序的方式 程序和数据放在同一存储器中 由指令组成的程序可以修改 数据以二进制码表示 指令由操作码和地址码组成 指令在存储器中按执行顺序存放 由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址 一般按顺序递增 机器以运算器为中心 数据传送都经过运算器 冯 诺依曼概念 即存储程序及程序控制的概念 是美籍匈牙利人冯 诺依曼提出的 因此又称为冯 诺依曼概念 著名科学全才冯 诺伊曼 由于他对计算机科学作出的巨大贡献 被世人尊称为 计算机之父 冯 诺伊曼 1903年生于匈牙利 1930年移居美国 1942年美国制订了研制原子弹等尖端武器的曼哈顿计划 为实施这一计划 需要进行大量复杂的计算 正是这种需要 冯 诺伊曼被引入到计算机科学的殿堂 1944年夏 冯 诺伊曼作为顾问 参加了ENIAC ElextronicNumericalIntegratorAndComputer电子数值积分和计算机 研制小组的活动 他敏锐地觉察出 正在孕育之中的ENIAC 潜伏着先天的缺陷 十进制记数 限制了计算机的存贮量 计算机不能存贮程序 而依靠外接电路板插入 这样必然增加计算机的准备时间 冯 诺伊曼果断地提出建议 应该研制出一台性能优于ENIAC的计算机 这就是后来研制的埃德代克 EDVAC 计算机 冯 诺伊曼和同事们 于1945年制订了EDVAC方案 在设计中 采用了 存贮程序 的概念 这样 不仅数据能存入存贮器 而且指令在用数字表示后 也能存入存贮器 于是 指令的执行就能自动完成了 冯 诺伊曼从未说过 存贮程序 概念是由他本人首先提出来的 他倒多次提起英国的图灵是现代计算机基本设计思想的创始人 图灵1938年在美国时 曾当过冯 诺伊曼的助手 因此可以认为 存贮程序 概念是以冯 诺伊曼为核心研究群体的一项集体创造 程序存贮概念的提出 不仅加快计算机的运算速度 而且还简化了计算机的结构 这是计算机技术发展史上的一座里程碑 冯 诺伊曼的另一项贡献 就是在计算机中使用二进制 ENIAC采用的记数法是十进制 而EDVAC改为采用二进制 这样 不仅可提高运算速度 节省存贮设备 还能简化逻辑线路 EDVAC ElectronicDiscretevariableAutomaticComputer 是第一台现代意义的通用计算机 它由五个基本部分组成 1 运算器CA 2 控制器CC 3 存储器M 4 输入装置I 5 输出装置O 采用二进制 计算机中的指令和数据均以二进制形式存储 存储程序 和 程序控制 结合的原理 即程序和数据都放在内存中 在程序的控制下自动完成操作 这种结构一直延续至今 所以现在一般计算机被称为冯 诺依曼结构计算机 从第一代到第四代计算机 都是按 冯 诺伊曼方式 进行工作的 年 月 日本开始了一项计划 采用 非冯 诺伊曼方式 来研制第五代计算机 智能计算机 2 1计算机基础 诺依曼计算机的工作原理可概述为 存储程序 程序控制 要点 1 以二进制表示数据和指令 程序 2 先将程序存入存储器中 再由控制器自动读取并执行 输入设备 控制器 输出设备 CPU 存储器 运算器ALU 2 1计算机基础 计算机程序的运行一个CPU能执行什么操作 是工程人员设计和制造时安排好的 是固定的 用户不能改变 程序是用户在使用计算机时 为要解决的问题 用一条条指令编写的指令序列 构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放 要破坏这种顺序性 必须由转移指令操作 2 1计算机基础 计算机程序的运行指令是CPU能执行的一个基本操作 如 取数 加 减 乘 除 存数等计算机能够执行的各种不同类型指令的总和称为该机的指令系统 指令系统决定了计算机的功能 指令越多 计算机功能越强 线路也就越复杂 以下是几类基本指令 数据传送指令算术运算指令逻辑运算指令程序控制指令输入 输出指令其他指令 第二节计算机硬件 管理信息系统技术基础 2 2计算机硬件 微处理器一般功能进行算术逻辑运算可接收和发送数据可暂存少量数据提供控制信号对指令解码 2 2计算机硬件 存储器分类 2 2计算机硬件 主存储器只读存储器 ROM 随机存储器 RAM 2 2计算机硬件 二级存储器磁盘 磁带 光盘 2 2计算机硬件 输入设备键盘 扫描仪 鼠标输出设备打印机 显示器视频声音识别光和磁识别 管理信息系统技术基础 第三节计算机软件 2 3计算机软件 软件分为两类 系统软件 管理与支持计算机系统资源及操作的程序 是计算机硬件和应用程序之间重要的软件接口 应用软件 综合用户信息处理需求的 直接处理特定应用的程序 软件发展趋势 程序设计语言向对话式 自然语言方向发展向更容易使用的多目标应用软件包发展 2 3计算机软件 分类 系统管理程序 用于管理计算机系统的硬件 软件和数据资源 包括操作系统 数据库管理程序 通信管理程序 系统支持程序 通过提供各种支持服务 以支持计算机系统的操作和管理 包括系统实用程序 安全管理器等 系统开发程序 帮助用户开发信息系统的应用程序 包括各种语言编译器 开发工具 辅助软件工程包等 2 3计算机软件 操作系统是一台计算机最基本 最重要的软件包 它控制CPU的操作 控制计算机系统的输入 输出 资源的分配 为应用程序提供各种服务与接口 五大功能 用户界面资源管理任务管理文件管理实用程序与支持服务操作系统分类 批处理OS 分时OS 实时OS 2 3计算机软件 DOS曾经是PC机上最常用的操作系统 以简单 可靠赢得了广大用户的青睐 但由于未能紧跟计算机硬件技术的发展 最终退出了历史舞台 Windows3X是PC机上最为成功的DOS扩展器 它在DOS的基础上改进了用户接口 内存管理和设备管理 增加了对多媒体的支持 实现了图形用户界面 为PC机操作系统的进一步发展打下了基础 2 3计算机软件 Windows95是一个全新的32位PC机操作系统 它充分利用了PC硬件技术发展的新成果 在支持原有16位应用的基础上 把PC操作系统技术向前推进了一大步 UNIX系统经过20多年的锤炼 以高可靠性 高效率和强大的TCP IP支持 支持并行处理和多处理器和独有的64位计算使其成为企业级应用的首选 作为UNIX风格的操作系统 2 3计算机软件 LINUX秉承了UNIX系统的优秀特性 以可靠 高效和近乎为零的使用成本而成为一种重要的操作系统 NetWare以其独特的结构 良好的运行效率和强大的目录管理服务 成为PC局域网络的最主要的网络操作系统 2 3计算机软件 WindowsNT继承了微软公司Windows系列操作系统的优良特性 是一种可移植性好 支持多种硬件平台 功能强大 可靠性好 灵活性高的企业级操作系统 它采用了先进的操作系统技术 如虚存管理 优先权多任务 结构化异常处理和操作系统对象等 支持对称式多处理器 提供了Windows图形用户界面 兼容WIN32程序 16Windows程序 MS DOS程序 POSIX程序和OS 2程序等 WindowsNT以其灵活 强大的功能和稳定可靠的性能成为了目前最为重要的操作系统之一 2 3计算机软件 其他系统管理软件数据库管理系统 DBMS OracleSybaseMSSQLserver通信管理器系统支持程序 2 3计算机软件 程序设计语言 机器语言 特点 采用二进制代码指令随机器而异效率高 执行速度快编程繁琐 工作量大 不直观汇编语言高级语言 优点 更接近自然语言 一般采用英语表达 便于理解 记忆 掌握 高级语言编写的程序短小 易于编写 调试 可移植性强 2 3计算机软件 高级语言不能被计算机直接识别和执行 必须先翻译成用机器指令表示的目标程序 翻译的方式有两种 解释执行编译执行第四代语言 4GL 是一种十分接近英语和其他人类语言的自然语言面向对象的语言 2 3计算机软件 程序设计工具IDEM 管理信息系统技术基础 第四节网络与通讯 2 4通信与网络 主要内容通信系统通信部件及其功能通信网络的分类与应用通信管理 2 4通信与网络 通信的定义利用通信设备和线路将地理位置不同的 功能独立的多个计算机系统互联起来 以功能完善的网络软件 即网络通信协议 信息交换方式及网络操作系统 实现网络中资源共享和信息传递的系统 2 4通信与网络 远程通信模型远程通信是指以一定的形式 如语言 数据 文本和图象 使用电或者光的介质 从一个地方发送到另一个地方 数据通信是更专门的定义 指的是数据的传送 远程通信的基本组成 终端远程通信处理器 调制解调器 路由器 远程通信信道和介质 双绞线 同轴电缆 光纤 微波 卫星 红外线 计算机网络通信控制软件 微机 甲地 远程通信处理器 远程通信信道和介质 计算机 远程通信软件 2 4通信与网络 计算机通信网络的演变和发展第一代 远程联机系统终端 终端控制器 前端处理机 主机 2 4通信与网络 计算机通信网络的演变和发展第二代 多计算机互联 典型 ARPANET 采用存储转发方式 通信子网 IMP和它们之间互联的通信线路一起负责完成主机之间的通信任务 构成通信子网 资源子网 通过通信子网互联的主机负责运行用户应用程序 向网络用户提供可供共享的软硬件资源 组成资源子网 2 4通信与网络 计算机通信网络的演变和发展第三代 国际标准化的网络 具有统一的网络体系结构 遵循国际标准化的协议 其互联的国际标准为ISO7498 该模型也称OSI七层模型 计算机网络 分布式系统 2 4通信与网络 通信介质通信介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路 分为有线和无线两大类 双绞线 10M 100M 距离100m之内 同轴电缆 细缆 50欧 粗缆 75欧 10M 细缆传输距离几公里 宽带传输距离几十公里 光纤 几千Mbps 传输距离几十 上百公里 无线传输媒体 微波 红外线 激光 卫星 2 4通信与网络 通信处理机及其功能调制解调器 MODEM 将数字信号和模拟信号互相转换的设备 多路复用器 为了有效的利用传输系统 采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理电缆上进行传输 实现这种功能的设备叫做多路复用器 频分多路复用FDM时分多路复用TDM 参见124页图9 8 交换机网络互联设备中继器桥接器路由器网关 2 4通信与网络 通信软件功能 存取功能传送控制网络管理出错控制安全管理网络协议 协议是两台计算机之间进行通信必须遵循的一组规则 2 4通信与网络 局域网以太网 Ethernet 802 3协议 CSMA CD 采用星形或者总线拓扑结构 客户机 服务器结构 Client server C S 客户机运行本地应用软件 向服务器发出关于数据处理的请求 服务器收到请求后 进行相应的数据处理 然后将结果发送给客户机 由客户机将结果显示给用户 优点 支持多种关系数据库支持多种机型和操作系统合理利用资源容易做到数据共享易于维护和升级 2 4通信与网络 客户机 服务器结构 C S 2 4通信与网络 浏览器 服务器结构 Browser Server B S B 是Browser Server的缩写 客户机上只要安装一个浏览器 Browser 如NetscapeNavigator或InternetExplorer 服务器安装Oracle Sybase Informix或SQLServer等数据库 浏览器通过 ebServer同数据库进行数据交互 优点 B S最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件 只要有一台能上网的电脑就能使用 客户端零维护 系统的扩展非常容易 只要能上网 再由系统管理员分配一个用户名和密码 就可以使用了 甚至可以在线申请 通过公司内部的安全认证 如 证书 后 不需要人的参与 系统可以自动分配给用户一个账号进入系统 2 4通信与网络 浏览器 服务器结构 B S 2 4通信与网络 广域网分布队列双总线DQDB网 高性能 双总线光纤城域网 数据传输速率高于40Mbps 传输距离达50km 其结构由网络节点和两条方向相反的单向光纤构成 参见133页图9 14 X 25公用网 采用分组交换线路 在公共数据网上以分组形式工作 实现了OSI七层协议中的物理层 数据链路层 网络层 Internet Intranet 运行公共的通信协议TCP IP 把各个国家 区域网连成一个覆盖全球的网络系统 在网上提供丰富的共享资源和广泛的应用服务 综合服务数字网 ISDN ISDN的中心思想是全数字化 电话 传真 电视等全是数字设备 传输的信息不再有模拟信号 而是数字脉冲 这样所有的设备可以共享同一个网络 实现互联互通 管理信息系统技术基础 第五节数据库技术 2 5数据库技术 1数据概述数据的处理是指对各种数据进行收集 存储 加工和传播的一系列活动的总和 数据管理则是指对数据进行分类 组织 编码 存储 检索和维护 它是数据处理的中心问题 数据管理技术经历了人工管理 文件系统 数据库系统三个阶段 2 5数据库技术 数据管理三个阶段的比较 2 5数据库技术 2 数据组织的结构人们需要用数据来进行决策和采取行动如果这些数据能够在限定的时间内被检索处理 这些数据就产生了价值 成为信息 因此需要将数据有序的组织起来 才能对数据进行有效的处理 数据的逻辑组织有四个基本的逻辑元素 数据项记录文件数据库 2 5数据库技术 3 数据组织的层次 2 5数据库技术 数据组织的相关概念数据项是组成数据系统的有意义的最小基本单位 它的作用是描述一个数据处理对象的某些属性 记录与数据处理的某一对象有关的一切数据项构成了该对象的一条记录 标识记录的数据项称为关键项 文件相关 同类 记录的集合称为文件 数据库按一定方式组织起来的逻辑相关的文件集合形成数据库 2 5数据库技术 4 文件组织形式建立并确定数据记录的物理顺序和逻辑顺序之间的对立关系 逻辑数据记录 物理存储方式 顺序文件索引文件链表文件直接存取文件 顺序映射关系 2 5数据库技术 顺序文件文件中数据记录的物理顺序与逻辑顺序一致 文件记录按关键字值的递增 或递减 次序排序 形成其逻辑顺序 文件记录 物理设备 关键字值 相对磁道 2 5数据库技术 索引文件具有索引表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 组成 映射 加工 2 5数据库技术 举例 主文件 索引表 关键字学号与学生记录地址的对应表 2 5数据库技术 链表文件直接存取文件直接存取文件没有索引 而是通过一些寻址方法找到记录的关键字与存储地址之间的相应关系 然后进行直接的存取 记录 记录 记录 记录 入口 2 5数据库技术 5 传统文件处理系统存在问题数据冗余与数据不一致性数据结构的不一致 数据联系弱缺少数据字典 缺少灵活性 应用程序1 数据文件1 应用程序2 应用程序3 数据文件2 数据文件3 用户 用户 用户 2 5数据库技术 银行文件处理系统 客户财务报表 分期贷款程序 帐户核对处理 存款处理 分期贷款处理 贷款分析报告 客户票据 存款文件修改 文件修改核对 帐户核对程序 分期贷款文件修改 存款程序 客户交易 客户交易 2 5数据库技术 6 数据库处理系统优点完善的数据字典和数据模型数据独立性方便的接口完整的数据控制功能提高了系统的灵活性 应用程序1 应用程序2 应用程序3 DBMS 数据库 中央数据库 用户 用户 用户 2 5数据库技术 银行数据库处理系统 客户交易处理 数据库管理系统 核对帐户程序 存款帐目程序 分期贷款程序 客户数据库 查询 2 5数据库技术 7 数据库管理系统 DBMS 功能DBMS是一组计算机程序 控制组织和用户的数据库的生成 维护和使用 具有以下功能 数据库开发数据库查询数据库维护应用与开发 2 5数据库技术 数据库管理系统 DBMS 数据库开发 利用数据定义语言 DDL 开发与说明数据内容 相互关系及每个数据库的结构 并把这些信息存储在一个专用的数据定义和说明的数据库中 称为数据字典 数据字典由数据库管理员控制 管理和维护 数据库查询 用户使用DBMS的查询语言询问数据库中的数据 最常用的查询语言是结构化查询语言 SQL 数据库维护应用开发 2 5数据库技术 8 数据库的类型 企业数据库的种类操作数据库管理数据库信息仓库分布式数据库外部数据库文本数据库多媒体数据库 2 6数据模型 数据模型是现实世界数据特征的抽象 模型的类型网状型层次型关系型 目前最流行的是关系型数据库 信息是人们对客观世界各种事物特征的反映 而数据则是表示信息的一种符号 从客观事物到信息 再到数据 是人们对现实世界的认识和描述过程 这里经过了三个层次的变换 分别是现实世界 信息世界和数据世界 2 6数据模型 信息的转换 计算机世界 DBMS 数据世界 2 6数据模型 三个不同世界术语客观世界信息世界数据世界组织 事物及其联系 实体及其联系数据库 概念模型 事物类 总体 实体集文件 关系 事物 对象 个体 实体记录 元组 特征 性质 属性数据项 属性 E R图描述现实世界的概念模型 提供表示实体型 属性和联系的方法 实体及其联系 概念模型 E R图 2 6数据模型 E R图描述现实世界的概念模型实体 属性 联系 一对一联系一对多联系多对多联系 实体集 属性 联系集 线段 2 6数据模型 E R图设计原则真实性原则避免冗余原则简单性原则合适性原则 用实体或属性或联系集 注意对客观对象的约束映射约束 键码约束 参照完整性约束 2 6数据模型 实体 Entity 是一个有着一系列显著的 易辨认的属性的对象 实体可以是具体的 物体 人物等 实体也可以抽象的 事 概念 事物之间的联系 确定实体的指导找出问题中的大模块问题陈述中的名词 2 6数据模型 属性 Attribute 实体的特性 它描述了实体的一个部分 一个实体可由若干个属性来刻画 如学生 学号 姓名 性别 码 Key 唯一标识实体的属性集 如 学号为学生的码 确定属性的指导可能将名词当作属性 但不应将其和实体混淆 2 6数据模型 E R图绘制 图书 作者 写作 出版社 类别 页数 ISBN 书名 姓名 出生地 身份证号 定稿时间 价格 包含实体集 图书 和 作者 的E R图 2 6数据模型 E R图向关系数据模型的转换E R图中每个实体 相应转换为一个关系 该关系包括对应实体的全部属性 并确定出该关系的关键字 对关系的描述 一般表示为 关系名 属性1 属性2 属性n 例如 学生的关系可以描述为 学生 学号 姓名 年龄 性别 系别 一个关系模型是若干个关系模式的集合 在关系模型中 实体以及实体间的联系都是用关系来表示 例如学生 课程 学生与课程之间的多对多联系在关系模型中可以如下所示 学生 学号 姓名 年龄 性别 系别 课程 课程号 课程名 学分 选修 学号 课程号 成绩 2 6数据模型 E R图向关系数据模型的转换转换过程示意图 2 6数据模型 E R图的转换将E R图转换成相应的表表是行和列的集合 实体被表示成表的形式 用列标题表示实体的属性用行表示关于实体的实际数据关于表和属性的命名规则属性名和表名中不能包含空格表名对实体的描述应该是有意义的 如student cStuID cStuName nStuAge 表名只能描述一个主题 2 6数据模型 转换举例一 厂长号 姓名 年龄 厂长 厂号 厂名 地点 工厂 管理 1 1 厂长 厂长号 厂号 姓名 年龄 工厂 厂号 厂名 地点 2 6数据模型 转换举例二 仓库号 地点 面积 仓库 货号 品名 价格 产品 存放 1 n 仓库 仓库号 地点 面积 产品 货号 品名 价格 仓库号 数量 数量 2 6数据模型 转换举例三 学号 姓名 年龄 学生 课程号 课程名 学时数