第三章 管理信息系统的技术基础.ppt

第三章管理信息系统的技术基础 主要内容信息技术概述数据处理数据库技术计算机网络 一 信息技术概述 什么是信息技术 信息技术是一个外延很广的概念 一般地 信息技术是计算机硬件技术 软件技术及通信技术的总称 计算机硬件设备硬件设备是计算机物理设备的总称 通常指电子的 机械的 磁性的或光的元器件或装置 1 中央处理器 CentralProcessingUnit CPU CPU是系统最主要的部件 它由运算器和控制器两个主要部分组成 运算器 计算机的运算单元 主要用于完成算术运算和逻辑运算 控制器 计算机的神经中枢 它按照主频的节拍发出各种控制信息 以指挥整个计算机工作 CPU运算速度是决定计算机系统性能的重要指标 2 存储器 memory 存储器是计算机必备的主要部件 分为主存储器和辅助存储两类 主存储器 ReadOnlyMemory ROM 计算机运行过程中用来存储数据和程序指令的 计算机的主存储器主要是由半导体存储器组成 辅助存储器 辅助存储器又称外部存储器 简称外存 用于数据和程序的长久保存 常用的辅助存储器有 磁盘 带 光盘 移动硬盘 闪存存储器 USBFLASH盘 又称优盘和闪盘 3 输入设备计算机键盘 Keyboard 鼠标器 Mouse 图文扫描仪 条形码阅读器 触摸屏 手写体输入设备 语音输入设备 磁盘 带 A D D A模块 4 输出设备显示器打印机 针式 激光 喷墨 绘图仪语音合成与输出设备磁盘 带 A D D A模块5 其他设备例如 机箱 主板 系统功能扩展卡 声卡 显卡 网卡等 光驱等 计算机软件 系统软件 SystemSoftware 用于管理计算机中的CPU 存储器 通信联接以及各种外部设备等所有系统资源的程序 其主要作用是管理的控制计算机系统的各个部分 使之协调运行 并为各种数据处理提供基础功能 应用软件 ApplicationSoftware 是用来完成用户所要求的数据处理任务或实现用户特定功能的程序 系统软件和应用软件还可以进一步分为若干个类别 1 操作系统软件 OperationSystem OS 操作系统软件用于管理计算机中的CPU 存储器 通信联接以及各种外部设备等所有系统资源的程序 其主要作用是管理的控制计算机系统的各个部分 使之协调运行 并为各种数据处理提供基础功能 操作系统具备两大功能 系统资源的管理者 用户与计算机之间的接口操作系统软件的版本 单机版 Windows9x Windows2000 Linux Unix 网络版 Novell WindowsNT 2 数据库管理软件 DatabaseManagementSystem DBMS 数据库管理软件是专门对数据记录进行综合管理的软件 以数据文件结构的定义 数据记录的更新 数据记录的查询以及对数据记录的各种运算提供全面的支持 3 程序设计语言与编译系统机器语言汇编语言高级语言第四代语言 4GL 面向对象的程序语言标记语言 4 应用软件应用软件是直接面向最终用户的具体应用软件 以操作系统为基础 用程序设计语言编写 或用数据库管理系统构造 用于满足用户的各种具体要求 通用应用软件 专用应用软件 通用应用软件 MicrosoftOffice 用友财务软件 专用应用软件 为某公司定制的人力资源管理信息系统 数据通信技术通信技术是信息技术的另一个重要组成部分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 数据通信系统主要由中央处理装置 终端设备 通信线路及相关设备 如调制解调器 集线器 等三大部分组成 1 中央处理装置包括主处理机 前端机及通信处理机 其主要功能有 完成两个部件之目的通信 在通信系统与计算机主机之间形成一个计算机级的接口 用以实现速度缓冲或串 并行转换 2 终端设备是向系统发送数据或程序并从系统接收信息的设备 3 通信线路是连接所有设备的通道 它可以是电话线路 双绞线路或光纤线路等 通信线路的优劣常由传输速率和出错率两个指标衡量 通信线路的连接方式有点 点连接 分支连接和集线式连接 通信线路的通信方式有单工通信 半双工通信和全双工通信 4 调制解调器可将终端或处理机的脉冲信号转变成载波信号送人电话网络系统或将电话网络中的载波信号转变为脉冲信号传送给终端或处理机 5 集线器是将两个以上的通信信道组合在一起 形成一个更高速的通信信道 以降低通信线路费用 二 数据处理 1 数据处理的概念数据处理指把来自科学研究 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 数据处理的目的1 把数据转换成便于观察分析 传送或进一步处理的形式 2 从大量的原始数据中抽取 推导出对人们有价值的信息以作为行动和决策的依据 3 利用计算机科学地保存和管理已经过处理 如校验 整理等 的大量数据 以便人们能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源 数据处理的基本内容1 数据收集2 数据转换3 数据的筛选 分组和排序4 数据的组织5 数据的运算 指算术运算和逻辑运算6 数据存储7 数据检索8 数据输出 2 数据组织数据结构是计算机信息处理中的一个重要概念 包括数据的存储结构及结构上的运算或操作 包括 逻辑结构物理结构映象 逻辑结构数据间的逻辑关系 逻辑结构包括两大类 线性结构和非线性结构 线性表 栈 队列及串为线性结构 而树和图则为非线性结构 物理结构又称存贮结构 指数据元素在计算机存贮器中的存储方式 存储方式一般有四种 顺序存储 链接存储 索引存储及散列存储 映象对于给定的逻辑结构需要寻找一种对应的存储结构 以便在计算机中存储 通常把这种对应关系称为映象 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 在表3 1所示的职工登记表中 每个职工的登记项有三项 工作证号 No 姓名 NAME 和年龄 AGE 对应于这样一张表 如果采用链接存储方式 则每个结点有职工的No NAME AGE数据域及指向下一个职工记录的指针域NEXT 通常把本结点的指针指向的下一结点叫做本结点的直接后继 反之 与本结点邻接的前一结点称为本结点的直接前趋 指针是数据结构中的一个重要概念 上例中每个结点只有一个指针 指向其下一个结点 称为单项链 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 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 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 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 线性表的插入与删除要在线性表中插入一个元素 由于插入后的线性表仍要求有序 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 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 链表的插入与删除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 树树是结点之间有分支的 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 3 数据文件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 常用的文件的组织方式 顺序文件索引文件 1 顺序文件 顺序文件即文件中的记录是按照某些关键宇排序的文件 2 索引文件 有时为了便于检索 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 三 数据库技术 数据库系统的产生和构成数据库系统的构成计算机系统数据库数据库管理系统 DBMS 人员数据库管理员系统程序员用户 数据库设计的主要内容按用户的观点对数据和信息建模 常常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 然后再把概念模型转换为计算机上某一DBMS支持的数据模型 如E R模型 实体联系模型反映的是现实世界中的事物及其相互联系 与此有关的概念有 1 实体 Entity 实体 是观念世界中描述客观事物的概念 实体可以是人 也可以是物或抽象的概念 可以指事物本身 也可以指事物之间的联系 2 属性 属性 指实体具有的某种特性 属性用来描述一个实体 3 联系 事物之间的联系可分为两类 一是实体内部的联系 如组成实体的各属性之间的关系 一是实体之间的联系 实体有个体和总体之分 总体泛指个体组成的集合 总体又有同质总体 如职工 和异质总体之分 数据文件描述的是同质总体 而数据库描述的是异质总体 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 1 一对一联系 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 2 一对多联系 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 3 多对多联系 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 多对多联系图示 一对多联系图示 一对一联系图示 数据模型是对客观事物及其联系的数据化描述 目前 在实际数据库系统中支持的数据模型主要有三种 其中关系模型是三种数据模型中最重要的模型 20世纪80年代以来 计算机系统商推出的数据库管理系统几乎全部是支持关系模型的 关系数据库关系数据库是以二维表作为数据模型的数据库系统 1 关系模型组成关系模型由三部分组成 数据结构 即关系 关系操作 关系的完整性 单一的数据结构 关系 在关系模型中 无论是实体还是实体之间的联系均由单一的类型结构 关系来表示 关系操作 基本操作有并 交 差 笛卡尔乘积 限制 投影 连接 除 关系操作可以用两种方式表示 代数方式即关系代数 逻辑方式即关系演算 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 字段 field 记录 record 文件 file 主键 key 关系模型的三类完整性 实体完整性 若属性A是基本关系R的主关键字中的属性 即主属性 则属性A不能取空值 参照完整性 若基本关系R中含有另一个基本关系S的主关键字Ks所对应的属性组F F称为R的外部关键字 则在关系R中的每个元组中的F上的值必须满足 a 或取空值 b 或等于S中某个元组的主关键字的值 用户定义的完整性 用户自己对数据完整性的要求 从E R图导出关系数据模型E R图如何转换为一个个关系框架 使之相互联系构成一个整体结构化了的数据模型 关键是建立不同联系的关系模型 E R图中每个实体 都相应地转换为一个关系 该关系应包括对应实体的全部属性 并根据该关系确定出关键字 对于E R图中的联系 要根据联系方式的不同 采取不同手段以使被它联系的实体所对应的关系彼此实现某种联系 如果两实体间是1 N联系 就将 1 的关键字纳入 N 方实体对应的关系中作为外部关键字 同时把联系的属性也一并纳入 N 方的关系中 如果两实体间是M N联系 则需对联系单独建立一个关系 用来联系双方实体 该关系的属性中至少要包括被它它所联系的双方实体的关键字 如联系有属性 也要归入这个关系中 如果两实体间是1 1联系 转换时只要在将其中一方的关键字纳入另一方 就能实现彼此的联系 产品与仓库两个实体的E R图为 仓库 仓库号 地点 面积 产品 货号 品名 价格 仓库号 数量 学生课程两个实体之间的E R图为 学生 学号 姓名 性别 助学金 课程 课程号 课程名 学时数 学习 学号 课程号 成绩 厂长与工厂两个实体的E R图为 厂长 厂长编号 厂号 姓名 性别 年龄 工厂 厂号 厂名 地点 或 厂长 厂长编号 姓名 性别 年龄 工厂 厂号 厂长编号 厂名 地点 规范化设计理论E F Codd于1971年提出规范化理论 他定义了五种规范化模式 NormalFrom 简称范式 范式表示的是关系模式的规范化程序 也即满足某种约束条件的关系模式 根据满足的约束条件的不同来确定范式 在五种范式中 通常只用到前三种 1NF下表不符合第一范式的关系由非1NF规范化为1NF 1NF转化为2NF上表中关系满足1NF 但不满足2NF 这种关系会引发下列问题 数据冗余 插入异常 删除异常 解决的方法是将一个非2NF的关系模式分解为多个2NF的关系模式 在本例中 可将关分解为如下三个关系 教师关系 教师代码 姓名 职称 教师所在系 电话 课题关系 研究课题号 研究课题名 教师与课题关系 教师代码 研究课题号 由2NF规范化为3NF 上表符合第二范式 但是不符合第三范式这样的关系同样存在着高度冗余和更新异常问题 消除传递依赖关系的办法是将关系分解为如下几个3NF关系 教师关系 教师代码 姓名 职称 电话 课题关系 研究课题号 研究课题名 教师与课题关系 教师代码 研究课题号 3NF消除了插入异常 删除异常 数据冗余及修改复杂等问题 已经是比较规范的关系 2 3数据通信与计算机网络 一 计算机通信与网络概述1 计算机网络发展通信技术是信息技术的一个重要组成部分 数据通信是20世纪50年代后期随着电子计算机的广泛应用而发展起来的 计算机网络是计算机技术与通信技术紧密结合的产物 计算机网络的形成与发展经历了三个阶段 面向终端的计算机网络 例如50年代初美国的SAGE系统 以资源共享为目标的计算机 计算机网络阶段 例如60年代美国的ARPA网 IBM的SNA网 DEC的DNA网等 开放式标准化网络阶段 例如Internet 2 计算机网络的典型分类计算机网络的分类方法很多 通常按计算机网络覆盖的范围将其分类 局域网 城域网和广域网 局域网LAN localareanetwork 城域网MAN metropolitanareanetwork 广域网WAN wideareanetwork 其它分类有 交换方式 拓扑结构等 局域网 Internet是应用重点 3 计算机网络的组成与结构计算机网络完成数据处理与数据传输两个任务 从结构上可分为资源子网和通信子网两个部分 4 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构表示网络中的结点与通信线路之间的几何关系 反映网络中各实体间的结构关系 拓扑结构主要有 星形拓扑 总线拓扑 环形拓扑 树形拓扑及网形拓扑 5 传输媒体传输媒体是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路 计算机网络中采用的传输媒体分有线和无线两大类 有线传输媒体 双绞线 TP 同轴电缆光纤 按使用的波长区的不同分为单模和多模光纤通信方式 无线传输媒体 微波通信 卫星通信 红外通信和激光通信 他们又统称为视线媒体 6 常见的网络互联设备调制解调器 在通信过程中将数据信号转换成模拟信号或者将模拟信号转换成数据信号的设备 网络接口卡 网络接口卡简称网卡 用来负责计算机和网络之间的集中数据转换 中继器 中继器是一种连接设备 用来连接两个以至于同类网络的网段 中继器的作用是对信号进行整形 防止因线路的阻抗造成信号的衰减和畸变 增加信息传输的距离 集线器 集线器 HUB 是一个具有多个连接端口的设备 每个端口可连接一个节点 交换机 交换机 Switch 是用来连接多网段的中规模以上的局域网的一种网络连接设备 二 局域网局域网的特性主要涉及拓扑结构 传输媒体和媒体访问控制 MediumAccessControl MAC 等三项技术问题 其中最重要的是媒体访问控制方法 1 以太网技术传统局域网使用的就是采用上述标准的以太网技术 包括采用总线拓扑结构 具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA CD的总线争用技术 2 快速以太网IEEE于1995年通过了100Mbps快速以太网的100BASE T标准 并正式命名为IEEE802 3u标准 作为对IEEE802 3标准的补充 100BASE T标准不但在最大程度上保持了IEEE802 3标准的完整性 而且保留了核心以太网的细节规范 三 因特网 Internet 因特网是一个建立在网络互联基础上的 开放的全球性网络 所有采用TCP IP协议的计算机都可加入Internet 实现信息共享和相互通信 1 Internet的结构特点Internet采用了目前最流行的客户机 服务器工作模式 凡是使用TCP IP协议 并能与Internet的任意主机进行通信的计算机 无论是何种类型 采用何种操作系统 均可看成是Internet的一部分 2 ISP接入方式帧中继方式 专线 DDN 方式 ISDN方式 3 用户接入方式仿真终端方式 拨号IP方式 局域网连接方式 4 Internet的关键技术TCP IP技术主机IP地址IP地址由32位 即4字节 二进制数组成 为书写方便起见 常将每的个字节作为一段并以十进制数来表示 每段间用 分隔 例如 202 96 209 5就是一个合法的IP地址 IP地址由网络标识和主机标识两部分组成 常用的IP地址有A B C三类 每类均规定了网络标识和主机标识在32位中所占的位数 A类地址 0 0 0 0 127 255 255 255 A类地址一般分配具有大量主机的网络使用 B类地址 128 0 0 0 191 255 255 255 B类地址通常分