第三章-管理信息系统的技术基础PPT课件.ppt

1 第三章管理信息系统的技术基础 信息技术概述 数据处理 数据库技术 计算机网络 2006 8 21 2 信息技术概述 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 如数据结构 数据库原理等 和基本方法 如系统开发方法等 计算机硬件指看得见 摸得着的实际物理实体 如中央处理器 存储器 电路板 对此进行研究的技术 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 2006 8 21 3 数据通信系统模型 2006 8 21 4 数据处理 信息技术概述数据处理数据库技术计算机网络 2006 8 21 5 数据处理的概念和发展阶段 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 按照一定的使用要求 加工成另一种形式的数据 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 科学地保存和管理已经处理的大量数据 以便人们能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源 数据处理的概念 2006 8 21 6 数据处理的内容 数据收集 数据转换 数据的筛选 分组和排序 数据的组织 数据的运算 数据存储 数据检索 数据输出 进行数据处理时需要考虑以下问题 数据以何种方式存储在计算机中 采用何种数据结构能有利于数据的存储和取用 采用何种方法从已组织好的数据中检索数据 2006 8 21 7 数据处理的发展过程 文件系统 数据库系统 简单应用 2006 8 21 8 数据结构的概念 数据结构是指数据的组织方式及内在联系的表达方式 数据的逻辑结构 数据的物理结构 又称存储结构 数据之间的逻辑关系 数据元素在计算机存储器中的存储方式 线性结构 如线性表 非线性结构 如树 顺序存储 链式存储 索引存储 散列存储 数据结构的概念 2006 8 21 9 逻辑结构与物理结构 数据A 数据H 数据Q 数据Z 逻辑结构 物理结构 2006 8 21 10 结点 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 nod 一个结点可以是一个字符 一个数字 一个记录 一个集合 结点的概念 存放结点本身的信息 存放结点与其他结点关系信息 存放与结点有关的结点的地址 2006 8 21 11 例子 例子 有一个数据集合 45 63 67 14 97 我们降序去看待这些数据 即它们的逻辑关系是降序关系 物理结构 逻辑结构 2006 8 21 12 线性和非线性结构的特征 有且仅有一个起始结点和一个终端结点 并且所有结点只有一个直接前趋和一个直接后继 结点之间是一对一的关系 线性结构 一个结点可能有多个直接前趋或多个直接后继 非线性结构 逻辑特征 2006 8 21 13 线性结构 2006 8 21 14 非线性结构 树 2006 8 21 15 物理结构 数据的逻辑结构 数据的物理结构 又称存储结构 线性结构 如线性表 非线性结构 如树 顺序存储 链式存储 索引存储 散列存储 数据结构 2006 8 21 16 顺序存储 概念 顺序存储是将逻辑相邻的结点存储在物理位置上也相邻的存储单元里 结点之间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来表示 这种存储表示称为顺序存储结构 公式 Li L1 i 1 m 第三个结点 L3 L1 i 1 m 1000 3 1 1 1002 2006 8 21 17 线性表 顺序表 线性表 是指数据的结构形式本质上是一维的线性关系 其中每个结点都是同一类型的数据结构 线性表采取顺序存储的方式 顺序表 2006 8 21 18 在顺序表中插入一个结点 顺序表适用于经常进行检索 但数据不经常变动的情况 ai 1 a2 a1 alength ai 1 ai x x 2006 8 21 19 2006 8 21 20 2006 8 21 21 物理结构 顺序存储链式存储索引存储散列存储 2006 8 21 22 链式存储 概念 链式存储方法不要求逻辑上相邻的结点在物理位置上也相邻 结点间的关系由附加的指针来表示 指针指向结点的邻接结点 这样将所有结点串联在一起 称为链式存储结构 2006 8 21 23 链式存储中的插入和删除 删除结点 插入结点 2006 8 21 24 链表结构 单链式 循环式 双向式 双向循环式 2006 8 21 25 物理结构 顺序存储链式存储索引存储散列存储 2006 8 21 26 索引存储 概念 索引存储是在存储结点信息的同时 再建立一个附加的索引表 然后利用索引表中索引项的值来确定结点的实际存储单元地址 这种存储形式称为索引存储结构 数据文件的概念 2006 8 21 27 数据文件 数据文件 为了某一特定目的而形成的同类记录的集合 记录 是文件中可存取的最小单位 它由若干数据项构成 数据项 数据项是文件中可使用的最小单位 2006 8 21 28 数据文件 数据文件 记录 数据项 主键 2006 8 21 29 组织全局数据结构示例 职工记录 人事记录 工资史 政治 社会关系 科研经历 学历 教学经历 业务记录 2006 8 21 30 索引文件 数据文件 索引文件 2006 8 21 31 索引应用 查找时 将外存上含有索引表的块送入内存 查得被找记录的地址 然后再将含有该记录的块送入内存 删除一个记录时 删去相应的索引项 而数据本身保持不动 插入时 将插入记录置于数据区之末 而将填上相应索引项以后的索引表重新排序 2006 8 21 32 索引插入操作 数据区 01 02 索引表 待写入记录 2006 8 21 33 索引插入操作 数据区 01 02 索引表 03 2006 8 21 34 多次索引 查找表 2006 8 21 35 2006 8 21 36 物理结构 顺序存储链式存储索引存储散列存储 2006 8 21 37 散列存储 概念 基本思想是根据结点的关键字直接计算出结点的存储地址 把结点的关键字作为自变量 通过一个称为散列函数的计算规则 确定出该结点的确定存储单元地址 直接地址法 相对键法 杂凑法 2006 8 21 38 课上作业 结合文件系统 阐述数据库系统的特点 什么是数据结构 它的分类情况 解释几种存储方式 2006 8 21 39 第三章的逻辑结构 信息技术概述 数据处理 数据库技术 计算机网络 2006 8 21 40 数据库系统 数据库 以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合 它能以最佳方式 以最少的数据冗余为多种应用程序服务 程序与数据具有较高的独立性 2006 8 21 41 数据库系统的产生 1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS系统 美国CODASYL组织公布了DBTG报告 总结了各种数据库 提出了网状模型 1970年美国IBM公司提出了关系模型 奠定了关系数据库的理论基础 2006 8 21 42 层状 网状 关系数据库的发展70年代 数据库技术有了很大发展 出现了许多基于层次或网状模型的商品化数据库系统 并广泛应用在企业管理 交通运输 情报检索 军事指挥 政府管理和辅助决策等各个方面 关系模型的理论研究和软件系统研制也取得了很大进展 1981年IBM公司SanJose实验室宣布具有SystemR全部特性的数据库产品SQL DS问世 与此同时 加州大学伯克利分校研制成功关系数据库实验系统INGRES 接着又实现了INGRES商务系统 使关系方法从实验室走向社会 20世纪80年代以来 几乎所有新开发的数据库系统都是关系型的 微型机平台的关系数据库管理系统也越来越多 功能越来越强 其应用已经遍及各个领域 2006 8 21 43 数据库系统构成 数据库系统 数据库系统是由计算机系统 数据 数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织的总体 数据库管理员 系统程序员 用户 2006 8 21 44 数据库设计 现实世界 观念世界 数据世界 用户要求分析概念结构设计 逻辑结构设计物理结构设计 2006 8 21 45 2006 8 21 46 2006 8 21 47 2006 8 21 48 数据库系统的模式结构 2006 8 21 49 2006 8 21 50 2006 8 21 51 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 2006 8 21 52 实体联系模型 E R 实体联系模型反映的是现实世界中的事物及其相互联系 实体是观念世界中描述客观事物的概念 实体 属性 指实体具有的某种特性 属性 联系 实体之间的关系 2006 8 21 53 联系方式 联系方式 一对一联系 一对多联系 多对多联系 2006 8 21 54 多对多联系图示 一对多联系图示 一对一联系图示 2006 8 21 55 建立E R模型 根据分析阶段收集到的材料 利用分类 聚集 概括等方法抽象出实体 并一一命名 确立实体的属性并描述其间的各种联系 2006 8 21 56 2006 8 21 57 E R模型例子 例子 有一个仓库 它根据需要向外面厂家订购零件 并为许多工程项目提供相应零件 2006 8 21 58 物资入库E R图 物资 库存 合同 结算 供应单位 入库 订单 购进 验收 1 N N 1 N M 付款 N M L M N 2006 8 21 59 数据模型 数据模型 对客观事物及其联系的数据化描述 层次模型 网状模型 关系模型 2006 8 21 60 层次模型 用树型 层次 结构表示实体类型及实体联系的数据模型称为层次模型 层次结构是树结构 树的结点是记录类型 非根结点有且只有一个父结点 上一层记录类型和下一层记录类型的联系是1 N联系 2006 8 21 61 网状模型 用有向图 网络 结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为网状模型 有向图中的结点是记录类型 箭头表示从箭尾的记录类型到箭头的记录类型间联系是1 N联系 2006 8 21 62 关系模型 关系模型实际上可以看作是二维表的集合 在关系模型下 数据的逻辑结构是一张二维表 每一个关系为一张二维表 相当于一个文件 元组 属性 主码 主关键字 分量 元组中的一个属性值 域 属性的取值范围 关系模式 对关系的描述 用关系名 属性1 属性2 属性n 来表示 2006 8 21 63 外键 人事管理 有两个表 1 人事表person ID Name Phone DepartmentID 2 部门表department ID Name 当建立数据库的时候 两个表的id都为主键 表示唯一记录 person表的DepartmentID是引用deparement的id 它是department的主键 是person的外键 外键 表与表之间有关系时 外键是所包含的值与另一个表主键列中的值相匹配的列 2006 8 21 64 关系代数并运算 记为R S 交运算 记为R S 差运算 记为R S 笛卡儿积 记为R S 投影运算 记为 属性名 关系名 选择运算 记为 F 关系名 连接运算 2006 8 21 65 并运算 2006 8 21 66 交运算 2006 8 21 67 差运算 2006 8 21 68 笛卡儿积 假设关系R和S的元数分别为r和s 定义R和S的笛卡尔积是一个 r s 元的元组集合 每个元组的前r个分量来R的一个元组 后s个分量来自S的一个元组 记为R S 2006 8 21 69 笛卡儿积 2006 8 21 70 投影运算 2006 8 21 71 选择运算 2006 8 21 72 表的集合 2006 8 21 73 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 从E R图导出关系数据模型 2006 8 21 74 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 从E R图导出关系数据模型 2006 8 21 75 课上作业 学生关系模式S S SName Age Sex 学习课程关系模式SC S C Grade 课程关系模式C C CName Teacher 问题 标注元组 属性 主键 外键 分量 SName S Age Sex C CName Teacher Grade 2006 8 21 76 课上作业 元组 属性 分量 主键 外键 学生关系模式S S SName Age Sex 课程关系模式C C CName Teacher 2006 8 21 77 关系的规范化 规范化理论研究关系模式中各属性之间的依赖关系及其对关系模式性能的影响 探讨关系模式应该具备的性质和设计方法 规范化理论提供了判别关系模式优劣的标准 该理论中为数据结构定义了五种规范化模式 NormalForm 简称范式 1 第一范式 1NF 属于第一范式的关系应满足的基本条件是元组中的每一个分量都必须是不可分割的数据项 2006 8 21 78 第一范式例子 不符合第一范式的关系 符合第一范式的关系 2006 8 21 79 第二范式 所谓第二范式 指的是这种关系不仅满足第一范式 而且所有非主属性完全依赖于其主码 不符合第二范式的教师与研究课题关系 这种关系会引起数据冗余和更新异常 可将其分解为如下三个关系 教师关系 教师代码 姓名 职称课题关系 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 2006 8 21 80 第三范式 所谓第三范式 指的是这种关系不仅满足第二范式 而且它的任何一个非主属性都不传递依赖于其任何主关键字 不符合第三范式的产品关系 这种关系会引起数据冗余和更新异常 可将其分解为如下两个关系 产品关系 产品代码 产品名称 生产厂名生产厂关系 生产厂名 生产厂地址 2006 8 21 81 2006 8 21 82 数据库操作 学生表S S SName Age Sex 成绩表SC S C Grade 课程表C C CName Teacher 建立表 CREATETABLESC S Char 8 C Char 8 GradeInt 3 修改表 ALTERTABLESCADDTimeDATETIME 删除表 DROPTABLESC 2006 8 21 83 数据库操作 SELECTC GradeFROMSCWHERES S3 SELECTS C GradeFROMSCWHEREGrade 90 SELECT目标列FROM表名 WHERE条件式 2006 8 21 84 数据库操作 90 UPDATESCSETGrade 90WHERES S1andC C2 DELETEFROMSCWHERES S4 INSERTINTOSC S C Grade VALUES S1 C1 100 2006 8 21 85 学生 学号 学生姓名 年龄 S SNO SN SA 课程 课程号 课程名 工号 C CNO CN TNO 成绩 学号 课程号 成绩 SC SNO CNO GR 教师 工号 姓名 系别 T TNO TN TD 1 检索 陈明 老师的工号和系别 2 检索 王红 同学的学号和年龄 3 检索课程 高等数学 的课程号 4 检索 王红 同学 高等数学 课程的成绩 2006 8 21 86 计算机网络 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 2006 8 21 87 网络的分类 按距离局域网LAN LocalAreaNetwork 将有限范围内 一个学校 一幢大楼或一个单位 的各种计算机 终端和外围设备互联而成的网络 城域网MAN MetropolitanAreaNetwork 覆盖几十公里范围内的企业 单位的多个局域网互联而成的网络 它是介于局域网和广域网之间的一种高速网络 广域网WAN WideAreaNetwork 又称为远程网 它覆盖几十公里到几千公里的范围 即覆盖一个国家 地区 或几个洲的国际性远程网 2006 8 21 88 网络的分类 按传播方式点对点 广播 2006 8 21 89 网络的分类 按通信介质有线网 采用同轴电缆 双绞线 光纤等物理介质来传输数据 无线网 采用卫星 微波等无线形式来传输数据的网络 2006 8 21 90 网络的分类 按通信速率低速网 300bps 1 4Mbps中速网 1 5Mbps 45Mbps高速网 50Mbps 750Mbps 2006 8 21 91 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 2006 8 21 92 网络的组成 资源子网由主计算机系统 终端 终端控制器 联网外设 各种软件组成 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CCP CommunicationControlProcessor 又称前端处理机或节点处理机一般由小型机或微型机配置通信控制硬件和软件组成 通信控制处理机在网络拓扑中被称为网络结点 其功能是 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 网络控制 对进网信息提供路径选择 网络流量控制等功能 2006 8 21 93 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 2006 8 21 94 2006 8 21 95 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 2006 8 21 96 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 2006 8 21 97 网络协议与体系结构 语法 规定了用户数据与控制信息的结构与格式 语义 规定了用户控制信息的意义 以及完成的控制动作与响应 时序 是对事件实现顺序的详细说明 对于结构复杂的网络协议 最好的组织方式是层次结构模型 计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的 网络层次结构模型与各层协议的集合共同构成网络的体系结构 NetworkArchitecture 2006 8 21 98 开放系统互联参考模型 OSI RM OpenSystemInterconnection ReferenceModel 是由国际标准化组织ISO和国际电报电话咨询委员会CCITT共同制定的 将网络整个通信功能划分为7个层次 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 2006 8 21 99 OSI参考模型结构图 2006 8 21 100 物理层 特性 机械特性电气特性功能特性规程特性功能 物理连接的建立与拆除物理服务数据单元传输物理层管理 2006 8 21 101 数据链路层 数据链路层在物理层传送 位 的基础上 在相邻节点间传送 帧 向网络层提供无错的透明传送在一次物理连接上可以进行多个数据链路连接 两个数据链路连接之间为空闲物理连接 2006 8 21 102 网络层 传输的数据单位为分组或包 执行路由算法 为发送站的运输层传下来的分组选择最恰当的路径 正确无误地将分组交付目的站的传输层 2006 8 21 103 传输层 传输的数据单位是报文 向用户提供可靠的 端 端 的报文传输 使得会话层以上看不见传输层以下的通信细节 2006 8 21 104 会话层 对数据传输进行管理 在两个相互通信的进程之间 建立 组织和协调其交互 2006 8 21 105 表示层 表示层主要处理被传输数据的表示问题 包括数据格式变换 数据加密与解密 2006 8 21 106 应用层 应用层是OSI参考模型的最高层 确定进程之间通信的性质 以满足用户的需要 不仅提供应用进程所需要的信息交换和远程操作 而且还要完成一些为进行信息交换所必需的功能 2006 8 21 107 TCP IP参考模型结构图 2006 8 21 108 TCP IP参考模型应用层协议 应用层向用户提供一组常用的应用程序 相当于OSI的高三层 网络终端协议TELNET 用于实现互联网中远程登录 文件传输协议FTP 用于实现互联网中交互式文件传输功能 电子邮件协议SMTP 用于实现互联网中电子邮件传送功能 域名服务DNS 用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务 路由信息协议RIP 用于网络设备之间交换信息 网络文件系统NFS 用于网络中不同主机间的文件共享 超文本传输协议HTTP 用于WWW服务 2006 8 21 109 TCP IP参考模型其他层协议 传输层提供应用程序之间的通信 相当于OSI的传输层 这一层的主要协议是传输控制协议TCP TransportControlProtocol 互联网层负责发送分组 相当于OSI的网络层 这一层的主要协议是IP InternetProtocol 协议 网络接口层 网络接口层负责网络发送和接收IP数据报 TCP IP参考模型允许主机连入网络时使用多种现成的和流行的协议 如局域网协议或其它协议 2006 8 21 110 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 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 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 2006 8 21 111 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 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 ISP接入方式帧中继方式 专线 DDN 方式 ISDN方式 2006 8 21 112 用户接入方式1 仿真终端方式 2 拨号IP方式 3 局域网连接方式 Internet的关键技术1 TCP IP技术2 主机IP地址 IP地址由32位 即4字节 二进制数