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第三章管理信息系统的技术基础 第一节信息技术概述第二节数据处理第三节数据库技术第四节计算机网络 1 第一节信息技术概述 1 IT发展现状和特点 不同历史时期 IT的发展侧重于信息处理的不同的环节 IT创新和发展的周期越来越快 应用范围越来越广 新技术 新方法层出不穷 例如多媒体技术 智能信息处理技术 网络和信息安全技术等等 IT已经成为一个完整的学科和技术体系和当代科学和技术的前沿和热点 与管理 经济学科集成越来越紧密 一 信息技术 InformationTechnology IT 及其发展 2 第一节信息技术概述 这里把与MIS密切相关现代信息技术与系统划分成以下几种基本技术 通信支持技术一般包括 电子邮件 计算机会议 Computerconference 和视频会议 Videoconference 等 协调支持技术协调支持技术指用于协调组织资源 设施和项目或任务的技术 例如群件 Groupware 还有计算机支持协同工作与系统 CSCW CSCS 2 MIS相关的信息技术 3 第一节信息技术概述 过滤支持技术过滤支持技术指用于筛选和汇总由基层传递上来的信息的技术 比如目前用于通信和协调支持的技术 包括电子邮件 计算机会议等系统形式 决策支持技术决策支持技术指用于改善组织及其成员决策制定过程的效率和效果的一类信息技术 例如 电子会议系统 Electronicconferencesystem DSS GDSS 组织决策支持系统 ODSS 等 2 MIS相关的信息技术 4 第一节信息技术概述 监控和保障支持技术指基于计算机系统 用于监控和保障系统安全组织运行状况的信息系统环境 如 执行信息系统 Executiveinformationsystems EIS 经理支持系统等 另外 各种信息安全技术 如身份鉴别 数字签名 数据加密 防火墙技术 计算机病毒防治技术等都属于这一类技术 2 MIS相关的信息技术 5 第一节信息技术概述 硬件是计算机系统工作的基础 到目前为止 计算机硬件的发展经历了四个时代 20世纪50年代的电子管计算机 20世纪50年代末 60年代中期的晶体管计算机 20世纪70年代中期 70年代末的集成电路计算机 20世纪70末 至今的大规模和超大规模集成电路计算机 二 计算机硬件技术 6 第一节信息技术概述 软件是帮助用户控制和使用计算机以完成各项功能的系统与工具 例如数据的输入 处理 输出 存储等操作 软件技术的研究范围包括 计算机系统软件 应用软件及其所依赖的基础理论 例如数据结构 数据库原理等和基本方法 例如系统开发方法等 分类如下 三 计算机软件技术 7 第一节信息技术概述 1 系统软件 指为管理 控制和维护计算机与外设 以及提供计算机与用户界面的软件 如操作系统 Operationsystem OS 数据库管理系统 Databasemanagementsystems DBMS 各种语言编译系统等 其功能是 对系统资源的管理 通过中央处理机 CPU 管理 存储管理 设备管理 文件管理及作业管理对各种资源进行合理的调度分配 改善资源的共享和利用 充当用户与计算机之间的接口 使用户的操作方便 提高工作效率 目前 常用的操作系统有 磁盘操作系统DOS UNIX操作系统 视窗操作系统Windows Linux等 数据库管理系统 一种系统软件包 帮助用户开发 使用 维护数据库 三 计算机软件技术 8 第一节信息技术概述 2 应用软件 面向用户的 为用户服务的软件 如科学计算类软件 数据处理软件 辅助设计软件等 三 计算机软件技术 9 3 MIS的三大技术基础是 数据处理 DataProcessing DP 技术 数据库 DataBase DB 技术 计算机网络 ComputerNetworks 技术 第一节信息技术概述 三 计算机软件技术 10 由中央处理装置 终端设备 通信线路与相关设备 如调制解调器Modem 集线器Hub等 三大部分组成 第一节信息技术概述 四 数据通信技术 发信者 编码 调制 信道 解调 译码 受信者 发送端 接收端 1 数据通信系统模型 2 数据通信系统组成 11 3 各部分的功能 中央处理装置 包括主处理机 前端机 通信处理机等 主要功能 完成部件之间的通信 提供通信系统与计算机之间的接口 终端设备 向系统发送数据或程序 从系统接收信息的设备 调制解调器 完成终端或处理机与电话通信系统之间的脉冲信号与载波信号之间的转换 A D D A转换 集线器 将两个以上的通信信道组合在一起 形成一个高速 共享的通信信道 以降低通信费用 或者改变网络的结构 通信线路 连接所有设备的通道 可以是不同的介质 如电话线 双绞线 光纤等 第一节信息技术概述 四 数据通信技术 12 第二节数据处理 本节内容 一 数据处理的概念和发展阶段二 数据组织 13 一 数据处理的概念和发展阶段 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 14 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处理过 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 一 数据处理的概念和发展阶段 2 15 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 一 数据处理的概念和发展阶段 3 16 一 数据结构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 二 数据组织 1 17 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 二 数据组织 2 18 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 二 数据组织 3 19 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 比如 英文字母表 职工登记表 产品的编号等 生活中线性表结构的数据比比皆是 二 数据组织 4 20 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 二 数据组织 5 21 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 二 数据组织 6 22 二 数据组织 7 23 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 二 数据组织 8 24 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 二 数据组织 9 25 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 二 数据组织 10 26 二 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 二 数据组织 11 27 本节内容 一 数据库系统的产生和构成二 数据库设计的主要内容三 实体联系模型四 数据模型五 关系的规范化六 数据库操作七 数据库保护 第三节数据库技术 28 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 一 数据库系统的产生和构成 29 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 关系数据模型 二 数据库设计的主要内容 30 概念实体 Entity 属性联系一对一联系 1 1 一对多联系 1 n 多对多联系 m n 三 实体联系模型 31 数据模型是对客观事物及其联系的数据化描述 在数据库系统中 对现实世界中数据的抽象 描述以及处理等都是通过数据模型来实现的 数据模型在数据库系统设计中是用来提供信息表示和操作手段的形式构架 是数据库系统实现的基础 目前 主要的数据模型是关系模型 RelationalModel 四 数据模型 1 32 关系模型每一个关系为一张二维表 相当于一个文件 实体间的联系均通过关系进行描述 下表用m行n列的二维表表示了具有n元组 n Tuple 的 付款 关系 每一行即一个n元组 相当于一个记录 用来描述一个实体 四 数据模型 2 33 关系必须是规范化的关系 满足一定的约束条件 称为范式 NormalForm 第一范式 1NF 元组中的每一个分量都必须是不可分割的数据项 第二范式 2NF 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第三范式不仅满足第二范式 而且它的任何一个非主属性都不传递依赖于任何主关键字 五 关系的规范化 34 数据库操作主要有基本表的建立与删除 数据查询及更改等 一般使用关系数据库标准语言 结构化查询语言SQL StructuredQueryLanguage 来完成上述操作 如 SQL的核心语句是数据库查询语句 其一般格式为 SELECTFROM WHERE GROUPBY ORDERBY ASC DESC 其功能是根据WHERE子句中的条件表达式 从指定表中找出满足条件的元组 六 数据库操作 35 为了保证数据的安全可靠和正确有效 DBMS必须提供统一的数据保护功能 主要包括数据的安全性 完整性 并发控制和数据库恢复等内容 七 数据库保护 36 第四节计算机网络 本节内容 一 计算机网络的概念与分类二 局域网技术三 网际互连 INTERNET技术四 IP地址和域名系统 37 一 基本概念计算机网络用通信介质把分布在不同地理位置的计算机和其他网络设备连接起来 实现信息互通和资源共享的系统 网络介质数据传输的物理通道 有同轴电缆 双绞线 光纤 微波 卫星信道等 协议网络设备间进行通信的一组约定 如TCP IP IEEE802 3 802 4 FDDI ATM等 网络协议具体规定了设备间通信的电气性能 数据组织方式等 节点网络中某分支的端点或网络中若干条分支的公共汇交点 链路是指两个相邻节点之间的通信线路 一 计算机网络的概念与分类 1 38 网络拓扑结构是指网络的链路和节点在地理上所形成的几何构形 计算机网络从功能上可分为两部分 资源子网和通信子网 一 计算机网络的概念与分类 2 39 二 计算机网络的分类局域网 LAN 传输距离0 1 10km 传送速率在1Mbps 10Mbps 广域网 WAN 相距较远的局域网经由公共电信网络互连而成 数据传输速率一般在1 2kbps 1 554Mbps 传输距离可遍及全球 Internet 因特网 是国际最大的互连网 Internet已形成覆盖全球的网络 成为远程网的代名词 我国的CHINANET CERNET等都是该网的一部分 综合业务数字网 ISDN 综合业务数字网是一种能在一个网络内传送多种业务信息的网络 包括数据 图象 语音 文字等 能够满足一个单位日常业务中网络应用的需要 一 计算机网络的概念与分类 3 40 二 局域网技术 一 网络体系结构文件服务器 工作站客户机 服务器分布式处理Intranet Extranet 二 网络操作系统管理网络资源的软件 三 几种典型的局域网以太网 令牌环网 快速以太网 FDDI ATM 41 网际互连即通过主干网络把不同标准 不同结构甚至不同协议类型的局域网在一定的网络协议的支持下联系起来 从而实现更大范围的信息资源共享 ISO 国际标准化组织 提出了网络互连协议的基本框架 称为开放系统互连 OSI 参考模型 该模型把网络功能分为七个层次 1 物理层2 数据链路层3 网络层4 传输层5 会话层6 表示层7 应用层 三 网际互连 INTERNET技术 1 42 Internet Intranet ExtranetInternet 因特网 在TCP IP协议下实现的全球性的互连网络 称为 Internet网际 我国称之为 因特网 Intranet 企业内部网 把Internet技术应用到企业内部建立的基于开放技术的新型网络体系结构 Extranet即扩展的Intranet ExtendedIntranet 通过Internet网络把分散在不同地理位置的Intranet联系起来 采用通道技术提高通信两端的安全性级别 虚拟专网采用加密 认证和通道技术 提供了Internet上两点间的安全通信 这样 对采用Internet技术的企业而言 好象是一个专用的广域网一样 例如 VPN 三 网际互连 INTERNET技术 2 43 四 IP地址和域名系统 一 IP地址在使用TCP IP通信协议的网络上 每一台计算机 主机 都有一个唯一的地址 这个IP地址在网络中的作用就像住户的地址 根据这个地址 可以找到该计算机所在的路径信息 以及这台计算机在网络上的编号 TCP IP协议规定 IP地址由32位比特位组成 一般由相对应的4个部分的十进制数字组成 每部分用 分隔 如202 112 144 111 由于在使用TCP IP协议的网络上是利用IP地址来表示网络中的每一台计算机的 因此对于网络中的每一台TCP IP主机都必须分配一个唯一的32位地址 每一个IP地址都由两部分组成 网络ID和主机ID 44 网络标识ID网络ID用于辨认子网 同一子网上的所有TCP IP主机的网络ID都相同 主机ID主机ID用于辨认网络中的每一个主机 1 IP地址的划分每台运行TCP IP协议的主机都需要有一个唯一的IP地址 否则会发生IP地址的冲突 导致计算机之间不能很好通信 根据网络的大小 Internet委员会定义了五种IP地址的类型 以适应不同规模的网络 在局域网中我们仍沿用这个分类方法 但是MicrosoftWindowsNT只支持其中的3类 即A B和C类网络 45 A类地址分配给拥有大量主机的网络 A类地址的 W 字段内的高端总为 0 接下来的7位表示网络ID 剩余的24位 即X Y Z字段 表示主机的ID 它允许有126个网络和每个网络大约1700万个主机 B类地址分配给中等规模的网络 B类地址的 W 字段内的高端的前两位为 10 接下来的14位表示网络ID 其余的16位 即Y Z字段 表示主机的ID 它允许有16384个网络和每个网络大约65000个主机 C类地址通常用于小规模的局域网 LAN C类地址的 W 字段内的高端的前三位为 110 接下来的21位表示网络ID 其余的8位 即Z字段 表示主机的ID 它允许约有200万个网络 每个网络有254个主机 46 IP地址的类型定义了网络ID使用哪些位 主机ID使用哪些位 同时也定义了每类网络中包含的网络数目和每类网络中可能包含的主机数目 下表表明了各类IP地址的定义及网络ID和主机ID字段的取值范围 表中归纳了A B C三类网络的IP地址取值范围 47 48 各类局域网的网络和主机容量 49 2 IP地址中网络ID的使用规则无论在Internet上还是在局域网上 使用 分配网络ID时均应遵循以下规则 参见下表 网络ID必须是唯一的 127保留给诊断回送函数 网络ID的各位不能全为 1 网络ID的各位不能全为 0 0表示局部网络 50 各类局域网的网络ID的有效范围 51 二 子网掩码 subnetmasks 1 什么是子网当一个网络较大时 我们常常把它分成多个较小的网络 每个小网络使用不同的网络ID 这样的小网络我们称之为 子网 换言之 使用子网可以将一个大网络分成多个较小的物理网络 通过使用网络互连设备 如路由选择器 可以将多个子网连接起来 52 2 子网掩码的功能与使用在两台计算机之间进行通讯时 一般用户可能认为只要知道了对方的IP地址就可以进行通信了 但是实际上在这两台计算机之间存在的通信路径可能有很多条 例如 当我们通过ISP 实华开 与美国的朋友进行通信时 在Internet上 通信的路径可能会有成千上万条 所以 通信时 两边的计算机首先都要判断彼此是否在同一个网络上 如果是在同一网络上 就直接进行通信 否则就转发到本网的出口 由该出口负责处理 详细处理过程可参阅有关书籍 53 因此 网络通信时 若想找到子网必须定义子网掩码 子网掩码与IP地址一样也是一个32位的值 用它可以屏蔽一部分IP地址 这样一来 利用TCP IP就可以区分网络ID和主机ID 当使用TCP IP通信时 子网掩码主要用来确定目的主机是位于本地子网还是远程网 子网掩码的两大功能可概括为 用于区分IP地址中的网络ID和主机ID 用于将网络分为多个子网 不同类型的网络使用的子网掩码是不同的 表中给出了WidowsNT中各类网络所默认的子网掩码 54 下面通过一个例子来说明子网掩码的使用 例 当A B X三台主机进行相互通信时 它们的IP地址分别为 132 112 000 001 132 112 000 002 152 112 000 001 它们的子网掩码均为 255 255 0 0 由于W分别等于132 132和152 因此这三个网均为B类网 再判断这几个网络是否同一个子网 分别将三个IP地址和子网掩码按位 与 得到网络ID 132 112 0 0 132 112 0 0 152 112 0 0 55 各类局域网默认的子网掩码 56 由此可以判断出 A和B主机的网络编号均为 132 112 因此这两台主机在同一子网上 而X主机的网络编号为 152 112 所以该主机在远程子网上 在Intemet网络上网络编号必须是唯一的 因为是B类网络 所以IP地址的后两个字段表示该主机在其子网内的编号 这三台主机的主机编号依次为 000 001 000 002和000 001 由上面分析可知 主机编号在同一个子网中必须不同 如A和B主机 但在不同的子网中可以相同 如A和X主机 57 三 缺省网关 defaultgateway或IPRouter 缺省网关又称默认网关 为了在子网之间进行通讯 主机可以使用缺省网关将数据发送给目的主机 缺省网关就是发送给远程网络 目的主机 的信息包的地方 如果在配置TCP IP时没有指明缺省网关 则通讯仅局限于本地网络 简单地说 缺省网关就是通向远程网络接口的IP地址 58 缺省网关应用示例如前所述 两个TCP IP网络之间的连接可以通过IPRouter来完成 假定 信息系与自动化系的子网掩码均为 255 255 0 0 问题 如果信息系网络上的某计算机要与自动化系网络上的计算机通信时 如何通过缺省网关完成通信过程 示例1 若计算机A要给计算机B发送信息 由于计算机A的IP地址是132 112 000 001 计算机B的IP地址是132 112 000 002 所以这两台计算机的网络ID都是 132 112 由此可知计算机A与计算机B在同一个网络之内 于是计算机A就将信息直接传递给计算机B 没有经过缺省网关计算机L 59 示例2 若计算机A要给计算机X发送信息 由于计算机A的IP地址是132 112 000 00