-信息系统与数据库PPT课件

第六章计算机信息系统6 1 1什么是计算机信息系统6 1 2信息系统的类型 2 本章要掌握的知识点 1 计算机信息系统的定义 信息 和 数据 的概念数据库 数据库管理系统和数据库系统数据库系统的特点数据模型 关系 层次 网状和面向对象E R概念模型有关术语 实体 属性 主键和联系 3 本章要掌握的知识点 2 三种基本的联系类型 一对一 一对多 和多对多传统集合的关系操作 并 交 差 广义笛卡儿积 专门的关系操作 插入 删除 更新 选择 投影和连接关系数据库语言SQL 4 什么是计算机信息系统 计算机信息系统 简称信息系统 是一类以提供信息服务为主要目的的数据密集型 人机交互的计算机应用系统 4个主要技术特点 数据量大 一般需存放在外存中 数据长久持续有效 持久性 数据共享使用 共享性 提供多种信息服务 功能多样性 管理 检索 统计 分析 决策等 5 信息系统是一种面广量大的计算机应用系统 教学管理系统地理信息系统信息检索系统医学信息系统决策支持系统民航订票系统电子政务系统电子商务系统 6 从信息处理的深度来区分信息系统 基本可分为3大类 业务处理系统信息检索系统信息分析系统 管理业务系统辅助技术系统办公信息系统 OA 面向操作层次面向管理层次 CAD 计算机辅助设计 CAM 计算机辅助制造 CAPP 计算机辅助工艺规划 7 6 2关系数据库系统6 2 1数据管理的需求和数据库系统6 2 2关系数据模型6 2 3关系操作6 2 4关系数据库语言SQL简介6 2 5数据库系统及应用新技术 8 数据库系统的组成 数据库系统 DBS 指具有管理和控制数据库功能的计算机应用系统 它一般由用户应用程序 计算机支持系统 数据库 数据库管理系统和有关人员组成 9 数据库系统的特点 数据结构化 数据可共享高 冗余度低 数据独立于程序数据的逻辑独立性 应用程序与数据库的逻辑结构相互独立 数据的物理独立性 应用程序与数据库的存储结构相互独立 统一管理控制数据 10 数据模型由于使用数据库的信息系统是一种计算机软件系统 而计算机是不可能直接处理现实世界中的事物的 所以必须通过以下过程来处理数据 11 进一步具体说明 客观对象抽象到数据模式描述的结构 按计算机系统支持的结构 组织数据 数据模式 逻辑结构为二维表存储结构为文件 从概念上描述对象和对象间的关联 经过识别 选择 分类等综合分析 形成 概念结构 用实体 联系工具E R图表示 12 综上可见 概念结构是分析过程中的一个中间结果 它将现实世界中的客观对象和对象间的关联 经过识别 选择 分类等综合分析 形成 概念结构 用实体 联系工具E R图表示 数据模型是直接面向计算机系统 即数据库 中数据的数据结构 包括逻辑结构和存储结构 用数据模型来描述数据结构 13 E R概念模型中的有关术语实体 entity 客观对象 实体集 具有共性的实体的集合 属性 attribute 实体的特征 联系 relationship 14 在常见的数据库系统中 根据实体集之间的不同结构 通常把数据模型分为层次模型 网状模型 关系模型和面向对象模型4种 层次模型网状模型关系模型面向对象模型 国内DBS普遍采用关系模型 95 以上 课程介绍关系模型 15 关系数据模型 关系数据模型描述数据的逻辑结构3要素 数据结构数据完整性数据的操作 16 关系数据模型从用户的观点看 用关系数据模型描述的关系数据模式其逻辑结构具有二维表的结构形式 它与人们日常使用的表格类似 由表名 行和列组成 表的每一行称为一个元组 每一列称为一个属性 关系模型的基本结构是关系 也就是二维表结构 17 例如 表1学生登记表 S 18 表2 课程开设表 C 19 表3 学生选课成绩表 SC 20 学生登记表 S 课程开设表 C 与学生选课成绩表之间的联系 21 关系数据模式 用关系数据模型对一个具体单位中客观对象及其联系的结构描述 称为关系数据模式 简称 关系模式 关系模式的描述形式 其中 R为关系模式名 即二维表名 Ai 1 i n 是二维表中的列名 R A1 A2 Ai An 或者 R A1 A2 Ai An 22 上述数据对象 S和C 以及数据对象之间的联系 SC 表示成关系模式分别为 S SNO SNAME DEPART SEX BDATE HEIGHT C CNO CNAME LHOUR SEMESTER SC SNO CNO GRADE 23 这3个关系模式也可以用汉字定义为 学生 学号 姓名 系别 性别 出生日期 身高 课程 课程号 课程名 学时 开课时间 选课成绩 学号 课程号 成绩 24 关系模式 即二维表 主键 能够唯一标识二维表中指定元组的属性或者属性组 这组属性的任何真子集无此性质 称为该二维表的候选键 如果一个关系模式有多个候选键存在 则可从中选一个最常用的作为该关系模式主键 简称主键 候选键 学号 姓名 出生年月 主键 学号 25 基本术语的对照 关系模型中的术语来自关系数学 与程序员和用户的习惯说法是相对应的 26 关系模型的存储结构在关系数据模型中 数据对象和数据对象之间的联系都用二维表来表示 在支持关系模型的数据库物理组织 即存储结构 中 二维表以文件形式存储 在大多数数据库中 二维表与操作系统中的文件相对应 27 特别提示 数据模型和模式是有区别的 数据模型 用一组概念和定义描述数据的手段数据模式 用某种数据模型对具体情况下相关数据结构的描述 具体地说 关系模式是以关系数据模型为基础 综合考虑了用户的需求 并将这些需求抽象而得到的逻辑结构 因而不应将关系数据模型和关系模式相混淆 28 特别提示 关系模式 反映了二维表的静态结构 是相对稳定的 关系 是关系模式在某一时刻的状态 它反映二维表的内容 由于对关系的操作不断更新着二维表中的数据 因此关系是随时间动态变化的 但在一般表述中 人们常常将关系模式和关系都称为关系 实际上对此二者应加以科学的区分 29 关系操作 在关系数据库中 通常可以定义一些操作来通过已知的关系 二维表 创建新的关系 二维表 最常用的关系操作有 并插入交更新差删除笛卡尔积选择除连接投影 专门的关系操作 传统集合的关系操作 30 并并操作是一个二元操作 它要求参与操作的两个关系有相同的关系模式 其作用是将两个关系组合成一个新的关系 根据集合论的定义 并操作创建的新关系中的每一个元组或者属于第一个关系 或者属于第二个关系 或者在两个关系中皆有 结果关系表示选课程学生的 60 100分成绩表 31 交交操作也是一个二元操作 它对两个具有相同关系模式的关系进行操作 创建一个新关系 根据集合论的定义 交操作所创建新关系中的每一个元组必须是两个原关系中共有的成员 结果表示选课学生 70分 80分成绩表 32 差差操作也是一个二元操作 它应用于具有相同关系模式的两个关系 生成新关系中的元组是存在于第一个关系而不存在于第二个关系中的元组 例如 关系SC1与关系SC2进行差操作 结果关系包括那些在SC1表中而不在SC2表中的成绩信息 即 60 69分成绩表 33 专门的关系操作 插入插入操作是一种一元操作 它应用于一个关系 其操作是在关系中插入新的元组 或另一个具有相同模式的关系 例如 在课程开设表 C 中插入一个新的课程信息 CW101 论文写作 30 春 34 删除删除操作为一元操作 它根据要求删去表中相应的元组 例如 从课程表 C 中删除课程CC112 35 更改更改操作也是一种一元操作 它应用于一个关系 用来改变关系中指定元组中的部分属性值 例如 课程开设表 C 中的课程ME234元组的LHOUR值由 40 改为 30 SEMESTER值由 秋 改为 春 36 选择选择操作是一元操作 它应用于一个关系并产生另一个新关系 新关系中的元组 行 是原关系中元组的子集 选择操作根据要求从原先关系中选择部分元组 结果关系中的属性 列 与原关系相同 保持不变 例如 从学生登记表 S 中 选出性别为 男 的学生元组 组成一个新关系 男学生登记表 37 投影是一元操作 它作用于一个关系并产生另一个新关系 新关系中的属性 列 是原关系中属性的子集 在一般情况下 虽然新关系中的元组属性减少了 但其元组 行 的数量与原关系保持不变 例如 需要了解学生选课情况而不关心其成绩时 可对学生选课成绩表 SC 进行相关的投影操作 其结果的每个元组仅包括学 SNO 课程号 CNO 两个属性 38 连接是一个二元操作 它基于共有属性把两个关系组合起来 连接操作比较复杂并有较多的变化 例如 学生登记表 S 和学生选课成绩表 SC 的连接 生成一个信息更全面的关系 对于已选课程的学生而言 结果关系包含SC表原来的信息 并增加了该学生选修课程号 CNO 和成绩 GRADE 39 关系数据库语言SQL 数学上对关系操作的抽象描述是 关系代数 关系数据库管理系统必须配置与此相应的语言 使用户可以对数据库进行各式各样的操作 这就构成了用户和数据库的接口 由于DBMS所提供的语言一般局限于对数据库的操作 不同于计算机的程序设计语言 因而称它为数据库语言 40 关系数据库语言SQL特点 是一种 非过程语言 是 结构化语言 体现关系模型在结构 完整性和操作方面的特征 有命令和嵌入程序两种使用方式 功能齐全 简洁易学 使用方便 为主流DBMS产品 如ORACLE Sybase DB2 SQLServer等 所支持 41 2 SQL的数据查询数据库查询是数据库的核心操作 SQL语言提供了SELECT语句进行数据库查询 SELECT查询语句简单的形式为 SELECTA1 A2 An 指出目标表的列名或列表达式序列 做投影操作 FROMR1 R2 Rm 指出基本表或视图序列 做连接操作 WHEREF F为条件表达式 GROUPBY列名序列 结果表分组 ORDERBY列名 排序方向 结果表排序 42 3 SQL的数据更新 1 插入语句 INSERT 语句格式为 INSERTINTO VALUES 2 修改语句 UPDATE 语句格式为 UPDATESET WHERE 43 3 删除数据 DELETE 语句的格式为 DELETEFROM WHERE 该语句的功能是从指定表中删除满足WHERE子句条件的记录 如果省略WHERE子句 则删除表中所有记录 注意 仅删除表中记录 表的定义仍在数据字典中 44 数据库系统及应用新技术 数据库体系结构的发展DBS运行在计算机系统之上 其体系结构与计算机体系结构密切相关 因此DBS的系统结构也随着它的硬件和软件支撑环境的变化而不断演变 集中式数据库系统 早期的DBMS以分时操作系统作为运行环境 采用集中式的数据库系统结构 把数据库建立在本单位的主计算机上 且不与其他计算机系统进行数据交互 在这种系统中 不但数据是集中的 数据的管理也是集中的 45 客户 服务器结构 C S 是一种网络处理系统 有多台用作客户机的计算机和一至多台用作服务器的计算机 客户机直接面向用户 接收并处理任务 将需要DB操作的任务委托服务器执行 而服务器只接收这种委托 完成对DB的查询和更新 并把查询结果返回给客户机 C S结构的DBS虽然处理上是分布的 但数据却是集中的 还是属于集中式数据库系统 46 浏览器 服务器结构 B S 由浏览器 Web服务器 数据库服务器3个层次组成 客户端使用一个通用的浏览器代替了各种应用软件 用户操作通过浏览器执行 47 分布式数据库系统数据共享和数据集中管理是数据库的主要特征 但面对应用规模的扩大和用户地理位置分散的实际情况 如果一个单位的计算机仍用联网式的集中数据库系统 将会产生很多问题 各个用户结点计算机要通过网络存取数据 如何解决通信开销太大和延迟的问题 一旦数据库不能工作还将导致整个系统的瘫痪 如何保证系统的可用性和可扩性 48 并行数据库系统 随着应用领域DB规模的增长 其运行负荷日益加重 对DBS性能要求也越来越高 需求 计算机系统通过并行地使用多个CPU和磁盘 可提高处理速度和I O速度 技术 并行数据库系统 并行处理技术很适宜与关系DBS技术相结合 在关系模型中 数据库二维表是元组的集合 DBS操作也是集合操作 在许多情况下对集合的操作可分解为一系列对子集的操作 这些子集操作存在很好的并行性 6 3信息系统开发与管理软件工程与信息系统开发概述系统规划与分析系统设计系统实施与运行维护 50 软件危机与软件工程1960年代以来 计算机性能不断提高应用范围越来越广泛软件系统开发越来越复杂 大型软件系统开发成本高 可靠性差 甚至有时人们无法管理自身所创造出来的复杂逻辑系统 致使软件生产和维护出现了很大的困难 当时人们称此为 软件危机 问题严重 51 软件危机与软件工程 软件危机 正确理解和表达应用需求是艰巨的任务 但常常被忽略 软件是逻辑产品 软件开发过程是思考过程 很难进行质量管理和进度控制 随着问题复杂度的增加 处理问题的效率随之下降 而所需时间和费用则随之增加 大型软件开发必须有严密完整的工程技术和科学的过程 向 工程化 发展 软件工程 分析原因 解决途径 52 软件工程方法要点 软件开发技术 软件开发规范化和工程化 对开发中的策略 原则 步骤和文档做出规定 软件工程管理 对软件生产中重要环节 按计划 进度执行 实现预期的社会和经济效益 软件开发方法 主要有 生命周期方法 原型法以及面向对象的分析设计方法等 软件开发工具 采用软件开发工具和环境 保证软件开发各个阶段任务的完成 53 常用的信息系统开发方法 1 结构化生命周期方法信息系统从规划开始 经过分析设计 实施直到投入运行使用过程中 随其生存环境的变化而不断修改 当它不再适应需要时就要被淘汰 而由新的信息系统代替老的信息系统 这种循环称为信息系统的生命周期 结构化方法将信息系统软件生命分为系统规划 系统分析 系统设计 系统实施和系统维护5个阶段 各阶段工作按顺序开展 形如自上而下的瀑布 所以又称瀑布模型方法 54 常用的信息系统开发方法 结构化生命周期方法 每一个阶段都有明确的工程任务并产生规范的文档资料 且必须评审 用以及时发现错误 防止将错误蔓延到后续阶段 避免重大损失 55 结构化生命周期法的分析和设计原则 自顶向下 逐层分解求精 分析和设计整个系统 减小和控制开发过程的复杂性 图示工具 如数据流程图和E R图等 描述分析和设计的内容 便于各类人员交流 明确阶段任务 例如 系统分析阶段明确系统的结构和功能 做什么 系统设计阶段确定其如何实现 怎么做 强调用户参予开发过程的作用 56 常用的信息系统开发方法 2 原型法所谓原型 是指分析设计人员与用户合作 在短期内定义用户基本需求的基础上 首先开发出一个具备基本功能 实验性的 简易的应用软件 运行这个原型 并在相应的辅助开发工具的支持下 按照不断求优的设计思想 通过反复的完善性实验而最终开发出符合用户要求的信息系统 57 数据库系统设计概要信息系统设计最重要的核心技术是软件工程和基于数据库系统 DBS 的设计技术 DBS设计任务 应用部门信息需求 计算机环境硬件 OS DBMS等 应用部门处理需求 DBS设计 各类数据模式 应用程序 58 系统分析 1 系统分析的任务采用系统工程的思想和方法 把复杂的对象分解成简单的组成部分 明确各部分用户的各种数据需求和处理需求 2 系统分析的方法使用结构化分析方法 SA SA方法从最上层的组织机构入手 采用自顶向下逐层分解的方法分析系统 并用形式化或半形式化的描述 如数据流程图和数据字典 说明数据和处理过程的关系 59 3 系统分析的工具 数据流程图 DFD 使用直观的图形符号 描述系统业务处理过程 信息流和数据要求的工具 数据字典 DD 数据流程图表达了数据和处理的关系 数据字典则是系统中各类数据定义和描述的集合 是进行详细的数据分析所获得的主要成果 在数据字典中对数据流程图中的数据项 数据结构 数据流 处理逻辑 数据存储和外部实体等进行定义 60 系统设计系统设计的内容 1 概念结构设计将需求分析得到的用户需求转换为概念模型的过程就是概念结构设计 概念结构设计的工具E R图 2 逻辑结构设计把概念结构设计产生全局E R图中的实体和联系 转换为关系DBMS所支持的关系模式 3 物理结构设计反映数据关系模式的基本表对应于计算机外的存储文件 物理设计的任务是选取相应的文件存储结构和文件存取路径 61 系统实施系统实施的任务 实现系统设计阶段提出的数据逻辑结构 存储结构和软件结构 按实施方案完成一个可实际运行的信息系统 交付用户使用 具体工作 按系统逻辑结构和物理物理结构 用关系DBMS SQL语言编制源代码 调试产生目标模式 并将数据载入DB中 功能程序设计 按软件结构设计提出的模块要求进行程序编码 编译 联接以及测试的工作 62 系统的运行和维护在保证信息系统正常运行的前提下 为提高系统运行的有效性而对系统的硬件 软件和文档所做的修改和完善都称为系统维护 系统维护有3类 纠正性维护 纠正应用软件设计中遗留的种种错误 适应性维护 适应硬件 软件环境变更 对应用程序作适当修改 完善性维护 数据转储 为提高系统性能 对系统和应用程序的修改等 6 4典型信息系统制造业信息系统电子商务和电子政务地理信息系统和数字地球远程教育和远程医疗数字图书馆 64 制造业信息系统分类 计算机辅助设计 CAD 计算机辅助工艺规划 CAPP 辅助技术系统计算机辅助制造 CAM 计算机数字控制 CNC 计算机集成计算机辅助质量控制 CAQC 制造资源计划系统 MRP 管理业务系统企业资源计划 ERP 制造系统 CIMS 65 管理业务系统的演变和发展 将生产能力计划 车间作业和采购计划整合 同时加入来自车间 供应商和计划人员的反馈信息 以此平衡调整计划 从而使生产的全过程围绕物料需求计划形成一个统一的系统 MRP 加入财务子系统 实现资金流与物质流的统一管理 把制造 财务 销售 采购以及工程技术等各子系统综合为一个系统 MRP 80年代 集成了企业制造 供销 财务 质量 设备 仓库 运输 项目 市场信息 金融投资 法规等及电子商务 过程控制接口 数据采集接口等 成为覆盖整个企业的管理信息系统 ERP 90年代 进一步与辅助技术系统建成 发展为CIMS系统 66 电子商务的定义指对整个贸易活动实现电子化 从涵盖范围方面定义为 交易各方以电子交易方式而不是通过直接面谈方式进行的任何形式的商业交易 包括交换数据 如电子数据交换 电子邮件 获得数据 如共享数据库 电子公告牌 以及自动捕获数据 如条形码 等 67 电子商务的分类 企业内部的电子商务企业与客户之间的电子商务 B C 按照相交易的双方分类企业之间的电子商务 B B 企业与政府之间的电子商务有形商品的电子订货和付款按照交易商品性质分类无形商品和服务电子数据交换 EDI 基于Internet电子商务按照使用网络类型分类基于Intranet Extranet的电子商务 68 电子政务的内容是政府机构运用现代网络通讯与计算机技术 将政府管理和服务职能通过精简 优化 整合 重组后在互联网络上实现的一种方式 电子政务可以打破时间 空间以及条块分割的制约 加强对政府业务的有效监管 提高政府的运作效率 并为社会公众提供高效 优质 廉洁的一体化管理和服务 69 地理信息系统是针对特定的应用任务 存储事物的空间数据和属性数据 记录事物之间关系和演变过程的系统 它可根据事物地理位置坐标对其进行管理 搜索 评价 分析 结果输出等处理 提供决策支持 动态模拟统计分析 预测预报等服务 在不同的领域中还被称为 土地信息系统 空间信息系统 自然资源信息系统 等 70 数字地球在全球范围内建立一个以空间位置为主线复杂信息系统 即按照地理坐标整理并构造一个全球的信息模型 描述地球上每一点的全部信息 并提供有效 方便和直观的检索 分析和显示手段 可以快速 准确 充分和完整地了解地球上各方面的信息 数字地球就是一个全球范围的以地理位置及其相互关系为基础组成的信息框架 并在该框架内嵌入人们所能获得的信息的总称 71 远程教育又称 网上大学 是利用计算机及计算机网络进行教学 使得学生和教师可以异地完成教学活动的一种教学模式 一个典型远程教育的内容主要包括课程学习 远程考试和远程讨论等 72 远程教育应用目前主要有两种形式 基于Web的软件实现方式 学生或教师只要有一台计算机 连上Internet 通过软件远距离教学 不需要特殊的硬件 可以进行学习 考试 讨论等活动 师生之间可以传输文字 图形 声音 图像等各种信息 基于视频会议系统的实现方式 除了需要上述方式中的软件支持以外 还需要特殊的硬件 用于实时的语音和图像信息的压缩 解压缩和传输 教生可以互相实时看到和听到对方 充分利用视频会议系统所提供的功能 73 真题讲解1 为将现实世界中的对象及其复杂的关系最终反映到数据库中去 需要一个逐步转化的过程 不同层次的数据库模型是每一步转化的结果 这些数据模型是 2005年 A 物理模型B 现实模型C 关系模型D 逻辑模型E 数学模型F 概念模型 答案 ADF 74 2 对应于数据关系模式R A1 A2 A3 的一个关系中有三个元组 若对其进行任意的行位置和列位置交换操作 则可以生成个新的关系表 2005年 答案 0 75 3 数据库系统的全局概念结构模式独立于具体的计算机和DBMS 2005年 4 数据库是指按一定的数据模型组织 长期存放在内存上的一组可共享的相关数据集合 2005年 答案 T 答案 F 76 5 关系数据库标准语言SQL的查询语句的一种形式为 selectA1 A2 AnfromR1 R2 RmwhereF 其中 Select子句中和Where子句可以分别实现关系代数中 2006年 A 投影 选择运算B 选择 投影运算C 并 交运算D 交 并运算 答案 A 77 6 在关系数据模式中 若属性A是关系R的主键 则A不能接受空值或重值 这是由关系数据数据模型的实体完整性规则保证的 2006年 答案 T 78 7 已知学生关系 学生 学号 姓名 年龄 住址 若有SQL查询语句 select姓名 年龄from学生where住址 江苏 则该语句对学生关系进行了操作 2007年 A 交合选择B 投影和选择C 连接和选择D 连接和投影 答案 B 79 8 用二维表来表示实体集及实体集之间的数据模型称为 2007年 A 层次模型B 面向对象模型C 网状模型D 关系模型 答案 D 80 9 视图是数据库中提供的一种以用户模式观察数据库中的数据的重要机制 可以由基本表或其他视图导出 它同基本表一样 同样作为一个实际存储数据的表 2007年 答案 F 81 10 数据库系统是具有管理和控制数据库功能的计算机应用系统 同操作系统中的文件系统相比 数据库系统具有以下特点的是 2007年 A 数据共享性低 冗余度高B 数据结构化C 系统灵活 易于扩充D 数据独立于程序 答案 BCD 82 11 下列关于数据库技术的叙述 错误的是 2008年 A 关系模型是目前数据库管理系统中使用最为广泛的数据模型之一B 从组成上看 数据库系统由数据库及其应用程序组成 不包含 及用户 SQL语言不限于数据查询 还包括数据操作 定义 控制和管理等多方面的功能D Access数据库管理系统是Office软件包中的软件之一 答案 B 83 12 结构化生命周期法是开发信息系统的一种有效方法 它将信息系统软件生命周期划分为5个阶段 下列关于5个阶段名词的叙述 正确的是 2008年 A 系统规划 系统分析 系统设计 系统实施 系统维护B 系统分析 目标规划 结构设计 编程调试 系统切换C 系统分析 系统规划 系统重组 系统设计 系统安装D 系统分析 系统规划 系统设计 系统测试 系统评估 答案 A 84 13 开发信息系统的最后一个阶段是系统实施阶段 在该阶段中 测试工作非常重要 它通常包括以下 几个方面 2008年 A 仿真测试B 验收测试C 系统测试D 模块测试 答案 BCD 85 14 设有下列关系模式 学生S 学号 姓名 性别 年龄 课程C 课程号 课程名 教师 选课SC 学号 课程号 成绩 若需要查询选修课程名为 大学计算机信息技术 的学生姓名 其SQL Select语句将涉及关系 2008年 答案 3 86 15 数据的逻辑独立性是指用户的应用程序与数据