3技术基础(新).ppt

1、第三章 管理信息系统的技术基础,重点:1、数据文件的组织方式 2、实体联系模型和关系的规范化 3、网络工作模式和网络拓扑结构 4、网络操作系统,数据的层次,数据文件,数据文件是为某一目的而形成的同类记录的集合，并按照某种数据结构组织起来存放在外部设备上。 记录是文件中数据组织的基本单位，由若干个数据项组成。 数据项是数据处理的最小单位，描述的是个体某一方面的属性。 记录中能唯一标识该记录的数据项称为主键，还可把其他能够鉴别记录的数据项定义为副键，主键和副键统称为鉴别键，其功能是用来鉴别和搜索记录。,文件系统,文件系统则是负责存取和管理文件的软件，它利用磁盘、磁带等大容量的外存设备作为存放文件的

2、存储器，用户可以把一批数据定义成一个文件，通过文件系统命名，实现对文件的按名存取。 其特点为： （1）能使数据长期保留在外存上，可反复进行查询、修改等各种处理操作。 （2）程序和数据有一定的独立性，文件的逻辑结构和物理存储结构有一定区别，数据在存储上改变时不必过多的修改程序。 （3）有共同的存取方法保证程序和文件不再是一一对应的关系，文件具有一定程度的共享。,数据文件的组织方式,数据文件的组织方式指文件内部构造数据的方式。主要有顺序文件、索引文件和直接存取文件（散列文件）。,顺序文件,顺序文件：即文件中的记录是按照某些关键字排序的文件。其物理次序和逻辑次序一致。,顺序文件刚建立时，记录按其来到

3、的先后次序顺序排列，其物理顺序和逻辑顺序并不一定完全一致，称为串行文件。文件的记录按鉴别键大小依次重新排列所得到的文件叫做排好序的顺序文件，简称顺序文件。 其特点为： （1）存取第n个记录时，必须先存取前面的第n-1个记录。 （2）插入记录只能加在末尾。 （3）若要更新文件的某个记录，则必须将整个文件进行复制。 优点：连续存取速度快，主要用于顺序存取、批量修改的情况。但不适于直接存取方式。典型方式为磁带。 缺点：插入、删除记录时需要耗费大量的时间。,索引文件,索引文件：为便于检索，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，包括数据文件本身和索引表两大部分称为索引文件。

4、,索引文件建立过程,索引文件查找过程,1,2,索引文件删除过程,索引文件查找表,在记录数目非常庞大时，索引表也很大，一个物理块可能容纳不下，查索引表可能要多次访问外存。解决办法如下： 索引文件索引表查找表（可利用分散的存储碎片区，即物理块）第二查找表第三查找表 优点：可以保证记录地址的唯一性，不产生重号，存取机制简单。 缺点：索引表要占用存储空间。如采用静态索引技术，每次修改都要重新索引，效率十分低下。,直接存取文件,在直接存取组织中，将记录的鉴别键与记录在存储介质上的实际存放地址之间的关系，用某种关系式或公式来表示，在存取数据时，可用此关系式或公式对记录的鉴别键进行计算，从而求得记录的存放地

5、址，这种文件组织方式称为直接存取文件。 1、直接地址法； 2、相对健法； 3、杂凑法 。,直接地址法,直接地址法： 把存放某一记录的地址作为该记录的鉴别键的值（简称键号），键号即地址。 优点：存取机制简单，使用方便，不会产生重号。 缺点：把记录的存储地址作为鉴别键，不易记忆。,相对键法,相对键法：提供一个算法，对记录的键号进行计算，求出相应的记录地址。 DRK=f(K) K：键号，RK：记录，DRK：地址 学生证号：000999 每个人的记录长度：100bytes， DRK=K*100+Memory_Start_Position 优点：搜索一条记录只经过一次简单计算，搜索时间短，处理速度快。

6、缺点：若存在空号，则造成外存浪费；必须占用连续物理地址，不能充分利用存储碎块。可利用链接方式解决，但会延长搜索时间。,杂凑法,杂凑法：利用杂凑函数，把键号转换为相应的地址，达到节省物理空间的目的。一种典型的杂凑函数算法：质数除余法 。 M：所需存储单元数，如M=5000 确定一个接近M的质数P，如P=4999 杂凑函数：H(K)=K-int(K/P)*P K：键号（10000K50000） H(K)对应地址，0 H(K) M-1 H(10000)=2 H(50000)=10 H(11349)=1351 H(16384)=1351,碰撞现象,特例：K=19999、24998、29997。 碰撞现

7、象：两个不同的键号经过杂凑法计算所的结果相同而发生冲突。 碰撞解决办法：溢流法。 利用两个表来储存记录的键号：主表和溢流表，当一个记录要加入文件时，先将其键号按杂凑函数算法计算得主表的储存地址，如果主表的该地址已存有信息，则表示发生碰撞现象。这时，可将此记录的键号存入溢流表中，以链地址指明溢流表存储单元的地址。如果这个单元也已占满可指向溢流表的其他单元。,优点：存取速度快，节约存储空间。 缺点：不易找到好的算法，存在碰撞时会延长存取时间。,文件组织方式的比较,数据库,数据库是以一定组织方式存储在一起的相关数据的集合，它能以最佳的方式，最少的数据冗余为多种应用服务，程序与数据具有较高的独立性。这

8、些数据是结构化的，无有害的或不必要的冗余，并为多种应用服务；数据的存储独立于使用它的程序；对数据库插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行，是比文件系统更高级的一种数据组织方式。,数据库发展,1、层次数据库 2、网状数据库 3、关系数据库 关系数据库：采用二维表格形式的数据模型。由于具有坚实的数学理论基础，简单、明了、直观、容易理解和掌握，应用广泛。而且层次和网状数据结构都可以通过一定方式转化为关系型数据结构。,数据库系统的构成,1、计算机系统 2、数据库 3、数据库管理系统（DBMS） 4、人员：数据库管理员、系统程序员、用户。,数据库设计,现实世界：人们头脑之外的客

9、观世界。 观念世界：信息世界。现实世界在人们头脑中的反映。客观世界在观念世界中被称为实体。 数据世界：信息世界中信息的数据化。,数据库设计的步骤,1、用户需求分析（现实世界） 2、概念结构设计：概念模型如E-R模型（观念世界） 3、逻辑结构设计：将概念模型转变为某DBMS支持的数据模型，如3NF关系群模型（数据世界） 4、物理结构设计：设计存储结构和存取方法（数据世界）,概念模型的表示,1、概念模型是按用户的观点对数据和信息建模，即将现实世界的客观对象抽象为一种不依赖于计算机系统和某一个DBMS的信息结构。 2、实体：指现实世界中存在的对象或事物。实体有个体和总体之分。总体指个体组成的集合。总

10、体又分为同质总体和异质总体。异质总体是由不同性质的个体组成的集合，一个异质总体可分为多个同质总体。数据文件描述的是同质总体，数据库描述的是异质总体。 3、属性：是实体具有的某种特性。 4、联系：是现实世界中事物之间的关系。又分为实体内部和实体之间的联系。一对一（1：1）、一对多（1：N）、多对多联系（M：N）。 5、E-R模型（方法）：是对现实世界的一种抽象，它抽取了客观事物中人们所关心的信息，并对这些信息进行了精确地描述。,E-R模型,E-R模型实例-1,E-R模型实例-2,编号,关系型数据模型,数据模型：相对概念模型而言，是对客观事物及其联系的数据化描述。我们主要采用关系模型。每一个关系均

11、对应一张二维表，表示一个总体或实体联系。 关系：一个关系对应于一张二维表 元组：表中一行称为一个元组 属性：表中一列称为一个属性。给每列起一个名即为属性名。 主码 (Primary Key，也称主关键字) 域：属性的取值范围 分量：元组中的一个属性值 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。例如,库存（仓库号，器件号，数量）仓库（仓库号，城市，面积）,关系的规范化,1、如果一个关系模式中的属性都是单纯的（即不可再分为更小的属性），则称该 模式是属于第一规范型（First Normal Form , 即 1NF ）。如可分代表有进一步的关系存在。 2、如果一个关系模式

12、属于1NF，并且所有的非关键字都完全地依赖于关键字（即不存在部分依赖），则称该关系模式属于第二规范型 , 即 2NF 。否则会引起数据冗余和更新异常。 3、如果一个关系模式属于2NF，并且不存在非关键字传递地依赖于关键字，则称该关系模式属于第三规范型（3NF）。否则会引起数据冗余和更新异常。,由A能推出B，则称函数B依赖于A； 由A能推出B，但B不能推出A，则称函数B完全依赖于A； 由A能推出B，但B不能推出A，由B能推出C，则称函数C传递函数依赖于A。,依赖关系,计算机网络相关概念,计算机网络：是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

13、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，可分为有形和无形两大类。 协议：网络设备间进行通信的一组约定，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：指两个相邻节点之间的通信线路。 网络拓扑结构：网络的链路和节点在地理上所形成的几何构型。,几种通信介质的比较,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。基本无距

14、离限制。,IEEE802标准的主要成员,802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.3 - CSMA/CD（以太网） 802.4 - Token Bus （令牌总线） 802.5 - Token Ring（令牌环） 802.6 - 分布队列双总线DQDB - MAN标准 802.8 FDDI（光纤分布数据接口） 802.11 无线LAN,网络拓扑结构,网络的链路和节点在地理上所形成的几何构型。,网络拓扑结构类型,1、总线型 2、星型 3、树型 4、环形 5、网状,总线型网络拓扑结构,各节点都挂接在一条公共总线上，这条总线是任意节点之间通信的公共信道。 优点：结构简单、易于扩充，安装简便，一个节

15、点发生故障不会影响整个网络的正常工作。 缺点：总线发生故障则影响整个网络。,星型网络拓扑结构,以中心模块为核心，以星型方式连接成网，又称为集中式网络。所有用户的节点都需要通过中心节点连接，中心节点为控制节点，任何用户间的通信都经过中心节点。 优势：网络控制简单，建网容易。 缺陷：可靠性差，一旦中心节点发生故障则整个网络不能工作。另外所有信息需经过中心节点，中心节点的处理速度成为系统的“瓶颈”。,树型网络拓扑结构,一种分级集中式网络，子网节点的连接形势如同树枝的分叉，子网的两端为根节点和叶节点。 优势：这种结构适合上下级之间通信，而同级之间很少或没有通信要求的情况。 缺陷：通信要经过多个节点、甚

16、至根节点的传送，从而使网络管理复杂，增加了数据的传输时间。,环形网络拓扑结构,所有节点通过通信信道连接成一个闭合回路，任何节点只有一个输入接口和一个输出接口，信息在环路中单方向传送。当非相邻节点通信时，需经过中间节点存储转发。 优势：连接简单，通信时没有路径选择问题。 缺陷：数据平均传输延时大，可靠性低，当任何一节点或一段信道故障时会导致整个网络不能工作。,网状网络拓扑结构,由分布在不同地点的各种拓扑形式的网络系统互联而成，没有固定的连接形式，信息的流向也是随机的，路径根据各节点的动态情况进行选择。 优势：可靠性高，共享资源容易，传输延时少。 缺陷：它是网络中控制最复杂、运用软件最多的一种结构

17、，耗资巨大，组建周期长，一般用于广域网。,如何选择网络的拓扑结构,各种拓扑结构既有其优点，又有其缺点，要综合根据系统所要求的响应时间、信息量、系统投资、可靠性等进行分析。,网络分类-1,1、按照计算机网络覆盖的地理范围对其进行分类局域网（LAN）、城域网（MAN Metropolitan Area Network）、广域网（WAN）。 2、根据网络传输技术进行分类：点到点式网络（Point-to-Point Networks）和广播式网络（Broad Networks）。 3、按照网络的拓扑结构，可把网络分成：总线型网络、星型网络、环型网络、树型网络、网状型网络。,网络分类-2,4、按网络控制

18、方式的不同，可把计算机网络分为分布式和集中式两种网络。 5、按信息交换方式，计算机网络分为分组交换网、报文交换网、线路交换网和综合业务数字网等。 6、按网络环境的不同，可把计算机网络分成企业网、部门网和校园网。 7、计算机网络还可按通信速率分为三类：低速网、中速网和高速网。,网络分类-3,8、按网络协议可把计算机网络分为Ethernet网络(即以太网)、Token Ring网（即令牌环网）、FDDI网络、X25分组交换网络、TCPIP网络、SNA网络、ATM(异步转移模式网络)等。Ethernet、Token Ring、FDDI、X25、TCPIP、SNA等都是访问传输介质的方法或网络采用的协

19、议。,网络分类-4,9、根据网络所使用的网络操作系统的不同，可对网络进行分类，例如：Novell公司的Netware网络、3COM公司的3+Share 和3+OPEN网络、Microsoft公司的LAN Manager网络和Windows NT网络、Banyan公司的VINES网络、UNIX网络等。这种分类是以不同公司的不同操作系统为标志的。,网络分类-5,10、按照传输介质带宽分类，计算机网络分为基带网络和宽带网络。 传输媒体能容纳的频率范围称为通信频带宽度，简称带宽。带宽是一个频道可容纳频率的上下限之差，带宽越大，传输容量越大。 数据的原始数字信号所固有的频带(没有加以调制的)叫基本频带，

20、或称基带。这种原始的数字信号称为基带信号。数字数据直接用基带信号在信道中传输，称为基带传输，其网络称为基带网络。 基带信号占用的频带宽，往往独占通信线路，不利于信道的复用，且抗干扰能力差，容易发生衰减和畸变，不利于远距离传输。 把调制的不同频率的多种信号在同一传输线路中传输称为宽带传输。这种网络称为宽带网。又分为时分多路传输和频分多路传输。,局域网,局域网指在一个局部的地理范围内将各种计算机、外围设备、数据库等互联起来组成的计算机通信网。IEEE（美国电气电子工程师协会）对局域网的描述是：“局域网技术是把分散在一个建筑物或相邻几个建筑物中的计算机、终端、带大容量存储器的外围设备、控制器、显示器

21、，以及为连接其他网络而使用的网络连接器等互相连接起来，以很高的速度进行通信的手段。” 一般局域网有下列三部分组成： 1、计算机及智能型外围设备； 2、网卡及通信介质； 3、网络操作系统及有关软件。,IEEE 802.3 以太网标准,传统以太网: 10Mb/s 802.3 同轴电缆Ethernet 802.3a 细缆Ethernet 802.3i 双绞线 802.3j 光纤 快速以太网FE: 100Mb/s 802.3u 双绞线，光纤 千兆以太网GE: 1000Mb/s（1Gb/s） IEEE802.3z 屏蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3ab 双绞线 万兆以太网10GE：10Gb/s 80

22、2.3ae 光纤,局域网的工作模式,1、主机/终端系统 2、文件服务器工作站结构（file server/workstation） 3、客户机/服务器模式：(clientserver) 4、对等式网络：（PeertoPeer） 5、浏览器/服务器结构（browser/server）,主机/终端系统,在60年代至80年代被局域网采用。在这种体系结构中用户通过与主机相连的字符终端在主机操作系统的管理下共享主机的内存、外存、中央处理器、输入/输出设备等资源。主机承担了数据处理和数据库应用；各终端实际上是一些非智能的“傻瓜”。即使性能较高的“智能终端”也只能做一些诸如屏幕确认、编辑、功能键处理等极简单

23、的工作。 缺点：各终端不能为主机分担处理各种事务，导致主机负担过重，从而影响速度。且一旦主机出现故障，整个系统也会全面瘫痪。,文件服务器工作站结构,在80年代以后迅速发展，工作站可通过磁盘影像象使用本机磁盘一样使用文件服务器上的硬盘，应用程序的所有功能在工作站上完成。文件服务器负责文件的管理和数据访问权的分配，从而解决了主机/终端模式中主机负担过重的问题。 缺点：由于所有的数据处理和程序运行都在工作站上进行，需要工作站不断向文件服务器存取数据和文件，因此网络的传输负担比较重。,客户机/服务器模式,由若干台微机工作站与一台或多台文件服务器通过通信线路连接起来组成工作站存取服务器文件，共享存储设备

24、。文件服务器自然以共享磁盘文件为主要目的。对于一般的数据传递来说已经够用了，但是当数据库系统和其它复杂而被不断增加的用户使用的应用系统到来的时候，服务器已经不能承担这样的任务了，因为随着用户的增多，为每个用户服务的程序也增多，每个程序都是独立运行的大文件，给用户感觉极慢，因此产生了客户机服务器模式。,这种模式依旧把DBMS安装在服务器上，服务器依然承担文件和数据管理，同时也承担一部分应用程序的运行，工作站不再运行完整的应用程序。即数据处理被分割为在客户机运行的部分（前台任务）和在服务器上运行的部分（后台任务），数据处理由客户机启动并部分控制，由服务器和客户机协同执行一个应用程序直至成功。 优点

25、： （1）功能合理分布，负荷均衡。 （2）系统开放性能好，容易进行扩充。 （3）系统可重用性好，维护工作量大为减少，资源可利用性大大提高，系统整体应用成本降低。,其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器，而将其它的应用处理工作分散到网络中其它微机上去做，构成分布式的处理系统，服务器控制管理数据的能力己由文件管理方式上升为数据库管理方式，因此，C/S的服务器也称为数据库服务器，注重于数据定义及存取安全后备及还原，并发控制及事务管理，执行诸如选择检索和索引排序等数据库管理功能，它有足够的能力做到把通过其处理后用户所需的那一部分数据而不是整个文件通过网络传送到客户机去，减

26、轻了网络的传输负荷。CS结构是数据库技术的发展和普遍应用与局域网技术发展相结合的结果。,对等式网络,在对等式网络结构中，没有专用服务器，每一个工作站既可以起客户机作用也可以起服务器作用。 优势：初建费用低，简单，并有足够的能力满足许多机构的需要，可以随着机构需要的增长进行扩展，加入专用服务器。,浏览器/服务器结构,浏览服务器又作为应用服务器，可运行大量应用程序。,网络操作系统,1、WINDOWS （9598MENT2000CE？） 2、UNIX 3、NOVELL NETWARE 4、LINUX,WINDOWS 2000,微软经过二十年的经营，已经把windows的性能和稳定性提高到了一个相当高的水平。 windows以用户界面友好著称。 优点:价格便宜，易操作，操作维护人员费用低。 缺点: 1)专有软件，全部不公开。 2)图形界面和内核整合在一起，系统开销大。 3)稳定性一般，对于一般的商业应用不成问题。 4)网络服务功能一般，甚至不支持断点续传。 5)对开发人员进行某些技术封锁。,Unix,Unix是一种卓越的分时、多任务、多用户操作系统，它的很多源代码是公开的。Unix功能强大而稳定，现在绝大多数大型机工作站就是采用的这种系统。 Unix的优点：高性能，高稳定，良好的可移植性，技术成熟。 Unix的缺点： 1)价格昂贵。 2)部分软件公开，关键部分软