第2章 信息系统基础技术-20101025

1、o1 数据库系统概论o2 数据库系统o3 实体联系模型o4 数据模型与数据库o5 数据仓库o6 计算机网络技术o7 网络体系结构o8 ISO/OSI参考模型o9 信息安全技术 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术2/63学习要点p 学习数据库、计算机网络技术和网络安全的基本内容p 了解数据库的发展历史，掌握关系型数据库的特点； p 了解计算机网络技术的类型及分类方式，掌握计算机网络协议的体系结构；p 掌握网络安全中的防火墙、入侵检测及防病毒技术；p 运用本章知识构建规划物流信息系统的基础框架。 2010 西南交通大学 章雪岩等 引导案例 2005年，北美TNT物流公司推出

2、了第一款RFID识读设备，主要是为汽车行业提供实时可视性操作管理、提高库存（清单）管理效率和防止复杂供应链的中断等问题的，最初的试验是在福特的卡车装配车间进行的。 作为这次试验的一部分，有源标签技术和无线网络传感技术被充分的利用，这些设备安装在福特的车间实现实时定位、提供实时信息。RFID识读设备安装在材料排序中心的门口处，读取材料上的RFID标签信息及ID编码。通过自动获取数据，系统可以确定材料是否到达是否被充分的利用。此外，福特RFID系统还可以与一个高级运输系统功能相结合，获得材料在途的定位信息。 为了防止操作中断和减少手工操作，福特采用了Tibco提供的实时控制软件。当福特公司的全部供

3、应链环节都参与进来，RFID系统就可以提供实时监控，其中涉及到材料供应商、排序中心、生产车间以及产品配送环节等多方面配合。第2章 信息系统基础技术3/632010 西南交通大学 章雪岩等 引导案例（续） 排序中心可以为福特装配线提供零部件、排列材料次序以及提供分析仪表等，零部件可以靠工人通过塑料看板传递，一般传递的零部件不会超过35英镑。排序操作主要是将需要的材料按顺序送过去，一般都在1000-2000英镑，需要用叉车运输。尽管仪表比零部件还小，但是一次运输500多英镑，也需要叉车运输。在使用RFID技术之前，大部分都是采用手工操作，流程经常会因为各种原因中断，像运输延迟、零部件缺失、错放以及

4、丢失等现象很普遍。RFID有源标签每四分钟发射一次信号，可以被安装在TNT排序中心和福特装配车间的RFID读卡器接收到，这些标签数据信息可以被采集、分类、评估以及分析总结。福特还安装了图表分析软件，在叉车上安装一个可便携式电脑，用来分析数据。 为了使用RFID技术，TNT采用了一系列的软件，像仓库管理系统、仓库跟踪系统以及可视性服务软件等，这些软件全部通过Tibco的中间件整合起来。第2章 信息系统基础技术4/632010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术5/631 数据库系统概论 o 数据管理技术发展史n 根据数据和应用程序相互依赖关系、数据共享以及数据的操作方式，数据管理的

5、发展可以分为三个具有代表性的阶段：o 人工管理阶段（六十年代以前）o 文件管理阶段（六十年代）o 数据库管理阶段 （六十年代后期以后）n层次网状模型代（六十至七十年代 ）n关系模型代（七十至八十年代 ）n面向对象模型代（九十年代开始）2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术6/632 数据库系统o 数据库系统概念 n 这里我们试着给出一个关于数据库系统的定义o 数据库系统中的数据库是一个已被规格化和结构化且相互关联的数据集合，这些数据中不存在有害的或无意义的冗余o 数据的组织与存储结构与使用这些数据的程序相互独立o 数据库中的数据可同时为多个应用服务o 数据库中的数据定义、输

6、入、修改和检索等所有操作均是按一种公用的且可控的方式进行2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术7/63o 根据这一数据库定义以及实际应用的具体数据库系统的情况，我们可以认为一个数据库系统实际上是由三部分内容组成，它们是数据库、应用程序和数据库管理系统。这三部分之间的相互关系如图所示 图1 数据库系统组成 用户1用户2.用户n数据库管理系统数据库2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术8/63o 根据对数据库的定义以及数据库系统基本组成及作用的描述，我们认为一个的数据库系统应该具有的以下五个基本特点：n 以数据模型为基础n 数据库中数据的独立性 n 数据共享

7、 n 数据库系统的安全可靠与完整 n 良好的人机接口与性能 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术9/63数据库结构 o 根据美国国家标准协会（ANSI）所提出的报告，数据库的数据组织结构可以分为三个相互关联的层次，它们分别是：n 概念层数据模式（模式）n 用户层数据模式 （子模式）n 物理层数据模式（存储模式） 图2 数据库结构各模式间关系 数据库管理系统子模式1用户1用户2映射子模式M用户2模式映射存储模式OS数据库2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术10/63数据库系统 o 数据库系统的核心是数据库管理系统（DBMS，DataBase Manag

8、ement System ），在它的控制和帮助下，用户可以建立、使用、修改和维护数据库中数据。数据库管理系统是建立在操作系统之上的应用软件平台。o 它一般具有以下三个主要功能： n 提供操作数据库的用户高级接口 n 管理数据库 n 维护数据库 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术11/63数据库系统语言 o 数据库系统语言通常包括数据库数据描述语言DDL（Data Description Language）和数据库数据操作语言DML（Data Manipulation Language）这两种语言 n 数据描述语言用于描述数据库中各种模式的定义 n 数据操作语言则是用于描

9、述对数据库中数据所要进行的各种操作 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术12/63数据库系统运行管理与控制软件 o 数据库系统运行管理与控制软件是数据库管理系统软件的实际组成，它主要包括 ：n 语言编译处理程序 n 系统运行控制程序 n 数据库日常管理程序 n 数据库工具软件 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术13/63o 与其它应用软件开发与应用过程一样，数据库系统的应用，也有一个生命周期，它主要由以下五个阶段构成：n 数据库系统的规划 n 数据库系统的设计 n 数据库系统的建立 n 数据库系统的管理 n 数据库系统的调整 2010 西南交通大学

10、 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术14/63数据库的工作过程 图3 数据库的工作过程 应用程序A状态工作区应用程序A子模式系统缓冲区数据库OSDBMS模式存储模式运行日志1234567982010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术15/633 实体联系模型 o 模型的组成 n E-R数据模型是P.P.Chen在1976年提出的，它为数据库系统应用的设计人员提供了三个基本的模型描述成 o 实体 o 联系 o 属性2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术16/63实体 o 凡是可以相互区别开并可以被我们所识别的事、物、概念等对象均可认为是实体 o 实体是具有共同

11、某些特征的一类具体实体，即可认为是一实体集合，对这一集合中所有实体共同特征的描述，称为实体型 o 实体集中的各具体实体，称为该实体型的值或实体值 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术17/63联系 o 在数据模型中，通常将不同实体型之间存在的联系归纳成三种不同类型 n 一对一的联系（:的联系 ）n 一对多的联系（:的联系 ）n 多对多的联系（:的联系 ）n 分类联系n 在现实世界中，存在着许多多个实体型相互之间都有联系的情况 。 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术18/63属性 o 实体型是对实体集合中所有实体共同描述特征的集合，这些实体所共有的描

12、述特征就称为实体的属性 n 在一个具体的实体型中，其中的每一个属性都有其取值范围，这一范围称为属性的值域 n 一个属性的值域可以是整数、浮点数、字符串等 n 实体型中的某个（些）属性的取值可以用来唯一区分实体型中具体实体，如学生实体型中的学号属性的取值就可以用来区分每一个学生。这种属性又可称为该实体型的标识码 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术19/63模型的表示 o 数据模型的表示方法 n 用长方型来表示实体类型 n 联系用菱型框及与实体型相连的线表示 ，将联系的类型写在线上或线的附近，在长方形框内和菱形框内分别写上实体型名称和联系名称n 用椭圆表示实体类型和联系的属

13、性，将其与所描述的相应的实体类型或联系用线相连，在椭圆框内写上属性的名称o 这样我们就可以得到一个能够较好地描绘出实体、实体与实体之间相互联系以及有关实体和联系属性的结构图，这个图通常就被称为图 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术20/63o 下图是一个制造工厂数据库应用系统中所涉及的部分信息对象所构成的图 n实体类型：部门、职工、工程、供应商和零件 n联系：部门与职工实体型间一对多的“所属”联系；职工与工程型实体间多对多的“工作”和一对一“管理”两种联系；工程与零件实体型间多对多的“所需”联系；工程、供应商和零件三个实体型间相互多对多的“供应”联系 n属性：椭圆表示内

14、容2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术21/634 数据模型与数据库系统 o 三种数据库系统所支持的数据模型 ：n 层次数据模型n 网状数据模型n 关系数据模型2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术22/63层次数据模型o 用长方形表示实体型；将长方形分为若干方块，表示实体型的各属性；用有向线段表示各实体型之间的联系 图4 学校行政管理机构的图和层次数据模型结构图 o 在上例中，其数据模型结构图如图的右半部所示，显然它满足树的定义，而其中各实体型之间的相互联系均为一对多的联系，所以说这是个典型的层次数据模型结构。 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2

15、章 信息系统基础技术23/63层次数据库系统 o 层次数据库数据操纵方法 n 数据库系统中的数据操纵语言所提供的操作有四种类型：o 查找o 插入o 删除o 更新 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术24/63网状数据模型o 用长方形表示实体型；将长方形分为若干方块，表示实体型的各属性；用有向线段表示各实体型之间的联系 （a） （b） （c）图5 网状数据模型的结构图 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术25/63网状数据模型o 网状数据模型与层次数据模型有两点不同 n 层次数据模型从子女实体到其双亲实体之间的联系是唯一的。即一个子女实体对应于一个双亲

16、实体；而在网状数据模型中，从子女实体到其双亲实体之间的联系可以不是唯一的。 n 网状数据模型中容许有复合链，即两个实体型之间可以有两种以上联系。 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术26/63 a b c图6 学生选课网状模型 o（a）中两个实体型 ：学生实体型（S）、课程实体型（C） o（b）是为了建立网状数据模型模型建立的学生选课记录型，记学生记录型和学生选课记录型之间的联系为（SSC），课程记录型和学生选课记录型之间的联系为（CSC）o（c）是学生选课情况 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术27/63o 用户层数据逻辑组织结构的设计即为子模式

17、的设计，每一个子模式可供若干应用程序共享，但一个应用程序一次只能启用一个子模式o 子模式的定义描述主要有以下内容： n子模式标识部分，其作用是定义子模式名称及其所对应的模式 n换名描述，即将模式中的域名、记录名、系名还是数据项名用其它名称替换，以消除同主语言规则不一致的地方，同时提高描述的可读性。 n域的描述，列出子模式定义所涉及的域。 n记录的描述，列出子模式定义所涉及的记录名。若其中数据项有变化，还需列出有变化的数据项。 n系的描述，列出子模式定义所涉及的系并可改变系值选择方式。 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术28/63网状数据库数据操纵方法 o 网状数据库也支

18、持数据的查找、插入、删除和更新操作 o 几种常用的具体操作命令如下 ：n FIND（查找） n GET（取值） n STORE（存值）n MODIFY（修改） n ERASE（删除） n CONNECT（加入属籍） n RECONNECT（改变属籍） n DISCONNECT（撤消属籍） 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术29/63关系数据模型 o 关系数据模型是以集合论中的关系概念为基础而建立起来的数据模型 o 笛卡尔乘积的定义 n给定一组集合D1，D2，Dn，则这组集合的笛卡尔乘积是集合：n其中：笛卡尔乘积集合中的每一个元素称为元组，表示参与笛卡尔乘积中的集合个数，

19、又称为笛卡尔乘积的度 n现有集合A，B，其中A=a1，a2，B=b1，b2，b3，则集合A，B的笛卡尔乘积为集合D，且有D=(a1,b1),(a1,b2),(a1,b3),(a2,b1),(a2,b2),(a2,b3)。笛卡尔乘积D集合包含了六个元组，每个元组有两个分量 DDDDd dddD innnii12121 2(,)|;, , 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术30/63o 关系的数学定义 n笛卡尔乘积的一个子集，就称为定义在集合，之上的一个关系。集合，称为关系的域 n现有集合NAME=李，王，张，集合AGE=21，22，集合SEX=M，F，其笛卡尔乘积的两个子

20、集R1，R2 n子集R1，R2均是建立在集合NAME、AGE、SEX基础之上的关系。关系R1表示三个人基本情况，而关系R2则无实际意义，因为一个人不可能有两个性别 NAMEAGESEX李王张212221FMFNAMEAGESEX李王2122FMF王22R1R22010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术31/63关系数学模型 o 关系数据模型是定义在数据模型和关系的数学定义基础之上一种数据模型，它将描述实体和联系的有关属性看成是集合，而将实体和联系认为是建立在这些集合之上的关系 o 如一个实体或联系的属性有 ，这些属性的取值范围所构成的集合为D1，D2，Dn，则描述这一实体或联系

21、的关系可表示为R=（ ）或表示为：R（ ）。它是笛卡尔乘积 的一个子集。集合D1，D2，Dn又称为是属性 的域 A AAn12,A AAn12,A AAn12, DDDn12AAAn12,2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术32/63o 在关系数据模型中，所有域都应是原子数据，即整数、字符串等不可再分的数据，而不能是组合数据，即数组、结构等可再分数据 n例如一学生实体型的关系数据模型可表示为：学生（学号，姓名，性别，年龄，籍贯） n（9110001，张三，男，21，安徽），是学生关系中的一个具体实体值，又称为元组，一个关系实际上是由若干元组所构成 o 在关系数据模型中，其

22、元组值是无序的，即R（ ， ）和R（ ， ）是相同的关系 A1A2A2A12010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术33/63o 为了形象地描述关系数据模型中各关系，通常都用一张简单的二维表格来描述一个关系 表1 学生关系的二维表格表示 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术34/63关系数据库系统 o 一个关系数据库是由若干个关系（即二维表格）所组成的。通常在关系数据库系统中，这些关系又被称为关系表 o 在关系数据库系统中，可以通过数据描述语言对其数据库中的各关系表进行描述 n 描述通常包含两个部分，即对关系表本身以及关系表中所包含的各属性集合（又称为域）

23、进行描述 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术35/63关系代数运算 o 选择运算（SELECTION） o 投影运算（PROJECTION） o 连接运算（JOIN） 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术36/635 数据仓库 o 数据仓库是在数据库基础上发展而来的，它通常有三个部分： n 数据仓库（DW，Data Warehousing） n 联机分析处理(OLAP，On-Line Analytical Processing ) n 数据挖掘 (DM, Data Mining) 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术37/63

24、数据仓库的效益 o 数据仓库可以给企业带来许多无形的收益，主要体现在以下几方面: n 改变了企业的经商之道 n 改善了企业与客户之间的关系 n 建立企业内部的合作关系 n 对转瞬即逝的机会快速作出反应 n 改善管理能力 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术38/63操作型数据和分析型数据的区别操作型数据操作型数据分析型数据分析型数据细节的综合的在存取的瞬间是正确的代表过去的数据可更新，由录入人员或经过专门培训的输入事务而更新不可更新，终端用户的访问权限常常是只读的处理细节问题受到更多关注的是结论性的数据，是综合的，或是提炼的操作需求事先可知道，系统可按预计的工作量进行优化

25、操作需求事先不知道，永远不知道下一步用户要做什么事务驱动分析驱动对性能要求高对性能要求宽松面向日常业务操作应用面向分析决策，支持管理需求一次操作数据量少一次操作数据量多对响应时间要求高对响应时间要求低2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术39/63数据仓库的定义 o “数据仓库之父”W.H.Inmon对数据仓库的定义是：数据仓库是支持决策过程的、面向主题的、集成的、随时间变化的、持久的数据集合。 o 数据仓库的特征 n 数据仓库是面向主题的 n 数据仓库是集成的 n 数据仓库是随时间变化的n 数据仓库是稳定的n 信息的概括和聚集2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息

26、系统基础技术40/63数据仓库的主要功能 o 数据的获取 n 将不同数据源的数据转换成数据仓库的格式，根据需要对数据进行聚合、汇总、采样，生成综合数据。 o 数据仓库管理 n 维护和管理元数据、载入新数据；监控数据源、捕捉更新数据；清除或转储老化数据；添加索引等。o 数据的访问 n 可以使用各种进行数据访问的软件工具，多维分析工具和数据采掘工具等，也可以使用特定的分析、预测方法对数据进行分析和预测，供最终决策使用 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术41/63数据仓库的体系结构o 数据仓库是企业级的，能为整个企业各个部门的运行提供决策支持手段 o 数据集市是部门级的，一般

27、只能为某个局部范围内的管理人员服务。也称之为部门级数据仓库（Departmental Data Warehouse） o 数据集市有两种:n 独立的数据集市（Independent Data Mart）n 从属的数据集市（Dependent Data Mart） 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术42/63图7 数据仓库、从属数据集市与独立数据集市之间的关系o左边表示的是企业数据仓库的逻辑结构 ，采用这种中央数据仓库的做法，可以保证现实世界的一致性 o中间表示的是从属数据集市的逻辑结构 ，这种结构仍能保持数据的一致性 o右边描述了独立数据集市的逻辑结构，它的数据直接来源

28、于各生产系统 ，用来解决个别部门比较迫切的决策问题 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术43/63o 综合数据集市的优点如下： n 数据针对一个组织中特定的要求进行设计；n 投资回收快；n 设计的更易于访问；n 对小批量数据查询响应进行了优化。 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术44/636 计算机网络技术第一代计算机网络第二代计算机网络 应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层主机第三代计算机网络2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术45/63计算机网络的功能o 数据通信 o 资源共享 o 增加可

29、靠性 o 提高系统处理能力 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术46/63计算机网络分类 o 按网络覆盖范围的大小，我们将计算机网络分为：n 局域网（LAN）n 城域网（MAN）n 广域网（WAN）n 互联网 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术47/63局域网 o 局域网（Loxal Area Network，L A N）是指范围在几百米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。 a) 总线结构 b) 环状结构 图8 局域网的两种拓扑结构 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术48/63城域网 o 城域网（

30、Metropolitan Area Network，M A N）所采用的技术基本上与局域网相类似，只是规模上要大一些 图9 DQDB城域网的结构 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术49/63广域网 o 广域网（Wide Area Network，WAN）通常跨接很大的物理范围，如一个国家。 (a)星型 (b) 树型 (c) 环型 (d) 全连通型 图10 广域网拓扑结构 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术50/63互联网 o 多个网络相互连接构成的集合称为互联网（ Internet working）。o 互联网的最常见形式是多个局域网通过广域网连

31、接起来。 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术51/63无线网 o 虽然无线网与移动通信经常是联系在一起的，但这两个概念并不完全相同 无线网移动通信应用场所NoNo办公室内固定计算机联网 NoYes在宾馆中使用的便携式计算机YesNo没有布线的办公大楼内的计算机 YesYes上网手机2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术52/637 网络体系结构 o 我们把在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议（network protocol）或通信协议（communication protocol）。 o 协议分层 n 所谓分层设计，就是按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层，不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议，同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递。 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术53/63图11 邮政系统分层模型 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术54/63o 为了减少计算机网络设计的复杂性，人们往往按功能将计算机网络划分为多个不同的功能层。图12 支持第5层虚拟通信的例子 2010 西南交通大学 章雪岩等 第2章 信息系统基础技术55/63服务类型 o 在网络体系结构中，服