管理信息系统技术基础

管理信息系统

的技术基础课前预习将手机调到静音认真做笔记及时完成作业上课要求

第一节计算机硬件技术基础第二节

计算机软件技术基础第三节数据库技术基础第四节计算机网络技术基础第三章管理信息系统的技术基础第一节计算机硬件技术基础一、计算机硬件技术的发展阶段

1945年，美国数学家冯·诺依曼博士发表了论文《电子计算工具逻辑设计》，提出了二进制表达方式和存储程序控制计算机构想。1946年2月美国宾夕法尼亚大学莫尔学院制成了大型电子数字积分计算机(ENIAC)。

该计算机重28吨，耗电150千瓦，占地170米2，用电子管18800个，每秒计算5000次加法。第一台电子数字计算机(ENIAC)最初专门用于火炮弹道计算，后经多次改进而成为能进行各种科学计算的通用计算机。

计算机随着硬件技术的发展，经历了如下发展阶段：第一代，电子管时代(1946—1958年)：计算机的特点是耗电高，体积大，程序设计语言为机器语言和汇编语言。第二代，晶体管时代(1958—1965年)：计算机的特点是变集中处理为分级处理，程序设计语言为高级语言。第三代，中小规模集成电路时代(1965—1970年)：计算机的特点是存储容量大，运算速度快，一般为几十至几百万次/秒。第四代，大规模集成电路时代(1971年至今)：计算机的特点是运算速度快，存储容量大，体积小。

根据计算机的计算能力，可将计算机分为巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机六类。

目前计算机已广泛应用于科学计算、过程控制、辅助设计/分析/制造/教学、数据处理、智能模拟和管理决策等领域。现代计算机将朝着巨型化、微型化、网络化、智能化、多媒体化的方向发展。

“天河二号”是由国防科学技术大学研制的超级计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算机。2015年11月16日，全球超级计算机500强榜单在美国公布，“天河二号”超级计算机以每秒33．86千万亿次连续第六度称雄。二、计算机的硬件结构二、计算机的硬件结构

1.中央处理器

中央处理器(CPU)是计算机的核心部件，它是计算机的心脏，包括运算器和控制器。

中央处理器的功能一般包括算术逻辑运算、接收和发送数据、暂存少量数据、提供控制信号、对指令解码等。二、计算机的硬件结构

2.存储器存储器是计算机的记忆部件。

存储器一般分为主存储器和二级存储器。

主存储器又分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)。二级存储器包括磁盘、磁带、光盘等。二、计算机的硬件结构3.输入/输出设备

输入/输出设备是计算机与外界进行数据交换的设备。

输入设备一般有键盘、鼠标、扫描仪、条形码阅读器等。

输出设备一般有打印机、显示器、绘图仪等。计算机硬件的发展趋势是处理速度更快，存储容量更大，价格更低，体积更小。第二节计算机软件技术基础一、软件及其特征

软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，它是包括程序、数据及其相关文档的完整集合。

程序是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序列。

数据是使程序能正常操纵信息的数据结构。

文档是与程序开发、维护和使用有关的图文材料。

第二节计算机软件技术基础一、软件及其特征计算机软件具有下述特征：(1)软件是一种逻辑性系统元素；(2)软件具有开发成本高、复制成本低的特点；(3)软件“磨损”具有绝对性和相对性；(4)尽管软件不会磨损，但它会退化；

(5)由于软件无备用元素可供替换，因而软件维护非常复杂。二、计算机软件分类

计算机软件分为系统软件和应用软件两大类。

1.系统软件系统软件是管理与支持计算机系统资源的程序，是计算机硬件和应用程序之间的重要接口。

系统软件主要有操作系统软件(如Windows7、Unix等)、数据库管理系统(如Oracle、SQLServer)、开发工具和程序设计语言(如Jbuilder、Delphi、.NET等)。

二、计算机软件分类

2.应用软件应用软件是指适用于各类不同应用领域的应用程序及其文档。

应用软件一般包括通用应用软件和专用应用软件。

通用应用软件是具有通用信息处理功能的商品化软件。它的特点是通用性，所以可以被许多有类似应用需求的用户使用。

典型的通用应用软件有文字处理软件、电子表格软件、绘图软件、数值统计分析软件等。

二、计算机软件分类专用应用软件是指满足用户特定要求的应用软件。

典型的专用应用软件有会计处理系统、销售管理系统、人力资源管理系统、教务系统、ERP软件等。

三、计算机软件的发展过程

计算机软件的发展过程可以划分为下述三个阶段：

1.程序设计时代(1946—1956年)本阶段采用“个体生产方式”，即软件开发完全依赖于程序员个人的能力水平。

2.程序系统时代(1956—1968年)由于软件应用范围及规模的不断扩大，个体生产已经不能够满足本阶段软件生产的需要。一个软件需要由几个人协同完成，即采用“生产作坊方式”。该阶段的后期，随着软件需求量、规模及复杂度的增大，生产作坊的方式也不能够适应软件生产的需要，出现所谓的“软件危机”。

3.软件工程时代(1968年至今)这一阶段的主要任务是为了克服软件危机，适应软件发展的需要，而采用“工程化的生产方式”。第三节数据库技术基础一、数据库系统理论的产生及成熟

数据库是以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合，它能以最佳的方式、最少的数据冗余为多种应用服务，使程序与数据具有较高的独立性。

数据库技术的萌芽可以追溯到20世纪60年代中期，60年代末到70年代初数据库技术日益成熟，具有了坚实的理论基础。第三节数据库技术基础一、数据库系统理论的产生及成熟

1969年，IBM公司研制开发了基于层次结构的数据库管理系统IMS(InformationManagementSystem)。

1970年，IBM公司SanJose研究实验室研究员E.F.Codd发表了题为《大型共享数据库数据的关系模型》的论文，提出了数据库的关系模型，开创了关系方法和关系数据研究，为关系数据库的发展奠定了理论基础。二、数据库系统的构成

数据库系统是由计算机系统、数据、数据库管理系统(DBMS)和有关人员组成的具有高度组织的总体。(1)计算机系统。计算机系统指用于数据库管理的计算机硬软件系统。

大容量的主存以存放和运行操作系统、数据库管理系统程序、应用程序以及数据库、目录、系统缓冲区等；辅存方面，则需要大容量的直接存取设备。(2)数据库。数据库既有存放实际数据的物理数据库，也有存放数据逻辑结构的描述数据库。

数据(Data)：数据库中存储的基本对象数据的定义：描述事物的符号记录数据的种类：文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等

(3)数据库管理系统。数据库管理系统是一组对数据库进行管理的软件，通常包括数据定义语言及其编译程序数据操纵语言、编译程序以及数据管理例行程序。

(4)人员。相关人员包括：数据库管理员，系统程序员，用户。三、数据库系统的模式结构

数据库系统的模式结构由外部级、概念级、内部级构成，如图3.2所示。(1)外部级是最接近用户的一级，是每个用户所能看到的数据库内容。它是整个数据库的一部分，称为用户视图或外视图。每个外视图的具体表示称为外模式，又称子模式。(2)从概念级所观察到的是整个数据库的全部信息，称为全局视图。全局视图的具体表示称为概念模式，简称模式。(3)内部级是最接近存储设备的一级，从这一级所观察到的数据库就是被存储的数据库，称为内视图。内视图的具体表示称为内模式，又称为物理模式。

数据库的三级体系结构是数据的三个抽象级别，它将数据的具体组织留给DBMS去做，用户只抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储。

为了实现三个级别的转换，DBMS在这三级结构之间提供了两个层次的映像，即外模式/概念模式映像和概念模式/内模式映像。四、E-R模型与数据库设计

在数据库分析和设计过程中，需要按用户的观点对数据和信息建模。建模指的是对现实世界各类数据的抽象组织，确定数据库需管辖的范围、数据的组织形式等直至转化成现实的数据库。

数据建模举例：1、使用计算机描述一个系统的行为。例如，电子表格程序可以用来处理财务数据。2、使用计算机以数学方法描述物体和它们之间的空间关系。

例如，计算机辅助设计(CAD)程序可在屏幕上生成物体，使用方程式产生直线和形状，依据它们相互之间及与所在的二维或三维空间的关系精确放置。

数据模型就是对现实世界的模拟。现实世界中的各种对象只有数据化后，才能由计算机系统来处理。用户按照数据库提供的数据模型使用相关的数据描述和操作语言将数据存入数据库中，数据模型是用户与数据库之间交流的工具。数据模型按照不同应用的层次分类：概念数据模型逻辑数据模型层次模型网状模型关系模型数据模型物理数据模型四、E-R模型与数据库设计

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。它是对现实世界的第一层抽象，是用户和数据库设计人员之间进行交流的工具。其典型代表就是实体-联系模型（Entity-RelationshipModel，简称E-R模型）。四、E-R模型与数据库设计E-R模型(即实体联系模型)反映的是现实世界中的事物及其相互联系。与此有关的概念有：(1)实体(Entity)。“实体”是观念世界中描述客观事物的概念。实体可以是人，也可以是物或抽象的概念；可以指事物本身，也可以指事物之间的联系。

E-R图主要由实体、属性和联系三个要素构成。实体用矩形表示，矩形框内写明实体名学生课程厂房高楼

(2)属性。“属性”指实体具有的某种特性。属性用来描述一个实体。学生的学号、姓名、性别、籍贯、专业、年级。高楼的高度、层数、位置、用途

属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。学生课程学号姓名性别年龄系别课程号课程名学分学时开课系

(3)联系。事物之间的联系可分为两类：一是实体内部的联系，如组成实体的各属性之间的关系；一是实体之间的联系。联系用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来。若实体之间的联系也有属性，则也要用无向边将属性与相应联系连接起来。现实世界中的联系大体有三种类型：一对一的联系（1:1），一对多的联系（1:n），多对多的联系（m:n）。一对一的联系（1:1）一对多的联系（1:n）多对多的联系（m:n）

逻辑数据模型逻辑数据模型简称逻辑模型，是计算机和DBMS实际支持的数据模型。逻辑模型可以清楚地表示出数据库中的数据及其结构，它是对现实世界的第二层抽象。逻辑模型主要有层次模型、网状模型和关系模型三种。1）层次模型数据库系统中最早出现的数据模型就是层次模型，其用树型层次结构来表示实体以及实体之间的联系，示意图如图所示。

层次模型反映实体间一对多的联系。优点是层次分明，结构清晰；缺点是不能直接反映事物间多对多的联系，查询效率也比较低。

2）网状模型网状模型是层次模型的拓展，网状模型的节点间可任意发生联系，因而可以表达各种复杂的联系，示意图如图所示。网状模型的优点是表达能力强，能够更直接反应现实世界事物之间多对多的联系；缺点是在概念上、结构上都比较复杂，数据独立性较差。3）关系模型关系模型是目前应用最广泛的一种数据模型，其将存放在数据库中的数据和它们之间的联系看作是一张二维表格。与层次模型和网状模型相比，关系模型的概念简单、清晰，并且具有严格的数据基础，形成了关系数据理论，操作也直观容易。关系模型示意图（3）物理数据模型物理数据模型简称物理模型，是面向计算机物理表示的模型。物理模型用于存储结构和访问机制的更高层描述，它描述了数据是如何在计算机中存储的，如何表达记录结构、记录顺序和访问路径等信息。

数据库设计指对于一个给定的应用环境，构建最优的数据库模式并建立数据库，使之有效地存储数据。数据库设计的步骤：（1）需求分析阶段需求分析的任务是通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。（2）概念设计阶段概念设计需要将用户的信息需求进行综合、归纳和抽象，形成一个独立于任何具体DBMS和硬件的概念模型。设计局部和全局的E-R图。（3）逻辑设计阶段逻辑设计阶段将概念模型转换成具体的数据库产品支持的逻辑数据模型。对基本表进行优化，使其在功能、性能、完整性、一致性约束以及数据库扩充性等方面均满足用户的各种要求。（4）物理设计阶段根据DBMS特点和处理要求选择最合适的物理存储结构（文件类型、索引结构和数据存放次序与位逻辑等）、存取方法和存取路径等，为逻辑模型建立一个完整的能实现的数据库结构。（5）数据库实施阶段数据库实施阶段，设计人员依据逻辑设计和物理设计的结果：

建立数据库

编制和调试应用程序组织数据入库

试运行

（6）数据库运行和维护阶段数据库应用系统经过试运行后，即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中必须不断的收集和记录实际系统运行的数据，以便评价数据库系统的性能，进一步调整和修改数据库。在运行中，必须保持数据库的完整性，并能有效地处理数据库库故障和进行数据库恢复。在数据库运行和维护阶段，可能要对数据库结构进行修改或扩充。五、关系数据库与从E-R图导出关系表

E-R模型转化关系数据模型

关系数据模型把概念模型中实体以及实体之间的各种联系均用关系来表示。从用户的观点来看，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列构成。关系数据模型涉及的几个基本概念：1、关系2、元组3、属性4、域5、键（候选键、主键、外键）6、关系模式二维表（1）关系每一个关系用一张二维表来表示，常称为表。每一个关系表都有一个区别于其他关系表的名称，称为关系名。关系是概念模型中同一类实体以及实体之间联系集合的数据模型表示。

（2）元组（或记录）二维表中除表头外的非空行称为一个元组或记录。5行数据即为5个元组。2023/2/1（3）属性二维表中的每一列即为一个属性，每个属性都有一个显示在每一列首行的属性名。在一个关系表中不能有两个同名属性。（4）域域是属性的取值范围，即不同元组对同一属性的取值所限定的范围。“性别”的域为集合{男，女}，“年龄”的变化范围是0-120岁。

（5）键键在关系模型中用来标识属性。主要包括下列类型：候选键、主键和外键。候选键：属性或属性组合，其值能够惟一标识一个元组的候选关键字。主键：在一个关系中可能有多个候选关键字，从中选择一个作为主关键字。在学生选课系统中，将“学号”作为主键，因为如果“姓名”作为主键则同名学生将无法区分。2023/2/1外键：如果一个表中的字段不是本表关键字，而是另外一个表的关键字，则这个字段被称为外键。教师编号教师姓名课程编号100001刘安1501100002郭华1502100003杜钰1503100004王林1502课程编号课程名称1501数据库开发1502C语言程序1503网络技术（6）关系模式关系模式是概念模型中实体型以及实体型之间联系的数据模型表示。一般表示为：关系名（属性名1，属性名2，……，属性名n）学生信息表（学号，姓名，年龄，性别）E-R模型可以向现有的各种数据库模型转换，不同的数据库模型有不同的转换规则。主要有以下几种转换规则：（1）一个实体（2）1:1联系（3）1:n联系（4）m:n联系（5）三个和三个以上实体间的多元联系（1）一个实体类型转换成一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。若有“学生”和“课程”两个实体，根据一个实体转换成一个关系模式的规则，可以确定两个关系模型，如下所示：

学生（学号，姓名，性别，出生日期，专业，联系方式）课程（课程号，课程名称，学分）（2）一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与联系的任意一端实体所对应的关系模式合并。如果转换为一个独立的关系模式，则与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，每个实体的码均是该关系的候选码。1）“管