第六章 信息系统与数据库.ppt

1、第六章 信息系统与数据库,第六章 信息系统与数据库,6.1 计算机信息系统 6.2 关系数据库系统 6.3 信息系统开发与管理 6.4 典型信息系统 6.5 信息化与信息社会,6.1 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,6.1.1 什么是计算机信息系统,计算机信息系统（Computer_based Information System ，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。 信息系统是一种面广量大的计算机应用系统 技术特点 数据量大,一般需存放在外存中, 数据存储持久性, 数据资源使用共享性; 信息服务功

2、能多样性,6.1.2 信息系统的类型,从信息处理的深度来区分 业务处理系统 管理业务系统 面向操作层 面向管理层 辅助技术系统(CAD、CAM、CAPP) 办公信息系统（办公自动化系统OA） 信息检索系统（搜索引擎） 信息分析系统（决策支持系统DSS、专家系统）,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,6.2.1 数据管理的需求和数据库系统,例：高校教学业务管理 由于数据量急剧增长，计算机用于管理并实现共享数据的需求越来越迫切。人们逐步发展了以统一管理和共享数据为主要特征的数据库系统（

3、DBS）。 在DBS中，数据不再仅仅服务于某个程序或用户，而是按一定的结构存储于数据库，作为共享资源，由数据库管理系统（DBMS）的软件管理,使得数据能为尽可能多的应用服务。,数据库中应用程序与数据库关系,数据库系统（DBS）的组成,应用程序 计算机支持系统 硬件支持环境、软件支持平台 数据库（DB） 数据库管理系统（DBMS） 人员 数据库管理员、系统分析设计和开发人员、用户,数据库系统的组成,数据库系统各成分关系,数据库系统的特点,数据结构化 数据面向全局应用，用数据模型描述数据和数据之间的联系。 数据可共享 从全局分析和描述数据，适应多个用户、多种应用共享数据的需求。可减少数据冗佘，节省

4、存储空间，保证数据的一致性. 数据独立于程序 逻辑独立性:应用程序与DB的逻辑结构相互独立. 物理独立性:应用程序与DB的存储结构相互独立. 统一管理控制数据 DBMS管理控制数据功能:安全性,完整性.并发控制,恢复.,数据模型的概念总结,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) 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

5、系模型和面向对象模型4种，其中关系模型最普遍。,关系数据模型的数据结构,学生登记表(S),课程开设表(C)与学生选课成绩表（SC）之间的联系:,关系数据模型的数据结构,关系模式的描述形式:,R（A1,A2,Ai,An）,或者: R =（A1,A2,Ai,An）,其中:R为关系模式名，即二维表名。 Ai（1in）是二维表中的列名。,关系模式的描述形式,例：学生登记表(S),课程开设表(C)与学生选课成绩表 （SC）的关系模式表达,S （SNO，SNAME，DEPART，SEX，BDATE，HEIGHT） C （CNO，CNAME，LHOUR，SEMESTER） SC（SNO，CNO，GRADE）

6、,关系模式的主键,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. 例：学生登记表(S),课程开设表(C)与学生选课成绩表（SC）的主键可以是哪些？,关系模式的存储结构,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。,关系模式的特点一,关系数据模型是1970年由（美）E.F.Codd首次提出的。关系数据库得以迅速发展和普

7、遍应用，主要得力于关系数据模型所具有的下列特点： 关系模型建立在严格的数学理论基础上 关系数据模型的概念单一 对二维表的操作是“非过程性”,关系模式的特点二,每一个列对应一个域，列名不能相同.。 关系中所有的列是原子数据 (原子数据是不可再分的) 关系中不允许出现相同的行 (即不能出现重复的行) 关系是行的集合，行的次序可以交换。 (按集合的性质) 行中列的顺序可以任意交换。(按集合的性质,但使用按定义顺序),关系模式的特点三,数据模型和模式的区别 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

8、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。,关系模式的特点四,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。,关系数据模型的完整性,关系模型的完整性约束 实体完整性约束 引用完整性约束 用户定义完整性约束,6.2.3 关系操作,传统集合操作 并、交、差 专门关系操作 插入、删除、更改、选择、更改、投影、连接,关系操作,举例用例(5张二维表):,SC1:60-80分成绩表,

9、SC2:70-100分成绩表,传统集合的关系操作,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。,传统集合的关系操作,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。,传统集合的关系操作,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

10、元组。 例，关系SC1与关系SC2进行差操作: 注：“差”操作没有交换律,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: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）。,专门的关系操作,删除 删除操作为一元操作，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。,专门的关系操作,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”，SEMEST

11、ER值由“秋”改为“春”。,专门的关系操作,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”。,专门的关系操作,投影 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。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

12、投影操作.,专门的关系操作,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.,6.2.4 关系数据库语言SQL,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. 特点 是一种“非过程语言” 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产品所支持,SQL数据库的体系结构,SQL数据定义,SQL数据定义语言DDL 作为建立数据库最重要的一步，根据关系模式定义

13、所需的基本表，SQL语句表示为：,其中: 表示可含有该子句，也可为空. 基本表名字. 每个基本表可以由一个或多个列组成。 定义基本表时要指明每个列的类型和长度，同时还可 以定义与该表有关的完整性约束条件,CREATE TABLE （列名数据类型完整性约束条件，）,SQL的数据查询,查询是数据库的核心操作。SQL提供SELECT语句,具有灵活的使用方式和极强查询的功能。关系操作中最常用的是“投影、选择和连接”,都体现在SELECT语句中: SELECT A1，A2，An FROM R1，R2，Rm WHERE F SELECT语句语义为：将FROM子句所指出的R(基本表或视图)进行连接，从中选取

14、满足WHERE子句中条件F的行（元组），最后根据SELECT子句给出的A(列名)将查询结果表输出。,SQL的数据查询,单表查询 从指定的一个表中找出符合条件的元组. 例如，查询表S中所有男学生名的情况.,SELECT * FROM S WHERE SEX男；,SQL的数据查询,连接查询 一个查询同时涉及两个以上的表，称连接查询。是关系数据库中最主要的查询。 例，查询每个男学生及其选修课程的情况（根据上述表S，C，SC）。要求列出学生名，系别，选修课程名及成绩。 SELECT SNANE，DEPART，CNAME，GRADE FROM S，C，SC WHERE S.SNOSC.SNO AND S

15、C.CNOC.CNO AND S.SEX男；,SQL的数据更新,插入语句 插入语句INSERT可将一个记录插入到指定的表中：,INSERT INTO （，） VALUES（，）,例如，将一个新的课程记录插入到课程开设表C中:,INSERT INTO S（CNO，CNAME，LHOUR，SEMESTER） VALUES（CW101，论文写作，30,春),SQL的数据更新,更改语句 对指定表中已有数据进行修改。语句格式如下：,例如，将表C中ME234课程的课时改为30,并改成春季开设：,UPDATE SET .WHERE,UPDATE C SET LHOUR=30, SEMESTER春 WHERE

16、 CNOME234 ；,SQL的数据更新,删除语句 SQL删除语句的格式为：,例如，从C表中删除课程号为CC112的记录,DELETE FROM WHERE ,DELETE FROM C WHERE CNO=CC112;,SQL的视图,视图是DBMS所提供的一种由用户观察数据库中数据的重要机制。视图可由基本表或其他视图导出。它与基本表不同，视图只是一个虚表，在数据字典中保留其逻辑定义，而不作为一个表实际存储数据。 SQL用CREATE VIEW语句建立视图，其格式为： CREATE VIEW 视图名列名， AS 子查询,6.2.5 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

17、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。 体系结构的发展可以分为五个阶段： 一、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。,数据库系统及应用新技术,二、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D

18、B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。 三、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.,数据库系统及应用新技术,四、分布式数据库系统 在分布式DBS中，把一个单位的数据按其来源和用途，合理分布在系统的多个地理位置不同的计算机结点上(局部数据库)，使数据可以就近存取。数据在物理上分布后，由系统统一管理。系统中每个地理位置上的结点实际上是一个独立的DBS，它包括本地结点用户、本地DBMS和应用软件。每个结点

19、上的用户都可以通过网络对其他结点数据库上的数据进行访问，就如同这些数据都存储在自己所在的结点数据库上一样。,数据库系统及应用新技术,五、并行数据库系统 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。,6.3 信息系统开发与管理,6.3.1 软件工程与信息系统开发概述 6.3.2 系统规划与分析 6.3.3 系统设计 6.3.4 系统实施与运行维护,6.3.1软件工程与信息系统开发概述,软件危机和软件工程 软件危机的三大原因 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

20、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。 1968年提出“软件工程” 软件工程方法要点 软件开发技术 软件工程管理 软件开发方法 软件开发工具。,常用信息系统开发方法,结构化生命周期方法（1） 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,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，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

21、法。,常用信息系统开发方法,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。,常用信息系统开发方法,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

22、终开发出符合用户要求的信息系统。,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DBS的设计技术。 DBS设计任务:,数据库系统设计概要,DBS设计步骤,6.3.2 系统规划和分析,系统规划 系统规划任务: 调查应用部门的环境、目标和现行系统. 根据其发展目标对新系统的需求,进行分析和预测. 考虑新系统所受的各种约束. 研究开发新系统的必要性和可能性，提出方案和计划. 从管理、技术、经济和社会等方面进行可行性分析.,系统规划的过程,系统规划与分析,系统分析 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. 系

23、统分析的方法 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。 系统分析的工具 数据流程图、数据字典,6.3.3 系统设计,系统设计的任务和内容 系统设计任务:为实现系统目标具体规定数据结构和系统功能. 系统设计的内容: 概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计.,概念结构设计,定义： 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。 概念结构设计的方法和过程 开发一个全局性的信息系统，由于其问题的复杂性，在系统规划和需求分析阶段一般采用自顶向下的方法。而在概

24、念结构设计中则采用自底向上的方法，即首先定义各局部应用的概念结构，然后将它集成起来得到全局的概念结构。 概念结构设计的工具 E-R图（ 实体-联系概念 ）,逻辑结构设计,面向系统的全局关系模式: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 所支持的关系型数据的逻辑结构，即面向系统的全局关系模式. 面向用户的视图:是全局关系模式的子集.,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. 物理结构设计的两个目标： 提高数据库系统的性能 有效利用存储空间 DBS的物理结构设计与多种因素有关 数据库物理设计和一

25、般产品设计有区别,6.3.4 系统实施与运行维护,系统实施1 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。,系统实施与运行维护,系统实施2 系统测试 模块测试：测试系统中的每一个程序模块。 系统测试：整体角度验证系统的功能。 验收测试：为系统准备投入实际应用提供最终证明。,系统的运行维护,定义： 在保证信息系统

26、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。 说明： 数据库维护是一项有技术难度的工作，实质它是再分析、再设计、再编程、再测试的过程，同时还包括程序和各种文档的修改。 时间上看，维护是DBS应用的最后一个阶段，但从工作性质来看，维护实际是与DBS管理密切相关的活动，是数据库应用的深化。,6.4 典型信息系统,6.4.1 制造业信息系统 6.4.2 电子

27、商务 6.4.3 电子政务 6.4.4 地理信息系统和数字地球 6.4.5 远程教育 6.4.6 远程医疗 6.4.7 数字图书馆,6.4.1 制造业信息系统,分类 计算机集成制造系统（CIMS） 辅助技术系统 计算机辅助设计(CAD) 计算机辅助工艺规划(CAPP) 计算机辅助制造(CAM) 管理业务系统 制造资源计划系统(MRP) 企业资源计划(ERP),6.4.2 电子商务,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）及自动捕获数

28、据（如条形码）等. 分类 按照交易商品性质分类 有形商品的电子订货和付款 无形商品和服务,电子商务的分类,按照使用网络类型分类 电子数据交换(EDI) 基于Internet电子商务 基于Intranet/Extranet的电子商务 按照相交易的双方分类 企业内部的电子商务 企业与客户之间的电子商务(B-C) 企业之间的电子商务(B-B) 企业与政府之间的电子商务,6.4.3 电子政务,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

29、率，并为社会公众提供高效、优质、廉洁的一体化管理和服务。 发展 办公自动化政府信息化电子政府电子政务,6.4.4 地理信息系统和数字地球,地理信息系统（GIS） 是针对特定应用任务，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。,地理信息系统和数字地球,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。,6.4.5 远程教育,定义 ： 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。 形式： 基于Web的软件实现方式 基于视频会议系统的实现方式 新发展： 虚拟现实、人工智能、知识工程,6.4.6 远程医疗,定义： 指通过计算机技术、通信技术