管理信息系统第三章管理信息系统的技术基础.ppt

管理技术概述数据处理数据库技术计算机网络,第三章管理信息系统的技术基础,管理技术概述,1.1 计算机硬件技术 计算机技术是指计算机硬件技术。自从1946年第一台电子计算机诞生以来，计算机的发展经历了四个时代即50年代真空电子管计算机、50年代末至60年代中期的晶体管计算机、60年代中期至70年代末的集成电路电子计算机及70年代末至今的大规模集成电路和超大规模集成电路电子计机。计算机技术的快速发展使其应用领域得到迅速膨胀，如字处理、决策支持、数据库管理、绘图、通信、工程、教育以及娱乐等无处没有计算机的影子。,1.2 计算机软件技术软件技术就是研究计算机系统软件、应用软件及其所依赖的基础理论(如数据结构、数据库原理等)和基本方法(如系统开发方法等)。系统软件是指为管理、控制和维护计算机及外设，以及提供计算机与用户界面等的软件。如操作系统(OS)、数据库管理系统(DBMS)、各种语言编译系统等。应用软件是指面向用户的、为用户服务的软件如科学计算类软件、数据处理类软件、辅助设计类软件等。操作系统是最基本的系统软件。操作系统具备两大功能:1、系统资源的管理者。2、用户与计算机之间的接口。目前常用的操作系统有UNIX操作系统、磁盘操作系统(DOS)、视窗(WINDOWS)、LINUX操作系统等。数据库管理系统是一种系统软件包，它帮助用户开发、使用、维护数据库。它既能将所有数据集成在数据库中，又允许不同的用户应用程序方便地存取相同的数据库。,管理技术概述,管理技术概述,1.3 数据通信技术通信技术是信息技术的另一个重要组成部分。数据通信是20世纪50年代后期随着电子计算机的广泛应用而发展起来的。数据通信系统是以计算机为中心，结合分散在远程的终端装置或其他计算机，通过通信线路彼此连接起来，进行数据的传输、交换、存储和处理的设备总称。数据通信系统主要由中央处理装置、终端设备、通信线路及相关设备(如调制解调器、集线器)等三大部分组成。中央处理装置包括主处理机、前端机及通信处理机，其主要功能有:完成两个部件之目的通信;在通信系统与计算机主机之间形成一个计算机级的接口，用以实现速度缓冲或串/并行转换。终端设备是向系统发送数据或程序并从系统接收信息的设备。通信线路是连接所有设备的通道，它可以是电话线路、双绞线路或光纤线路等。通信线路的优劣常由传输速率和出错率两个指标衡量。调制解调器可将终端或处理机的脉冲信号转变成载波信号送人电话网络系统或将电话网络中的载波信号转变为脉冲信号传送给终端或处理机。集线器是将两个以上的通信信道组合在一起，形成一个更高速的通信信道，以降低通信线路费用。,数据处理,2.1数据处理的概念和发展阶段 数据处理的主要目的 把数据转换成便于观察分析、传送或进一步处理的形式。从大量的原始数据申抽取、推导出对人们有价值的信息以作为行动和决策的依据。科学地保存和管理己经过处理(如校验、整理等)的大量数据，以便人们能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源。数据处理基本内容,数据收集 数据的筛选、分组和排序数据的运算 数据检索,数据转换 数据的组织 数据存储 数据输出,数据处理,2.1数据处理的概念和发展阶段数据处理的发展过程 简单应用(20世纪50年代以前)。这个阶段最基本的特征是无数据管理及完全分散的手工方式。文件系统(50年代后期到60年代中期)。这个阶段的基本特征是有了面向应用的数据管理功能，工作方式是分散的非手工的。数据库系统(60年代后期开始)60年代后期，计算机在管理中的应用更加广泛，数据量急剧增大，对数据共享的要求越来越迫切；同时，大容量磁盘已经出现，联机实时处理业务增多；软件价格在系统中的比重日益上升，硬件价格大幅下降，编制和维护应用软件所需成本相对增加。在这种情况下，为了解决多用户、多应用共享数据的需求，便数据为尽可能多的应用程序服务，出现了数据库系统,数据组织,2.2 数据组织 在管理信息系统中，大量的数据以一定的形式存放各种存储介质中，数据的组织方式及内在联系的表示方式决定着数据处理的效率，因而设计数据结构是数据处理工作的主要内容之一。数据结构 数据结构是指数据的存储结构及在此结构上的运算或操作。数据结构严格地又分为数据的逻辑结构和物理结构。,数据结构指针与链。在数据结构中，表征某一数据结构特点及其连接方式的基本单位称为结构的结点（node)。一个结点可以是一个字符、一个数字，也可以是一个记录、一个集合。一个结点通常有几个域，用来存放与结点有关的信息，存放结点本身信息的域称为数据域，存放结点与其他结点关系信息的域，称为指针域或链域，其中存放与结点有关的结点的地址称为指针。若干带指针的结点组成的集合，称为链。通常把指针指向的下一结点叫做后继结点，与本结点邻接的前一结点称为前趋结点。在表3.1所示的职工登记表中，每个职工的登记项有三项:工作证号(No.)、姓名(NAME)和年龄(AGE)。对应于这样一张表，如果采用链接存储方式，则每个结点有职工的No.、NAME、AGE数据域及指向下一个职工记录的指针域NEXT。如图3.4。通常把本结点的指针指向的下一结点叫做本结点的直接后继，反之，与本结点邻接的前一结点称为本结点的直接前趋。这样，上述职工登记表的链表结构如图3.5。,数据组织,数据结构指针与链。,数据组织,表3.1职工登记表,返回,数据结构指针与链。,数据组织,图3.4节点结构示意图,返回,数据结构线性表。线性表是指数据的结构形式本质上是一维的线性关系，其中的每个结点都是同一类型的数据结构。线性表中每个结点中的元素可以是一个数字、一串字符，或一项记录。将一个线性表存储到计算机中，可以采取许多不同的方式，最简单的是顺序存储方式即把线性表的结点按逻辑次序依次存放在一组连续的存储单元里，结点在计算机内的存放位置完全由结点在线性表中的顺序号决定，用这种方法存储的线性表称为顺序表。我们将链接方式存储的线性表称为链表。链表结构在每个结点设有链指针，用来指示下一个结点的位置，结点本身则可以存放在任意一组存储单元中，这些存储单元可以是连续的，也可以是分散的。结点之间的逻辑关系由指针表示，所以，在插人和删除操作中，只需改变前后结点的指针，而不需要进行大量的数据移动。,数据组织,数据结构树。树是结点之间有分支的、层次关系的结构，类似于自然界中的树。树结构在数据处理中应用最广泛，也是最重要的一类非线性结构，特别是在大规模数据处理中，经常会有大量的层次化嵌套数据，树结构为这类数据的表示提供了自然的表示方法及高效的运算手段。,数据组织,数据文件数据文件的概念。数据文件(简称文件)是为了某一特定目的而形成的同类记录的集合。记录是文件中可存取的最小单位，它由若干数据项构成。数据项是文件中可使用的最小单位。记录中能惟一地标志该记录的数据项称作主键。此外，还可能把另外一些数据项定为副键。主键和副键统称鉴别键，它们的功能是用来鉴别和搜索记录。数据文件的组织方式 数据文件的组织方式是指文件内部构造数据的方式 顺序文件。顺序文件即文件中的记录是按照某些关键宇排序的文件。索引文件。有时为了便于检索，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，这类包括文件数据区和索引表两大部分的文件称为索引文件。索引表的索引项应当按顺序排列，而数据文件本身可以按顺序排列，也可以不按顺序排列，前者称为索引顺序文件，后者称为索引非顺序文件。,数据组织,数据文件数据文件的组织方式直接存取文件,数据组织,数据文件数据文件组织方式的比较 顺序文件组织方式、索引文件组织方式和直接存取文件组织方式各有其特点和应用环境。不同的数据组织方法和不同的存储介质，对于采用何种类型文件，数据处理的效果和文件使用的效果有很大影响。表3.3说明了它们之间的关系。,数据组织,表3.3几种文件组织方式的比较,数据库数据库是比文件系统更高级的一种数据组织方式，在文件系统中，文件由记录构成，通过种种数据结构描述应用领域的数据及其关系，数据的存取以记录为单位。对于一个组织的管理信息系统来说，不仅要考虑某个应用的数据结构，而且要考虑全局数据结构。,数据组织,3.1 数据库系统的产生和构成 数据库系统的产生的主要标志 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(Information Management System)。美国数据系统语言协商会 的数据库任务组于60年代末到70年代初提出了DBTG报告。1970年，IBM公司San Jose研究实验室研究员发表了题为“大型共享数据库数据的关系模型”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。20世纪80年代以来，几乎所有新开发的数据库系统都是关系型的。微型机平台的关系数据库管理系统也越来越多，功能越来越强，其应用已经遍及各个领域。,数据库技术,3.1 数据库系统的产生和构成 数据库系统的构成 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。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。数据库管理系统(DBMS)。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及其编译程序以及数据管理例行程序。人员。数据库管理员。为了保证数据库的完整性、明确性和安全性，必须有人来对数据库进行有效的控制。系统程序员。是设计数据库管理系统的人员。用户。应用程序员:负责编制和维护应用程序，如库存控制系统、工资核算系统等。专门用户:指通过交互方式进行信息检索和补充信息的用户。参数用户:指那些与数据库的交互作用是固定的、有规则的人，如售货员，订票员等就是典型的参数用户。,数据库技术,3.2 数据库设计的主要内容 信息是人们对客观世界各种事物特征的反映，而数据则是表示信息的一种符号。从客观事物到信息，再到数据，是人们对现实世界的认识和描述过程，这里经过了三个世界(或称领域):现实世界，指人们头脑之外的客观世界，它包含客观事物及其相互联系。观念世界，又称信息世界，是现实世界在人们头脑中的反映。客观事物在观念世界中称为实体，为了反映实体和实体的联系，可以采用后面介绍的实体联系模型(E-R模型)。数据世界，是信息世界中信息的数据化。现实世界中的事物及其联系，在数据世界中用数据模型描述。数据库设计的步骤包括用户要求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计四个阶段，其中:概念结构设计是根据用户需求设计的数据库模型，所以称它为概念模型。概念模型可用实体联系模型(E-R模型)表示，也可以用后面介绍的3NF关系群表示。逻辑结构设计是将概念模型转换成某种数据库管理系统(DBMS)支持的数据模型(详见第六章)。物理结构设计是为数据模型在设备上选定合适的存储结构和存取方法。,数据库技术,数据库技术,3.3 数据处理系统传统文件处理系统,应用程序1,数据文件1,应用程序2,应用程序3,数据文件2,数据文件3,存在问题：,1、数据冗余与数据不一致性,2、数据联系弱,3、缺少数据字典，缺乏灵活性,用户,用户,用户,数据库技术,3.3 数据处理系统数据库处理系统,应用程序1,应用程序2,应用程序3,DBMS,数据库,特点：,中央数据库,用户,用户,用户,1、完善的数据字典和数据模型2、数据独立性3、方便的接口4、完整的数据控制功能5、提高了系统的灵活性,数据库技术,数据库技术,3.3 数据处理系统,数据库技术,3.4 数据库管理系统（DBMS）功能,1、数据库开发,2、数据库查询,3、数据库维护,4、应用与开发,操作系统数据库管理系统应用程序,数据库,数据字典,用户,1、数据库开发 数据库管理软件允许用户很方便地开发他们自己的数据库。改善了组织数据库的完整性和安全性。数据库管理员（DBA）利用数据定义语言（DDL）开发与说明数据内容、相互关系及每个数据库的结构，并把这些信息分类后，储存在一个专用的数据定义和说明的数据库中，这个数据库称为数据字典。由DBA控制、管理和维护。,数据字典 是数据库管理的重要工具。是超越数据的计算机分类与目录，即字典的内容是关于数据的数据。含有管理数据定义的数据库，其内容包括组织数据库的结构、数据元素及其他特征。由DBA管理，并经常被用户查询和向用户报告公司在数据方面有无变动，需要时DBA也可以修改所选数据元素的定义。,2、数据库查询 用户可以使用DBMS中的查询语言或报告发生器，询问数据库中的数据。有两种主要的查询语言，一种称为结构化查询语言（SQL），另一种称为取样查询（QBE）。,3、数据库维护 是在DBMS的支持下，由传送处理程序以及其他用户应用软件实现的。用户和信息专家可以通过DBMS调用各种实用程序以进行数据库的维护。4、应用与开发 DBMS的一个重要作用就是应用开发。,数据库技术,3.5 数据库模型及其组织结构,数据库模型数据库模型的作用：首先，通过数据库模型能使数据以记录的形式组织在一起，综合反映企业组织经营活动的各种业务信息，它既能使数据库含有各个用户所需要的信息，又能在综合过程中除去不必要的冗余。其次，该模型能反映企业组织中各部门业务信息所存在的内在联系。由于数据库数据的存取由DBMS提供实现的功能，因此建立企业组织的数据库模型必须与DBMS提供的数据模型相一致。,数据库技术,3.5 数据库模型及其组织结构,由DBMS所提供的数据库模型的类型：网络型、层次型和关系型。R1 R2 S1 S2 S6 R3 S3,S4,S5,S7,S8,S9,R4,学生关系框架：学号 姓名 年龄 性别课程关系框架：课程号 课程名 学时数学习关系框架：学号 课程号 分数,上三图反映了三种模型的典型结构。值得注意的是，数据模型重在数据结构，而不是指具体装入了什么数据，所以数据模型表示的是数据库的框架。,目前世界上最流行的是关系数据库，如ORACLE，SYABASE、INFORMIX及FOXPRO等关系型数据库的特点是用人们熟悉的表格数据的形式描述数据记录间的联系，它是以数据中的关系理论为基础的。,数据库技术,数据库的组织结构,物理模型内模式,用户A,用户B,用户D,用户E,外模式1（子模式1）,外模式2（子模式2）,概念模型（模式）,DBMS,OS,子模式/概念模式映射A,子模式/概念模式映射B,模式/内模式映射,3.6 数据库设计规范化范式理论,必要性：解决在关系模式设计时，存在的数据存储异常现象：数据冗余、修改异常、插入异常、删除异常等。,数据库技术,3.6 数据库设计规范化范式理论,数据库技术,第一规范型：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）。,3.6 数据库设计规范化范式理论,数据库技术,第二规范型：如果一个关系模式属于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。,3.6 数据库设计规范化范式理论,数据库技术,第三规范型：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）。,规范化程度越高,数据冗余,更新异常,连接运算时间,查询时间,效率,数据库技术,思考题,1、现实数据在物理存储时都有哪些文件组织方式？2、建立数据库是很容易简单的，不需要什么技术 理论指导，你同意这个观点吗？为什么？应该 怎么做？,计算机网络,计算机网络的概念 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。计算机网络的重要概念有:网络介质: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。协议:网络设备间进行通信的一组约定。如IEEE802.3，802.4，FDDI，ATM等。网络协议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千条分支的公共汇交点。链路:是指两个相邻节点之间的通信线路。,计算机网络,计算机网络的分类根据覆盖范围：局域网（LAN）城域网、广域网（WAN）等根据应用方式：内联网、外联网、互联网根据传输方式：X.25、帧中继、DDN、ISDN、ADSL、ATM、FDDI,计算机网络,计算机网络,1、网络操作系统2、网络协议,通信部件,1、通道特征,2、介质选择,3、网络连接设备,4、通信软件,1、传输介质互联2、中继器、集线器3、交换机4、路由器5、网关,（1）传输速率（2）传输模式（3）传输方向（4）交换选择（5）访问控制方式,计算机网络,传输介质双绞线(Twisted pair cable),双绞线 分屏蔽双绞线（STP）与介质为非屏蔽双绞线（UTP），其中屏蔽双绞线具有较高的带宽，因成本高而较少出现，非屏蔽双绞线因成本低而流行，两对线型的接插头称为RJ11，四对线型的 接插头称为RJ45。,双绞线共分5大类：1类(CAT1)：用于音频传输；2类(CAT2)：速率为1Mbps，早期用于1M的令牌网；3类(CAT3)：称为音频电缆，可用于10M以太网；4类(CAT4)：主要用于16M令牌网，也勉强可用于10/100M以太网 5类(CAT5)：速率为100M，可用于10/100M以太网,计算机网络,传输介质同轴电缆(Coaxial cable),粗缆（RG-11）：直径为10mm，阻抗为50，带宽10M，连接方式是以针状的插针刺入电缆中并接触到电缆中心的导体。需要通过外部收发器来将信号 传入计算机或发向网络。接插 头称为AUI。细缆（RG-58）：直径为5mm，带宽10M，连接方式是简单串接，因此可靠性低，一点短、断路将会波及全网，接插头称为BNC，简称T型头，与设备端连接处不得再有线路出现。需要终端匹配器，阻抗为50，CATV（RG-59）：直径为0.5英寸，阻抗为75，带宽50M，连接方式是中继放大式树状连接，接插头称为BNC。,计算机网络,多模光纤：内径为50微米(62.5)的光纤介质，光沿非轴路径在壁之间波浪式反射，多频率共存（多色光），用发光二极管作光源(LED)。传输距离近，2公里左右，损耗大，成本低。其中多模突变光损耗更大,计算机网络,4.3网络体系结构简单局域网拓扑结构混合局域网拓扑结构局域网体系结构,计算机网络,4.3网络体系结构简单局域网拓扑结构,计算机网络,4.3网络体系结构混合局域网拓朴结构,.,.,.,集线器,PC1,PC2,PC3,星形环,.,PC4,.,PC5,物理连接,数据流,.,.,.,集线器,PC1,PC2,PC3,.,PC4,.,PC5,星形总线,集线器,.,PC4,.,PC5,集线器,集线器,集线器,集线器,菊花链形,计算机网络,4.3网络体系结构局域网体系结构,1、文件服务器结构2、客户服务器模式3、对称式结构4、中间件结构,计算机网络,4.3网络体系结构局域网体系结构文件服务器结构,文件服务器结构NETWARE选用一台容量大，磁盘访问速度快的机器作为文件服务器，其目的是为工作站保存大量的文件以便共享。该结构网络中各工作站不能相互访问，只能通过服务器间接交换数据，服务器可以作为工作站的逻辑盘服务器的磁盘采用智能化管理模式，统一对工作站文件访问进行最短路径访问。,运行,计算机网络,4.3网络体系结构局域网体系结构客户/服务器模式,运行,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,响应,响应,结果,结果,结果,结果,结果,结果,结果,结果,结果,结果,客户服务器模式Windows NT服务器不再是简单的作为大型运行程序或数据库文件的集中保存设备，而是为客户端完成确切的操作，且仅将操作结果传送给客户端客户端之间不能相互访问，除非有特别的支持（如微软网络，相当于存在响应服务器）请求响应用户数与响应时间（事务处理能力）是对服务器性能的衡量,计算机网络,4.3网络体系结构局域网体系结构对称式结构,对称式结构Windows for Groups每个机器既是工作站，同时又是服务器Windows 系列采用这种思想，每个机器可以被其他机器共享，作为其它机器的打印机服务器，或是光驱提供者，也可运行网络数据库供其它机器共享缺点是由于机器之间的性能接近，而起不到服务器所应起的作用,计算机网络,4.3网络体系结构局域网体系结构中间件结构,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,响应,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,请求,响应,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,应答,中间件结构基于WEB的数据库系统无论什么服务器均采用统一的客户前端（如浏览器），对于无法进行响应的请求，由服务器方以客户的身份再向其它服务器进行请求，并将所获得的结果以原请求方可以接受的形式返回，完成这种功能的服务器称为中间件服务器。中间件是Intranet的需求，是Web技术向新的阶段发展的标志。在数据库应用方面有关安全性尚需研究。,计算机网络,4.4 ISO的OSI参考模型,开放系统互连参考模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层物理层：通过用于通信的物理介质传送和接收原始的位流。数据链路层：将位流以帧为单位分割打包，向网络层提供正确无误的信息包的发送和接收服务。,计算机网络,4.4 ISO的OSI参考模型,网络层：负责提供连接和路由选择，包括处理输出报文分组的地址，解码输入报文组的地址以及维持路由选择的信息，以便对负载变化做出适当的响应。传输层：提供端到端或计算机与计算机之间的通信，从会话层接收数据，将它们处理之后传送到网络层，并保证在另一端能正确地接收所有的数据块。会话层：负责建立、管理、拆除进层之间的连接，“进层”是指如邮件、文件传输、数据库查询等一次独立的程序执行。,计算机网络,4.4 ISO的OSI参考模型,表示层：负责处理不同的数据表示上的差异及其相互转换，如ASCII码与EBCDIC码之间的转换，不同格式文件的转换，不兼容终端的数据格式之间的转换。应用层：直接和用户进行交换。OSI可以被认为是一种理想的工业标准，TCP/IP（transmission control protocol/internet protocol）是事实上的标准。TCP是传输层控制协议，IP提供网络层服务。,