MIS3-第3章计算机技术.ppt
第3章 管理信息系统的技术基础,主要内容3.1 数据处理与计算机基础3.2 数据组织,3.1 数据处理与计算机基础,3.1.1 数据处理数据处理：指把来自科学研究、生产实践和社会经济活动等领域中的原始数据，用一定的设备和手段，按一定的使用要求，加工成另一种形式的数据的过程。一、数据处理的目的二、数据处理的基本内容,3.1.2 计算机基础,3.1 数据处理与计算机基础,说明：由于本部分的内容在计算机文化、Internet及其应用、计算机网络等课程中已讲述过，所以本课的学习以回顾为主。,计算机的产生（现代史）1945年,美国数学家冯.诺依曼博士发表电子计算工具逻辑设计论文，提出二进制表达方式和存储程序控制计算机构想。1946年,美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机 ENIAC。重28吨，耗电150kW，占地170平米，用电子管18800个，每秒5000次加法。,3.1 数据处理与计算机基础,电子计算机的发展简史第一代 电子管时代(1946-1958)耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言第二代 晶体管时代(1958-1965)变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言第三代 中小规模集成电路时代(1965-1970)存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒第四代 大规模集成电路时代(1971至今)向大型机和微型机两个方向发展现代计算机发展方向巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化,3.1 数据处理与计算机基础,计算机的六大分类（1）巨型机世界几家公司生产，最快1.4万亿次，9千个CPU组成。Cray-1,Cray-2,Cray-3,国产银河I,银河II,银河III,天河一号。小巨型机功能同巨型机相近，价格相对便宜，发展十分迅速。美国Convex公司的C系列机为其代表产品。大型机大中型企事业单位作为计算中心的主机使用，统一调度主机资源。代表产品有IBM360，370，4300等。,3.1 数据处理与计算机基础,计算机的六大分类（2）小型机可以满足部门性的需求，供小型企事业单位使用，典型产品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列，国产太级工作站用于特殊的专业领域，例如图象处理和辅助设计等。典型产品有HP-APOLLO，SUN工作站等。微型机个人或家庭使用，PC机/个人计算机，价格低廉,3.1 数据处理与计算机基础,计算机的应用领域科学研究计算密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算过程控制机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制辅助设计/分析/制造/教学机械CAD，建筑CAD，CAE，CAM，CAI数据处理数据库管理，企业信息管理，统计汇总、办公自动化智能模拟人工智能、专家系统、自学习,3.1 数据处理与计算机基础,冯.诺依曼机具有如下基本特点计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。采用存储程序的方式，程序和数据放在同一存储器中，由指令组成的程序可以修改。数据以二进制码表示。指令由操作码和地址码组成。指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序替增。机器以运算器为中心，数据传送都经过运算器,3.1 数据处理与计算机基础,诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序”+“程序控制”要点：1以二进制表示数据和指令(程序)2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行,输入设备,控制器,输出设备,CPU,存储器,运算器ALU,3.1 数据处理与计算机基础,计算机程序的运行 一个CPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造时安排好的，是固定的，用户不能改变。程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令序列。构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放。要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。,3.1 数据处理与计算机基础,计算机程序的运行 指令是CPU能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数 等 计算机能够执行的各种不同类型指令的总和称为该机的指令系统。指令系统决定了计算机的功能。指令越多，计算机功能越强，线路也就越复杂。以下是几类基本指令：数据传送指令算术运算指令逻辑运算指令程序控制指令输入/输出指令其他指令,3.1 数据处理与计算机基础,3.1.2.1 计算机硬件,微处理器一般功能进行算术逻辑运算可接收和发送数据可暂存少量数据提供控制信号对指令解码,CPU的发展辅助处理器对偶处理器并行处理器RISC处理器MMX处理器Pentium系列,3.1.2.1 计算机硬件,存储器分类,3.1.2.1 计算机硬件,主存储器只读存储器（ROM）随机存储器（RAM）,3.1.2.1 计算机硬件,二级存储器磁盘、磁带、光盘,3.1.2.1 计算机硬件,输入设备键盘、扫描仪、鼠标输出设备打印机、显示器视频声音识别光和磁识别,3.1.2.1 计算机硬件,3.1.2.2 计算机软件,软件分为两类：系统软件：管理与支持计算机系统资源及操作的程序，是计算机硬件和应用程序之间重要的软件接口。应用软件：综合用户信息处理需求的、直接处理特定应用的程序。软件发展趋势：程序设计语言向对话式、自然语言方向发展向更容易使用的多目标应用软件包发展,分类：系统管理程序：用于管理计算机系统的硬件、软件和数据资源。包括操作系统、数据库管理程序、通信管理程序。系统支持程序：通过提供各种支持服务，以支持计算机系统的操作和管理。包括系统实用程序、安全管理器等。系统开发程序：帮助用户开发信息系统的应用程序。包括各种语言编译器、开发工具、辅助软件工程包等。,3.1.2.2 计算机软件,操作系统是一台计算机最基本、最重要的软件包，它控制CPU的操作，控制计算机系统的输入/输出，资源的分配，为应用程序提供各种服务与接口。五大功能：用户界面资源管理任务管理文件管理实用程序与支持服务操作系统分类：批处理OS、分时OS、实时OS。【参见109页图8.2】,3.1.2.2 计算机软件,DOS曾经是PC机上最常用的操作系统，以简单、可靠赢得了广大用户的青睐。但由于未能紧跟计算机硬件技术的发展，最终退出了历史舞台。Windows3X是PC机上最为成功的DOS扩展器，它在DOS的基础上改进了用户接口、内存管理和设备管理，增加了对多媒体的支持，实现了图形用户界面，为PC机操作系统的进一步发展打下了基础。,3.1.2.2 计算机软件,Windows95是一个全新的32位PC机操作系统，它充分利用了PC硬件技术发展的新成果，在支持原有16位应用的基础上，把PC操作系统技术向前推进了一大步。UNIX系统经过20多年的锤炼，以高可靠性、高效率和强大的TCP/IP支持、支持并行处理和多处理器和独有的64位计算使其成为企业级应用的首选。作为UNIX风格的操作系统。,3.1.2.2 计算机软件,LINUX秉承了UNIX系统的优秀特性，以可靠、高效和近乎为零的使用成本而成为一种重要的操作系统。NetWare以其独特的结构、良好的运行效率和强大的目录管理服务，成为PC局域网络的最主要的网络操作系统。,3.1.2.2 计算机软件,Windows NT继承了微软公司Windows系列操作系统的优良特性，是一种可移植性好，支持多种硬件平台，功能强大，可靠性好、灵活性高的企业级操作系统。它采用了先进的操作系统技术，如虚存管理、优先权多任务、结构化异常处理和操作系统对象等，支持对称式多处理器，提供了Windows图形用户界面，兼容WIN32程序、16 Windows程序、MS-DOS程序、POSIX程序和OS/2程序等。Windows NT以其灵活、强大的功能和稳定可靠的性能成为了目前最为重要的操作系统之一,3.1.2.2 计算机软件,其他系统管理软件数据库管理系统（DBMS）OracleSybaseMS SQL server通信管理器系统支持程序,3.1.2.2 计算机软件,程序设计语言:机器语言。特点：采用二进制代码指令随机器而异效率高，执行速度快编程繁琐，工作量大，不直观汇编语言高级语言。优点：更接近自然语言，一般采用英语表达，便于理解、记忆、掌握。高级语言编写的程序短小，易于编写、调试。可移植性强。,3.1.2.2 计算机软件,高级语言不能被计算机直接识别和执行，必须先翻译成用机器指令表示的目标程序。翻译的方式有两种：解释执行编译执行第四代语言（4GL）是一种十分接近英语和其他人类语言的自然语言面向对象的语言,3.1.2.2 计算机软件,3.1.2.3 通信与网络,主要内容通信系统通信部件及其功能通信网络的分类与应用通信管理,通信的定义利用通信设备和线路将地理位置不同的，功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统）实现网络中资源共享和信息传递的系统。,3.1.2.3 通信与网络,远程通信模型远程通信是指以一定的形式，如语言、数据、文本和图象，使用电或者光的介质，从一个地方发送到另一个地方。数据通信是更专门的定义，指的是数据的传送。远程通信的基本组成：终端远程通信处理器（调制解调器、路由器）远程通信信道和介质（双绞线、同轴电缆、光纤、微波、卫星、红外线）计算机网络通信控制软件,.,微机（甲地）,.,远程通信处理器,远程通信信道和介质,计算机（远程通信软件）,3.1.2.3 通信与网络,计算机通信网络的演变和发展第一代远程联机系统终端终端控制器前端处理机主机,3.1.2.3 通信与网络,计算机通信网络的演变和发展第二代多计算机互联（典型：ARPANET）采用存储转发方式。通信子网：IMP和它们之间互联的通信线路一起负责完成主机之间的通信任务，构成通信子网。资源子网：通过通信子网互联的主机负责运行用户应用程序，向网络用户提供可供共享的软硬件资源，组成资源子网。,3.1.2.3 通信与网络,计算机通信网络的演变和发展第三代 国际标准化的网络，具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化的协议。其互联的国际标准为ISO7498。该模型也称OSI七层模型。计算机网络分布式系统,3.1.2.3 通信与网络,通信信道的特征传输速率：以带宽衡量，决定了通道最大的数据传输率，单位是bps（位/秒）。传输模式：同步传输与异步传输。传输方向：单工、半双工、全双工。交换选择：线路交换报文交换分组交换介质访问控制方式竞争方式（CSMA/CD）令牌通行,3.1.2.3 通信与网络,通信介质通信介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。分为有线和无线两大类。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。,3.1.2.3 通信与网络,通信处理机及其功能调制解调器（MODEM）：将数字信号和模拟信号互相转换的设备。多路复用器：为了有效的利用传输系统，采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理电缆上进行传输，实现这种功能的设备叫做多路复用器。频分多路复用FDM时分多路复用TDM交换机网络互联设备中继器桥接器路由器网关,3.1.2.3 通信与网络,通信软件功能：存取功能传送控制网络管理出错控制安全管理网络协议：协议是两台计算机之间进行通信必须遵循的一组规则。,3.1.2.3 通信与网络,OSI参考模型网络结构,应用层,表示层,对话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,交换单元名称,信息,信息,信息,信息,信息分组,帧,位,主机A,主机B,应用层,表示层,对话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,路由选择,TCP/IP,3.1.2.3 通信与网络,网络拓扑结构分为两大类：点到点星形结构环形结构树形结构网状结构广播式总线结构卫星和无线电,3.1.2.3 通信与网络,局域网以太网（Ethernet）：802.3协议（CSMA/CD）；采用星形或者总线拓扑结构。客户机/服务器结构(Client/server,C/S)：客户机运行本地应用软件，向服务器发出关于数据处理的请求；服务器收到请求后，进行相应的数据处理，然后将结果发送给客户机，由客户机将结果显示给用户。优点：支持多种关系数据库支持多种机型和操作系统合理利用资源容易做到数据共享易于维护和升级,3.1.2.3 通信与网络,客户机/服务器结构：(C/S),3.1.2.3 通信与网络,浏览器/服务器结构(Browser/Server,B/S)：B/是Brower/Server的缩写，客户机上只要安装一个浏览器（Browser），如Netscape Navigator或Internet Explorer，服务器安装Oracle、Sybase、Informix或 SQL Server等数据库。浏览器通过eb Server 同数据库进行数据交互。优点：B/S最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易，只要能上网，再由系统管理员分配一个用户名和密码，就可以使用了。甚至可以在线申请，通过公司内部的安全认证（如证书）后，不需要人的参与，系统可以自动分配给用户一个账号进入系统。,3.1.2.3 通信与网络,浏览器/服务器结构:(B/S),3.1.2.3 通信与网络,广域网分布队列双总线DQDB网：高性能、双总线光纤城域网，数据传输速率高于40Mbps，传输距离达50km。其结构由网络节点和两条方向相反的单向光纤构成。X.25公用网：采用分组交换线路，在公共数据网上以分组形式工作。实现了OSI七层协议中的物理层、数据链路层、网络层。Internet/Intranet：运行公共的通信协议TCP/IP，把各个国家、区域网连成一个覆盖全球的网络系统，在网上提供丰富的共享资源和广泛的应用服务。综合服务数字网（ISDN）：ISDN的中心思想是全数字化：电话、传真、电视等全是数字设备，传输的信息不再有模拟信号，而是数字脉冲。这样所有的设备可以共享同一个网络，实现互联互通。,3.1.2.3 通信与网络,通信管理在管理中的应用影响效果：1）压缩时间；2）降低地理位置限制；3）重组关系,3.1.2.3 通信与网络,通信网络的发展趋势通信网络是竞争武器组织的一种联络手段重要的技术投资通信网络是企业一个重要的复杂决策领域一个企业的通信已不再局限于办公室电话和长途电话范围，而是属于公司主架结构中的一部分。同样也是计算机信息系统集成中的一部分，用于降低成本，改进生产过程，共享资源，锁定顾客和供应商，发展新产品和服务。通信网络产生的附加值,3.1.2.3 通信与网络,3.2.1 数据结构3.2.2 数据文件3.2.3 数据库,3.2 数据组织,3.2.1 数据组织结构,3.2.1 数据组织结构指针与链线性表树,人们需要用数据来进行决策和采取行动如果这些数据能够在限定的时间内被检索处理，这些数据就产生了价值，成为信息。因此需要将数据有序的组织起来，才能对数据进行有效的处理。数据的逻辑组织有四个基本的逻辑元素：数据项记录文件数据库,3.2.1 数据组织结构,数据组织的层次,3.2.1 数据组织结构,数据组织的相关概念数据项是组成数据系统的有意义的最小基本单位。它的作用是描述一个数据处理对象的某些属性。记录与数据处理的某一对象有关的一切数据项构成了该对象的一条记录。标识记录的数据项称为关键项。文件相关（同类）记录的集合称为文件。数据库按一定方式组织起来的逻辑相关的文件集合形成数据库。,3.2.1 数据组织结构,数据结构 数据结构是计算机信息处理中的一个重要概念，包括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。,3.2.1 数据组织结构,数据的逻辑结构是指数据间的逻辑关系，逻辑结构包括两大类：线性结构和非线性结构，线性表、栈、队列及串为线性结构，而树和图则为非线性结构；物理结构又称存储结构，指数据元素在计算机存储器中的存储方式，存储方式一般有四种：顺序存储、链接存储、索引存储及散列存储，同一种逻辑结构采用不同存储方式可以得到不同的数据结构，如线性表以顺序存储方式存储时得到顺序表数据结构，而以链接存储方式存储则得到链表数据结构。对于给定的逻辑结构需要寻找一种恰当的与其对应的存储结构，以便在计算机中存储。通常把这种对应关系称为映象。,3.2.1 数据组织结构,1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。,结点的结构,3.2.1 数据组织结构,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)。,图 结点示意图,3.2.1 数据组织结构,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,3.2.1 数据组织结构,2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。,3.2.1 数据组织结构,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。对于顺序表，若开始结点的存放位置为LOC(K1)，每个结点占用空间大小为L，则第i个结点ki的存放位置可由下式直接计算得到因而，对于顺序表任何一个结点的检索都很方便。,3.2.1 数据组织结构,但是，如果要在顺序表中插人或删除一个结点时，就没有这么简单了。如图所示，线性表中有五个元素，按数值大小顺序排列，依次占据了五个存储单元。现若要插入一个数23，由于插入后的线性表仍要求有序，必须将25以后的元素依次向后移动一个单元。同样，若要删除第4个元素23，则需把后面的25和39依次向前移动一个单元。,3.2.1 数据组织结构,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，在插入和删除操作中，只需改变前后结点的指针，而不需要进行大量的数据移动。由于单链表在搜索时，只能沿一个方向进行，并且每搜索一个结点，都必须从头结点开始，搜索效率很低。为了改变这种情况，人们对单链表进行了许多改进，如把最后一个结点的指针指向头结点，形成循环链表；在每个结点中加上一个指向前趋结点的指针，则构成双向链表等。,3.2.1 数据组织结构,删除结点,插入结点,3.2.1 数据组织结构,3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。图示为一个树结构的实例，它反映了不同规格的钢材的库存情况。,3.2.1 数据组织结构,3.2.2 数据文件,3.2.2 数据文件文件系统是数据处理的主要方式，建造容易，使用灵活，处理速度快，特别适合单项业务系统使用（如财务、库存等管理系统）。,数据文件 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。文件系统是负责存取和管理文件的软件。,3.2.2 数据文件,文件组织形式建立并确定数据记录的物理顺序和逻辑顺序之间的对立关系。,逻辑数据记录,物理存储方式,顺序文件索引文件链表文件直接存取文件,顺序映射关系,3.2.2 数据文件,顺序文件文件中数据记录的物理顺序与逻辑顺序一致，文件记录按关键字值的递增（或递减）次序排序，形成其逻辑顺序。,文件记录,物理设备,关键字值,相对磁道,3.2.2 数据文件,索引文件具有索引表的文件称为索引文件。,索引文件,主文件,索引表,数据记录区,索引区,记录原始信息,记录关键字+记录地址,组成,映射,加工,3.2.2 数据文件,举例,主文件,索引表,关键字学号与学生记录地址的对应表,3.2.2 数据文件,链表文件直接存取文件 直接存取文件没有索引，而是通过一些寻址方法找到记录的关键字与存储地址之间的相应关系，然后进行直接的存取。,记录,记录,记录,记录,入口,3.2.2 数据文件,几种文件组织方式的比较,3.2.2 数据文件,传统文件处理系统存在问题数据冗余与数据不一致性数据结构的不一致，数据联系弱缺少数据字典，缺少灵活性,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,用户,用户,用户,3.2.2 数据文件,银行文件处理系统,客户财务报表,分期贷款程序,帐户核对处理,存款处理,分期贷款处理,贷款分析报告,客户票据,存款文件修改,文件修改核对,帐户核对程序,分期贷款文件修改,存款程序,客户交易,客户交易,3.2.2 数据文件,3.2.3 数据库,3.2.3 数据库数据库是比文件系统更高级的一种数据组织方式。,
