第三章管理信息系统技术基础.

第三章管理信息系统的技术基础第一节计算机硬件及软件第二节数据库技术第三节计算机网络第四节云计算技术第一节计算机硬件及软件一、计算机硬件系统的构成计算机硬件运算器中央处理器（CPU）控制器内存储器外存储器输入设备输出设备主机外部设备ROMRAM存储器二、计算机软件系统的构成软件指运行、管理、维护、应用计算机所编制的程序以及文档、说明的总称。系统软件应用软件计算机软件操作系统语言编译与解释系统数据库管理软件程序设计语言三、软件与硬件的关系计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分构成。硬件是基础，软件是灵魂。硬件操作系统语言翻译程序DBMS应用软件应用软件包软件第二节数据库技术一、数据库概述•人工管理阶段(1946年---20世纪50年代中期)应用背景：硬件无外存或只有磁带外存，输入输出设备简单。软件无操作系统，无文件管理系统，无管理数据的软件。（一)数据处理的发展应用程序1数据组1应用程序2数据组2主要特点：数据是程序的组成部分，数据不独立。修改数据必须修改程序。处理时，数据随程序一道送入内存，用完后全部撤出计算机，不能保留。数据大量重复，不能共享。文件系统阶段(50年代后期-----60年代中期)应用背景：硬件外存有了很大的发展，除了磁带机，还出现了大容量的硬盘和灵活的软磁盘软件出现了操作系统、文件管理系统和多用户的分时系统以及专用于商业事务管理的高级语言COBOL应用程序1数据组1应用程序N数据组N文件系统主要特点:１、文件的逻辑结构与存储结构的转换由系统进行，使程序与数据有了一定的独立性。２、文件系统中的文件基本上对应于某个应用程序，即数据还是面向应用的。不同的应用程序可以实现以文件为单位的共享，但是当所需要的数据有部分相同时，也必须建立各自的文件。3、数据和程序缺乏独立性，不易扩充。文件管理系统学生信息文件：学号，姓名，性别，年龄，政治面貌，专业，入学成绩学生成绩文件：学号，姓名，专业，课程名，成绩，学分奖惩文件：学号，姓名，专业，政治面貌，奖惩，日期数据库阶段(60年代后期--)应用背景：硬件大容量磁盘已经出现、硬件价格大幅下降软件联机实时处理业务增多文件管理系统学生信息文件：学号，姓名，性别，年龄，政治面貌，专业，入学成绩学生成绩文件：学号，姓名，专业，课程名，成绩，学分奖惩文件：学号，姓名，专业，政治面貌，奖惩，日期数据库管理系统学生信息文件：学号，姓名，性别，年龄，政治面貌，专业，入学成绩课程文件：课程号，课程名，学分学生成绩文件：学号，课程号，成绩奖惩文件：学号，奖惩，日期特点：面向全组织的复杂数据结构。数据冗余度小，易于扩充。数据与程序独立。统一的数据控制功能。应用程序1应用程序NDBMS数据库按一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合学校（根）班级1班级2班级3学生1学生2图层次模型(二)数据库（DB）教师课程学生图网状模型关系模型关系模型的一种关系学号姓名性别0411001张建平男0411002赵晓丽女0411003陈玉东男…….…………（三）数据库管理系统（DBMS）指用户与操作系统之间的一层系统软件，它为用户应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的建立、查询、更新及各种数据控制。（四）数据库系统（DBS）引进数据库技术后的整个计算机系统数据库系统构成：硬件软件（主要包括：操作系统、数据库、数据库管理系统（DBMS）、应用软件包和应用程序）人员（主要包括：系统分析员、系统程序员、应用程序员、数据库管理员（DBA）等）事物类事物性质实体集实体属性文件记录数据项现实世界信息世界数据世界二、数据模型概念模型:把现实世界转换为信息世界的模型,E-R模型数据模型:把信息世界转化为数据世界使用的模型,关系模型（一）概念模型实体(entity):是指客观存在并相互区别的事物。实体可以是具体对象，例如一本书、一个工厂、一种材料等。也可以是抽象的概念和联系，例如学生的一次选课、一次借书等。属性(attribute)：实体具有许多特性，每一个特性称为属性。每个属性有一个取值范围，即值域。例如学生实体可由学号、姓名、性别、年龄、系别等属性组成。性别的取值范围是“男”或“女”。概念模型是从用户的观点对数据建模。涉及的概念主要有：实体间的联系：现实世界中，事物是相互联系的。这种联系必然在信息世界中体现出来，即实体是相互关联的。两个不同实体集的实体间的联系，它有以下三种情形：一对一联系，记为1:1一对多联系，记为1:N多对多联系，记为M:N（二）E-R图方法画图方法1）用长方体表示实体型，在框内写上实体名，如2）用椭圆形表示实体属性，并用无向边把实体和其属性连接起来，如例：学生3）用菱形表示实体间的联系。菱形框内写上联系名，用无向边表示实体间的联系。例1两个实体间的一对一关系假设某学院有若干个系，每个系只有一个主任。则主任和系之间是一对一的关系。主任和系的属性分别如下：主任——编号，姓名，年龄，学历;系——系编号，系名主任和系之间是一个管理关系1主任系管理1姓名年龄学历编号系编号系名任职时间系和主任间的E-R图例2两个实体间的一对多关系假设在某仓库管理系统中，有两个实体集：仓库和商品。仓库用来存放商品，且规定一类商品只能存放在一个仓库中，一个仓库可以存放多件商品。仓库和商品之间是一对多的联系。仓库和商品的属性分别如下：仓库——仓库号，地点，面积联单商品——商品号，商品名，价格在存放联系中要反映出存放商品的数量。1仓库商品存放n地点面积仓库号商品号价格数量商品名仓库和商品间的E-R图假设在某教务管理系统中，一个教师可以上多门课，一门课也可以由多个老师去上。教师和课程之间是多对多的联系。教师和课程可用以下属性来描述：教师——教师号，教师名，职称课程——课程号，课程名，班级在讲授联系中应能反映出教师的授课质量。例3两个实体间的多对多关系m教师课程讲授n教师名职称教师号课程号班级质量课程名教师和课程间的E-R图E—R图的设计方法•E-R图通常都应经过以下两个阶段：（1）针对每一用户画出该用户信息的局部E—R图，确定该用户视图的实体、属性和联系。需注意的是：能作为属性的就不要作为实体，这有利于E—R图的简化。（2）综合局部E—R图，生成总体E—R图。在综合过程中，同名实体只能出现一次，还要去掉不必要的联系，以便消除冗余。一般来说，从总体E—R图必须能导出原来的所有局部视图，包括实体、属性和联系。某学校管理系统中有三个部门：后勤处、学生处和财务处。后勤部用来管理学生的住宿；教务处用来管理学生选课和教师任课；财务处用来管理发放教师的工资。综合实例后勤处涉及到的实体及实体之间的联系如下：n学生宿舍住宿1租金学号学生姓名专业年龄性别入学时间宿舍楼号档次房间号学生：属性有学号、姓名、性别、年龄、专业和入学时间宿舍：楼号、房间、档次学生与宿舍的联系是一个学生只能住在一个宿舍，一个宿舍能住多个学生，学生住宿要交租金。后勤处的局部E-R图学生：属性有学号、姓名、性别、年龄、专业和入学时间教师：属性有教师号、姓名、性别、职称、专业课程：属性有课程号、课程名、学时数、专业各实体关系描述如下：一个学生可以选多门课，一门课可以由多个学生选修；一个教师可以教多门课，一门课也可以由多个老师教；学生选修某门课有一个成绩；教师教某门课有一个质量评价。教务处涉及到的实体及实体之间的联系如下：教师姓名职称教师号课程课程号学时数课程名性别专业专业m教师课程讲授n质量学生选修mn成绩教务处的局部E-R图财务处涉及到的实体及实体之间的联系如下：教师：属性有教师号、姓名、性别、职称、专业工资：属性有基本工资、加班工资、扣税、工资编号教师和工资的联系是：一个教师只能领一份工资，一份工资只能由一个教师领，领工资时应注明是某月工资。工资扣税基本工资加班工资工资编号工资教师领用11月份财务处的局部E-R图1m学生住宿宿舍n1教师课程选修mn讲授n领用工资1某学校管理系统的全局E-R图数据模型是从计算机系统的观点对数据建模，主要用于数据库管理系统的实现。包括层次模型、网状模型、关系模型。在关系模型下,数据的逻辑结构是一张二维表.（三）数据模型学号姓名性别出生年月9602001黄丽萍女1978.01.049602002王百灵男1979.05.069602003王少颂男1977.06.089602004杨韵峰男1979.05.039602005康敏男1976.01.23字段记录主码关系三、规范化设计理论E.F.Codd于1971年提出规范化理论。他定义了五种规范化模式（NormalFrom,简称范式）。范式表示的是关系模式的规范化程度，也即满足某种约束条件的关系模式，根据满足的约束条件的不同来确定范式。在五种范式中，通常只用到前三种：范式条件第一范式（1NF）元组中每一个分量都必须是不可分割的数据项第二范式（2NF）不仅满足第一范式，而且所有非主属性完全依赖于其主码第三范式（3NF）不仅满足第二范式，而且它的任何一个非主属性都不传递依赖于任何主关键字1NF下表不符合第一范式的关系教师代码*姓名职称研究课题研究课题号研究课题名1101王一丽教授500管理信息1102刘明副教授800金融工程1254李爱军讲师630电子商务由非1NF规范化为1NF教师代码*姓名职称研究课题号*研究课题名1101王一丽教授500管理信息1102刘明副教授800金融工程1254李爱军讲师630电子商务1NF转化为2NF上表中关系满足1NF，但不满足2NF。这种关系会引发下列问题：数据冗余、插入异常、删除异常。解决的方法是将一个非2NF的关系模式分解为多个2NF的关系模式。在本例中，可将关分解为如下三个关系：教师关系：教师代码、姓名、职称课题关系：研究课题号、研究课题名；教师与课题关系：教师代码、研究课题号、开题时间、完成时间。由2NF规范化为3NF:产品代码产品名生产厂名生产厂址上表符合第二范式，但是不符合第三范式这样的关系同样存在着高度冗余和更新异常问题。消除传递依赖关系的办法是将关系分解为如下几个3NF关系：产品关系：产品代码、产品名、生产厂名；生产厂关系：生产厂名、生产厂地址；3NF消除了插入异常、删除异常、数据冗余及修改复杂等问题，已经是比较规范的关系。四、E—R模型到关系模型的转换把E-R图转换为关系模型可遵循如下原则:（1）对于E—R图中每个实体集，都应转换为一个关系，该关系应包括对应实体的全部属性，并应根据关系所表达的语义确定哪个属性或哪几个属性组作为“主关键字”，主关键字用来标识实体。（2）对于E—R图中的联系，情况比较复杂，要根据实体联系方式的不同，采取不同的手段加以实现。nm学生课程选修E—R图中联系的转换对于两实体集间m:n联系，必须对“联系”单独建立一个关系，用来联系双方实体集。该关系的属性中至少要包括被它所联系的双方实体集的“主关键字”，并且如果联系有属性，也要归入这个关系中。选修{学号*，课程号*，成绩}学生{学号*，姓名，性别，年龄，入学时间}课程{课程号*，课程名，学分}作业：课程管理子系统包括学生、课程、教师、教室、教科书。这些实体之间的联系有：①一个学生选修多门课程，一门课程有若干学生选修。②一个学生有多个教师授课，一个教师教授若干学生。③一门课程由若干个教师讲授，一个教师只讲一门课程。④一个教室开设多门课，一门课只能在一个教室上。要求：画出课程管理子系统的E-R图第三节计算机网络一、计算机网络的概念与分类（一）基本概念计算机网络：用通信介质和网络连接设备把分布在不同地理位置的多台自主式计算机系统相互连接，按照网络协议进行通信，实现资源共享，为网络用户提供各种服务的系统。通信介质：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。网络连接设备：集线器、交换机、路由器网络协议：网络设备间进行通信的一组约定。如TCP/IP，IEEE802.3,802.4,FDDI,ATM等。（二）计算机网络的分类局域网(LAN)：城域网（MAN）：广域网(WAN)：按网络覆盖的地理范围分类：按网络拓扑结构分类：按传输技术分类：广播式