第三章管理信息系统的技术基础.

第三章管理信息系统的技术基础第三章管理信息系统的技术基础第一节计算机系统的组成第二节数据处理技术和方式第三节数据库技术基础第四节数据通信与计算机网络教学目的及教学要求教学目的回顾计算机硬件、软件、数据库及网络方面的知识，为后续章节提供理论基础。教学要求使学生通过回忆计算机发展简史，了解计算机软硬件、数据库基础理论及计算机网络方面的知识，掌握数据库的一些基本操作。课程重点及难点课程重点计算机软硬件理论、数据库知识及网络基础理论课程难点计算机软件理论、数据库知识及基本操作学时：2第一节计算机系统的组成一、计算机硬件系统二、计算机软件系统一、计算机硬件系统硬件是计算机物理设备的总称，又称硬件设备。计算机的主要部件由中央处理器、主存储器、外存储器、各种输入/输出设备及连接设备组成。（一）中央处理器中央处理器（centralprocessingunit，CPU）是计算机的核心部件（如图3-1所示），它在很大程度上决定了计算机系统的性能。CPU负责解释并执行指令，协调系统中其他硬件共同工作。CPU由两个主要部分组成：运算器和控制器。一、计算机硬件系统（二）主存储器主存储器也就是平时所说的内存（如图3-2所示）。它是计算机内用于临时保存信息、操作系统以及应用软件的内存区。内存是当CPU处理信息和软件指令时所使用的一块黑板，这也是把主存储器称为内存的原因。当关机时，内存将被清空。（三）外存储器外存储器又称辅助存储器、二级存储器，它是位于CPU与主存储器之外，不需要电力维持的、可长期存储海量资料的记忆部件。一、计算机硬件系统（四）输入/输出设备输入/输出设备简称I/O（input/output）设备。用户用输入设备指挥计算机，如通过键盘、鼠标把程序、数据等用户的意图输入计算机，计算机响应的结果由输出设备显示或打印出来。常用的输出设备有显示器、打印机等。（五）连接设备有了上述计算机部件，还需要将它们连接在一起的平台，连接设备就是使得所有硬件能够互相联系的中介。二、计算机软件系统信息系统依靠计算机软件资源帮助终端用户使用计算机硬件，将数据资源转换成各类信息产品。计算机软件用于完成数据的输入、处理、输出、存储及控制信息系统的活动，是指运行、管理、维护、应用计算机所编制的程序以及文档、说明的总称。计算机软件系统总体上可以分成两类：系统软件和应用软件。二、计算机软件系统（一）系统软件系统软件是使用和管理计算机的软件，协调整个硬件和各种程序之间的活动和功能，使计算机各部件的效率被充分利用。系统软件通常可划分为操作系统、语言处理系统、系统实用程序和数据库管理系统等。1.操作系统2.语言处理系统3.系统实用程序4.数据库管理系统二、计算机软件系统（二）应用软件应用软件运行在操作系统之上，完成用户指定的特定任务。不同操作系统下的应用软件的结构是不同的。一个UNIX系统下的应用程序不能在DOS或Windows下运行。计算机的应用软件类型丰富多样，下面仅列举几个较常见的应用。1.办公软件2.图形、图像处理软件3.音频、视频等多媒体软件第二节数据处理技术与方式一、数据处理技术数据处理是指把来自科学研究、生产实践和社会经济活动等领域的原始数据，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）数据处理的主要目的数据处理的主要目的可以归纳为以下几点：（1）把数据转换成便于观察、分析、传送或进一步处理的形式。（2）从大量的原始数据中抽取部分数据，推导出对人们有价值的信息以作为行动和决策的依据。（3）利用计算机科学地保存和管理经过处理（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。第二节数据处理技术与方式（二）数据处理的基本内容1.数据收集2.数据转换3.数据输入4.数据组织二、数据处理方式1.以联机事务处理形式处理信息2.以联机分析处理形式处理信息，并利用信息进行决策3.在信息应用过程中管理信息第三节数据库技术一、数据库技术的基本概念二、数据模型三、数据库组织结构四、数据库开发工具一、数据库技术的基本概念（一）传统文件处理系统与数据库处理的区别1.传统文件处理系统及其局限性传统的文件处理系统产生于20世纪60年代，由于当时计算机硬件的发展，以及系统软件尤其是文件系统的出现和发展，人们开始利用文件系统来帮助完成数据管理工作，具体讲就是：数据以多种组织结构（如顺序文件组织、索引文件组织和直接存取文件组织等）的文件形式保存在外部存储设备上，用户通过文件系统而无须直接与外部设备打交道，以此来完成数据的修改、插入、删除、检索等管理操作。（一）传统文件处理系统与数据库处理的区别文件系统数据处理有以下特点：（1）数据可以长期保存在磁盘上。用户可通过程序对文件进行查询、修改、插入或删除操作。（2）文件系统提供程序和数据之间的读写方法。文件系统是应用程序与数据文件之间的一个接口。应用程序通过文件系统建立和存储文件；反之，应用程序要存取文件中的数据，必须通过文件系统实现。用户不必关心数据的物理位置，程序和数据之间有了一定的独立性。（3）文件形式多样化。因为有了直接存取设备，所以可以建立索引文件、链接文件和直接存取文件等。对文件的记录可顺序访问和随机访问。文件之间是相互独立的，文件与文件之间的联系需要用程序实现。（4）数据的存取基本上以记录为单位。（一）传统文件处理系统与数据库处理的区别但文件系统存在以下缺陷：（1）数据冗余性大。因为文件是为特定的用途设计的，因此会造成数据在多个文件中重复存储。（2）数据的不一致。这是由数据冗余和文件之间的独立性造成的，在更新数据时，很难保证同一数据在不同文件中的统一，这就给数据的修改和维护带来了困难。（3）程序与数据之间的独立性差。修改文件的存储结构后，相关的程序也要修改。（一）传统文件处理系统与数据库处理的区别2.数据库处理与文件管理相比，数据库技术有了很大的改进，主要表现为：（1）数据库中的数据是结构化的。在文件系统中，数据是无结构的，即不同文件中的记录之间没有关系，它只在数据项之间有联系。数据库系统不仅考虑数据项之间的联系，还要考虑记录之间的联系，这种联系是通过存取路径来实现的。（2）数据库中的数据是面向系统的，对于任何一个系统来说，数据库中的数据结构是透明的。任何应用程序都可以通过标准化接口访问数据库。（3）数据库系统与文件系统相比有较高的数据独立性。（4）数据库系统为用户提供了方便统一的接口。用户可以用数据库系统提供的查询语言和交互式命令操纵数据库。用户也可以用高级语言编写程序来访问数据库，扩展了数据库的应用范围。（一）传统文件处理系统与数据库处理的区别3.数据库处理的优点数据库技术的发展使数据管理上了一个新台阶，在数据完整性、安全性、并发控制和数据恢复方面，都提供了非常完善的功能选择。（1）数据完整性。保证数据库存储数据的正确性。例如，预订同一班飞机的旅客不能超过飞机的定员数；订购货物时，订货日期不能早于发货日期。使用数据库系统提供的存取方法，设计一些完整性规则，对数据值之间的联系进行校验，可以保证数据库中数据的正确性。（2）数据安全性。并非每个应用都可以存取数据库中的全部数据。例如，在一个人事档案数据库中，只有被授权的访问者才可以读取数据，并进行修改；其他访问者的权限一般限于浏览特定的数据项，而不是全部数据。（3）并发控制。当多个用户同时存取、修改数据库中的数据时，可能会发生相互干扰，使数据库中的数据完整性受到破坏，而导致数据的不一致。数据库并发控制防止了这种现象的发生，提高了数据库的访问效率。（4）数据库的恢复。任何系统都不可能永远正确无误地工作，数据库系统也是如此。运行过程中，会出现硬件或软件的故障。数据库系统具有恢复能力，能把数据库恢复到最近某个时刻的正确状态。一、数据库技术的基本概念（二）数据库系统的构成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，程序与数据具有较高的独立性。数据库系统是由计算机系统、数据库、数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织的总体。（二）数据库系统的构成数据库系统的主要组成部分有：1.计算机系统计算机系统是指用于数据库管理的计算机软、硬件及网络系统。数据库系统需要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，对于辅存则需要大容量的直接存取设备。此外，系统应具有较强的网络功能。2.数据库数据库既包括存放实际数据的物理数据库，也包括存放数据逻辑结构的描述数据库。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、数据操作语言及其编译程序以及数据管理例行程序。4.人员（1）数据库管理员。（2）系统程序员。（3）用户。二、数据模型（一）数据模型的定义数据模型是对现实世界进行抽象的工具概念模型数据模型现实世界第一层抽象第二层抽象（二）概念模型及其表示方法1.概念模型的定义概念模型是按照用户的观点对数据和信息建模建立概念模型涉及的主要概念有：（1）实体。实体即现实世界中存在的对象或事物。（2）属性。属性是指实体具有的某种特性。（3）联系。现实世界的事物总是存在这样或那样的联系，这种联系必然要在信息世界中得到反映。①一对一联系（1︰1）。②一对多联系（1︰n）。③多对多联系（m︰n）。（二）概念模型及其表示方法2.概念模型的表示方法概念模型最常用的表示方法就是实体—联系方法（entity-relationshipapproach，简称E-R方法）。E-R模型有4个基本成分：矩形表示实体，椭圆形表示实体属性，菱形表示联系，连线表示实体之间以及属性之间的关系。矩形框、椭圆形框、菱形框内要标注实体、属性和联系的名字，连线两头标注联系的类型是一对一、一对多还是多对多。（二）概念模型及其表示方法AB1:1AB1:nABm:n（三）常见的数据模型1.层次模型层次模型描述了数据之间的层次关系。在层次模型中，数据之间的关系满足下列两个条件：（1）有且仅有一个节点无双亲，这个节点称为根节点；（2）其他节点有且仅有一个双亲节点。（三）常见的数据模型2.网状模型网状模型描述了数据之间的网状关系。在网状模型中，数据之间的关系允许：（1）有一个以上的节点无双亲；（2）节点可以有多个双亲节点。（三）常见的数据模型3.关系模型关系模型是最重要的模型，虽然它的数据关系是几种模型中最简单的，但其定义却比较复杂。可以把关系模型理解为一张二维表，表格中的每一行代表一个实体，称为记录；每一列代表实体的一个属性，称为数据项。记录的集合称为关系。关系具有如下性质：（1）数据项不可再分，即不可表中套表；（2）关系中的列是同性质的，称为属性，属性之间不能够重复；（3）关系中不能出现相同的记录，记录的顺序无所谓；（4）每个关系中都有一个主键，它唯一地标识关系中的一个记录；（5）关系中的列不重要。（三）常见的数据模型4.面向对象模型在面向对象的数据库中，每个对象的数据、描述对象的行为、属性的说明三者是封装在一起的。其中对象之间通过消息相互作用，且每个对象都由一组属性来描述。具备相同属性及方法的对象称为一个类。这种方式减少了编程代码总量，加速了应用程序的开发。结果产生了一个巨大的“可重用对象”库，其中的对象可以重复使用，将库中对象集成到一起，就可以生成新的应用程序，就如同一辆车由许多零部件组装在一起一样。三、数据库组织结构（一）数据库三级组织结构（1）模式。图3-28中的模式又称逻辑模型，即数据模型。它是一种对数据库组织的全局逻辑观点，反应企业数据库的整体组织和逻辑结构。模式的设计与维护由专家与数据库管理员（DBA）实施。（2）外模式：是数据库的外层，也是与用户相联系的一层。它属于模式的一个子集，因而是面向