第三章管理信息系統的技術基礎

第一節數據處理第二節數據庫技術第三節計算機網絡

計算機技術vs信息技術

一、應用領域

文字處理、數學計算、決策、通信、工程、教育、娛樂等領域二、計算機軟件技術操作系統、數據庫管理系統、應用軟件三、數據通信技術

通信線路、通信協議四、信息技術 編碼/解碼、存儲、傳輸、保密，微弱信號檢測，參數估計，不完全信息處理引論：信息技術概述什么是信息技術？信息技術是一個外延很廣的概念。一般地，信息技術是計算機硬件技術、軟件技術及通信技術的總稱。計算機硬件設備硬件設備是計算機物理設備的總稱，通常指電子的、機械的、磁性的或光的元器件或裝置。1、中央處理器（CentralProcessingUnit,CPU）CPU是系統最主要的部件，它由運算器和控制器兩個主要部分組成。運算器：計算機的運算單元。主要用于完成算術運算和邏輯運算?？刂破鳎河嬎銠C的神經中樞，它按照主頻的節拍發出各種控制信息，以指揮整個計算機工作。CPU運算速度是決定計算機系統性能的重要指標2、存儲器（memory）存儲器是計算機必備的主要部件，分為主存儲器和輔助存儲兩類：主存儲器（ReadOnlyMemory,ROM）：計算機運行過程中用來存儲數據和程序指令的。計算機的主存儲器主要是由半導體存儲器組成。輔助存儲器：輔助存儲器又稱外部存儲器，簡稱外存，用于數據和程序的長久保存。常用的輔助存儲器有：磁盤（帶）、光盤、移動硬盤、閃存存儲器：USBFLASH盤（又稱優盤和閃盤）3、輸入設備計算機鍵盤（Keyboard）、鼠標器(Mouse)；圖文掃描儀、條形碼閱讀器；觸摸屏、手寫體輸入設備、語音輸入設備；磁盤（帶）、A/D，D/A模塊。4、輸出設備顯示器打印機（針式/激光/噴墨）繪圖儀語音合成與輸出設備磁盤（帶）、A/D，D/A模塊5、其他設備例如：機箱、主板、系統功能擴展卡（聲卡、顯卡、網卡等）、光驅等。計算機軟件系統軟件應用軟件計算機軟件操作系統語言與編譯系統數據庫管理軟件通用應用軟件專用應用軟件系統軟件（SystemSoftware）用于管理計算機中的CPU、存儲器、通信聯接以及各種外部設備等所有系統資源的程序，其主要作用是管理的控制計算機系統的各個部分，使之協調運行，并為各種數據處理提供基礎功能；應用軟件（ApplicationSoftware）是用來完成用戶所要求的數據處理任務或實現用戶特定功能的程序。系統軟件和應用軟件還可以進一步分為若干個類別。1、操作系統軟件（OperationSystem，OS）操作系統軟件用于管理計算機中的CPU、存儲器、通信聯接以及各種外部設備等所有系統資源的程序，其主要作用是管理的控制計算機系統的各個部分，使之協調運行，并為各種數據處理提供基礎功能。操作系統具備兩大功能：系統資源的管理者、用戶與計算機之間的接口操作系統軟件的版本：單機版：Windows9x、Windows2000、Linux、Unix……網絡版：Novell、WindowsNT…...2、數據庫管理軟件（DatabaseManagementSystem，DBMS）數據庫管理軟件是專門對數據記錄進行綜合管理的軟件，以數據文件結構的定義、數據記錄的更新、數據記錄的查詢以及對數據記錄的各種運算提供全面的支持。3、程序設計語言與編譯系統機器語言匯編語言高級語言第四代語言（4GL）面向對象的程序語言標記語言4、應用軟件應用軟件是直接面向最終用戶的具體應用軟件。以操作系統為基礎，用程序設計語言編寫，或用數據庫管理系統構造，用于滿足用戶的各種具體要求。通用應用軟件：專用應用軟件：通用應用軟件：MicrosoftOffice、用友財務軟件專用應用軟件：為某公司定制的人力資源管理信息系統數據通信技術通信技術是信息技術的另一個重要組成部分數據通信系統是以計算機為中心，結合分散在遠程的終端裝置或其他計算機，通過通信線路彼此連接起來，進行數據的傳輸、交換、存儲和處理的設備總稱。數據通信系統主要由中央處理裝置、終端設備、通信線路及相關設備(如調制解調器、集線器)等三大部分組成。1、中央處理裝置包括主處理機、前端機及通信處理機，其主要功能有:完成兩個部件之目的通信;在通信系統與計算機主機之間形成一個計算機級的接口，用以實現速度緩沖或串/并行轉換。

2、終端設備是向系統發送數據或程序并從系統接收信息的設備。

3、通信線路是連接所有設備的通道，它可以是電話線路、雙絞線路或光纖線路等。通信線路的優劣常由傳輸速率和出錯率兩個指標衡量。通信線路的連接方式有點-點連接、分支連接和集線式連接，通信線路的通信方式有單工通信、半雙工通信和全雙工通信。

4、調制解調器可將終端或處理機的脈沖信號轉變成載波信號送人電話網絡系統或將電話網絡中的載波信號轉變為脈沖信號傳送給終端或處理機。

5、集線器是將兩個以上的通信信道組合在一起，形成一個更高速的通信信道，以降低通信線路費用。第一節數據處理

本節內容：一、數據處理的概念和發展階段二、數據組織一、數據處理的概念和發展階段-1

數據處理的概念數據處理指把來自科學研究、生產實踐和社會經濟活動等領域中的原始數據,用一定的設備和手段,按一定的使用要求,加工成另一種形式的數據。

原始數據和總結綜合數據對于決策是不夠的

數據處理的目的1.把數據轉換成便于觀察分析、傳送或進一步處理的形式。2.從大量的原始數據中抽取，推導出對人們有價值的信息以作為行動和決策的依據。3.利用計算機科學地保存和管理已經過處理(如校驗、整理等)的大量數據,以便人們能方便而充分地利用這些寶貴的信息資源。一、數據處理的概念和發展階段-2數據處理的基本內容1、數據收集:根據系統的需求和用戶的需要收集相關的數據。2、數據轉換:為了使收集的信息適用于計算機處理，設計各種代碼來描述自然界中的各種實際數據，這種將實際數據采用代碼表述的方法被稱為數據的轉換。3、數據的篩選、分組和排序。4、數據的組織:將具有邏輯關系的數據組織起來，按一定的存儲表示方式存放在計算機中。目的是使計算機處理時能夠符合速度快、占用存儲器的容量少、成本低。5、數據的運算:指算術運算和邏輯運算。6、數據存儲。7、數據檢索。8、數據輸出。一、數據處理的概念和發展階段-3數據處理是管理活動的最基本內容，也是MIS的基本功能。數據處理一般不涉及復雜的數學計算，但要求處理的數據量很大，因此，進行數據處理時需要考慮以下幾個方面的問題: 1、以何種存儲方式將數據在計算機中。2、用何種數據結構能有利于數據的存儲和取用。3、用何種檢索方法從己組織好的數據中檢索數據。

[數據處理的發展過程]隨著計算機硬件和軟件技術的發展，數據處理的發展過程大致如下：簡單應用階段文件系統階段數據庫階段分布式智能信息系統階段1、簡單應用(20世紀50年代以前)這個階段最基本的特征是無數據管理及完全分散的手工方式。它表現在:無外存或只有磁帶外存，輸入輸出設備簡單。無操作系統，無文件管理系統，無管理數據的軟件。數據是程序的組成部分，數據不獨立。修改數據必須修改程序。處理時，數據隨程序一道送入內存，用完后全部撤出計算機，不能保留。數據大量重復，不能共享。文件系統尚未出現，程序員必須自行設計數據的組織方式。2、文件系統(50年代后期到60年代中期)這個階段的基本特征是有了面向應用的數據管理功能，其表現為：外存有了很大的發展，除磁帶機外，還出現了大容量的硬盤和靈活的軟磁盤。輸入、輸出能力大大加強。系統軟件方面出現了操作系統、文件管理系統和多用戶的分時系統，出現了專用于商業事務管理的高級語言COBOL。它主要用于文件處理，也可以進行非數值處理。數據管理方面，實現了數據對程序的一定的獨立性，數據不再是程序的組成部分，修改數據不必修改程序，數據有結構，被組織到文件內，存儲在磁帶、磁盤上，可以反復使用和保存。文件邏輯結構向存儲結構的轉換由軟件系統自動完成，系統開發和維護工作得到減輕。文件類型已經多樣化。由于有了直接存取設備，就有了索引文件、鏈接文件、直接存取文件等，而且能對排序文件進行多碼檢索。數據存取以記錄為單位。這一階段數據管理的不足之處表現在：數據冗余度大。文件系統中文件基本上對應于某個應用程序，數據仍是面向應用的，不同應用程序所需數據有部分相同時，仍需建立各自的數據文件，不能共享，數據維護困難，一致性難以保證。數據與程序獨立性仍不高。文件是為某一特定應用服務的，系統不易擴充。一旦數據邏輯結構改變，就必須修改文件結構的定義及應用程序；應用程序的變化也將影響文件的結構。因而文件仍不能反映現實世界事物之間的聯系。3、數據庫系統(60年代后期開始)60年代后期，計算機在管理中的應用更加廣泛，數據量急劇增大，對數據共享的要求越來越迫切；同時，大容量磁盤已經出現，聯機實時處理業務增多；軟件價格在系統中的比重日益上升，硬件價格大幅下降，編制和維護應用軟件所需成本相對增加。在這種情況下，為了解決多用戶、多應用共享數據的需求，使數據為盡可能多的應用程序服務，出現了數據庫系統，其特點是：面向全組織的復雜數據結構。數據庫中的數據結構不僅描述了數據自身，而且描述了整個組織數據之間的聯系，實現了整個組織數據的結構化。數據冗余度小，易于擴充。由于數據庫從組織的整體來看待數據，數據不再是面向某一特定的應用，而是面向整個系統，減少了數據冗余和數據之間不一致現象。在數據庫系統下，可以根據不同的應用需求選擇相應的數據加以使用，使系統易于擴充。數據與程序獨立。數據庫系統提供了數據的存儲結構與邏輯結構之間的映射功能及總體邏輯結構與局部邏輯結構之間的映射功能，從而使得當數據的存儲結構改變時，邏輯結構保持不變;或者當總體邏輯結構改變時，局部邏輯結構可以保持不變，從而實現了數據的物理獨立性和邏輯獨立性，把數據的定義和描述與應用程序完全分離開。統一的數據控制功能。數據庫系統提供了數據的安全性控制(Security)和完整性控制(Integrity)，允許多個用戶同時使用數據庫資源。數據庫的上述特點，使得信息系統的研制從圍繞加工數據的以程序為中心轉移到圍繞共享的數據庫來進行，實現了數據的集中管理，提高了數據的利用率和一致性，從而能更好地為決策服務。因此，數據庫技術在信息系統應用中正起著越來越重要的作用

（一）數據結構數據結構是計算機信息處理中的一個重要概念，包括數據的存儲結構及結構上的運算或操作。包括：

邏輯結構物理結構映象二、數據組織-1

相對于結構化數據(即行數據，存儲在數據庫里,可以用二維表結構來邏輯表達實現的數據)而言，不方便用數據庫二維邏輯表來表現的數據即稱為非結構化數據，包括所有格式的辦公文檔、文本、圖片、XML、HTML、各類報表、圖像和音頻/視頻信息等等。字段可根據需要擴充，即字段數目不定，可稱為半結構化數據，例如Exchange存儲的數據。邏輯結構數據間的邏輯關系，邏輯結構包括兩大類：線性結構和非線性結構，線性表、棧、隊列及串為線性結構，而樹和圖則為非線性結構。物理結構又稱存貯結構，指數據元素在計算機存貯器中的存儲方式，存儲方式一般有四種：順序存儲、鏈接存儲、索引存儲及散列存儲。映象對于給定的邏輯結構需要尋找一種對應的存儲結構，以便在計算機中存儲。通常把這種對應關系稱為映象。二、數據組織-2

指針與鏈在數據結構中，表征某一數據結構特點及其連接方式的基本單位稱為結構的結點(Node)。一個結點通常有幾個域，用來存放與結點有關的信息。存放結點本身信息的域稱為數據域，存放結點與其他結點關系信息的域，稱為指針域或鏈域，其中存放有與結點有關的結點的地址稱為指針。若干帶指針的結點組成的集合，稱為鏈。結點的結構如下圖：NO.NAMEAGENEXT二、數據組織-3在一個結點的信息域中，可以放一個或多個信息，指針域也可以有一個或多個，以滿足不同的數據應用需要。通常把指針指向的下一結點叫做后繼結點，與本結點鄰接的前一結點稱為前趨結點。在表格所示的職工登記表中，每個職工的登記項有三項：工作證號(No.)、姓名(NAME)和年齡(AGE)。對應于這樣一張表，如果采用鏈接存儲方式，則每個結點有職工的No.、NAME、AGE數據域及指向下一個職工記錄的指針域NEXT。如圖通常把本結點的指針指向的下一結點叫做本結點的直接后繼，反之，與本結點鄰接的前一結點稱為本結點的直接前趨。這樣，上述職工登記表的鏈表結構如圖指針是數據結構中的一個重要概念。上例中每個結點只有一個指針，指向其下一個結點，稱為單向鏈表。當結點指針多于一個時，就可以構造多種復雜的數據結構，如雙向鏈表、樹、圖等。利用指針可以把數據的邏輯結構與物理結構分離開，數據的物理存儲位置可以任意安排，而在邏輯上通過指針把它們聯系起來。線性表線性表是指數據的結構形式本質上是一維的線性關系，其中的每個結點都是同一類型的數據結構。二、數據組織-4

線性表的順序存貯線性表的結點按邏輯次序依次存放在一組連續的存貯單元里，用這種方法存儲的線性表稱為順序表。對于順序表，若開始結點的存放位置為LOC(k1)，每個結點占用空間大小為L，則第i個結點ki的存放位置可由下式直接計算得到

LOC(ki)=LOC(k1)+L*(i-1)順序表對于任何一個結點的檢索都很方便。二、數據組織-5

線性表的插入與刪除要在線性表中插入一個元素，由于插入后的線性表仍要求有序，必須將插入位置以后的元素依次向后移動一個單元。同樣，若要刪除元素，則需把后面的元素依次向前移動一個單元。二、數據組織-6

序號

結點內容序號結點內容19192152153173174254235395256

639

插入前

插入后序號

結點內容序號結點內容19192152153173174234255255396396

刪除前

刪除后二、數據組織-7

鏈表

鏈接方式存儲的線性表稱為鏈表。鏈表結構在每個結點設有鏈指針，用來指示下一個結點的位置，結點本身則可以存放在任意一組存貯單元中，這些存貯單元可以是連續的，也可以是分散的。結點之間的邏輯關系由指針表示。二、數據組織-8鏈表的插入與刪除在鏈表的插入和刪除操作中，只需改變前后結點的指針，而不需要進行大量的數據移動。

H

A

B.C

D∧

H.A.B×

C

D∧(b)插入結點

C.D∧.H.A

B

C.D∧.H.A(a)刪除結點二、數據組織-9樹樹是結點之間有分支的、層次關系的結構，類似于自然界中的樹。是最重要的一類非線性結構。反映不同規格的鋼材的庫存情況的樹結構如下圖

代碼直徑指針1直徑指針2直徑長度指針1長度指針2直徑長度指針1長度指針2長度單價庫存量長度單價庫存量長度單價庫存量長度單價庫存量二、數據組織-10

（二）數據文件

把數據按某種數據結構組織起來存放在外部設備上，就構成數據文件。常用的文件的組織方式：

順序文件索引文件二、數據組織-11索引文件及索引表本節內容：一、數據庫系統的產生和構成二、數據庫設計的主要內容三、實體聯系模型四、數據模型五、關系的規范化六、數據庫操作七、數據庫保護第二節數據庫技術信息時代的兩大基礎設施數據庫：存儲、檢索數據的基礎設施，所有數據的來源網絡：通訊、交流的基礎設施兩者缺一不可：信息是可以通訊的知識

數據庫系統的構成

計算機系統數據庫數據庫管理系統(DBMS)人員數據庫管理員系統程序員用戶一、數據庫系統的產生和構成

按用戶的觀點對數據和信息建模。常常首先將現實世界的客觀對象抽象為某一種不依賴于計算機系統和某一個DBMS的信息結構即概念模型，然后再把概念模型轉換為計算機上某一DBMS支持的數據模型。如E-R模型二、數據庫設計的主要內容概念實體(Entity)屬性聯系一對一聯系(1:1)一對多聯系(1:n)多對多聯系(m:n)三、實體聯系模型

數據模型是對客觀事物及其聯系的數據化描述。在數據庫系統中,對現實世界中數據的抽象、描述以及處理等都是通過數據模型來實現的。數據模型在數據庫系統設計中是用來提供信息表示和操作手段的形式構架,是數據庫系統實現的基礎。目前，主要的數據模型是關系模型（RelationalModel）。四、數據模型-1關系模型每一個關系為一張二維表，相當于一個文件。實體間的聯系均通過關系進行描述。下表用m行n列的二維表表示了具有n元組(n-Tuple)的"付款"關系。每一行即一個n元組,相當于一個記錄,用來描述一個實體。

結算編碼合同號數量金額J0012HT1008100030000J0024HT110760012000J0036HT111520004000四、數據模型-2關系必須是規范化的關系，滿足一定的約束條件。稱為范式（NormalForm）。第一范式(1NF)元組中的每一個分量都必須是不可分割的數據項。

第二范式(2NF)關系不僅滿足第一范式，而且所有非主屬性完全依賴于其主碼。第三范式不僅滿足第二范式，而且它的任何一個非主屬性都不傳遞依賴于任何主關鍵字。五、關系的規范化數據庫操作主要有基本表的建立與刪除、數據查詢及更改等。一般使用關系數據庫標準語言——結構化查詢語言SQL(StructuredQueryLanguage)來完成上述操作。如：SQL的核心語句是數據庫查詢語句，其一般格式為：SELECT<目標列>FROM<表名>[WHERE<條件表達式>][GROUPBY<列名1>][ORDERBY<列名2>[ASC/DESC]]其功能是根據WHERE子句中的條件表達式，從指定表中找出滿足條件的元組。

六、數據庫操作

為了保證數據的安全可靠和正確有效，DBMS必須提供統一的數據保護功能，主要包括數據的安全性、完整性、并發控制和數據庫恢復等內容。七、數據庫保護第三節計算機網絡本節內容：一、計算機網絡的概念與分類二、三、網際互聯-INTERNET技術

（一）基本概念計算機網絡用通信介質把分布在不同地理位置的計算機和其它網絡設備連接起來，實現信息互通和資源共享的系統。網絡介質數據傳輸的物理通道，有同軸電纜、雙絞線、光纖、微波、衛星信道等。協議網絡設備間進行通信的一組約定。如TCP/IP，IEEE802.3,802.4,FDDI,ATM等。網絡協議具體規定了設備間通信的電氣性能、數據組織方式等。節點網絡中某分支的端點或網絡中若干條分支的公共匯交點。鏈路是指兩個相鄰節點之間的通信線路。

一、計算機網絡的概念與分類-1一、計算機網絡的概念與分類-2

（二）網絡拓撲結構是指網絡的鏈路和節點在地理上所形成的幾何構形。計算機網絡從功能上可分為兩部分，資源子網和通信子網。

1.點-點信道網絡。點-點信道即網絡中每一條信道都連接到一對節點上，如果某兩個節點之間沒有直接通信的信道，則要經過其他節點用存儲-轉發方式通信。點-點信道的通信網絡有星形、環形、樹形等幾種拓撲結構，2.共享信道網絡。共享信道網絡中，所有節點共享一條通信信道，每個節點發送的信息可由所有節點檢測，但只有目的地址指定的節點能夠接收。共享信道的優點是不同節點間的通信可以使用同一通信信道，從而可以最大限度地利用信道的通信能力，缺點是當所有節點同時通信時，容易出現通信阻塞，并且一旦信道出現故障，將影響所有相關信道的通信。共享信道分為總線信道、衛星信道和無線信道，拓撲結構有總線型、樹形、環形等幾種。

局域網(LAN)傳輸距離0.1～10km，傳送速率在1Mbps～10Mbps。

廣域網(WAN)相距較遠的局域網經由公共電信網絡互聯而成，數據傳輸速率一般在1.2kbps~1.554Mbps，傳輸距離可遍及全球。

Internet（因特網）是國際最大的互聯網。Internet已形成覆蓋全球的網絡，成為遠程網的代名詞。我國的CHINANET、CERNET等都是該網的一部分。

綜合業務數字網(ISDN)綜合業務數字網是一種能在一個網絡內傳送多種業務信息的網絡，包括數據、圖像、語音、文字等，能夠滿足一個單位日常業務中網絡應用的需要。

（三）、計算機網絡的分類二、網絡體系結構三、典型的網絡通信技術（一）網絡體系結構文件服務器/工作站客戶機/服務器分布式處理Intranet/Extranet（二）網絡操作系統

管理網絡資源的軟件（三）幾種典型的通信網絡（簡介）以太網、令牌環網、快速以太網、FDDI、ATM，有的只用于局域網，有的通吃。

網際互聯即通過主干網絡把不同標準、不同結構甚至不同協議類型的局域網在一定的網絡協議的支持下聯系起來，從而實現更大范圍的信息資源