第2章技術基礎

2.1計算機硬件及軟件

2.2數據庫技術

2.3數據通信與計算機網絡2.1計算機硬件及軟件一、計算機系統1、計算機的發展史第一代20世紀50年代真空電子管計算機第二代20世紀50年代末到60年代中期晶體管計算機第三代20世紀60年代中期至70年代末集成電路電子計算機第四代20世紀70年代末至今大規模和超大規模集成電路電子計算機第五代20世紀上世紀80年代開始智能計算機（處于研究階段）22技術基礎_2.1計算機硬件及軟件2.1計算機硬件及軟件2、計算機系統(強調計算機是一個系統)類型：大型機：

特點：具有強有力的傳輸數據和處理數據能力，具有大容量的內外存，大型機采用專用的操作系統等。

適用范圍：大型計算機可以做聯機中央計算機，批處理計算機。在大型商場、銀行、航空公司訂票訂票處理機構、國民經濟管理部門中，一般都需要采用大型機做后臺服用處理。我國的銀河計算機。32技術基礎_2.1計算機硬件及軟件2.1計算機硬件及軟件微型計算機按微機所適用的業務范圍分為：商用機、家用機。按外形大小分為：臺式機、便攜機。便攜式分為筆記本型、掌上型52技術基礎_2.1計算機硬件及軟件2.1計算機硬件及軟件3、計算機系統功能(計算機是一個系統)

如下圖所示：計算機并非進行電子數據處理的“黑匣子”，也不是一系列組成部分的簡單集合。強調計算機是一個系統。具有系統的特征。62技術基礎_2.1計算機硬件及軟件2.1計算機硬件及軟件二、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。控制器：計算機的神經中樞，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72技術基礎_2.1計算機硬件及軟件2.1計算機硬件及軟件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）、光驅等。92技術基礎_2.1計算機硬件及軟件2.1計算機硬件及軟件三、計算機軟件軟件分類圖：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。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102技術基礎_2.3數據通信與計算機網絡2.1計算機硬件及軟件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、WindowsXP、Windows2003、Linux、Unix……網絡版：Novell、WindowsNT…...112技術基礎_2.1計算機硬件及軟件2.1計算機硬件及軟件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132技術基礎_2.1計算機硬件及軟件2.2數據庫技術一、數據庫概述1、數據處理的發展簡單應用(20世紀50年代以前)。

基本特征：無數據管理及完全分散的手工方式。

應用背景：硬件無外存或只有磁帶外存，輸入輸出設備簡單。軟件無操作系統，無文件管理系統，無管理數據的軟件。

主要特點：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。142技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術文件系統(50年代后期到60年代中期)。基本特征：具有面向應用的數據管理功能，工作方式是仍然是分散、非手工的。應用背景：硬件外存有了很大的發展，除了磁帶機，還出現了大容量的硬盤和靈活的軟磁盤軟件出現了操作系統、文件管理系統和多用戶的分時系統，專用于商業事務管理的高級語言COBOL主要特點: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。152技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術2、數據庫DB3、數據庫管理系統（DBMS）

數據庫管理系統DBMS（databasemanagementsystem）是指用戶與操作系統之的一層數據管理軟件，它為用戶應程序提供訪問數據庫的方法，包括數據庫的建立、查詢、更新及各種數據控制。

數據庫管理系統功能包括：定義數據庫的功能。管理數據庫的功能。維護數據庫的功能。數據通信的功能。172技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術4、數據庫系統（DBS）

數據庫系統DBS(databasesystem)是實現有組織、動態在存儲尤其是關聯數據、方便多用戶訪問的計算機軟件、硬件和數據資源組成的系統，即它是采用了數據庫技術的計算機系統。數據庫系統構成：硬件軟件（主要包括：操作系統、數據庫管理系統（DBMS）、應用軟件包和應用程序）人員（主要包括：系統分析員、系統程序員應用程序員、數據庫管理員（DBA））182技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術二、數據描述

數據描述是數據處理中的一個重要環節，從事物的特性到計算機中的具體表示，實際上經歷了三個領域：現實世界、信息世界和機器世界。1、基本術語信息世界的數據描述的主要工具E-R圖

192技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術實體間的聯系：現實世界中，事物是相互聯系的。這種聯系必然在信息世界中體現出來，即實體是相互關聯的。兩個不同實體集的實體間的聯系，它有以下三種情形：

一對一聯系，記為1:1。例如工廠與廠長之間，科研任務與課題組長之間都是1:1聯系。

一對多聯系，記為1:N。例如一個學校有若干學生，而每個學生都在一個學校學習，學校與學生之間是一對多的聯系。

多對多聯系，記為M:N。例如課程與學生之間，一個學生可選多門課程，而每一門課程可有多個學生選修，課程與學生之間是多對多的聯系。212技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術2、數據模型

數據模型是從計算機系統的觀點對數據建模，主要用于數據庫管理系統的實現，它主要包括層次模型、關系模型、網狀模型和面向對象模型等。DB的分類是依據數據模型進行的。層次模型：用樹型結構表示。A1A2AA11A12A13A21A22222技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術網狀模型：用有向圖結構表示。關系模型：用二維表結構表示。結算編碼合同號數量金額J0012HT1008200050000J0043HT110960013000J0033GT112323006000W1W3W2T1T2T3T4T5S2S2232技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術三、關系數據庫關系數據庫是以二維表作為數據模型的數據庫系統。1、關系模型組成關系模型由三部分組成：數據結構（即關系）、關系操作、關系的完整性。單一的數據結構——關系：在關系模型中，無論是實體還是實體之間的聯系均由單一的類型結構——關系來表示。關系操作：基本操作有并、交、差、笛卡爾乘積、限制、投影、連接、除。關系操作可以用兩種方式表示：代數方式即關系代數，邏輯方式即關系演算。信息在機器世界中是以數據形式存儲的，其數據描述需要用到以下術語：

字段(field)、記錄(record)、文件（file）、主鍵(key)：

252技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術數據描述需要用到的術語：字段(field):

標記實體屬性的命名單位稱為字段（數據項）。它是可以命名的最小信息單位。例如學生、姓名、性別、年齡、系別等字段。記錄(record):

字段的有序集合稱為記錄（相當于前面提到的數據元素）。一般用一個記錄描述一個實體。例如一個學生記錄，由有序的字段集組成：（2003、秦陽、男、25、管理系）。

文件（file）：同一類記錄的匯集稱為文件。文件是描述實體集的。例如所有學生記錄組成了一個學生文件。

主鍵(key)：能惟一標識文件中每個記錄的字段集，稱為文件的主鍵。例如學號可以作為學生記錄的主鍵。262技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術關系模型的三類完整性：實體完整性：若屬性A是基本關系R的主關鍵字中的屬性（即主屬性），則屬性A不能取空值。參照完整性：若基本關系R中含有另一個基本關系S的主關鍵字Ks所對應的屬性組F（F稱為R的外部關鍵字），則在關系R中的每個元組中的F上的值必須滿足：a.或取空值；b.或等于S中某個元組的主關鍵字的值。用戶定義的完整性：用戶自己對數據完整性的要求。272技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術DDL（DataDefinitionLanguage，數據定義語言）：用于定義數據的結構，比如創建、修改或者刪除數據庫；CREATETABLEDROPTABLECREATEINDEXDROPINDEXDCL（DataControlLanguage，數據控制語言）：用于定義數據庫用戶的權限。ALTERPASSWORD292技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術3、規范化設計理論

E.F.Codd于1971年提出規范化理論。他定義了五種規范化模式（NormalFrom,簡稱范式）。

范式表示的是關系模式的規范化程序，也即滿足某種約束條件的關系模式，根據滿足的約束條件的不同來確定范式。在五種范式中，通常只用到前三種：范式條件第一范式（1NF）元組中每一個分量都必須是不可分割的數據項第二范式（2NF）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（3NF）不僅滿足第二范式，而且它的任可一個非主屬性都不傳遞于任何主關鍵字302技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術1NF下表不符合第一范式的關系由非1NF規范化為1NF教師代碼姓名職稱系電話研究課題研究課題號研究課題名1101王一麗教授管理系3324500管理信息1102劉明副教授管理系3324800金融工程1254李愛軍講師投資系3341630電子商務教師代碼姓名職稱系電話研究課題號研究課題名1101王一麗教授管理系3324500管理信息1102劉明副教授管理系3324800金融工程1254李愛軍講師投資系3341630電子商務312技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術1NF轉化為2NF上表中關系滿足1NF，但不滿足2NF。這種關系會引發下列問題：

數據冗余、插入異常、刪除異常。解決的方法是將一個非2NF的關系模式分解為多個2NF的關系模式。在本例中，可將關分解為如下三個關系：教師關系：教師代碼、姓名、職稱、教師所在系、電話；課題關系：研究課題號、研究課題名；教師與課題關系：教師代碼、研究課題號。322技術基礎_2.2數據庫技術2.2數據庫技術

由2NF規范化為3NF:

上表符合第二范式，但是不符合第三范式這樣的關系同樣存在著高度冗余和更新異常問題。消除傳遞依賴關系的辦法是將關系分解為如下幾個3NF關系：教師關系：教師代碼、姓名、職稱、電話；課題關系：研究課題號、研究課題名；教師與課題關系：教師代碼、研究課題號。

3NF消除了插入異常、刪除異常、數據冗余及修改復雜等問題，已經是比較規范的關系。教師代碼姓名職稱系電話332技術基礎_2.2數據庫技術2.3數據通信與計算機網絡一、計算機通信與網絡概述1、計算機網絡發展通信技術是信息技術的一個重要組成部分。數據通信是20世紀50年代后期隨著電子計算機的廣泛應用而發展起來的。計算機網絡是計算機技術與通信技術緊密結合的產物。計算機網絡的形成與發展經歷了三個階段：

面向終端的計算機網絡。例如50年代初美國的SAGE系統。

以資源共享為目標的計算機—計算機網絡階段。例如60年代美國的ARPA網，IBM的SNA網，DEC的DNA網等。

開放式標準化網絡階段。例如Internet。342技術基礎_2.3數據通信與計算機網絡2.3數據通信與計算機網絡2、計算機網絡的典型分類

計算機網絡的分類方法很多。通常按計算機網絡覆蓋的范圍將其分類：局域網、城域網和廣域網。局域網LAN（localareanetwork）城域網MAN（metropolitanareanetwork）廣域網WAN（wideareanetwork）其它分類有：交換方式、拓撲結構等。局域網、Internet是應用重點。352技術基礎_2.3數據通信與計算機網絡2.3數據通信與計算機網絡3、計算機網絡的組成與結構計算機網絡完成數據處理與數據傳輸兩個任務，從結構上可分為資源子網和通信子網兩個部分。主機主機主機主機主機主機主機資源子網通信子網圖6.1計算機網絡結構圖362技術基礎_2.3數據通信與計算機網絡2.3數據通信與計算機網絡4、計算機網絡的拓撲結構

計算機網絡的拓撲結構表示網絡中的結點與通信線路之間的幾何關系，反映網絡中各實體間的結構關系。拓撲結構主要有：星形拓撲、總線拓撲、環形拓撲、樹形拓撲及網形拓撲。372技術基礎_2.3數據通信與計算機網絡2.3數據通信與計算機網絡5、傳輸媒體傳輸媒體是通信網絡中發送方和接收方之間的物理通路，計算機網絡中采用的傳輸媒體分有線和無線兩大類。有線傳輸媒體：雙絞線(TP)同軸電纜

光纖(

按使用的波長區的不同分為單模和多模光纖通信方式)

無線傳輸媒體（微波通信、衛星通信、紅外通信和激光通信。）他們又統稱為視線媒體

同軸電纜382技術基礎_2.3數據通信與計算機網絡2.3數據通信與計算機網絡6、常見的網絡互聯設備調制解調器：在通信過程中將數據信號轉換成模擬信號或者將模擬信號轉換成數據信號的設備。網絡接口卡：網絡接口卡簡稱網卡，用來負責計算機和網絡之間的集中數據轉換。中繼器：中繼器是一種連接設備，用來連接兩個以至于同類網絡的網段。中繼器的作用是對信號進行整形，防止因線路的阻抗造成信號的衰減和畸變，增加信息傳輸的距離。集線器：集線器（HUB）是一個具有多個連接端口的設備，每個端口可連接一個節點。交換機：交換機（Switch）是用來連接多網段的中規模以上的局域網的一種網絡連接設備。392技術基礎_2.3數據通信與計算機網絡2.3數據通信與計算機網絡二、局域網局域網的特性主要涉及拓撲結構、傳輸媒體和媒體訪問控制(MediumAccessControl,MAC)等三項技術問題，其中最重要的是媒體訪問控制方法。1、以太網技術

傳統局域網使用的就是采用上述標準的以太網技術，包括采用總線拓撲結構、具有沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CD的總線爭用技術。2、快速以太網IEEE于1995年通過了100Mbps快速以太網的100BASE-T標準，并正式命名為IEEE802.3u標準，作為對IEEE802.3標準的補充。100BASE-T標準不但在最大程度上保持了IEEE802.3標準的完整性，而且保留了核心以太網的細節規范。402技術基礎_2.3數據通信與計算機網絡2.3數據通信與計算機網絡三、因特網（Internet）因特網是一個建立在網絡互聯基礎上的、開放的全球性網絡。所有采用TCP/IP協議的計算機都可加入Internet,實現信息共享和相互通信。1、Internet的結構特點Internet采用了目前最流行的客戶機／服務器工作模式，凡是使用TCP/IP協議，并能與Internet的任意主機進行通信的計算機，無論是何種類型、采用何種操作系統，均可看成是Internet的一部分。2、ISP接入方式幀中繼方式。專線(DDN)方式。ISDN方式。412技術基礎_2.3數據通信與計算機網絡2.3數據通信與計算機網絡3、用戶接入方式仿真終端方式。撥號IP方式。局域網連接方式。4、Internet的關鍵技術TCP/IP技