1、第三章:管理信息系统管理信息系统的技术基础的技术基础 本章针对当前信息技术发展的特点，主要介绍计算机技术、网络技术以及数据库技术，其中计算机技术是一切信息技术的起点，而网络技术以及数据库技术是当前信息技术中应用最广泛也是迅速发展的热点之一，并且计算机在现代管理信息中的应用最终体现在快捷的网络技术以及具有强大数据处理能力的数据库技术。第一节第一节 计算机系统概述计算机系统概述一）计算机发展历史一）计算机发展历史 1)从1946年到1958年是计算机发展的第一代：其特征是采用电子管作为计算机的逻辑元件 2)从1958年到1964年是计算机发展的第二代：其特征是用晶体管代替了电子管 3)从1964年
2、到1975年是计算机发展的第三代：其特征是用集成电路IC（Intergrated Circuit）代替了分立元件 4)从1975年到现在是计算机发展的第四代：其特征是以大规模超大规模集成电路（每片上集成几百到几千个逻辑门）LSI（Large-Scale Integration）VLSI（Very Large-Scale Integration）来构成计算机的主要功能部件 二）计算机组成及工作原理计算机组成及工作原理 1)计算机硬件现代计算机系统由硬件和软件两部分组成。计算机硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称，如计算机存储器芯片、底板、各类扩充卡、键盘、鼠标等。计算机软件是指在计算机中运行
3、的各种程序及其处理的数据及相关的文档。冯诺依曼与他的同事们在普林斯顿研究所设计的基于程序存储和程序控制的计算机，其主要特征是由五个部分组成，即运算器、存储器、控制器、输入、输出，所以现代计算机也称为冯诺依曼机。计算机实际硬件构成原理图 中央处理器（CPU）包括运算器，控制器内存储器控制器输入/出设备控制器输入/出设备控制器输入/出设备系统总线计算机实际硬件构成原理图 2计算机软件 计算机是在特定的指令下运行的，这些指令都是计算机可以理解并执行的一些命令，也就是说，计算机从诞生之日起，就是和程序紧紧联系在一起的。而软件的含义比程序更宏观、更具体一些。一般情况下，软件往往指设计比较成熟、功能比较完
4、善、具有某种使用价值的程序，并且，软件不仅包含程序，还包含与程序相关的数据和文档。和硬件相比，软件具有不可见性、适用性、无磨损、易复制等特性 依据不同的原则和标准，可以将软件划分为不同的种类，而将软件划分为系统软件和应用软件两大类是比较流行的分法。系统软件主要特征是：它与硬件有很强的交互性，需对硬件资源进行统一的控制、调度和管理，系统软件具有通用性，它不是为解决一个具体问题而开发的，一般而言，系统软件是必不可少的，否则计算机将无法正常工作。应用软件泛指具体解决某些应用问题的软件，因此，应用软件丰富多样，有广泛使用的通用应用软件如Word,Excel等应用软件，也有就某一问题由某一部门具体开发的
5、专门应用软件，如机场售票系统，税务管理系统等。3 计算机工作原理 计算机是基于程序存储和控制来正常运行的，程序是告诉计算机做什么和如何做的一些指令。所谓指令，就是CPU可以执行的仅由二进制组成的代码，包括数据及操作，所以指令实际上包括操作数和操作码，如有一个指令是运算3+2，则“3”，“2”是为操作数，而“+”则为操作码，一个CPU可以识别的所有指令构成该CPU的指令集。指令在执行前是存放在内存中的，计算机对内存的管理是将其每一个字节分配一个代号，称为地址。其中指令传给CPU的操作数并不是实际的数据而是该数据在内存中的位置，因而，指令包含的两个部分常常称为操作数地址和操作码 不同的CPU可以识
6、别的机器语言并不一定相同，所以，不同的机器存在着兼容问题，当然，一般而言，同一品牌的CPU总是与过去的CPU相兼容，如能在Intel公司486CPU上运行的软件肯定可以在586或更高级的CPU上运行。所谓的某程序正在运行是指该程序已经转化成对应的指令，并且完全调入到内存中，这样，由CPU执行一条条指令（可能产生数据，因而出现内存与CPU不停地交换数据），从而使得程序一直处在运行状态（见下图）。CPU硬盘内存程序载入及运行示意图内存调入外存上的程序，并转 化 为 指 令，称 为loading。CPU和内存之间不停地执行指令、交换数据，使得程序正常运行程序最终结果可能想长期保存，此时需写入硬盘全部
7、程序调入内存后，就不再和硬盘有数据交换了三）嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入式计算机（Embedded computer)、是指嵌入各种设备及应用设备产品内部的计算机。它主要完成测控功能，其体积小，结构紧凑，可作为一个部件埋藏在控制的装置中，并为用户提供接口，有管理信号输入、输出和控制设备工作的功能，因而其应用范围十分广泛。嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。2、嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业
8、的具体应用相结合后的产物。3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。4、嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行。5、嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。6、嵌入式系统本身不具备自举开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。嵌入式计算机主要用于信号处理与控制，其应用领域主要有三大方面：1、军事国防领域。2、民用电子装备及机电一体化设备。3、家用电器及消费类电子设备。四、未来计算机发展趋势四、未来计算机发展趋势1、生物计算机：生物计算机的运算过程就是蛋
9、白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。生物计算机有着电子计算机所无法比拟的优势。一方面,生物计算机可以按照电子计算机的发展模式逐步改进，并且发挥高并行性、存储能力强、节能和抗电磁干扰的优势，在通用计算机的技术指标上与电子计算机一争高低。另一方面，生物计算机也可以独辟蹊径，为解决目前电子计算机所无法解决或者很难解决的一类问题提供全新的方案，如充分利用其高并行性解决那些随着问题维数的增加，计算量也大大增加以至超过常规计算机的计算能力的NP问题。2）光子计算机，以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计
10、算机中的电子硬件，光运算代替电运算。与电子计算机相比，光子计算机的“无导线计算机”信息传递平行通道密度极大。光的并行、高速，天然地决定了光子计算机的并行处理能力很强，具有超高速运算速度。超高速电子计算机只能在低温下工作，而光子计算机在室温下即可开展工作。光子计算机还具有与人脑相似的容错性，系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。目前，世界上第一台光计算机已由欧共体的 70 多名科学家研制成功，其运算速度比电子计算机快 1000 倍。3）量子计算机。量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移
11、动，从而进行运算。量子计算机的问世可解决一个一直困扰传统计算机的难题，那就是微型化、集成化。因为每个量子元件尺寸都在原子尺度，由它们构成的量子计算机，不仅运算速度快、存储量大、功耗低，体积还会大大缩小，并且它还能解决传统计算机的发热问题。量子计算机在20多年的研究发展过程中，取得了较大的进展。4）纳米计算机。纳米技术是从 80 年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。第二节：计算机网络第二节：计算机网络 计算机网络的发展历史虽然不
12、长，但发展速度极快.其具有里程碑意义的当属20世纪60年代末由美国国防部高级计划研究局研制的ARPA，经过40多年的发展，计算机网络已经成为当今社会一个重要组成部分，一个流行的说法是:Network is Copmputer一）一）计算机组网的目的计算机组网的目的1）数据通信。2）资源共享。3）实现分布式信息处理。4）提高计算机系统的可靠性和可用性。二）计算机网络分类二）计算机网络分类1）依据网络的拓扑结构可以分为星型网、环型网、总线网 2）依据传输介质可以分为有线网和无线网 3）依地理范围划分为局域网、城域网、广域网三种 局域网主要特点是：为一个单位所拥有 使用专用的、多台计算机共享的传输介
13、质，传输速率高（10Mbps1Gbps）通信延迟低，可靠性高 采用广播式的通信方式广域网的主要特点是：一般不用专用通信线路，借用已有的通信线路，如电话线、有线电视电缆等传输速率不高，可靠性差采用点对点的通信方式三）网络工作模式三）网络工作模式 网络工作模式主要分为客户/服务器模式（简称C/SCilent/Server模式)和对等模式（Peer-to-Peer）两种 客户/服务器模式在当前被广泛采用，如典型的Internet工作模式B/S模式（Browser/Server）就是C/S的一个特例，其具体优点在于：1）系统的安全性：它将操作系统分成若干个小的且自包含的服务器，每个服务器运行在独立的用
14、户态进程中，即使某个服务器失败也不会引起整个系统的毁坏或崩溃。2）分布式处理：不同的服务器可以运行在不同的处理器或计算机上，从而使操作系统具有分布处理的能力。3）易扩充性：它简化了基本操作系统，使在操作系统中增加新的服务器变得更加容易。四）网络操作系统四）网络操作系统 网络操作系统(NOS，Network Operating System)是使网络中各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务的软件和有关规则的集合。在现今市场上，用得最广泛的网络操作系统主要有Windows NT系统、NetWare系统和Unix系统。五）五）网络协议网络协议 为了实现不同的计算机之间相互通
15、信，不同的计算机之间必须遵守相同的网络协议，协议主要有语义、语法和定时三部分组成。语义规定通信双方“讲什么”，语法规定通信双方“如何讲”，定时包括速度匹配和排序等。成立于1947年的国际标准化组织ISO在1977年推出了开放系统互联参考模型OSI/RM，它是采用分层化技术，将整个网络通信功能分为7层，由低到高分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。OSI仅是一个概念上和功能上的一个标准框架，它定义的是一种抽象结构，而并非对具体实现的描述。目前网络互联使用得最广泛的网络协议是TCP/IP协议，TCP/IP协协议经包含了100多个协议，而TCP（传输控制协议）和IP（网络
16、互联协议）是两个最为重要的协议。TCP/IP协议分为四个层次，自低向上依次为网络接口层、网际层、传输层和应用层 六）网络上的数据传输网络上的数据传输 1、数据信号：数据在网络上进行传输，首先需要通过编码技术将数据转换成电编码的形式称为电信号，电信号有两种模式，即模拟信号和数字信号。2、信道复用：为了充分利用通信线路以提高传输效率，信号传输过程中常常采用复用技术，即多对传输信号共用一个信道。多路复用一般分为频分复用和时分复用，频分多路复用就是不同对传输信号采用不同的传输频率，时分多路复用就是将时间划分成等长的时间片，共用同一信道的不同几对通信者轮流获得通信机会。一般而言，频带传输方式常常采用频分
17、多路复用技术，而基带传输常常采用时分多路复用技术。3、数据交换：数据在网络上进行传输分为三种：线路交换、报文交换和分组交换。线路交换：线路交换的通信方式，就是通过网络中的节点在两个需要通信的节点之间建立一条专用的通信线路，电话系统是最常见的线路交换例子。线路交换进行网络通信包括三种状态：线路建立，数据传输、线路拆除。分组交换：分组交换首先将信息分割成一定长度的数据单位，并且，对每一个数据单位进行加工如加上发送站点的地址、接收站点的地址等，形成可以在网上传输的数据包，称为帧（Frame），每个帧独立地在不同节点之间传送，不同节点收到一个帧之后保存该帧，并利用该帧的效验码验证数据在传输过程中有无受
18、到干扰或丢失，如有，则向上一个节点请求重发一次该帧（因为该帧暂时保存在发送节点中），因为数据帧在每一个节点先保存在发送，所以，这种发送方式也叫“存储转发”。报文交换：报文交换相似于分组交换，但报文交换一般将整个信息打包成一个数据包在各节点之间发送传输，报文交换时为等待某一线路空闲常常需要排队，因而报文交换很难满足实时通信的要求。当前的分组交换已经是网络上一种最广泛使用的交换技术。七）网络互联设备七）网络互联设备1、调制解调器。调制解调器(MODEM)主要由调制器和解调器两部分组成，调制器的基本功能是将计算机中的数字信号转化成适合于在模拟电话信道上传输的模拟信号，而解调器的功能是将模拟信号恢复成
19、数字信号。2、中继器。中继器（REPEATER）:由于衰减及噪声干扰等原因，当电信号在传输介质上传输时总会变得越来越弱，为了延续网络的传输距离，就需要借助于中继器对信号起再生放大作用。在实际工作中，通过中继器所连接的网段数都是有限制的，如在IEEE802.3标准中，最多允许4个中继器连接5个网段。3、集线器。集线器（HUB）：它可以作为多个网络电缆的中间转接设备而将各个网段连接起来，采用集线器的优点是如果网络上某结点或某条线路出现故障，它不会影响其它设备的正常工作。集线器可以分为一般集线器和智能集线器，智能集线器也称交换机（SWITCHER），其最大的区别在于其通信速度的能力4、网桥（BRID
20、GE）：能将一个大范围的局域网分成若干相互独立的网段，因而网桥能实现更大范围的局域网互连，可以使得每个部门之间既可以独立操作也可以相互通信，大大提高了局域网的通信效率 5、路由器（ROUTER）:是现代组网项目中的一个重要设备，主要可以实现不同网络之间的数据通信，如校园网（局域网）连接到INTERNET（广域网）之间就需要路由器进行网络互联。路由具有的主要功能包括，可以实现互联网之间的最佳路径选择，能管理数据包的传送及数据流量，能实现过滤、负载分流、冗余容错，能实现数据压缩、优先、加密、防火墙等安全措施。6、网关（GATEWAY）：也叫协议转换器，主要用于不同体系结构的网络或局域网与主机的连接
21、，将一种传输协议转换成另一种协议，如将OSI的某层协议转换成TCP/IP中的某层协议。八）八）Internet网络网络Internet是世界是最大的计算机互连网，起源于美国、现在已连通全世界的一个超级计算机互联网络。1 Internet连接：Internet是“网上之网”，见图routerrouter星 型 局 域网环型城域网hostInternet主干host图2.10 Internet是“网上之网”2、IP地址：为了在网络环境下实现计算机之间的通信，网络中任何一台计算机必须有一个TCP/IP地址，而且该地址在网络上是唯一的。IP地址主要分为A、B、C、D、E五大类，其中D、E两类主要是为特
22、殊使用而保留的，而A、B、C三类就是指连上Internet上的三种网络。3、站点访问：访问某一台联网主机，事实上就是访问该主机的IP地址，但数字型标识对使用网络的人来说有不便记忆的缺点，因而提出了字符型的域名标识。域名采用层次结构，每一层构成一个子域名，子域名之间用园点隔开，自左至右分别为计算机名、网络名、机构名、最高域名。例如：，该域名表示中国(cn)教育网(edu)南京大学校园网（nju）网络服务器，当然你也可以直接输入该服务器的IP地址（202.119.32.7）来访问该网站。第三节第三节 数据库技术数据库技术 建立一个满足信息处理的有效的信息系统的核心技术和基础是数据库技术，因此从某种
23、意义上说，信息系统也是数据库系统。一、数据库的发展一、数据库的发展 数据库的发展经历了三个阶段：第一个阶段在20世纪50年代之前的人工管理阶段，计算机主要用于科学计算，数据管理无统一的数据库管理软件。第二个阶段在20世纪50年代至60年代之间，此时，数据以文件形式长期存储在计算机外存中，程序也数据之间具有相对的独立性，数据可以重复使用，数据文件组织多样，有索引文件等。第三个阶段数据库管理阶段，是在20世纪60年代以后 二、数据库系统的组成数据库系统的组成数据库系统（dbs）是一个采用数据库技术，具有管理数据库功能，由硬件、软件、数据库及各类人员组成的计算机系统。三）数据模型三）数据模型 依据适
24、用对象的不同，数据模型可以分为两类：面向客观世界、面向用户的称为概念数据模型和面向数据库管理系统的逻辑数据模型简称数据模型。1）E-R模型：E-R模型有三个基本概念：实体、联系和属性。实体（Entity）是客观存在的、可以相互区别的事物，可以是具体的对象（如学生）也可以是抽象的对象（如课程），具有相同性质的实体称为实体集；联系(Relationship)是实体之间关系的抽象表示，是实体与实体之间的联系，如学生与课程之间就有选修与被选修的联系；属性（Attribute）是指实体或联系所具有的特性。如学生实体具有学号、姓名、性别等属性。2）E-R图：E-R图是E-R模型的图形表示，它是直接表示概念
25、模型的有力工具，在E-R图中，用矩形表示实体、菱形表示联系、椭圆形表示属性。3）关系模型：关系模型以二维表来表示实体集及其实体间的联系，一个关系是一张二维表，表的首行称为属性在数据库中称为字段（Field），每一个字段有固定的长度、取值类型，其它各行称为元组在数据库中称为记录（record），一个关系成为一个表（table）。四）四）SQL语言语言 虽然，不同的数据库管理系统可能有自己的数据库开发语言，但是SQL(Structured Query Language)以其简洁、实用、结构化等特点已成为当前数据库管理系统的通用语言。SQL支持三级模式结构，包含了数据库管理系统中数据库、表、视图，从
26、而完全保证了对数据的操着。常用SQL语句包括表的创建、修改、记录的处理以及SELECT_SQL查询五）数据库在五）数据库在WEB中的应用中的应用 服务于WEB结构的数据库，利用WEB建立自己的信息系统，甚至以WEB为中心开展业务，已被越来越多的企事业所采纳。1、WEB数据库的物理架构当前流行的WEB数据库是基于传统的关系型数据库、由传统的两层C/S模式改进而来的三层C/S模式在WEB上应用的特例，即一种三层客户/服务器的体系结构客户端浏览器/WEB服务器/WEB数据库服务器结构，简称为B/W/D（Browser/Web Server/Dabase Server）。2、WEB数据库的逻辑架构 对WEB数据库的开发常常采用三层结构，即表示层、业务层和数据层。使用3层体系结构可保证系统的灵活性和可伸缩性，是针对WEB的运行特点而设计的。
