管理信息系统技术基础.ppt

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 ROM RAM 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 （一）数据处理的概念 1、概念 数据处理是把来自科学研究、生产实践和社会经济活动等领域中的 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。 2、目的 l 把数据转换成便于观察分析、传送或进一步处理的形式。 l 从大量的原始数据中抽取，推导出对人们有价值的信息以作为行动 和决策的依据。 l 利用计算机科学地保存和管理已经过处理(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。 3、内容 l数据收集 l数据转换 l数据的筛选、分组和排序 l数据的组织 l数据的运算 l数据存储 l数据检索 l数据输出 人工管理阶段(1946年-20世纪50年代中期) 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。程序执行时，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。 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。 （二)数据处理的发展 l文件系统阶段(50年代后期-60年代中期) 主要特点: 数据管理方面，实现了数据对程序的一定的独立性，数据不再是程 序的组成部分，修改数据不必修改程序，数据有结构，被组织到文件 内，存储在磁带、磁盘上，可以反复使用和保存。文件逻辑结构向存 储结构的转换由软件系统自动完成，系统开发和维护工作得到减轻。 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 l数据库阶段(60年代后期-) 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，出现了复杂数据结构，数据冗余 度小、易于扩充、数据与程序独立、有了统一的数据控制功能。 (三)数据库（DB） 按一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合 （四）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。 （五）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： l 硬件 l 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 ） l 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): 是指明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 无向边将菱形和有关实连接起来，在边上注明联系的类型 。 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 ER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ER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ER图的简化。 （2）综合局部ER图，生成总体ER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ER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、教务处和财 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 1 1 月份 财务处的局部E-R图 1 m 学生住宿宿舍 n 1 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1978.01.04 9602002王百灵男1979.05.06 9602003王少颂男1977.06.08 9602004杨韵峰男1979.05.03 9602005康 敏男1976.01.23 分量 属性(域) 元 组 主码 关系 关系模型的三类完整性： 实体完整性： 若属性A是基本关系R的主关键字中的属性（即主属性） ，则属性A不能取空值。 参照完整性： 具有一对多联系的两个表之间，子表中与主表的主关键 字相关联的那个属性（外部码）的值要么为空，要么等于 主表中主关键字的某个值。 用户定义的完整性： 用户自己对数据完整性的要求，即针对某一数据库的 约束条件。 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（ Normal From,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，而且它的任可一个非主属性 都不传递依赖于任何主关键字 u 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 u1NF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，可将关系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。 u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：生产厂代码、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、ER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ER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ER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。 ER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。 学生学号，姓名，性别，年龄，入学时间 课程课程号，课程名，学分 选修学号，课程号，成绩 学生课程选修 mn (1)学籍管理子系统包括学生、宿舍、班级、教室、辅导 员。这些实体之间的联系有： 一个宿舍可以住多个学生，一个学生只能住在一个 宿舍中。 一个班级有若干学生，一个学生只能属于一个 班。 一个辅导员带若干个学生，一个学生只属于 一个辅导员。一个辅导员带多个班级。 一个班级在多个教室上课，一个教室有多个班级来 上课。 作业： 设计学生管理系统。包括学生的学籍管理子系统和课 程管理子系统两个系统。 （2）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： 一个学生选修多门课程，一门课程有若干学生选 修。 一个学生有多个教师授课，一个教师教授若干学 生。 一门课程由若干个教师讲授，一个教师只讲一门 课程。 一个教室开设多门课，一门课只能在一个教室上 。 要求： 1、分别画出学籍管理子系统和课程管理子系统的E-R图 2、画出学生管理系统的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，在功能完善的网络软件控制下，实现信息 通信和资源共享，为网络用户提供各种网络服务的系统 。 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 l局域网(LAN)：传输距离0.110km，传送速率在1Mbps 10Mbps。 l广域网(WAN)：数据传输速率一般在1.2kbps1.554Mbps，传输 距离可遍及全球。 lInternet（因特网）：我国的CHINANET、CERNET等都是该网 的一部分。 l综合业务数字网(ISDN) ：综合业务数字网是一种能在一个网络 内传送多种业务信息的网络，包括数据、图象、语音、文字等， 能够满足一个单位日常业务中网络应用的需要。 按网络应用范围和应用方式分类： 按网络拓扑结构分类： 按传输技术分类： l广播式网络 l点到点网络 计