课件：医学信息-数据与数据库管理.ppt

数据与数据库管理,1.3 数据与数据库管理,为了提高数据的处理效率，往往需要将这些数据分门别类地进行整理和保存，以便今后对数据进行查询、统计和数据挖掘等操作，从中寻找有用的信息。数据库系统便是实现上述目的的有效手段。,工资档案 患者病案 科技档案 药品库存 学生成绩,数据库是计算机信息处理领域的一个重要的组成部分 数据库技术是当今信息技术中应用最广泛的技术之一。数据库管理系统是目前最大的计算机应用领域。 医院门诊管理系统、药房管理系统、 医院病房管理系统、医院人事档案管理系统、 医院病案管理系统等。,1.3.1 数据库系统的组成,数据库系统(DataBaseSystem，简称DBS)，它是在一定的计算机硬件环境下，由数据库、数据库管理系统、应用程序以及相关人员共同组成 1. 计算机硬件 数据库系统对计算机硬件的除要求CPU的处理速度高、内存容量大以外，还要求有足够的外存空间以存储数据库中的数据。 2. 软件 数据库系统中的软件包括操作系统、数据库管理系统及数据库应用系统等。,数据库系统组成,数据库(DataBase，简称DB)，即在计算机存储设备上合理存放的、相互关联的数据的集合。 数据库系统中的数据库是按一定法则存储在计算机外存储器中的大批数据。它不仅包括描述事物的数据本身，而且还包括相关事物之间的联系。实际上一个数据库是一组相互有联系的文件的集合，这些文件包括数据库数据文件和它们的索引文件。,它负责数据库的定义、存取、管理和维护，提供用 对数据库使用和加工的各种命令，包括数据库的建 修改、检索、计算、删除、统计、打印等；是用户 应用程序与整体数据库之间的接口。,数据库管理系统(DataBaseManagementSystem，简称DBMS)，即在数据库系统中专门用于数据管理的件，是用户与数据库的接口。,数据库应用系统是指系统开发人员利用数据库系统资源开发出来的，面向某一类实际应用的应用软件系统。 它分为两类： （1）管理信息系统。这是面向机构内部业务和管理的数据库应用系统。 （2）开放式信息服务系统。这是面向外部、提供动态信息查询功能的数据库应用系统。,应用程序 应用程序是面向用户的处理数据的子系统，它是运用DBMS所支持的程序设计语言编写的。,数据库系统的有关人员 最终用户： 通过应用系统的用户界面使用数据库的人员。 数据库应用系统开发人员： 包括系统分析员、系统设计员和程序员。数据库管理员负 责对整个数据库系统进行总体控制和维护，以保证数据库系统的正常运行。 数据库管理员（DBA：Database Administrator）： 管理和维护数据库系统正常运行的专职人员。,数据库管理员职责 规划和定义数据库的结构 定义数据库的安全性要求和完整性约束 选择数据库的存储结构和存取路径 监督和控制数据库的使用和运行 改进数据库系统和重组数据库。,数据库系统是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便用户访问的计算机软硬件资源组成的具有管理数据库功能的计算机系统。 用户可以通过数据库管理系统建立数据库，然后运用数据库技术保存与查询所需要的信息，这是用户使用数据库的目的，而数据库管理系统是实现这一目的的手段和工具。 数据库和数据库管理系统又都是数据库系统的组成部分。,数据库、数据库管理系统和数据库系统三者之间的区别,数据库系统的特点,1数据结构化 2数据共享性好 3具有较高的数据独立性 4. 可控的数据冗余 5由数据库管理系统(DBMS)统一管理和控制、增强 数据的安全性和完整性保护,1.3.2 数据模型,数据库的核心是数据模型，现实世界的事物首先抽象为观念世界的实体模型。在这一过程中，客观事物在观念世界中称为实体，事物的性质称为属性，在数据世界中，上升为数据模型。在数据世界中，客观事物被称为数据，事物的对象被称为记录，实体的属性被称为字段。 实体模型是反映了人们头脑中对现实世界的客观事物及相互联系的认识，数据模型是实体模型的数据化，是观念世界的实体模型在数据世界的反映，是对现实世界的抽象，所以实体模型和数据模型是现实世界中客观事物的两级抽象。我们借助正确的数据模型可以精确地探索事物的内在联系，因此数据模型是我们信息处理的基础。客观事物、实体及数据三者之间的关系如图l3所示。,1.3.3 数据模型的种类,数据模型的种类 1、层次模型(HierarchicalModel)， 其基本结构是树形结构，自顶向下层次分明。 2、网状模型(NetworkModel) 是网状结构，它不像层次模型那样必须满足严格的条件。 它对数据的搜索可以用两种方式： 可以从网络中任意一点开始搜索； 可沿着网中的路径按任意方向搜索。 3、关系模型(RelationalModel)最为流行。 4、面向对象模型,1.3.4 数据库的应用与展望,* 一个制药公司想提供它的在线的产品目录，以便人们能通过WWW网来浏览其产品并能填写在线订单。 * 一个大公司有许多分公司。每个分公司也许已经建立了他们自己的独立于其他分公司的数据库。这些分公司可以使用不同的DBMS、不同的信息结构，人们可以通过建立“数据仓库”(DataWarehouse)的方法，更好地发挥共享数据的作用。在数据仓库中，数据可以从许多宿主的数据库中经过适当的转换，复制到一个中心数据库。当宿主数据库发生改变时，数据仓库也随之更新，但不必立即进行。可以在宿主数据库比较空闲的时候(例如晚上的某个时段)，重建数据仓库。宿主数据库因此能连续提供前端服务。一些新的功能，例如通过Web网提供一个在线服务，就可以通过数据仓库来完成。数据仓库服务需要进行计划和分析。,* 分析员可以运行基于数据仓库的查询来查找产品销售趋势，以便更好地计划销售和生产。“数据挖掘”(DataMining)，即可以通过对大规模数据的处理，从中寻找对人们有用的数据(信息)或发现潜在的规则，这需要通过建立“数据仓库”才能得以实现。可以设想，如果将这种技术应用到医院电子病历的管理方面，将会挖掘出更多的对人们的防病治病有用的信息。,数据库的发展,20世纪80年代以来，数据库产品经历了从集中到分散，从单机环境到网络环境，从关系数据库到关系一对象数据库，从支持信息管理到联机事务处理(OLTPOnlinetransactionprocessing)，再到联机分析处理(OLAPOnlineanalyticalprocessing)、数据仓库的发展过程。 数据库领域的一个新发展方向：通过建立“数据仓库”，运用“数据挖掘”的技术寻找有用信息。,1.4 计算机网络,计算机网络就是把分布在不同地点的具有独立功能的多个计算机系统，用通信设备和线路在物理上连接起来，按照网络协议相互通信，以实现共享软件、硬件和数据资源等为目的的计算机系统。,1.4.1 计算机网络发展的历史,在20世纪50年代初，美国军方就将远距离的雷达和测控仪器所探测到的信息通过通信线路汇集到某个基地的一台计算机上进行处理。这种把终端设备(如雷达、测控仪器)、通信线路、计算机连接起来的系统，可以说是现代计算机网络的一个雏形。后来发展到由一台大型计算机带仁几十、几百个终端的系统，这是为了解决许多人(比如学生实习)共用一台计算机的问题，这是一种集中式的计算机网络。,到20世纪60年代中期，美国出现了将若下台计算机相互连起来的系统，这就使系统发生了本质上的变化，出现了多个处理中心。这方面成功的典型就是美国军方的ARPA网(AdvancedResearchProjectsAgencyNetwork)，它将加州大学洛杉矶分校，斯坦福研究院、加州大学圣巴巴拉分校和犹太大学的四台主机互联在一起。ARPA网在概念、结构和设计方面为现代计算机网络奠定了基础。,20世纪70年代，为了解决各种计算机之间的互联问题，采用开放系统互联参考模型(简称OSIRM)，即第三代计算机网络； 20世纪80年代中期，美国Internet(因特网)飞速发展，它通过使用公共通信线路将世界各地的计算机互联在一起，实现了分散式的模式； 20世纪90年代开始向宽带综合业务数字网(BIS-DN)方向发展第四代计算机网络。1993年美国政府提出了“信息高速公路”的概念。“信息高速公路”是一个通俗的比喻。由于汽车高速公路为美国经济发展打下了的坚实的基础(美国现有84万公里的高速公路，5万人的城市均纳入高速公路网中)。所以高速公路在美国几乎家喻户晓，妇孺皆知。美国副总统戈尔在配合克林顿竞选的时候，为了让人们容易理解，就通俗地提出信息高速公路这个概念。现在这一概念已被全世界所接受，它实际上是一场新的技术革命数字化信息革命,1.4.2 计算机网络的功能,计算机网络的功能： (1)数据通信，例如电子邮件等。 (2)资源共享，共享硬件、软件、数据等资源。 (3)实现分布式的信息处理，使分散存储在网络不同系统中的数 据在使用时就像集中存储和集中管理一样方便。 (4)提高计算机系统的可靠性和可用性，一旦某台计算机出现故障，它的任务可由网络中其他计算机取而代之；若网络中某些计算机负荷过重，网络可将新任务分配给较空闲的计算机去完成。,“资源共享”是人们组建计算机网络的主要目的之一，它使人们共享分散在不同地点的各种软、硬件资源和数据资源。在局域网中，通过设置网络打印机可以共享打印机，通过网上邻居可以共享对方的软硬件资源还可以通过服务器提供的大容量硬盘，使用户可以共享服务器硬盘中的文件和数据。在因特网中，人们通过相应的软件可以浏览、查询、下载所需的资料，通过远程登陆，可以共享对方的软硬件资源。 “数据通信”也是计算机网络的主要功能之一它是指通过网络实现计算机与计算机之间快速、可靠地互相传递数据，这是计算机网络的基本功能。目前，已从一般的电子邮件通信，发展到实时的网上交谈(chat)、网上电话、网上视频会议等多媒体实时通信。 分布式的信息处理是计算机网络的又一重要的功能，它是指利用计算机网络，通过采用适当的算法，可以将任务分散到不同的计算机上进行分布处理。,1.4.3 计算机网络的组成及分类,1)一个计算机网络系统由三个主要部分组成 (1)各种类型的计算机(硬件)及相应的软件，例如服务器(Server)、客户机(Client)、工作站，以及相应的软件Unix、Linux、WindowsNT等。 (2)通信子网，由通信链路和结点交换机组成，用于数据通信。 (3)一系列通信协议，这些协议是为主机与主机、主机与通信子网或通信子网中各结点间通信用的。协议是通信中各方事先约定的、必须遵守的规则，它是计算机网络不可缺少的组成部分。,2)从不同的角度对计算机网络进行分类 (1)从网络的交换功能进行分类：电路交换网、报文交换网、分组交换网、帧中继网和ATM网等。 (2)从网络的拓扑结构进行分类：星形网、树形网、总线形网、环形网、网状网和混合网。 (3)从网络的控制方式进行分类：集中式网络、分散式网络和分布式网络。 (4)从网络的作用范围进行分类：通常从网络作用的地域范围对网络进行分类，如广域网(WideAreaNetworkWAN)、局域网(LocalAreaNetwork)及城域网(MotropolitanAreaNetwork)等。 (5)按网络的使用性质进行分类：公用网、 专用网； (6)按网络的使用范围和环境分类：企业网、 校园网； (7)按网络的带宽和传输能力进行分类:窄带网、宽带网(多媒体网)等；还有一种内联网(Intranet)，它采用Internet的相关技术(如TCPIP协议、WEB服务器和浏览器 技术等)建立的一个企业内部网.,144计算机网络中常用的基本概念,1)网络的层次式结构 即一个计算机网络可分成若干层，高层仅是利用较低层次的接口所提供的功能，而不需了解其较低层次实现该功能时所需采用的算法和协议；其较低层次也仅仅是使用从高层传送来的参数。这就使得一个层次中的模块用一个新的模块取代，只要新模块和旧模块具有相同的功能和接门，即使它们执行完全不同的算法和协议也无妨。 2)网络协议(Protoc01)在计算机网络中，为使各计算机或计算机终端之间能正确地传送信息，必须在关于信息传输顺序，信息格式和信息内容等方面有一组约定或规则，这组约定或规则即所谓的网络协议(Protoc01)。 * 网络协议有三个要素：语义、语法、规则。 * 协议的语义是指对协议含义的解释。实质上，网络协议是实体 间通信时使用的一种语言。,3)网络体系结构计算机网络的层次及其协议的集合，就是所谓的网络体系结构。具体地说，网络体系结构是关于计算机网络应设置哪几层，每个层次又应提供哪些功能的精确定义。 4)局域网(LocalAreaNetwork)它的作用范围通常为1公里或几公里左右，一般是一幢楼房或一个单位内部。局域网的常用技术有总线网(又称以太网)、令牌环形网(光纤分布式数字接口网)、星形网等。与()SI参考模型相比，局域网的参考模型只相当于OSI的最低两层(物理层、数据链路层)。(局域网不存在路由选择问题，因此不需要网络层)。,5)广域网(WideAreaNetwork，简称WAN)因其覆盖的地域范围广而得名，它的作用范围通常为几十到几千公里(通常可以覆盖一个城市、个省、一个国家甚至于全球)，也称远程网. 6)国家信息基础建设(NilNationallnformationlnferstruction)这是由美国政府在1993年提出的 * 五个部分组成： 计算机等硬件设备； 高速信息网(信息高速公路:以光缆铺设而成的、高速传输一串串0和1的信 息网络。确切地说叫综合业务数字网络(1SDN)达到每秒传输1干兆比特(即1Gbs)的传输速度) ; 软件； 信息； 使用和开发信息的人员。,7)宽带它是指网络的传输速率很高，用户能独享的带宽达几兆位，秒甚至于几十兆位秒，网络的主子部分其带宽可达几十干兆位。 8)综合业务数字网它是指将话音传输、图像(视频)传输、数据传输等多种业务综合在个网巾。这样也适合于多媒体传输。综合业务数字网一般采用光纤技术及异步转移式的快速分组交换技术(ATM)。,145网络数据通信的基本概念,1)数据通信它是指通过计算机技术与通信技术的结合来实现信息的传输、交换、存储和处理。现代数据通信系统实际上就是一个计算机网络，它由数据传输系统和数据处理系统两部分组成。 2)数据传输系统也称通信子系统或通信子网，其主要任务是实现不同数据终端设备(DTE，之间的数据传输。 3)数据处理系统也称资源子系统或资源子网，它由PC机、服务器、大型计算机、工作站等组成，它们是网络信息传输中的信源或信宿，负责提供信息、接收信息和处理信息 *数据传输系统一般由以下几部分组成： (1)传输线路(信息传输的通道)：由传输介质和有关的中间通信设备纠成，例电话线、 微波等。 (2)调制解凋器(MODEM)：通常在发送端将发送数据转换成适合传输的电磁信号，待信号到达接收端时，再在接受端把传输信号转换成接收数据的设备 (3)多路复用器：将多个信源发出的信号有序地纳入一条物理信道中进行传输。到达目的地后，再将物理信道中的多路信号分别送人目标数据终端设备。业称多路转换器。 (4)交换器：用来实现临时连接和传输信息的设备。 4)信道信号传输的通道，它是一个抽象的概念 5)数据传榆速率简称数据率(DataRate)，是指单位时间内传送二进位制数据的位数。通常kb，(千位秒)或Mbs(兆位+秒)。 6)信道容量信道允许的最大数据传输速率，是数据通信信道的主要性能参数之一。7)误码串(ErrorRate)指数据中出错数据占被传输数据的比例，也是通信信道的主要性能参数。,1.46传输数据物理信道的分类及组成,物理信道从不同的角度进行分类： 按传输介质的类型，可把信道分成有线信道和无线信道； 按传输信号的形式，可把信道分成模拟信道和数字信道； 按使用方式，则又分成专用信道(X25，DDN)和公用信道(电话线路、有线电视线路等)。,传输介质的类型 1)有线信道 它由传输线和中继器组成，数据在导体中传播，这样不仅可获得较高的传输效率，且易于保证传输的正确性。属于有线信道的介质有双绞线、同轴电缆和光纤。 (1)双绞线：双绞线由两根互相绝缘的导线组成，两根导线绞合成匀称的螺纹状，作为一条通信线路。 (2)同轴电缆：同轴电缆的横截面是一组同心圆，最外圈是绝缘保护层，紧贴着的是一圈导体编织层，均匀地排列成网状，再里面是绝缘填料，用来分隔编织外导体与内导体，内导体可以用单股实心线，或者用多股绞合线。 (3)光缆：用光纤做成的光缆由缆心、包层、吸收外壳及防护层4部分组成。 2)无线信道 使电磁波通过自由空间去传输数据，也允许数字终端设备在一定范围内随意移动，因此，适合于边远山区和海岛，也为便携式计算机人网提供了条件。但它存在传输效率低、易被窃听、易受干扰、易受气候因素影响等缺点。无线信道有微波、红外线和激光，以微波通信(包括卫星通信)使用最广,14，7调制解调器,调制器的基本职能是把从终端设备和计算机送出的数字信号变换为适合于在模拟信道上传输的模拟信号； 解调器的作用是把模拟信号恢复成数字信号 调制解调器通常把调制器和解调器做在一起称为“调制解调器”(MODEM)。 调制解调器分为“同步”和“异步”： 同步MODEM：速度快、成本高，适用于高速通信线路，例如X25，DDN等； 异步MODEM：速度低、价格便宜，适用于低速通信线路，一般适合家庭用。,148网络中的数据交换技术,交换技术有5种： 1)电路交换 电路交换又叫线路交换，这是在发送端和接收端之间建立一条物理信道的交换方式。 典型例子是电话交换机，打电话者拨通对方电话号码后，在电话交换机中就有一条线路把两个号码对应的线路端点连接起来，构成一条专用的通信通道。通话完毕挂机，交换机内的连线拆除。 电路交换的通信过程的三个阶段：建立连接、传输数据和拆除连接 缺点是线路利用率低。,2)报文交换 报文(Message)是一种经过包装的数据，即把要发送的数据与发出地、目的地等有关信息结合在一起组成一个报文，每个报文按照去向的不同送人通信网络中不同的接点机缓冲区去排队。当某一条链路空闲时，就从相应的结点机的缓冲区中取出一个报文发送到下一结点，下一结点再进行转发，直至报文到达接收端。 优点是线路利用率提高了，整个网络都可以作为缓冲，根据报文长短建立优先级，使一些短的重要的报文能优先传递；它的缺点是延时长，不宜作实时通信或交互通信。,3)分组交换 分组交换的工作方式与报文交换大致相同，区别在于报文交换是以整个报文(数据块)为信息交换单位，而分组交换是把大的数据块分割为若干小块，然后给每个小块数据加上有关的地址信息及分组信息，组成一个数据包(称“分组”或“包”)数据包的长度有限，通常为几十到几百字节。这些数据包按照类似于流水线的方式在网络中经过缓冲、转发到达目的地。 优点是加速了信息的传输，简化了缓冲器的管理，较短的信息分组减少了出错率和重发信息量，使通信线路的效率得到了提高。,4)帧中继交换 随着光缆的出现，传输速度的加快，结点机可靠性的提高，信息在传输过程中发生的差错的几率减少。因此，没有必要再像分组交换网那样每经过一个结点都对数据包进行一次查错检测，正是在这种背景下出现了帧中继交换。 优点：帧中继是在分组交换的基础上，简化了差错控制(包括检测、重发和确认)、流量控制和路由选择功能而形成的一种新的交换技术。与分组交换相比，传输速率从64kbs提高到2048Mbs。,5)异步转移模式(ATM) ATM技术是在分析了电路交换和分组交换的优缺点之后，吸取两者的长处而发展起来的。电路交换具有良好的实时性，缺点是信道带宽不能动态分配，线路的利用率低；而分组交换虽然有带