第三章管理信息系统平台的构建技术

1、第三章管理信息系统平台的构建技术Computer tech no logy is the tech no logical basis to con struct the platform of management information system. This chapter is mainly about the new developme nt of computer hardware, data com muni catio n mode, data switch ing tech no logy, computer n etwork architecture, local area

2、 n etwork medium access con trol tech no logy, TCP/IP protocol set, database architecture, the features and operati ons of the relatio nal model, the basic con cept of data warehouse and so on.第一节计算机系统一、计算机系统计算机是一种能够接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对输入的信 息进行加工、处理，得到人们所期望的结果，然后把处理结果输出的高度自动化 的电子设备。计算机的发展史1大型主机的发展阶

3、段1946年美国研制出第一台全自动电子计算机 ENIAC，标志着电子计算机的 诞生，此后计算机进入了飞速发展的阶段。计算机发展史具体如表3-1所示。表3-1计算机发展史年代 器件、第一代1946-1957第二代1958-1964第三代1965-1969第四代1970-电子器 件电子管晶体管中、小规模集成电路大规模和超大规模集成电路主存储 器磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓、 半导体存储器半导体存储器外部存储器磁带、磁鼓磁带、磁鼓磁带、磁鼓、磁盘磁带、磁盘、光盘处理方机器语言监控程序 连续处理作业 高级语言编译多道程序实时、分时处理式汇编语言实时处理网络操作系统运算速 度5千-3万次/秒几十万-百

4、万次/ 秒百万-几百万次/秒几百万-千亿次/秒目前，世界各国研究人员正在加紧开发以智能电子计算机、神经网络计算机、分子计算机、光子计算机、量子计算机等为代表的未来新一代计算机。智能电子 计算机是一种有知识、会学习、能推理的计算机，具有能理解自然语言、声音、 文字和图像的能力，可进行思维、联想、推理，具有汇集、记忆、检索等活动。 神经网络计算机模仿人的大脑判断能力和适应能力，将具有类似人脑的智慧和灵 活性，并具有可并行处理多种数据的功能。 分子计算机运行靠的是分子晶体可以 吸收以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。 凭借着分子纳米 级的尺寸，分子计算机的体积和耗电将剧减， 并能更长

5、期地存储大量数据。光子 计算机利用光子取代电子进行数据运算、 传输和存储，光子计算机将使运算速度 在目前基础上呈指数上升。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和 逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。2微型计算机的发展微型机又称为个人计算机(perso nal compute, PC),它的发展阶段以微处 理器(microprocessor unit, MPU)为标志。世界上第一台微处理器 Intel 4004诞 生于20世纪70年代，第一台微型计算机MCS-4随之于1971年诞生，其后微机 迅速普及。微型计算机发展至今,大约经历了五个阶段。第一代, 1981 年 IBM 公司的IB

6、M PC/XT使用8位In tel 8088 CPU;第二代，1984年IBM 公司的IBM PC/AT 使用 16 位 In tel 80286 CPU ;第三代，1986 年 Compaq 公司的 386AT 和 1987年 IBM 公司的 PS/2-50使用 32 位 Intel 80386 CPU;第四代，1989年 486 微机使用 In tel 80486 CPU ;第五代，1993 年微机使用 Intel Pen tium CPU (586) 和其后的PU、PM、PIV，高档PIV已发展到字长64位，主频3.8GHz。计算机的分类按计算机的规模和性能可以分为六大类：1.超级计算机

7、或称巨型机(supercomputer)超级计算机具有强有力的传输数据和处理数据能力，具有大容量的内外存， 采用专用的操作系统等。我国研制的银河机也属于巨型机。 1999年 9月，我国 研制的“神威”巨型计算机系统研制成功，运算速度达每秒 3840亿次浮点运算， 其总设计师金怡濂获得 2002年度国家最高科学技术奖。据 2004年 11 月报道， 由美国的蓝色基因L创下了 70.72TFLOPS的新纪录，并荣登2004年超级计算机 排行榜榜首。 (T 译为太拉， 1 太拉为 1 万亿， FLOPS 为每秒可运行的浮点运算 次数)。2小超级机或称小巨型机( minisupercomputer )

8、小超级机又称桌上型超级电脑， 由并行的多个微处理器组成， 它使巨型机缩 小成个人机的大小，或者使个人机具有超级电脑的性能。3. 大型主机(mainframe)它包括我们通常所说的大、 中型计算机。 这是在微型机出现之前最主要的计 算模式。不过随着微机与网络的迅速发展，许多大型机正在被高档微机群取代。4. 小型机(minicomputer )小型机常采用多 CPU 结构，具有较大容量的内存和多台大容量硬盘，数据 处理功能较强，实时处理性能比较好等。同样小型机也受到高档微机的挑战。5. 工作站(workstation )工作站使用大屏幕、 高分辨率的显示器，有大容量的内外存储器， 大都具有 网络功

9、能。一般采用 UNIX 操作系统，具有多任务、多用户的功能，适合于分布 式处理。它们的用途比较特殊，主要用于计算机辅助设计、图像处理、软件工程 以及大型控制中心。6. 个人计算机(personal computer ，PC)或称微型机这是目前发展最快的领域。 根据它所使用的微处理器芯片的不同而分为若干 类型。使用In tel公司的Pe ntium系列和AMD公司的Athlo n系列微处理器的IBM PC 及其兼容机最为普及。计算机的组成计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。 计算机硬件是指计算机系统 中由电子、机械、 磁性和光电元件组成的各种计算机部件和设备。 计算机的种类 很多，但从功能

10、上都可以划分为五个基本组成部分，即输入设备、输出设备、存 储器、运算器和控制器， 运算器和控制器常集成在一起， 称为中央处理器( CPU)。计算机硬件结构如图3-1所示，双线代表数据流，实线代表控制流，计算机各部 件间的联系通过信息流动来实现。图3-1计算机系统基本硬件结构二、计算机硬件硬件设备是计算机物理设备的总称。中央处理器（central processing uni，CPU）中央处理器在微机中又称为微处理器， 它主要由运算器、控制器和寄存器组 成。其主要功能是按照程序给出的指令序列分析指令、执行指令， 控制并协调各 部件的工作，完成对数据的加工处理。存储器（memory存储器是是计算机

11、的记忆和存储部件， 负责存储数据和程序，并根据控制命 令提供这些数据和程序，主要分为主存储器和辅助存储两类。 主存储器又称内部 存储器，简称内存，主要由半导体存储器组成。计算机运行过程中内存用来存储 当前数据和程序指令的。计算机的辅助存储器又称外部存储器，简称外存，用于 数据和程序的长久保存。常用的辅助存储器有磁盘（带）、移动硬盘、光盘、闪 存存储器（usb flash盘，又称优盘和闪盘）。为了解决成本价格、存取速度和存 储容量的矛盾，目前计算机的存储系统是由各种不同的存储器组成的。1主存储器内存和CPU 起构成了计算机的主机部分。内存储器按其工作方式的不同， 可以分为随机存储器 RAM和只读

12、存储器ROM两种RAM可以分为静态SRAM 和动态DRAM 两种，目前常用的 DRAM 有SDRAM （synchronous DRAM，同步 动态随机存储器）和 DDR SDRAM （dual date rate SDRAM，双倍数据传输速率 同步动态随机存储器，DDR SRAM理论上具有双倍SDRAM内存的带宽）。ROM是一种内容只能读出而不能写入和修改的存储器，其存储的信息是在 制作该存储器时就被写入的。计算机断电后，ROM中的信息不会丢失。ROM常 用来存放检测程序、ROMBIOS等。只读存储器除了 ROM夕卜，现在为方便BIOS 的升级等又出现了 PROM、EPROM、EEPROM

13、（electrically erasable programmable ROM）等类型。PROM是可编程只读存储器，但只可编写（烧制）一次。EPROM 器件是可擦除可编程只读存储器，使用EPROM写入器用紫外线照射的方法可以 反复多次擦除原来写入的内容，重新写入新的内容。EEPROM是电可擦除可编程只读存储器，使用普通微机就可对它重写。EPROM、EEPROM与ROM不同， 其内容可以多次擦除而更新，但只要更新固化好以后，就只能读出，而不能象 RAM那样可以随机读出和写入信息。2外存储器外存储器根据使用介质的不同，可分为磁性、光电和电子几种。外存的容量一般都比较大，读写速度较慢。软磁盘是一种磁

14、介质形式的存储器。常用的是容量为 1.44MB 的 3.5 英寸软 盘。目前已经有大容量的ZIP软盘，一张盘片存储容量为100MB300MB左右。 硬磁盘是由若干个硬盘片组成的盘片组， 一般被封装在金属壳内。 硬盘的容量要 大得多，通常在几十个 GB到几百个GB，存取信息的速度也快得多。移动硬盘 的接口多为 USB 接口，便于移动。磁带存储器主要用于大型主机和小型机。用 于计算机的磁带和普通录音磁带类似， 并无物理本质上的区别。 只是前者记录数 字信号，后者记录模拟信号，因此读写装置差别较大。光盘驱动器是读取光盘的设备。 CD-ROM 为只读光盘， 它的容量为 650MB， 可用于存放各种信息

15、。 光驱的一个主要技术指标是数据传输速率， 传输速率的单 位是“倍速”，其基数是150KB/秒。40X就是指40倍速光驱，其数据的传输速 率为6000KB/秒。常用的光盘有三种：只读光盘、一次性写入光盘（ WORM简 称 WO）、可擦写光盘（CD-RW）。可擦写光盘是能够多次重写的光盘，目前 常用的是磁光型（magneto optic disk， MO）。可擦写光盘需插入特制的光盘驱 动器进行读写操作。 DVD-ROM 是 CD-ROM 的后继产品， DVD 盘光道之间的间 距缩小，记录信息的最小凹凸坑长度缩小，导致了 DVD 盘的存储容量可提高至 4.7GB，是CD-ROM的7倍。而且DVD

16、驱动器具有向下的兼容性，也可以读取 CD-ROM 的光盘。闪存是一种新型的 EEPROM 内存，不需要特殊设备和方式即可实现实时擦 写。市面上常用的有U盘/优盘，有数码相机、数码摄像机、MP3上用的CF（compact flash）卡、SM （smart media）卡，MMC （ multimedia）卡等等。它们携带和使 用方便，容量和价格适中，一般容量从64MB到1GB，深受广大计算机使用者的青睐。比较而言，存取速度由快到慢为：内存 硬盘光盘软盘，存储容量由大 到小为：硬盘光盘内存软盘。外部设备外部设备包含输入设备和输出设备。 键盘是微机的标准输入设备， 显示器是 微机的标准输出设备。在

17、微型计算机系统中， 最常用的输入设备是鼠标和键盘。 扫描仪是一个典型 的图像输入设备。它可以将照片、图片、图形输入到计算机中，并转换成图像文 件存储于硬盘中。视频捕获卡是视频媒体信息的输入设备，它可以将电视、 摄影 机和录像的视频信号输入到计算机中， 可以将视频片断录制到硬盘上。 条形码读 入器是一种输入设备。 条形码是一种用线条和线条间的间隔按一定的规则表示数 据的条形符号。条形码读入器用以扫描条形码， 将光信号转变为电信号， 经译码 后输入计算机。 光笔与相应的硬件和软件结合， 可用来在屏幕或书写板上作图或 写字输入计算机。触摸屏是一种快速实现人机对话的工具。可分为电容式、 电阻 式和红外

18、式三种， 常用的为前两种。 电容式触摸屏工作原理是在荧光屏前安装一 块特殊玻璃屏，其正反两面涂上专门材料， 当手指触摸屏幕时， 引起正反面间电 容值发生变化，控制器将这种变化编译成（ X ， Y ）坐标值，传给计算机处理。 而电阻式触摸屏所涂材料当手指触摸屏幕时，引起触点正反面间电阻值发生变 化。微机的显示系统由显示器和图形适配器（graphics adapte，也称为图形卡或 显卡）组成。它们共同决定了图像输出的质量。 显示器的主要技术指标有分辨率、 像素和点距（两个像素点间的距离）。显示器像素点越多，分辨率越高，点距越 小，图像越清晰。目前的图形卡能够支持 1024X 768 (或1280

19、X 1024)像素的分 辨率，点距有 0.28 毫米， 0.31 毫米或 0.39 毫米等。通常显卡上有它自己的存储 区视频随机存储器( video RAM )，也称为显存或 VRAM 。 VRAM 用于存储 当前正在显示的有关数据，以及此后将要显示的有关数据。 VRAM 的大小决定 着显示器最大分辨率下所能显示的颜色数、 分辨率和显示的速度。 打印机主要有 针式打印机、喷墨打印机、激光打印机等。打印机的技术指标主要有打印速度、 印字质量、打印噪声等。声卡又称音频卡(audio card)，它用于处理音频媒体信息的输入输出，是 一个重要的多媒体组件， 与声卡相配套的硬件还有麦克风和音箱。 一般

20、声卡都具 有如下功能：录音、播放声音、乐器数字接口 MIDI 等。三、计算机软件 软件系统是指计算机程序及其有关文档。 软件系统由系统软件和应用软件两 大部分组成。系统软件包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、网络通 信管理程序等部分； 应用软件是用来完成用户所要求的数据处理任务或实现用户 特定功能的程序。操作系统软件操作系统(operation system OS)是一组对计算机资源进行控制与管理的系 统化程序集合，它是用户和计算机硬件系统之间的接口。 操作系统具备五大功能： 处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。如Windows、Linux 、Unix 等。数据库管理系

21、统软件数据库管理系统( database management systemDBMS )软件是专门对数据 记录进行综合管理的软件，对数据文件结构的定义、数据记录的更新、 数据记录 的查询以及对数据记录的各种运算提供全面的支持。 如 Oracle，Sybase，Microsoft SQL Server，Access等。程序设计语言计算机指令是用程序设计语言编写的， 程序设计语言是人与计算机进行交流 的工具。 机器语言是一种在计算机上可以直接执行的二进制代码指令。 汇编语言 用便于人记忆的助记符作为操作指令， 是一种十分接近机器语言的符号语言。 高 级语言采用英语词汇作为指令关键词，按照规定的语义

22、和语法结构要求编写程 序。高级语言中每一条语句的功能相当于汇编语言的多条指令的功能， 也被称为 第三代语言(3GL)。如C、PASCAL等。第四代语言(4GL)是为降低程序开 发难度和提高程序开发效率而设计的通用语言。如某些数据库系统的查询语句(如SQL)和应用软件包的宏语言就具有第四代语言的特征。编写的程序是非 过程化的，即程序指令只要告诉计算机需要“做什么”，而不必详述“怎样做” 的具体过程。面向对象的程序语言是 1980 年后新发展的程序设计语言，面向对 象语言将数据与操作合成为对象，即对象数据和操作，这样的对象可以重用， 从 而大大提高编程效率，如C+、Java等。由于因特网的广泛应用

23、，标记语言也开 始引起人们的注意，如 HTML 、 XML 等。应用软件应用软件是直接面向最终用户的具体应用软件， 可分为通用和专用两种。 通 用应用软件是某些具有通用信息处理功能的商品化软件。 它的特点是通用性， 因 此可以被许多有类似应用需求的用户所使用。 比较典型的通用软件有文字处理软 件、表格处理软件、数值统计分析软件、财务核算软件等。如 Microsoft Office 、用友财务软件等。专用应用软件是专业人士为满足用户特定要求而单独开发的专 门应用软件，如为某公司定制的人力资源管理信息系统。管理信息系统一般来说是借助于计算机硬件等设备，进行信息处理的应用软 件系统，因此计算机系统是

24、管理信息系统平台构建的技术基础。 计算机系统所涉 及的软硬件系统发展非常迅速，在管理信息系统软件开发过程中，需要不断跟踪 其发展，充分利用和发挥其性能。第二节通信和网络一、数据通信技术数据是承载信息的实体，信息是数据的内容和含义。信号（signal）是数据 的电磁或电子编码，按其编码机制可分为模拟信号和数字信号。数据通信技术是计算机网络发展的基础，通信的根本目的是传输信息如语言、文字、数码和图像等,而信息往往以具体的数据形式来表现， 数据通过介质传送时又必须转换为一 定形式的信号，因此通信归结到底是在一定的传输媒体上传送电信号，从而达到传送数据和交换信息的目的。数据通信网络的结构一个数据通信网

25、络结构如3-2图所示。在数据通信网络中信息的发出者称其 为信源；信息的接收者称为信宿；发送器对发送信号编码或转换，产生能够传输 的光、电信号；接收器将收到的信号转换成信宿设备可以处理的信号；传输系统是连接信源与信宿之间的复杂线路网络。连接信源与信宿的物理和逻辑设备称为 信道。图3-2通信网络结构数据通信方式1. 并行通信和串行通信并行通信方式是将一组数据按数位宽度同时进行传输，每一个数位都要有自己的数据传输线和发送、接收设备。并行通信的传输速率高，但传输设备多，并 行通信方式一般用在距离近、传输速率要求高的通信中。串行通信方式是在一根 数据传输线上，每次传送一位二进制数据， 即数据一位接一位地

26、传送。在传输距 离远，传输数字数据的场合，都采用串行传输方式，如计算机网络中。2单工通信与双工通信按照数据传输方向及其时间关系可将通信方式分为单工、半双工和全双工三 种。在单工通信中，发送设备和接收设备之间只有一个传输通道，数据单方向的从发送端到接收端，传输通道的方向不能改变。在半双工通信中，两个设备之间 有两个传输通道，可以轮流双方向地传送，但不能同时进行。在全双工通信中， 两个设备之间有两个传输通道，并且可同时双向传送数据，相当于两个相反方向 的单工通信的组合。3.基带传输与频带传输基带传输是指在数字信道直接传输数字信号。 当进行远距离通信时，往往将 数字数据转换成模拟信号（调制）后传输，

27、在接收端再进行信号的恢复（解调）， 当调制成频率信号的频率范围在音频范围（200Hz3.4kHz）内时，这种传输方 式称为频带传输。其频率范围比音频范围宽时，则称之为宽带传输。4同步传输与异步传输在串行通信通讯中， 发送与接收方必须以同样的速率在相同的时段内发送和 接收数据，否则收发会产生微小误差，微小误差的积累，会导致传输错误，为此 要用到同步技术。 所谓同步是指接收端要按照发送端所发送的每个数据的起止时 间和重复频率来接收数据，即收发双方在时间上必须一致（同步）。数据传输的同步方式有异步传输与同步传输两种。 异步传输是以字符为单位 的数据传输。每个字符都要附加 1 位起始位“ 0”、1 位

28、寄偶校验位和 l 位停止位 “1”，以标记一个字符的开始和结束。起始位和停止位结合起来，便可实现字 符的同步。 同步传输是以数据块为单位的数据传输。 每个数据块的头部和尾部都 要附加一个特殊的字符或比特序列， 标记一个数据块的开始和结束， 一般还要附 加一个校验序列，以便对数据块进行差错控制。数据通信传输介质 传输介质分为有线介质和无线介质。有线介质常用的有双绞线、 同轴电缆和光纤三种。 双绞线是以螺旋状扭在一 起的两根绝缘导线组成的。两根线扭在一起是为了减少相互间的辐射电磁干扰。 双绞线早就用在电话通信中， 用于模拟信号的传输， 它也可常用于数字信号的传 输。同轴电缆也像双绞线那样由一对导体

29、组成，但它们是按“同轴”形式构成线 对。基带同轴电缆用来直接传输数字信号， 宽带同轴电缆多用于频分多路复用的 模拟信号发送，闭路电视所使用的 CATV 电缆就是宽带同轴电缆。光纤是光导 纤维的简称，它由能传导光波的石英玻璃纤维， 外加保护层构成。 用光纤来传输 电信号时， 在发送端先要将其转换成光信号， 而在接收端又要由光检波器还原成 电信号。无线传输介质是通过大气传输，目前有三种技术：微波、红外线和激光。微 波通信是在对流层视线距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式， 频率 范围为2GHz-40GHz。卫星通信是微波通信的特殊形式，卫星接收来自地面发送 站发出的电磁波信号后， 再以广播

30、方式用不同的频率发回地面， 为地面工作站接 收。红外通信和激光通信也像微波通信一样， 有很强的方向性， 都是沿直线传播 的。所不同的是红外通信和激光通信把要传输的信号分别转换为红外光信号和激 光信号，直接在空间传播。调制和解调 调制即把数字数据对应的原始电脉冲信号变换成适合于远距离模拟传输线 路传输的模拟信号， 反之模拟信号还原为数字信号称为解调。 调制方法有以下几 种：振幅、频率、相位。调幅方式也称为幅移键控法 ASK ，它是用固定频率的 正弦信号的两种不同幅度来表示二进制数的“ 1”和“ 0”。通常对“ 1”信号， 调制器送出一幅度恒定的固定频率的模拟信号；而对于“ 0”，输出幅度为 0

31、的 信号。调频方式也称移频键控法FSK,它是用载波信号的两种不同的频率来表示 二进制数的“ 1”和“0”。一般用载波频率附近的两个不同频率表示两个二进制 的值。调相方式即移相键控法PSK,它是用载波信号的不同相位来表示二进制数。 根据确定相位参考点的不同，调相方式可分为绝对调相和相对调相（或差分调 相）。多路复用技术在一条介质上同时传送多路信号的传输方式， 叫做介质的多路复用。 有频分、 时分和波分三种。 信道所能传输的信号频率有一定的范围， 这一范围称作该信道 频带的宽度，即带宽。频分多路复用（ FDM ）技术应用的基本条件是传输介质 的可用带宽必须超过各路给定信号所需带宽的总和。 传输介质

32、的带宽划分为若干 个窄频带， 每一路信号占用一个窄频带的方法称为频分多路复用。 时分多路复用 TDM 应用的基本条件是传输介质能达到的数据传输率应超过各路传输数字信号 所需的数据传输率的总和。 即将每一条物理信道按时间分成若干时间片， 使其每 个信号按时间片轮流交替地使用单一信道， 这种使多个数字信号在宏观上同时进 行传输的方法称为时分多路复用（ TDM ）。波分多路复用（ WDM ）用于光纤， 允许在一条光纤中同时传送多束互不干扰的不同波长的激光光束。数据交换技术 通常采用的数据传送技术有 3 种：电路交换、报文交换和分组交换。1. 电路交换在数据传输期间， 源节点与目的节点之间有一条利用中

33、间节点构成的专用的 物理连接线路，在数据传输结束之前， 一直保持这条线路。 用电路交换技术完成 的数据传输要经历如下三个过程：电路建立、数据传输和电路拆除。2. 报文交换不需在两个站点之间建立一条专用通路， 其数据传输的单位是报文 （站点一 次发送的数据块），长度不限且可变。传送过程采用存储转发方式，即发送站 在发送一个报文时， 把目的地址附加在报文上， 途经的网络节点在收下整个报文 后，暂存这个报文并检查有无错误， 然后利用目的地址和路由信息找出下一个节 点的地址，再把整个报文传送给下一个节点，通过逐个节点转送直到目的站点。 在某一时间内， 报文的传输只占用两个节点之间的一段线路。 而在两个

34、通信用户 间的其它线路段， 可传输其它用户的报文， 不像电路交换那样必须端到端信道全 部占用。3. 分组交换为了更好地利用信道容量， 并降低节点中数据量的突发性， 可以使用分组交 换。在分组交换网络中，每个分组的长度有一个上限，因此，一个较长的报文必 须分成若干个分组， 每个分组中包括数据和目的地址。 其传输过程与报文交换类 似，但由于限制了每个分组的长度，因此大大地改善了网络传输的性能。分组交换可分为虚电路分组交换和数据报分组交换两种。在虚电路方式中， 仍然要经历建立虚电路、 交换数据和拆除虚电路三个过程。 逻辑通路所以是“虚” 的，是因为这条电路不是专用的。 在数据报方式中， 每个分组的传

35、送是被单独处 理的，每个分组被称为一个数据报，每个数据报自身带有分组序号和地址信息， 传送过程亦采用存储转发方式。 当某一个站点要发送报文时， 先把报文拆成若 干个数据报，依次发送到网络节点。 但以后， 各个数据报所走的路径就可能不再 相同，从而各个数据报的到达也不保证是按顺序的， 目的站必须对到达的数据报 排序重组。二、计算机网络概述计算机网络的定义美国国防部 1971年 2月建成了具有 15个结点、 23 台主机的网络，这就是 著名的ARPAnet，这是世界上最早出现的计算机网络之一，现代计算机网络的 许多概念和方法都来源于 ARPA net。计算机网络定义为：用通信设备和传输介质将地理上

36、分散的、功能独立的计算机连接起来，并在网络通信协议的控制和网 络操作系统的管理下实现信息传递和资源共享的系统。计算机网络的组成与结构计算机网络要完成数据处理、资源共享和数据通信的功能，从逻辑功能上可 分为资源子网和通信子网两个部分。结构如图 3-3所示。资源子网由主计算机系 统、终端、终端控制器、联网外设、各种资源组成，向用户提供各种网络资源和 网络服务，负责整个网络的数据处理业务和各种网络资源的共享服务。通信子网传输介质、数据传输技由通信控制处理机(CCP)、通信线路与其他通信设备组成，完成数据的传输、 转发、加工和交换等通信处理功能。计算机网络的分类标准很多，比如按网络覆盖面积、 术以及数

37、据传输率等，下面介绍两种重要的网络分类标准。将设备之间的通信线路 这种抽象方法称为拓扑,1按拓扑结构分类将连接在网络上的计算机和互连设备看作一个结点， 看作线，进而以图的形式来表示这些点与线之间的关系，0图被称为拓扑结构图。计算机网络中常见拓扑结构有总线型、星型、环型、树型 和网状型等，如图3-4所示图3-4常用网络拓扑结构2按网络覆盖范围分类按网络覆盖范围大小可将计算机网络分为局域网(local area network, LAN )、城域网(metropolitan area network, MAN )、广域网(wide area network, WAN)三 种。计算机局域网地理分布范

38、围较小(如办公楼群或校园)，数据传输速率高， 误码率低，协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。计算机网络的硬件组成及互连设备网络硬件主要有网络服务器、 工作站、网络连接设备和网络通信介质等。服 务器是连在局域网上的一台计算机，为网络用户提供各种网络服务和共享资源。 工作站是指用户使用它能够在网络环境中工作，访问网络共享资源的计算机系 统，通常又被称为客户机。网络连接设备包括用于网内连接的网络适配器 （即网 卡，用于计算机处理数据和网线传输信号的转换）、调制解调器（完成数字信号 和模拟信号的转换）、中继器（对传输信号进行放大和传输）、集线器（多端口 中继器，是共享带宽方式的，其

39、各个端口平均分享带宽）、交换器（又叫交换式 集线器，每个端口都具有相同的固定的带宽）、网桥（有两个端口，用于连接不 同的网段，可以再生和过滤传输信号，并能识别数据的目的地址）、路由器（用 于不同类型网络连接， 完成数据格式转换、 路由选择从而把数据包按照一条最优 的路径发送至目的网络）、网关（协议转换器，主要用于连接不同体系结构的网 络或局域网到主机的连接）等。网络通信介质在前面已经提到。网络软件构成1网络操作系统（NOS）一个计算机网络拥有丰富的软硬件资源， 为了能使网络用户实现通信、 共享 网络资源， 需要对用户通信过程和网络资源进行有效管理， 完成这一功能的软件 系统称为网络操作系统。

40、常见的网络操作系统有 Novell 公司的 Netware，Microsoft 公司的 Windows、悠久稳定的Unix和开放源代码的Linux等。2. 网络体系结构和网络通讯协议（protocol） 计算机网络中多个互连的节点要交换数据，必须遵守一些事先约定好的规 则。这些为网络数据交换而制定的关于信息顺序、格式和内容的规则、 约定与标 准被称为网络协议。由于网络通信是一个复杂的过程， 网络体系结构多采用分层式结构， 每一层 关注和解决通信中的某一方面的问题， 每一层都具有相对独立的通信功能， 以减 少问题的复杂性。每一层只使用下一层提供的服务，并向上一层提供服务， 而且 仅在相邻层间有接

41、口。 每层协议都有自己的数据包格式， 依据每层之间的数据包 组装原则，在源端数据包每向下传送一层， 都会添加本层协议的报头， 目的端向 上传输时则去掉协议的报头， 依靠各层功能的逻辑组合， 实现从一端主机到另一 端主机的通信。常见的分层体系结构模型有OSI、TCP/IP和IEEE802等。开放系统互联参考模型国际标准化组织ISO于1982年制定了一个开放系统互联参考模型 OSI/RM , 就是常说的网络七层协议。其层次结构和数据传输如图 3-5 所示。 OSI/RM 仅是 一个概念模型， 并不是一个具体的计算机或网络， 也未确切描述用于各层的协议 和服务。但可使任何两个遵守参考模型和有关标准的

42、主机进行互连以实现相互通 信，这正是“开放”这个词表示的含义。 OSI/RM 低三层面向数据传输，实现通 信子网的功能。高三层面向两端具体应用进程，实现资源子网的功能。 传输层是 整个协议层次结构的中心，它下靠传输服务提供者 低三层通信子网的支持， 上为传输服务用户 高三层资源子网提供从源端机到目的端机的可靠的数据 传输服务。 每一对等层之间进行对等的通信， 对等层的通信必须遵循该层的协议 （如两端传输层的通信就要遵守传输层协议） ，除了最低层物理层间的比特流传 输是真实通信外， 其它对等层之间的通信都是虚拟通信， 都是在各自下一层通信 的支持下进行的。数据r主WxL數据主机B应用层应用层表莎

43、层表示层会话层会话层传输层传输层协议传输层网络层网络层数据链銘昙數据琏路层物理层物理层T图3-5 OSI模型层次和数据传输TCP/IP模型TCP/IP协议的体系结构分为四层，它与 OSI模型各层的对应关系如图 3-6 所示。建立在TCP/IP结构体系上的TCP/IP协议是应用最广泛的协议。TCP/IP 标准并没有定义具体的网络接口层协议， 一般各物理网络可以使用自己的数据链 路层协议和物理层协议。网际层负责将源主机的分组发送到目的主机上，互联网协议IP和互联网控制报文协议ICMP属于该层。传输层主要功能是提供从一个 应用程序到另一个应用程序的通信， 即端对端的通信。面向连接的传输控制协议 TC

44、P和面向无连接的用户数据报协议 UDP属于该层。应用层相当于OSI参考模 型高3层的功能，通过使用下面各层所提供的服务，直接向用户提供服务，是 TCP/IP网络与用户之间的界面或接口。其最常用的协议有超文本传输协议 HTTP、文件传输协议FTP、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3、域名服 务DNS、远程登录协议Tel net等。OSI/RMTCJ*1P咸用整应川层表示层会话层传输层传输层网络层网际层数据链路层网络接口层物理层图3-6 TCP/IP模型层次结构局域网IEEE802标准（IEEE国际电气和电子工程师协会）局域网一般仅包含OSI参考模型中的低三层通信子网功能。又由于局域网拓

45、扑结构简单，任意两个结点间都有唯一的路由，因此不需要网络层的路由选择功 能，所以IEEE802协议中不再设立单独的网络层。传统局域网是共享介质式局 域网（如总线型拓扑网络或用集线器连接各个结点的星型拓扑网络），所有结点共享一条公共通信传输介质，在任何一个时间段内，只能有一个结点占用公用通 信信道。分配信道的使用权，也就是当信息传输为使用传输介质产生竞争或冲突 时，介质访问控制（控制谁先使用传输介质）的问题就是关键。这样将数据链路 层分为两个子层：逻辑链路控制子层LLC和介质访问控制子层 MAC（mediumaccess control）,加上物理层构成局域网的三层体系结构。MAC子层的主要功能

46、就是介质访问控制技术，常用的主要有三种：1）载波监听多路访问 /冲突检测（ CSMA/CD ）：每个站在发送数据前先监听信道,如果空闲,则发送数据；如果忙,就不发送,等待一段时间后再重发。 并且为进一步消除冲突, 发送数据的站点边发送数据边监听信道, 只要监听到发 生冲突，就立即停止发送，并发送若干比特的干扰信号。以太网（etherne）是基于总线型的广播式网络,它是最成功的局域网技术。IEEE802.3 即是采用CSMA/CD的10Mbps标准以太网标准，其物理层标准为 10BASE-T。在标准以 太网技术的基础上， IEEE 于 1995 年通过了 100Mbps 快速以太网的 IEEE8

47、02.3u 标准， 1998 年又公布了基于光纤的 IEEE802.3z 和基于 5 类双绞线的 IEEE802.3ab 的1000Mbps高速以太网标准，其 MAC子层均沿用了 CSMA/CD技术。2002年 10Gbps以太网的标准IEEE802.3ae也已公布，实验性网络已在试用。2）令牌环（token ring）介质访问控制技术：用于环型拓扑结构的网络，属 于有序的竞争协议。 使用一个特殊的标志 （令牌），当某个站点有数据要发送时， 必须等待标记为空的令牌到来，将令牌的空标记改为忙，并将数据发送到环上。 发送的数据在环上循环的过程中， 所经过的环上的各个站点都将数据的目的地址 与本站点

48、的地址进行比较， 若不同则直接传给后面的站点， 若相同则将数据复制 接收，然后继续传给后面的站点。IEEE802.5标准就采用该技术。3）令牌总线（token bus）访问控制技术：应用于总线拓扑结构网络，访问控制采用与令牌环相似的访问控制方法。 该技术令牌的传递不依总线上的物理顺 序，而按结点的地址高低形成的逻辑环形顺序。IEEE802.4 标准采用令牌总线访问控制技术。除了共享介质式局域网，现在常用的为交换式局域网，核心设备是交换机， 其各个端口都与一个结点相连， 多个端口之间建立并发式连接而可以独享交换机 的带宽，增加了网络带宽。（六）Internet 基础1. In ternetInt

49、ernet 是一个全球性的计算机网络，是众多计算机网络互相连接组成的一 个大的网络。 TCP/IP 协议族就是 Internet 上的常用通讯协议。2. IP地址和域名系统在In ternet上，所有的计算机都有一个In ternet上唯一的数字编号作为其在 Internet 的标识，这个编号称为 IP 地址。 IP 地址包含两个重要的标识符：网络地 址和主机地址。 IP 地址用 32 位二进制数码表示，每 8 位用圆点分割，常用 4 个 用圆点隔开的十进制数表示 IP 地址。 IP 地址分为 A、B、C、D、E 五类，适用 于不同规模的子网。子网掩码也称为屏蔽码，是一个 32bit 的值，可

50、以用来区分 IP 地址中网络地址和主机地址。为记忆方便， TCP/IP 协议专门设计了一种层次 结构的字符型主机命名机制：域名，这种管理机制被称为域名系统（DNS）。In ternet 上 IP 地址和域名都是唯一的，域名地址与 IP 地址之间存在一一对应的关系。3. TCP/IP协议族它是一组数据传输协议，下面简单介绍这些协议的作用。传输控制协议 TCP 建立主机间可靠的连接，将数据包按正确的顺序发送， 如果数据丢失了， TCP 负责自动重传丢失的数据。用户数据报协议 UDP 在传输 前不需建立连接， 用于传送一次性数据较小的应用， 或对可靠性要求不高的实时 语音视频传送。IP数据包是一个独

51、立的信息包，由路由器通过包中的地址信息进行寻址和 路由选择以进行数据传输，IP协议是提供这种数据包传输服务的通讯协议。TCP和IP协同工作，IP协议用来给传输信息包编址并将它们以尽可能最佳的路由路 径发送到目的地址。而TCP协议负责数据包的正确到达。In ternet控制信息协议 ICMP负责传送各种信息、错误报告。WWW上每个Web页面由超文本标记语言HTML来编写，页面中包含指向 其他页面链接地址，万维网实际上是一个由千千万万个页面组成的信息网。存放Web页面的计算机称为 Web站点或WWW服务器。索取页面、浏览信息的程序 称为浏览器（browser）。HTTP超文本传输协议就是用来在浏览

52、器和 WWW服 务器之间传送超文本的协议，HTTP协议由两个部分组成：从浏览器到服务器的 请求和从服务器到浏览器的应答。文件传输协议FTP建立在TCP协议上，用于实现文件传输。网络上存在着 大量的共享文件，获得这些文件的主要方式就是FTP,可以实现文件的下载download （从远程主机向本地主机复制文件）和上传 upload （从本地主机向远程 主机复制文件）。若想获取 FTP服务器的资源，需要拥有该主机的IP地址（主 机域名）、账号、密码。但许多 FTP服务器允许用户用匿名用户名 anon ymous 登录，口令任意，一般为电子邮件地址。在In ternet上收发电子邮件时常用简单邮件传输

53、协议 SMTP和邮局（post office protocol）POP3协议。SMTP是基于TCP协议的简单的基于文本的电子邮 件传输协议，用于邮件服务器之间交换邮件的协议。POP3是可以从邮件服务器将邮件下载到本地计算机，在自己的客户端阅读邮件。POP3协议是用于接收邮件的协议，SMTP协议为用于发送邮件的协议。DNS域名系统实现域名和IP地址之间的相互转换。通过域名不能直接找到 主机，需要从域名查找IP地址，这个过程就是域名解析。大部分域名系统都维 护着一个大型的数据库，它描述了域名与 IP地址的对应关系，数据库被定期地 更新，DNS即通过查找这个数据库完成域名和IP地址之间的相互转换。远

54、程登录协议Telnet用来将一台计算机连接到远程计算机上，使之相当于远 程计算机的一个终端。Telnet实现虚拟或仿真终端的服务，使用户通过 TCP连 接注册到远地的另一个主机上， 将用户的键盘操作传到远地主机， 将远地主机的 输出通过TCP连接返回到用户屏幕。第三节 数据库和数据仓库一、数据库概述数据库技术的产生在20世纪50年代中期以前没有专门用于数据管理的软件， 操作系统出现以 后可以通过操作系统管理数据。但是操作系统是以文件为单位进行管理的，文件之间没有联系，很难解决数据在多个文件中重复存储和数据不一致的问题。为此,20世纪60年代后期出现了数据库系统，如图 3-7所示。数据库的产生使

55、得信息 系统的研制围绕共享的数据库为中心来进行，实现了数据的集中管理，提高了数据的利用率和一致性，从而能更好地为决策服务。|应程序|应.用僅|应用程芋1 -图3-7数据库系统数据与程序的关系数据库系统基本概念主要有数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统四个概念。数据（data ）是描述事物的符号记录，是数据库中存贮的基本对象。数据库（database DB）是长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相 关数据的集合。DB能为各种用户共享，具有较小冗余度、数据间联系紧密而又 有较高的数据独立性等。数据库管理系统（database management systemDBMS）是位于用户与操作 系

56、统之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问 DB的方法，包括 DB的建立、查询、更新及各种数据控制，并能够保证数据的安全性、完整性。数据库系统（database system, DBS）是实现有组织地、动态地存储大量关 联数据，方便多用户访问的计算机硬件、软件和数据资源组成的系统，即它是采 用数据库技术的计算机系统。一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据 库管理员和用户构成。二、数据库的三级模式在数据模型中有型（type）和值（value）的概念。型是指对某一类数据的结 构和属性的说明，值是型的一个具体赋值。例如：学生记录的型为（学号，姓名， 性别，系别，年龄，籍贯），该记录型

57、的一个记录值为（900201，李明，男，计 算机，22，江苏）。三级模式数据库系统采用外模式、模式和内模式三级模式结构，如图3-8所示。应川 A | Ji Hl BficHl C |应用|应用E| t t /帅掘朮|外模此工外模冗3|tF撓式|r複式内摸式議像t图3-8数据库三级模式内模式（internal schema又叫物理模式、存储模式。内模式是数据在数据 库系统的内部表示，即对数据的物理结构/存储方式的描述。模式（schema又叫逻辑模式、概念模式。模式是数据库中全体数据的逻辑 结构和特性的描述，是所有用户的公共数据视图。DBMS提供数据定义语言DDL 来描述逻辑模式，严格定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等） 以及数据间的相互关系和数据的约束等。模式仅仅涉及到型的描述，不涉及到具 体的值。模式的一个具体值称为模式的一个实例。同一个模式可以有很多实例。 模式是相对稳定的，而实例是相对变动的。模式反映的是数据的结构及其关系， 而实例反映的是数据库某一时刻的状态。数据库中的数据经常变化，而数据库的 结构在一定时间范围内不会改