管理信息系统(第四版)第3章管理信息系统的技术基础

1、第三章 管理信息系统的技术基础第三章 管理信息系统的技术基础本章所讲内容如下：计算机系统1 数据仓库与数据挖掘 3数据通信与计算机网络4数据管理技术23.1 计算机系统本节所讲的内容如下：1计算机的发展2 计算机系统的构成3 计算机硬件系统4 计算机软件系统3.1.1计算机的发展第一代 19461957年 电子管 主要用于军事和科研部门第二代 19581964年 晶体管 主要用于工程设计、数据处理第三代 19651969年 中、小规模集成电路操 主要用于文字处理、企业管理、自动控制第四代 1970年至今 大规模、超大规模集成电路 主要用于处理社会生活的各个方面3.1.2 计算机系统的构成计算机

2、系统硬件系统软件系统主机外部设备中央处理器CPU运算器控制器内存随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）输入设备输出设备外存储器系统软件应用软件操作系统语言处理程序服务程序公共应用软件专用应用软件 图31 计算机系统的组成3.1.3 计算机硬件系统输入设备输出设备存储器运算器控制器CPU数据流控制流图32 计算机硬件工作原理图3.1.4 计算机软件系统计算机硬件操作系 统其 它系统软件应用软件3.2 数据管理技术本节所讲的内容如下：.计算机数据管理的发展.数据库系统.数据库系统的结构.数据库设计.企业对信息的应用数据存储的基本概念比特（bit）的概念一个比特（bit），也称二进制数（binar

3、y digit）是两个数字符号0和1中的任意一个，在这里0和1没有任何数字上的意义，而仅仅是两个符号。字节（byte）的概念 计算机的主存储器被分成成一个个可以管理的存储单元，其容量用字节来代表。1字节（byte）=8比特（bit）。二进制加法两个二进制数加法同十进制加法类似，所不同的是逢二进一，而不是逢十进一。存储单元的组织字节的组织磁盘储存系统文字表示-ASCII二进制加法一、计算机数据管理的发展 计算机进行数据处理的效率，主要取决于数据在机器中的存储结构和处理方式。根据数据存储结构和处理方式，把计算机数据管理分为三个阶段，即 （一）人工管理阶段（20世纪50年代中期以前） （二）文件管理

4、阶段（20世纪50年代后期20世纪60年代中期） （三）数据库管理阶段（20世纪60年代后期开始）3.2 数据管理技术一、计算机数据管理的发展 （一）人工管理阶段 背景 计算机主要用于科学计算 数据量小、结构简单，如高阶方程等数值计算 外存为顺序存取设备 磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取设备 没有操作系统，没有数据管理软件 用户用机器指令编码，通过纸带机输入程序和数据，程序运行完毕后，由用户取走纸带和运算结果，再让下一用户上机操作，数据并不长期保存在计算机内3.2 数据管理技术一、计算机数据管理的发展 （一）人工管理阶段 特点 用户完全负责数据管理工作 数据的组织、存储结构、存取方法、输入

5、输出等 数据完全面向特定的应用程序 每个程序使用自己的数据，数据不保存，用完就撤走 数据与程序没有独立性 程序中存取数据的子程序随着存储结构的改变而改变 3.2 数据管理技术一、计算机数据管理的发展 （二）文件管理阶段 背景 计算机不但用于科学计算，还用于管理 外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备 无须顺序存取 由地址直接访问所需记录 有了专门管理数据的软件，一般称为文件系统 文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理 文件保护 向用户提供操作接口3.2 数据管理技术一、计算机数据管理的发展 （二）文件管理阶段 特点 系统提供一定的数据管理功能 支持对文件的基本操作(增、删、改、查等)， 用户程序

6、不必考虑物理细节 数据的存取基本上以记录为单位 数据仍是面向应用的 一个数据文件对应一个或几个用户程序 数据与程序有一定的独立性 文件的逻辑结构与存储结构由系统进行转换，数据在存储上的改变不一定反映在程序上3.2 数据管理技术一、计算机数据管理的发展 （三）数据库管理阶段 背景 计算机管理的数据量大，关系复杂，共享性要求强（多种应用、不同语言共享数据） 外存有了大容量磁盘，光盘 软件价格上升，硬件价格下降，编制和维护软件及应用程序成本相对增加，其中维护的成本更高，力求降低3.2 数据管理技术一、计算机数据管理的发展 （三）数据库管理阶段 特点 有了数据库管理系统 采用复杂的数据模型表示数据结构

7、 数据冗余度小，能够实现数据共享，易于扩充 具有较高的数据独立性 为用户提供了方便的用户接口 提供统一的数据控制功能 并发控制、数据恢复、数据完整性、数据安全性 3.2 数据管理技术文件结构与数据库结构的比较一、计算机数据管理的发展 （一）人工管理阶段 （二）文件管理阶段 （三）数据库管理阶段表3-1 三个阶段数据管理技术的特点 手工管理 文件管理 数据库管理 数据的管理者 用户（程序员） 文件系统 数据库系统 数据的针对者 特定应用程序面向某一应用 面向整体应用 数据的共享性 无共享 共享差，冗余大 共享好，冗余小数据的独立性 无独立性 独立性差 独立性好 数据的结构化 无结构 记录有结构，

8、整体无结构 整体结构好 3.2 数据管理技术二、数据库系统 （一）数据库 数据库是以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合，它用综合的方法组织数据，使数据独立性高、冗余小，可供多个用户共享，能够保证数据的安全性和可靠性，允许并发地使用数据库，并能保证数据的一致性和完整性。 数据库的三个主要目标：使数据冗余最小，达到数据独立性和共享性。数据冗余：数据的重复，即同一数据存储在多个文件中。数据独立性：数据结构与处理该数据的应用程序相互独立。数据共享性：允许多用户并发地使用数据库中的数据。 3.2 数据管理技术二、数据库系统（二）数据库系统 数据库系统是指组织、存取和维护大量数据的人机管理系统，是由

9、计算机、数据库、数据库管理系统和有关人员组成的有机整体。 一个组织的数据库系统一般有四个组成部分： 计算机系统 数据库 数据库管理系统 知识工作者 3.2 数据管理技术数据库系统的层次三、数据库系统的结构 （一）数据描述 在人们对现实世界的认识和对其进行数字化描述的过程中经历了三个不同的世界（或称领域）： 现实世界 信息世界 数据世界3.2 数据管理技术现实世界、信息世界和数据世界三个世界的关系 如下图所示：现实世界信息世界（实体联系方法）数据世界（DBMS支持的数据模型）对信息进行收集、分类和抽象对信息进行加工转换图34数据描述的三个阶段3.2 数据管理技术三、数据库系统的结构 （一）数据描

10、述 1.现实世界 现实世界是指客观存在的世界中的事实及其联系，它是人类社会存在和发展的环境。 如：学生、课程、教师等 2.信息世界 信息世界是现实世界中客观事物在人们头脑中的反 映，是一种抽象化、概念化了的世界。3.2 数据管理技术3.2 数据管理技术三、数据库系统的结构信息世界相关术语：实体：是指客观存在并相互区别的事物。如：一名教师、一名学生 、学生的一次选课、一次借书 属性：实体具有许多特性，每一个特性都称为属性。如：学生实体可由学号、姓名、性别、年龄、系别等属性构成主键：惟一标识实体的属性集称为主键。如：学生实体的学号可作为学生实体的主键实体集：是具有相同特性的同类实体的集合。 如：所

11、有教师、所有学生 实体之间的联系 ： a. 一对一联系(1：1)如：学校里一个班级中有一个正班长，而一个正班长只在一个班级中任职，则班级与班长之间具有一对一联系。 b.一对多联系(1：n)如：一个班级中有若干名学生，而每个学生只在一个班级中学习，则班级与学生之间具有一对多联系。 c.多对多联系(m：n)如：一门课程同时有若干名学生选修，而一名学生可以同时选修多门课程，则课程与学生之间具有多对多联系。3.2 数据管理技术三、数据库系统的结构 3.数据世界 数据世界也称计算机世界，它是现实世界中的事物及其联系经过信息世界的抽象后，转换到计算机中的表示形式。 字段（fields）：标记实体属性的命名

12、单位称为字段（或数据项） 如：学生有学号、姓名、性别、出生年月等字段 记录（record）：字段的有序集合称为记录 文件（file）：同一类记录的汇集称为文件如：所有学生记录组成一个学生文件 主键（file）：能唯一标识文件中每个记录的字段或字段集 如：学号可以作为学生记录的主键3.2 数据管理技术3.3 数据仓库与数据挖掘本节所讲的内容如下：数据仓库（Data Warehouse，DW）1数据挖掘（Data Mining，DM）2一、数据仓库 （一）数据仓库的定义 数据仓库是支持管理决策过程的、面向主题的、集成的、随时间变化的、但信息本身是相对稳定的数据集合。 DW的最终目标是把企业范围内的

13、所有数据集成在一个大仓库中，让用户能运行查询、产生报告、执行分析。 3.3 数据仓库与数据挖掘（一）数据仓库的定义 “主题”是指用户使用DW辅助决策时所关心的重点问题，每个主题对应一个客观分析领域，如销售、成本、利润的情况等。所谓面向主题就是指DW中的信息是按主题组织的，按主题来提供信息的。 “集成的”是指DW中的数据不是事物处理系统数据的简单拼凑，而是经过系统地加工整理，是相互一致的、具有代表性的全局数据。3.3 数据仓库与数据挖掘（一）数据仓库的定义 “随时间变化的”指DW中存储的是一个时间段的数据，而不仅仅是某一个时间点的数据，所以主要用于进行时间趋势分析。一般DW的数据时限为510年，

14、数据量也比较大，一般为10GB左右。 “信息本身相对稳定”指数据一旦进入DW后，一般情况下将被长期保留，极少有更新或删除操作。 3.3 数据仓库与数据挖掘一、数据仓 （二）数据仓库的特征 1、数据仓库将来自不同数据库的信息结合在一起 2、数据仓库是多维的 3、数据仓库支持决策而不是事务处理 3.3 数据仓库与数据挖掘1.数据仓库将来自不同DB的信息结合在一起 数据仓库将企业中各个业务DB中的信息结合起来(通过汇总与合计)。当人们从各类业务DB中提取信息来创建数据仓库时，收集的只是那些进行决策所需的信息。这种“所需的信息”是用户按照他们对逻辑化的决策信息需求而确定的。故数据仓库只包含与用户进行决

15、策有关的信息。2.数据仓库是多维的RDB模型中，信息是用一系列二维表表示的。数据仓库是多维度的，即它们包含若干层的行和列，称为多维数据库。数据仓库中的层次根据不同的维度来表示信息，这种多维度的信息图表被称为超立体结构。 3.数据仓库支持决策而不是事务处理在企业中，多数DB是面向事务对象的。即它们都支持联机事务处理(OLTP)，可以说这类DB是一种事务性DB。数据仓库不是面向事务对象的，它们是用来支持企业中各类决策任务的。故：数据仓库支持联机分析处理(0LAP)。 （三）数据集市 数据集市特点： （1）规模小，灵活，可以按照多种方式来组织数据，如按特定的应用、部门、地域或主题等； （2）能快速实

16、现，并且实现价格相对低廉，可将投资快速收回； （3）工具集的紧密集成； （4）开发工作一般由业务部门定义、设计、开发、管理和维护； （5）有利于进一步升级到完整的数据仓库或形成分布式数据仓库。二、数据挖掘 1.数据挖掘的定义 数据挖掘是从大量的、不完全的、模糊的、随机的数据中抽取出有效的、新颖的和潜在有用的知识的过程。 DM的过程一般由三个主要的阶段组成：数据准备、挖掘操作、结果表达和解释。 3.3 数据仓库与数据挖掘数据源数据目标数据预处理后数据模式知识数据集成数据选择预处理数据挖掘解释评价数据准备数据挖掘结果表达和解释2. 常用的数据挖掘技术（1）关联分析 （2）分类分析 （3）聚类分析

17、3.数据挖掘的应用（1）在商业经营方面数据库营销（database marketing） 数据库营销的任务是通过交互式查询、数据分割和模型预测等方法来选择潜在的顾客以便向他们推销产品。 货篮分析（basket analysis） 货篮分析是分析市场销售数据（如POS数据库）以识别顾客的购买行为模式 3.3 数据仓库与数据挖掘（2）在金融保险方面（3）在客户关系管理方面（4）在远程网络通信方面3.4 数据通信与计算机网络本节所讲内容：计算机体系结构数据通信概述计算机网络概述网络体系结构与协议Internet计算机网络应用一、计算机体系结构 经历了从单机结构到主从结构、客户机/服务器结构到浏览器/

18、服务器体系结构的发展过程。 （一）单机结构 如果在一个系统内的多台计算机是各自独立使用的，这样的系统就是单机结构的系统。 （二）主从结构 主从结构又称主机终端结构，它有一台大型主机，可以同时在本地或远程挂接多个终端，主机对各终端用户传来的数据进行分时处理，使每个终端用户感觉像拥有一台自己的大型计算机一样。 3.4 数据通信与计算机网络一、计算机体系结构 （二）主从结构应用：如订票系统、银行储蓄系统、出纳系统、登记查询系统等等。主机I/O设备I/O设备I/O设备 DB 业务 处理 （三）文件服务器/工作站结构 在文件服务器/工作站系统中，一个组织的多个工作站与一台服务器互相连接起来。 使用微机作

19、为工作站，以高性能微机或小型机作为服务器。数据库管理系统安装在文件服务器上，而数据处理和应用程序分布在工作站上，文件服务器仅提供对数据的共享访问和文件管理，没有协同处理能力。 文件服务器工作站工作站工作站工作站（四）客户机（Client）/服务器（Server）（C/S）结构 在客户机/服务器结构中，网络系统上的计算机系统分成客户机与服务器两类，其中服务器可能包括文件服务器、数据库服务器、打印服务器、专用服务器等，网络系统结点上的其他计算机系统称为客户机。服务器客户机客户机客户机（四）客户机（Client）/服务器（Server）（C/S）结构 常用的C/S模式有两层结构、三层结构两种。数据库

20、服务器客户机数据库服务器客户机应用服务器（a）两层结构（b）三层结构（五）浏览器(Browser)/服务器(Server) (B/S)结构 在浏览器/服务器结构中，大量的应用程序都在客户端进行，每个客户都必须安装应用程序和工具。 在Internet环境中C/S结构自然延伸为三层或多层结构。数据库数据库服务器（服务器层）实施应用（中间层）用户使用的前台应用程序（客户层）二、数据通信概述 （一） 数据通信系统 数据通信就是通过适当的传输线路将数据信息从一台机器传送到另一台机器。数据通信实质上包含了数据处理和数据传输两方面内容。 通信系统的基本构成要素为：计算机、通信处理机、数据信号转换器、通信信道

21、（即传输介质）及通信协议。 3.4 数据通信与计算机网络主要由计算机系统完成依靠通信系统实现计算机A数据信号转换器通信处理机计算机B数据信号转换器通信处理机通信信道图322 数据通信系统简化模型二、数据通信概述 （二）数据通信中的基本概念 1、模拟数据通信与数字数据通信 模拟数据是连续变化的数值，模拟数据通信是指在传输介质上用模拟信号进行传输 数字数据是离散的数值 ，数字数据通信是指直接在传输介质上传送脉冲数字信号。两者差异： 模拟通信比数字通信误码率高得多 数字通信可将多种多媒体信息合成起来传输，而模拟通信不行 数字通信设备可用性越来越强趋势： 无论是模拟数据还是数字数据，都将用数字通信传输

22、。 2. 信号传输方向 单工通信方式 半双工方式 全双工方式 3. 通信传输介质 双绞线 同轴电缆 光纤 无线传输介质ABABAB通信传输介质双绞线由两根相互绝缘并绞扭在一起的铜导线对组成。绞扭的目的：是为减少线对间的电磁干扰。双绞线很早就用于传统的电话系统中，即用于传输模拟信号，也可用于传输数字信号，传输的距离可达几公里到十几公里。在局域网中，常选用双绞线进行点对点的高速连接，每段长度不超过100米，数据速率可达100Mbit/s。双绞线各线对之间以色标相区别，不同颜色的线对用于实现不同功能，安装使用非常方便。常用的八芯UTP(无屏蔽)四对线的颜色及实现模拟的功能分别为：蓝：模拟话音橙：数据

23、绿：数据棕：电源 同轴电缆由一对导体组成，其内导体为铜质导线，外包一层绝缘材料，再外边为网状编织细铜丝组成的外导体，最外层是保护性塑料外套。“同轴”：指内导体的铜芯线与外导体铜丝编织网是同轴的，这种结构中的铜丝编织网可以有效地屏蔽外界电磁干扰，故而同轴电缆可用于较高速的数据传输。 基带同轴电缆：用于传输数字信号，通常用于局域网，使用曼彻斯特编码，数据速率可达10Mbps。优点：安装简单，价格便宜，但信号易衰减和畸变，故传输距离较短，通常不超过一公里。(近年因为100Mbps以上的高速网已成为主流，局域网中已很少选用同轴电缆作传输媒体)。宽带同轴电缆:传输模拟信号,带宽可达300-500MHz。

24、典型的应用为CATV(有线电视)中用来作为标准传输电缆。因其频带特宽，故常使用频分多路复用技术将其划分为多个子频带，这些子频带可同时传输声音信号、视频图像和数字信号等综合信息，传送的距离可达几十公里。不足：电缆中的模拟信号只能进行单向传输，传输技术较复杂，设备相对昂贵。 光导纤维(光纤)它的内层是能传导光波的玻璃纤维，外层加比玻璃折射率低的材料作保护层。以一定角度进入光纤的光波可在两种材料的介面上形成全反射，从而可以不断地向前传输。相对金属导线，光纤中传输的是光信号，故而用于传送电信号时在发送端和接收端要进行光电信号的转换，两端的转换设备一般比较昂贵。光纤的优点：可提供高速的数据速率(100M

25、bit/s以上)、更低的误码率(10-9)、较低的损耗和更宽的频带；光纤不受电磁干扰或噪声影响，可进行长距离传输，而且不能被偷听，安全保密性好；光纤重量轻、体积小，易于铺设。以前制约光纤大量应用的因素主要是价格昂贵，安装和配置技术复杂。随着技术的进步，这两个障碍已经不再重要，光纤正在逐步取代金属类介质成为有线类介质的第一选择。 微波通信无线通信介质指的是不须通过线缆，通过空间传输信号。包括微波、激光、红外线和短波等几种。微波通信的载波频率为2GHz40GHz，因为频率高，故而可以同时高速传递大量信息。微波通信系统分：地面微波系统和卫星微波系统。微波通信示意地面微波系统中，因为微波以直线传播，地

26、球表面是曲面，因而要架设较高的天线并在超过一定距离后用中继站来接力。通信卫星可以看成设在空中的微波中继站，一般利用的是地球同步卫星，三个地球同步卫星就可以覆盖地球上的全部通信区域。卫星通信的优点：容量大，距离远，但因为地球同步卫星位于距地36000公里的高空，从发送站经卫星到接收站有约270ms的延迟，组建卫星网络时必须对这一因素加以考虑。 卫星通信示意三、计算机网络概述 计算机网络是用传输介质把分布在不同地理位置的计算机和其他通信设备连接起来，实现数据通信和资源共享的分布式系统。 计算机网络的构成包括：计算机系统、通信设备、传输介质和网络软件。 （一）计算机网络的功能 计算机网络从功能上分成

27、通信子网和资源子网两部分。 通信子网：计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合。主要负责整个网络的通信管理与控制。资源子网：计算机网络中实现资源共享的设备和软件的集合。由主机和终端设备构成，负责数据处理，向网络提供可供选用的硬件资源、软件资源和数据资源。3.4 数据通信与计算机网络三、计算机网络概述 （一）计算机网络的功能 1、数据通信 2、资源共享 3、提高计算机的可靠性和可用性 4、易于进行分布式信息处理 （二）网络拓扑结构 网络拓扑是网络布局的方法，常见的拓扑结构有星型、环型、总线型、树型等 ，如下图所示：星型结构 星型环型结构. 环型总线结构树型结构 星型图 3-27 网络拓扑结构3.4 数据通信与计算机网络星型网络拓扑环型网络拓扑总线型网络拓扑环型网络拓扑 （三）网络的类型 1、按网络的覆盖的地理范围分局域网（local area network, LAN）几公里几十公里城域网 (metropolitan area network, MAN)10100公里广域网 (wide area network, WAN) 几百公里几千公里 2、按网络的所有权分类公共网络专用网 增值网 虚拟专用网 无线局域网示意四、网络体系结构与协议 Internet的