信息技术医院信息系统的技术基础

第三章医院信息系统的技术基础

第一节软件技术基础第二节数据库技术基础第三节计算机与网络技术基础§3.1软件技术基础本节内容:１、基础知识２、数据结构基础３、操作系统４、编译基础●计算机软件的概念

计算机软件就是计算机程序再加上该程序所需的各种文档。软件和程序是不同的概念，程序是使计算机实现所预期的目的而编写的一系列的计算机语言（或命令）的集合。文档是描写程序操作及使用的有关资料。软件作为一种特殊产品，计算机程序和文档是缺一不可的。因此，软件是计算机程序加上该程序所需的各种文档。从广义上讲，软件应包括程序、相应的数据以及有关的知识和文档三部分。数据是指程序能正常加工信息的原料。程序是软件的主体，是可执行部分，由算法和语言组成。

１、基础知识●计算机软件的种类按照不同的原则和标准，可将计算机软件划归不同的种类。一般从应用的角度出发，将软件划分为系统软件和应用软件两大类。（1）系统软件系统软件是指对整个计算机系统进行管理、调度、监控、维护的软件，即为其他程序服务的程序的集合。主要包括以下几种：操作系统、语言处理程序、服务程序、数据库管理系统、网络通讯管理程序。

（2）应用软件应用软件是直接服务于用户的程序系统。它一般包括两类：实用程序：是指为用户特定需要而开发的程序。如订票系统、图书情报检索系统、工作管理系统、辅助教学系统等等。工具软件：是为了用户使用方便而提供的软件工具，如文字表格处理软件EXCEL、字处理软件WORD、电子演示文稿软件POWERPOINT、计算机辅助制图软件AUTOCAD等等。●计算机软件技术发展过程★计算机软件技术是随着计算机硬件发展而发展的。★计算机产生的早期，人们主要进行计算机硬件的研制，此时编制的软件作为硬件的附属品存在，软件的效率与功能均受到限制。随着硬件技术的发展，对软件技术提出了更高的要求，要使硬件发挥其效率和功能，必须配备完善的软件系统，软件技术作为独立的分支得到迅速和充分的发展。★

硬件与软件相互依存，相互推动，缺一不可，共同构成了一个计算机系统。从20世纪60年代高级语言出现到今天，软件技术的发展主要经历了三个阶段:（1）60年代高级语言阶段20世纪50年代末，JohnBackus首先完成了FORTRAN的编译系统，此后的十年中，不同的应用领域出现了ALGOL60、COBOL、LISP等高级语言。直到60年代末出现的PL/1、ALGOL68对这一时期的语言作一总结。此阶段，编译技术代表了整个软件技术，软件工作者追求的主要目标是设计和实现再控制和数据结构方面表现力强的高级语言。这一时期内，编译系统主要靠手工编制，自动化程度低。（2）20世纪70年代结构化程序设计阶段

20世纪70年代是计算机技术高度发展的时代。这一时期，操作系统软件迅速发展，数据库成为独立的发展领域，计算机网络技术也得以发展。同时，随着计算机应用领域的不断扩大，计算机软件的规模增大，复杂性增加，从而造成软件的可靠性较差，产生了“软件危机”。在此种背景下，产生和发展了程序设计方法学和软件工程学。软件工程是指导软件开发和维护的工程科学，它采用工程的概念、原理、技术和方法来开发和维护软件产品。应用软件工程的方法，目的是提高软件产品的质量和软件生产率，降低软件产生开发成本。（3）20世纪80年代至今自动程序设计阶段

20世纪80年代软件设计技术进入成熟期，向集成化、一体化方向发展。这一时期，集成电路的迅速发展使个人计算机得到了迅速发展，个人计算机与软件工程相结合出现了软件开发环境，称为软件工程支撑环境，又称为CASE（computeraidedsoftwareengineering）。它支持软件开发和维护的全过程，即从用户需求定义、功能规格说明、设计规格说明、直到可执行代码的全部开发过程，最大程度的借助于计算机系统自动进行，是一个计算机自动管理的巨型系统。同时，程序设计的基本方法进一步得到改善，如产生了第四代语言（4GL）和面向对象的程序设计方法。20世纪80年代以来出现了好多面向对象的程序设计语言，以C++应用最为广泛。C++是C语言的一个超集，它保留了C语言中几乎全部优点，并在此基础之上加上了面向对象的特点。JAVA由C++发展而来，可在Internet网络上分布执行的程序设计语言。JAVA语言的重要特点是可在任何一个硬件和软件平台上运行，具有分布性、可移植性、稳定性、安全性等特点。

（1）数据（data）:是客观事物的符号表示，它能够被计算机识别、储存和加工处理。它是计算机程序加工处理的原料，不仅指一般的整数和实数，而且包括字符串、声音、图像等可被计算机接收和处理的信息。（2）数据元素（dataelement）:是数据的基本单位。有些情况下，数据元素又称为元素、结点（node）、记录（record）。有时，一个元素可由若干数据项（dataitem）组成。数据项是数据不可分割的最小数据单位。（3）数据对象（dataobject）：是具有相同性质的数据元素的集合。２、数据结构基础●基本概念和术语（4）数数据结构构（datastructure）：：是指数据据之间的的相互关关系，即即数据的的组织形形式。它它一般包包括以下下三个方方面的内内容；a.数据据的逻辑辑结构（（logicalstructure）），即数数据元素素之间的的逻辑关关系。b.数据据的存储储结构(storagestructure)，即即数据元元素及其其关系在在计算机机存储器器内的表表示。c.数据据的运算算，即对对数据所所作的操操作。（5）数数据类型型（datatype））：分为基本本数据类类型和结结构数据据类型两两种。基基本数据据类型如如实数型型、整数数型、布布尔型等等；而结结构类型型如数组组、结构构体等。。●算法描述述和算法法分析数据的运运算是通通过算法法描述的的。算法是由由若干条条指令的的有穷序序列组成成。算法法可用自自然语言言、数学学语言、、或约定定的符号号语言来来描述。。若一个个算法用用机器可可执行的的语言来来编写，，则它就就是一个个程序。。所以算算法都以以函数或或过程的的形式表表示，即即；算法名（参参数表）例ins_sqlist(V,i,b)//在顺序序表V中第第i个数数据元素之之前插入b//其中//………//为为注释。对于同一个个问题，可可以给出多多个不同的的算法，在在这些算法法中进行优优劣取舍是是一个很重重要的问题题，也就是是对算法进进行分析的的过程。一个算法除除了“正确确”以外，，主要还考考虑计算机机在执行该该算法时所所耗费的时时间及所占占有的存储储空间，即即时间复杂杂度和空间间复杂度。。●线性表（1）线性性表的定义义线性表是一一种最简单单的和最常常用的数据据结构。线线性表的逻逻辑结构是是由一组数数据元素序序列构成，，其中每一一数据元素素含有一个个或多个数数据项，各各个数据元元素之间存存在着线性性的逻辑关关系。例如如英文字母母表（A，，B，C，，D，………Z）是一一个线性表表，表中的的每一个英英文字母是是一个数据据元素。（2）线性性表的运算算数据的运算算是定义在在逻辑结构构上的，而而运算是在在存储结构构上进行的的。对于线性表表，常见的的基本运算算有以下几几种：a.存取操操作：存取第i个数据据元素，以以便检查或或更新其中中的数据项项。b.插入操操作：在表中的的指定位置置上，插入入一个新的的数据元素素。c.删除操操作：删除表中中第i个个元素。d.查找操操作：按某个关关键字的值值，查找表表中相应的的元素。e.排序操操作：按给定要要求对表中中元素重新新排列。并非任何时时候都需要要同时执行行以上运算算，对于不不同问题中中的线性表表，所需要要执行的运运算可能不不同。一般般给出一组组基本的运运算，对于实际问问题中所涉涉及的更为为复杂的运运算，可以以用基本运运算的组合合来实现。。（3）线性性表的存储储结构线性表的存存储结构有有两种：顺序存储结结构和链式式存储结构构。①顺序存存储结构将一个线性性表存储到到计算机，，可以采用用许多不同同的方法，，其中即简简单又自然然的是顺序序存储方法法：即把线线性表的结结点按逻辑辑次序放在在一组地址址连续的存存储单元里里。用这种种方法存储储的线性表表简称为顺顺序表。顺顺序表的存存储示意如如图3-1所示。②链式存存储结构为了克服顺顺序表的缺缺点，可以以采用链接接方式存储储线性表，，通常我们们把链接方方式存储的的线性表称称为链表。。如图3-2所示。。由图3-1可知顺序结构存存储有以下下特点：A．存储结结构的存储储密度大，，存储空间间利用率高高。B．能够快快速、随时时访问其中中任意元素素。C．对该表表进行插入入或删除操操作时，为为保证线性性表的连续续性，则会会引起大量量数据元素素的移动。。D．存储容容量不宜扩扩充。图3-1顺序存储结构示意图元素1…元素2元素3元素i…元素nL1L2=L1+LL3=L1+2LLi=Li+（i-1）LLn=L1+（n-1）L元素地址内存状态…………图3-2链式存储结构示意图元素1…元素2L3L21元素4…L23元素3L10元素5…∧L1L2L3L4L10L11L21L22L23L24元素值指针元素值指针元素值指针元素值指针元素值指针结点1结点2结点3结点4结点5由图3-2可见，数数据元素之之间的逻辑辑关系是用用指针来链链接的。对对于每个数数据元素，，除了元素素值以外，，还有一个个指针（或链）用用来指示另另一个数据据元素的地地址。我们们将这个由由数据元素素的值和指指针组成的的总体称为为结点，表示一个个数据元素素。链表中中各结点的的位置在内内存中是任任意的，通通过指针将将它们联系系起来。逻逻辑上最后后的结点指指针不指向向任何地方方，常用““∧”表示示。３、操作作系统操作系统用用来管理和和控制计算算机硬件和和软件资源源，并用以以方便用户户使用并提提高系统资资源利用率率的一组程程序（软件件）。操作系统的的功能是管管理和控制制计算机所所有软硬件件资源，使使系统各部部分协调一一致的工作作，从而达达到提高系系统资源利利用率的目目的。计算机系统统资源通常常有四种：：处理机、、存储器、、外部设备备、以及各各种程序和和数据。相应的操作作系统的功功能也具有有四大功能能：处理机机管理功能能、存储器器管理功能能、外部设设备管理功功能、文件件管理功能能。进程调度阻塞阻塞阻塞I/O请求I/O完成图3-3进程状态转换示意图⑴操作系系统的功能能a.处理机机管理在多道程序序系统中，，多个程序序同时执行行，需要对对CPU的的时间进行行合理分配配。处理机机管理也称称为进程管管理，通过过引入“进进程”的概概念使CPU有条不不紊的工作作，使资源源得到最充充分的利用用，主要包包括处理中中断事件和和处理机调调度。所谓谓进程，是是指程序的的一次执行行。进程有有三个基本本状态：就就绪状态、、运行状态态、阻塞状状态，如图图3-3所所示；b.存储管管理内存是除CPU之外外最宝贵的的资源。而而计算机的的内存资源源是有限的的。存储管管理主要解解决多道程程序在内存存中的分配配，合理利利用内存空空间，并通通过内外存存的管理来来扩大存储储空间。其主要包包括：内内存的分分配、存存储扩充充、存储储保护三三个方面面。c.设设备管理理计算机支支持多种种设备，，该管理理利用操操作系统统提供的的设备驱驱动程序序，实现现对外部部设备进进行有效效管理。。负责把把外部设设备合理理地分配配给进程程，消除除各设备备忙闲不不均的现现象，使使之有效效地工作作。其主要功功能体现现在：分分配和驱驱动外部部设备、、利用中中断、通通道、缓缓冲技术术，提高高外部设设备的使使用效率率。d.文文件管理理文件管理理是对各各类文件件进行有有序的管管理，支支持对文文件的存存储、检检索和修修改及文文件保护护，方便便用户安安全地访访问它们们。其主要功功能为：：按名存取取文件、、有效分分配存储储空间、、文件的的共享和和保护、、用户可可通过命命令访问问各种文文件。通常按照照操作系系统的使使用环境境，可将将其分为为三大类类：多道批处处理系统统分时系统统、实时系统统。（2）操操作系统统的分类类a.多道道批处理理系统多道批处处理系统统实质上上是“多多道程序序”和““批处理理”的结结合。““任务””和“作作业”是是指用户户一次上上机要求求计算机机系统完完成的工工作的总总称；““多道程程序”是是指在计计算机内内存中同同时可以以存放若若干道作作业，允允许交替替地由处处理机运运行；““批处理理”是指指用户与与作业之之间没有有交互作作用，用用户不能能直接控控制作业业的运行行，即一一批经过过合理组组织的作作业一旦旦提交给给计算机机系统，，其执行行由计算算机系统统控制。。多道批处处理系统统具有自自动化程程度高，，资源利利用率高高，作业业吞吐量量大等特特点，多多应用在在大中型型计算机机系统中中。其缺缺点是交交互性差差。b.分分时系统统分时系统统是一种种多用户户操作系系统，它它是将中中央处理理机（CPU））的处理理时间进进行分割割，即把把工作时时间分割割成一个个个时间间片，每每个用户户轮流使使用时间间片。一一台计算算机为一一组终端端用户服服务，每每个用户户通过终终端控制制程序的的运行。。由于时时间片分分割很小小，每个个用户感感觉不到到时间上上的等待待或滞留留，如同同自己独独立占用用一台计计算机一一样。分时系统统具有良良好的人人机交互互性，用用户使用用方便，，其主要要应用于于中小型型系统。。c.实实时系统统实时系统统是指要要求系统统及时响响应外部部事件的的请求，，在规定定的时间间内完成成对该事事件的处处理并控控制所有有实时设设备和实实时任务务协调一一致地工工作。实实时系统统包括实实时过程程控制和和实时信信息处理理两种，，前者主主要应用用于工业业生产的的过程控控制，而而后者主主要应用用于信息息处理系系统，如如查询系系统、订订票系统统等。以上三类类操作系系统可以以根据实实际需要要组合使用用，实现最最佳功能能。随着着计算机机系统结结构的变变化，操操作系统统技术也也有了进进一步的的发展，，产生了一一些具有有特点的的操作系系统，如如个人计计算机操操作系统统、分布布式操作作系统和和网络操操作系统统。个人计算算机操作作系统是一个单单用户交交互式的的操作系系统，它它以文件件管理为为主，具具有简单单的设备备管理功功能，并并向用户户提供了了一组功功能丰富富的键盘盘操作命命令。分布式操操作系统统是指由多多台计算算机组成成的一个个系统，，相互协协作地完完成一个个任务。。任意两两台计算算机之间间可以交交换信息息，无主主次之分分，系统统资源为为所有用用户共享享。网络操作作系统是为网络络中各台台计算机机之间提提供通信信和资源源共享。。除了具具有常规规操作系系统功能能外，还还具有网网络管理理功能。。（3）常常用操操作系统统简介①WindowsWindows以其灵灵活方便便的窗口口操作、、弹出式式菜单以以及命令令对话框框，为用用户使用用计算机机提供了了方便，，并为人人们广泛泛接受。。它从1990年由Microsoft公公司推推出Windows3.0，先后后进行了了多次改改版。如如Windows3.1、Windows98、WindowsNT、、Windows2000、、WindowsXP等等。其中中Windows95以上版版本具有有网络管管理功能能。还具具有友好好的人机机界面、、功能强强大的应应用程序序、多任任务并行行处理的的功能等等诸多优优点，所所以深受受用户欢欢迎。②UNIXUNIX操操作系系统是是一个个通用用的、、交互互的分分时系系统，，适用用于小小型机机和微微型机机。它它由美美国贝贝尔实实验室室1969年研研制的的，其其特点点是结结构紧紧凑、、功能能强大大、使使用方方便、、易于于扩充充、修修改维维护和和移植植。它它主要要由两两部分分组成成：内内核和和外壳壳（shell语言言）。。其内内核部部分负负责进进程管管理、、文件件管理理、存存储管管理、、设备备管理理等，，而外外壳语语言是是用来来控制制、使使用内内核以以及语语言处处理程程序和和软件件工具具。③LinuxLinux是目目前最最流行行的操操作系系统之之一，，是UNIX的的PC版。。它从从1991年芬芬兰人人LinuxTorvalds创创建至至今发发展迅迅速。。它具具有占占用空空间小小、高高效、、健壮壮和功功能强强大等等特性性，特特别是是可以以免费费使用用和源源代码码开放放，为为用户户广泛泛接受受。其其中的的RedHatLinux版版是是一个个杰出出的代代表，，它在在Linux基基础础上开开发了了许多多优秀秀的软软件和和工具具，并并提供供了最最新软软硬件件的技技术支支持。。４、编编译基基础（1））编编译程程序的的作用用编译连接运行源程序目标程序可执行程序结果程序库数据图3-4程序的编译与运行示意图人们利利用计计算机机可以以进行行复杂杂的科科学计计算、、工业业过程程控制制、企企业管管理和和办公公自动动化等等工作作。计计算机机在上上述各各领域域的应应用都都是在在计算算机硬硬件和和系统统软件件支持持下，，运用用某种种高级级语言言编制制出程程序并并在该该环境境下运运行来来实现现的。。在计计算机机上执执行一一个高高级语语言程程序，，一般般要分分为两两步：：第一步步，用用一个个编译译程序序将高高级语语言程程序翻翻译成成机器器语言言程序序；第二步步，运运行所所得的的机器器语言言程序序并求求得计计算结结果。。编译程程序就就是将将某一一种语语言（（源语语言））程序序翻译译成另另一种种语言言（目目标语语言））程序序，即即进行行符号号转换换。程程序的的编译译与运运行如如图3-4所所示示。（2））编译译程序序的组组成与与结构构目标程序词法分析语法分析中间代码生成代码优化目标代码生成表格管理出错管理源程序图3-5编译程序的基本结构虽然各各高级级语言言的特特点不不同，，其编编译程程序也也有差差别，，但各各编译译程序序的基基本结结构均均相似似。编编译程程序的的结构构可按按编译译的五五个阶阶段分分模块块进行行设计计，如如图3-5所示示。图图3-5中中编译译过程程源程程序的的各种种信息息被保保留在在各种种不同同的表表格里里，编编译各各阶段段的工工作都都涉及及到构构造、、查找找、更更新各各种有有关表表格。。编译程序的工工作，从输入入源程序到输输出目标程序序的整个过程程，是很复杂杂的。这个过过程一般可分分为五个阶段段：词法分析析、语法分析析、中间代码码生成、代码码优化、目标标代码生成。。上述编译程序序工作过程的的五个阶段不不是每个阶段段都必不可少少的，在实际际应用中有些些阶段可以省省去。若编译译程序对优化化没有要求，，可省去代码码优化；若要要加快编译速速度，可将中中间代码生成成阶段省去。。§3.2数数据库技技术基础数据库技术产产生于20世世纪60年代代中期，是数数据管理的最最新技术，是是计算机科学学的重要分支支，它的出现现极大地促进进了计算机应应用向各行业业渗透。从而而不难看出数数据库技术的的重要性所在在。1．数据库库系统概述２．数据库技技术的新发展展1．数据库库系统概述（1）数据库库技术的基本本概念数据（Data）：通常是指用符符号记录下来来的，可以识识别的信息。。信息是关于于现实世界事事物存在的方方式或运动状状态的客观反反映。数据库（DataBase）：简称DB，是是指按一定方方式组织起来来的相互关联联的数据集合合。如人事档档案数据库、、图书资料数数据库、药品品管理数据库库等。数据库管理系系统（DataBaseManagementSystem））：简称DBMS，是用户与与操作系统之之间的一层管管理软件，它它为用户或应应用程序提供供访问数据库库的方法，包包括数据库的的建立、查询询、更新及对对各种数据的的控制。数据库系统（（DataBaseSystem）：简称DBS，，是实现有组组织地、动态态地存储大量量关联数据、、方便多用户户访问的计算算机软件、硬硬件和数据资资源组成的系系统，即它是是采用了数据据库技术的计计算机系统。。数据库技术：：是在操作系统统的文件系统统的基础上发发展起来的，，它是研究数数据库的结构构、存储、设设计、管理和和使用的一门门软件学科。。（2）数据据描述和数数据模型●数据描述述：是数据据处理中的的一个重要要环节。从从事物的特特征到计算算机中的具具体表示，，实际上经经历了三个个领域：现现实世界、、信息世界界、机器世世界。现实世界的的数据描述述主要是对对原始数据据进行综合合工作，取取出数据库库系统所需需要研究的的数据，如如各种报表表、单据、、查询格式式等。信息世界的的数据描述述，是人们们将现实世世界在人脑脑中的反映映用文字或或符号表示示出来，它它需要用以下一些些基本术语语来实现：：①实体(entity)：实体是指客客观存在并并相互区别别的事物。。②实体集（entityset）：具有相同性性质的同类类实体的集集合。③属性（attribute））：实体具有许许多特性，，每一个特特性称为属属性。每一一个属性有有一个取值值范围，即即值域。④主键（key）：唯一标识识实体的属属性集为主主键。机器世界中中的信息是是以数据形形式存储的的，其数据据描述需要要用以下术术语表示。。①字段（（field）：标标记实体属属性的命名名单位称为为字段（或或数据项））。它是可可命名的最最小数据单单位。②记录（（record）：：字段的有有序集合称称为记录。。一般用一一个记录描描述一个实实体。③文件（（file）：同一一类记录的的汇集称为为文件。文文件是描述述实体集的的。④主键（（key））：能唯一一标识文件件中每个记记录的字段段或字段集集，称为文文件的主键键。现实世界中中，事物是是相互联系系的。这种种联系必然然在信息世世界中体现现出来，即即实体是相相互有联系系的。实体体的联系有有两类：一类是是实体体内部部的联联系，，即同同一记记录内内部各各个字字段之之间的的联系系；另一类类是实实体与与实体体之间间的联联系，，即实实体中中记录录之间间的联联系。。而实体体之间间的联联系比比较复复杂，，其相相应的的数据据结构构也比比较复复杂，，这类类联系系在数数据库库技术术中应应用较较多。。实体体间的的联系系有两两种：：一是同同一实实体集集中实实体之之间的的联系系（记记录之之间的的联系系），，二是不不同实实体集集间的的实体体联系系（文文件之之间的的记录录与记记录的的联系系）。。它有以以下三三种情情况：：①一一对一一联系系：记作1：：1。。例如如学校校与校校长之之间，，火车车的座座位与与乘客客之间间的联联系都都是一一对一一联系系。②一一对多多联系系：记作1：N。例例如一一个学学校有有多名名学生生，而而每个个学生生均在在同一一所学学校学学习，，学校校与学学生之之间就就是一一对多多的联联系。。③多多对多多联系系：记作M：N。例例如课课程与与学生生之间间，一一个学学生可可选多多门课课程，，而每每一门门课程程有多多名学学生选选修，，课程程与学学生之之间是是多对对多的的联系系。●数据模模型数据模模型是是现实实世界界数据据特征征的抽抽象。。由于计计算机机不可可能直直接处处理现现实世世界中中的事事物，，人们们必须须先把把具体体事物物转换换成计计算机机能够够处理理的数数据。。在数数据库库中音音乐数数据模模型来来抽象象、表表示和和处理理现实实世界界中的的信息息。数数据库库系统统均是是基于于某种种数据据模型型的，，不同同的数数据模模型，，实际际上是是提供供给我我们模模型化化信息息的不不同工工具。。数据据模型型是数数据库库系统统的核核心和和基础础。根据模模型应应用的的不同同目的的，可可将模模型划划分为为两类类：概概念模模型和和数据据模型型。①概概念模模型概念模模型又又称信信息模模型，，它是是按照照用户户的观观点来来对信信息建建模，，主要要用于于数据据库设设计。。概念模模型的的表示示方法法很多多，其其中最最常用用的是是P.P.Chen于1976年年提出出的实实体联联系方方法。。该方方法用用ER图来来描述述现实实世界界的概概念模模型。。ER方法法也称称为ER模模型。。ER方法法提供供以下下四种种基本本工具具来实实现ER图图：A.矩矩形框框，表表示实实体类类型。。B.菱菱形框框，表表示联联系类类型。。C.椭椭圆型型框，，表示示实体体类型型和联联系类类型的的属性性。对对于键键的属属性，，在属属性名名下画画一横横线。。D.直线线，表表示联联系类类型和和相关关实体体类型型之间间的联联系，，并在在直线线端部部标注注其种种类（（1：：1，，1：：N，，M：：N））。例例如一一个具具体的的ER图，，图3-6所示示。项目代号日期项目名称项目项目-零件零件零件代号零件名颜色重量零件数量MN图3-6ER图实例②数数据模模型数据模模型是是按计计算机机系统统的观观点对对数据据建模模，主主要用用于数数据库库管理理系统统的实实现，，它主主要包包括；；层次次模型型、关关系模模型、、网状状模型型和面面向对对象模模型等等。①层次次模型：：用树型型结构表表示实体体类型和和实体间间联系的的数据模模型，如图3-7所示示。②关系系模型：：用表格格结构表表达集与与实体间间联系的的数据模模型，如表3-1所示示。③网状状模型：：用有有向图结结构表示示实体类类型及实实体间联联系的数数据模型型。如图3-8所所示。④面向向对象模模型：用用对象和和类来表表示实体体类型和和实体间间联系的的数据模模型。如图3-9所示示M1M2M3M4M5M6图3-7层次模型示例学号姓名年龄性别系别9921108李明21男信息系9921126王妍22女信息系9921208马凯22男信息系9922210刘青青21男物理系9918109方芳20女数学系表３－１１关系模模型示意意图姓名性别年龄姓名性别年龄系别专业姓名性别年龄班级特长类学生类大学生类小学生图3-9面向对象模型示意S1S2SP1SP2SP3SP4SP5P1P2P3图3-8网状模型示意（3）数数据库库的体系系结构数据库的的体系结结构分为为三级，，内部级级、概念念级、外外部级。。如图3-10所示。。用户A用户B用户C外模式外模式外模式概念模式内模式数据库外部级概念级内部级图3-10数据库系统的体系结构外部级是最接近近用户的的一级，，是每个个用户所所能看到到的数据据库内容容，它是是整个数数据库的的一部分分，称为为用户视视图或外外部视图图。每个个外视图图的具体体表示称称为外模模式，又又称子模模式。概念级观察到的的是整个个数据库库的全部部信息，，称为全全局视图图。全局局视图的的具体表表示称为为概念模模式、简简称模式式。内部级是最接近近存储设设备的一一级，从从这一级级观察到到的数据据库就是是被存储储的数据据库，称称为内视视图。内内视图的的具体表表示称为为内模式式，又称称为物理理模式。。用户A用用户B用用户C外外模式外外模式外外模式概概念模式式内模式式数据库库外部级级概念级级内部级级图3-10数数据库系系统的体体系结构构数据库的的三级体体系结构构是数据据库的三三个抽象象级别，，它将数数据的具具体组织织留给DBMS去做，，用户只只抽象地地处理数数据，而而不必关关心数据据在计算算机中的的表示和和存储。。为了实实现三个个级别的的转换，，DBMS在三三个级别别之间提提供了两两个层次次的映像像，即外外模式/概念模模式映像像和概念念模式/内模式式映像。。2.数据据库技术术的新发发展数据库技技术是计计算机软软件领域域的一个个重要分分支，经经过三十十多年的的发展经经历了第第一代（（层次和和网状数数据库））和第二二代（关关系数据据库），，已形成成了相当当规模的的理论体体系和应应用技术术。随着着相关学学科的不不断发展展和应用用领域的的不断延延伸，数数据库技技术也产产生了许许多新的的分支。。如模糊糊数据库库、时空空数据库库、内存存数据库库、全息息数据库库、多媒媒体数据据库、主主动数据据库、并并行数据据库、工工作流数数据库等等等。（1）多多媒体数数据库（（multimediadatabase））多媒体是是指各种种信息载载体（即即媒体））的复合合体。近近年来，，媒体的的数字化化技术有有了很大大发展。。声音、、图象、、视频、、音频采采样、模模/数转转换及存存储技术术的发展展为多媒媒体的计计算机处处理和应应用提供供了可能能。各种种独立媒媒体的数数据库技技术（如如文本库库、图形形库、图图像库等等）的发发展和研研究为多多媒体数数据库系系统的研研究和开开发提供供了基本本技术保保障。多多媒体DBS，，就是把把组织在在不同媒媒体上的的数据一一体化。。其中较有有影响的的数据库库有以下下几种:（2）主主动数据据库（（activedatabase）主动数据据库具有有除了提提出被动动服务功功能外，，还具有有让数据据库主动动进行服服务的功功能。主主要是通通过把一一些规则则预先嵌嵌入DBS的办办法来实实现。（3）并并行数据据库（（paralleldatabase））并行数据据库技术术起源于于20世世纪70年代的的数据库库机（databasemachine）的研研究。它它致力于于开发数数据库操操作的时时间并行行性和空空间并行行性。关关系模型型仍是其其研究基基础，基基于对象象模型的的并行数数据库则则是重要要的研究究方向。在冰箱箱数据库库领域，，仍有大大量问题题需要研研究。（4）工工作流数数据库（（workflowdatabase））企业内有有三类处处理过程程：物料料处理、、信息处处理、商商务处理理。前两种处处理是传传统的常常规处理理。提高高企业生生产力水水平的关关键因素素在于商商务处理理。商务务处理注注意提高高企业中中人员的的协调性性，它处处理工作作的请求求、何人人何时做做何工作作以及汇汇报工作作完成情情况、评评价工作作的满意意程度等等。工作作流管理理系统是是为了支支持企业业内的商商务管理理而提出出的。①联机分分析处理理(onlineanalysisprocessing,OLAP)OLAP提供给给用户面面向目标标的模型型交互功功能。当当用户想想到某个个问题时时，通过过和系统统的交互互会话，，进行即即时的数数据操作作，获得得有启发发，有创创见的发发现。OLAP不但是是一种交交互式的的辅助决决策方法法，同时时又是一一种面向向数据的的分析方方法。它它是对关关系数据据库的一一种改进进。关系系数据库库的基础础是关系系代数中中定义的的运算，，这些关关系运算算不能给给用户提提供向数数据深层层进行分分析的能能力。而而OLAP则则提供了了一系列列新的数数据分析析功能。。当前，数数据库技技术的发发展面临临前所未未有的挑挑战，出出现了许许多新问问题新概概念。下下面就目目前数据据库技术术的几个个新的研研究方向向和概念念做一简简要的介介绍。②数据据挖掘(datadrilldown)在多维数数据库中中，每个个维中的的数据彼彼此之间间还有逻逻辑关系系，用户户可以用用“数据据挖掘””的功能能来找到到他需要要的数据据。数据据挖掘是是OLAP中的的一项重重要功能能。它能能帮助高高层主管管快速地地在他们们所需要要的详细细水平上上检索有有关数据据。③数据据仓库（（datawarehouse）数据仓库库是指一一个对历历史数据据进行处处理的集集成化的的数据收收集和信信息处理理机构。。在一般般情况下下，数据据仓库的的数据输输入部分分是来自自一个操操作性的的环境，，该部分分的作用用是将这这个环境境中的数数据传送送到另一一个物理理上相分分离的数数据存储储机构中中去。而而数据仓仓库则不不断地对对信息系系统中的的数据进进行整理理，从而而辅助决决策者有有效地发发现问题题。数据据仓库包包括四个个主要特特征：面面向主题题、集成成化、时时变性和和非活性性。§3.3计计算机与与网络技技术基础础计算机与与网络技技术的飞飞速发展展，已极极大地推推动了科科技进步步和生产产力的发发展，它它已深入入到人类类生活的的各个领领域，并并产生着着巨大的的影响。。尤其是是随着计计算机技技术和网网络技术术的飞速速发展，，不仅为为信息系系统的发发展提供供了有利利的物资资基础，，也为信信息系统统的研制制开发提提供更有有价值的的理论依依据。本节主要要内容：：1、计算算机系统统概论2、计算算机网络络概述3．数据据通信基基础4、局局域网技技术1、计算算机系统统概论（1）计计算机发发展概况况从1946年全全世界第第一台计计算机““ENIAC””在美国国问世以以来，随随着制造造计算机机所采用用的电子子器件的的发展，，它经历历了四代代，并向向第五代代计算机机发展。。第一代（（1946-1957）：电子管时时代，计计算机采采用电子子管作为为基本元元件，主主存储器器为磁鼓鼓。编程程语言为为机器语语言或汇汇编语言言。主要要用于科科学计算算。代表表机型有有ENIAC、、UNIVAC、IBM701等。。第二代（（1956-1964）：晶体管时时代：采采用晶体体管作为为计算机机的基本本元件，，内存采采用磁芯芯，外存存采用磁磁盘。编编程语言言有了高高级语言言（如FONTRAN、COBOL语言等等），并并产生了了操作系系统。应应用领域域由科学学计算扩扩大到数数据处理理、自动动控制等等方面。。代表机机型有：：UNIVAC-Ⅱ、、IBM701等。第三代（（1965~1970）：集成电路路时代，，采用中中、小型型规模集集成电路路作为基基本元件件，内存存采用磁磁芯。操操作系统统已逐渐渐成熟，，功能得得到了增增强，成成为计算算机系统统的一部部分。由由软件系系统和硬硬件系统统共同组组成计算算机系统统，应用用领域更更加广泛泛。代表表机型有有：PDP-11、IBM360。。第四代（（1970年至至今）大规模集集成电路路时代，，采用大大、超大大规模集集成电路路作为基基本元件件，内存存储器采采用半导导体，使使集成电电路体积积大大减减小。此此时产生生了微处处理机，，同时数数据库技技术和网网络技术术得到了了很大发发展。应应用领域域更加扩扩大，并并逐渐深深入家庭庭。代表表机型：：VAX-11、IBM-PC等。。第五代：：从20世世纪80年代开开始研制制以知识识库为集集成基础础，能够够进行逻逻辑推理理、判断断、决策策的智能能计算机机，该时时代又称称为智能能计算机机时代。。（2）计计算机系系统组成成1946年冯.诺依曼曼提出了了计算机机模型的的“存储储结构””概念，，它奠定定了计算算机结构构的基础础，即计计算机硬硬件的基基本组成成。计算算机硬件件系统结结构主要要有五部部分组成成：运算器存储器控制器输入设备备输出设备备2、计算算机网络络概述（1）计计算机网网络的形形成和发发展计算机网网络是计计算机技技术和通通信技术术紧密结结合的产产物。计计算机网网络的形形成与发发展经历历了四个个阶段：：具有通信信功能的的单机阶阶段，这这一阶段段形成了了计算机机网络的的雏形；；具有通信信功能的的多机阶阶段，这这一阶段段属于面面向终端端的计算算机通信信网；以资源共共享为目目的的计计算机与与计算机机互联网网络阶段段；Internet和高高速互联联网络发发展阶段段。（2）计计算机机网络的的分类计算机网网络的分分类方法法较多。。通常按按照计算算机网络络覆盖的的地理范范围将其其划分为为三类：：局域网网、城域域网、广广域网。。局域网LAN(localareanetwork)：将有限范范围内（（如一个个学校、、一幢大大楼、一一个单位位）的各各种计算算机、终终端、外外部设备备互联而而成的网网络。城域网MAN（metropolitanareanetwork）：覆盖几十公里里范围内的企企业、单位的的多个计算机机局域网互联联而成的网络络。它是介于于局域网和广广域网之间的的一种高速网网络。广域网WAN（wideareanetwork））：又称为远程网网。它覆盖几几十公里到几几千公里的范范围。即覆盖盖一个国家、、地区、或几几个洲的国际际性互联网络络。（3）计算机机网络的组成成与结构计算机网络要要完成数据处处理与数据通通信两大功能能，那么从它它的结构上可可以分为两个个部分：负责责数据处理向向网络用户提提供各种网络络资源和网络络服务的资源源子网和负责责数据转发通通讯的子网。。如图3-11所示。外层为资源子子网。ccpccpccpHOSTHOSTHOSTHOSTHOSTHOST图3-11计算机网络结构图ccpccpccpＡ．资源子网网

资源源子网由主计计算机系统、、终端、终端端控制器、联联网外设、各各种软件资源源组成。主计算机（Host）主计算机为本本地用户访问问网络其他主主计算机设备备、共享资源源提供服务，，同时为网中中其他用户共共享本地资源源提供服务。。它是资源子子网的重要组组成单元，通通过高速通信信线路与通信信子网的通信信控制机相连连。终端终端是用户访访问网络的界界面。终端可可以是仅具有有简单输入和和输出功能的的子终端，也也可以是带有有微处理器的的智能终端。。它可以通过过主机连入网网中，也可以以直接同通信信控制处理机机接入网中。。Ｂ．通信子网网

通信子网网由通信控制制处理机、通通信线路与其其他通信设备备组成，完成成全网数据传传输、转发等等功能。★通信控制处理理机CCP（communicationcontrolprocessor））通信处理机又又称前端处理理机或节点处处理机，它是是一种专用计计算机，一般般由小型计算算机或微型机机配置通信控控制硬件和软软件所组成。。通信控制处处理机在网络络拓扑结构中中被称为网络络节点。其主主要功能是：：网络接口存储/转发网络控制局域网中，集集线器成为了了一种典型的的通信控制处处理机，而广广域网中使用用较多的通信信控制处理机机是路由器。。★通信线路通信线路是通通信控制处理理机之间、通通信控制处理理机与主计算算机之间提供供通信信道。。它可以是架架空明线、双双绞线、同轴轴电缆或光缆缆等有线线路路，也可以是是微波、无线线信道和卫星星信道等。（4）计算机机网络的拓扑扑结构计算机网络的的拓扑结构是是通过网中结结点与通信线线路之间的几几何关系表示示网络结构。。反映出网络络中各个实体体之间结构关关系。拓扑设设计是建设计计算机网络的的第一步，也也是实现各种种网络协议的的基础，它对对网络性能、、系统可靠性性、和通信费费用有很大影影响。计算机网络的的拓扑结构主主要有四种类类型：星型拓扑、环环型拓扑、树树型拓扑、网网状型拓扑。。如图3-12所示。星形拓扑在星形拓扑结结构中，结点点通过点到点点的通信线路路与中心结点点相连。中心心结点控制全全网的通信，，任何两结点点之间的通信信必须通过中中心结点。星星形拓扑结构构简单，易于于实现，便于于管理，但是是网络可靠性性较差，中心心结点的故障障可能造成全全网的瘫痪，，且中心结点点的管理与维维护往往比较较复杂。环形拓扑在环形拓扑结结构中，结点点通过点到点点的通信线路路连接成闭合合环路。环中中数据可沿一一个方向逐站站传递，也可可向两个方向向传送。环可可以建为双环环，即主副环环，一旦主环环出现故障，，由副环代替替其工作。环环形拓扑结构构简单，传输输延时确定。。但是网络的的可靠性较差差，环中任何何一个结点出出现故障，都都可能造成网网络瘫痪。为为保证环的正正常工作需要要较复杂的环环环管理和环环维护。增加加环结点和撤撤除环结点都都比较复杂。。树形拓扑树形拓扑可以以看成是星形形拓扑的外延延。在树形拓拓扑结构中，，结点是按照照层次进行连连接的，信息息交换主要是是在上、下两两结点之间进进行，相邻或或同层结点之之间一般不进进行数据交换换或数据交换换量小。树形形拓扑结构适适用于汇集信信息的应用要要求。网状形拓扑在网状形拓扑扑结构中，结结点之间的连连接是任意的的，没有规律律。网状形拓拓扑结构的主主要优点是系系统可靠性高高，但结构复复杂，必须采采用路由器、、选择算法与与流量控制方方法。目前，，广域网基本本都是采用网网状形拓扑结结构。a.星形结构b.环形结构c.树形结构d.网状形结构图3-12计算机机网络拓扑类类型（5）计算机机网络的体系系结构①网络协议议与体系结构构计算机网络的的资源子网中中的多台计算算机（结点））之间要进行行通信，各个个结点之间就就需要不断地地交换数据。。要保证各结结点之间交换换数据的有序序和正确，就就必须制定一一个网络数据据交换的规则则、约定与标标准，这种规规则、约定和和标准称为网网络协议（protocol）。②开发系统统互连参考模模型开发系统互连连参考模型OSI/RM（opensysteminterconnection/referencemodel）），是由国际际标准化组织织ISO和国国际电报电话话咨询委员会会CCITT共同制定的的。根据层次次化模型的设设计原则，将将网络整个通通信功能划分分为七个层次次：物理层、数据据链路层、网网络层、传输输层、会话层层、表示层、、应用层。③TCP/IP参参考模型及及协议ARPANET是最早出出现的计算机机网络之一，，它是由美国国国防部高级级研究计划局局ARPA提提出并构建的的。其主要目目的是希望许许多宝贵的主主机和通信控控制机及通信信线路在战争争中一旦部分分遭到破坏，，而其他部分分仍能正常工工作，它要求求一种灵活的的网络体系结结构，实现异异构网的互联联。网络协议TCP/IP正正是在此需需要的基础上上发展而来。。虽然TCP协议和IP协议都不是是OSI标准准，但它们是是目前最流行行商业化协议议，并被公认认为当前的工工业标准。TCP/IP协议出现后后，TCP/IP参考模模型也在1974年由Kahn提出出。TCP/IP参考模模型可以分为为四个层次：：应用层、传传输层、互联联网层和网络络接口层。(6)网络络技术的发展展①Internet与与IntranetInternet是是指全全球最最大的的计算算机网网络的的集合合体。。由全全世界界几万万个网网络互互连而而成，，它们们共同同遵守守TCP/IP协议议。TCP/IP包包括一一系列列的计计算机机网络络协议议，核核心协协议是是传输输控制制协议议TCP和和Internet网络络协议议IP。凡凡是遵遵守TCP/IP协协议的的网络络，与与Internet网络络互连连就可可以成成为全全球互互连网网的一一部分分。Internet是是世界界上规规模最最大、、用户户最多多、影影响最最大的的计算算机互互连网网。Intranet与与Internet的联联系在在于，，Intranet是是使用用Internet技术术组建建的企企业内内部网网，Intranet要要与Internet互互连才才能发发挥作作用。。Intranet与与Internet的区区别在在于，，Intranet是是一种种企业业内部部网，，而Internet是是一种种公众众信息息网。。Internet允许许任何何人从从任何何一个个人站站点访访问它它的资资源，，而Intranet内内部信信息必必须严严格加加以保保护。。它必必须通通过放放火墙墙与Internet连连接起起来。。②ISDN随着通通信技技术的的高速速发展展，实实现通通信业业务的的可视视化、、智能能化和和个人人化已已成为为发展展方向向。CCITT提出出了将将语音音、数数据、、图像像等业业务综综合在在一个个网内内，建建立综综合业业务数数字网网ISDN（integrateservicedigitalnetwork）。。在ISDN中中，用用户使使用一一条电电话线线、一一个电电话号号，只只需提提出申申请，，就可可以加加入ISDN中中，实实现用用户多多种业业务信信息的的的综综合通通信服服务。。它采采用数数字信信道，，因而而具有有较高高的通通信质质量和和可靠靠性。。ISDN在发发展过过程中中，分分成两两类：：窄带带综合合业务务数字字网N-ISDN（（NarrowbandISDN））和宽宽带综综合业业务数数字网网B-ISDN（BroadbandISDN））。B-ISDN是是将语语音、、数据据、静静态和和动态态图像像的传传输以以及N-ISDN所所有服服务综综合在在一个个通信信网中中，满满足从从低传传输速速率到到高传传输速速率的的大范范围的的非实实时、、实时时突发发性传传输的的要求求。③网网络安安全与与防火火墙随着计计算机机网络络的飞飞速发发展，，网络络中的的安全全问题题日趋趋严重重。当当资源源共享享广泛泛应用用于政政府、、军事事、科科研、、经济济各个个领域域，网网络用用户来来自社社会各各个阶阶层时时，大大量在在网络络中存存储和和传输输的数数据就就需要要保护护。这这些数数据在在存储储或传传输过过程中中，都都有可可能被被盗用用、暴暴露或或篡改改。要要设计计一个个成功功的网网络系系统，，就必必须针针对对对网络络安全全构成成威胁胁的各各种因因素，，研究究出确确保网网络信信息系系统安安全的的机制制。网网络安安全机机制涉涉及到到：网网络安安全策策略与与数据据加密密，数数字签签名、、第三三方确确认、、Internet防火火墙(firewall)等等安全全技术术。3．数数据通通信基基础（1））数据据通信信的基基本概概念1）数数据在数据据通信信中，，通常常将被被传输输的二二进制制的代代码称称为数数据，，如11001010。。将其其中的的“1”或或“0”称称码元元。2））信信号号数据据通通信信研研究究的的是是电电信信号号在在计计算算机机之之间间的的传传输输，，按按照照发发送送端端所所产产生生的的信信号号形形式式，，将将信信号号分分成成两两类类：：模拟拟信信号号：：连连续续的的信信号号，，如如声声音音信信号号、、压压力力信信号号等等：：数字字信信号号：：离离散散的的信信号号，，如如计计算算机机通通信信中中““0””、、““1””组组成成的的信信号号。。信号号在在不不同同的的计计算算机机之之间间传传送送时时，，可可采采用用模模拟拟信信号号方方法法，，也也可可以以采采用用数数字字信信号号方方法法。。还还可可以以将将其其分分成成两两大大类类：：基带带信信号号：：是是将将数数字字信信号号1或或0直直接接用用两两种种不不同同电电压压来来表表示示，，并并送送到到线线路路上上传传输输的的信信号号。。宽带带信信号号：：是是将将基基带带信信号号进进行行调调制制后后，，形形成成的的频频分分复复用用模模拟拟信信号号。。基带带信信号号进进行行调调制制后后，，其其频频