第三章管理信息系统平台的构建技术

第三章管理信息系统平台的构建技术Computertechnologyisthetechnologicalbasistoconstructtheplatformofmanagementinformationsystem.Thischapterismainlyaboutthenewdevelopmentofcomputerhardware,datacommunicationmode,dataswitchingtechnology,computernetworkarchitecture,localareanetworkmediumaccesscontroltechnology,TCP/IPprotocolset,databasearchitecture,thefeaturesandoperationsoftherelationalmodel,thebasicconceptofdatawarehouseandsoon.计算机系统一、计算机系统计算机是一种可以接纳和存储信息，并依照存储在其外部的顺序对输入的信息停止加工、处置，失掉人们所希冀的结果，然后把处置结果输入的高度自动化的电子设备。㈠计算机的开展史⒈大型主机的开展阶段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降生，尔后计算机进入了飞速开展的阶段。计算机开展史详细如表3-1所示。表3-1计算机开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、光盘处置方式机器言语汇编言语监控顺序延续处置作业初级言语编译多道顺序实时处置实时、分时处置网络操作系统运算速度5千-3万次/秒几十万-百万次/秒百万-几百万次/秒几百万-千亿次/秒目前，世界各国研讨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，具有能了解自然言语、声响、文字和图像的才干，可停止思想、联想、推理，具有聚集、记忆、检索等活动。神经网络计算机模拟人的大脑判别才干和顺应才干，将具有相似人脑的智慧和灵敏性，并具有可并行处置多种数据的功用。分子计算机运转靠的是分子晶体可以吸收以电荷方式存在的信息，并以更有效的方式停止组织陈列。仰仗着分子纳米级的尺寸，分子计算机的体积和耗电将剧减，并能更临时地存储少量数据。光子计算机应用光子取代电子停止数据运算、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照量子力学规律停止高速数学和逻辑运算、存储及处置量子信息的物理装置。⒉微型计算机的开展微型机又称为团体计算机〔personalcomputer，PC〕，它的开展阶段以微处置器〔microprocessorunit，MPU〕为标志。世界上第一台微处置器Intel4004降生于20世纪70年代，第一台微型计算机MCS-4随之于1971年降生，其后微机迅速普及。微型计算机开展至今，大约阅历了五个阶段。第一代，1981年IBM公司的IBM－PC/XT运用8位Intel8088CPU；第二代，1984年IBM公司的IBM－PC/AT运用16位Intel80286CPU；第三代，1986年Compaq公司的386AT和1987年IBM公司的PS/2-50运用32位Intel80386CPU；第四代，1989年486微机运用Intel80486CPU；第五代，1993年微机运用IntelPentiumCPU〔586〕和其后的PⅡ、PⅢ、P=4\*ROMANIV，高档P=4\*ROMANIV已开展到字长64位，主频3.8GHz。㈡计算机的分类按计算机的规模和功用可以分为六大类：⒈超级计算机或称巨型机〔supercomputer〕超级计算机具有强有力的传输数据和处置数据才干，具有大容量的内外存，采用公用的操作系统等。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，其总设计师金怡濂取得2002年度国度最高迷信技术奖。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为每秒可运转的浮点运算次数〕。⒉小超级机或称小巨型机〔minisupercomputer〕小超级机又称桌上型超级电脑，由并行的多个微处置器组成，它使巨型机增加成团体机的大小，或许使团体机具有超级电脑的功用。⒊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形式。不过随着微机与网络的迅速开展，许多大型机正在被高档微机群取代。⒋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，数据处置功用较强，实时处置功用比拟好等。异样小型机也遭到高档微机的应战。⒌任务站〔workstation〕任务站运用大屏幕、高分辨率的显示器，有大容量的内外存储器，大都具有网络功用。普通采用UNIX操作系统，具有多义务、多用户的功用，适宜于散布式处置。它们的用途比拟特殊，主要用于计算机辅佐设计、图像处置、软件工程以及大型控制中心。⒍团体计算机〔personalcomputer，PC〕或称微型机这是目前开展最快的范围。依据它所运用的微处置器芯片的不同而分为假定干类型。运用Intel公司的Pentium系列和AMD公司的Athlon系列微处置器的IBMPC及其兼容机最为普及。㈢计算机的组成计算机系统由硬件系统和软件系统两局部组成。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，但从功用上都可以划分为五个基本组成局部，即输入设备、输入设备、存储器、运算器和控制器，运算器和控制器常集成在一同，称为中央处置器〔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络经过信息活动来完成。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。㈠中央处置器〔centralprocessingunit，CPU〕中央处置器在微机中又称为微处置器，它主要由运算器、控制器和寄存器组成。其主要功用是依照顺序给出的指令序列剖析指令、执行指令，控制并协调各部件的任务，完成对数据的加工处置。㈡存储器〔memory〕存储器是是计算机的记忆和存储部件，担任存储数据和顺序，并依据控制命令提供这些数据和顺序，主要分为主存储器和辅佐存储两类。主存储器又称外部存储器，简称内存，主要由半导体存储器组成。计算机运转进程中内存用来存储以后数据和顺序指令的。计算机的辅佐存储器又称外部存储器，简称外存，用于数据和顺序的持久保管。常用的辅佐存储器有磁盘〔带〕、移动硬盘、光盘、闪存存储器〔usbflash盘，又称优盘和闪盘〕。为了处置本钱价钱、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。⒈主存储器内存和CPU一同构成了计算机的主机局部。内存储器按其任务方式的不同，可以分为随机存储器RAM和只读存储器ROM两种。RAM可以分为静态SRAM和静态DRAM两种，目前常用的DRAM有SDRAM〔synchronousDRAM，同步静态随机存储器〕和DDRSDRAM〔dualdaterateSDRAM，双倍数据传输速率同步静态随机存储器，DDRSRAM实际上具有双倍SDRAM内存的带宽〕。ROM是一种内容只能读出而不能写入和修正的存储器，其存储的信息是在制造该存储器时就被写入的。计算机断电后，ROM中的信息不会丧失。ROM常用来寄存检测顺序、ROMBIOS等。只读存储器除了ROM外，如今为方便BIOS的晋级等又出现了PROM、EPROM、EEPROM〔electricallyerasableprogrammableROM〕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，运用EPROM写入器用紫外线照射的方法可以重复屡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，运用普通微机就可对它重写。EPROM、EEPROM与ROM不同，其内容可以屡次擦除而更新，但只需更新固化好以后，就只能读出，而不能象RAM那样可以随机读出和写入信息。⒉外存储器外存储器依据运用介质的不同，可分为磁性、光电和电子几种。外存的容量普通都比拟大，读写速度较慢。软磁盘是一种磁介质方式的存储器。常用的是容量为1.44MB的3.5英寸软盘。目前曾经有大容量的ZIP软盘，一张盘片存储容量为100MB～300MB左右。硬磁盘是由假定干个硬盘片组成的盘片组，普通被封装在金属壳内。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相似，并无物理实质上的区别。只是前者记载数字信号，后者记载模拟信号，因此读写装置差异较大。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，可用于寄存各种信息。光驱的一个主要技术目的是数据传输速率，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〕。可擦写光盘是可以屡次重写的光盘，目前常用的是磁光型〔magnetoopticdisk，MO〕。可擦写光盘需拔出特制的光盘驱动器停止读写操作。DVD-ROM是CD-ROM的后继产品，DVD盘光道之间的间距增加，记载信息的最小凹凸坑长度增加，招致了DVD盘的存储容量可提高至4.7GB，是CD-ROM的7倍。而且DVD驱动用具有向下的兼容性，也可以读取CD-ROM的光盘。闪存是一种新型的EEPROM内存，不需求特殊设备和方式即可实理想时擦写。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〔compactflash〕卡、SM〔smartmedia〕卡，MMC〔multimedia〕卡等等。它们携带和运用方便，容量和价钱适中，普通容量从64MB到1GB，深受广阔计算机运用者的喜爱。比拟而言，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。㈢外部设备外部设备包括输入设备和输入设备。键盘是微机的规范输入设备，显示器是微机的规范输入设备。在微型计算机系统中，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。视频捕捉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距离按一定的规那么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。触摸屏是一种快速完成人机对话的工具。可分为电容式、电阻式和红外式三种，常用的为前两种。电容式触摸屏任务原理是在荧光屏前装置一块特殊玻璃屏，其正反两面涂上专门资料，当手指触摸屏幕时，惹起正反面间电容值发作变化，控制器将这种变化编译成〔X，Y〕坐标值，传给计算机处置。而电阻式触摸屏所涂资料当手指触摸屏幕时，惹起触点正反面间电阻值发作变化。微机的显示系统由显示器和图形适配器〔graphicsadapter，也称为图形卡或显卡〕组成。它们共同决议了图像输入的质量。显示器的主要技术目的有分辨率、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，图像越明晰。目前的图形卡可以支持1024×768〔或1280×1024〕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〔videoRAM〕，也称为显存或VRAM。VRAM用于存储以后正在显示的有关数据，以及尔后将要显示的有关数据。VRAM的大小决议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。打印机的技术目的主要有打印速度、印字质量、打印噪声等。声卡又称音频卡〔audiocard〕，它用于处置音频媒体信息的输入输入，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。普通声卡都具有如下功用：录音、播放声响、乐器数字接口MIDI等。三、计算机软件软件系统是指计算机顺序及其有关文档。软件系统由系统软件和运用软件两大局部组成。系统软件包括操作系统、言语处置顺序、数据库管理系统、网络通讯管理顺序等局部；运用软件是用来完成用户所要求的数据处置义务或完成用户特定功用的顺序。㈠操作系统软件操作系统〔operationsystem，OS〕是一组对计算机资源停止控制与管理的系统化顺序集合，它是用户和计算机硬件系统之间的接口。操作系统具有五大功用：处置器管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。如Windows、Linux、Unix等。㈡数据库管理系统软件数据库管理系统〔databasemanagementsystem，DBMS〕软件是专门对数据记载停止综合管理的软件，对数据文件结构的定义、数据记载的更新、数据记载的查询以及对数据记载的各种运算提供片面的支持。如Oracle，Sybase，MicrosoftSQLServer，Access等。㈢顺序设计言语计算机指令是用顺序设计言语编写的，顺序设计言语是人与计算机停止交流的工具。机器言语是一种在计算机上可以直接执行的二进制代码指令。汇编言语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言语的符号言语。初级言语采用英语词汇作为指令关键词，依照规则的语义和语法结构要求编写顺序。初级言语中每一条语句的功用相当于汇编言语的多条指令的功用，也被称为第三代言语〔3GL〕。如C、PASCAL等。第四代言语〔4GL〕是为降低顺序开发难度和提高顺序开发效率而设计的通用言语。如某些数据库系统的查询语句〔如SQL〕和运用软件包的宏言语就具有第四代言语的特征。编写的顺序是非进程化的，即顺序指令只需通知计算机需求〝做什么〞，而不用详述〝怎样做〞的详细进程。面向对象的顺序文语是1980年后新开展的顺序设计言语，面向对象言语将数据与操作分解为对象，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。由于因特网的普遍运用，标志言语也末尾惹起人们的留意，如HTML、XML等。㈣运用软件运用软件是直接面向最终用户的详细运用软件，可分为通用和公用两种。通用运用软件是某些具有通用信息处置功用的商品化软件。它的特点是通用性，因此可以被许多有相似运用需求的用户所运用。比拟典型的通用软件有文字处置软件、表格处置软件、数值统计剖析软件、财务核算软件等。如MicrosoftOffice、用友财务软件等。公用运用软件是专业人士为满足用户特定要求而独自开发的专门运用软件，如为某公司定制的人力资源管理信息系统。管理信息系统普通来说是借助于计算机硬件等设备，停止信息处置的运用软件系统，因此计算机系统是管理信息系统平台构建的技术基础。计算机系统所触及的软硬件系统开展十分迅速，在管理信息系统软件开发进程中，需求不时跟踪其开展，充沛应用和发扬其功用。通讯和网络一、数据通讯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。数据通讯技术是计算机网络开展的基础，通讯的基本目的是传输信息如言语、文字、数码和图像等，而信息往往以详细的数据方式来表现，数据经过介质传送时又必需转换为一定方式的信号，因此通讯归结究竟是在一定的传输媒体上传送电信号，从而到达传送数据和交流信息的目的。㈠数据通讯网络的结构一个数据通讯网络结构如3-2图所示。在数据通讯网络中信息的收回者称其为信源；信息的接纳者称为信宿；发送器对发送信号编码或转换，发生可以传输的光、电信号；接纳器将收到的信号转换成信宿设备可以处置的信号；传输系统是衔接信源与信宿之间的复杂线路网络。衔接信源与信宿的物理和逻辑设备称为信道。图3-2通讯网络结构㈡数据通讯方式⒈并行通讯和串行通讯并行通讯方式是将一组数据按数位宽度同时停止传输，每一个数位都要有自己的数据传输线和发送、接纳设备。并行通讯的传输速率高，但传输设备多，并行通讯方式普通用在距离近、传输速率要求高的通讯中。串行通讯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传送。在传输距离远，传输数字数据的场所，都采用串行传输方式，如计算机网络中。⒉单工通讯与双工通讯依照数据传输方向及其时间关系可将通讯方式分为单工、半双工和全双工三种。在单工通讯中，发送设备和接纳设备之间只要一个传输通道，数据双方向的从发送端到接纳端，传输通道的方向不能改动。在半双工通讯中，两个设备之间有两个传输通道，可以轮番双方向地传送，但不能同时停止。在全双工通讯中，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讯的组合。⒊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。当停止远距离通讯时，往往将数字数据转换成模拟信号〔调制〕后传输，在接纳端再停止信号的恢复〔解调〕，当调制成频率信号的频率范围在音频范围〔200Hz—3.4kHz〕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，那么称之为宽带传输。⒋同步传输与异步传输在串行通讯通讯中，发送与接纳方必需以异样的速率在相反的时段内发送和接纳数据，否那么收发会发生庞大误差，庞大误差的积聚，会招致传输错误，为此要用到同步技术。所谓同步是指接纳端要依照发送端所发送的每个数据的起止时间和重复频率来接纳数据，即收发双方在时间上必需分歧〔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位寄偶校验位和l位中止位〝1〞，以标志一个字符的末尾和完毕。起始位和中止位结合起来，便可完成字符的同步。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，标志一个数据块的末尾和完毕，普通还要附加一个校验序列，以便对数据块停止过失控制。㈢数据通讯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同的两根绝缘导线组成的。两根线扭在一同是为了增加相互间的辐射电磁搅扰。双绞线早就用在通讯中，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组成，但它们是按〝同轴〞方式构成线对。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，闭路电视所运用的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，外加维护层构成。用光纤来传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接纳端又要由光检波器恢复成电信号。无线传输介质是经过大气传输，目前有三种技术：微波、红外线和激光。微波通讯是在对流层视野距离范围内应用无线电波停止传输的一种通讯方式，频率范围为2GHz-40GHz。卫星通讯是微波通讯的特殊方式，卫星接纳来自空中发送站收回的电磁波信号后，再以广播方式用不同的频率发回空中，为空中任务站接纳。红外通讯和激光通讯也像微波通讯一样，有很强的方向性，都是沿直线传达的。所不同的是红外通讯和激光通讯把要传输的信号区分转换为红外光信号和激光信号，直接在空间传达。㈣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宜于远距离模拟传输线路传输的模拟信号，反之模拟信号恢复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；而关于〝0〞，输入幅度为0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〞。普通用载波频率左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。依据确定相位参考点的不同，调相方式可分为相对调相和相对调相〔或差分调相〕。㈤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〕技术运用的基本条件是传输介质的可用带宽必需超越各路给定信号所需带宽的总和。传输介质的带宽划分为假定干个窄频带，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运用的基本条件是传输介质能到达的数据传输率应超越各路传输数字信号所需的数据传输率的总和。行将每一条物理信道按时间分红假定干时间片，使其每个信号按时间片轮番交替地运用单一信道，这种使多个数字信号在微观上同时停止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搅扰的不同波长的激光光束。㈥数据交流技术通常采用的数据传送技术有3种：电路交流、报文交流和分组交流。⒈电路交流在数据传输时期，源节点与目的节点之间有一条应用中间节点构成的公用的物理衔接线路，在数据传输完毕之前，不时坚持这条线路。用电路交流技术完成的数据传输要阅历如下三个进程：电路树立、数据传输和电路撤除。⒉报文交流不需在两个站点之间树立一条公用通路，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。传送进程采用存储—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，暂存这个报文并反省有无错误，然后应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，经过逐一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。而在两个通讯誉户间的其它线路段，可传输其它用户的报文，不像电路交流那样必需端到端信道全部占用。⒊分组交流为了更好地应用信道容量，并降低节点中数据量的突发性，可以运用分组交流。在分组交流网络中，每个分组的长度有一个下限，因此，一个较长的报文必需分红假定干个分组，每个分组中包括数据和目的地址。其传输进程与报文交流相似，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功用。分组交流可分为虚电路分组交流和数据报分组交流两种。在虚电路方式中，依然要阅历树立虚电路、交流数据和撤除虚电路三个进程。逻辑通路所以是〝虚〞的，是由于这条电路不是公用的。在数据报方式中，每个分组的传送是被独自处置的，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，传送进程亦采用存储—转发方式。当某一个站点要发送报文时，先把报文拆成假定干个数据报，依次发送到网络节点。但以后，各个数据报所走的途径就能够不再相反，从而各个数据报的抵达也不保证是按顺序的，目的站必需对抵达的数据报排序重组。二、计算机网络概述㈠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ARPAnet。计算机网络定义为：用通讯设备和传输介质将天文上分散的、功用独立的计算机衔接起来，并在网络通讯协议的控制和网络操作系统的管理下完成信息传递和资源共享的系统。㈡计算机网络的组成与结构计算机网络要完成数据处置、资源共享和数据通讯的功用，从逻辑功用上可分为资源子网和通讯子网两个局部。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效劳，担任整个网络的数据处置业务和各种网络资源的共享效劳。通讯子网由通讯控制处置机〔CCP〕、通讯线路与其他通讯设备组成，完成数据的传输、转发、加工和交流等通讯处置功用。图3-3计算机网络结构图㈢计算机网络分类计算机网络的分类规范很多，比如按网络掩盖面积、传输介质、数据传输技术以及数据传输率等，下面引见两种重要的网络分类规范。=1\*GB1⒈按拓扑结构分类将衔接在网络上的计算机和互连设备看作一个结点，将设备之间的通讯线路看作线，进而以图的方式来表示这些点与线之间的关系，这种笼统方法称为拓扑，图被称为拓扑结构图。计算机网络中罕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\*GB1⒉按网络掩盖范围分类按网络掩盖范围大小可将计算机网络分为局域网〔localareanetwork，LAN〕、城域网(metropolitanareanetwork，MAN〕、广域网(wideareanetwork，WAN)三种。计算机局域网天文散布范围较小〔如办公楼群或校园〕，数据传输速率高，误码率低，协议复杂、结构灵敏、建网本钱低、周期短、便于管理和扩大。㈣计算机网络的硬件组成及互连设备网络硬件主要有网络效劳器、任务站、网络衔接设备和网络通讯介质等。效劳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效劳和共享资源。任务站是指用户运用它可以在网络环境中任务，访问网络共享资源的计算机系统，通常又被称为客户机。网络衔接设备包括用于网内衔接的网络适配器〔即网卡，用于计算机处置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〔对传输信号停止缩小和传输〕、集线器〔多端口中继器，是共享带宽方式的，其各个端口平均分享带宽〕、交流器〔又叫交流式集线器，每个端口都具有相反的固定的带宽〕、网桥〔有两个端口，用于衔接不同的网段，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〔用于不同类型网络衔接，完成数据格式转换、路由选择从而把数据包依照一条最优的途径发送至目的网络〕、网关〔协议转换器，主要用于衔接不同体系结构的网络或局域网到主机的衔接〕等。网络通讯介质在前面曾经提到。㈤网络软件构成⒈网络操作系统(NOS)一个计算机网络拥有丰厚的软硬件资源，为了能使网络用户完成通讯、共享网络资源，需求对用户通讯进程和网络资源停止有效管理，完成这一功用的软件系统称为网络操作系统。罕见的网络操作系统有Novell公司的Netware，Microsoft公司的Windows、悠久动摇的Unix和开放源代码的Linux等。⒉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流数据，必需遵守一些事前商定好的规那么。这些为网络数据交流而制定的关于信息顺序、格式和内容的规那么、商定与规范被称为网络协议。由于网络通讯是一个复杂的进程，网络体系结构多采用分层式结构，每一层关注和处置通讯中的某一方面的效果，每一层都具有相对独立的通讯功用，以增加效果的复杂性。每一层只运用下一层提供的效劳，并向上一层提供效劳，而且仅在相邻层间有接口。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那么，在源端数据包每向下传送一层，都会添加本层协议的报头，目的端向上传输时那么去掉协议的报头，依托各层功用的逻辑组合，完成从一端主机到另一端主机的通讯。罕见的分层体系结构模型有OSI、TCP/IP和IEEE802等。⑴开放系统互联参考模型国际规范化组织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，并不是一个详细的计算机或网络，也未确切描画用于各层的协议和效劳。但可使任何两个遵守参考模型和有关规范的主机停止互连以完成相互通讯，这正是〝开放〞这个词表示的含义。OSI/RM低三层面向数据传输，完成通讯子网的功用。高三层面向两端详细运用进程，完成资源子网的功用。传输层是整个协议层次结构的中心，它下靠传输效劳提供者——低三层通讯子网的支持，上为传输效劳用户——高三层资源子网提供从源端机到目的端机的牢靠的数据传输效劳。每一对等层之间停止对等的通讯，对等层的通讯必需遵照该层的协议〔如两端传输层的通讯就要遵守传输层协议〕，除了最低层物理层间的比特传达输是真实通讯外，其它对等层之间的通讯都是虚拟通讯，都是在各自下一层通讯的支持下停止的。图3-5OSI模型层次和数据传输⑵TCP/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。树立在TCP/IP结构体系上的TCP/IP协议是运用最普遍的协议。TCP/IP规范并没有定义详细的网络接口层协议，普通各物理网络可以运用自己的数据链路层协议和物理层协议。网际层担任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。传输层主要功用是提供从一个运用顺序到另一个运用顺序的通讯，即端对端的通讯。面向衔接的传输控制协议TCP和面向无衔接的用户数据报协议UDP属于该层。运用层相当于OSI参考模型高3层的功用，经过运用下面各层所提供的效劳，直接向用户提供效劳，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、文件传输协议FTP、复杂邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3、域名效劳DNS、远程登录协议Telnet等。图3-6TCP/IP模型层次结构⑶局域网IEEE802规范〔IEEE国际电气和电子工程师协会〕局域网普通仅包括OSI参考模型中的低三层通讯子网功用。又由于局域网拓扑结构复杂，恣意两个结点间都有独一的路由，因此不需求网络层的路由选择功用，所以IEEE802协议中不再设立独自的网络层。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衔接各个结点的星型拓扑网络〕，一切结点共享一条公共通讯传输介质，在任何一个时间段内，只能有一个结点占用公用通讯信道。分配信道的运用权，也就是当信息传输为运用传输介质发生竞争或抵触时，介质访问控制〔控制谁先运用传输介质〕的效果就是关键。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〔mediumaccesscontrol〕，加上物理层构成局域网的三层体系结构。MAC子层的主要功用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/抵触检测〔CSMA/CD〕：每个站在发送数据前先监听信道，假设闲暇，那么发送数据；假设忙，就不发送，等候一段时间后再重发。并且为进一步消弭抵触，发送数据的站点边发送数据边监听信道，只需监听到发作抵触，就立刻中止发送，并发送假定干比特的搅扰信号。以太网〔ethernet〕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规范以太网规范，其物理层规范为10BASE-T。在规范以太网技术的基础上，IEEE于1995年经过了100Mbps快速以太网的IEEE802.3u规范，1998年又发布了基于光纤的IEEE802.3z和基于5类双绞线的IEEE802.3ab的1000Mbps高速以太网规范，其MAC子层均沿用了CSMA/CD技术。2002年10Gbps以太网的规范IEEE802.3ae也已发布，实验性网络已在试用。2〕令牌环〔tokenring〕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。运用一个特殊的标志〔令牌〕，当某个站点有数据要发送时，必需等候标志为空的令牌到来，将令牌的空标志改为忙，并将数据发送到环上。发送的数据在环上循环的进程中，所经过的环上的各个站点都将数据的目的地址与本站点的地址停止比拟，假定不同那么直接传给前面的站点，假定相反那么将数据复制接纳，然后继续传给前面的站点。IEEE802.5规范就采用该技术。3〕令牌总线〔tokenbus〕访问控制技术：运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，而按结点的地址上下构成的逻辑环形顺序。IEEE802.4规范采用令牌总线访问控制技术。除了共享介质式局域网，如今常用的为交流式局域网，中心设备是交流机，其各个端口都与一个结点相连，多个端口之间树立并发式衔接而可以独享交流机的带宽，添加了网络带宽。㈥Internet基础⒈InternetInternet是一个全球性的计算机网络，是众多计算机网络相互衔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。⒉IP地址和域名系统在Internet上，一切的计算机都有一个Internet上独一的数字编号作为其在Internet的标识，这个编号称为IP地址。IP地址包括两个重要的标识符：网络地址和主机地址。IP地址用32位二进制数码表示，每8位用圆点联系，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〕。Internet上IP地址和域名都是独一的，域名地址与IP地址之间存在逐一对应的关系。⒊TCP/IP协议族它是一组数据传输协议，下面复杂引见这些协议的作用。传输控制协议TCP树立主机间牢靠的衔接，将数据包按正确的顺序发送，假设数据丧失了，TCP担任自动重传丧失的数据。用户数据报协议UDP在传输前不需树立衔接，用于传送一次性数据较小的运用，或对牢靠性要求不高的实时语音视频传送。IP数据包是一个独立的信息包，由路由器经过包中的地址信息停止寻址和路由选择以停止数据传输，IP协议是提供这种数据包传输效劳的通讯协议。TCP和IP协同任务，IP协议用来给传输信息包编址并将它们以尽能够最正确的路由途径发送到目的地址。而TCP协议担任数据包的正确抵达。Internet控制信息协议ICMP担任传送各种信息、错误报告。WWW上每个Web页面由超文本标志言语HTML来编写，页面中包括指向其他页面链接地址，万维网实践上是一个由千千万万个页面组成的信息网。寄存Web页面的计算机称为Web站点或WWW效劳器。讨取页面、阅读信息的顺序称为阅读器〔browser〕。超文本传输协议就是用来在阅读器和WWW效劳器之间传送超文本的协议，协议由两个局部组成：从阅读器到效劳器的央求和从效劳器到阅读器的应对。文件传输协议FTP树立在TCP协议上，用于完成文件传输。网络上存在着少量的共享文件，取得这些文件的主要方式就是FTP，可以完成文件的下载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〕。假想象获取FTP效劳器的资源，需求拥有该主机的IP地址〔主机域名〕、账号、密码。但许多FTP效劳器允许用户用匿名用户名anonymous登录，口令恣意，普通为电子邮件地址。在Internet上收发电子邮件时常用复杂邮件传输协议SMTP和邮局〔postofficeprotocol〕POP3协议。SMTP是基于TCP协议的复杂的基于文本的电子邮件传输协议，用于邮件效劳器之间交流邮件的协议。POP3是可以从邮件效劳器将邮件下载到本地计算机，在自己的客户端阅读邮件。POP3协议是用于接纳邮件的协议，SMTP协议为用于发送邮件的协议。DNS域名系统完成域名和IP地址之间的相互转换。经过域名不能直接找到主机，需求从域名查找IP地址，这个进程就是域名解析。大局部域名系统都维护着一个大型的数据库，它描画了域名与IP地址的对应关系，数据库被活期地更新，DNS即经过查找这个数据库完成域名和IP地址之间的相互转换。远程登录协议Telnet用来将一台计算机衔接到远程计算机上，使之相当于远程计算机的一个终端。Telnet完成虚拟或仿真终端的效劳，运用户经过TCP衔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，将远地主机的输入经过TCP衔接前往到用户屏幕。第三节数据库和数据仓库一、数据库概述㈠数据库技术的发生在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经过操作系统管理数据。但是操作系统是以文件为单位停止管理的，文件之间没有联络，很难处置数据在多个文件中重复存储和数据不分歧的效果。为此，20世纪60年代前期出现了数据库系统，如图3-7所示。数据库的发生使得信息系统的研制围绕共享的数据库为中心来停止，完成了数据的集中管理，提高了数据的应用率和分歧性，从而能更好地为决策效劳。图3-7数据库系统数据与顺序的关系㈡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〕是描画事物的符号记载，是数据库中存贮的基本对象。数据库〔database，DB〕是临时存储在计算机内、有组织的、一致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、数据间联络严密而又有较高的数据独立性等。数据库管理系统〔databasemanagementsystem，DBMS〕是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它为用户或运用顺序提供访问DB的方法，包括DB的树立、查询、更新及各种数据控制，并可以保证数据的平安性、完整性。数据库系统〔databasesystem，DBS〕是完成有组织地、静态地存储少量关联数据，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。普通由数据库、数据库管理系统、运用系统、数据库管理员和用户构成。二、数据库的三级形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，值是型的一个详细赋值。例如：先生记载的型为〔学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯〕，该记载型的一个记载值为〔900201，李明，男，计算机，22，江苏〕。㈠三级形式数据库系统采用外形式、形式和内形式三级形式结构，如图3-8所示。

图3-8数据库三级形式内形式〔internalschema〕又叫物理形式、存储形式。内形式是数据在数据库系统的外部表示，即对数据的物理结构/存储方式的描画。形式〔schema〕又叫逻辑形式、概念形式。形式是数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描画，是一切用户的公共数据视图。DBMS提供数据定义言语DDL来描画逻辑形式，严厉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。形式仅仅触及到型的描画，不触及到详细的值。形式的一个详细值称为形式的一个实例。同一个形式可以有很多实例。形式是相对动摇的，而实例是相对变化的。形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辰的形状。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动。外形式〔externalschema〕又叫用户形式、子形式。外形式是形式的子集，是与某一运用有关的数据的逻辑表示。留意一个数据库只要一个形式，一个内形式，但可以有多个外形式。㈡两级映象在三级形式中提供了两级映象，这不只在三级数据库形式之间树立了联络，也保证了数据库系统的数据独立性。如图3-8所示。外形式/形式映象定义并保证了外形式和形式之间的对应关系。数据库系统投入运用后，能够有必要修正形式〔如添加新关系、属性、改动类型〕，这时可以重新定义外形式/形式映象，而使现存外形式和运用顺序坚持不变，保证了数据的逻辑独立性。这些映象定义通常包括在各自外形式的描画中。形式/内形式映象定义并保证了形式和内形式之间的对应关系。当内形式发作变化时，重新定义形式/内形式映象，从而使形式和外形式坚持不变，树立在外形式上的运用顺序也坚持不变，保证了数据的物理独立性。该映象定义通常包括在形式描画中。三、数据模型〔datamodel〕㈠概述模型是理想世界事物特征的模拟和笼统。如航模飞机是对实践飞机的模拟和笼统，它不是真正的飞机，但又真实的反映了实践飞机的属性和特征。为便于人和计算机都能了解，信息笼统采用逐渐笼统的方法，把数据模型分红两个不同的层次：按用户的观念来对理想世界的笼统称为概念模型〔也称信息模型〕；以计算机系统的观念模拟理想世界的模型叫做数据模型。也就是说，首先按人们的看法观念将理想世界笼统为信息世界的概念模型，然后再经过数据模型将信息世界转换为机器〔计算机〕世界。数据模型又可进一步细分为逻辑〔数据〕模型和物理〔数据〕模型两个分层次。如图3-9所示。图3-9模型的转换⒈概念模型〔conceptualdatamodel，CDM〕概念模型就是概念层次的数据模型，简称为概念模型。是理想世界的事物经过人脑的笼统加工，提取出对用户有用的信息，经过组织整理加工构成的。概念模型按用户的观念来对理想世界停止建模，这种建模方法是缺乏计算机知识的用户最容易了解的，并便于和数据库设计人员停止交流，是系统剖析员、顺序设计员、维护人员、用户之间相互了解的共同言语；概念模型必需转换成逻辑模型，才干在DBMS中完成。⒉逻辑模型〔logicaldatamodel，LDM〕逻辑数据模型是用户经过数据库管理系统看到的理想世界，它描画了数据库数据的全体结构。是详细的DBMS所支持的数据模型，不同的DBMS提供了不同的逻辑数据模型，如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。⒊物理模型〔physicaldatamodel，PDM〕物理数据模型用来描画数据的物理存储结构和存储方法，面向详细的DBMS，面向操作系统和机器。PDM不只与详细的DBMS有关，还与操作系统和硬件有关。每一种逻辑模型在完成时都有其对应的物理模型。DBMS为保证其独立性和可以执行，大局部PDM的完成任务由系统自动完成，而设计者只设计某些特殊结构。也就是说，普通用户看不到物理数据结构，所以无须过多了解。㈡概念模型⒈基本术语首先引见E-R模型中常用的几个基本术语，应用它们可结构出概念模型。实体、实体型、实体集：实体〔entity〕是客观存在并能相互区分的事物。实体可以是详细的人、事、物，也可以是笼统的概念或联络。如：人、数据库课程、计算机，正如几何中〝点〞、〝线〞一样。关键之处是一个实体能和别的实体区分开，一场足球赛不能严厉地定义实体。实体型〔entitytype〕是用实体名及属性名集合来笼统描写同类实体。实体集〔entityset〕为同型的实体组成的集合。属性〔attribute〕、域〔domain〕、码〔key〕：属性指实体所具有的某一方面的特性，一个实体可由假定干个属性来描写。属性取值在一定的范围，称为该属性的值域/域。其类型可以是整数型、实数型、字符串型等。独一标识实体的属性集称为码，也称为实体标识符。联络〔relationship〕是实体集合之间的相互关系。理想世界中事物外部以及事物之间的联络在信息世界中反映为实体外部的联络和实体之间的联络。⒉联络的类型为了树立理想世界的完整模型，经常需求对联络分类，依据一个实体集合的实体可以和多少个另一类实体集合的实体相联络，可将联络分为三种：一对一、一对多、多对多。假设关于实体集E1中的每一个实体，实体集E2中至少有一个实体与之联络，反之亦然，那么称实体集E1与实体集E2具有一对一联络。记为1：1，如座位—乘客。假设关于实体集E1中的每一个实体，实体集E2中有n个实体〔n≥0〕与之联络，反之，关于实体集E2中的每一个实体，实体集E1中至少只要一个实体与之联络，那么称实体集E1与实体E2有一对多联络。记为1：n，如车间—工人。假设关于实体集E1中的每一个实体，实体集E2中有n个实体〔n≥0〕与之联络，反之，关于实体集E2中的每一个实体，实体集E1中也有m个实体〔m≥0〕与之联络，那么称实体集E1与实体E2具有多对多联络。记为m：n，如先生—课程。三种联络表示图如图3－10所示。图3-10实体联络表示图⒊概念模型的表示方法最常用的概念模型表示方法是实体—联络方法，该方法用E-R图来描画某一组织的概念模型。E-R图用矩形方框表示实体集合，方框内标明实体集合称号；用椭圆框表示属性，经过无向边衔接到实体集。只要一个属性的实体集可用属性替代，附加到它参与的联络上；如某属性为实体的关键字，用下划线在属性名上标明；用菱形框表示联络，框内标明联络的称号，经过无向边衔接到参与联络的每个实体集合；在用无向边衔接联络到实体集时，在边上注明1或n〔多〕来标明联络的类型。假定实体之间联络也具有属性，那么把属性和菱形代表的实体联络也用无向边衔接上。例如，一个先生可选多门课程，而一门课程又有多个先生选修，一个教员至少可讲三门课程，一门课程至少只要一个教员教授，该教学组织的E-R图如图3-11所示。图3-11教学E-R模型㈢〔逻辑〕数据模型⒈数据模型三要素逻辑数据模型是数据库系统的中心和基础，常简称为数据模型。逻辑数据模型包括数据结构、数据操作和数据完整性约束三个局部，称为数据模型三要素。数据结构描画数据的静态特征，是指对实体类型和实体间联络的描画。数据操作描画数据的静态特征，是指对数据库中各种数据对象允许执行的操作的集合。数据约束条件是一组数据完整性规那么的集合，给出数据及其联络应具有的制约和依赖规那么，数据库中的数据必需满足这组规那么。⒉罕见数据模型数据模型主要有层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等四种。层次模型〔hierarchicalmodel〕用树形结构来表示各类实体以及实体间的联络。记载类型描画的是实体，对应一个节点，字段描画实体的属性。下层节点叫父节点，下层节点叫子节点，同一双亲的节点叫兄弟节点。只要一个节点没有双亲节点，称之为根节点。根以外的其它节点有且只要一个双亲节点。网状模型〔networkmodel〕用有向图结构表示实体类型及实体间联络的数据模型。与层次模型一样每个节点表示一个记载类型，每个记载类型可包括假定干个字段，节点之间的连线表示记载类型间的联络。关系模型〔relationalmodel〕用二维表表示实体和实体之间的联络。将面向对象顺序设计方法和面向对象数据库技术相结合就发生了面向对象数据库系统。面向对象模型〔object-orientedmodel〕将实体视为对象，对象是理想世界中实体的模型化。㈣关系模型和关系数据库关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统。例如，表3-2的先生数据表表示了一个先生关系模型。表3-2先生数据表学号姓名性别系别年龄政治相貌2005001王华女计算机20团员2005002李大明男计算机19团员2005003吴纲男物理18团员2005004吴珊女物理19团员2005005冯继文男英语19团员⒈关系常用术语通常由行和列组成的二维表就是关系〔relation〕；表中的一行即为一个元组〔tuple〕；表中的一列即为一个属性〔attribute〕，属性有名与值的区别；由属性名组成的表头为框架〔framework〕〔关系的型〕；元组中的一个属性值〔字段值〕称重量〔component〕；属性的取值范围是域〔domain〕；可以独一确定一个元组的一个属性或属性组为候选码〔candidatekey，可简称为码〕；一个关系中常有多个候选码，可指定一个为主码；对关系的描画是关系形式〔relationmodel〕，普通表示为：关系名〔属性1，属性2，…，属性n〕。其中关系的主码用下划线指明，如：先生〔学号，姓名，性别，系别，年龄，政治相貌〕。关系模型要求关系必需是规范化的，也就是要求每个关系必需满足一定的条件或具有一些性质。基本关系具有以下六条性质：①列是同质的，即每一列中的重量是同一类型的数据，来自同一个域。②不同的列可出自同一个域，称其中的每一列为一个属性，不同的属性要给予不同的属性名。③列的顺序无所谓，即列的次第可以恣意交流。④恣意两个元组不能完全相反，即一个表格中不允许有完全相反的行出现。⑤行的顺序无所谓，即行的次第可以恣意交流。⑥重量必需取原子值，即每一个重量都必需是不可分的数据项。换句话说就是在一张表中不能嵌套另一张表。⒉关系操作关系数据模型的实际基础是集合