管理信息系统的技术基础

主讲人：成卫管理信息系统第三章管理信息系统的技术基础3.0本章教学目的3.1信息技术概述3.1.1计算机硬件技术3.1.2计算机软件技术3.1.3数据通信技术3.2数据处理3.3数据库技术本章教学目的：了解MIS的信息技术基础掌握数据组织（数据结构、数据文件）掌握数据库的设计及E-R模型、数据库操作数据处理数据库技术（基本概念、数据库设计的主要内容、实体联系模型（E-R模型）、数据库操作）引言数据库显示世界漂浮在失窃的核原料中

2001年9月11日,恐怖份子攻击了纽约与华盛顿特区，使人们更加忧虑可用作武器的核原子料也许落入了歹徒手中。在2002年3月,斯坦福大学国际研究所的参访学者LyudmilaZaitseva评论说:“我们只能猜测这些遗失核原料的去向,而且不能确定是在伊拉克、伊朗、朝鲜、基地组织或是真主党手中”。

此问题开始于10年前的苏联崩解，从那时起，有识之士就表达了对于这些没有妥善保护与管理的核原料的担忧，没有人知道哪些原料遗失了，也不知道这些原料在哪里。在近几个月的斯坦福大学战略安全计划开始收集哪些核原料失踪与发生了什么事。“缺乏信息令人无所适从”，一名资深的武器控制谈判员表示，“我们尝试要问的是：事实是什么？”关于被窃辐射源数据来自两个现存的非机密数据库，其他数据来自于政府与地区媒体报道，战略安全计划评估了每种来源的正确度与可能性。这些数据储存在数据库中，DBMS的安全性可以用来限制只有核准的研究员可以使用。数据库含有违法获得武器级核原料与医疗材料的数据，他们可能已经遗失、误失甚至遭丢弃，因而可能引起健康和安全威胁。通过把关于遗失、误置与遭窃核原料的数据整合成一个数据库，分析人员可以更广泛与精准地了解这些捉摸不定的核原料所引起问题的严重性。Zaitseva指出，至少有88磅（40公斤）的可用于制作武器的铀与钸被从前苏联缺乏保护的核设施中盗出，其中大多数已陆续被找回，但仍有从反应炉中偷走的4.4磅高浓度铀失踪。有一些从刚果研究反应炉中消失的燃料棒，之后又出现在意大利，据称落于黑手党手中，但其他的仍无法追踪。战略安全计划主任解释说：“知道位于何处是取回的第一步。”关于这一点的研究已经发现了某些重要的原料是从哪里运走的，但还不知道运往何处。研究仍在继续，而信息被严密地保护于重重防护的数据库中。思考：

使用数据库追踪遭窃或遗失的核原料有什么优点？ 从本案例中我们体会到了什么？第一节数据处理

信息技术是管理信息系统的基础，它是计算机硬件技术、软件技术及通信技术的总称。

一、数据处理的概念

数据处理：指把来自科学研究、生产实践和社会经济活动等领域中的原始数据，用一定的设备和手段，按一定的使用要求，加工成另一种行式的数据的过程。（一）数据处理的主要目的：1.把数据转换成便于观察分析、传递或进一步处理的形式（如将数字信息转换为更直观的图形信息，图象的三维重建等）

2.从大量的原始数据中抽取、推导出对人们有价值的信息以作行动和决策的依据（如战争中的情报分析）

3.科学地保存和管理已经过处理的大量数据，以便人们能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源（数据的合理分类与存储，方便信息的查询）

（二）数据处理的基本内容：（以新产品开发市场信息为例）数据收集：收集相关的数据（市场信息）数据转换：（数据的录入）数据的筛选、分组和排序，目的是保存和使用有用的信息（使用正确的信息）

数据的组织：将具有某种逻辑关系的一批数据组织起来，按一定的存储表示方式配置在计算机的存储器中，既数据的存储结构（如共享数据库）数据的运算：包括算术运算和逻辑运算（数据处理——产品价格的确定）

数据存储：（数据的长期使用）数据检索：数据输出（辅助管理与决策）

数据处理是管理活动的最基本内容，也是管理信息系统的基本功能。

二、数据组织

在管理信息系统中，大量数据以一定的行式存放在各种存储介质中，数据的组织方式及内在联系的表示方式决定着数据处理的效率，因而设计数据结构是数据处理工作的主要内容之一。（一）数据结构

数据结构：是指数据的存储结构及在此结构上的运算或操作。又可分为数据的逻辑结构和物理结构。

数据的逻辑结构：是指数据间的逻辑关系，包括：※线性结构：如线性表、栈、队列及串等；※非线性结构：如树和图等。

数据的物理结构：又称存储结构，是指数据元素在计算机存储器中的存储方式，它分为以下四种：（举例说明——学生记录在磁盘上的存储安排）顺序存储链接存储索引存储散列存储同一逻辑结构采用不同存储方式（物理存储结构）可以得到不同的数据结构，对于给定的逻辑结构，需要寻找一种恰当的与其对应的存储结构，以便在计算机中存储，通常把这种对应关系称为映象。逻辑数据记录物理存储方式顺序文件索引文件链表文件倒排文件顺序映象关系

1.指针与链在数据结构中，表征某一数据特点及其连接方式的基本单位称为结构的结点（node），它可以是一个字符、一个数字，也可以是一个记录、一个集合。（如一个学生记录）域：一个结点有几个域，用来存放与结点有关的信息；数据域：存放结点本身信息的域（存放学号，姓名等信息）指针域：存放与其他结点关系信息的域，也叫链域；（存放下一个记录的地址）指针：存放与本结点有关的结点的地址；链：若干个带指针的结点的集合；后继结点：是指针指向的下一个结点；前趋结点：是与本结点邻接的前一结点称为。

图3.1是一个典型的结点结构。一个结点可以有多个信息域和多个指针域，以满足不同的数据应用需要。（如学生）（注意：指针域与指针是两个不同的概念）

在表3.1所示的职工登记表中，每个职工的登记项有三项：工作证号（No）、姓名(Name)和年龄(Age)。如果采用链接存储方式，则每个结点有标志职工基本情况的No、Name、Age三个数据域及指向下一个职工记录的指针域Next，如图3.2。

通常把本结点的指针指向下一个结点叫做本结点的直接后继,反之,与本结点领接的前一结点称为本结点的直接前趋。这样，上述职工登记表的链表结构如图3.3。

利用指针可以把数据的逻辑结构与物理结构分离开,数据的物理存储位置可以任意安排,而在逻辑上通过指针把它们联系起来。（如学生的学号与宿舍号）2.

线性表：（逻辑结构）线性表的定义：线性表是指数据的结构形式本质上是一维的线性关系，其中的每个结点都是同一类型的数据结构。如上例中的职工登记表等。

线性结构的特点是：在数据元素的非空有限集中：※存在唯一的一个被称做“第一个”的数据元素；※存在唯一的一个被称做“最后一个”的数据元素；※除第一个，集合中的每个数据元素均只有一个前驱；※除最后一个，集合中每个数据元素均只有一个后继。

线性表的存储结构：（物理结构）

1）顺序表存储结构：如果把线性表的结点按逻辑次序依次存放在一组连续的存储单元里，结点在计算机内的存放位置完全由结点在线性表中的顺序号决定,用这种方法存储的线性表称为顺序表。对于顺序表,若开始结点的存放位置为LOC(k1),每个结点占用空间大小为L，则第i个结点Ki的存放起始位置可由下式直接计算机得到：LOC(ki)=LOC(k1)+L×(i-1)

顺序表的特点：※顺序表的检索方便（以学生记录为例进行地址的计算）※顺序表的插入和删除操作复杂。

在图3.4的线性表中插入和删除23,由于插入和删除后的线性表仍要求有序,必须依次移动相关的单元。当线性表长度为n时,作一次插入或删除操作平均要移动n/2个单元。因此，线性表仅适用于经常进行检索、但数据不经常变动的情况（如插入到第一个，需移动N-1个单元；如插入到最后，则不需移动任何单元）

2）链表存储结构：为了克服顺序表存在的缺点,可以采用链接存储方式来存储线性表,通常我们将链接方式存储的线性表称为链表。链表的特点：（以排队牵手为例讲解）

※链表的插入和删除操作简单、高效：链表结构在每个结点设有链指针,用来指示下一个结点的位置（物理储地址）,结点可以存放在一组连续的或分散的存储单元中。在插入和删除操作中,只需改变前后结点的指针,而不需要进行大量的数据移动。如图3.5（以插入23为例）

※链表的检索效率很低：由于单链表结构在搜索时,只能沿一个方向进行,并且每搜索一个结点,都必须从头结点开始,搜索效率很低。（如同无线电定向比赛）为了改变这种情况,人们将单链结构的最后一个结点的指针指向头结点,形成循环链表；在每个结点中加上一个指向前趋结点的指针,则构成双向链表。

3.树:树的定义：树是结点之间有分支的、层次关系的结构，类似于自然界中的树，它属于一类非线性结构。树(tree)是n(n≥0)个结点的有限集，在一棵非空树中：(1)有且仅有一个特定的称为根(root)的结点；(2)当n>1时，其余结点可分为m(m>0)个互不相交的有限集Tl，T2，…，Tm，其中每一个集合本身又是一棵树，并且称为根的子树(subtree)。

（二）数据文件

1．数据文件的概念:

在信息系统中,数据组织一般采用文件组织和数据库组织（以学生文件为例讲解相关概念）数据文件：为了某一特定目的而形成的同类记录的集合记录：文件中可存取的最小单位,它由若干数据项构成数据项：是文件中可使用的最小单位主键：记录中能唯一地标识该记录的数据项副键：记录中不是主键的数据项鉴别键：主键和副键统称为鉴别键文件系统：是负责存取和管理文件的软件，它利用磁盘等大容量的外存设备存放文件，用户可以把一批数据定义成一个文件，通过文件系统命名，实现对文件的按名存取。

文件系统是数据处理的主要方式，是现代数据库系统的基础。

3、

数据文件的操作：包括以下操作：(以SQL语言为例)（1）数据文件的建立（CreateTable..）（2）数据文件的修改(AlterTable..)（3）数据文件中记录的删除(DeleteFrom..)（4）数据文件的排序(Sort..)（5）数据文件的更新(Update..)（6）数据文件的检索(SelectFrom..)（7）数据文件的计算、显示和打印（三）数据库在文件系统中，文件由记录构成，数据的存取以记录为单位，文件系统的结构仅限于记录内部。（如文件系统中无法反映学生表和课程表之间的选课关系）对于一个组织的管理信息系统而言，不仅要考虑某个应用的数据结构，而且要考虑全局的数据结构。为了实现整个组织数据的结构化，就要求在数据组织结构中不仅能够描述数据本身，而且要能描述数据之间的关系。因而在复杂的应用中，应采用数据库组织数据。第三节数据库技术

一、数据库系统的产生和构成（一）数据库系统的产生数据库的定义：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，它能以最佳的方式，最少的数据冗余为多种应用服务，程序和数据具有较高的独立性。

数据库技术的发展阶段：1．层次结构的数据库管理系统在数据库中定义满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型：有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。

2．网状结构的数据库管理系统在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型：允许一个以上的结点无双亲；（没有层次模型中的根结点）一个结点可以有多于一个的双亲。3．关系数据库管理系统1970年，IBM公司SanJose研究实验室研究员E.F.Codd发表了题为“大型共享数据库数据的关系模型”论文，提出了数据库的关系模型，开创了关系方法和关系数据研究，为关系数据库的发展奠定了理论基础。

20世纪80年代以来，几乎所有新开发的数据库系统都是关系型的。（二）数据库系统的构成

数据库系统：是由计算机系统、数据库、数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织的总体。它的主要组成部分有：1、计算机系统：指用于数据库管理的计算机硬软件系统；（是DB的运行基础）2、数据库：区别于其他计算机系统的主要特征；3、数据库管理系统（DBMS）：是一组对数据库进行管理的软件，通常包括：

※数据定义功能（如CREATETABLE）；※数据操纵功能（如数据查询SELECT等）※数据库的运行管理（如数据库的并行控制等）※数据库的建立和维护功能

4、人员：

1）数据库管理员(DBA)：负责建立和维护模式，提供数据的保护措施和编写数据库文件；2）系统程序员：是设计数据库管理系统的人员；3）用户：

※应用程序员：负责编制和维护应用程序※专门用户：指进行信息检索和补充信息的用户※参数用户：指那些与数据库的交互作用是固定的、有规则的人。如订票员等（只能查询不能修改数据库）

三、数据库操作

数据库操作主要有基本表的建立与删除、数据查询及更改等。使用关系数据库标准语音——结构化查询语音SQL(StructuredQueryLanguage)来完成对数据库的操作。

(一)基本表的建立与删除1.建立：建立基本表的语句格式为:CREATETABLE<表名>(列名1类型【,列名2类型……】)；

例：CREATETABLEStudent(SNOCHAR(5)NOTNULL，SNAMECHAR(8)，SDEPTCHAR(15)，SAGEINT)；其中CHAR(n)表示n个字符的字符串。

2.修改：修改基本表定义的语句格式为:（对表结构而非数据的修改）ALTERTABLE<表名>ADD列名类型；例在学生基本表Student中增加一新列SEX如下：ALTERTABLEStudentADDSEXCHAR(2)；3.删除：删除基本表的语句为:DROPTABLE<表名>；例：DROPTABLEStudent；(二)数据查询SQL的核心语句是数据库查询语句,其一般格式为:SELECT<目标列1>【,目标列2……】FROM<表名>【WHERE<条件表达式>】【GROUPBY<列名1>】【ORDERBY<列名2>〖ASC/DESC〗】；

语句含义：根据WHERE子句中的条件表达式,从指定表中找出满足条件的元组,按目标列选出元组分量形成结果表。ORDER子句确定结果表按指定的列名2按升序(ACS)或降序(DESC)排序。GROUP子句将结果按列名1分组,每个组(所有列名1值相同的为一组)产生结果表中一个元组。

例查询计算机系学生的姓名和年龄，结果按性别分组，并按年龄的降序排列。SELECTSNAME，SAGEFROMStudentWHERESDEPT=’计算机’GROUPBYSEXORDERBYSAGEDESC；(三)数据更新SQL的数据更新语句包括数据修改、删除和插入三种操作.1．数据修改(UPDATE)：UPDATE语句的一般格式为（指对表中数据的修改）UPDATE<表名>SET<列名1>=<表达式1>【,<列名2>=<表达式2>……】【WHERE<逻辑表达式>】功能:修改指定表中满足条件的元组,将指定的列名1的值用表达式1的值替换,将指定的列名2的值用表达式2的值替换……

例把学号为S5的学生所在系改为“计算机”，年龄改为19岁。UPDATEStudentSETSDEPT=‘计算机’，SAGE=19WHERESNO=‘S5’；

2.数据删除(DELETE)：DELETE语句的一般格式为:DELETEFROM<表名>【WHERE<逻辑表达式>】功能：删除指定表中满足条件的元组.例从SC中删去第一学期的选课记录。DELETEFROMSCWHERET=1；3.数据插入(INSERT)：INSERT语句的一般格式为:INSERTINTO<表名>(<列名1>【,<列名2>……】)VALUES(<常量1>【,<常量2>……】)功能:向指定表中插入一个元组且使得列名1的值为常量1,列名2的值为常量2……

例INSERTINTOC(CNO，CNAME，PC#)VALUES(‘C6’，‘数据结构’，‘C1’)；四、数据库保护

为了保证数据的安全可靠和正确有效,DBMS必须提供统一的数据保护功能：

数据的安全性：指保护数据库以防止不合法的使用所造成的数据泄露、更改和破坏（如登录密码、权限控制、数据加密等）

数据的完整性：是指数据的正确性、有效性与相容性。关系模型的完整性有有以下三种形式：（以学生课程关系为例讲解）实体完整性：指关系中主关键字属性不能取空值参照完整性：指具有一对多联系的两个表之间，子表中与主表的主关键字相关联的那个属性(外部码)的值要么为空,要么等于主表中主关键字的某个值（如选课关系SC中的“学号”和“课程号”）用户自定义的完整性：它是针对某一具体数据库的约束条件,由应用环境确定（如性别只能是“男”或“女”）

并发控制：是指当多个用户同时存取、修改数据库时,可能会发生互相干扰而得到错误的结果并使数据库的完整性遭到破坏（以银行贷款为例）

数据库恢复：指当计算机软、硬件或网络通信线路发生故障而破坏了数据或对数据库的操作失败使数据出现错误或丢失时,系统应能进行应急处理,把数据库恢复到正常状态（方法有数据库的备份转存、日志文件等）第三节计算机网络

计算机网络是管理信息系统运行的基础，也是管理信息系统的基本使能技术。一、计算机网络的概念与分类（一）计算机网络的概念

计算机网络：是用通信介质把分布在不同地理位置的计算机和其他网络设备连接起来，实现信息互通和资源共享的系统。其重要的概念有：网络介质：数据传输的物理通道，有同轴电缆、双绞线、光纤、微波、卫星信道等；协议：网络设备间进行通信的一组约定，如TCP/IP协议；节点：网络中某分支的端点或网络中若干条分支的公共交汇点；

链路：指两个相邻节点之间的通信线路。

（二）网络拓扑结构网络拓扑结构：指网络的链路和节点在地理上所形成的几何结构。计算机网络的拓扑结构是人们头脑中的逻辑性结构，它分为五种基本类型：总线型、星型、环型、树型和网状型，实际上的网络结构可能是它们中某几种的混合类型。(图中方框代表服务器，小圆代表客户机)（不同的网络托扑结构会有不同的安全性和可靠性）

图3.10显示了计算机网络的组成。由3.10可见，计算机网络从功能上可分为两部分：※资源子网※

通信子网根据通信信道的类型，计算机网络具有以下几种结构：1．点—点信道网络：网络中每一条信道都连接到一对节点上，如果某两个节点之间没有直接通信的信道，则要经过其他节点用存储——转发方式通信。2．共享信道网络：所有节点共享一条通信信道，每个节点发送的信息可由所有节点检测，但只有目的地址指定的节点能够接收（如移动电话系统）

（三）计算机网络的分类计算机网络根据网络应用范围和应用方式不同，可分为以下几类：1.局域网(LAN)：局域网指点点之间传输距离在0.1～10km，传送速率在1Mb/s～10Mb/s的范围较小的一种网络；2.广域网(WAN)：广域网是局域网的扩展，广域网一般由相距较远的局域网经由公共电信网络互连而成，数据传输速率一般在1.2kbps～1.554Mbps，传输距离可遍及全球；3.综合业务数字网(ISDN)：综合业务数字网是一种能在一个网络内传送多种业务信息的网络；（简称一线通，现已逐渐被ADSL宽带网取代）4.Internet：Internet即“因特网”，是最大的国际互联网，能够实现全球范围的信息资源共享。二、局域网技术（简单了解）

（一）网络体系结构网络体系结构按其发展过程，经历了以下几个阶段：1.文件服务器/工作站：在20世纪60到80年代，网络应用主要是集中式的，采用主机——终端模式，数据处理和数据库应用全部集中在主机上，终端没有处理能力（又叫哑终端），这样，当终端用户增多时，主机负担过重，处理性能显著下降，造成“主机瓶颈”；2.客户机/服务器（Client/Server）：客户机/服务器是80年代产生的崭新应用模式，这种模式把DBMS安装在数据库服务器上，数据处理可以从应用程序中分离出来，客户机运行应用程序，完成屏幕交互和输入、输出等前台任务，服务器则运行DBMS，完成大量的数据处理及存储管理等后台任务；

3.分布式处理：是以计算机网络为依托，把各个同时工作的分散计算单元、不同的数据库、不同的操作系统连接成一个整体的分布式系统，为各个具有不同需要的用户提供一个统一的工作环境；（因特网就是分布式处理的最好例子）4.Intranet/Extranet：Intranet（企业内部网）是把Internet技术应用到企业内部建立的基于开放技术的新型网络体系结构，可以说是组织内部的Internet。Intranet的最大特点是采用了浏览器---服务器系统结构（B/S），这种结构实质上是客户机---服务器结构（C/S）在新的技术条件下的延伸。

Extranet使用Internet/Intranet技术使企业与其他企业或客户联系起来，完成共同目标的合作网络，是Internet与Intranet之间的桥梁。

(二)网络操作系统：网络操作系统：管理网络资源的系统软件，是网络运行的基础,对系统的性能有着显著的影响。（同计算机的操作系统一样）网络操作系统的作用：在服务器端，管理各类共享资源（资源的管理者），在工作站端，向用户和应用程序提供一个网络界面（计算机与用户的界面）。

（三）几种典型的局域网络简介

1.以太网（Ethernet）：以太网是按照IEEE802.3协议建立的局域网络，采用载波侦听多路访问技术，即当一个节点有报文发送且已准备就绪时，先检测信道，如信道空闲，就在下一个时间片占用信道并发送报文；若信道忙，该节点就不能发送。由于难以避免传输冲突，因而，一般只能作为小型网络或工作组网络的选型，不宜作为主干网。2.令牌环网（Token-Ring）:令牌环网即IEEE802.4协议，采用按需分配信道的原则，即按一定的顺序在网络节点间传送称为“令牌”的特定控制信息，得到令牌的节点若有信息要发送，则将令牌置为忙，表示信道被占用，随既发送报文。报文发送完毕后将；令牌置为空，传给下一站点。

3.快速以太网（FastEthernet）:快速以太网保留了以太网的CSMA/CD技术，但速度可达100Mbps，近来又有千兆位以太网面世。4.FDDI（光纤分布式数据接口）：FDDI采用光纤作为传输介质（传输速度快）；以令牌环方式仲裁站点对介质的访问（可有效防止传输冲突）；采用双环备份方式（可靠性高）；因此，传输速率可达100Mbps，传输距离远，可靠性高，互操作能力强，适合于作为局域网络主干网选型。5.ATM（异步传输模式）：ATM是一种以信元为单位在设备间传输信息的方式，传输速率为155Mbps，最高可达622Mbps，信元内可携带任何信息进行传送。三、网际互联----Internet技术

网际互连：即通过主干网络把不同标准、不同结构、甚至不同协议类型的局域网在一定的网络协议的支持下联系起来，从而实现更大范围的信息资源共享。为了实现网络互连，国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互连（OpenSystemInterconnection，简称OSI）参考模型，凡按照该模型建立起来的网络就可以互连。

OSI参考模型将网络功能分为七