专转本计算机知识点第六章信息系统与数据库.docx
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专转本计算机知识点第六章信息系统与数据库
第六章 信息系统与数据库
一. 计算机信息系统：
（一） 定义：
使用各种先进成熟的软件开发工具设计维护的，以提供信息服务为主要目的的数据密集型、人机交互的计算机应用系统。
（二） 特点：
1. 数据量大：
数据一般需存放在辅助存储器（外存）中，内存中设置缓冲区，只暂存当前要处理的一小部分数据。
2. 数据（绝大部分）持久：
不随程序运行的结束而消失，长期保留在计算机系统中。
3.
数据共享
（三） 结构：
1. 基础设施层
2. 资源管理层：
1） 功能：
实现信息采集、存储、传输、存取和管理
2） 主要组成：
数据库管理系统
3. 业务逻辑层
4. 应用表现层：
功能：
通过人机交互方式，向用户展现信息处理结果
（四）
类型：
● 操作层业务处理系统：
对日常管理业务的数据进行记录、查询和处理，如图书馆、银行
● 辅助技术系统：
计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助工艺规划CAPP
● 信息检索系统：
中国科技文献库、中国科技成果库、中国专利数据库、中国学位论文数据库、中国学术会议数据库、DIALOG、MEDLINE
● 决策支持系统DSS是最常见的信息分析系统
● 专家系统=知识库（知识集合）+推理机（程序模块）；主要包括：
医疗诊断、化学工程语音识别、图像处理、金融决策、地质勘探等特殊领域
（五） 发展趋势：
1. 信息多媒体化
2. 系统集成化：
基础通信集成、数据集成、应用集成、业务流程集成、企业与企业或部门与部门之间的集成
3. 功能智能化
4. 结构分布化：
计算机辅助协同工作（CSCW）：
在分布式信息系统中，用户共享数据等各种计算机资源，并在系统的支持下，合作完成某一任务（如共同决策、共同拟订计划、共同设计产品等）。
二. 信息和数据
（一） 数据表达了一定的内容，即“客观事实、概念或指令”，数据具有一定的格式，可以是数值型数据和非数值型数据，包括数字、文字、图画、声音、图像
（二） 在信息处理领域中，信息指的是人们要解释的那些数据的含义。
（三） 信息处理的实质是数据处理，数据处理的目的是获取有用的信息。
（四） 信息不是把数据简单的符号化
三. 数据库系统（DataBaseSystem，DBS）：
（一） 定义：
具有管理和控制数据库功能的计算机系统
（二） 特征：
统一管理和共享数据（比文件系统管理更多的数据）
（三） 组成：
1. 应用程序：
利用DBS资源开发的、解决管理和决策的各种应用软件
2. 计算机支持系统
1） 硬件：
2） 软件：
DBMS、操作系统、应用系统开发工具
3. 数据库（DB）
1） 定义：
按一定的数据模型组织，长期存放在外存上的可共享的相关数据集合
2） 要求：
反映应用单位数据本身的内容、数据之间的联系
3） 存储内容：
A. 用户直接使用的数据
B. “元数据”：
关于数据之间联系的描述，即数据的数据。
4. 数据库管理系统（DBMS）：
1） 数据库系统的核心软件
2） 基本功能有数据定义、数据操作和数据库管理等
3） 数据库的一切操作都是通过DBMS来进行的
5. 人员
1） 数据库管理员（DBA）：
解决系统设计、运行中出现的问题，并对数据库进行有效管理和控制的专门机构（或人员）
2） 系统分析设计员
3） 用户
（四） 特点：
1. 数据结构化（描述数据及数据之间的联系）
2. 数据共享性高，冗余度低（零冗余做不到）
3. 数据独立于程序
1） 逻辑独立性：
用户的应用程序与数据库的逻辑结构相互独立。
系统中数据逻辑结构改变，应用程序不需要改变。
2） 物理独立性：
用户的应用程序与存储在数据库中的数据相互独立，数据的物理存储改变不影响用户的应用程序。
4. 统一管理和控制数据
5. 系统灵活利于扩充
6. 具有良好的用户接口
四. 数据库控制
（一） 数据库系统的安全性：
1. 定义：
指保护数据库以防止不合法的使用所造成的数据泄露、修改或破坏。
2. 安全措施：
1） 用户标识与鉴别（用户名和口令）
2） 访问控制（授权）
3） 审计功能（追踪和监视）
4） 数据加密 （加密算法）
5） 视图的保护（数据对无权限的人隐藏）
（二） 数据库的备份和恢复
1. 数据库系统使用冗余技术进行故障的恢复
2. 金融系统将本地数据传输到异地的数据中心进行备份，将有利于信息安全和灾难恢复。
（三） 数据库的完整性
1. 定义：
指数据库中数据应始终保持正确的状态，防止不符合语义的错误数据输入，以及无效操作所造成的错误结果。
2. 措施：
完整性约束
（四） 数据库的并发控制（一致性）
1. 产生原因：
在多用户共享数据库系统中，多个事务可能同时对同一数据进行操作，这就不可避免地发生冲突。
2. 措施：
封锁、串行化技术
3. 在数据库系统中，应用程序执行操作的基本单元为事务。
五. 数据模型：
（一） 定义：
DBS中用于数据表示和操作的一组概念和定义
（二） 组成：
数据结构、数据操作、数据约束
（三） 分类（按实体集之间的不同结构）：
1. 层次模型
2. 网状模型
3. 关系数据模型：
1） 用二维表结构表示实体集以及实体集之间联系的数据模型
2） 信息世界中的一个实体集反映在关系数据库中可以是一个关系（二维表）
3） 地位：
使用最为广泛
4. 面向对象模型
六.
现实世界对象转换到关系数据模型：
（一） 关系概念模型（结构）
1. 概述：
按用户观点准确地模拟抽象应用单位对数据的描述及业务需求（即对应用数据和信息建模）
2. 建模工具：
实体—联系方法（Entity–Relationship,E–R）
1） 相关术语：
A. 实体：
客观对象
B. 属性——每个属性的取值范围为值域
C. 实体主键：
能够唯一标识实体且最常用的属性或属性组（如学号）
D.
联系：
a） 实体集内部联系
b） 实体集之间联系（二元联系）：
1:
1、1:
n、m:
n
2） E-R图：
A. 矩形框——实体集
B. 菱形框——联系
C. 椭圆（圆形）——属性
D. 加斜杠线属性——主键
3. 建模最终目的：
按计算机系统所支持的数据模型来组织数据
（二） 关系数据模型：
1. 逻辑结构：
二维表
✓ 二维表=表名+元组（行）+属性（列）
2. 关系数据模式（二维表结构）
1） 定义：
用关系数据模型对一个具体单位中客观对象的实体集、属性和联系的结构描述
2） 一般描述形式：
R（A1，A2，…Ai，…，An）
A. R为关系模式名（二维表名）
B. Ai（1≦i≦n）是属性名
C. 例：
C（CNO，CNAME，LHOUR，SEMESTER）
3. 特点：
1） 对二维表的操作的结果也是二维表
2） 关系数据模型的存取路径对用户透明，简化了程序员的编程工作，数据独立性和安全性好。
4. 关系数据模型中对每个关系的限制
1） 不同的属性可有相同的值域，但必须给出不同的属性名
2） 关系中每一个属性是不可再分的原子数据
3） 关系中不允许出现相同的元组（即不允许出现重复的行记录）
4） 元组的个数可以为0
5） 关系中元组的次序可以任意交换（不生成新的关系）
6） 关系中属性的顺序可以任意交换（不生成新的关系）
5. 基本术语对照表
关系模型
程序员（文件系统）
用户
关系模式
文件结构
二维表结构
关系（二维表）
文 件
表
元 组
记 录
行
属 性
数据项（字段）
列
6. 特别说明：
1） （关系）数据模型VS（关系数据）模式
A. 数据模型是用一组概念和定义描述数据的手段
B. 数据模式是用某种数据模型对具体情况下相关数据结构的描述
C. （关系数据）模式以（关系数据）模型为基础
2） 关系（数据）模式VS关系（二维表）
A. 关系模式反映了二维表的静态结构，相对稳定
B. 关系是关系模式在某一时刻的状态，反映二维表内容（动态变化）
7. 完整性规则——关系数据库规范化手段之一
1） 实体完整性：
若属性A为关系R的主键，则A不能为空值（Null）或重值。
2） 引用完整性：
在关系中不允许引用不存在的实体（即元组）。
3） 用户定义完整性约束
七. 关系操作
（一） 关系数据模型提供了关系操作的能力
（二） 传统的集合操作
1. 并
1） 二元操作（即两个关系）
2） 并相容：
关系R和关系S有相同的关系模式且其对应属性取值同一个域。
3） R∪S：
生成的新关系的元组由属于R的元组和属于S的元组共同组成
2. 差
1） 二元操作
2） 并相容
3） R-S：
生成的新关系，其元组由属于R，但不属于S的元组组成
3. 交
1） 二元操作
2） 并相容
3） R∩S：
生成的新关系，其元组由既属于R又属于S的元组组成
4） 关系的交可以用差来表示
4. 广义笛卡尔积
1） 二元操作
2） RXS：
设关系R和S分别具有p和q个属性，定义R和S的广义笛卡尔积是一个具有（p+q）个属性的集合，每一个元组的前p个属性来自R的一个元组，后q个属性来自S的一个元组。
（三） 关系专用的操作
1. 插入、删除、更改（一元操作）
2. 选择
1） 一元操作
2） σF （R）=
：
从关系中选择满足条件的元组组成一个新关系
3） 从行的角度进行的操作
3. 投影
1） 一元操作
2）
：
从关系的属性中选择属性列，由这些属性列组成一个新关系。
3） 从列的角度进行的操作
4. 连接
1） 二元操作（不需要"并相容"）
2） ：
从关系R和S的广义笛卡尔积中选取属性值之间满足某一θ 运算的元组
3）
5. 自然连接
1） 二元操作
2） 特殊的等值连接
3） 要求两个关系中进行比较的属性必须是相同的属性列，并且在结果中把重名的属性列去掉
（四） 关系代数的完备操作集：
并、差、广义笛卡尔积、投影、选择
八. 关系数据库语言
（一） 性质：
关系数据库语言是一种非过程语言。
（二） SQL语句是用户与数据库的接口，既可在联机交互方式下使用，又可嵌入到宿主语言中使用。
（三） 代表：
SQL（StructuredQueryLanguage，结构化查询语言）
1. 支持SQL的DBMS产品：
Oracle、Sybase、DB2、SQLServer、Access、VFP
2. SQL功能：
1） 数据查询：
2） 数据操作（操纵）：
对数据库中的数据进行查询、插入、修改和删除等操作
3） 数据定义（DDL）：
4） 数据控制：
参见数据库控制
5） 数据管理：
（四）
SQL 数据库的三级体系结构
1. 用户模式（外模式、子模式）：
1） 模式的子集，是数据的局部逻辑结构，也是数据库用户看到的数据视图
2） 用户可以用SQL语言对基本表和视图进行查询
2. 逻辑模式（模式、概念模式）：
数据库中全体数据的全局逻辑结构和特征的描述，也是所有用户的公共数据视图
3. 存储模式（内模式）：
数据在数据库中的内部表示，即数据的物理结构和存储方式的描述
4. 综述：
应用系统的全局关系模式对应于基本表，其存储结构对应于存储文件，面向用户的局部关系模式只要对应于视图或部分基本表
（五） SQL包括了所有对数据库的操作，用SQL语言可实现数据库应用过程中的全部活动。
使用SQL必须指出需要何类数据（做什么）和获得这些数据的步骤（如何做）。
1. 定义新的基本表（CREATE）
2. 数据查询
1） SQL语言提供了SELECT语句进行数据库查询，其一次查询的结果可以是多个元组。
2） 基本形式：
SELECT A1，A2，…，An （指出目标表的列名或列表达式序列，相当于投影）
FROMR1，R2，…，Rm （指出基本表或视图序列，相当于连接）
［WHERE F］ （F为条件表达式，相当于选择）
3. 数据更新
1） 插入语句（INSERT）
2） 修改语句（UPDATE）
3） 删除数据（DELETE）
DELETE FROM<表名> ［WHERE<条件>］
注意：
DELETE仅删除满足WHERE子句条件的记录，表的定义仍在数据字典中。
4. 视图
1） 视图可由基本表或其他视图导出
2） 视图是虚表，在数据字典中保留其逻辑定义，并不存储数据
3） 提高DBS安全性措施之一
4） 建立视图的基本形式：
CREATE VIEW ＜视图名＞
5. 索引
九. 数据库系统及应用新技术
（一） 数据库系统体系结构的发展
1. 集中式数据库系统——数据是集中的，数据的管理也是集中的
2. 客户/服务器结构（Client/Server，C/S）——应用程序都放在客户机上
3. 浏览器/服务器结构（Browser/Server，B/S）——客户端使用一个通用的浏览器，用户的所有操作都是通过浏览器进行的
（二） 分布式数据库DDBMS——各个节点上局部DBMS的一种合作
（三） 联机事务处理OLTP：
使操作人员和底层管理人员有效完成企业管理所包含的日常任务
（四） 联机分析处理OLAP：
满足决策人员和高层管理人员的决策需要
（五）
数据仓库DW：
面向决策主题，由多个数据源集成，拥有当前及历史整合数据，以读为主的数据库系统
一〇. 信息系统开发方法
（一） 结构化生命周期方法（瀑布模型方法）：
1. 系统规划、系统分析、系统设计、系统实施、系统维护
2. 特别强调结构化的分析和设计原则
3. 在每个阶段结束前必须进行技术审查和管理复审
（二） 原型法：
在短期内定义用户的基本需求的基础上，首先开发一个具备基本功能、实验性的、简易的应用软件，然后在相应开发工具的支持下，反复完善直到软件最终符合用户的要求
（三） 面向对象开发设计方法
（四） CASE方法
注意：
实际开发过程中，应针对具体情况，将上述开发方法结合使用。
一一. 数据库系统设计
（一） 意义：
信息系统设计最重要的核心技术是软件工程和基于DBS的设计技术
（二） 基本任务：
根据一个单位或部门的信息需求、处理需求和数据库的支持环境（包括硬件、操作系统和DBMS），设计出相应的数据模式以及相应的应用程序
（三） 原则：
在信息系统开发中，必须把数据模式设计和对数据处理的程序模块设计紧密相结合
（四） 步骤：
系统规划、系统分析、系统设计、系统实施、系统维护
1. 系统规划
1） 编写可行性报告
2） 自顶向下规划分析，可以保证系统结构的整体性和信息需求的一致性
3） 最重要最基础的阶段
2. 系统分析
1） 任务：
明确用户对数据库的三大基本要求（即明确系统“做什么”）——信息需求、处理需求、安全与完整性的要求
2） 方法：
从最上层的组织机构入手，采用自顶向下逐层分解的方法分析系统，并用数据流程图和数据字典来表达数据和处理过程的关系
3） 工具：
A. 数据流程图 DFD：
系统处理逻辑、数据流和数据存储等的图形描述工具
B. 数据字典DD：
a） 定义：
系统中各类数据定义和描述的集合
b） 意义：
进行详细的数据分析所获得的主要成果（重要的基础工作）
c） 性质：
关于数据库中数据的描述，是元数据不是数据本身
d） 形式：
以二维表的关系结构存储在计算机中
e） DBMS通过DD对数据库的数据进行管理和维护
3. 系统设计
1） 任务（即明确系统“怎么做”）：
概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计
2） 概念结构设计（分析模式）
A. 定义：
将需求分析得到的用户需求抽象为概念模型（全局E-R图）的过程
B. 意义：
现实世界到计算机系统的一个中间层次抽象
C. 成果两个方面：
数据的概念结构说明、系统的功能设计描述
D. 工具（表示方式）：
E-R图
3） 逻辑结构设计（设计模式）
A. 任务：
把概念结构设计阶段中所得到的全局E-R图中的实体集和联系，转换为关系DBMS所支持的关系型数据的逻辑结构，即面向系统的全局关系模式
B. E-R图向关系模式的转换规则：
实体的转换、联系的转换
a） 实体的转换：
转换为同名的关系模式
b） 联系的转换：
用一个与联系同名的关系模式表示
4） 物理结构设计（逻辑运算模式）
A. 数据库的物理结构：
数据库在物理设备（外存储器）上的存储结构与存取方法，它依赖于选定的计算机系统
B. 目标：
提高数据库的性能、有效的利用存储空间
C. 模块说明书（IPO表）：
定义模块的输入、处理过程、输出以及访问数据库要求
4. 系统实施
1） 任务：
用RDBMS提供的DDL描述数据库关系模式和存储结构，使之成为DBMS可以接收的源代码，再经过调试产生目标程序，然后即可将数据载入DB中；功能程序设计，按软件结构设计提出的模块功能要求进行程序编码、编译、连接以及测试的工作。
2） 测试：
模块测试、系统测试、验收测试（为系统准备投入实际使用提供最终证明）
5. 系统维护
1） 占工作量70%左右
2） 包括：
纠正性维护、适应性维护（为了适应软硬件环境变化而修改应用程序的过程）、完善性维护
3） 为了延长软件的生命周期，常常要进行软件版本升级，其主要目的是减少错误、扩充功能、适应不断变化的环境
一二.
典型信息系统
（一） 制造业信息系统
1. 信息技术与企业管理方法和管理手段相结合，产生了各种类型的制造业信息系统
2. MRP、MRPⅡ、ERP（全面支持制造业企业管理）
3. 计算机集成制造系统CIMS是企业各类信息系统的集成（技术信息系统和管理信息系统），也是企业活动全过程中各功能的整合。
4. MRPⅡ、ERP是企业信息系统的第一次集成，CIMS是企业信息系统的第二次集成
（二） 电子商务
1. 定义：
对整个贸易活动实现电子化，即商谈、订货、付款、商品配送都在网上进行。
2. 分类：
1） 按交易的双方分：
企业内部、企业与客户间B-C（如网上购物）、企业间B-B、企业与政府间B-G
2） 按交易商品性质分：
有形商品、无形商品和服务
3） 按使用网络类型分：
基于电子数据交换EDI的电子商务、基于Internet的电子商务、基于Intranet/Extranet（企业内部网／企业外部网 ）的电子商务
✓ 企业内部网：
单位或企业内部采用TCP/IP技术，集LAN、WAN、和数据服务为一体的一种网络
（三） 电子政务
1. 定义：
政府机构运用现代网络通讯与计算机技术，将政府管理和服务职能通过精简、优化、整合、重组后在互联网络上实现的一种方式。
2. 电子政务是实现政府信息化的一种主要手段
（四） 地理信息系统和数字地球
1. 地理信息系统GIS
2. 数字地球：
在全球范围内建立一个以空间位置为主线，将信息组织起来的复杂系统
（五） 远程教育：
利用计算机及计算机网络进行教学，使得学生教师可异地完成教学活动的教学模式
（六） 远程医疗
（七） 数字图书馆
1. 数字图书馆D-Lib
2. 特征或要求：
1） 拥有多种媒体、内容丰富的数字化信息资源
2） 能为读者方便、快捷地提供信息的服务机制
3） 支持数字化数据、信息和知识的整个生命周期（包括生成、发布、传播、利用和保存）的全部活动
一三. 信息化与信息社会
（一） 世界各国都把加快信息化建设作为国家的发展战略
（二） 工业化的发展直接导致信息化的出现，信息化的发展必须借助于工业化的手段
（三
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