第三章 管理信息系统的技术基础.docx
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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
经验证明，建立管理信息系统并使它正常运行，必须具备一定的基础和条件。
这些基础和条件主要包括建立管理信息系统的社会基础和技术基础。
☆建立管理信息系统的社会基础
1、有一定的科学管理基础
计算机的应用与管理水平的提高是相辅相成、互相促进的。
建立信息系统，先要下决心研究管理问题，进行某些管理制度，某些管理机构的改革。
管理信息系统有各种形态，企业应根据实际管理水平，建立实用的管理信息系统，不要盲目追求整体性、综合性。
2、领导重视，业务人员积极性高
一方面，MIS是为管理服务的，只有最高领导最了解企业的目标和信息需求；另一方面，建立MIS是一项复杂的系统工程，周期长、投资大、涉及面广，它的建立和应用可能涉及某些业务流程、规章制度，甚至组织机构的调整和改变，这些涉及全局的问题，只有最高领导亲自过问才能解决。
除领导重视外，业务人员的积极性也是一个重要因素。
在系统开发阶段，需要他们积极配合，介绍业务流程，提供数据。
系统建成之后，他们是系统主要的使用者和操作者。
他们的业务水平、工作习惯和对新系统的态度，直接影响系统的使用效果和生命力。
调动领导和业务人员的积极性，一方面要通过教育、普及管理信息系统的知识，提高他们的信息觉悟，消除误解；另一方面要让他们参与系统开发，鼓励他们提出方案和建议，参与和交流是最有效的教育。
3、组织一支拥有各类专业人员的系统队伍
1系统分析员，负责系统分析
2系统设计员，负责系统设计
3程序员，负责应用程序设计
4操作员，包括硬件操作和数据录入人员
5系统维护人员，负责系统硬件和软件维护
6信息控制人员，负责信息收发与调度
7管理人员，负责系统开发、运行和维护的组织与领导工作。
在管理信息系统开发过程中，系统分析是最困难的工作。
系统分析员的知识水平和工作能力决定了系统的质量。
缺乏称职的系统分析员是目前制约开发管理信息系统的重要因素之一。
通常可由一些具有计算机初步知识的管理专家与懂得管理业务管理的计算机技术专家组成系统分析小组，共同承担系统分析的重任。
4、具备一定的资源
管理信息系统的建立和维护是一项投资大而且有一定风险的工程。
在工程正式开始之前，应有一个总体规划，进行可行性论证，对所需资源有一个正确的估计，制定投资计划，保证资金、设备按期到位。
开发过程中要加强资源管理，防止浪费。
第一节信息技术及其发展
一、信息技术（InformationTechnology，IT）及其发展
1.IT发展发展现状和特点
⑴不同历史时期，IT的发展侧重于信息处理的不同的环节。
⑵IT创新和发展的周期越来越快，应用范围越来越广，新技术、新方法层出不穷，例如多媒体技术、智能信息处理技术、网络和信息安全技术等等。
⑶IT已经成为一个完整的学科和技术体系和当代科学和技术的前沿和热点。
⑷与管理、经济学科集成越来越紧密。
2.MIS与信息技术需求支持的关系
按照支持组织模式的信息技术和系统的特征和功能，可以将与MIS密切相关现代信息技术与系统划分成以下几种基本技术和相应的支持系统形式：
⑴通信支持技术
通信支持技术是指队组、组织和多组织之间的相互通信的信息技术，一般包括：
电子邮件、计算机会议（Computerconference）和视频会议（Videoconference）等多种形式。
电子邮件可以支持基于计算机网络的组织成员之间、群组之间或多组织之间的信息传递，用以替代书写备忘录和电话联系。
计算机会议可以提供基于计算机的组织成员之间在时间和空间上分布协同工作的机制和信息系统，特别是用于特定任务或问题的实施和处理。
视频会议可以使得在空间上分布的群组成员，以类似日常面对面的会议形式，在一种同时可视听的环境中讨论相关问题。
事实上，现实中采用的通信支持技术往往是上述多种形式的有机结合。
⑵协调支持技术
协调支持技术指用于协调组织资源、设施和项目或任务的技术，例如群件（Groupware）。
群件是一种用于协调和支持队组工作的信息系统环境，具体有多种系统形式，甚至可以包括通信和决策支持功能，但其中主要功能特征是支持与协调资源，例如人力和设备、设施、多种工作地点和任务。
还有计算机支持协同工作与系统（CSCW/CSCS）。
⑶过滤支持技术
过滤支持技术指用于筛选和汇总由基层传递上来的信息的技术，比如目前用于通信和协调支持的技术，包括电子邮件、计算机会议等系统形式。
结合了人工智能技术的过滤支持技术，则可以提高系统的信息分类、排序和响应请求的自动化程度、效率和效果。
在人工信息处理过程中，也包含了信息过滤的功能。
例如，秘书工作的一部分是过滤信息，通过对所收信息类型进行分类和排序，以便选择上级最感兴趣的信息类型，建立优先处理顺序。
这种工作就类似于一个信息过滤器，对接受和发出的信息进行排序等操作。
这样，可以大大减轻主管人员的工作负担，而所传递和接收到的信息也能够促进更为有效的工作。
⑷决策支持技术
决策支持技术指用于改善组织及其成员决策制定过程的效率和效果的一类信息技术。
例如：
电子会议系统（Electronicconferencesystem）、决策支持系统（DSS）、群体支持系统（GDSS）、组织决策支持系统（ODSS）等。
电子会议系统是一种基于计算机的、使决策会议更加富有创造性的技术方式，一般可以覆盖计算机会议系统和视频会议系统等形式。
其主要特征是支持面对面的群体会议。
决策支持系统、群体决策支持系统、组织决策支持系统等旨在构造一个半结构化和非结构化问题的构造和求解系统的技术支持环境。
⑸监控和保障支持技术
监控和保障支持技术指基于计算机系统、用于监控和保障系统安全组织运行状况的信息系统环境。
如：
执行信息系统（Executiveinformationsystems，EIS）、经理支持系统等。
EIS是高层决策者为了对下层人员进行有效的通信、规划、监控而汇总和综合有关信息的一种技术形式。
经理支持系统（ExecutiveSupportSystem，ESS）则是面向组织的次高层次和面向个人的信息系统，除以图文、表格等多种形式为组织的经理一类的管理人员的工作提供有意义的内外部信息，还为他们的通信、分析、决策、组织等提供全方位的支持。
另外，各种信息安全技术，如身份鉴别、数字签名、数据加密、防火墙技术、计算机病毒防治技术等都属于这一类技术。
二、计算机硬件技术
硬件是计算机系统工作的基础，到目前为止，计算机硬件的发展经历了四个时代：
⑴20世纪50年代的电子管计算机；
⑵20世纪50年代末~60年代中期的晶体管计算机；
⑶20世纪70年代中期~70年代末的集成电路计算机；
⑷20世纪70末~至今的大规模和超大规模集成电路计算机。
三、计算机软件技术
软件则是帮助用户控制和使用计算机以完成各项功能的系统与工具，例如数据的输入、处理、输出、存储等操作。
软件技术的研究范围包括：
计算机系统软件、应用软件及其所依赖的基础理论，例如数据结构、数据库原理等和基本方法，例如系统开发方法等。
其中：
1.系统软件：
指为管理、控制和维护计算机与外设，以及提供计算机与用户界面的软件。
如操作系统（Operationsystem，OS）、数据库管理系统（Databasemanagementsystems，DBMS）、各种语言编译系统等。
2.应用软件：
面向用户的、为用户服务的软件，如科学计算类软件、数据处理软件、辅助设计软件等。
☆操作系统：
是最基本的系统软件，其两大功能是：
⑴对系统资源的管理：
通过中央处理机（CPU）管理、存储管理、设备管理、文件管理及作业管理对各种资源进行合理的调度分配，改善资源的共享和利用。
⑵充当用户与计算机之间的接口：
使用户的操作方便，提高工作效率。
目前，常用的操作系统有：
磁盘操作系统DOS、UNIX操作系统、视窗操作系统Windows、Linux等。
☆数据库管理系统：
一种系统软件包，帮助用户开发、使用、维护数据库。
它既能将所有数据集成在数据库中，又允许不同的用户应用程序方便地存取相同的数据库。
3.MIS的三大技术基础是：
⑴数据处理（DataProcessing,DP）技术;
⑵数据库（DataBase,DB）技术;
⑶计算机网络（ComputerNetworks）技术。
四、数据通信技术
数据通信技术是20世纪50年代后期随着电子计算机的广泛应用而发展起来的，是计算机网络技术的基础。
1.数据通信系统是以计算机为中心，结合分散在远程的终端装置或其他计算机，通过通信线路彼此连接起来进行数据的传输、交换、存储和处理的设备总称。
数据通信系统模型：
如下图所示。
2.数据通信系统组成
由中央处理装置、终端设备、通信线路与相关设备（如调制解调器Modem、集线器Hub等）三大部分组成。
⑴中央处理装置：
包括主处理机、前端机、通信处理机等。
主要功能：
完成部件之间的通信；提供通信系统与计算机之间的接口。
⑵终端设备：
向系统发送数据或程序、从系统接收信息的设备。
⑶调制解调器：
完成终端或处理机与电话通信系统之间的脉冲信号与载波信号之间的转换（A/D，D/A转换）。
⑷集线器：
将两个以上的通信信道组合在一起，形成一个高速、共享的通信信道，以降低通信费用，或者改变网络的结构。
⑸通信线路：
连接所有设备的通道，可以是不同的介质，如电话线、双绞线、光纤等。
第二节数据处理技术
一、数据处理的基本概念和发展阶段
1.数据处理定义
将原始数据，用一定的设备和手段，按一定的要求，加工成另一种形式的数据的过程。
2.数据处理的目的
⑴把数据转换成另一种便于观察分析、传送或进一步处理的形式。
⑵把数据加工成对决策有用的数据。
⑶将数据编辑后存储起来，供以后取用。
3.数据处理的基本内容
1数据收集：
按系统的观点和用户的需要。
⑵数据转换：
将收集到的数据代码化，适于计算机系统处理。
⑶数据筛选、分组、排序。
⑷数据组织：
用一定的方法和数据结构安排与存储数据，提高处理速度，减少存储器占用空间，减低成本。
⑸数据运算：
算数运算和逻辑运算。
⑹数据存储。
⑺数据检索。
⑻数据输出：
以多样化形式表现数据，如可视化。
4.数据处理要考虑的基本问题:
⑴数据在计算机系统中的存储方式。
⑵采用怎样的数据结构DS（DataStructure）。
⑶采用何种方法进行信息的查询和检索。
5.数据处理发展的三个阶段
⑴简单应用（20世纪50年代以前）。
特征：
无数据管理、完全分散、手工方式。
⑵文件系统（50年代后期到60年代中期）。
特征：
有面向应用的数据管理功能，分散、非手工方式。
⑶数据库系统（60年代后期开始）。
特点：
面向全组织的复杂数据结构；数据冗余度小，易于扩充；数据与程序独立；统一的数据控制功能。
数据库
二、数据的组织方式
在MIS中，大量的数据是以一定的形式存储在各种介质中，这种数据的组织方式和数据之间的内在联系的方式，就是数据组织方式，它直接决定数据处理的效率。
㈠数据结构
数据结构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，逻辑结构包括两大类：
线性结构和非线性结构，线性表、栈、队列及串为线性结构，而树和图则为非线性结构；
数据的物理结构又称为存储结构，指数据元素在计算机存储器中的存储方式，存储方式一般有四种：
顺序存储、链接存储、索引存储及散列存储。
同一种逻辑结构采用不同存储方式可以得到不同的数据结构，如线性表以顺序存储方式存储时得到顺序表数据结构，而以链接存储方式存储则得到链表数据结构。
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。
1.指针与链
在数据结构中，表征某一数据结构特点及其连接方式的基本单位称为结构的结点（node）。
一个结点可以是一个字符、一个数字，也可以是一个记录、一个集合。
一个结点通常有几个域，用来存放与结点有关的信息。
存放结点本身信息的域称为数据域，存放结构点与其他结点关系信息的域，称为指针域或链域，其中存放的与结点有关的结点的地址称为指针。
若干带指针的结点组成的集合，称为链。
通常把指针指向的下一结点叫做后继结点，与本结点邻接的前一结点称为前趋结点。
表4.1是指针与链的一个例子。
表4.1职工关系链表
序号
编号
姓名
性别
年龄
部门
链
1
1001
4
2
1002
∧
3
1003
∧
4
1004
2
在表中，所有记录组成了两条链：
序号为1→4→2以及序号3。
其中，序号为3的记录单独构成一条链。
如果给上述操作赋予实际意义的话，那么表中第一条链可以看成是在职的职工记录，而第二条链可以看成是新职工记录或离职职工记录。
如果把序号看成是储存记录的物理地址，那么可以看出，记录的地址是不变的而逻辑关系或逻辑顺序是可以改变的，例如插入一个记录，使第一条链变成：
1→3→4→2，第二条链变成了没有记录的空链。
因此，链的操作可以在地址不变的情况下，灵活地改变记录之间的逻辑顺序。
利用指针可以把数据的逻辑结构与物理结构分离开。
2.线性表
线性表是指数据的结构形式本质上是一维的线性关系，其中每个结点都是同一类型的数据结构。
在顺序表中，每个结点的存放位置可由公式直接计算得到。
对顺序表任何一个结点的检索很方便，但要在顺序表插入或删除一个结点很麻烦，而且工作量惊人。
因此，顺序表仅适用于经常进行检索而数据不经常变动的情况。
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。
在链表中插入或删除结点，只需改变前后结点的指针，而不需要进行大量的数据移动。
链表的检索比顺序表困难，循环链表、双向链表比单链表稍好。
3.树
树是结点之间有分支的、层次关系的结构。
树结构在数据处理中应用最广泛，也是最重要的一类非线性结构。
㈡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。
文件组织是一种按某种数据结构把数据记录存放在外存设备上的方式，一般适用于数据记录存储的比较简单的场合。
数据文件是为了某一特定目的而形成的同类记录的集合。
记录是文件中可存取的最小单位，它由若干数据项构成。
数据项是文件中可作用的最小单位。
数据项名和数据项值的概念。
记录中能唯一地标志该记录的数据项称作主键。
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作为存放文件的存储器，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，建造容易，使用灵活，处理速度快，特别适合单项业务系统使用。
尽管现在数据库系统获得了广泛应用，但其基础仍是文件系统，学习文件系统对数据的组织和操作方式对理解信息系统的运行过程是很有意义的。
2.数据文件的组织方式
●顺序文件
●索引文件
●直接存取文件（散列文件）①直接地址②相对键法③杂凑法
三种组织方式各有其特点和应用环境。
不同的数据组织方法和不同的存储介质，对于采用何种类型文件，数据处理的效果和文件使用的效果有很大影响。
P67表3.3说明了它们之间的关系。
3.数据文件的操作
●数据文件的建立
●数据文件的修改
●数据文件中记录的删除
●数据文件的排序
●数据文件的更新
●数据文件的检索
●计算、显示和打印
㈢数据组织及层次结构
数据通常按四个层次进行组织，分别是数据项、记录、文件和数据库。
⑴数据项（Dataelement）：
也叫字段（Field）；
⑵记录（Record）；
⑶文件（File）；
⑷数据库（DataBase,DB）。
第三节数据库技术
数据库是一个对数据进行全面管理的综合系统，是比文件系统更高级的数据组织方式，可以实现对整个组织数据的结构化。
一、数据库定义与特点
定义1：
按一定的方式组织起来的逻辑相关的文件的集合。
定义2：
是按一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。
主要特点：
1.数据共享。
2.具有最小的数据冗余。
3.程序和数据之间的独立性较高。
4.不仅能描述数据本身，还能描述数据之间的关系。
二、数据的独立性、冗余性和一致性
1.如果应用程序依赖于专门为它们设计的数据文件，那么就是程序缺乏数据独立性。
这意味着一旦某个文件中的记录被修改，就要修改所有存取这个文件的程序。
2.考虑与某个记录相关的文件问题。
在学校中，学生文件会存放在入学注册办公室、财务办公室、系办公室、生活办公室、医务所、图书馆、体育运动中心、文娱活动中心等等。
如果每个办公室各自都有关于某个学生的记录，则会产生数据冗余。
3.考虑某个学生调换了宿舍仅告诉了生活办公室而没有通知系办公室等等其他部门，那么对有关该学生的住址，各文件中的记录就会不一致。
这意味着文件缺乏数据一致性。
三、数据库技术的产生与发展
数据库技术萌芽于20世纪60年代中期，60年代到70年代初日益成熟，主要事件有：
1.1969年，IBM公司研发了基于层次结构的商品化数据库管理系统IMS（InformationManagementSystem）。
2.20世纪60年代末到70年代初，USA数据系统语言协商会CODASYL（ConferenceOnDataSystemLanguage）数据库任务组DBTG（DataBaseTaskGroup）提出DBTG报告，建立了网状数据库模型的基础。
3.1970年，IBM公司的SanJose实验室的研究员E.F.Codd发表了“大型共享数据库数据的关系模型”的论文，提出关系数据库模型，奠定了关系数据库的理论基础。
目前数据库技术发展趋势：
1.20世纪80年代以来，关系数据库逐渐占统治地位。
2.基于微机平台的数据库系统越来越多，性能越来越高，功能越来越强。
3.新技术和新型数据库已经出现。
例如：
面向对象数据库OODB（Object-OrientedDataBase）、
多维数据库、数据仓库（DataWarehouse）。
4.与其它数据的综合集成技术。
例如：
公共网关界面（CGI）、动态服务器页面（ASP）等。
四、数据库系统的构成
数据库系统是由计算机系统、数据、数据库管理系统和有关人员组成。
1.计算机系统，用于数据库管理的计算机软硬件系统。
数据库需要大容量的主存，以存放和运行操作系统、数据库管理系统（DBMS）和应用程序等。
辅存方面，则需要大容量的直接存取设备。
此外，系统应具有较高的网络功能。
2.数据库，数据库既有存放实际数据的物理数据库，也有存放数据逻辑结构的描述数据库。
3.数据库管理系统（DBMS），数据库管理系统是一个对数据库进行管理的软件系统，通常包括数据定义语言、编译程序、数据操纵语言、数据管理例行程序。
4.人员，包括:
⑴数据库管理员（DBA）：
对数据库进行有效的控制，以保证数据库的完整性、一致性和安全性。
具体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。
⑵系统程序员（SystemProgrammer）:
设计DBMS的人，要他们关心硬件特性及存储设备的物理细节，实现数据组织与存取的各种功能，实现逻辑结构到物理结构的映射。
⑶用户：
包括应用程序员、专门用户和参数用户。
其中，应用程序员负责编制和维护应用程序。
专门用户指通过交互方式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交互作用是固定的、有规则的人，如售货员、订票员等。
五、数据库设计的主要内容
1.人类认识事物过程模型
信息是人们对客观世界各种客观事物的反映，而数据则是表示信息的一种符号。
从客观事物到信息，再到数据，是人们对现实世界的认识和描述的一个认识过程，在这个过程中，经历了三个世界或领域：
⑴现实世界（RealityField）：
指人们头脑之外的客观世界，它包含客观事物及其相互联系。
⑵信息世界（Info.Field）：
或称观念世界，是客观世界在人们头脑中的反映，客观事物在观念世界中称为实体（Entity）。
⑶数据世界（DataField）：
指信息世界中信息的数据化。
在客观世界中的事物及其联系，在数据世界中用数据模型描述。
2.数据库设计的主要内容
对应上述原理，数据库设计的主要内容、任务和过程有：
用户需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。
⑴概念结构设计：
设计数据库模型，即概念模型。
概念模型可用实体联系模型（E-R模型）表示，也可以用3NF（3范式）关系群来表示。
⑵逻辑结构设计：
将概念模型转换成某种数据库管理系统支持的数据模型。
⑶物理结构的设计：
为数据模型在设备上选定合适的存储结构和存取方法。
3.概念（信息）模型的描述方法
信息模型最常用表示方法是实体—联系方法，即E-R方法（Entity-Relation）。
由P.P.Chen于1976年提出，其主要思想是用E-R图来描述组织的信息模型。
⑴E-R模型的基本概念
E-R模型是对现实世界的一种抽象，他抽取了客观事物中人们所关心的信息，而忽略非本质的细节，并对这些信息进行精确的描述。
它与数据模型相互独立。
E-R方法的定义和表示见表4-1。
表4-1E-R方法的有关概念表
序号
概念
定义
E—R图素
1
实体（entity）
观念世界中被描述的客观事物或事物之间的联系
2
属性（property）
实体具有的某种特征。
实体分为个体和总体，总体是个体组成的集合。
3
联系（relation）
实体之间或实体内部属性之间的关系。
A．一对一，用1：
1表示；
B．一对多，用1：
N表示；
C．多对多，用M：
N表示
⑵E-R方法的应用
应用E-R方法有三个步骤：
①需求分析，收集材料。
②抽象：
利用分类、聚集、概括等方法定义实体及其属性，并命名。
③用E-R图描述实体及属性之间的关系。
六、数据库的数据模型
1.数据模型
数据模型是对客观事物及其联系的数据化描述，是数据库系统设计中用于提供信息表示和操作手段的形式结构，是DBMS实现的数学基础。
目前，数据模型主要有三种：
层次模型（Hierarchicalmodel），网状模型（Networkmodel）和关系模型（Relationalmodel）。
Ri双亲结点
Lij（一对一或一对多的联系名）
Rj子女结点
层次数据库：
用树型结构表示各类实体以及实体间的联系。
如：
行政机构、家族关系等，它有两个限制：
①只有一个结点没有双亲结点，称之为根结点
②根以外的结点有且只有一个双亲结点
网络型数据库：
一种比层次模型更具普遍性的结构，它去掉了层次模型的两个限制，允许多个结点没有双亲结点，允许结点有多个双亲结点，此外它还允许两个结点之间有多种联系。
因此网状数据模型可以更直接地描述现实世界，而层次模型实际上只是网状结构的一个特例。
如：
学生宿舍专业系人
种砍
学生教研室植伐
教师树
关系数据库：
用二维表来表示实体间的关系。
如：
学生情况表。
关系模型是三种数据模型中最重要的模型。
20世纪80年代以来，计算机系统商推出的数据库管理系统几乎全部是支持关系模型的，因此本书仅介绍关系模型。
2.关系模型
关系模型是建立在数学概念的基础上，应用关系代数和关系演算等数学理论处理数据库系统的方法。
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