计算机信息管理体系基础.docx
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计算机信息管理体系基础
清华大学计算机与信息管理中心
计算机信息管理基础
●教学内容
应用：
介绍开发应用系统的过程和方法
Delphi:
可视化的，面向对象的开发工具
数据库技术：
讨论表示、存贮数据，高效地获取数据的方法，涉及DB（DataBase）体系结构、数据模型、关系代数、DB设计理论、DB安全性、完整性，并发控制等知识点
网络技术：
简介计算机网络的构成及通讯协议
●课程要求
了解计算机信息系统的基本概念及其应用，掌握开发计算机信息系统涉及的基础知识，开发过程和开发方法
●参考书
1.计算机信息管理基础清华大学计算中心编著（教材）
2.数据库技术与应用龙守谌编著（科学出版社）
3.数据库系统概论（第2版）萨师煊、王珊编著（高等教育出版社）
4.Oracle数据库系统基础俞盘祥编著清华大学出版社
5.Delphi:
程序设计黄建华、罗庆祖、江政杰编著（清华大学出版社）
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第一章信息系统的概念及其应用
1.1基本概念
●数据和信息
数据（Data）：
为客观实体的属性值，它表示原始的，没有加工过的数据。
如数字、字符串、语言、声音、图形等。
信息：
通过加工和处理以后的数据。
信息有如下特点：
·有一定的含义
·具有可用性（强调经过加工），与目的有关
·可传递、可存贮、可共享
·时间性
信息和数据的关系，如图所示：
原始数据，用实体（Entity）、属性（Property）、属性值（Value）表示。
通过分析、汇总获得信息
信息可以从多种角度分类，按应用领域可分为经济信息、社会信息、科技信息、军事信息、外交信息等。
按形式分类，可分成数据信息、图像信息、声音信息等。
●信息管理
信息管理是一种管理行为，从数据角度，信息管理是指对数据本身的各种管理活动。
其中有数据结构的管理，对数据的维护、数据的安全、保密管理、数据处理等。
这种管理是技术上的措施，是多用户共享使用数据环境下不可缺少的功能。
在企业管理过程中，为了达到某种特定目标，在大量的信息中选择有用的信息，进行有效的收集、分类、整理、分析和传递等一系列的信息处理的过程也称为信息管理。
例如：
一个企业，它的经营目标是T，Q，C，S。
围绕这一目标，我们把整个生产经营活动归为以下3类：
生产活动：
围绕物料流进行
管理活动：
围绕生产活动进行。
它对生产活动进行指挥、监控、协调、控制，并从生产活动中收集信息进行分类、汇总，作为领导决策的依据。
信息管理是各种信息系统应具备的主要功能。
●信息系统的主要形式：
人−−机系统
以计算机为主要支持工具，通过人和机器一系列的交互活动，获取知识，获取信息。
1.2信息系统的应用及其发展
●电子数据处理阶段
1946年第一台计算机诞生以来，计算机主要做统计，计算。
●事务处理系统阶段
计算机逐步应用于企业的部分业务管理，生成财务报告，简单的订票系统，管理活动以人工为主。
（60年代末）
●管理信息系统阶段
MIS（ManagementInformationsystem70年代中期）
MIS系统是以一个部门的管理为背景，以基层事务处理系统为基础，以完成该部门的总体任务为目标，强调企业中各局部系统之间信息相互联系的综合系统。
MIS系统对企业的影响
a.提高了科学管理水平
b.增强了企业组织的活力
c.提高了管理人员的素质和管理水平
d.提高了企业对环境的适应能力
e.提高了企业的经济效益和社会效益
●办公信息系统阶段
●计算机集成制造系统（CIMS）阶段
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第二章计算机网络基础
2.1计算机网络的基本组成
所谓计算机网络就是利用通讯设备和线路将地理位置不同的，功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通讯协议，信息交换方式及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。
组成网络的基本软硬件部件：
●网卡和媒体
●网络工作站
●网络服务器
●网间连接器
●网络系统软件
2.2数据通信系统
●数据传输技术
传送数据可以按一次一位或一次多位的方式进行，这就是所谓的串行传送与并行传送。
从硬件的角度，不同的传送方式有不同的I/O接口电路，并行数据传送由并行数据端口进行，它把一个字节/字的宽度同时进行输入/输出；而串行数据传送由串行数据端口进行，它把一个字节/字变成按位方式进行输入/输出。
●数据交换技术
最简单的形式是在两个用某种类型的传输介质直接连接的设备之间进行数据通信。
但是直接连接两个设备常常是不现实的。
通常是通过有中间结点的网络来把数据从源地发送到目的地实现通讯。
这些中间结点并不关心数据内容，只起一个交换设备的作用把数据从一个结点传送到另一个结点。
通常将希望通信的设备称为站，而将提供通信的设备称为结点。
常用的交换技术有：
a.线路交换
使用线路交换的方式，就是通过网络中的结点在两个站之间建立一条专用的通信线路。
最普通的线路交换例子是电话系统。
●建立线路：
在传送任何数据之前，必须建立站到站的线路。
●传送数据
●拆除线路
b.存储交换
在存贮交换中，不需要在两个站之间建立一条专用通路。
如果一个站想要发送一个报文（信息的一个逻辑单位），它把一个目的地址附加在报文上，然后把报文从结点到结点地通过网络。
在每个结点暂存整个报文，然后转发到下一个结点。
c.分组交换
试图结合线路交换和存储交换的优点，而使两者缺点最少。
分组交换很象报文交换。
形式上的主要差别在于，在分组交换网络中，要限制所传输的数据单位的长度，也就是说，将数据报文分割成若干长度较短的分组进行传输，每个分组除数据信息外，还包含地址标识，分组编号，检验信息等。
报文在发送端进行分割，其中每个分组可经过不同的路由传输。
途中经过每个结点的时候，先存储后转发，并检查，有错误时重发，回送应答信息。
当接收端正确收到全部分组后，再按分组编号重新装成数据报文。
2.3计算机网络的体系结构
计算机网络体系结构是指通过系统的整体设计，为网络硬件，软件、协议，存取控制和拓扑提供标准。
网络体系结构广泛采用的是国际标准化组织（ISO）在1979年提出的开放系统互连（OSI）的参考模型。
该模型用七个功能层次描述网络的结构：
层次功能
应用层
提供各种网络服务，如文件传输，虚拟终端，电子邮件等
表示层
数据表示和字符编码转换
会话层
对话管理，包括通讯的建立和拆除
传输层
端到端的数据发送
网络层
确定分组从源端到目的端的路径选择
数据链路层
任务是把物理层传输比特的功能加强，使之为网络层显现一条无措线路
物理层
涉及原始数据在通讯道上的传输
OSI参考模型层次和功能
从网络互连的角度来看，网络体系结构的关键要素是协议和拓扑。
协议
协议是规则的集合，它规定了网络的不同部分是如何交互的，从而保证了网络上的设备彼此之间能够通讯。
*低层协议。
通常在OSI模型的物理层和数据链路层操作，低层协议规定网络基本的物理和逻辑特征。
*高层协议。
通常在OSI模型的网络层以上层操作，高层协议规定网络内部更复杂的逻辑结构，
拓扑
拓扑是网络上的设备之间的连接形式。
基本的局域网拓扑类型包括：
·总线拓扑，所有设备连接到干线电缆构成网络的总线，或中枢（backbone）
·星型拓扑，所有设备连接到一个中心点，此中心点称做网络的集线器（hub）。
·环型拓扑，所有设备彼此串行连接，就像连成链一样，构成了一个回路或称做环（ring）。
·混合拓扑：
以上拓扑的混合结构。
2.4局域网的基本组成
*网卡和媒体
网卡和媒体影响所组成网络的传输率，拓扑结构、地理范围、传输效率，输可靠性等。
*网络工作站
网络工作站为联网用户所使用的计算机。
在这类微机工作站上可配置DOS、OS/2、Windows等操作系统和网络软件。
*网络服务器
局域网中服务器配置有两种：
文件服务器和通讯服务器。
文件服务器在局域网上可选用高档微机作为文件服务器。
在文件服务器上可配置大容量的硬盘，优质打印机，为网上用户提供服务。
服务器上配置相应的软件，可与远程主机等设备通讯。
*网间连接器
网络的互连有四种可能型式
·LAN－LAN
·LAN－WAN
·WAN－WAN
·LAN－WAN－LAN
网间互连的设备主要有：
*中继器（一层）
中继器是最低层次的设备，它只起放大信号的作用。
在规划网络时，若网络段已超过最大长度，则要用中继器来延伸。
*网桥（二层）
桥是一种存储转发设备，用来连接两个同类的网络。
所谓同类网络是指操作系统是一致的。
在桥接的网络中若由文件服务器兼做网桥称内桥。
若专门用一台微机作为两个网络互连的设备称外桥。
*路由器（三层）
当两个以上同类网络互连时，必须选用路由器。
路由器除了具有网桥的全部功能外，还提供路经选择功能。
路由器有两种类型：
内部路由器和外部部由器。
内部路由器由文件服务器实现，也可以在网络中单独用一台PC机作为外部路由器。
*网关（Gateway）
网间连接器网关运行在OSI模型的高层，能支持从传送层到应用层的协议。
它可执行协议的转换，使不同协议的局域网通信。
当异类局域网（异种网络操作系统），局域网与主机，局部网与广域网互连时，在局域网上必须配置网关。
2.5SQL*Net简介
网络的出现，使计算机的使用方式发生了根本的变化，大大提高了资源的利用率。
网络技术的发展也使得数据库系统从集中式数据库发展成为分布式数据库系统，使得分布式数据库中的用户可以象存取本地数据库一样存取远程数据库。
SQL*Net是Oracle公司为分布式Oracle数据库管理系统开发的一个通讯软件模块（选件），该选件与各种操作系统所支持的通信协议一起为Oracle关系数据库管理系统（RDBMS）提供分布式的处理环境。
分布处理是指不同网络结点上的多个程序通过网络传送信息来协调它们的工作。
*SQL*Net支持的通讯模式有：
▪客户/服务器（Client/Server）通讯模式
▪服务器/服务器（Server/Server）
▪浏览器/应用服务器/DB服务器（Browse/AppServer/DBServer）通讯模式
●SQL*Net提供以下功能：
a.网络上任何地方的用户，通过SQL*Net可以向网内任一结点上的Oracle数据库注册并使用远程的数据库。
b.通过SQL*Net，利用Oracle数据库的分布处理能力，用户可以同时存取网内多个数据库中的数据。
Oracle分布式数据库系统支持用户在一条SQL语句中查询、修改多个结点中的数据。
c.SQL*Net独立于它所支持的网络协议，无论什么协议，SQL*Net提供相同的功能。
d.SQL*Net为分布式Oracle数据库系统中的用户提供了物理位置透明性。
*SQL*Net提供的数据访问方式有：
▪本地访问
▪远程访问
▪分布式的访问
第三章数据库技术
数据库方法
数据库技术是管理数据的一种最新方法，它研究如何组织数据，存储数据，如何能够高效地获取和处理数据的方法。
信息系统的三个世界
3.1数据库技术的发展及概述
阶段1：
人工管理阶段（50年代中期）
没有统一的数据管理软件
阶段2：
文件系统阶段（50－60年代中）
有统一的软件处理数据（如，COBOL语言）
数据可以组织成：
顺序、索引、直接文件形式
处理特点：
程序＋数据
阶段3：
数据库阶段（60年代末至今）
*有统一的数据管理软件，管理数据
*数据具有独立性
*强调面向企业面向系统组织数据
3.2数据库的体系结构
3.2.1三级模式的结构
DB的体系结构分成三级：
内模式又称存储模式，是数据在数据库系统的内部表示，即为数据的物理结构和存储方式的描述。
外模式又称用户模式，表示用户能看到的数据。
概念模式又称逻辑模式，是DB中全体数据的逻辑结构和特征的描述。
DBMS在这三级结构之间提供了两层映象：
外模式/模式映象、模式/内模式映象
3.2.2数据库系统
一个数据库系统是一个实际可运行的，按照一定的数据模型存贮，维护并向应用系统提供数据或信息支持的系统。
它由以下部分组成：
●数据库（Database，DB）
●数据库管理系统（DatabaseManagementSystem,DBMS）
DBMS的主要功能：
a.数据库定义：
包括全局逻辑结构（Schema）的定义。
局部逻辑结构（subschema）的定义，安全保密等的定义。
b.数据库管理：
数据存取、完整性、安全性、并先控制等。
c.数据库的建立和维护、建库、库的迁移，再组织，数据的后备和恢复、性能监控等。
●应用系统开发工具（程序设计软件）
●数据库管理员（DatabaseAdministrator,DBA）
3.2.3分布式数据管理系统
通讯模式：
clien/serverserver/serverclient/Appserver/DBserver
3.3数据模型
在DB技术中我们使用模型的概念描述数据库的结构和语义。
即描述现实世界中对象集及对象集之间关系的模型称作数据模型。
目前广泛使用的数据模型分为两种类型：
●概念数据模型：
描述信息世界中数据及数据之间关系的模型，它独立之于计算机。
●结构数据模型：
描述计算机世界中，数据及数据之间表示、存贮、处理特征的模型，它依赖于具体的计算机。
3.3.1实体一联系方法（Entity-RelationshipApproach）也叫E－R方法。
●实体：
实体表示一个现实和抽象事物的集合，这些事物必须具有相同的属性和特征。
实体用长方形表示，框内写上实体名，如部门用DEPT表示。
●联系：
表示实体和实体之间的关系或联系
实体之间的联系用菱形表示，在菱形边框内写上联系名。
两个实体之间联系的基数（类型）可以是1:
1,1:
n,m:
n，可写在连线旁，例如，实体之间的联系为：
*属性，用于描述实体的性质和特征，用椭圆形表示。
例如：
●实体实例：
实体中的一个元素就是这个实体的实例。
例如：
计算机系、电子系、职工张三、李四等
●属性值，为一个属性的取值，例如，ENAME的取值，王明，张丽等。
3.3.2结构数据模型−也称数据模型
结构数据模型直接面向数据库中数据的逻辑结构。
它一方面把信息世界的信息在机器世界中以数据形式存储，同时，描述了数据世界中存储的数据集上的操作。
因此一个数据模型由三个部分组成：
对象类型的集合：
操作符的集合和完整性规则的集合。
对象类型的集合：
描述全部数据的逻辑结构。
操作符集合：
表示数据结构支持的操作。
完整性规则集合：
描述数据及其联系所指定的制约或依存规则。
目前，实际的数据库系统支持的数据模型有：
层次模型、网状模型、关系模型和OO模型。
*层次模型：
层次模型是用树结构表示实体及其实体之间的联系。
它的主要特征是一棵有向树。
树的结点是记录类型。
根结点只有一个，根结点以外的结点有且只有一个父结点。
图中R1是根，R2，R3是R1的子女，R2，R3为兄弟，R2，R4，R5称为叶子。
IMS（InformationManagementSYStem）是IBM公司研制的最早的大型数据库系统，也是层次模型的典型代表。
●网状模型
用网络结构表示实体以其实体之间联系的数据模型称为网状模型。
网状模型满足下列条件：
a.有一个以上结点无双亲
b.至少有一个结点有多于一个双亲
网状模型数据库的代表是DBTG系统。
DBTG（DataBaseTaskGroup数据库任务组）是美国CODASYL（conferenceOnDataSystemLanguage数据系统语言协商会）下属的一个组织，主要研究数据库语言。
1969年DBTG小组提出了一份报告，即有名的“DBTG报告”。
1971年报告被正式通过。
●关系模型
用表格结构表示实体以及实体间联系的数据模型叫关系模型。
关系模型是由若干“关系”（Relational）组成的集合。
在网状和层次模型中用指针的链接表示实体之间的联系，
例如：
而在关系模型中，通过子女关系继承父亲关系的主码表示关系或表格之间的联系。
例如：
DEPT关系：
EMP关系
DNO
DNAME
DIRECTOR
EMPNO
ENAME
JOB
SAL
DEPTNO
D1
Computer
Wang
E1
L1
clerk
500
D1
D2
Radio
Li
E2
wang
manager
900
D1
D3
Automation
Zhang
E3
liu
worker
450
D1
E5
gao
analyst
850
D2
“关系”本身涉及存储结构、访问技术等细节，与网状、层次模型比起来实现较复杂，效率也低。
但提供给用户的界面较简单，容易为初学者接受。
●面向对象模型（Object-Orientedmodel）
面向对象模型中最基本的概念是对象（Object）和类（Class）。
对象的概念与记录元组的概念相似，但远比它们复杂。
每个对象都有一个唯一的标识符，而且把一个状态（State）和一个行为封装在一起。
对象的状态是该对象属性值的集合，对象的行为是在对象状态上操作的方法（程序代码）的集合。
类的概念类拟于表格或记录型，它把共享同一属性集合和方法集合的所有对象组合在一起，命名为类。
面向对象模型特点：
a.语义强
b.支持复杂的数据类型（向量、矩阵、有序集等）
c.有封装性、继承性。
d.具有版本管理功能
e.支持长事务等
一个子类可以从其直接父类或间接父类那里继承
所有的属性和方法。
类与类之间的关系，用指针定实现
查询：
导航查询
信息世界、机器世界术语的对应关系如下：
信息模型（信息世界）数据模型（机器世界）
E-R方法（model）网状模型关系模型
实体记录型关系（表）
实体实例记录（值）元组（行）
属性数据项属性（域）
属性值数据项值元组分量（列值）
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3.3.3数据库设计
●概念设计
1）定义实体
实体由基本实例综合而成，这些实体实例具有相同的特征和类型。
实体的每一个实例是实体的一个成员，每个成员具有同一类型的标识信息。
例如：
实体实例
为了帮助建模人员区分实体和非实体，对于每一个候选实体建模人员可提出下列问题：
·它能被描述吗（它有性质吗？
）
·有n个这类的实例吗？
·一个实例可被区分或标识吗？
·它属于描述某物吗？
（回答“是”则隐含是一个属性而不是实体）
2）定义联系
一个“联系”可以被简单地定义为两个实体之间的一种关联或连接。
为了建立两个实体之间的关联，实体间的联系应该从两个方向检验。
例如，考虑实体“班级”（CLASS）和“学生”（STUDENT）之间的联系。
一个班级可以有多名学生，从另一个方面分析一名学生只能在一个班中。
确定了两个实体之间联系的基数后，要给联系命名。
3）定义属性
属性表示一个同类型的属性值的集合。
属性从属于实体，它用来描述实体的特征和性质。
一个属性只有一个所有者，一个所有者叫实体。
概念设计实例：
为选课系统设计E－R模型。
已知：
一个班级可以有多名学生，一名学生只能属于一个班级；一个班级可以有多门必修课程，一门课程可能是多个班级的必修课；一名学生可选修多门课程，一门课程可以被多名学生选修；一门课程可以有多个上课时间，一个上课时间内可能有多门课程上课，根据以上管理规范，构造E－R模型。
●逻辑设计
任务：
把概念模型（E－R模型）转换成具体的DBMS能处理的模型（模式）。
E－R模型转换成关系模型的转换规则：
1：
N联系：
父亲关系：
实体名转换成关系名
属性：
实体属性就是关系的属性
子女关系：
实体名转换成关系名
属性：
子女实体属性加双亲的主码属性
双亲实体：
同上
联系：
转换成一个关系
属性：
联系的属性加各双亲的主码属性
数据库设计习题：
（1）根据我校情况为教务管理设计概念模型，并用E－R图表示。
在教务管理中涉及教师信息、学生信息、课程信息、以及学生选课成绩。
希望可方便地获取某教师讲授的课程及听课学生的情况，可获取某学生所选修的课程。
（2）为商店销售管理设计概念模型，并用E－R图表示。
要求包含下列信息：
销售人员的情况、商品库存情况、销售记录、和顾客信息。
（3）为医院住院部管理设计概念模型，并用E－R图表示。
要求包含下列信息：
大夫信息、病人信息、病房信息、科的信息和病人治疗信息等。
每个大夫只属于一个科，一个科管理多个病房，在一个病房中可有多张床位，病人在住院时，只有一个主治大夫负责医治。
（4）为学校管理信息设计概念模型，要求包括下列信息：
系、教研组、教师、班级、学生、课程、及课程开设记录。
在清华大学，课程的开设是由教研组负责，每个教师只属于一个教研组，班级由系统一管理。
3.4关系数据库语言SQL（StructureQueryLanguage）
70年代初，E.F.CODD首先提出关系数据模型。
70年代中期，IBM公司在研制SYSTEMR关系数据库管理系统中研制了SQL语言，最早的SQL语言叫（SEQUEL）。
在1979年Oracle公司推出了商用SQL。
1986年10月美国国家标准化研究所（ANSI）采用SQL作为关系数据库管理系统的标准语言，后为国际标准化组织（ISO）采纳为国际标准。
目前市场上的一些大型的关系数据库系统几乎都支持SQL的某形式。
例如：
Oracle,UDB,SQLServer,Sybase,InformaxIngress等关系数据库系统的产品。
SQL语言的优点：
（1）非过程化语言
SQL是一种非过程化语言，它一次处理的是一个记录集合，对数据提供自动导航。
SQL允许用户在高层的数据结构上工作，而不对单个记录进行操作。
SQL不要求用户指定对数据的存取方法，SQL语句使用查询优化器，由系统决定对指定数据存取的最快速手段。
当关系的设计者在关系表上定义了索引，系统会自动地利用索引进行快速检索，用户不需知道表上是否有索引，表有什么类型的索引等细节。
（2）统一语言
SQL可用于所有用户的数据库活动类型，包括数据库系统管理员，程序员等操作简单，使用方便。
（3）关系数据库的公共语言
用户可将使用SQL的技能从一个RDBMS很容易地转到另一个系统，所有用SQL语言写的程序具有可移植性。
本课内所介绍的SQL语言是在分布式的关系数据库系统Oracle上实现的，为ANSI标准和ISO标准的超集，所描述的SQL语言特性仅适用于Oracle。
3.4.1SQL支持的主要数据类型：
字符型：
CHAR（n）字符数据，长度为n个字符
VARCHAR2（n）变长字符型
数字型：
NUMBER（n）数字数据。
最大可达105位
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