1、管理信息系统(MIS)（Management Information Systems）,教师：李增武,E-mail：,第三章管理信息系统技术基础,001,本章内容3.1 信息技术的概述3.2 数据处理3.3数据库技术3.4计算机网络,引导案例: 加拿大的空中交通控制系统所监控的领空非常广阔，约有1500万平方英里的领空。在1996年12月私有化之前，控制系统是在业已过时的DEC公司的VAX机组的支持下实现的，此系统要求空中交通控制人员从六个不同的系统中收集信息，整个导航系统是由政府的航空税收基金支持开发并维护的，该蛆织无法提供足够的资金以进行系统计算机的更新。 政府管制取消后，一个新的私有的非
2、盈利性公司，名为导航加拿大(Navigation Canada)接管了该 系统。由于导航加拿大公司可以向航空产业收取服务费，因此公司增加了60亿美元来进行计算机的更新以保证航空运输更加安全可靠，更新后的系统称为加拿大空中交通控制系统 (Canadian Air Traffic Control System，CATCS)。该项目从1998年秋开始，准备花三年的时间完成，公司采用HP 9000服务器和基于UNIX的HP C200工作站取代原来的VAX机族，公司23个工作地点，每处都配备了三台服务器，一台,002,主服务器，一台备份服务嚣，一台用于培训的服务器，硬件配备是经过认真分析研究的，一旦一台
3、服务器失败，另一台立刻投入使用，空中导航系统是绝不能容许失败的，哪怕是短暂的五分钟，同时还新增加了软件，以保证飞行数据在不需要修改的情况下可直接传送并为系统所接受。 CATCS通过同一系统给航空控制人员提供雷达数据、飞行路线信息、基于计算机的冲突分析信息、天气变化信息以及导航辅助数据，系统还自动为相关的人员进行飞行计划的安排，以减少人为的错误或关键信息的丢失。系统这些新的功能，使航空公司可减少航班的延误，避免航空公司之间争夺航线引起的效率低下，空中交通控制人员可更直接、更经济地进行航线的确定，除了使加拿大的飞行更加安全之外，公司预计系统每年会减少13.5亿美元的运行成本。,003,上述案例中，
4、公司利用HP服务器和工作站取代了原来的VAX，使航空控制系统的运行具有了更强的计算能力，并将用户使用的所有信息集成起来，在整个系统改进的决策中，公司的管理人员必须明确公司所要所要求的计算机处理能力，并知道如何进行各种计算机的性能价格的分析。系统规划中必须知道哪种计算机对自己的要求最合适，并且要考虑未来需求的发展。同时管理人员还需要了解与计算机工作相关的存储技术，输入输出技术，通讯技术等。,004,在硬件的选择上管理人员所面临的挑战主要有：集中控制的系统和分布式控制的系统。长期困扰信息系统管理人员和CEO的一个问题是实现计算资源多大程度上的集中或多大程度上的分布，是将计算能力和数据分布到各个部门
5、或分公司，还是对它们进刊集中控制? 对组织来说哪一种控制方式更合适?每个组织根据自己需求有不同答案，管理人员必须保证所选择的计算模型与组织的目标相匹配。 技术采购的决策。在信息技术投资的决策确定后不久，管理人周就会发现计算机系统已经过时并且当时买得太贵，新的技术能力更强大而成本更低，在这种环境下，要想系统跟上时代的发展是非常难的，为此在技术的改变上必须进行认真的分析和规划。,005,在软件选择上管理人员也面临着诸多挑战：复杂性和软件错误的增加。大多数的应用所要求的软件都是相当复杂的，如花旗银行(Citibank)的ATM应用程序包含78万条程序代码，这些代码由成百个人成，每人负责其中的一小部分
6、，这么大而复杂的程序很容易发生错误。软件的设计和测试只是一个方面，而质量的控制和管理问题在软件的使用中也是一个非常重要的问题。实施过程复杂。软件自身只是一个完整信息系统中的一部分，而这一部分必须与系统中的人、硬件以及组织之间很好地协调才能保证系统功能的实现。“软件危机”是系统分析、设计实施过程中一个很重要的问题，虽然第四代软件开发工具、面向对象的程序设计语言等正逐步使应用软件的开发越来越容易，但一个企业仍需要花费2-3年的时间才能开发出一个系统，等系统完成后，已经不能很好地满足需求了。,006,3.1 信息技术概述,一.计算机技术(硬件技术与软件技术),007,3.1 信息技术概述,一.计算机
7、技术(硬件技术与软件技术),008,二.数据通信技术 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。,009,3.2 数据处理,010,一.数据处理的概念和发展阶段数据处理的主要目的 1.数据转换 2.从原始数据中抽取、推导出有价值的信息 3.科学地保存和管理己经过处理数据数据处理的基本内容 数据收集;数据转换;数据的筛选、分组和排序;数据的组织;数据的运算;数据存储;数据检索;数据输出。,数据处理的发展过程 1、简单应用 (20世纪50年代以前) 这个阶段最基本的特征是无数据管理及完全分散的手工方式,
8、2、文件系统 (50年代后期到60年代中期) 这个阶段的基本特征是有了面向应用的数据管理功能，工作方式是分散的非手工的,3、数据库系统 (60年代后期开始) 为解决多用户、多应用共享数据的需求，使数据为尽可能多应用程序服务，出现数据库系统，其特点是：面向全组织的复杂数据结构。数据冗余度小，易于扩充。,数据组织,1.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。数据结构严格地又分为数据的逻辑结构和物理结构。,014,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 ),结点的结构,在表所示的职工登记表中，每个职工的登记项有三项:工作证号(
9、No.)、姓名(NAME)和年龄(AGE)。对应于这样一张表，如果采用链接存储方式，则每个结点有职工的No.、NAME、AGE数据域及指向下一个职工记录的指针域NEXT,如图2。通常把本结点的指针指向的下一结点叫做本结点的直接后继，反之，与本结点邻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。,图1 职工登记表,016,图节点结构示意图,图链表的逻辑结构,指针是数据结构中的一个重要概念。此例中每个结点只有一个指针，指向其下一个结点，称为单项链。当结点指针多于一个时，就可以构造多种复杂的数据结构，如双向链表、树、图等。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
10、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。,017,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，其中的每个结点都是同一类型的数据结构。最简单的是顺序存储方式即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（Ki），每个结点占用空间大小为L 则第i个结点Ki的存放位置可由下式直接计算得到LOC(Ki)=LOC(K1)+L(i-l) 因而，对于顺序表任何一个结点的检索都很方便。但是，如果要在顺序表中插人或删除一个结点时，就没有这么
11、简单了。,018,如图3.6所示，线性表中有五个元素，按数值大小顺序排列，依次占据了五个存储单元。现若要插入一个数23，由于插入后的线性表仍要求有序，必须将25以后的元素依次向后移动一个单元。同样，若要删除第4个元素23，则需把后面的25和39依次向前移动一个单元。,当线性表长度为n很大时，顺序表中单元移动的工作量大，为了克服其缺点，可采用链接存储方式来存储线性表，通常将链接方式存储的线性表称为链表。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，结点本身则可存放在任意一组存储单元中，这些存储单元可以是连续的，也可以是分散的。结点之间的逻辑关系由指针表示，所以，在插入和删除操作中，只需
12、改变前后结点的指针，而不需要进行大量的数据移动。如图4所示。,020,链表的删除,链表的插入,图5 链表的插入和删除,树 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。树结构在数据处理中最重要的一类非线性结构，特别是在大规模数据处理中，经常会有大量的层次化嵌套数据，树结构为其提供了自然的表示方法及高效的运算手段。 图6所示为一个树结构的实例，它反映了不同规格的钢材的库存情况。,022,2.数据文件概念 数据文件(文件)是为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。数据项是文件中可使用的最小单位。,数据文件的组织方式 指文件内部构造数据的方
13、式，主要有以下几种: (1)顺序文件 即文件中的记录是按照某些关键字排序的文件。记录的物理次序与连接次序一致，对于文件中每一个记录，按关键字的顺序赋予序号i，则其物理顺序亦为i。存取第i个记录，必须先存取前面的第i-1个记录。插入记录只能加在末尾。连续存取、速度快，主要用于顺序存取、批量修改的情况 平均查找长度为(n+1)/2，n为文件所含物理记录数,025,当索引表很大，一个物理块可能容纳不下，查索引表时，可能要多次访问外存，为此，可对索引表建立一个索引，称为查找表。假设图8(b)的索引表需占用三个物理块，每个物理块容纳三个索引，则可建立如表9所示的查找表。检索记录时，先查找查找表，再查索引
14、表，最后读取记录，只需三次访问外存。,表 9 查找表,027,相对键法。采用相对键法进行存取时，可以调用一个算法过程对记录的键号进行计算，求出相应的记录地址。 设鉴别键号为K,相应的记录用RK表示，其地址用DRK表示，则有DRK=f(K)。例如，学生证号K是从000-999的连续号，现要为每个学生存储一个记录长度为100字节的记录，若现在学生文件存储的起点地址为4000，则每个学生记录的存储地址为DRK=Kx100+4000，以此为键号，即可实现记录的直接存取。,029,杂凑法。即利用一种称之为杂凑函数的算法，把键号转换为相应记录的地址，达到压缩存储空间的目的。 举例（质数除余法的算法）: 例
15、如，有一文件，其鉴别键号分散在10000 到50000之间，但其记录总数只有5000个。 设所需存储单元数为M(M=5 000)，则质数除余法的步骤如下: 第一步:确定一个接近M的质数P，本例中取质数P=4999第二步:设需要转变的键号为K 则转换后的记录地址为: H(K)=KINT(K/P) P 键号为10000和50000的记录，计算得到的地址分别为2和10。全部记录地址的分布范围0H（K）M-1,030,表10 几种文件组织方式的比较,031,文件系统的缺陷 数据的独立性：程序依赖于专门为它们所设计的文件结构 数据冗余性：重复的数据的存储 数据的一致性：数据的重复的存放导致了数据的不一致
16、性,数据库管理系统（DBMS） 以规范一致的方式存储数据以规范一致的方式将数据组织成记录以规范一致的方式存取记录,3.3数据库技术,032,一.数据库(DB)和数据库管理系统(DBMS) 数据库(DB) DB是长期存储在计算机内有结构的大量的共享的数据集合。即数据库是相互关联的数据集合。 DB中的数据，按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可供各种用户共享。数据库管理系统(DBMS) DBMS是位于用户与操作系统间的一层数据管理软件。 数据库在建立、运用和维护时由DBMS统一管理、统一控制。它为用户提供一个应用管理和操作的平台，使其能方便地定义数据和
17、操纵数据（创建、维护、检索、存取和处理数据库中的信息）。并能保证数据的安全性、完整性、并发使用及系统恢复。,033,数据组织的层次,示例：学生数据库的数据层次,数据的层次,举例,文件,数据项,纪录,数据库,图 1 数据的层次,二.数据库系统（ Database System，简称DBS） 由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。数据库系统环境如下图所示：,034,操作系统,DBMS,数据库,应用程序系统,数据文件，数据字典，索引，统计数据,对数据库进行管理、操作,执行物理文件的读写操作,提供友好的界面，帮助用户完成对数据的处理,DBA或用户,三.数据库设计的
18、主要内容 1.信息转换,035,加工、转换,加工、转换,人,认识选择描述,计算机世界（数据世界）,E-R模型,DBMS的数据模型,DBMS,三个不同的世界,三个世界术语对照表,036,2.数据库设计的主要内容 用户要求分析概念结构设计 根据用户需求设计的数据库模型，称它为概念模型。概念模型可用实体联系模型 (E-R模型)或3NF关系群表示 逻辑结构设计 将概念模型转换成某种数据库管理系统 (DBMS)支持的数据模型 物理结构设计 数据模型在设备上选定合适的存储结构和存取方法,037,四.实体联系模型 (E-R模型) 联系 现实世界的联系在信息世界中也会得到反映。在信息世界中，联系可分两类:一是
19、实体内部的联系，如实体中的各属性间的关系;另一是实体之间的联系。 联系方式可分为三类: 一对一联系一对多联系多对多联系,038,1对1联系图,1对多联系图,多对多联系图,039, 实体联系模型(E-R模型),五.数据模型 数据模型是对客观事物及其联系的数据化描述。在数据库系统设计中用于提供信息表示和操作手段的形式构架，是数据库系统实现的基础。目前，在实际数据库系统中支持的数据模型主要有三种:,层次模型(Hierarchical Model)1968年研制成功、1969年形成产品的。,网状模型(Network Model)美国数据系统语言协会下属的数据库任务组发表了若干个报告，奠定了数据库的很多
20、概念、方法和技术。,关系模型 (Relational Model)1970年，IBM公司的研究员E.F.Codd发表了论文“大型共享数据库的关系模型”，为关系数据库的发展奠定了理论基础。,041,层次模型,网状模型,042,关系模型 从用户的观点来看，在关系模型下，数据的逻辑结构是一张二维表。每一个关系为一张二维表，相当于一个文件。实体间的联系均通过关系进行描述。,六.关系的规范化 规范化是指在关系模型中，关系必须满足一定的给定条件，最基本的要求是关系中的每一个分量都是不可分的数据顶，即表不能多于二维。 规范化理论是E.F.Codd在l971年提出的。他及后来的研究者为数据结构定义了五种规范化
21、模式 (Normal Form,简称范式)。即满足某种约束条件的关系模式，根据满足的约束条件的不同来确定范式。如满足最低要求，则为第一范式 (First Normal Form，简称lNF)。符合lNF而又进一步满足一些约束条件的成为第二范式(2NF)，等等。,044,1.第一范式 (lNF) 属于第一范式的关系应满足的基本条件是元组中的每一个分量都必须是不可分割的数据项。,2.第二范式 (2NF) 所谓第二范式，指这种关系不仅满足第一范式，而且所有非主属性完全依赖于其主码。,3.第三范式 (3NF) 所谓第三范式，指的是这种关系不仅满足第二范式，而且它的任何一个非主属性都不传递依赖于任何主关
22、键字。,存在着高度冗余和更新异常问题,数据库设计案例：某学院“教学管理”数据库模型的设计1.设计“系和教师关系”的分ER图 该学院下设四个系：管理工程系、会计系、市场营销系和信息管理系。每个系有一个系主任主管该系工作。则将“系”设为一个实体，该实体具有以下属性：系代号、系名称、系主任姓名、办公地点、电话。其中系代号是主关键字。如图1所示。 该学院聘请了一定数量的专职教师。则，将“教师”设为一个实体，该实体具有以下属性：教师编号、教师姓名、专业特长。其巾教师编号是主关键字。如图2所示。 学院聘请教师后，分配到各系。一个系有多个教师；一个教师只能属于一个系。“系”实体与“教师”实体之间发生一对多(
23、1:m)的“分配”联系。如图3所示。,系,系代号,系名称,系主任,办公地点,电话,图1,系,教师编号,教师姓名,专业特长,图2,图3,系,分配,教师,049,学院每年招收新生，分配到各个专业。则将“学生”设为一个实体，该实体具有如下属性：学号、姓名、性别、年龄、系代号。其中学号是主关键字。如图4所示学院制定了教学计划，设置多项课程。将课程设为一个实体，该实体具有如下属性：课程号、课程名、学分。设课程号为主关键字。如图5所示学生根据专业要求，每年学习多门课程，每门课程则被多个学生选读。学生必须参加考试。因此，成绩属于学生和课程发生联系后产生的属性。“学生和课程关系”分E-R图,见图6 。设计“教
24、师与课程关系”的分E-R图 教师在教学活动中与课程发生联系。一个教师可以上多门课程；一门课程可以由多个教师讲授。教师授课任务完成后，将被学生与院方评估。因此“教师与课程关系”的分E-R图，见图7 。,2.设计“学生和课程关系”的分E-R图,3.,050,4.将上述三个分E-R图综合，建立学院教学管理总E-R图 根据综合分E-R图的原则：消除同名实体，则教学管理总E-R图，如图8所示。5.将学院“教学管理”E-R图所描述的信息(概念)世界中的概念模型转化为计算机上由关系型DBMS支持的关系数据模型 数据库设计原则中有两条：一是将所有实体转化为关系；二是根据不同的联系方式，将联系反映在关系中或将联
25、系转换成关系。 对于1：m的联系方式，如系与教师的分配联系，则可将1方(系实体)的主关键字：系代号，加入到多方(教师实体)中，作为多方(教师实体)的一个属性，以此表达系和教师之间的联系。因此对于图3“系和教师关系”分E-R图的关系模型表达如下：系(系代号，系名称，系主任姓名，办公地址，电话)教师(教师编号，教师姓名，专业特长，系代号，住址，电话),051,对于m：n的联系方式，如“学生和课程”的联系，则可以将联系转化为一个关系，该关系的关键字有两个实体的关键字组合在一起成为组合关键字，并附上联系的属性。“学生和课程关系”分E-R图的关系模型表达如下： 学生(学号，姓名，性别，年龄，系代号) 课
26、程(课程号，课程名，学分) 学习(学号，课程号，成绩)“教学管理”数据库的关系数据模型如下： 根据图8教学管理E-R图转化成 (实体)系(系代号，系名称，系主任姓名，办公地址，电话) (实体)教师(教师编号，教师姓名，专业特长，系代号) (实体)学生(学号，姓名，性别，年龄，系代号) (实体)课程(课程号，课程名，学分) (联系)学习(学号，课程号，成绩) (联系)教学(教师号，课程号，授课班评估，学院评估) 根据关系模型的设计，可以在计算机上实现数据库的建立,052,学生,学号,姓名,性别,年龄,系代号,图4,课程,课程号,课程名,学分,图5,图6,学生,学习,课程,教师,教学,课程,图7,
27、053,系,教师,课程,学生,分配,教学,学习,成绩,授课班评估,学院评估,1,m,m,n,n,m,教学管理“E-R图”,图8,054,构造E-R图应注意的问题：,1、注意标识实体属性中的关键字；,2、如果所处理的对象是一个比较大的系统，则应该先画出各个部门的子E-R图，然后再合并同类实体，消除冗余。,3、对于一个特定的应用处理对象，所构造的E-R模型可能不是唯一的。,今有为学校图书馆出纳台设计一个自动化管理系统。该系统的功能为：读者可以由书名(或书名的一部分)、作者名查馆藏书号：出纳台可由馆藏书号查书的去向；读者借书时，登录有关信息；读者还书时，检查是否有逾期及其他违规行为，登录有关信息。
28、请根据上述信息，设计该系统的E-R图。,图书出纳管理系统数据库设计,读者,书籍,借阅,eg. 库存（仓库号，器件号，数量） 仓库（仓库号，城市，面积）,关系模式 对关系的描述，用关系名 (属性1，属性2，属性n)来表示。,E-R图向关系数据模型的转换,转换过程示意图,E-R图,关系模型,1 、实体 相应转换为一个关系，实体名称作为关系名称，该关系包括对应实体的全部属性，并确定出该关系的关键字。,转换方法和原则,2、联系 联系名作为关系名，发生联系的实体的主关键字作为联系的主关键字。,转换举例一,厂长号*,姓名,年龄,厂长,厂号*,厂名,地点,工厂,管理,1,1,厂长（厂长号，姓名，年龄）,工厂
29、（厂号，厂名，地点）,管理（厂号，厂长号）,转换举例二,仓库号*,地点,面积,仓库,货号*,品名,价格,产品,存放,1,n,仓库（仓库号，地点，面积）,产品（货号，品名，价格）,数量,存放（仓库号，货号，数量）,转换举例三,学号*,姓名,年龄,学生,课程号*,课程名,学时数,课程,学习,m,n,学生（学号，姓名，年龄）,课程（课程号，课程名，学时数）,成绩,学习（学号，课程号，成绩）,3.4 计算机网络,一.计算机网络的概念 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。 计算机网络的组成 计算机网络从功能上可分为:资
30、源子网和通信子网。用户通过终端可以访问分布在各处的主机上的数据信息，从而实现整个系统的软硬件、信息等资源的共享。,055,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IEEE802.3，802.4，FDDI，ATM等。网络协议具体规定了设备间通信的电气性能、数据组织方式等。,节点: 网络中某分支的端点或网络中若千条分支的公共汇交点。,链路: 是指两个相邻节点之间的通信线路。,计算机网络的重要概念,双绞线 分屏蔽双绞线（STP）与介质为非屏蔽双绞线（UTP），其中屏蔽双绞线具有较高的带宽，因成本高而较少出现，非屏蔽双绞线因
31、成本低而流行，两对线型的接插头称为RJ11，四对线型的接插头称为RJ45。,传输介质双绞线(Twisted pair cable),粗缆（RG-11）： 细缆（RG-58）： CATV（RG-59）：,传输介质同轴电缆(Coaxial cable),传输介质光纤,传输介质微波通信,所谓网络拓扑结构是指网络的链路和节点在地理上所形成的几何结构。,用户通过终端可以访问分布在各处的主机上的数据信息，从而实现整个系统的软硬件、信息等资源的共享。,网络拓扑结构,网络拓朴结构,星形网络,b. 总线形网络,c. 环形网络,二.局域网技术 网络体系结构 1.文件服务器/工作站 DBMS安装在文件服务器上，而数
32、据处理和应用程序分布在工作站上，文件服务器仅提供对数据的共享访问和文件管理，没有协同处理能力。,2.客户/服务器 (Client/Server) DBMS安装在数据库服务器上;数据处理从应用程序中分离，形成前后台任务: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.浏览器/服务器 Internet采用浏览器/服务器系统结构，这种结构实质上是C/S结构在新的技术条件下的延伸。在Internet结构下，客户/服务器结构延伸为三层或多层结构，形成浏览器/服务器 (Browser/Server)应用模式。,Intranet(企
33、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。所以采用B/S系统结构。 Extranet则是使用而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。Extranet既不像Internet那样提供公共服务，也不像Intranet那样仅仅提供对内服务，它可以有选择的向公众开放其服务或向有选择的合作者开放其服务。,Intranet /Extranet,061,典型的局域网以太网(Ethernet)。 令牌环网 (Token-Ring)快速以太网(Fast Ethernet)FDDI(光纤分布式数据接口)ATM(异步传输模式),062,
