第2章信息技术精选文档.ppt

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1、第2章信息技术本讲稿第一页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件n一、计算机系统n1、计算机的发展史第一代 20世纪50年代真空电子管计算机第二代 20世纪50年代末到60年代中期晶体管计算机第三代 20世纪60年代中期至70年代末集成电路电子计算机第四代 20世纪70年代末至今大规模和超大规模集成电路电子计算机第五代 20世纪上世纪80年代开始智能计算机（处于研究阶段）本讲稿第二页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件n2、计算机系统类型：n大型机n小型机n微型计算机本讲稿第三页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件3、计算机系统功能 如下图所示：计算机并非进行电子数据处理的“黑匣子”，也不是一系

2、列组成部分的简单集合。强调计算机是一个系统。具有系统的特征。本讲稿第四页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件二、计算机硬件设备 硬件设备是计算机物理设备的总称，通常指电子的、机械的、磁性的或光的元器件或装置。1、中央处理器（Central Processing Unit,CPU）CPU是系统最主要的部件，它由运算器和控制器两个主要部分组成。CPU运算速度是决定计算机系统性能的重要指标本讲稿第五页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件2、存储器（memory）存储器是计算机必备的主要部件，分为主存储器和辅助存储两类3、输入设备n计算机键盘（Keyboard）、鼠标器(Mouse)；n图文扫描 仪、

3、条形码阅读器；n触摸屏、手写体输入 设备、语音输入设备；n磁盘（带）等本讲稿第六页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件4、输出设备显示器打印机（针式/激光/喷墨）绘图仪语音合成与输出设备磁盘（带）5、其他设备 本讲稿第七页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件n三、计算机软件n软件分类图：系统软件应用软件计算机软件操作系统语言与编译系统数据库管理软件通用应用软件专用应用软件本讲稿第八页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件n1、操作系统软件（Operation System，OS）n操作系统软件用于管理计算机中的CPU、存储器、通信联接以及各种外部设备等所有系统资源的程序，其主要作用是管理的控制计

4、算机系统的各个部分，使之协调运行，并为各种数据处理提供基础功能。本讲稿第九页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件n2、数据库管理软件（Database Management System，DBMS）n数据库管理软件是专门对数据记录进行综合管理的软件，以数据文件结构的定义、数据记录的更新、数据记录的查询以及对数据记录的各种运算提供全面的支持。n3、程序设计语言与编译系统本讲稿第十页，共三十八页2.1 计算机硬件及软件n4、应用软件 应用软件是直接面向最终用户的具体应用软件。以操作系统为基础，用程序设计语言编写，或用数据库管理系统构造，用于满足用户的各种具体要求。本讲稿第十一页，共三十八页2.2数

5、据库技术一、数据库概述1、数据处理的发展n人工管理阶段(20世纪50年代以前)n文件管理阶段(50年代后期到60年代中期)n数据库管理阶段(60年代后期开始)本讲稿第十二页，共三十八页2.2数据库技术2、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。3、数据库管理系统（DBMS）：是指对数据进行管理的软件系统。n具备的功能：n数据库定义：信息的逻辑结构和数据库中的文件结构n数据库的操纵：数据的装入、删除、修改，数据库的备份和恢复n数据库查询n数据库控制：安全性控制、完整性控制、多用户环境下的并发控制等n数据库通信：网络操作本讲稿第十三页，共三十八页4、数据库系统（DBS）：n数据库系统

6、DBS(database system)是实现有组织、动态在存储尤其是关联数据、方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成 的系统，即它是采用了数据库技术的计算机系统。数据库系统构成：计算机系统 数据库数据库管理系统(DBMS)人员本讲稿第十四页，共三十八页二、数据库设计n数据库设计分为：n用户需求分析：获得用户对计划建立的数据库的信息需求的全面描述。n概念结构设计：建立信息世界中的E-R模型n逻辑结构设计：将概念模型从E-R图转换成某种数据库管理系统支持的数据模型。n物理结构设计：为数据模型在可用的硬件设备上确定合适的存储结构和存取方法，并建立索引等。本讲稿第十五页，共三十八页n数据模型

7、设计是对客观事物及其联系的数据化描述，是关于全局数据的组织方式的抽象表达。n对现实世界的认识和对其进行数字化描述的过程经历了：现实世界、信息世界、数据世界和计算机世界n产生了三个层次的数据模型：概念模型、逻辑模型和物理模型本讲稿第十六页，共三十八页客观事物及其联系概念模型逻辑模型物理模型现实世界信息世界数据世界机器世界数据模型本讲稿第十七页，共三十八页n现实世界n概念模型n实体：客观存在并相互区别的事物，可以是具体对象，如一名学生，也可以是抽象的概念或联系，如学生的一次选课n属性：实体的特性，如学生的学号、姓名等n主键：唯一标识实体的属性集，如学生实体的学号可以是为主体的主键n实体集：实体具有

8、许多特性，每一个特性称为属性。每个属性有一个取值范围，即值域。例如学生的实体可由学号、姓名、性别、年龄、系别等属性组成。性别的取值范围是“男”或“女”。本讲稿第十八页，共三十八页 实体间的联系：n现实世界中，事物是相互联系的。这种联系必然在信息世界中体现出来，即实体是相互关联的。两个不同实体集的实体间的联系，它有以下三种情形：一对一联系，记为1:1。例如工厂与厂长之间，科研任务与课题组长之间都是1:1联系。n 一对多联系，记为1:N。例如一个学校有若干学生，而每个学生都在一个学校学习，学校与学生之间是一对多的联系。n 多对多联系，记为M:N。例如课程与学生之间，一个学生可选多门课程，而每一门课

9、程可有多个学生选修，课程与学生之间是多对多的联系。本讲稿第十九页，共三十八页实例n学校课程管理，涉及的实体包括：n学生：属性有学号、姓名、性别、出生年月n系：属性有系号、系名、系主任n教师：属性有职工号、姓名、性别、出生年月、职称n课程：属性有课程号、课程明、学分n实体之间的联系包括：n属于：一个系由多名学生组成，一名学生只属于一个系，为1：n联系。其属性为：系号、学号n选修：一名学生可以选修多门课程，而一门课程也可以被多名学生选修，所以使m:n联系。其属性为：学号、课程号、成绩n讲授：一门课程可以由多名教师讲授，而一名教师可以讲授多门课程，所以是m:n联系本讲稿第二十页，共三十八页职工号姓名

10、性别出生年月职称教师讲授课程课程号课程名学分成绩选修学生学号姓名性别出生年月系属于系号系名系主任nmnmn1学校课程管理E-R图本讲稿第二十一页，共三十八页 数据模型n 数据模型是从计算机系统的观点对数据建模，主要用于数据库管理系统的实现，它主要包括层次模型、关系模型、网状模型和面向对象模 型等。DB的分类是依据数据模型进行的。n层次模型：用树型结构表示。A1A2AA11A12A13A21A22本讲稿第二十二页，共三十八页n网状模型：用有向图结构表示。W1W3W2T1T2T3T4T5S2S2本讲稿第二十三页，共三十八页n关系模型：用二维表结构表示n面向对象模型：用对象和类来表示实体类型和实体间

11、联系的数据模型。结算编码合同号数量金额J0012J0012HT1008HT10082 0002 00050 00050 000J0043J0043HT1109HT110960060013 00013 000J0033J0033GT1123GT11232 3002 3006 0006 000本讲稿第二十四页，共三十八页n关系模型n关系：一个关系对应于一张二维表。n元组（记录）：表中一行称为一个元组。n属性（字段）：表中一列称为一个属性，给每列起一个名即为属性名。n主码（主键）：表中某个属性组，它的值唯一地标示一个元组。如学号可以作为学生纪录的主键n域：属性的取值范围。n分量：元组中的一个属性值。

12、n关系模式：对关系的描述，用关系名来表示。本讲稿第二十五页，共三十八页n规范化设计理论 E.F.Codd 于于1971年提出规范化理论。他定义了五种规范化模式。年提出规范化理论。他定义了五种规范化模式。范式范式表示的是关系模表示的是关系模式的规范化程序，也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式的规范化程序，也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。来确定范式。在五种范式中，通常只用到前三种：在五种范式中，通常只用到前三种：范式条件第一范式1NF）元组中每一个分量都必须是不可分割的数据项第二范式2NF）不仅满足第一范式，而且所有非主属性完全依赖于其主码

13、第三范式3NF）不仅满足第二范式，而且它的任何一个非主属性都不传递于任何主关键字本讲稿第二十六页，共三十八页n 1NFn下表不符合第一范式的关系n由非1NF规范化为1NF 教师代码姓名职称系电话研究课题研究课题号研究课题名1101王一丽教授管理系3324500管理信息1102刘 明副教授管理系3324800金融工程1254李爱军讲师投资系3341630电子商务教师代码姓名职称系电话研究课题号研究课题名1101王一丽教授管理系3324500管理信息1102刘 明副教授管理系3324800金融工程1254李爱军讲师投资系3341630电子商务本讲稿第二十七页，共三十八页n1NF转化为转化为2NFn

14、 上表中关系满足上表中关系满足1NF，但不满足，但不满足2NF。n 这种关系会引发下列问题：这种关系会引发下列问题：n 数据冗余、插入异常、删除异常。数据冗余、插入异常、删除异常。n 解决的方法是将一个非解决的方法是将一个非2NF的关系模式分解为多个的关系模式分解为多个2NF的关系模式。的关系模式。n 在本例中，可将关系分解为如下三个关系：在本例中，可将关系分解为如下三个关系：教师关系：教师代码、姓名、职称、教师所在系、电话；教师关系：教师代码、姓名、职称、教师所在系、电话；课题关系：研究课题号、研究课题名；课题关系：研究课题号、研究课题名；教师与课题关系：教师代码、研究课题号。教师与课题关系

15、：教师代码、研究课题号。本讲稿第二十八页，共三十八页n上表符合第二范式，但是不符合第三范式上表符合第二范式，但是不符合第三范式n 这样的关系同样存在着高度冗余和更新异常问题。消除这样的关系同样存在着高度冗余和更新异常问题。消除传递依赖关系的办法是将关系分解为如下几个传递依赖关系的办法是将关系分解为如下几个3NF关系：关系：n 教师关系：教师代码、姓名、职称、电话；教师关系：教师代码、姓名、职称、电话；n 课题关系：研究课题号、研究课题名；课题关系：研究课题号、研究课题名；n 教师与课题关系：教师代码、研究课题号。教师与课题关系：教师代码、研究课题号。n 3NF消除了插入异常、删除异常、数据冗余

16、及修改复杂等问题，消除了插入异常、删除异常、数据冗余及修改复杂等问题，已经是比较规范的关系。已经是比较规范的关系。本讲稿第二十九页，共三十八页n逻辑结构设计部分 把E-R图转化为一个个关系框架，使之相互联系构成一个整体结构化了的数据模型。转化原则：1）E-R图中每个实体，都相应地转换为一个关系，该关系包括对应试题的全部属性，并应根据该关系表达的语义确定出关键字，因为关系中的关键字属性是实现不同关系联系的主要手段。2）对于E-R图中联系，根据不同的联系方式，或将联系反映在关系中，或将联系转换成一个关系。本讲稿第三十页，共三十八页逻辑结构设计部分学生（学号，姓名，性别，出生年月，系号）系（系号、系

17、名、系主任）课程（课程号、课程名、学分）教师（职工号、姓名、性别、出生年月、职称，系号）属于（学号、系号）选修（学号、课程号、成绩）讲授（课程号、职工号）本讲稿第三十一页，共三十八页设计某学院“教学管理”数据库模型（1）系和教师关系：a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。每个系有一系主任主管该系工作。系属性包括系代号、系名称、系主任姓名、办公地点、电话。b该学院聘请了一定数量的专职教师。教师属性包括教师编号、教师姓名、专业特长。c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。（2）学生和课程关系：a学院每年招收新生，分配到各个专业。学生属性包括

18、学号、姓名、性别、年龄、系号。b学院制定了教学计划，设置多项课程。课程属性包括课程号、课程名、学分。c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，获取成绩。本讲稿第三十二页，共三十八页（3）教师与课程关系：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。本讲稿第三十三页，共三十八页n计算机世界：在可用的计算机及其网络环境中，对于逻辑模型所描述的数据集合的物理实现。包括在设备上选定合适的存储结构和存取方法，库文件的组织形式、存储介质的分配、存取路径的选择和数据块大小的确定等。本讲稿第三

19、十四页，共三十八页2.3 数据库的发展n数据仓库（date warehouse）：支持管理决策过程的、面向主题的、集成的、随时间变化的、但信息本身是相对稳定的数据集合。最终目标是把企业范围内的所有数据集成在一个大仓库中，让用户能运行查询、产生报告、执行分析。n将来自不同数据库的信息结合在一起n是多维的n支持决策而不是事务处理本讲稿第三十五页，共三十八页数据挖掘工具n是用户对数据仓库进行信息查询的软件工具。n查询与报表工具n智能代理n多维分析工具本讲稿第三十六页，共三十八页2.4计算机网络n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n网络介质：数据传输的物理通道，如同轴电缆等n协议：网络设备间进行通信的一组约定，规定了设备间通信的数据组织方式等n链路：指两个相邻节点之间的通信线路 本讲稿第三十七页，共三十八页计算机网络的分类n按地理覆盖距离分类：局域网、广域网n按物理结构-拓扑结构分类:点到点式网络拓扑结构、广播式拓扑结构本讲稿第三十八页，共三十八页