本章学习要点
z 了解信息技术的相关知识。 z 掌握计算机系统、计算机硬件系统、计算机软件系统的结构和特点。 z 了解计算机网络技术的基本概念。 z 掌握计算机网络的拓扑结构、分类及应用。 z 了解数据库技术的基本概念。 z 掌握数据库系统结构、关系数据库标准语言SQL 及数据库的设计步骤。 管理信息系统是基于计算机的系统，同时也是基于网络的系统。本章主要介绍管理信息系 统相关技术的基础知识，包括信息技术、计算机网络技术和数据库技术。2.1 信息技术
一般地，信息技术是计算机硬件系统、软件系统和通信技术的总称。信息技术是管理信息 系统的基础，只有把信息技术与管理结合起来，才能真正发挥管理信息系统的作用。 2.1.1 计算机系统 计算机系统是现代管理信息系统的物质基础，可以说没有计算机系统就没有现代意义的管 理信息系统，因此，有必要对计算机系统的基本知识有所了解。 计算机技术是实现现代管理信息系统的重要技术手段。世界上第一台电子计算机诞生于 1946 年。计算机以其处理速度快、运算精度高、有记忆和逻辑判断能力、数据传输速度快等 特点而广泛应用于商业中的数据处理、科学技术中的数值计算和工业中的过程控制等领域，已 经成为人类生活不可缺少的智能工具。自第一台电子计算机诞生以来，计算机科学与技术已成 为20 世纪发展最快的一门学科，尤其是微型计算机的出现和计算机网络的发展，使计算机的 应用渗透到社会的各个领域，有力地推动了信息社会的发展。 1．计算机的诞生及发展 多年来，人们以计算机物理器件的变革作为标志，把计算机的发展划分为四代。 第一代（1946～1954 年）是电子管计算机，计算机使用的主要逻辑元件是电子管，也称 电子管时代。主存储器先采用延迟线，后采用磁鼓磁芯，外存储器使用磁带。软件方面，用机 器语言和汇编语言编写程序。这个时期计算机的特点是：体积庞大、运算速度低（一般每秒几 千次到几万次）、成本高、可靠性差、内存容量小。这个时期的计算机主要用于科学计算，从 事军事和科学研究方面的工作。 第二代（1954～1964 年）是晶体管计算机，这个时期的计算机使用的主要逻辑元件是晶 体管，也称晶体管时代。主存储器采用磁芯，外存储器使用磁带和磁盘。软件方面，开始使用管理程序，后期使用操作系统，并出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL 等一系列高级程序设 计语言。这个时期计算机的应用扩展到数据处理、自动控制等方面。计算机的运行速度已提高 到每秒几十万次，体积已大大减小，可靠性和内存容量也有较大的提高。其代表机型有：IBM 7090、IBM 7094、CDC 7600 等。 第三代（1965～1970 年）是集成电路计算机，这个时期的计算机用中小规模集成电路代 替了分立元件，用半导体存储器代替了磁芯存储器，外存储器使用磁盘。软件方面，操作系统 进一步完善，高级语言数量增多，出现了并行处理、多处理机、虚拟存储系统以及面向用户的 应用软件。计算机的运行速度也提高到每秒几十万次到几百万次，可靠性和存储容量进一步提 高，外部设备种类繁多，计算机和通信密切结合起来，广泛地应用到科学计算、数据处理、事 务管理、工业控制等领域。其代表机器有IBM 360 系列、富士通 F230 系列等。 第四代（1971 年以后）是大规模和超大规模集成电路计算机。这个时期的计算机的主要 逻辑元件是大规模和超大规模集成电路，一般称大规模集成电路时代。主存储器采用半导体存 储器，外存储器采用大容量的软、硬磁盘，并开始引入光盘。软件方面，操作系统不断发展和 完善，同时发展了数据库管理系统、通信软件等。计算机的发展进入了以计算机网络为特征的 时代。计算机的运行速度可达到每秒上千万次到亿万次，计算机的存储容量和可靠性又有了很 大提高，功能更加完备。这个时期计算机的类型除小型、中型、大型机外，开始向巨型机和微 型机（个人计算机）两方面发展，使计算机开始进入了办公室、学校和家庭。 目前，新一代计算机正处在设想和研制阶段。新一代计算机是把信息采集、存储处理、 通信和人工智能结合在一起的计算机系统，也就是说，新一代计算机由处理数据信息为主转 向处理知识信息为主，如获取、表达、存储及应用知识等，并有推理、联想和学习（如理解 能力、适应能力、思维能力等）等人工智能方面的能力，能帮助人类开拓未知的领域和获取 新的知识。 2．计算机的工作特点 通常所说计算机是电子数字计算机的简称。电子数字计算机是一种快速、自动进行数值计 算和信息处理的计算工具。其主要特点是： （1）计算机能快速计算。计算机是一种可以快速计算的工具，其运算速度的一种直观衡 量标准是用每秒钟执行基本运算操作的次数来表示。现代计算机每秒的运算次数可以达到几十 万次甚至几万亿次，可以完成过去人工无法完成的计算工作。如短期气象预报，人工计算需要 数天甚至更长时间，而用计算机只需几分钟甚至更短的时间即可完成。我国最新研制的曙光 4000 计算机，每秒运算速度可达 3 万亿次。 （2）计算机具有通用性。由于计算机是把任何复杂的信息处理都分解为大量的基本算术 操作和逻辑操作的组合，所以，计算机可以处理任何复杂的数学问题和逻辑问题，不仅对数值 数据，而且可以对非数值数据，如图形、图像、文字和声音等数据进行处理。正因为如此，我 们说计算机不是针对特定计算问题，而是适合各种计算问题的求解。 （3）计算机具有高精度性。计算机由程序控制其操作过程，它根据事先编制的程序自动、 连续地工作，完成预定的计算任务。这可避免人工计算可能产生的诸如疲劳、粗心等所导致的 各种错误，而且机器和算法的设计在理论上可以保证达到任意要求的精确度。 （4）计算机具有逻辑判断能力。逻辑运算与理解判断是计算机基本的功能，也是重要的 功能。计算机的逻辑判断能力能实现计算机工作的自动化，并赋予计算机某些智能处理能力， 从而奠定了计算机作为一种智能工具的基础。正由于计算机具有快速、准确、通用和逻辑判断
功能，决定了它能解决任何复杂的、大运算量的数学问题和逻辑问题。 3．计算机的分类 按计算机的规模和性能，计算机可以分为六大类。 （1）巨型机（Supercomputer）。人们把价格昂贵、功能强大，计算速度在每秒千亿次以 上的计算机叫做巨型机或超级计算机，世界上只有少数几个国家能够生产巨型机。2003 年 12 月上海超级计算中心和曙光信息产业（北京）有限公司共同研制的曙光4000A，是目前国产最 高性能的超级计算机，它由2000 多个 AMD 64 位处理器构成，浮点运算速度达每秒 10 万亿 次。据美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室2003 年 11 月公布的排行，日本 NEC 公司的超 级计算机“地球模拟器（Earth Simulator）”蝉联榜首，运算速度达每秒 35.6 万亿次，美国惠 普为洛斯阿拉莫斯国家实验室制造的超级计算机（ASCI Q）以每秒 l 3.8 万亿次的运算速度列 居第二。 （2）小巨型机（Minisupercomputer）。这是最新发展起来的一种价格相对便宜的小规模巨 型机，也叫桌上型超级计算机。它们由并行的多个微处理器组成。目前这一机型发展迅速，直 接对巨型机提出了挑战。 （3）大型机和中型机（Mainframe）。大型机和中型机的计算速度为每秒几亿到几百亿次， 一般是作为大型计算中心的主机。我国许多部门装备的大型机有IBM4381、IBM ES-9000 等。 （4）小型机（Minicomputer）。小型机的计算速度为每秒几千万到几亿次。它一般为中小 型企事业单位使用，可满足部门性的要求，如DEC 公司的 VAX 机、ALEFA 机等。
（5）个人机（Personal Computer）。个人计算机也叫微型计算机或 PC 机，这是一种面向 个人使用的计算机。微型机的计算速度差别较大，最新的高档微型机的速度可达每秒几亿次。 它是目前最为普遍的计算机。 （6）工作站（Workstation）。这是介于高档微机和小型机之间的机型。它一般都配备有大 屏幕显示器和大容量存储器，而且速度快，通信功能强，主要用于图像处理或计算机辅助设计 等专业领域。 4．计算机系统的组成 一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两部分。 硬件系统就是以实物形式存在的计算机设备，包括运算器、控制器、内存储器、外存储器、 输入/输出设备等。对硬件系统的要求是如何提高计算机的性能和安全性。 软件系统是指各种计算机程序运行时需要的数据及有关文档资料的总称。研究和开发软件 的主要目的是如何管理好计算机，如何使用户更好地使用计算机，如何有效地维护计算机，如 何更好地发挥计算机硬件资源的效能。 计算机系统的组成如图2-1 所示。 2.1.2 计算机硬件系统 硬件是计算机系统的物质基础，硬件系统是指组成计算机的所有电子的、电磁的、机械的、 光的元件和装置。 计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器和输入/输出设备等五个基本部分构成。其中 运算器用于完成算术运算和逻辑运算；控制器用于控制计算机本身的各个部分，使之有条不紊 地工作；存储器用于保存计算方法、原始数据、中间结果和最终结果；输入设备用于把原始数 据、程序及操作命令输入计算机；输出设备用于输出计算机的处理结果和其他一些信息。计算
机系统的硬件结构如图2-2 所示。 图2-1 计算机系统的组成 图2-2 计算机系统的硬件结构 这样的硬件结构就是有名的冯·诺依曼体系结构。计算机的工作过程是：人们首先把操作 指令和原始数据通过输入设备送入计算机的存储器；当计算开始时，指令被逐条送入控制器； 中央处理器（CPU） 内存储器 数据库管理系统 输入设备（键盘、鼠标、图形扫描仪等） 硬件系统 软件系统 主机 外部设备 运算器 控制器 只读存储器（ROM） 随机存取存储器（RAM） 输出设备（显示器、打印机、绘图仪等） 外存储器（硬盘、软盘、磁带、光盘等） 系统软件 操作系统 DOS Windows 98/2000/XP UNIX、NetWare 计算机系统 语言处理系统 编译程序 解释程序 汇编程序 系统服务程序 监控、监测程序 连接编辑程序 连接装配程序 调试程序 Visual FoxPro SQL Server、Oracle 等 应用软件 文字处理程序 表格处理程序 实时控制程序 各种业务处理程序 原始数据 存储器 控制器 运算器 输出设备 输入设备 结果 计算程序
控制器向存储器和运算器发出存数取数命令和运算命令，经过运算器计算并把计算结果传送到 存储器；在控制器的取数和输出命令作用下，通过输出设备输出计算结果。 1．中央处理器 CPU CPU 是微型计算机的核心，它由运算器、控制器和一些寄存器组成。运算器主要是执行 算术运算和逻辑运算；控制器则规定了计算机执行指令的顺序，并根据指令的具体含义，控制 计算机各部件协调地工作。通俗地讲，控制器就是计算机的指挥机关，它指挥计算机各部分的 动作，完成计算机的各种操作。控制器本身也是按指令的要求来实现和指挥其他部件的。指令 是由人编制并输入机器内，以保证计算机正确工作的命令。运算器在控制器的指示下执行各种 操作，如取数、送数、相加、移位等，换句话说，运算器按照控制器发出的一系列命令来完成 上述各种操作。寄存器可以暂存指令和数据。 2．存储器 微型计算机中的存储器按用途和特性可以分为三类：主存储器、辅助存储器和高速缓冲存 储器。 （1）主存储器。微型计算机中主存储器（也叫内存储器）是 CPU 直接访问的存储器，可 存储程序和原始数据，也可以存储计算结果、中间结果等。微型机的内存都是采用大规模集成 电路制成的半导体芯片，这种存储器具有密度大、体积小、重量轻、存取速度较快、使用灵活 等优点。内存储芯片的存储容量指标是字×位，这里的“字”表示一个芯片内存储的字数，“位” 表示芯片上每个字的位数，如芯片容量为1K×8，它表示该芯片上可存储 1K 字节，每个字节 为8 位。若用这种芯片组成 2KB 的存储器（2048 个字节），则需要两个这样的芯片并联组成。 主存储器一般可分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM），前者中的数据只能被 读取，后者中的数据可被读取和重写。 （2）辅助存储器。辅助存储器也叫外存，其特点是容量大、价格低、速度慢。最常用的 辅助存储器有软磁盘存储器、硬磁盘存储器以及光盘存储器等。 软磁盘存储器是一种磁表面介质存储器，它包括软盘驱动器和软盘。软盘由可弯曲的柔软 塑料圆盘作基材，上面喷涂一层磁性材料而制成，具有质轻、不易损坏、便于携带的特点。软 盘必须通过磁盘驱动器进行读写。常用的软盘是3.5 英寸盘（简称 3 寸盘）。 硬磁盘存储器是计算机系统中重要的外部设备，它集磁盘驱动器和磁盘片为一体（简称硬 盘）。其存储的方式与软盘相似。随着应用软件的系列化和大型化，硬盘的作用越来越重要， 许多软件都要求有硬盘才能运行。硬盘的盘片是由铝合金制成，盘表面喷涂磁粉以记录信息。 一个硬盘由多个盘片组成，其磁头和盘片封装在一个密闭的空间中，一般用户是不可以拆卸的， 所以也叫固定磁盘。每个盘片与软盘类似，分为若干磁道（也叫柱面，即圆柱面），而每一个 磁道又可分为若干个扇区，一般为17 个扇区或更多一些，每个扇区又可以具体设定保存字节 数，一般在DOS 系统中每扇区设定为 512 字节的结构。这样对于一个具体的硬盘，如果知道 了它的物理参数，即该硬盘有多少个磁头，盘面分为多少柱面，每一柱面有多少扇区及每一个 扇区的字节数，就可以计算出该硬盘实际容量的大小。 光盘存储器是利用激光技术存储信息的计算机外部存储设备。它的基本工作原理是利用光 的强弱来读写数据。光盘存储器按其记录方式一般分为如下两种：一是只读光盘存储器 （CD-ROM），指只能读出光盘片中数据的存储器；二是可改写光盘存储器，指可对光盘片进 行读和写操作的存储器。 光盘存储器与其他存储器相比，具有存储容量大（一张12 厘米的光盘可存储大约 680MB
数据）、记录数据可保存时间长以及安全可靠等优点，但其存取数据的速度目前比硬盘慢。 （3）高速缓冲存储器。因为 CPU 的速度要高于主存储器的存取速度，为了解决数据传输 时的拥堵问题，在CPU 和主存储器之间插入高速缓冲存储器，可以利用 Cache 技术将部分数 据暂存在缓冲存储器中，以提高CPU 的利用率。 3．输入设备 输入设备负责将信息（数据和程序）通过人工键入或磁盘自动输入计算机，常见的输入设 备是键盘、鼠标器、触摸屏等。 键盘是一种向计算机输入数据的基本输入设备，它通过电缆与主机相连，使用舒适方便。 键盘内装有一块低档微处理器芯片，该芯片既可控制键盘工作，还能对键盘进行自检。如果击 键较快而系统的CPU 来不及处理，则键入的内容可以暂时保存在该芯片的缓冲区里（可保存 20 次击键内容）。该芯片的作用是把键盘上的按键动作转换成相应的 ASCII 码并输送给计算机 主机。 鼠标器是一种小巧的人机交互式输入设备，由于其形似老鼠而得名。鼠标器通过专用电缆 与计算机主机连接，当手持鼠标器在平板上滑动时，鼠标器自身的机构可测出滑动的方向和距 离，配合其软件可控制屏幕上的光标移动。它是便利、灵活的人机对话和交互式作图工具，也 是图形操作系统（Windows）必不可少的操作设备。根据鼠标的工作原理可分机械式鼠标器和 光电式鼠标器。机械式鼠标器由机械装置在平板上滑动来定位；光电式鼠标则由光线感应在平 板上的滑动来定位。 4．输出设备 输出设备是负责将计算机加工处理后的结果输出，以供人们查阅和使用的设备。常见的输 出设备有显示器、打印机等。 显示器是显示字符和图形的设备。显示器屏幕上的一个画面称为一帧；每帧有若干条扫描 线，如200 线、512 线等；每线又分为若干个点，形成许多像素。若每个像素用一位二进制数 存储信息，则只能表示该像素是黑还是白；当需要表示每个像素的亮度等级（即灰度）或彩色 时，就得用几位二进制数的存储信息来描述一个像素。如用3 位二进制数，就可以表示 8 个灰 度等级或8 种不同颜色。如果需要 256 种颜色，则每个像素至少需要 8 位（一个字节）二进制 数表示。 显示器有单色显示器和彩色显示器两种。单色显示器又分字符显示器和图形显示器，字符 显示器每屏可显示80 列×25 行字符，每个字符块的大小为 9×14 点，字符块中的字符由 7×9 点组成，能显示（或处理）8 位的 256 种不同编码的字符输出。彩色显示器经过多年来的发展 已经形成了系列化产品，其发展趋势是高分辨率、多色彩的新型显示器。 显示适配器是驱动显示器工作的硬件插卡，它的主要功能是使计算机主机与显示器相互协 调。显示器适配器分为如下几种：
（1）CGA：彩色图形适配器（Color Graphic Adapter），是最早的彩色显示器适配器，适 用于低分辨率的彩色图形显示器。它支持4 种颜色的彩色显示，其图形分辨率为 320×200， 就是说水平方向有320 像素，垂直方向有 200 像素。
（2）EGA：增强图形适配器（Enhance Graphic Adapter），是改进型的彩色图形适配器， 适用于中分辨率的彩色图形显示器。它支持16 种颜色的彩色显示，其图形分辨率为 640×350。
（3）VGA：视频图形阵列（Video Graphic Array），是 IBM 引入的一种新的图形标准，适 用于高分辨率的彩色图形显示器。它支持256 种颜色的彩色显示，其图形分辨率为 640×480。
此外还有超级视频图形阵列（SVGA）、扩展图形阵列适配卡（XGA）等。
计算机常用的打印机有针式打印机（或称点阵式打印机）、激光打印机和喷墨式打印机三 类。目前喷墨式打印机使用最广泛。
（1）激光打印机（Laser Printer）：是一种高质量的非击打式印字输出打印机。激光打印 机采用了激光和电子照相技术，其主要优点是噪声低、质量高。
（2）喷墨打印机（Ink Vapor Printer）：是一种可以使用普通打印纸的非击打式打印机，具 有低成本、低噪声的优点。这种打印机是将墨水通过喷墨管喷射到普通打印纸上实现印字，喷 墨打印机还具有印字质量好等优点。如果把红、绿、蓝三基色的墨水喷头安装在一台喷墨打印 机上，便可以实现彩色图像的打印。
（3）针式打印机（Dot Matrix Stylus Printer）：是利用钢针撞击色带和记录纸，从而用点 阵组成字符图形的一种打印机。其特点是运行可靠、操作简单、耗材价格低廉，但速度慢、噪 声大。按打印头钢针的多少，分为9 针打印机和 24 针打印机。 汉字打印有两种方式：一种方式是打印机直接接收汉字图形（字形），按图形方式打印， 如EPSON LQ100 打印机；另一种是打印机本身存储有汉字点阵字库，计算机只需传递汉字内 码到打印机，由打印机转换为汉字字型打印，如EPSON LQ1600K 打印机。第一种方法的打印 机简单、造价低、打印速度慢，第二种方法的打印机需配置汉字库、成本高、打印速度快。 2.1.3 计算机软件系统 计算机软件是计算机程序、程序所使用的数据以及有关的文档资料的集合。软件的作用在 于确定计算机做什么以及如何做。从用户的角度来看，软件是用户与硬件之间的使用界面。为 了让计算机完成某种处理或计算，用户必须编制软件或程序来指定硬件所应采取的动作或算 法。软件的发展使计算机的应用领域变得非常宽广，也使用户能够更方便、更有效地使用计算 机硬件资源。 根据计算机软件的总体结构和表现形式，软件一般可分为系统软件和应用软件两大类，它 们之间的关系如图2-1 所示。 系统软件是直接控制和协调计算机、通信设备及其他外部设备的软件。这类软件一般紧靠 硬件，是用户与计算机之间的第一层界面。它们与具体应用无关，只是在系统一级提供服务。 操作系统就是典型的系统软件。 系统软件中还包括语言处理程序（如把汇编语言转换为机器语言的汇编程序，把高级语言 转换为机器语言的编译程序或解释程序）、作为软件研制开发工具的编辑程序、调试程序、装 配和链接程序、测试程序，以及适应事务处理需要的数据库管理程序等。 应用软件是直接完成某种具体应用的软件。这类软件的范围最广，产品最多，从简单的工 资管理程序到某一单位的管理信息系统，都是应用软件的范畴。应用软件一般是供最终用户使 用的，如图形软件、文字处理软件、财会软件、计划报表软件、辅助设计软件、程序开发软件 及模拟仿真软件等。
1．操作系统（Operation System，简称 OS）
操作系统是控制和管理计算机硬、软件资源，合理组织计算机工作，并为用户使用计算机 提供服务的软件。计算机系统中各部件之间相互配合、协调一致的工作是靠操作系统的统一控 制和管理才能得以实现的，同时它又是用户与计算机硬件之间的重要界面。任何一个用户都不 可能直接操纵计算机硬件，而是通过操作系统来使用计算机。
微型计算机的操作系统以前是使用命令执行方式的 DOS，目前使用的基本上都是微软公 司生产的图形界面的 Windows。操作系统因用户个数、处理方式、所处环境的不同有各种不 同的特点。通常有如下类型： （1）单用户操作系统。单用户操作系统指支持一个用户作业的操作系统，这个用户独占 计算机系统的全部硬、软件资源，一般作为微型计算机操作系统。单用户操作系统还分为单任 务和多任务两类，现在单用户操作系统几乎都具有多任务的处理功能。 （2）分时操作系统。即多用户操作系统，它是一种允许多个联机用户同时使用一台计算 机（通常称作主机）的操作系统，主机的CPU 按照预先分配给各个终端的时间片轮流为各个 用户服务，即各个联机用户终端在各自的时间片内占有 CPU，分时共享计算机系统的资源。 分时系统具有交互会话的功能，可以随时进行人机对话。当用户不是太多时，用户感受不到分 时，每个用户就像是自己独占整台计算机一样。常见的分时操作系统有UNIX 等。 （3）实时操作系统。实时操作系统是一种时间性强、反应迅速快的操作系统，是对外部 输入的信息在规定的时间内能处理完并输出结果的系统。对它的要求一个是实时性，一个是可 靠性。此类系统多用于实时控制和自动控制系统中，如订票系统，当接到各售票窗口发来的订 票信息后，能即时检索出是否还有旅客要订的票，并给出回答。 （4）网络操作系统。前面介绍的三种操作系统，都是控制和管理一台计算机工作的，而 网络操作系统是用来管理连接在计算机网络上的多个计算机的操作系统。它是比单机操作系统 更高一级的系统软件。 2．计算机程序设计语言与开发工具 程序设计语言用来书写计算机可以执行的程序。由于计算机不能识别人类的自然语言(只 能够接受和处理二进制代码所表示的数据)，所以为了实现对计算机的有效控制，人类发明了 各种计算机程序设计语言来编制程序。常用的计算机程序设计语言如下： （1）机器语言。机器语言是直接用二进制代码指令表达的计算机编程语言，它可被计算 机直接识别和执行。由于每条语句都是一条二进制形式的指令代码，故执行速度快、效率高。 但是人阅读困难，编程烦琐，容易出错，而且不能移植。 （2）汇编语言。汇编语言用能够反映指令功能的助记符表示二进制形式的指令代码，它是符 号化的机器语言。汇编语言程序虽然比机器语言程序直观，也比较容易编写和修改，但是汇编语 言程序在计算机上不能直接运行，必须用特殊的翻译程序把它翻译成机器语言后，计算机才能够 执行。这个翻译过程就叫做汇编，原来的程序叫做源程序，汇编后的程序叫做目标程序。 （3）高级语言。高级语言的描述方法接近于人们的自然语言和数学语言，是自然语言化 的计算机程序设计语言。目前计算机高级语言有许多种，如FORTRAN、PASCAL、C、PROLOG、 BASIC 等。高级语言直观方便，但是高级语言也不能在计算机中直接运行，必须翻译成机器 语言后计算机才能够识别。高级语言一般有两种翻译方法：一种是编译，另一种是解释。编译 是把源程序先翻译成目标程序，以后再执行目标程序；而解释是边翻译，边执行，逐句完成。 （4）第四代语言（4GL）。第四代语言是为降低程序开发工作难度和提高程序开发效率而 设计的通用语言。用第四代语言编写程序时，往往只要用类似于自然语言的交互方式描述用户 的信息处理需求，编写出来的程序是非过程化的，即程序指令只要告诉计算机需要“做什么”， 而不必详述“怎么做”的具体细节，这使得非计算机专业的用户无须借助技术人员的力量也能 够自行开发所需的应用软件。第四代语言开发工具往往包括一些可以直接为最终用户使用的软 件包，为用户提供一个功能强大且方便使用的软件开发环境。如某些数据库系统的查询语言和
一些应用软件包的宏语言就具有第四代语言的特征。由于第四代语言易学易用、开发速度快、 效率高、便于维护等特点，它将成为管理信息系统开发的一个重要途径。 （5）面向对象的程序设计语言。这是 20 世纪 80 年代以来新发展的程序设计语言，它不 同于以往的高级语言将数据与对数据的操作相分离，而是将它们合成为对象。对象包含数据和 对数据的操作，这样的对象可以重用，从而大大提高编程效率。目前应用最为广泛的面向对象 语言是C++和 Java，在管理信息系统的开发中也常有应用。 （6）标记语言。由于 Internet 的风靡全球，标记语言也开始引起人们的注意，其中超文 本标记语言HTML（Hyper Text Markup Language）应用最为广泛，它已经成为 Web 的通用语 言；几乎所有的Web 页面都是用 HTML 编写的。HTML 简单易学、简明紧凑，能够对文字、 图表以及图像、声音、动画等多媒体数据进行统一处理。但是HTML 中表示文件格式的标签 集是固定的，在处理许多需要专门格式的文件（如数学公式和化学分子式等）时显得无能为力。 这就促使人们进行进一步的研究，从而产生了可扩展标记语言 XML（Extensible Markup Language）。XML 侧重于数据本身，它的标签集不是固定的，用户可以根据自己的需要定义任 何一种标签来描述自己文档中的数据元素，它的出现使网上的信息查询、数据交换更加便利， 有助于人们更加有效地利用网络。 （7）开发工具。随着人们对信息处理能力的要求越来越高，以及以计算机为代表的现代 信息技术迅速地应用到社会生活的各个角落，社会对各种软件的需求也日益紧迫。为了满足这 种需求，各个软件厂商都在争先恐后地开发新的软件开发工具。软件开发工具以计算机自身处 理信息的强大能力为基础，在软件开发的各个阶段，对软件开发的各个方面提供各种帮助，是 软件工作人员必须具备的重要技术手段。软件开发工具的概念大致可以描述为：在高级程序设 计语言（第三代语言）的基础上，为提高软件开发的质量和效率，从规划、分析、设计、测试、 成文和管理各方面，对软件开发者提供各种不同程度的帮助的一类广泛的软件。 对于软件开发工具这个概念可以从以下几个方面来理解：它是在高级程序设计语言（第三 代语言）之后，软件技术进一步发展的产物；它的目的在于在开发软件过程中给予人们各种不 同方面、不同程度的支持或帮助；它支持软件开发的全过程，而不是仅限于编码或具他的特定 工作阶段。 目前，在市场上就有很多开发工具以满足不同的开发要求。除了功能较全的集成化开发工 具PowerBuilder、Visual Basic、Delphi、InterDev 等，还涌现出了一批专用开发工具，比如网 页制作工具Dreamweaver、Fireworks、FrontPage、HomePage 等；多媒体制作工具 Authorware 等；基于网页的开发工具ASP（Active Server Pages）、 JSP（Java Server Pages）、 PHP（Personal Home Page）以及计算机辅助软件工程（Computer Aided Software Engineering，简称 CASE） 工具 Rational Rose 等。 3．数据库管理系统 数据库管理系统是专门对数据记录进行综合管理的软件，对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。许多数据库系统都提 供了功能强大的数据库操作语言和应用开发工具，可直接用来开发信息处理和数据管理应用系 统。数据库管理系统是信息系统的主要技术基础，本书将在下一节作专门介绍。 4．应用软件 应用软件是直接面向最终用户的具体应用的软件。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，用于满足用户对计算机应用的各种具体要求。由于计
算机应用领域十分广泛，因此应用软件的种类很多，但总体来看，应用软件主要分为两大类。 （1）通用应用软件（包）。它是指提供某些通用信息处理功能的商品化软件。这种软件对 某类应用具有通用性，因此可以被许多具有此类应用需求的用户所使用。通用应用软件一般具 有较强的通用性，所提供的功能或处理往往可以选择、设置和调配，便于用户可以灵活地配置 软件以满足其特定的需求。例加文字处理软件、表格处理软件、数值统计分析软件、财务核算 软件、人事档案管理软件等都是通用应用软件。通用应用软件一般是由计算机软件开发商开发 的商品化软件，用户购买这类软件后，要经过一定的配置过程才能满足用户的特定要求。某些 大型、复杂的通用应用软件要由专业技术人员进行安装、配置和调试，而大多数通用应用软件， 特别是微型计算机的应用软件，其安装和调配往往是由最终用户经过简单的培训就可以进行 的，他们只要按照软件说明书的要求输入所需的基础数据就可以直接应用于具体业务了。例如， 用户购买了财务核算软件包后，只要先用软件中的建账功能设置各级各类科目，建立起账户， 然后就可以输入记账凭证，进行电算化的财务管理了。 （2）专用应用软件。有时也被称为用户定制软件。在许多应用场合中，用户对数据处理 的功能需求具有很大特殊性，通用软件不能满足。在这种情况下，就要由专业人员采取管理信 息系统开发的方法与技术，为用户单独开发具有特定功能的专用应用软件。 通用软件大多是面向广大用户的商品化软件，而专用软件往往是定点开发，用户数和应用 范围比较小，但通用应用软件与专用应用软件的区别并不是绝对的，只是通用性与专用性的程 度不同而已。通用软件也要通过配置过程实现用户的具体功能需求，同时还提供一些特殊的专 用功能以扩大其应用范围；而专用软件往往也有许多通用性考虑，以适应应用环境的调整与变 化，并且可能随着应用对象的增加和范围的扩大而发展成为通用软件。
2.2 计算机网络技术
2.2.1 计算机网络概述 随着时代的发展，人们对更复杂的信息处理手段的需求增长得很快，而计算机技术和通 信技术的发展与融合，为解决这些需求提供了可能，计算机和通信技术结合的产物便是计算 机网络。 从广义上说，计算机网络是地理上分散的多台独立自主的计算机遵循约定的通信协议，它 通过软、硬件互联以实现交互通信、信息交换以及资源共享的目的。它出现在20 世纪 50 年代， 至今虽然发展时间不长，但是发展很快，经历了从简单到复杂、从单个局域网通信到全球网络 互联的发展过程。如今，计算机网络已成为人们社会生活、工作、经济、贸易等各个方面不可 缺少的重要组成部分。从应用的角度来看，计算机网络主要有如下几个方面的作用： （1）远程的资源共享。许多机构都有一定的计算机在运行，这些计算机的地理范围可能 相距甚远，最初每台计算机都独立工作，但是管理部门可能需要将这些计算机连接起来，以获 取和核对整个公司的信息。通过计算机网络，可以让网络上的用户，无论他处在何方，也无论 资源的物理位置，都能够在计算机间进行文件传送，使用远程计算机上的数据以及运行或设置 程序等，从而取得很好的经济效益和社会效益。 （2）网络间的通信和合作。现代社会信息量激增，信息的交换也日益增多，每年有几百 万吨信件要快递。利用计算机网络传递信件是一种全新的电子传递方式，它与现在的通信工具相比有很多优点，它不像电话，对话者需直接同时连接；也不像广播系统只是单向地传递信息； 更不像信件，它几乎是即时地通过网络传递到接收者。电子邮件在办公室自动化以及提高人们 的工作效率上有着十分重要的作用。 （3）提高计算机的可靠性和可用性。提高可靠性表现在计算机网络中各台计算机可以通 过网络彼此互为后备机，一旦某台计算机出现故障，那么其任务可以通过其他计算机代为处理， 避免了单机在无后备机使用的情况下由于计算机故障导致的系统瘫痪的现象，这样就大大地提 高了可靠性。 提高可用性在于当网络中某台计算机负载过重时，网络可将新的任务转交给网中较空闲的 计算机完成，这样就可以均衡各台计算机的负载，提高了每一台计算机的可用性。例如，在军 事、银行、航空、交通管制、核反应堆安全设备和其他许多的应用中，提高可靠性和可用性是 极其重要的。 （4）易于分布处理。在计算机网络中，各用户可根据情况合理选择网内资源，以就近、 快速地处理。对于较大型的综合问题，通过一定的算法将任务分交给网络中的计算机，达到分 布处理的目的。这样就可以利用网络技术将多台计算机连成具有高性能的计算机系统，以共同 完成对一个复杂问题的处理，这就是当今称之为协同式计算的一种网络计算方式。 2.2.2 网络的拓扑结构与分类 1．计算机网络的拓扑结构 为进一步分析网络单元彼此互联的形状与其性能的关系，采用拓扑学中一种研究与大小形 状无关的点、线特性的方法，把网络单元定义为节点，两个节点间的连线称为链路。这样，从 拓扑学观点看，计算机网络则是由节点和链路组成的。 网络节点和链路的几何位置就是网络的拓扑结构。网络中共有两类节点：转接节点和访问 节点。节点计算机、交换机和终端控制器等属转接节点，它们在网络中只是转接和交换传送的 信息；主计算机和终端等是访问节点，它们是信息交换的源节点和目标节点。 通信子网的拓扑类型较多，主要有以下六种：星型、树型、环型、总线结构、全部互联和 不规则型，如图2-3 所示。 图2-3 网络的拓扑结构 （a）星型 （b）树型 （c）环型 （d）总线结构 （e）全部互联 （f）不规则型
（1）星型。图 2-3（a）所示是星型结构。星型的中心节点是主节点，它接收各分散节点 的信息再转发给相应节点，具有中继交换和数据处理功能。星型网的结构简单，建网容易，但 可靠性差，中心节点是网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。 （2）树型。树型网络是分层结构，适用于分级管理和控制系统中。与星型结构相比，由 于通信线路总长度较短，故它的成本低，易推广，但结构较星型复杂。网络中除叶节点（图 2-3（b）中标有数字 1、2、3 和 4 的各节点）及其连线外，任一节点或连线的故障均影响其所 在支路网络的正常工作。 （3）环型。网络中节点计算机连成环形，就成为环型网络，如图 2-3（c）所示。环路上， 信息单向从一个节点传输到另一个节点，传输路径固定，没有路径选择问题。环型网络实现简 单，适用于传输信息量不大的场合。由于信息从源节点到目的节点都要经过环路中的每个节点， 故任何节点的故障均导致环路不能正常工作，可靠性较差。由于环型网络具有结构简单、容易 实现、无路径选择和建网投资少等优点，使它在多机系统和局部计算机网络中占有重要地位， 是使用较多的结构。 （4）总线结构。如图 2-3（d）所示，总线结构中，各节点通过一个或多个通信线路与公 共总线连接。总线型结构简单、扩展容易。网络中任何节点的故障都不会造成全网的故障，故 相对上述几种结构可靠性高。 （5）全部互联。如图 2-3（e）所示，网络中任意两节点间都有直接通路相连，故通信速 度快，可靠性高；但建网投资大，灵活性差，适用于对可靠性有特殊要求的场合。 （6）不规则型。网络中各节点的连接没有一定的规则，一般当节点地理分散，而通信线 路是设计中主要考虑因素时，采用不规则型网络，其结构如图2-3（f）所示。 上述结构中，星型和树型均属集中控制方式，它们的主要缺点是可靠性差，主节点的故障 会导致全网瘫痪。环型和总线型主要使用分布式控制方式，在局域网络中多被采用。不规则型 网络则主要用在远程网络中。如何确定网络的拓扑结构，这是网络设计中首要考虑的问题，需 根据应用场合、任务要求和费用等诸因素综合分析比较后确定。 2．计算机网络的分类 计算机网络可以按照不同的方法进行分类。 （1）按地域范围划分，主要有局域网、城域网和广域网三类。局域网是指传输距离在 0.1～ 10km，传送速率在 1Mbps～10Mbps 的范围较小的一种网络。局域网是计算机网络发展最快的 一个分支，经过20 世纪 60 年代的技术准备、70 年代的技术开发和 80 年代的商品化阶段，现 在已在企事业单位的计算机应用中发挥着重要作用，目前正朝着多平台、多协议、异机种方向 发展，数据速率和带宽也在不断提高；城域网则是在局域网上的扩展，它的区域范围相比局域 网要大，通常指的是一个城市范围内的区域；广域网从广义上讲是指将远距离的网络和资源连 接起来的任何系统，它一般有相距较远的局域网通过公共电信网络互联，提供跨国或全球范围 的联系。 （2）按拓扑结构划分，可分为总线型、星型、环状、网状网等。 （3）按交换方式划分，可分为电路交换网、分组交换网、信元交换网、帧中继交换网等。 （4）按网络协议划分，可分为 TCP/IP、SNA、SPA/IPX、AppleTalk 等。 （5）按网络数据传输和系统的拥有者划分，可分为专用网和公用网。公用网由电信部门 组建，一般由国家和政府部门控制和管理；专用网则由某部门或公司组建。
2.2.3 通信传输介质与网络设备 1．通信传输介质 通信传输介质是通信系统中发送端与接收端之间的信道通路，主要有以下几种。 （1）双绞线。双绞线是指按一定规则螺旋缠绕在一起的两根绝缘铜线，它是最传统、应 用最普遍的传输介质，如电话线。两条线绞扭在一起的目的是为了减少导线之间的电磁干扰。 双绞线的线路损失大，传输速率低，并且抗干扰能力较弱，但由于其价格便宜，易于安装实现 结构化布线，传输数字信号的距离可达几百米，因此在局域网中应用得很普遍。 （2）同轴电缆。同轴电缆由内外两条导线构成，内导线是单股粗铜线或多股细铜线，外 导线是一条网状空心圆柱导体，内外导线之间隔有一层绝缘材料，最外层是保护性塑料外皮。 同轴电缆可以在较宽的频率范围内工作，抗干扰能力强，传输距离可达几公里，在计算机网络 中被广泛采用。 （3）光导纤维（光纤）。光导纤维是由高折射率的细玻璃或塑料纤维外包低折射率的外壳 构成。其基本工作原理是：在发送端通过发光二极管将电脉冲信号转换成光脉冲信号，在光纤 中以全反射的方式传输，在接收端通过光电二极管将光脉冲信号转换还原成电脉冲信号。 由于光波的频率范围很宽，所以光纤具有很宽的频带，光可以在光纤中进行几乎无损耗的 传播，因此可以实现远距离高速数据传输；此外，由于是非电磁传输，无辐射，光纤的抗干扰 能力强，保密性好，误码率低。但光纤传输系统价格较贵（尽管光纤本身并不贵，但光端设备 复杂），因此一般用作网络通信的主干线。 （4）微波。微波是利用高频无线电波在空气中的传播进行通信，发送站将数据信号载波 到高频微波信号上定向发射，接收站将信号下载进行接收处理或转发。微波是直线传播的，具 有高度的方向性，因此传输距离要受到地球表面曲率所造成的视线距离的限制。如果传输超过 一定距离（最长不能超过50 公里），就要通过中继站进行接力传输。 微波传输频带较宽，成本比同轴电缆和光纤低，但误码率高。微波传输安装迅速、见效快， 易于实现，是在不能铺设线路条件下的远程传输、移动网络通信等场合中最经济、便利的通信 手段。 （5）卫星通信。卫星通信是利用地球同步卫星做微波中继站进行远距离传输。地球同步 卫星位于地面上方36000 公里的高空，其发射角度可以覆盖地球的 1/3 地区，三颗同步卫星就 可以覆盖整个地球表面。通过同步卫星上的转发设备，将来自地面的微波信号发送给所覆盖的 区域并转发给其他同步卫星。因此传输距离不受视线距离的限制，可以发送给全球任何一个区 域。卫星通信传输的突出特点是，具有一发多收的传输功能，覆盖面积大，传输距离远，并且 传输成本不随传输距离的增加而提高，特别适合于广域网络远程互联。但卫星通信成本高，传 播延迟较长，并且存在安全保密等方面的问题。 2．网络设备 （1）局域网的主要通信设备。局域网的主要通信设备有网卡、中继器、集成器、路由器等。 1）网卡（NIC，Net Interface Card）。网卡是将各计算机连接成网络的接口部件，是网络 接口卡，又称网络适配器。使用时插在服务器和客户机的主板扩展槽中，通信线路通过它与计 算机相连接。网卡的功能是将计算机数据转换成能在通信介质中传输的信号。
2）服务器（Server）。服务器本身是一台功能强大的计算机。它可由高档微机、工作站或 专门设计的计算机（专用服务器）充当。
服务器的功能是为网络上的其他计算机提供信息资源。按照服务器在网络中所起的作用又可 分为文件服务器、打印服务器、通信服务器等。文件服务器可提供大容量磁盘存储空间，为网上 各微机用户共享；打印服务器负责接收来自客户机的打印任务，管理安排打印队列和控制打印机 的打印输出；通信服务器负责网络中各客户机对主计算机的联系，以及网与网之间的通信等。各 类服务器主要是提供各种网络上的服务，并实施网络的各种管理，一般不作用户的操作使用。 3）客户机（Client）。客户机是网络中的用户使用的计算机。它可使用服务器所提供的各 类服务，从而提高单机的功能。它是用户直接操作的网络的一端。 4）传输介质。传输介质也称为通信介质。网络中的数据信息可通过两类传输介质来传输。 一类是有线传输介质，在局域网中常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光缆。另一类是 无线传输介质，即微波、红外线、激光等。从网络的发展趋势来看，网络上使用的传输介质将 会逐渐由有线介质向无线介质的方向发展。 5）中继器（Repeater）。中继器用于同一网络中两个相同网络段的连接。它对传输中的数 字信号进行再生放大，用以扩展局域网中连接设备的传输距离。 6）集线器（Hub）。集线器用于局域网内部多个工作站与服务器之间的连接，可以提供多 个微机连接端口。在工作站集中的地方使用集线器，便于网络布线，也便于故障的定位与排除。 集线器还具有再生放大和管理多路通信的能力。 （2）广域网的常用设备。广域网中的常用设备有调制解调器、网桥、路由器、网关等。 这些设备的概况介绍如下： 1）调制解调器（Modem）。若计算机要利用电话线联网，可使用调制解调器连接。其功 能是将计算机输出的数字信息转换成可在远程通信线路上传输的模拟信号，并能将从通信线路 上接收到的模拟信号转换成数字信息传送给计算机。 2）网桥（Bridge）。网桥是用于较低层的网络连接设备，主要用来连接两个同类网络，也 可用来连接不同协议网络或不同拓扑结构的网络。 网桥可将一个网的帧格式转换为另一个网的帧格式而进入另一网中。网桥的操作在网络数 据链路层进行。网桥可以将大范围的网络分成几个相互独立的网段，使得某一网段的传输效率 提高。各网段之间还可以通过网桥进行通信和访问。 3）路由器（Router）。路由器是属于比网桥高一层的网络间连接设备。它不仅具有网桥的 功能，还具有路由寻址、数据转发及数据过滤的功能。它能在复杂的网络互联环境中建立非常 灵活的连接。 路由器工作在网络层，它在接收到数据链路层的数据包时，都要拆包，查看网络层的 IP 地址，确定数据包的路由，然后再对数据链路层的信息打包，最后将该数据包转发。路由器实 际是一台计算机，它的处理功能程序固化在硬件中，以提高对数据包的处理速度。也可用一台 带有两个以上网卡的普通计算机配上相应的软件来实现路由器的功能。 4）网关（Gateway）。网关是与规模更大的不同操作系统的网络进行连接时使用的设备。 网关不仅具有路由器的全部功能，还能进行不同协议的转换。 利用网关可将局域网连接到广域网上（如连到 Internet 上），从而使用户省去与大型计算 机连接的接口设备和电缆，却能共享大型计算机的资源。 2.2.4 典型的计算机网络应用 随着互联网的发展，网络已开始使人们能跨跃时间和空间的限制，成为人们随时随地获取
信息的重要手段。随之，计算机网络的应用也有了进一步的发展。网络从传输单一的正文数据， 发展为传输语音和视频数据，以及集成声、文、图、像的多媒体传输；从传统的点到点交互， 发展到单点到多点交互，实现如视频广播和远程教育的应用，进而发展到多点到多点间的交互 应用，如计算机视频会议系统；从集中控制结构发展到分布控制结构，并进一步发展到联邦（具 有不同管理域）控制结构；从传统的没有服务质量要求的服务模式，发展到具有服务质量保证 的服务模式——高性能网络服务。 高传输速率、高带宽、高服务质量（传输正确性、传输安全性、可靠性）是高性能计算机 网络的重要指标，也是21 世纪计算机网络发展的主要方向。为此，网络的发展，将会要求和 带动如下网络技术的发展和应用。 1．综合业务数字网（ISDN）技术
ISDN（Integrated Service Digital Network）是全数字的通信网。由于现有电话网一般是模 拟网或模拟数字混合网，其传输速率低，最高仅56kbps（bits per second，位/秒），不能传输多 媒体信息。ISDN 支持文字、语音、数据、图形、活动图像的通信，可以实现全数字化的信息 传输，是今后一段时间内多媒体通信的基本传输手段。随着对高清晰度电视和高速率业务的要 求，光纤传输发展为宽带 ISDN，即 B-ISDN。它利用光纤做传输介质，采用异步传输模式， 其传输速率从150Mbps 到 10Gbps，可支持多种媒体通信业务，满足多媒体通信对网络总带宽 的要求，是实现多媒体有效通信的基本条件。由于ISDN 技术上的成熟、稳定性和使用的经济 性，已成为中小商业用户和家庭用户最经济、快速的数字接入互联网技术。 2．高速交换网技术 利用网段微化技术，通过在网段间建立多个并行连接，提供单独网段上的专用频带，有效 地提高了网络的吞吐量，提高了传输效率。交换技术是计算机网络的核心技术。采用新的交换 方式，变集中交换为分布交换、多层交换（三层交换和高层交换）；使用高速交换设备，如光 交换机等，以提高网间交互速度。 3．宽带网技术 宽带网能实现高速上网，且在一条线路同时支持语音、数据和视像等多种业务服务的网 络。宽带网技术将从根本上改变全球范围信息传播手段。随着高容量光缆、数字交换机、卫 星通信链路等世界范围的公共通信基础设施的建立，可在全球范围内高速、有效地传输多种 类型的信息。 （1）异步传输模式 ATM。ATM 是一种能同时满足文字、图形、图像、音频、视频等传 输要求的技术，具有高速、大容量、实时等特点，真正实现无缝地高速传送多媒体信息。 （2）电缆调制解调器。电缆调制解调器产品正逐渐成熟，电缆局部网已开始步入家庭和 中小型企业，通过电缆插头可以方便地将有线电视直接接入因特网。 （3）10G 位以太网。为适应网络数据流量的迅速增加，2000 年初，美国电气和电子工程师 学会IEEE（Institute for Electrical and Electronic Engineers）进行了 10G 位以太网的开发，并发布了 10G 位以太网的 802.3ae 标准规范。10G 位以太网不仅具有很高的带宽（传输速率达 10 亿位/秒， 即 10Gbps），且扩展了网络范围，使其超越局域网，进入广域网或城域网范围。此外，实时影视 点播、远程医疗、远程教育和虚拟专用网等应用也需在宽带网发展的基础上实现。 4．网络标准化 网络标准化是时代的要求。国际标准化组织（ISO）在这方面做了大量的工作，其开放系 统互连参考模型（OSI/RM）是标准化的基础，随着宽带网、光纤骨干网、移动通信和无线通
信等技术的应用和发展，新的标准也不断产生宽带标准化生产的产品，具有互联方便、可维护 性好等优点。
5．移动通信技术
笔记本电脑和智能手持设备SHD（Smart Handheld Device）的发展，使得对移动无线网的 要求日益增加。将固定综合宽带网通信业务用于移动环境中，采用新技术，提高数字传输速率， 实现个人终端用户能在全球范围内的任何时间、任何地点与任何人用任何方式高质量地完成任 何信息的移动通信与传输。预计，至 2010 年可实现 2Mbps～20Mbps 的传输速率，最高达 156Mbps，2020 年将最高达 600Mbps，最终实现人类通信的梦想——无线信息高速公路。 6．全球智能网的构筑 全球智能网的构筑，即把全球局域网与Internet 融为一体，处理亿万个连接点，提供智能 服务，包括确认网上用户身份、位置、需求和服务方法等。网络提供优良的可访问性和广泛的 兼容性，是用户的智能助手。用户可在任何时候、任何地点访问网络，网络具有自动故障检测、 诊断和排除功能。 7．复播技术 传统的网络应用局限在两台计算机之间进行相互操作。目前，一些新的应用，如网络电视、 视频会议、协同计算等，它们均需在一组计算机之间进行通信，即多点通信。采用复播技术， 打破传统的广播方式，实现信包投递信包组方式，即把同样信息复制多次，投递到组内每一个 要接收此信息的成员。 8．宽带接入技术 Internet 时代的到来，使人们对信息的要求比以往任何时候都强烈。局域网、小型办公室 以及家庭用户都迫切要求快速接入Internet，这即是“最后一公里接入技术”。传统的公用电话 网通过Modem 拨号上网的最高传输速率为 56kbps，已远远无法满足人们快速上网的要求。随 着信息技术的发展，特别是多媒体信息需求的提高，促进了宽带化、数字化接入技术的研究， 并有了极大的发展。其宽带接入的方式有：有线电视电缆（Cable Modem）接入、电信网接入、 卫星接入、固定无线接入和移动无线接入。其中，卫星接入、固定无线接入和移动无线接入是 今后一段时间内需研究的内容。有线电视电缆接入，由于有线电视网具有频带宽（高达1GHz） 的特点，已被世界各国公认为是“信息高速公路最后一公里”接入具有巨大开发价值的方式， 故有线电视电缆接入技术很有应用前景。
电信网接入中的基于双绞线的不对称数字用户线 ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）接入，由于双绞线用户在全世界占据了全部用户线的 90％以上，充分利用该部分资源， 开发新的宽带业务是中近期接入网发展的重要任务，ADSL 技术是近期有广阔应用前景的接入 技术之一，它将代替传统的Modem 方式，成为家庭和小型商务应用的主流接入技术。随着光 纤价格的不断下降以及企业、家庭用户对宽带要求的不断增长，光纤系统将逐步从骨干网扩大 到接入网。如混合光纤同轴（HFC）接入和基于光纤的无源光网络（PON）方式等，均是光纤 接入技术今后研究的内容。 2.2.5 管理信息系统的运行模式 随着网络的发展，其体系结构按其发展过程，经历了文件/服务器模式、客户端/服务器 （C/S）模式和浏览器/服务器（B/S）模式等阶段。
1．文件/服务器模式 20 世纪 80 年代，个人计算机进入了商用舞台，同时计算机应用的范围和领域也日趋广泛。 这对那些没有能力实现大型机方案的企业来说，个人计算机无疑就有了用武之地。在个人计算 机进入商用领域不久，局域网也问世了，同时也诞生了初期的主机－终端模式，数据处理和数 据库应用全部集中在主机上，终端没有处理能力，这样所有的处理都在主机上执行，这样，终 端用户过多时，主机负担过重，导致处理能力下降。造成了主机瓶颈。 到80 年代以后文件/服务器模式开始流行，在文件服务器系统结构中，应用程序是在客户 工作站上运行的，而不是在服务器上运行的，文件服务器只提供了资源（数据）的集中管理和 访问途径。这种结构的特点是将共享数据资源集中管理，而将应用程序分散安排在各个客户工 作站上。文件服务器结构的优点在于实现的费用比较低廉，而且配置非常灵活，在一个局域网 中可以方便地增减客户端工作站。但是，文件服务器结构的缺点也非常明显，由于文件服务器 只提供对数据的共享访问和文件管理服务，所有的应用处理都要在客户端完成，这就意味着客 户端的个人计算机必须要有足够的能力，以便执行需要的任何程序，或能完成任何必要的任务。 这可能经常需要客户端的计算机升级，否则改进应用程序的功能、提高应用程序的性能等都会 成为一句空话。 另外，虽然应用程序可以存放在网络文件服务器的硬盘上，但它每次都要传送到客户端的 个人计算机的内存中执行。因为所有的处理都是在客户端完成的，网络上就要经常传送大量无 用的数据，使网络的负载过重，又导致了传输瓶颈。 2．客户端/服务器（C/S）模式 虽然文件/服务器结构的费用低廉，但是和大型机的集中式相比，它缺乏足够的计算和处 理能力。为了解决费用和性能的矛盾，客户端/服务器结构就应运而生了。这种结构允许应用 程序分别在客户工作站和服务器（注意：不再是文件服务器）上执行，可以合理划分应用逻辑， 充分发挥客户工作站和服务器两方面的性能。图2-4 示意了客户端/服务器的结构。 图2-4 客户端/服务器的结构 在客户端/服务器结构中，应用程序或应用逻辑可以根据需要划分在服务器和客户工作站 中。这样，为了完成一个特定的任务，客户工作站上的程序和服务器上的程序可以协同工作。 从图2-4 可以看出客户端/服务器结构和文件/服务器结构的区别：客户端/服务器结构的客户工 作站向服务器发送的是处理请求，而不是文件请求；服务器返回的是处理的结果，而不是整个 文件。 当今，客户端/服务器最流行的领域就是数据库应用领域。比较著名的数据库厂商都提供 了支持客户端/服务器结构的数据库管理系统，如 Microsoft 的 SQL Server、Sybase 的 Adaptive Server 和 Oracle 等。
客户机1 客户机2 客户机1 客户机n
服务器 DB
从以上可以看出，大型机集中式结构的所有程序都在主机内执行，而文件服务器局域网结 构的所有程序都在客户端执行，这两种结构都不能提供真正的可伸缩应用系统框架。而客户端 /服务器结构则可以将应用逻辑分布在客户工作站和服务器之间，可以提供更快、更有效的应 用程序性能。 3．分布式模式 早期的客户端/服务器是基于两层结构的，即一层是客户层，一层是服务器层，这样的结 构存在着一些弱点，第一，在网络计算机系统的中心位置不能插接应用程序组件，而在实际的 应用中，很多企业往往需要经常为每个客户机插接一个应用程序，这样就给程序的维护带来很 大的困难，在这种环境下，即使是一些小的修改，也会有很多困难；第二，由于客户机经常要 处理一些敏感的数据，而在非中心化的计算环境中，无法对客户的信息存取进行控制，容易产 生安全漏洞；第三，由于应用程序的业务逻辑存储在客户机上，所以就给客户机带来了沉重的 负担。 为了适应企业应用，又出现了一种新的三层客户端/服务器模式。所谓三层，实际就是在 客户层和服务器层间加入了一个中间层，客户层面向用户，服务器层提供数据服务，中间层面 向商业或企业的需求，它可以是一个方案，通过相应的软件支持。中间层强调的是组件开发， 需要什么功能就通过开发组件提供相应的功能，而不需更改客户端或服务器端。 4．浏览器/服务器（B/S）模式 随着Internet 的发展，分布在全世界各地的各种计算机系统及网络用户全部可以连接起来， 他们可以通过共同的通信协议在不同的网络和操作系统间交换数据。 因此，人们正试图把WWW 上的数据源集成为一个完整的 Web 数据库，从而使这些数据资 源得到充分利用。因此，将Web 技术与数据库技术相结合，开发动态的 Web 数据库应用势在必 行。它是在Web 服务器端提供中间件来连接 Web 服务器和数据库服务器。中间件负责管理 Web 服务器和数据库服务器之间的通信并提供应用程序服务，它能够直接访问数据库或调用外部程序 或利用程序代码来访问数据库，因此它可以提供与数据库相关的动态HTML 页面，或执行用户查 询，并将查询结果格式化成HTML 页面，然后通过 Web 服务器返回给用户的浏览器。
2.3 数据库技术
2.3.1 数据库技术概述 随着数据管理规模的不断扩大，数据量急剧增加，用文件系统来组织和管理数据显露出许 多缺陷。20 世纪 60 年代后期开始，计算机用于信息处理的规模越来越大，应用越来越广泛， 对数据管理技术提出了更高的要求，与此同时出现了内存大、运行速度快的主机和大容量的磁 盘，在这种背景下，以文件系统作为数据管理手段已经不能满足应用的需求，使数据为尽可能 多的应用服务，新的数据管理技术——数据库技术产生了。而数据管理技术进入数据库阶段的 标志是20 世纪 60 年代末发生的三件大事： （1）1969 年，美国 IBM 公司研制并开发了基于层次结构的数据库管理系统——商品化 软件IMS（Information Management System）。（2）1969 年 10 月，美国数据系统语言协会 CODASYL（Conference On Data System Langure）下属的数据库任务组 DBTG（Data Base Task Group），对数据库方法进行系统的研究
和讨论后，发表了关于网状数据模型的DBTG 报告（1971 年通过）。
（3）1970 年，IBM 公司 San Jose 研究实验室的研究员 E.F.codd 发表了题为“大型共享数 据库的数据关系模型”的论文。文中提出了数据库的关系模型，从而开创了关系数据库的研究 领域，奠定了关系数据模型的理论基础。E.F.codd 因此在 1981 年获得了 ACM 图灵奖。 20 世纪 70 年代以来，数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之一，也是应用最 广泛的技术之一，它已经成为计算机信息系统和应用系统的核心技术和重要基础。数据库技术 同时也带动了一个巨大的软件产业产品及其相关工具和解决方案，大量有效的商业化产品正在 各行各业得到广泛应用。 数据库系统克服了文件系统的缺陷，提供了对数据更高级、更有效的管理，数据库系统具 有如下特点： 1．数据结构化 数据结构化是数据库与文件系统的根本区别。 在文件系统中，相互独立的文件的记录内部是有结构的。传统文件的最简单形式是等长同 格式的记录集合。 在数据库系统中，不仅要考虑某个应用的数据结构，还要考虑整个组织的数据结构。这种 数据组织方式为各部分的管理提供了必要的记录，使数据结构化了。这就要求在描述数据时不 仅要描述数据本身，还要描述数据之间的结构。例如一个学校涉及的多种应用，形成复杂的整 体数据结构，如图2-5 所示。 学生基本记录 学号 姓名 性别 年龄 系别 学生人事记录 学生学籍记录 学生选课记录 家庭出身 籍贯 政治面貌 日期 地点 学历 课程号 学号 学分 学生科研记录 学生收费记录 课程记录 日期 项目名称 成果 年份 缴费金额 课程号 课程名称 图2-5 数据结构化 在数据库系统中，数据不再针对某一应用，而是面向全组织，具有整体的结构化。不仅数 据是结构化的，而且存取数据的方式也很灵活，可以存取数据库中的某个数据项、一组数据项、 一个记录或一组记录。 2．数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据不再面向某个应用而是面向整个系统，因此 数据可以被多个用户、多个应用共享使用。数据共享可以大大减少数据冗余，节约存储空间。 数据共享还能够避免数据之间的不相容性与不一致性。 由于数据面向整个系统，是有结构的数据，不仅可以被多个应用共享使用，而且容易增加 新的应用。这就使得数据库系统弹性大，易于扩充，可以适应各种用户的要求。 3．数据独立性高 数据独立性是由 DBMS 的二级映像功能来保证的。数据与程序的独立，把数据的定义从
程序中分离出去，加上数据的存取又由DBMS 负责，从而简化了应用程序的编制，大大减少 了应用程序的维护和修改。 4．数据由 DBMS 统一管理和控制 在数据库系统中，对数据进行统一的管理和控制，数据库系统为用户提供了定义、检索和 更新数据的手段，同时还提供了数据的安全性、完整性和并发控制等功能。 数据库系统中应用程序与数据之间的对应关系如图2-6 所示。 图2-6 数据库系统应用程序与数据之间的对应关系 下面简单介绍数据库系统中的一些常用术语。 （1）数据（Data）。数据是数据库中存储的基本对象。描述事物的符号记录称为数据。描 述事物的符号可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等，数据有多种表现形式， 它们都可以经过数字化后存入计算机。 （2）数据库（DataBase，简称 DB）。数据库是存放数据的仓库。只不过这个仓库是在计 算机存储设备上，而且数据是按一定的格式存放的。 所谓数据库是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据 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 可为各种用户共享。
（3）数据库管理系统（DataBase Management System，简称 DBMS）。数据库管理系统是 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，主要功能有：数据定义功能、数据操纵功能、 数据库的运行管理和数据库的建立与维护功能。 （4）数据库系统（DataBase System，简称 DBS）。数据库系统是指在计算机系统中引入 数据库后的系统，一般由数据库、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。 2.3.2 数据模型 1．信息抽象 信息是人们对客观世界各种事物特征的反映，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过程，这里经过了三个层次的变换，分 别是现实世界、信息世界和数据世界。 （1）现实世界。现实世界是客观存在的事物以及事物间的联系，是由事物本身的性质决 定的。例如学校的教学管理系统中有学生、课程和教师，教师教授课程，学生选修课程等。 （2）信息世界。信息世界是客观存在的现实世界在人们头脑中的反映，是对客观事物及 应用程序1 应用程序2 应用程序n 数据库 DBMS …
其联系的一种抽象描述。它是现实世界到数据世界必须经过的中间层次。信息世界涉及的概念 主要有： 1）实体（Entity）。客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体可以是具体的对象，例 如，一个职工、一个学生、一个部门、一门课；也可以是抽象事件，例如学生的一次选课、部 门的一次订货等。 2）属性（Attribute）。实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻 画。例如，学生实体可由学号、姓名、性别、年龄、系别等属性来描述。属性的具体值称为属 性值，用来刻画一个具体实体。如属性值的组合（020611，李明，男，19，计算机系）就表示 一名学生。 3）码（Key）。唯一标识实体的属性集称为码。例如学号是学生实体的码。 4）域（Domain）。属性的取值范围称为该属性的域。例如，学号的域为 6 位整数，姓名 的域为字符串集合等。 5）实体型（Entity Type）。具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及 其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。例如，学生（学号，姓名，性别，年龄， 系别）就是一个实体型。 6）实体集（Entity Set）。同型实体的集合称为实体集。例如，全体学生就是一个实体集。 7）联系（Relationship）。实体间的联系通常是指不同实体集之间的联系。两个实体型之 间的联系可以分为三类： z 一对一联系（1:1）。设 A、B 为两个实体集。如果对于 A 中的每一个实体，B 中至多 有一个实体与其发生联系；反之，B 中的每一个实体至多对应 A 中的一个实体，则 称A 与 B 具有一对一联系，记为 1:1。例如班级和班长之间具有一对一联系。 z 一对多联系（1:n）。如果对于 A 中的每一个实体，B 中有 n 个实体（n≥0）与之联系； 反之，对于B 中的每一个实体，A 中至多只有一个实体与之联系，则称 A 与实体 B 有一对多联系，记为1:n。例如班级和学生之间具有一对多联系。 z 多对多联系（m:n）。如果对于 A 中的每一个实体，B 中有 n 个实体（n≥0）与之联 系；反之，对于B 中的每一个实体，A 中也有 m 个实体（m≥0）与之联系，则称 A 与实体B 具有多对多联系，记为 m:n。例如课程和学生之间具有多对多联系。 2．数据模型 数据模型是现实世界数据特征的抽象，应满足三方面的要求：一是能比较真实地模拟现实 世界；二是容易为人所理解；三是便于在计算机上实现。不同的数据模型实际上是提供给人们 模型化数据和信息的不同工具。根据模型应用的不同目的，可以将这些模型划分为两类，它们 分属于两个不同的层次：一类是概念模型，另一类是数据模型。 （1）概念模型。概念模型用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象， 是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具，也是数据库设计人员和用户之间进行交流的 语言。 概念模型的表示方法很多，其中最为著名、最常用的是 P.P.S.Chen 于 1976 年提出的实 体—联系（Entity-Relationship Approach）。该方法用 E-R 图来描述现实世界的概念模型。
E-R 图提供了表示实体型、属性和联系的方法。
z 实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。
z 联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同 时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n 或 m:n）。 需注意的是，联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些 属性也要用无向边与该联系连接起来。 下面用E-R 图来表示某学校学籍管理的概念模型。 其中，涉及的实体包括： z 学校：校名，校长名。 z 系部：系名，系主任，联系电话。 z 教师：工号，姓名，性别，职称。 z 学生：学号，姓名，性别，年龄。 z 课程：课程号，课程名，学分。 z 参考书：书号，书名，作者。 这些实体之间的联系包括： z 一个学校有多个系部，因此学校和系部之间是1:n 的联系。 z 一个系部有多名学生，因此系部和学生之间是1:n 的联系。 z 一名学生可选修多门课程，一门课程可被多名学生选修，因此学生和课程之间是m:n 的联系。 z 一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，而每个教师只讲授一门课程， 每本参考书只供一门课程使用，则课程与教师、参考书之间的联系是一对多的。 下面给出该学校的学籍管理E-R 图，如图 2-7 所示。 图2-7 学校学籍管理 E-R 图 （2）数据模型。把现实世界的客观对象抽象成信息世界的概念模型后，需要再把概念模 型转换成为计算机支持的数据模型。数据模型是数据库系统设计中用于提供信息表示和操作手 段的形式构架，是数据库实现的基础。 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）、 拥有 属于 选修 校名 校长名 工号 姓名 性别 书号 书名 作者 1 n 1 n n m 1 m n 成绩 课程号 学分 系名 系主任 联系电话 学号 姓名 性别 年龄 讲授 教师 参考书 学校 系部 学生 课程 职称 课程名
