第3章 信息系统技术基础

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目录

· 1、网络技术基础

o 1.1、计算机网络的概念及发展

o 1.2、网络的分类与拓扑结构

o 1.3、网络设备综述

§ 1.3.1、网络传输设备

§ 1.3.2、网络互联设备

§ 1.3.3、网络中的计算机设备

o 1.4、国际互联网Internet

o 1.5、移动互联网

· 2、数据库基础知识

o 2.1、传统数据文件的存储方式

o 2.2、数据库的存储方式

o 2.3、关系数据模型

o 2.4、E-R图

§ 2.4.1、E-R图的基本概念

§ 2.4.2、E-R图转换为关系数据模型的方法

· 3、信息技术发展情况

o 3.1、大数据

o 3.2、云计算

1、网络技术基础1.1、计算机网络的概念及发展

计算机网络是计算机技术和现代通信技术相结合的产物。

计算机网络概念： 将地理位置不同、具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路连接，利用功能完善的网络软件实现网络资源共享的系统。

计算机网络的组成：

· 通信子网：

由专门负责通信的计算机和高速通信线路等构成，负责为全网提供主机间的通信链路及信息传输工作，实现计算机系统的互联。

· 资源子网

提供网络访问和数据处理能力，使网上用户能够享受资源网上的软、硬件和数据。

网络协议：一种用于网络间相互通信的技术标准，一门大家都公认并遵守执行的“共同语言”；精确地规定了所交换数据的格式和时序。

OSI参考模型：是国际标准化组织ISO于1981年发布的一套理论意义上的开放系统互联模型。它由物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层7个层次组成，简称七层协议。

OSI七层协议的主要功能:

OSI层次	OSI每层的主要功能
应用层	确定进程之间通信的性质及接口，以满足客户的需要
表示层	处理两个通信系统间信息交换的表示方式
会话层	组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换
传输层	向用户提供可靠的端到端的服务，并向高层屏蔽了下层数据通信的细节，数据传输以报文为单位
网络层	提供链接和路由选择，数据传输以分组或包为单位
数据链路层	建立数据链接，保证以帧为单位有效地传输数据
物理层	利用通信介质，提供物理连接，以便接发比特流

TCP/IP协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）:是传输控制协议/网络协议的简称。

TCP/IP层次	TCP/IP每层的主要功能
应用层	向用户提供一组常用的应用协议，以及建立在TCP/IP协议簇上的一些没有标准化的用户应用程序
传输层	提供端到端的进程间通信服务
网际层	使互联的计算机网络进行通信
网络接口层	通过特定的网络进行传输或从特定的网上接收物理帧，抽出某些数据信息交给上层

以太网（Ethernet）协议：规定用无源的电费作为总线来传输数据帧，是最为普遍的局域网。

1.2、网络的分类与拓扑结构

网络分类（按覆盖范围分）：

· 局域网（Local Area Network, LAN）

小范围内计算机、终端和外围设备互联而成的网络

· 城域网（Metropolitan Area Network ，MAN）

几十千米范围内的企业、单位、多个局域网互联而成的通信网络

· 广域网（Wide Area Network， WAN）

地理位置相距较远的多个计算机系统或局域网互联实现数据通信网络

计算机网络拓扑结构：网络终结点与通信线路间的几何关系，反映了网络中各实体间的结构关系。

拓扑结构	说明
星形网络	各结点通过点到点通信线路与中心结点连接。优点是系统结构简单、稳定性好；缺点是一旦中心结点出现故障，整个网络都将瘫痪
总线型网络	一条称为总线的中央电缆连接所有工作站和其他共享设备。优点是系统结构简单、稳定性好；缺点是一旦中心结点出现故障，整个网络都将瘫痪
环形网络	将工作站、共享设备通过电信线路构成一个闭合的环。优点是简化了路径选择，当某个结点发生故障时，不影响其他结点之间的连接；缺点是结点过多从而影响传输速率，而且网络扩充后平均传输效率将更低

1.3、网络设备综述1.3.1、网络传输设备

· 传输介质

数据传输系统中发送装置和接收装置的物理媒体。有线的如：光纤等；无线的如：微波、无线电等。

· 网络适配器（网卡）

计算机、通信控制设备之间通过传输介质进行通信的接口，是将各个结点上的设备连接到网络上的接口部件。

它是基本功能是数据转换、数据包的拆装和网络存取控制等。

· 调制解调器（Modern）

利用信道传递数字信号时使用的远程连接设备。主要功能是数模/模数信号的转换。

1.3.2、网络互联设备

中继器（Repeater）：又称重发器，可放大增强信号。

集线器（HUB）：网络中心设备，可连接多个站点的缓冲设备，相当于多端口中继器

网桥（Bridge）：连接两个同类型局域网，用于转发、存储数据和过滤地址

交换机（Switch）：相当于多端口网桥，可互联多个网段，进行数据帧转发和协议转换

路由器（Router）：实现网络层互联的智能设备

网关：在网络层以上实现网络互连。

注：中继器和集线器是物理层设备。 网桥和交换机是数据链路层设备。路由器是网络层设备。网关是应用层，目前尚无硬件设备。现实中交换机已经取代了HUB和Bridge。

1.3.3、网络中的计算机设备

· 网络服务器（Server）：资源网络中核心设备，含有网络操作系统和数据库管理系统

· 工作站（Client）：连网、有独立运行功能，受网络服务器控制和管理的、共享网络资源的计算机。

1.4、国际互联网Internet

Internet: 是指连接世界各国的计算机设备和网络的系统。 目前最大的计算机网络（ARPnet）

IP地址：Internet上使用的地址。 例：202.112.112.101

域名系统（DNS）:TCP/IP的名字管理机制。 www.ruc.edu.cn

1.5、移动互联网

广义概念：用户可用手机、笔记本等移动终端通过协议接入互联网。

狭义概念：用户使用手机终端通过无线通信的方式 访问采用WAP的网站。

2、数据库基础知识

数据管理技术的发展大致经历了人工管理阶段、文件管理阶段、数据库管理阶段，以及数据仓库与数据挖掘等几个阶段。

2.1、传统数据文件的存储方式

特点：编写的程序和特定的文件紧密相连，文件之间相互独立，缺少整体规划。

存在的问题：数据混乱、数据冗余、程序与文件过分依赖、实用性差。

2.2、数据库的存储方式

数据库存储方式：将数据集中并可减少重复，有效地提供多方面应用的数据组织方式。

数据库系统（Datebase System,DBS）：指数据库（DB）、维护和使用所需的计算机硬件、软件（如DBMS、操作系统等）和使用人员（如系统分析员、程序员、数据库管理员等）的总和。

数据库管理系统（DBMS）的功能：

· 数据定义

用数据定义语言对数据库的结构进行描述。这些定义存储在数据字典中，是DBMS运行基本依据。

· 数据库建立和维护

包括 数据库的初始建立、数据的转换、数据库的转储和恢复、数据库的重组织和重构造以及性能检测分析等功能。

· 数据库操纵功能

用数据操纵语言实现用户对数据库中数据的基本操纵，包括对数据库的检索、插入、更新和删除等。

· 数据库运行管理

包括多用户环境下的事务管理和自动恢复、并发控制和死锁检测、安全性检查和存取控制、完整性检查和执行、运行日志的组织管理等。

· 数据组织、存储和管理

包括数据字典、用户数据、存取路径等。

2.3、关系数据模型

数据模型包括层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型等。其中关系模型是目前最重要的一种数据模型，相应地，基于关系模型的数据库系统称为关系数据库系统。

关系模型：

关系：一个关系对应一个二维表，二维表名就是关系名。

元组：关系的一行（表中的值）即为一个元组。

属性：关系的一列（字段）称为属性。列的值称为属性值。

主码（主关键字）：在一个关系的若干属性中指定一个或多个用来唯一标识该关系的元组，这个被指定的属性或属性组称为该关系的主码。

关系模式：在二维表中的行定义即对关系的描述称为关系模式。一般表示为：关系名（属性1，属性2，属性n）。例上图的关系模型是：学生表（学号，姓名，性别，年龄，图书证号，所在系）

2.4、E-R图2.4.1、E-R图的基本概念

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E-R图：实体-联系模型（Entity-Relationship Approach）。

E-R图的优点：

· 清楚地描述了实体、实体属性及实体之间的关系。

· 存在一定的规律，可以将E-R图转化为关系模型。

实体之间的联系可分为3种：一对一联系（1：1）、一对多联系（1：n）和多对多联系（m：n）

2.4.2、E-R图转换为关系数据模型的方法

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使用E-R图分析工具进行数据库设计主要包括以下几个步骤：

· 描述实体和属性，确定主码

· 按照具体情况，分析出实体和实体之间的联系，确定实体和实体联系的属性

· 绘制E-R图

· 按转化规律，转化为关系文件

3、信息技术发展情况3.1、大数据

4个特点：数据量大（Volume）、数据类型繁多（Variety）、处理速度快（Velocity）、价值密度低（Value）。

影响：在思维方式方面，在数据具有“全样而非抽样、效率而非精确、相关而因果”三在显著特征。

3.2、云计算

云计算的核心理念：服务！

云计算的特征：

· 虚似化 可将各物理资源虚拟成虚拟资源形成资源池

· 弹性 根据用户需求，动态变化自身的计算能力

· 按需服务 用户根据自己需求购买云计算服务

云计算按部署模式分类：

· 公有云

提供的云服务通常遍布整个互联网，费用一般较低，但安全性和隐私性一直受到用户的关注。

· 私有云

针对某个机构量身定制的云。

· 社区云

专为一些相对独立、相互关联的机构服务的。如供应链上的关联企业，业务相互独立，但存在一定联系，需要进行信息的交互与资源协调。

· 混合云

表现为以上多种云配置的组合。

云计算按服务对象分类：

· 软件即服务（SaaS）

Soft as a Service,用户只需要利用终端设备即可便捷地使用云计算服务，而无需关心服务的软硬件运行、维护与管理过程。

· 平台即服务（Paas）

Platform as a Service,用户应具备一定的信息技术水平，通过为用户提供一种互联网应用程序的接口和平台，免去用户在平台构建、硬件维护和服务兼容性等方面的困扰。

· 基础架构即服务（IaaS）

Infrastructure as a Service，利用虚拟化技术、自动化技术和服务器模板技术，将CPU、内存、存储、操作系统及相关软件以远程计算服务的方式提供给用户。

IaaS将上述资源虚拟化为资源池，能够为网络环境下的用户提供所需的计算资源、存储资源及网络资源等。