1、第三章 治理信息系統平臺的構建技術Computer technology is the technological basis to construct the platform of management information system. This chapter is mainly about the new development of computer hardware, data communication mode, data switching technology, computer network architecture, local area network med

2、ium access control technology, TCP/IP protocol set, database architecture, the features and operations of the relational model, the basic concept of data warehouse and so on. 計算機系統一、計算機系統計算機是一種能夠接收和存儲信息，并按照存儲在其內部的程序對輸入的信息進行加工、處理，得到人們所期望的結果，然后把處理結果輸出的高度自動化的電子設備。計算機的進展史大型主機的進展時期1946年美國研制出第一臺全自動電子計算機EN

3、IAC，標志著電子計算機的誕生，此后計算機進入了飛速進展的時期。計算機進展史具體如表3-1所示。表3-1 計算機進展史 年代器件第一代1946-1957第二代1958-1964第三代1965-1969第四代1970-電子器件電子管晶體管中、小規模集成電路大規模和超大規模集成電路主存儲器磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓、半導體存儲器半導體存儲器外部存儲器磁帶、磁鼓磁帶、磁鼓磁帶、磁鼓、磁盤磁帶、磁盤、光盤處理方式機器語言匯編語言監控程序連續處理作業高級語言編譯多道程序實時處理實時、分時處理網絡操作系統運算速度5千-3萬次/秒幾十萬-百萬次/秒百萬-幾百萬次/秒幾百萬-千億次/秒目前，世界各國研究人

4、員正在加緊開發以智能電子計算機、神經網絡計算機、分子計算機、光子計算機、量子計算機等為代表的以后新一代計算機。智能電子計算機是一種有知識、會學習、能推理的計算機，具有能理解自然語言、聲音、文字和圖像的能力，可進行思維、聯想、推理，具有匯合、經歷、檢索等活動。神經網絡計算機模仿人的大腦推斷能力和適應能力，將具有類似人腦的智慧和靈活性，并具有可并行處理多種數據的功能。分子計算機運行靠的是分子晶體能夠汲取以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。憑借著分子納米級的尺寸，分子計算機的體積和耗電將劇減，并能更長期地存儲大量數據。光子計算機利用光子取代電子進行數據運算、傳輸和存儲，光子計算機將使

5、運算速度在目前基礎上呈指數上升。量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。微型計算機的進展微型機又稱為個人計算機（personal computer，PC），它的進展時期以微處理器（microprocessor unit，MPU）為標志。世界上第一臺微處理器Intel 4004誕生于20世紀70年代，第一臺微型計算機MCS-4隨之于1971年誕生，其后微機迅速普及。微型計算機進展至今，大約經歷了五個時期。第一代，1981年IBM公司的IBMPC/XT使用8位Intel 8088 CPU；第二代，1984年IBM公司的IBMPC/AT使用16位Inte

6、l 80286 CPU；第三代，1986年Compaq公司的386AT和1987年IBM公司的PS/2-50使用32位Intel 80386 CPU；第四代，1989年486微機使用Intel 80486 CPU；第五代，1993年微機使用Intel Pentium CPU（586）和其后的P、P、P = 4 * ROMAN IV，高檔P = 4 * ROMAN IV已進展到字長64位，主頻3.8GHz。計算機的分類按計算機的規模和性能能夠分為六大類：超級計算機或稱巨型機（supercomputer）超級計算機具有強有力的傳輸數據和處理數據能力，具有大容量的內外存，采納專用的操作系統等。我國研

7、制的銀河機也屬于巨型機。1999年9月，我國研制的“神威”巨型計算機系統研制成功，運算速度達每秒3840億次浮點運算，其總設計師金怡濂獲得2002年度國家最高科學技術獎。據2004年11月報道，由美國的藍色基因L創下了70.72TFLOPS的新紀錄，并榮登2004年超級計算機排行榜榜首。（T譯為太拉，1太拉為1萬億，FLOPS為每秒可運行的浮點運算次數）。小超級機或稱小巨型機（minisupercomputer）小超級機又稱桌上型超級電腦，由并行的多個微處理器組成，它使巨型機縮小成個人機的大小，或者使個人機具有超級電腦的性能。大型主機（mainframe）它包括我們通常所講的大、中型計算機。這

8、是在微型機出現之前最要緊的計算模式。只是隨著微機與網絡的迅速進展，許多大型機正在被高檔微機群取代。小型機（minicomputer）小型機常采納多CPU結構，具有較大容量的內存和多臺大容量硬盤，數據處理功能較強，實時處理性能比較好等。同樣小型機也受到高檔微機的挑戰。工作站（workstation）工作站使用大屏幕、高分辨率的顯示器，有大容量的內外存儲器，大都具有網絡功能。一般采納UNIX操作系統，具有多任務、多用戶的功能，適合于分布式處理。它們的用途比較專門，要緊用于計算機輔助設計、圖像處理、軟件工程以及大型操縱中心。個人計算機（personal computer，PC）或稱微型機這是目前進展

9、最快的領域。依照它所使用的微處理器芯片的不同而分為若干類型。使用Intel公司的Pentium系列和AMD公司的Athlon系列微處理器的IBM PC及其兼容機最為普及。計算機的組成計算機系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成。計算機硬件是指計算機系統中由電子、機械、磁性和光電元件組成的各種計算機部件和設備。計算機的種類專門多，但從功能上都能夠劃分為五個差不多組成部分，即輸入設備、輸出設備、存儲器、運算器和操縱器，運算器和操縱器常集成在一起，稱為中央處理器（CPU）。計算機硬件結構如圖3-1所示，雙線代表數據流，實線代表操縱流，計算機各部件間的聯系通過信息流淌來實現。圖3-1 計算機系統差不多硬件

10、結構二、計算機硬件硬件設備是計算機物理設備的總稱。中央處理器（central processing unit，CPU）中央處理器在微機中又稱為微處理器，它要緊由運算器、操縱器和寄存器組成。其要緊功能是按照程序給出的指令序列分析指令、執行指令，操縱并協調各部件的工作，完成對數據的加工處理。存儲器（memory）存儲器是是計算機的經歷和存儲部件，負責存儲數據和程序，并依照操縱命令提供這些數據和程序，要緊分為主存儲器和輔助存儲兩類。主存儲器又稱內部存儲器，簡稱內存，要緊由半導體存儲器組成。計算機運行過程中內存用來存儲當前數據和程序指令的。計算機的輔助存儲器又稱外部存儲器，簡稱外存，用于數據和程序的長

11、久保存。常用的輔助存儲器有磁盤（帶）、移動硬盤、光盤、閃存存儲器（usb flash盤，又稱優盤和閃盤）。為了解決成本價格、存取速度和存儲容量的矛盾，目前計算機的存儲系統是由各種不同的存儲器組成的。主存儲器內存和CPU一起構成了計算機的主機部分。內存儲器按其工作方式的不同，能夠分為隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM兩種。RAM能夠分為靜態SRAM和動態DRAM兩種，目前常用的DRAM有SDRAM（synchronous DRAM，同步動態隨機存儲器）和DDR SDRAM（dual date rate SDRAM，雙倍數據傳輸速率同步動態隨機存儲器，DDR SRAM理論上具有雙倍SDRAM內存的

12、帶寬）。ROM是一種內容只能讀出而不能寫入和修改的存儲器，其存儲的信息是在制作該存儲器時就被寫入的。計算機斷電后，ROM中的信息可不能丟失。ROM常用來存放檢測程序、ROMBIOS等。只讀存儲器除了ROM外，現在為方便BIOS的升級等又出現了PROM、EPROM、EEPROM（electrically erasable programmable ROM）等類型。PROM是可編程只讀存儲器，但只可編寫（燒制）一次。EPROM器件是可擦除可編程只讀存儲器，使用EPROM寫入器用紫外線照耀的方法能夠反復多次擦除原來寫入的內容，重新寫入新的內容。EEPROM是電可擦除可編程只讀存儲器，使用一般微機就可

13、對它重寫。EPROM、EEPROM與ROM不同，其內容能夠多次擦除而更新，但只要更新固化好以后，就只能讀出，而不能象RAM那樣能夠隨機讀出和寫入信息。外存儲器外存儲器依照使用介質的不同，可分為磁性、光電和電子幾種。外存的容量一般都比較大，讀寫速度較慢。軟磁盤是一種磁介質形式的存儲器。常用的是容量為1.44MB的3.5英寸軟盤。目前差不多有大容量的ZIP軟盤，一張盤片存儲容量為100MB300MB左右。硬磁盤是由若干個硬盤片組成的盤片組，一般被封裝在金屬殼內。硬盤的容量要大得多，通常在幾十個GB到幾百個GB，存取信息的速度也快得多。移動硬盤的接口多為USB接口，便于移動。磁帶存儲器要緊用于大型主

14、機和小型機。用于計算機的磁帶和一般錄音磁帶類似，并無物理本質上的區不。只是前者記錄數字信號，后者記錄模擬信號，因此讀寫裝置差不較大。光盤驅動器是讀取光盤的設備。CD-ROM為只讀光盤，它的容量為650MB，可用于存放各種信息。光驅的一個要緊技術指標是數據傳輸速率，傳輸速率的單位是“倍速”，其基數是150KB/秒。40X確實是指40倍速光驅，其數據的傳輸速率為6000KB/秒。常用的光盤有三種：只讀光盤、一次性寫入光盤（WORM簡稱WO）、可擦寫光盤（CD-RW）。可擦寫光盤是能夠多次重寫的光盤，目前常用的是磁光型（magneto optic disk，MO）。可擦寫光盤需插入特制的光盤驅動器進

15、行讀寫操作。DVD-ROM是CD-ROM的后繼產品，DVD盤光道之間的間距縮小，記錄信息的最小凹凸坑長度縮小，導致了DVD盤的存儲容量可提高至4.7GB，是CD-ROM的7倍。而且DVD驅動器具有向下的兼容性，也能夠讀取CD-ROM的光盤。閃存是一種新型的EEPROM內存，不需要專門設備和方式即可實現實時擦寫。市面上常用的有U盤/優盤，有數碼相機、數碼攝像機、MP3上用的CF（compact flash）卡、SM（smart media）卡，MMC（multimedia）卡等等。它們攜帶和使用方便，容量和價格適中，一般容量從64MB到1GB，深受寬敞計算機使用者的青睞。比較而言，存取速度由快到

16、慢為：內存硬盤光盤軟盤，存儲容量由大到小為：硬盤光盤內存軟盤。外部設備外部設備包含輸入設備和輸出設備。鍵盤是微機的標準輸入設備，顯示器是微機的標準輸出設備。在微型計算機系統中，最常用的輸入設備是鼠標和鍵盤。掃描儀是一個典型的圖像輸入設備。它能夠將照片、圖片、圖形輸入到計算機中，并轉換成圖像文件存儲于硬盤中。視頻捕獲卡是視頻媒體信息的輸入設備，它能夠將電視、攝影機和錄像的視頻信號輸入到計算機中，能夠將視頻片斷錄制到硬盤上。條形碼讀入器是一種輸入設備。條形碼是一種用線條和線條間的間隔按一定的規則表示數據的條形符號。條形碼讀入器用以掃描條形碼，將光信號轉變為電信號，經譯碼后輸入計算機。光筆與相應的硬

17、件和軟件結合，可用來在屏幕或書寫板上作圖或寫字輸入計算機。觸摸屏是一種快速實現人機對話的工具。可分為電容式、電阻式和紅外式三種，常用的為前兩種。電容式觸摸屏工作原理是在熒光屏前安裝一塊專門玻璃屏，其正反兩面涂上專門材料，當手指觸摸屏幕時，引起正反面間電容值發生變化，操縱器將這種變化編譯成（X，Y）坐標值，傳給計算機處理。而電阻式觸摸屏所涂材料當手指觸摸屏幕時，引起觸點正反面間電阻值發生變化。微機的顯示系統由顯示器和圖形適配器（graphics adapter，也稱為圖形卡或顯卡）組成。它們共同決定了圖像輸出的質量。顯示器的要緊技術指標有分辨率、像素和點距（兩個像素點間的距離）。顯示器像素點越多

18、，分辨率越高，點距越小，圖像越清晰。目前的圖形卡能夠支持1024768（或12801024）像素的分辨率，點距有0.28毫米，0.31毫米或0.39毫米等。通常顯卡上有它自己的存儲區視頻隨機存儲器（video RAM），也稱為顯存或VRAM。VRAM用于存儲當前正在顯示的有關數據，以及此后將要顯示的有關數據。VRAM的大小決定著顯示器最大分辨率下所能顯示的顏色數、分辨率和顯示的速度。打印機要緊有針式打印機、噴墨打印機、激光打印機等。打印機的技術指標要緊有打印速度、印字質量、打印噪聲等。聲卡又稱音頻卡（audio card），它用于處理音頻媒體信息的輸入輸出，是一個重要的多媒體組件，與聲卡相配套

19、的硬件還有麥克風和音箱。一般聲卡都具有如下功能：錄音、播放聲音、樂器數字接口MIDI等。三、計算機軟件軟件系統是指計算機程序及其有關文檔。軟件系統由系統軟件和應用軟件兩大部分組成。系統軟件包括操作系統、語言處理程序、數據庫治理系統、網絡通信治理程序等部分；應用軟件是用來完成用戶所要求的數據處理任務或實現用戶特定功能的程序。操作系統軟件操作系統（operation system，OS）是一組對計算機資源進行操縱與治理的系統化程序集合，它是用戶和計算機硬件系統之間的接口。操作系統具備五大功能：處理器治理、存儲治理、設備治理、文件治理和作業治理。如Windows、Linux、Unix等。數據庫治理系

20、統軟件數據庫治理系統（database management system，DBMS）軟件是專門對數據記錄進行綜合治理的軟件，對數據文件結構的定義、數據記錄的更新、數據記錄的查詢以及對數據記錄的各種運算提供全面的支持。如Oracle，Sybase，Microsoft SQL Server，Access等。程序設計語言計算機指令是用程序設計語言編寫的，程序設計語言是人與計算機進行交流的工具。機器語言是一種在計算機上能夠直接執行的二進制代碼指令。匯編語言用便于人經歷的助記符作為操作指令，是一種十分接近機器語言的符號語言。高級語言采納英語詞匯作為指令關鍵詞，按照規定的語義和語法結構要求編寫程序。高級

21、語言中每一條語句的功能相當于匯編語言的多條指令的功能，也被稱為第三代語言（3GL）。如C、PASCAL等。第四代語言（4GL）是為降低程序開發難度和提高程序開發效率而設計的通用語言。如某些數據庫系統的查詢語句（如SQL）和應用軟件包的宏語言就具有第四代語言的特征。編寫的程序是非過程化的，即程序指令只要告訴計算機需要“做什么”，而不必詳述“如何樣做”的具體過程。面向對象的程序語言是1980年后新進展的程序設計語言，面向對象語言將數據與操作合成為對象，即對象數據和操作，如此的對象能夠重用，從而大大提高編程效率，如C+、Java等。由于因特網的廣泛應用，標記語言也開始引起人們的注意，如HTML、XM

22、L等。應用軟件應用軟件是直接面向最終用戶的具體應用軟件，可分為通用和專用兩種。通用應用軟件是某些具有通用信息處理功能的商品化軟件。它的特點是通用性，因此能夠被許多有類似應用需求的用戶所使用。比較典型的通用軟件有文字處理軟件、表格處理軟件、數值統計分析軟件、財務核算軟件等。如Microsoft Office、用友財務軟件等。專用應用軟件是專業人士為滿足用戶特定要求而單獨開發的專門應用軟件，如為某公司定制的人力資源治理信息系統。治理信息系統一般來講是借助于計算機硬件等設備，進行信息處理的應用軟件系統，因此計算機系統是治理信息系統平臺構建的技術基礎。計算機系統所涉及的軟硬件系統進展特不迅速，在治理信

23、息系統軟件開發過程中，需要不斷跟蹤其進展，充分利用和發揮其性能。 通信和網絡一、數據通信技術數據是承載信息的實體，信息是數據的內容和含義。信號（signal）是數據的電磁或電子編碼，按其編碼機制可分為模擬信號和數字信號。數據通信技術是計算機網絡進展的基礎，通信的全然目的是傳輸信息如語言、文字、數碼和圖像等，而信息往往以具體的數據形式來表現，數據通過介質傳送時又必須轉換為一定形式的信號，因此通信歸結到底是在一定的傳輸媒體上傳送電信號，從而達到傳送數據和交換信息的目的。數據通信網絡的結構一個數據通信網絡結構如3-2圖所示。在數據通信網絡中信息的發出者稱其為信源；信息的接收者稱為信宿；發送器對發送信

24、號編碼或轉換，產生能夠傳輸的光、電信號；接收器將收到的信號轉換成信宿設備能夠處理的信號；傳輸系統是連接信源與信宿之間的復雜線路網絡。連接信源與信宿的物理和邏輯設備稱為信道。圖3-2 通信網絡結構數據通信方式并行通信和串行通信并行通信方式是將一組數據按數位寬度同時進行傳輸，每一個數位都要有自己的數據傳輸線和發送、接收設備。并行通信的傳輸速率高，但傳輸設備多，并行通信方式一般用在距離近、傳輸速率要求高的通信中。串行通信方式是在一根數據傳輸線上，每次傳送一位二進制數據，即數據一位接一位地傳送。在傳輸距離遠，傳輸數字數據的場合，都采納串行傳輸方式，如計算機網絡中。單工通信與雙工通信按照數據傳輸方向及其

25、時刻關系可將通信方式分為單工、半雙工和全雙工三種。在單工通信中，發送設備和接收設備之間只有一個傳輸通道，數據單方向的從發送端到接收端，傳輸通道的方向不能改變。在半雙工通信中，兩個設備之間有兩個傳輸通道，能夠輪流雙方向地傳送，但不能同時進行。在全雙工通信中，兩個設備之間有兩個傳輸通道，同時可同時雙向傳送數據，相當于兩個相反方向的單工通信的組合。基帶傳輸與頻帶傳輸基帶傳輸是指在數字信道直接傳輸數字信號。當進行遠距離通信時，往往將數字數據轉換成模擬信號（調制）后傳輸，在接收端再進行信號的恢復（解調），當調制成頻率信號的頻率范圍在音頻范圍（200Hz3.4kHz）內時，這種傳輸方式稱為頻帶傳輸。其頻率

26、范圍比音頻范圍寬時，則稱之為寬帶傳輸。同步傳輸與異步傳輸在串行通信通訊中，發送與接收方必須以同樣的速率在相同的時段內發送和接收數據，否則收發會產生微小誤差，微小誤差的積存，會導致傳輸錯誤，為此要用到同步技術。所謂同步是指接收端要按照發送端所發送的每個數據的起止時刻和重復頻率來接收數據，即收發雙方在時刻上必須一致（同步）。數據傳輸的同步方式有異步傳輸與同步傳輸兩種。異步傳輸是以字符為單位的數據傳輸。每個字符都要附加1位起始位“0”、1位寄偶校驗位和l位停止位“1”，以標記一個字符的開始和結束。起始位和停止位結合起來，便可實現字符的同步。同步傳輸是以數據塊為單位的數據傳輸。每個數據塊的頭部和尾部都

27、要附加一個專門的字符或比特序列，標記一個數據塊的開始和結束，一般還要附加一個校驗序列，以便對數據塊進行差錯操縱。數據通信傳輸介質傳輸介質分為有線介質和無線介質。有線介質常用的有雙絞線、同軸電纜和光纖三種。雙絞線是以螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導線組成的。兩根線扭在一起是為了減少相互間的輻射電磁干擾。雙絞線早就用在電話通信中，用于模擬信號的傳輸，它也可常用于數字信號的傳輸。同軸電纜也像雙絞線那樣由一對導體組成，但它們是按“同軸”形式構成線對。基帶同軸電纜用來直接傳輸數字信號，寬帶同軸電纜多用于頻分多路復用的模擬信號發送，閉路電視所使用的CATV電纜確實是寬帶同軸電纜。光纖是光導纖維的簡稱，它由能傳導

28、光波的石英玻璃纖維，外加愛護層構成。用光纖來傳輸電信號時，在發送端先要將其轉換成光信號，而在接收端又要由光檢波器還原成電信號。無線傳輸介質是通過大氣傳輸，目前有三種技術：微波、紅外線和激光。微波通信是在對流層視線距離范圍內利用無線電波進行傳輸的一種通信方式，頻率范圍為2GHz-40GHz。衛星通信是微波通信的專門形式，衛星接收來自地面發送站發出的電磁波信號后，再以廣播方式用不同的頻率發回地面，為地面工作站接收。紅外通信和激光通信也像微波通信一樣，有專門強的方向性，差不多上沿直線傳播的。所不同的是紅外通信和激光通信把要傳輸的信號分不轉換為紅外光信號和激光信號，直接在空間傳播。調制和解調調制即把數

29、字數據對應的原始電脈沖信號變換成適合于遠距離模擬傳輸線路傳輸的模擬信號，反之模擬信號還原為數字信號稱為解調。調制方法有以下幾種：振幅、頻率、相位。調幅方式也稱為幅移鍵控法ASK ，它是用固定頻率的正弦信號的兩種不同幅度來表示二進制數的“1”和“0”。通常對“1”信號，調制器送出一幅度恒定的固定頻率的模擬信號；而關于“0”，輸出幅度為0的信號。調頻方式也稱移頻鍵控法FSK，它是用載波信號的兩種不同的頻率來表示二進制數的“1”和“0”。一般用載波頻率附近的兩個不同頻率表示兩個二進制的值。調相方式即移相鍵控法PSK，它是用載波信號的不同相位來表示二進制數。依照確定相位參考點的不同，調相方式可分為絕對

30、調相和相對調相（或差分調相）。多路復用技術在一條介質上同時傳送多路信號的傳輸方式，叫做介質的多路復用。有頻分、時分和波分三種。信道所能傳輸的信號頻率有一定的范圍，這一范圍稱作該信道頻帶的寬度，即帶寬。頻分多路復用（FDM）技術應用的差不多條件是傳輸介質的可用帶寬必須超過各路給定信號所需帶寬的總和。傳輸介質的帶寬劃分為若干個窄頻帶，每一路信號占用一個窄頻帶的方法稱為頻分多路復用。時分多路復用TDM應用的差不多條件是傳輸介質能達到的數據傳輸率應超過各路傳輸數字信號所需的數據傳輸率的總和。立即每一條物理信道按時刻分成若干時刻片，使其每個信號按時刻片輪流交替地使用單一信道，這種使多個數字信號在宏觀上同

31、時進行傳輸的方法稱為時分多路復用（TDM）。波分多路復用（WDM）用于光纖，同意在一條光纖中同時傳送多束互不干擾的不同波長的激光光束。數據交換技術通常采納的數據傳送技術有3種：電路交換、報文交換和分組交換。電路交換在數據傳輸期間，源節點與目的節點之間有一條利用中間節點構成的專用的物理連接線路，在數據傳輸結束之前，一直保持這條線路。用電路交換技術完成的數據傳輸要經歷如下三個過程：電路建立、數據傳輸和電路拆除。報文交換不需在兩個站點之間建立一條專用通路，其數據傳輸的單位是報文（站點一次發送的數據塊），長度不限且可變。傳送過程采納存儲轉發方式，即發送站在發送一個報文時，把目的地址附加在報文上，途經的

32、網絡節點在收下整個報文后，暫存那個報文并檢查有無錯誤，然后利用目的地址和路由信息找出下一個節點的地址，再把整個報文傳送給下一個節點，通過逐個節點轉送直到目的站點。在某一時刻內，報文的傳輸只占用兩個節點之間的一段線路。而在兩個通信用戶間的其它線路段，可傳輸其它用戶的報文，不像電路交換那樣必須端到端信道全部占用。分組交換為了更好地利用信道容量，并降低節點中數據量的突發性，能夠使用分組交換。在分組交換網絡中，每個分組的長度有一個上限，因此，一個較長的報文必須分成若干個分組，每個分組中包括數據和目的地址。其傳輸過程與報文交換類似，但由于限制了每個分組的長度，因此大大地改善了網絡傳輸的性能。分組交換可分

33、為虛電路分組交換和數據報分組交換兩種。在虛電路方式中，仍然要經歷建立虛電路、交換數據和拆除虛電路三個過程。邏輯通路因此是“虛”的，是因為這條電路不是專用的。在數據報方式中，每個分組的傳送是被單獨處理的，每個分組被稱為一個數據報，每個數據報自身帶有分組序號和地址信息，傳送過程亦采納存儲轉發方式。當某一個站點要發送報文時，先把報文拆成若干個數據報，依次發送到網絡節點。但以后，各個數據報所走的路徑就可能不再相同，從而各個數據報的到達也不保證是按順序的，目的站必須對到達的數據報排序重組。二、計算機網絡概述計算機網絡的定義美國國防部1971年2月建成了具有15個結點、23臺主機的網絡，這確實是聞名的AR

34、PAnet，這是世界上最早出現的計算機網絡之一，現代計算機網絡的許多概念和方法都來源于ARPAnet。計算機網絡定義為：用通信設備和傳輸介質將地理上分散的、功能獨立的計算機連接起來，并在網絡通信協議的操縱和網絡操作系統的治理下實現信息傳遞和資源共享的系統。計算機網絡的組成與結構計算機網絡要完成數據處理、資源共享和數據通信的功能，從邏輯功能上可分為資源子網和通信子網兩個部分。結構如圖3-3所示。資源子網由主計算機系統、終端、終端操縱器、聯網外設、各種資源組成，向用戶提供各種網絡資源和網絡服務，負責整個網絡的數據處理業務和各種網絡資源的共享服務。通信子網由通信操縱處理機（CCP）、通信線路與其他通

35、信設備組成，完成數據的傳輸、轉發、加工和交換等通信處理功能。圖3-3 計算機網絡結構圖計算機網絡分類計算機網絡的分類標準專門多，比如按網絡覆蓋面積、傳輸介質、數據傳輸技術以及數據傳輸率等，下面介紹兩種重要的網絡分類標準。 = 1 * GB1 按拓撲結構分類將連接在網絡上的計算機和互連設備看作一個結點，將設備之間的通信線路看作線，進而以圖的形式來表示這些點與線之間的關系，這種抽象方法稱為拓撲，圖被稱為拓撲結構圖。計算機網絡中常見拓撲結構有總線型、星型、環型、樹型和網狀型等，如圖3-4所示。圖3-4 常用網絡拓撲結構 = 2 * GB1 按網絡覆蓋范圍分類按網絡覆蓋范圍大小可將計算機網絡分為局域網

36、（local area network，LAN）、城域網(metropolitan area network，MAN）、廣域網(wide area network，WAN)三種。計算機局域網地理分布范圍較小（如辦公樓群或校園），數據傳輸速率高，誤碼率低，協議簡單、結構靈活、建網成本低、周期短、便于治理和擴充。計算機網絡的硬件組成及互連設備網絡硬件要緊有網絡服務器、工作站、網絡連接設備和網絡通信介質等。服務器是連在局域網上的一臺計算機，為網絡用戶提供各種網絡服務和共享資源。工作站是指用戶使用它能夠在網絡環境中工作，訪問網絡共享資源的計算機系統，通常又被稱為客戶機。網絡連接設備包括用于網內連接的網

37、絡適配器（即網卡，用于計算機處理數據和網線傳輸信號的轉換）、調制解調器（完成數字信號和模擬信號的轉換）、中繼器（對傳輸信號進行放大和傳輸）、集線器（多端口中繼器，是共享帶寬方式的，其各個端口平均分享帶寬）、交換器（又叫交換式集線器，每個端口都具有相同的固定的帶寬）、網橋（有兩個端口，用于連接不同的網段，能夠再生和過濾傳輸信號，并能識不數據的目的地址）、路由器（用于不同類型網絡連接，完成數據格式轉換、路由選擇從而把數據包按照一條最優的路徑發送至目的網絡）、網關（協議轉換器，要緊用于連接不同體系結構的網絡或局域網到主機的連接）等。網絡通信介質在前面差不多提到。網絡軟件構成網絡操作系統(NOS)一個

38、計算機網絡擁有豐富的軟硬件資源，為了能使網絡用戶實現通信、共享網絡資源，需要對用戶通信過程和網絡資源進行有效治理，完成這一功能的軟件系統稱為網絡操作系統。常見的網絡操作系統有Novell公司的Netware，Microsoft公司的Windows、悠久穩定的Unix和開放源代碼的Linux等。網絡體系結構和網絡通訊協議（protocol）計算機網絡中多個互連的節點要交換數據，必須遵守一些事先約定好的規則。這些為網絡數據交換而制定的關于信息順序、格式和內容的規則、約定與標準被稱為網絡協議。由于網絡通信是一個復雜的過程，網絡體系結構多采納分層式結構，每一層關注和解決通信中的某一方面的問題，每一層都

39、具有相對獨立的通信功能，以減少問題的復雜性。每一層只使用下一層提供的服務，并向上一層提供服務，而且僅在相鄰層間有接口。每層協議都有自己的數據包格式，依據每層之間的數據包組裝原則，在源端數據包每向下傳送一層，都會添加本層協議的報頭，目的端向上傳輸時則去掉協議的報頭，依靠各層功能的邏輯組合，實現從一端主機到另一端主機的通信。常見的分層體系結構模型有OSI、TCP/IP和IEEE802等。開放系統互聯參考模型國際標準化組織ISO于1982年制定了一個開放系統互聯參考模型OSI/RM，確實是常講的網絡七層協議。其層次結構和數據傳輸如圖3-5所示。OSI/RM僅是一個概念模型，并不是一個具體的計算機或網

40、絡，也未確切描述用于各層的協議和服務。但可使任何兩個遵守參考模型和有關標準的主機進行互連以實現相互通信，這正是“開放”那個詞表示的含義。OSI/RM低三層面向數據傳輸，實現通信子網的功能。高三層面向兩端具體應用進程，實現資源子網的功能。傳輸層是整個協議層次結構的中心，它下靠傳輸服務提供者低三層通信子網的支持，上為傳輸服務用戶高三層資源子網提供從源端機到目的端機的可靠的數據傳輸服務。每一對等層之間進行對等的通信，對等層的通信必須遵循該層的協議（如兩端傳輸層的通信就要遵守傳輸層協議），除了最低層物理層間的比特流傳輸是真實通信外，其它對等層之間的通信差不多上虛擬通信，差不多上在各自下一層通信的支持下

41、進行的。圖3-5 OSI模型層次和數據傳輸TCP/IP模型TCP/IP協議的體系結構分為四層，它與OSI模型各層的對應關系如圖3-6所示。建立在TCP/IP結構體系上的TCP/IP協議是應用最廣泛的協議。TCP/IP標準并沒有定義具體的網絡接口層協議，一般各物理網絡能夠使用自己的數據鏈路層協議和物理層協議。網際層負責將源主機的分組發送到目的主機上，互聯網協議IP和互聯網操縱報文協議ICMP屬于該層。傳輸層要緊功能是提供從一個應用程序到另一個應用程序的通信，即端對端的通信。面向連接的傳輸操縱協議TCP和面向無連接的用戶數據報協議UDP屬于該層。應用層相當于OSI參考模型高3層的功能，通過使用下面

42、各層所提供的服務，直接向用戶提供服務，是TCP/IP網絡與用戶之間的界面或接口。其最常用的協議有超文本傳輸協議HTTP、文件傳輸協議FTP、簡單郵件傳輸協議SMTP、郵局協議POP3、域名服務DNS、遠程登錄協議Telnet等。圖3-6 TCP/IP模型層次結構局域網IEEE802標準（IEEE國際電氣和電子工程師協會）局域網一般僅包含OSI參考模型中的低三層通信子網功能。又由于局域網拓撲結構簡單，任意兩個結點間都有唯一的路由，因此不需要網絡層的路由選擇功能，因此IEEE802協議中不再設立單獨的網絡層。傳統局域網是共享介質式局域網（如總線型拓撲網絡或用集線器連接各個結點的星型拓撲網絡），所有

43、結點共享一條公共通信傳輸介質，在任何一個時刻段內，只能有一個結點占用公用通信信道。分配信道的使用權，也確實是當信息傳輸為使用傳輸介質產生競爭或沖突時，介質訪問操縱（操縱誰先使用傳輸介質）的問題確實是關鍵。如此將數據鏈路層分為兩個子層：邏輯鏈路操縱子層LLC和介質訪問操縱子層MAC（medium access control），加上物理層構成局域網的三層體系結構。MAC子層的要緊功能確實是介質訪問操縱技術，常用的要緊有三種：1）載波監聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）：每個站在發送數據前先監聽信道，假如空閑，則發送數據；假如忙，就不發送，等待一段時刻后再重發。同時為進一步消除沖突，發送數據的

44、站點邊發送數據邊監聽信道，只要監聽到發生沖突，就立即停止發送，并發送若干比特的干擾信號。以太網（ethernet）是基于總線型的廣播式網絡，它是最成功的局域網技術。IEEE802.3即是采納CSMA/CD的10Mbps標準以太網標準，其物理層標準為10BASE-T。在標準以太網技術的基礎上，IEEE于1995年通過了100Mbps快速以太網的IEEE802.3u標準，1998年又公布了基于光纖的IEEE802.3z和基于5類雙絞線的IEEE802.3ab的1000Mbps高速以太網標準，其MAC子層均沿用了CSMA/CD技術。2002年10Gbps以太網的標準IEEE802.3ae也已公布，實

45、驗性網絡已在試用。2）令牌環（token ring）介質訪問操縱技術：用于環型拓撲結構的網絡，屬于有序的競爭協議。使用一個專門的標志（令牌），當某個站點有數據要發送時，必須等待標記為空的令牌到來，將令牌的空標記改為忙，并將數據發送到環上。發送的數據在環上循環的過程中，所通過的環上的各個站點都將數據的目的地址與本站點的地址進行比較，若不同則直接傳給后面的站點，若相同則將數據復制接收，然后接著傳給后面的站點。IEEE802.5標準就采納該技術。3）令牌總線（token bus）訪問操縱技術：應用于總線拓撲結構網絡，訪問操縱采納與令牌環相似的訪問操縱方法。該技術令牌的傳遞不依總線上的物理順序，而按結

46、點的地址高低形成的邏輯環形順序。IEEE802.4標準采納令牌總線訪問操縱技術。除了共享介質式局域網，現在常用的為交換式局域網，核心設備是交換機，其各個端口都與一個結點相連，多個端口之間建立并發式連接而能夠獨享交換機的帶寬，增加了網絡帶寬。Internet基礎InternetInternet是一個全球性的計算機網絡，是眾多計算機網絡互相連接組成的一個大的網絡。TCP/IP協議族確實是Internet上的常用通訊協議。IP地址和域名系統在Internet上，所有的計算機都有一個Internet上唯一的數字編號作為其在Internet的標識，那個編號稱為IP地址。IP地址包含兩個重要的標識符：網絡

47、地址和主機地址。IP地址用32位二進制數碼表示，每8位用圓點分割，常用4個用圓點隔開的十進制數表示IP地址。IP地址分為A、B、C、D、E五類，適用于不同規模的子網。子網掩碼也稱為屏蔽碼，是一個32bit的值，能夠用來區分IP地址中網絡地址和主機地址。為經歷方便，TCP/IP協議專門設計了一種層次結構的字符型主機命名機制：域名，這種治理機制被稱為域名系統（DNS）。Internet上IP地址和域名差不多上唯一的，域名地址與IP地址之間存在一一對應的關系。TCP/IP協議族它是一組數據傳輸協議，下面簡單介紹這些協議的作用。傳輸操縱協議TCP建立主機間可靠的連接，將數據包按正確的順序發送，假如數據

48、丟失了，TCP負責自動重傳丟失的數據。用戶數據報協議UDP在傳輸前不需建立連接，用于傳送一次性數據較小的應用，或對可靠性要求不高的實時語音視頻傳送。IP數據包是一個獨立的信息包，由路由器通過包中的地址信息進行尋址和路由選擇以進行數據傳輸，IP協議是提供這種數據包傳輸服務的通訊協議。TCP和IP協同工作，IP協議用來給傳輸信息包編址并將它們以盡可能最佳的路由路徑發送到目的地址。而TCP協議負責數據包的正確到達。Internet操縱信息協議ICMP負責傳送各種信息、錯誤報告。WWW上每個Web頁面由超文本標記語言HTML來編寫，頁面中包含指向其他頁面鏈接地址，萬維網實際上是一個由千千萬萬個頁面組成

49、的信息網。存放Web頁面的計算機稱為Web站點或WWW服務器。索取頁面、掃瞄信息的程序稱為掃瞄器（browser）。HTTP超文本傳輸協議確實是用來在掃瞄器和WWW服務器之間傳送超文本的協議，HTTP協議由兩個部分組成：從掃瞄器到服務器的請求和從服務器到掃瞄器的應答。文件傳輸協議FTP建立在TCP協議上，用于實現文件傳輸。網絡上存在著大量的共享文件，獲得這些文件的要緊方式確實是FTP，能夠實現文件的下載download（從遠程主機向本地主機復制文件）和上傳upload（從本地主機向遠程主機復制文件）。若想獵取FTP服務器的資源，需要擁有該主機的IP地址（主機域名）、賬號、密碼。但許多FTP服務

50、器同意用戶用匿名用戶名anonymous登錄，口令任意，一般為電子郵件地址。在Internet上收發電子郵件時常用簡單郵件傳輸協議SMTP和郵局（post office protocol）POP3協議。SMTP是基于TCP協議的簡單的基于文本的電子郵件傳輸協議，用于郵件服務器之間交換郵件的協議。POP3是能夠從郵件服務器將郵件下載到本地計算機，在自己的客戶端閱讀郵件。POP3協議是用于接收郵件的協議，SMTP協議為用于發送郵件的協議。DNS域名系統實現域名和IP地址之間的相互轉換。通過域名不能直接找到主機，需要從域名查找IP地址，那個過程確實是域名解析。大部分域名系統都維護著一個大型的數據庫，

51、它描述了域名與IP地址的對應關系，數據庫被定期地更新，DNS即通過查找那個數據庫完成域名和IP地址之間的相互轉換。遠程登錄協議Telnet用來將一臺計算機連接到遠程計算機上，使之相當于遠程計算機的一個終端。Telnet實現虛擬或仿真終端的服務，使用戶通過TCP連接注冊到遠地的另一個主機上，將用戶的鍵盤操作傳到遠地主機，將遠地主機的輸出通過TCP連接返回到用戶屏幕。第三節 數據庫和數據倉庫一、數據庫概述數據庫技術的產生在20世紀50年代中期往常沒有專門用于數據治理的軟件，操作系統出現以后能夠通過操作系統治理數據。然而操作系統是以文件為單位進行治理的，文件之間沒有聯系，專門難解決數據在多個文件中重

52、復存儲和數據不一致的問題。為此，20世紀60年代后期出現了數據庫系統，如圖3-7所示。數據庫的產生使得信息系統的研制圍繞共享的數據庫為中心來進行，實現了數據的集中治理，提高了數據的利用率和一致性，從而能更好地為決策服務。圖3-7 數據庫系統數據與程序的關系數據庫系統差不多概念要緊有數據、數據庫、數據庫治理系統、數據庫系統四個概念。數據（data）是描述事物的符號記錄，是數據庫中存貯的差不多對象。數據庫（database，DB）是長期存儲在計算機內、有組織的、統一治理的相關數據的集合。DB能為各種用戶共享，具有較小冗余度、數據間聯系緊密而又有較高的數據獨立性等。數據庫治理系統（database

53、management system，DBMS）是位于用戶與操作系統之間的一層數據治理軟件，它為用戶或應用程序提供訪問DB的方法，包括DB的建立、查詢、更新及各種數據操縱，并能夠保證數據的安全性、完整性。數據庫系統（database system，DBS）是實現有組織地、動態地存儲大量關聯數據，方便多用戶訪問的計算機硬件、軟件和數據資源組成的系統，即它是采納數據庫技術的計算機系統。一般由數據庫、數據庫治理系統、應用系統、數據庫治理員和用戶構成。二、數據庫的三級模式在數據模型中有型（type）和值（value）的概念。型是指對某一類數據的結構和屬性的講明，值是型的一個具體賦值。例如：學生記錄的型為

54、（學號，姓名，性不，系不，年齡，籍貫），該記錄型的一個記錄值為（900201，李明，男，計算機，22，江蘇）。三級模式數據庫系統采納外模式、模式和內模式三級模式結構，如圖3-8所示。圖3-8 數據庫三級模式內模式（internal schema）又叫物理模式、存儲模式。內模式是數據在數據庫系統的內部表示，即對數據的物理結構/存儲方式的描述。模式（schema）又叫邏輯模式、概念模式。模式是數據庫中全體數據的邏輯結構和特性的描述，是所有用戶的公共數據視圖。DBMS提供數據定義語言DDL來描述邏輯模式，嚴格定義數據的邏輯結構（數據項的名字、類型、取值范圍等）以及數據間的相互關系和數據的約束等。模式

55、僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值。模式的一個具體值稱為模式的一個實例。同一個模式能夠有專門多實例。模式是相對穩定的，而實例是相對變動的。模式反映的是數據的結構及其關系，而實例反映的是數據庫某一時刻的狀態。數據庫中的數據經常變化，而數據庫的結構在一定時刻范圍內可不能改變。外模式（external schema）又叫用戶模式、子模式。外模式是模式的子集，是與某一應用有關的數據的邏輯表示。注意一個數據庫只有一個模式，一個內模式，但能夠有多個外模式。兩級映象在三級模式中提供了兩級映象，這不僅在三級數據庫模式之間建立了聯系，也保證了數據庫系統的數據獨立性。如圖3-8所示。外模式/模式映象定義并保證了

56、外模式和模式之間的對應關系。數據庫系統投入使用后，可能有必要修改模式（如增加新關系、屬性、改變類型），這時能夠重新定義外模式/模式映象，而使現存外模式和應用程序保持不變，保證了數據的邏輯獨立性。這些映象定義通常包含在各自外模式的描述中。模式/內模式映象定義并保證了模式和內模式之間的對應關系。當內模式發生變化時，重新定義模式/內模式映象，從而使模式和外模式保持不變，建立在外模式上的應用程序也保持不變，保證了數據的物理獨立性。該映象定義通常包含在模式描述中。三、數據模型（data model）概述模型是現實世界事物特征的模擬和抽象。如航模飛機是對實際飛機的模擬和抽象，它不是真正的飛機，但又真實的反

57、映了實際飛機的屬性和特征。為便于人和計算機都能理解，信息抽象采納逐步抽象的方法，把數據模型分成兩個不同的層次：按用戶的觀點來對現實世界的抽象稱為概念模型（也稱信息模型）；以計算機系統的觀點模擬現實世界的模型叫做數據模型。也確實是講，首先按人們的認識觀點將現實世界抽象為信息世界的概念模型，然后再通過數據模型將信息世界轉換為機器（計算機）世界。數據模型又可進一步細分為邏輯（數據）模型和物理（數據）模型兩個分層次。如圖3-9所示。圖3-9 模型的轉換概念模型（conceptual data model，CDM）概念模型確實是概念層次的數據模型，簡稱為概念模型。是現實世界的事物通過人腦的抽象加工，提取

58、出對用戶有用的信息，通過組織整理加工形成的。概念模型按用戶的觀點來對現實世界進行建模，這種建模方法是缺乏計算機知識的用戶最容易理解的，并便于和數據庫設計人員進行交流，是系統分析員、程序設計員、維護人員、用戶之間相互理解的共同語言；概念模型必須轉換成邏輯模型，才能在DBMS中實現。邏輯模型（logical data model，LDM）邏輯數據模型是用戶通過數據庫治理系統看到的現實世界，它描述了數據庫數據的整體結構。是具體的DBMS所支持的數據模型，不同的DBMS提供了不同的邏輯數據模型，如層次模型、網狀模型、關系模型、面向對象模型等。物理模型（physical data model，PDM）物

59、理數據模型用來描述數據的物理存儲結構和存儲方法，面向具體的DBMS，面向操作系統和機器。PDM不僅與具體的DBMS有關，還與操作系統和硬件有關。每一種邏輯模型在實現時都有其對應的物理模型。DBMS為保證其獨立性和能夠執行，大部分PDM的實現工作由系統自動完成，而設計者只設計某些專門結構。也確實是講，一般用戶看不到物理數據結構，因此無須過多了解。概念模型差不多術語首先介紹E-R模型中常用的幾個差不多術語，利用它們可構造出概念模型。實體、實體型、實體集：實體（entity）是客觀存在并能相互區分的事物。實體能夠是具體的人、事、物，也能夠是抽象的概念或聯系。如：人、數據庫課程、計算機，正如幾何中“點

60、”、“線”一樣。關鍵之處是一個實體能和不的實體區分開，一場足球賽不能嚴格地定義實體。實體型（entity type）是用實體名及屬性名集合來抽象刻畫同類實體。實體集（entity set）為同型的實體組成的集合。屬性（attribute）、域（domain）、碼（key）：屬性指實體所具有的某一方面的特性，一個實體可由若干個屬性來刻畫。屬性取值在一定的范圍，稱為該屬性的值域/域。其類型能夠是整數型、實數型、字符串型等。唯一標識實體的屬性集稱為碼，也稱為實體標識符。聯系（relationship）是實體集合之間的相互關系。現實世界中事物內部以及事物之間的聯系在信息世界中反映為實體內部的聯系和實體