《管理信息系統(tǒng)》-3管理信息系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ).ppt

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1、第3章 管理信息系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ),2,學(xué)習(xí)目標(biāo),,掌握計算機硬件組成及功能 熟悉網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及組成 了解多媒體音頻視頻常用技術(shù) 掌握計算機軟件組成及分類 理解數(shù)據(jù)庫的基本概念 掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本方法,3,3.1計算機硬件技術(shù),一個完整的計算機系統(tǒng)是由計算機硬件系統(tǒng)和計算機軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件是計算機的實體，又稱為硬設(shè)備，是所有固定裝置的總稱。它是計算機實現(xiàn)其功能的物質(zhì)基礎(chǔ)，其基本配置可分為：主機、鍵盤、顯示器、光驅(qū)、硬盤、打印機、鼠標(biāo)等。軟件是指揮計算機運行的程序集，可以按功能將其分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，計算機系統(tǒng)的組成如圖3-1所示。,4,3.1.1計算機系統(tǒng)的基本組成,,圖3-1計算機系

2、統(tǒng)的組成,5,3.1.2計算機硬件各部件的主要功能,硬件是組成計算機的各種物理設(shè)備，它包括計算機的主機和外部設(shè)備。具體由五大功能部件組成，分別是： 1）運算器 2）控制器 3）存儲器 4）輸入設(shè)備 5）輸出設(shè)備,6,1.運算器,運算器又稱算術(shù)邏輯單元（Arithmetic Logic Unit，ALU）。它是計算機對數(shù)據(jù)進行加工處理的部件，包括算術(shù)運算（加、減、乘、除等）和邏輯運算（與、或、非、異或、比較等）。它的核心部分是加法器。因為四則運算的各種算法都可以歸結(jié)為加法與移位操作，所以加法器的設(shè)計是算術(shù)邏輯線路設(shè)計的關(guān)鍵。,7,2.控制器,控制器主要由指令寄存器、譯碼器、程序計數(shù)器、操作控制器

3、等組成?？刂破鳟a(chǎn)生各種控制信號，指揮整個計算機有條不紊地工作。 人們通常把運算器和控制器看作一個整體稱為中央處理器（Central Processing Unit，CPU）CPU的功能主要有以下四個方面： （1）指令控制-程序的順序控制，稱為指令控制。 （2）操作控制-CPU管理并產(chǎn)生由內(nèi)部取出的每條指令的操作信號，把各 種操作信號送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進行動作。 （3）時間控制-對各種操作實施時間上的控制，稱為時間控制。 （4）數(shù)據(jù)加工-對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算。 計算機各部分之間的信息傳遞主要是通過總線（BUS）來實現(xiàn)的，所謂總線就是指能為多個功能部件提供服務(wù)的一

4、組公用信息線。,8,3.存儲器,存儲器是計算機記憶或暫存數(shù)據(jù)的部件。計算機中的全部信息，包括原始的輸入數(shù)據(jù)。經(jīng)過初步加工的中間數(shù)據(jù)以及最后處理完成的有用信息都存放在存儲器中。而且，指揮計算機運行的各種程序，即規(guī)定對輸入數(shù)據(jù)如何進行加工處理的一系列指令也都存放在存儲器中。 一般對計算機存儲系統(tǒng)劃分為兩級： 內(nèi)存儲器（主存儲器），如半導(dǎo)體存儲器，它的存取速度快，但容量?。?外存儲器（輔助存儲器），如磁盤存儲器，它的存儲速度慢，但容量很大。,9,3.存儲器,計算機中的存儲器是分層結(jié)構(gòu)的，這種層次結(jié)構(gòu)在不同類型的計算機中有所不同，存儲層次是在綜合考慮容量、速度、價格的基礎(chǔ)上建立的存儲組合，以便滿足系統(tǒng)

5、對存儲器在性能與經(jīng)濟兩方面的要求。在大型機中一般都配有多種存儲器，構(gòu)成多層的存儲層次，稱為存儲體系。圖3-2所示為一種典型的存儲層次結(jié)構(gòu)。,10,3.存儲器,,,圖3-2存儲體系的結(jié)構(gòu),11,3.存儲器,存儲器的性能主要包括以下幾個方面： (1)存儲容量: 在計算機中，將1個二進制位稱為“位”（Bit），將8位二進制位稱為“字節(jié)”（Byte），而將計算機數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)幕締挝环Q為“字”（Word），將它所包含的二進制數(shù)的位數(shù)稱為“字長”。存放一個機器字的存儲單元，通常稱為字存儲單元，相應(yīng)的單元地址叫字地址。而存放一個字節(jié)的存儲單元，稱為字節(jié)存儲單元，相應(yīng)的地址稱為字節(jié)地址。隨著存儲器不斷擴大

6、，人們采用了更大的存儲單位如，千字節(jié)KB（1024B）、兆字節(jié)MB（1024KB），千兆字節(jié)GB（1024MB）及兆兆字節(jié)TB（1024GB）。 (2)存取時間與存儲周期: 存取時間又稱存儲器訪問時間，是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。存儲周期是指連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作（如連續(xù)兩次讀操作）所需間隔的最小時間。 (3)功耗及可靠性： 功耗是指每個存儲單元所消耗的功率，單位為w/單元，也有用每塊芯片總功率來表示功耗的，單位為mw/芯片?？煽啃詣t是指存儲器對電子磁場的抗干擾性和對溫度變化的抗干擾性。,12,4.輸入輸出設(shè)備,輸入輸出設(shè)備是實現(xiàn)人與計算機之間相互聯(lián)系的部件。其主要

7、功能是實現(xiàn)人機對話、輸入與輸出以及各種形式的數(shù)據(jù)變換等。 輸入設(shè)備 它是重要的人機接口，負(fù)責(zé)將輸入的信息（包括數(shù)據(jù)和指令）轉(zhuǎn)換成計算機能識別的二進制代碼，送入存儲器保存。常見的輸入設(shè)備有：鍵盤；指點類輸入設(shè)備如鼠標(biāo)、光筆、觸摸屏等；掃描類設(shè)備如條形碼掃描儀、圖形掃描儀等；傳感類設(shè)備如攝像機及其它傳感器；語音類設(shè)備如話筒等。 輸出設(shè)備 將計算機中的二進制信息轉(zhuǎn)換為用戶所需要的數(shù)據(jù)形式并輸出計算機處理結(jié)果的設(shè)備。常用的輸出設(shè)備有：顯示器；打印機如點陣打印機、噴墨打印機、熱敏打印機、激光打印機等；影像輸出系統(tǒng)如各類顯示器；語音輸出系統(tǒng)如耳機、音箱等。,13,3.1.3存儲程序控制系統(tǒng),“存儲程序控制

8、”的概念，是以美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾伊曼為代表的科學(xué)家于1946年提出的設(shè)計電子數(shù)字計算機的一些基本思想，主要包括：由運算器、控制器、存儲器、輸入裝置和輸出裝置五大基本部件組成計算機，該思想規(guī)定了這五個部分的基本功能；采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令；將程序和數(shù)據(jù)事先放在存儲器中，使計算機在工作時能夠自動高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行，即存儲程序概念。,14,3.1.3存儲程序控制系統(tǒng),,圖3-3馮諾依曼體系計算機,15,3.1.4計算機網(wǎng)絡(luò)硬件,信息技術(shù)的發(fā)展，使得計算機和通信技術(shù)相互滲透而且緊密結(jié)合。與之相應(yīng)的是計算機網(wǎng)絡(luò)的誕生。計算機網(wǎng)絡(luò)是指利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同的、功能獨立的多個

9、計算機系統(tǒng)互連起來，以功能完善的軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。,16,1網(wǎng)絡(luò)的分類及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),(1)網(wǎng)絡(luò)分類 1)按網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)分類： 廣播式網(wǎng)絡(luò) 點到點式網(wǎng)絡(luò) 2)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍與規(guī)模分類： 局域網(wǎng)LAN 城域網(wǎng)MAN 廣域網(wǎng)WAN,17,1網(wǎng)絡(luò)的分類及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),(2)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1)總線型結(jié)構(gòu) 2)星型結(jié)構(gòu) 3)環(huán)型,18,1網(wǎng)絡(luò)的分類及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),,總線型結(jié)構(gòu)是局域網(wǎng)最主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一，其介質(zhì)訪問控制方法采用的是“共享介質(zhì)”方式。即各結(jié)點通過相應(yīng)的網(wǎng)卡直接與公共總線連接。所有的節(jié)點都可以通過總線發(fā)送或接收信息，但每次只能允許一個節(jié)點發(fā)送，接收則采用廣播式，其他節(jié)

10、點允許收聽。,圖3-4總線型網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),19,1網(wǎng)絡(luò)的分類及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),星型結(jié)構(gòu)中心節(jié)點是主結(jié)點。它接收各分散結(jié)點的信息并轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)節(jié)點，具有中繼交換和數(shù)據(jù)處理功能。中心節(jié)點常采用交換機。,,圖3-5星型網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),20,1網(wǎng)絡(luò)的分類及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),環(huán)型結(jié)構(gòu)其物理結(jié)構(gòu)為環(huán)型，環(huán)上有多個站點逐個與環(huán)相連，相鄰站之間是一種點對點鏈路。當(dāng)環(huán)正常工作時，令牌作為一種特殊的控制幀。沿物理環(huán)單向逐級傳送，傳送順序與節(jié)點在環(huán)中排列順序相同。某個節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)幀必須等待令牌的到來，發(fā)送完后釋放令牌，傳給下一節(jié)點。,,圖3-6環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),21,1網(wǎng)絡(luò)的分類及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),22,2網(wǎng)絡(luò)硬件,（1）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

11、 服務(wù)器（Server）是計算機網(wǎng)絡(luò)中向其它計算機或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供某種服務(wù)的計算機。按提供服務(wù)的不同可以命名為不同服務(wù)器名稱，如數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，郵寄服務(wù)器，web服務(wù)器，打印服務(wù)器等。,23,2網(wǎng)絡(luò)硬件,（2）客戶機 客戶機是與服務(wù)器相對的一個概念。在網(wǎng)絡(luò)中，客戶機是用來接受其它計算機提供的某種服務(wù)的用戶計算機。客戶機與服務(wù)器的另外一個區(qū)別是兩者安裝的系統(tǒng)軟件或應(yīng)用軟件不同，如某臺計算機用于服務(wù)器時，需安裝Unix或Windows Server等操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的服務(wù)器軟件，而普通客戶機則只需要安裝Windows2000、Windows XP等不帶服務(wù)器軟件的系統(tǒng)等。,24,2網(wǎng)絡(luò)硬件,（3）傳輸

12、介質(zhì) 網(wǎng)絡(luò)中的通信傳輸介質(zhì)包括同軸電纜、雙絞線和光纖等。,,圖3-7同軸電纜結(jié)構(gòu),圖3-8雙絞線介質(zhì),圖3-9 光纖結(jié)構(gòu),25,2網(wǎng)絡(luò)硬件,（4）網(wǎng)絡(luò)適配器 網(wǎng)絡(luò)適配器又稱為網(wǎng)卡，是一塊插入微機I/O槽或者集成于計算機主板的硬件，如圖3-10所示。其主要作用是將計算機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠通過介質(zhì)傳輸?shù)男盘枴＞W(wǎng)卡的主要任務(wù)是進行數(shù)據(jù)的封裝和解封、鏈路管理以及傳輸數(shù)據(jù)的編碼和譯碼。,圖3-10 PCI總線網(wǎng)卡,26,2網(wǎng)絡(luò)硬件,（5）中繼器 計算機網(wǎng)絡(luò)中，信號在傳輸介質(zhì)中傳遞時，由于介質(zhì)的阻抗會使信號愈來愈弱，以至于可能導(dǎo)致信號失真。因此，當(dāng)網(wǎng)線等網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)長度超過一定限度后，若想繼續(xù)傳輸下去，就必須將信

13、號整理放大，以恢復(fù)成原來的波形和強度。中繼器就是連接網(wǎng)絡(luò)線路的一種裝置，用于兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的物理信號的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作，負(fù)責(zé)在兩個節(jié)點的物理層上按位傳遞信息，完成信號的復(fù)制、調(diào)整和放大功能，以此來延長網(wǎng)絡(luò)的長度。,27,2網(wǎng)絡(luò)硬件,（6）集線器 集線器是中繼器的一種形式，但集線器能提供多端口的服務(wù)。 集線器是以廣播的形式傳遞網(wǎng)絡(luò)信息的集線器的工作方式：工作機理是廣播，無論是從哪一個端口接收到什么信息包，都以廣播的形式將信息包發(fā)送給其其余的所有端口。集線器工作時共享帶寬式，其帶寬由端口平均分配，如總帶寬為10Mb/s的集線器，連接4臺工作站同時上網(wǎng)時，每臺工作站平均帶寬僅為10/4=2.5Mb/s

14、。,28,2網(wǎng)絡(luò)硬件,（7）網(wǎng)橋 網(wǎng)橋時用于兩個相似網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備，如圖3-11所示。網(wǎng)橋有在不同網(wǎng)段之間再生信號的功能，它能有效地連接兩個局域網(wǎng)，使本地通信限制在本網(wǎng)段內(nèi)，并轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的信號至另一網(wǎng)段。網(wǎng)球通常用于連接數(shù)量不多且在同一類型的網(wǎng)段。網(wǎng)橋這種設(shè)備看上去有點像中繼器，它具有單個輸入端口和輸出端口。它與中繼器不同之處在于就在它能夠解析所收發(fā)的數(shù)據(jù)。,29,2網(wǎng)絡(luò)硬件,,圖3-11網(wǎng)橋的連接,30,2網(wǎng)絡(luò)硬件,（8）交換機 交換機又叫交換式集線器，它通過對信息進行重新生成，并經(jīng)過內(nèi)部處理后轉(zhuǎn)發(fā)至指定端口，具備自動尋址能力和交換作用，由于交換機根據(jù)所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨立地

15、從源端口送至目的端口，避免了和其他端口發(fā)生碰撞。交換機每一端口都有其專用的帶寬，如對于10Mb/s的交換式集線器，每個端口都有10Mb/s的帶寬，這樣改變了集線器只能同時有一對端口工作。因此，交換機提高了網(wǎng)絡(luò)的實際吞吐量。,31,2網(wǎng)絡(luò)硬件,（9）路由器 路由器是在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)互連的設(shè)備。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于 TCP/IP 的國際互連網(wǎng)絡(luò)Internet 的主體脈絡(luò)。路由器的基本功能是，把IP數(shù)據(jù)報文傳送到正確的網(wǎng)絡(luò)，包括數(shù)據(jù)報的尋徑和傳送、維護路由表并與其它路由器交換路由信息、IP 數(shù)據(jù)報的差錯處理及簡單的擁塞控制等。 路由器與交換機雖然都是網(wǎng)絡(luò)通信中常見的設(shè)備

16、，而且功能類似，但它們之間還是有明顯的區(qū)別 。,32,2網(wǎng)絡(luò)硬件,,圖3-12 用路由器連接兩個不同類型的網(wǎng)絡(luò),33,2網(wǎng)絡(luò)硬件,,圖3-13 用交換機連接的網(wǎng)絡(luò),34,3.2多媒體技術(shù),3.2.1多媒體基本概念 3.2.2音頻技術(shù) 3.2.3數(shù)字圖像技術(shù) 3.2.4MPEG技術(shù),35,3.2.1 多媒體基本概念,1.多媒體定義及特點 多媒體定義： 多媒體計算機技術(shù)（Multimedia Computing Technology，MCT）是計算機綜合處理多種媒體信息文本、圖形、圖像、音頻和視頻，使多種信息建立邏輯連接，集成為一個系統(tǒng)并具有交互性。 多媒體特點： 信息交流和傳播的媒體 人-機交互

17、式媒體 以數(shù)字的形式存儲和傳輸,36,2.多媒體與傳統(tǒng)媒體的比較 現(xiàn)在的模擬電視其特性是線性播放，即影視節(jié)目是從頭到尾播放的，觀眾是被動者而電視是主動者；多媒體則是由計算機參與的，計算機的交互性特點使得人們可以用鍵盤、鼠標(biāo)器、觸摸屏、聲音等設(shè)備，通過計算機程序去控制各種媒體的播放，人與計算機之間，人駕駛多媒體，人是主動者而多媒體是被動者。,37,3 .多媒體的基本概念 （1）超文本(hypertext) 超文本是一種文本。與傳統(tǒng)的文本文件相比，它們之間的主要差別是，傳統(tǒng)文本是以線性方式組織的，而超文本是以非線性方式組織的。這里的非線性是指文本中遇到的一些相關(guān)內(nèi)容可以通過“鏈接”組織在一起，用戶

18、可以很方便地瀏覽這些相關(guān)內(nèi)容。 （2）超鏈接(hyper link) 文本中的詞、短語、符號、圖像、聲音剪輯或影視剪輯之間的鏈接，或者與其他的文件、超文本或超媒體文件之間的鏈接。詞、短語、符號、圖像、聲音剪輯、影視剪輯和其他文件通常被稱為對象或者稱為文檔元素，因此超鏈接是對象之間或者文檔元素之間的鏈接。 （3）多媒體與光盤存儲器 光盤(CD)存儲器在多媒體的發(fā)展史上起了相當(dāng)重要的作用，在網(wǎng)絡(luò)還不發(fā)達的國家里，CD是發(fā)行多媒體節(jié)目的主要手段。由于多媒體的數(shù)據(jù)量很大，目前普遍采用的是存儲容量比CD大得多的DVD光盤存儲器。 Digital Video Disc Digital Versatil

19、e Disc,38,3.2.2 音頻技術(shù),1.音頻信號 聲音是通過空氣傳播的一種連續(xù)的波，即聲波。它具有普通波所具有的特性，例如反射、折射和衍射等。聲音的強弱體現(xiàn)在聲波壓力的大小上，而音調(diào)的高低體現(xiàn)在聲音的頻率上。音頻信號在時間和幅度上都是連續(xù)的模擬信號。 音頻信號的一個重要參數(shù)就是帶寬，它用來描述組成復(fù)合信號的頻率范圍。聲音信號的兩個基本參數(shù)是頻率和幅度。信號的頻率是指信號每秒鐘變化的次數(shù)，用Hz表示。 頻率小于20 Hz的信號稱為次音信號；頻率范圍為20 Hz20 kHz的信號稱為音頻(Audio) 信號；,39,2.聲音信號數(shù)字化 長時間以來，多數(shù)電信號的處理一直是用模擬元部件，如通過

20、晶體管、變壓器、電阻、電容等對模擬信號進行處理。但是，開發(fā)一個具有相當(dāng)精度、且?guī)缀醪皇墉h(huán)境變化影響的模擬信號處理元部件是相當(dāng)困難的，而且成本也很高。人們于是開始研究把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，用數(shù)字量來表示模擬量，并對數(shù)字信號做相應(yīng)計算。于是，開發(fā)模擬運算部件的問題就轉(zhuǎn)變成了開發(fā)數(shù)字運算部件的問題，這就出現(xiàn)了數(shù)字信號處理器(DSP)。DSP與通用微處理器相比，除了它們的結(jié)構(gòu)不同外，其基本差別是DSP有能力響應(yīng)和處理采樣模擬信號得到的數(shù)據(jù)流，如做乘法以及累加求和運算等。,40,在數(shù)字域而不在模擬域中做信號處理的主要優(yōu)點是： 數(shù)字信號計算是一種精確的運算方法，它不受時間和環(huán)境變化的影響； 表示部件功

21、能的數(shù)字運算不是物理上實現(xiàn)的功能部件，而是僅用數(shù)字運算去模擬，其中的數(shù)字運算也相對容易實現(xiàn)； 可以對數(shù)字運算部件進行編程，如需要改變算法或改變某些功能，還可對數(shù)字部件進行再編程。,41,3.模擬采樣 語音信號是典型的連續(xù)信號，不僅在時間上是連續(xù)的，而且在幅度上也是連續(xù)的。在時間上連續(xù)是指在一個指定的時間范圍里，聲音信號的幅值有無窮多個，在幅度上連續(xù)是指幅度的數(shù)值有無窮多個。我們把在時間和幅度上都是連續(xù)的信號稱為模擬信號。在某些特定的時刻對這種模擬信號進行測量叫做采樣，由這些特定時刻采樣得到的信號稱為離散時間信號。采樣得到的幅值是無窮多個實數(shù)值中的一個，因此幅度還是連續(xù)的。如果把信號幅度取值的數(shù)

22、目加以限定，這種由有限個數(shù)值組成的信號 就稱為離散幅度信號。,42,例如，假設(shè)輸入電壓的范圍是0.0V0.7V，并假設(shè)它的取值只限定在0、0.1、0.2，，0.7共8個值。如果采樣得到的幅度值是0.123V，它的取值就應(yīng)算 作0.1V，如果采樣得到的幅度值是0.26V，它的取值就算作0.3，這種數(shù)值就稱為離散數(shù)值。我們把時間和幅度都用離散的數(shù)字表示的信號就稱為數(shù)字信號。如圖3-14所示。,圖3-14 模擬信號的采樣和量化,43,4.采樣頻率和精度 采樣頻率的高低是根據(jù)奈奎斯特理論和聲音信號本身的最高頻率決定的。奈奎斯特理論指出，采樣頻率不應(yīng)低于聲音信號最高頻率的兩倍，這樣就能把以數(shù)字表達的聲音

23、還原成原來的聲音，這叫做無損數(shù)字化。采樣定律用公式表示為 fs 2f。其中fs為采樣頻率，f為被采樣信號的最高頻率。 樣本大小是用每個聲音樣本的位數(shù)（bit/s）表示的，它反映度量聲音波形幅度的精度。例如，每個聲音樣本用16位(2字節(jié))表示，測得的聲音樣本值是在065536的范圍里，它的精度就是輸入信號的1/65536。樣本位數(shù)的大小影響到聲音的質(zhì)量，位數(shù)越多，聲音的質(zhì)量越高，而需要的存儲空間也越多；位數(shù)越少，聲音的質(zhì)量越低，需要的存儲空間越少。根據(jù)聲音的頻帶，通常把聲音的質(zhì)量分成5個等級，由低到高分別是電話、調(diào)幅(AM)廣播、調(diào)頻(FM)廣播、 激光唱盤(CD-Audio)和數(shù)字錄音帶(DA

24、T)的聲音。,44,5.聲音文件的存儲格式 如同存儲文本文件一樣，存儲聲音數(shù)據(jù)也需要有存儲格式。目前比較流行的音頻文件格式包括以下幾種。 （1）CD格式 （2）WAV格式 （3）MP3格式 （4）WMA格式 （5）MIDI格式,45,3.2.3數(shù)字圖象技術(shù),圖像數(shù)據(jù)壓縮主要根據(jù)下面兩個基本事實來實現(xiàn)的： 一個是圖像數(shù)據(jù)中有許多重復(fù)的數(shù)據(jù)，如果使用數(shù)學(xué)方法來表示這些重復(fù)數(shù)據(jù)就可以減少數(shù)據(jù)量無損壓縮技術(shù) 另一個事實是人的眼睛對圖像細節(jié)和顏色的辨認(rèn)有一個極限，把超過極限的部分去掉，也就達到壓縮數(shù)據(jù)的目的有損壓縮技術(shù) 實際的圖像壓縮是綜合使用各種有損和無損壓縮技術(shù)來實現(xiàn)的。,,46,1. 視覺系統(tǒng)對顏

25、色的感知 可見光是波長在380nm780 nm之間的電磁波，人們看到的大多數(shù)光是由許多不同波長的光組合成的。自然界中的任何一種顏色都可以由R，G，B（紅，綠，藍）這3種顏色值之和來確定，它們構(gòu)成一個3維的 RGB矢量空間。R，G，B的數(shù)值不同混合得到的顏色就不同，也就是光波的波長不同。 一幅彩色圖像可以看成由許多的點組成的，圖像中的單個點稱為像素(pixel)，每個像素都有一個值，稱為像素值，它表示特定顏色的強度。一個像素值往往用 R，G，B三個分量表示。如果每個像素的每個顏色分量用二進制的1位來表示，則其顏色的分量只有“1”和“0”這兩個值。也就是說，每種顏色的強度是100%，或者是 0%。

26、在這種情況下，每個像素所顯示的顏色是8種可能出現(xiàn)的顏色之一。,47,2.圖像的基本屬性 描述一幅圖像需要使用圖像的屬性。圖像的屬性包含分辨率、像素深度、真/偽彩色、圖像的表示法和種類等。,48,(1)分辨率 顯示分辨率 顯示分辨率是指顯示屏上能夠顯示出的像素數(shù)目。例如，顯示分辨率為640480表示顯示屏分成480行，每行顯示640個像素，整個顯示屏就含有307200個顯像點。屏幕能夠顯示的像素越多，說明顯示設(shè)備的分辨率越高，顯示的圖像質(zhì)量也就越高。 圖像分辨率 圖像分辨率是指組成一幅圖像的像素密度的度量方法。對同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素數(shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，看起來就越

27、逼真。相反，圖像顯得越粗糙。,49,(2)像素深度 像素深度是指存儲每個像素所用的位數(shù)，它也可以用來度量圖像的分辨率。像素深度決定彩色圖像的每個像素可能有的顏色數(shù)，或者確定灰度圖像的每個像素可能有的灰度級數(shù)。 例如，一幅彩色圖像的每個像素用R，G，B三個分量表示，若每個分量用8位，那么一個像素共用24位表示，就說像素的深度為24，每個像素可以是224=16777216種顏色中的一種。在這個意義上，往往把像素深度說成是圖像深度。表示一個像素的位數(shù)越多，它能表達的顏色數(shù)目就越多，而它的深度就越深,50,3.真彩色與偽彩色 真彩色(true color) 真彩色是指在組成一幅彩色圖像的每個像素值中，

28、有R，G，B三個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。 在許多場合，真彩色圖通常是指RGB 8:8:8，即圖像的顏色數(shù)等224，也常稱為全彩色 (full color)圖像。而人的眼睛是很難分辨出這么多種顏色的，因此在許多場合往往用 RGB 5:5:5來表示，每個彩色分量占5個位，再加1位顯示屬性控制位，共2個字節(jié)，生成的真顏色數(shù)目為215 = 32K。 偽彩色(pseudo color) 偽彩色圖像的含義是，每個像素的顏色不是由每個基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當(dāng)作彩色查找表的入口地址，去查找一個顯示圖像時使用的R，G，B強度值，用查找出的R，G，

29、B強度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。,51,4.圖像的種類 (1)矢量圖與位圖 矢量圖也稱為面向?qū)ο蟮膱D像，在數(shù)學(xué)上定義為一系列由線連接的點。 矢量文件中的圖形元素稱為對象，每個對象都是一個自成一體的實體，它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕位置等屬性。因此可以在維持其原有清晰度和彎曲度的同時，多次移動和改變它的屬性，而不會影響圖例中的其它對象。 位圖也被稱為點陣圖像，是把一幅彩色圖分成許多的像素，每個像素用若干個二進制位來指定該像素的顏色、亮度和屬性。 當(dāng)放大位圖時，可以看見構(gòu)成整個圖像的無數(shù)單個方塊。擴大位圖尺寸的效果是增多單個像素，從而使線條和形狀顯得參差不齊。然而，如果從稍遠的位置觀看它，位

30、圖圖像的顏色和形狀又顯得是連續(xù)的。由于位圖圖像是以排列的像素集合體形式創(chuàng)建的，所以不能單獨操作（如移動）局部位圖。影響位圖文件大小的因素主要有兩個：即圖像分辨率和像素深度。,52,(2)圖像文件格式 BMP圖像文件格式 JPEG圖像格式 GIF圖像格式 TIFF圖像格式 PNG格式,53,3.2.4 MPEG技術(shù),1988年，由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國際電工委員會IEC聯(lián)合成立的專家組負(fù)責(zé)開發(fā)電視圖像數(shù)據(jù)和聲音數(shù)據(jù)的編碼、解碼以及它們的同步等標(biāo)準(zhǔn)。這個專家組開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)就被稱為MPEG標(biāo)準(zhǔn)。MPEG標(biāo)準(zhǔn)的視頻壓縮編碼技術(shù)主要利用了具有運動補償?shù)膸g壓縮編碼技術(shù)以減小時間冗余度，利用DCT技術(shù)以減

31、小圖像的空間冗余度，利用熵編碼在信息表示方面減小統(tǒng)計冗余度。 MPEG標(biāo)準(zhǔn)主要有五個，分別是MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21。目前主流標(biāo)準(zhǔn)為前三種。MPEG-7與MPEG-21仍處在研發(fā)階段。,54,（1）MPEG1標(biāo)準(zhǔn) 制定于1992年，它是針對1.5Mbps以下數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲媒體運動圖像及其伴音編碼而設(shè)計的國際標(biāo)準(zhǔn)，具有CD的音質(zhì)，質(zhì)量級別基本與VHS相當(dāng)，我們熟知的VCD制作格式就是基于MPEG-1。但MPEG-1的編碼速率很有限，當(dāng)編碼速率的很高時，其解碼后的圖象質(zhì)量有所降低。MPEG-1視頻格式的文件擴展名包括.mpg、.mpeg以及VCD

32、光盤中的.dat文件等。由于它能適用于不同帶寬的設(shè)備，因此MPEG-1也被用于數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)上的視頻傳輸，如非對稱數(shù)字用戶線路(ADSL)，視頻點播(VOD)，以及教育網(wǎng)絡(luò)等。同時，MPEG-1也可被用做記錄媒體或是在INTERNET上傳輸音頻。,55,（2）MPEG2標(biāo)準(zhǔn) 該標(biāo)準(zhǔn)制定于1994年，設(shè)計目標(biāo)為高級工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量以及更高的傳輸率。MPEG-2所能提供的傳輸率在3-10Mbits/sec間,它在NTSC制式下的分辨率可達720*486。MPEG-2也可提供廣播級的視頻和CD級的音質(zhì)。這種格式主要應(yīng)用在DVD/SVCD的制作上，除了做為DVD的指定標(biāo)準(zhǔn)外，MPEG-2還可用于為廣播

33、、有線電視網(wǎng)以及衛(wèi)星直播提供廣播級的數(shù)字視頻。MPEG-2可提供一個較廣的范圍改變壓縮比，以適應(yīng)不同畫面質(zhì)量，存儲容量，以及帶寬的要求。使用MPEG-2的壓縮算法，可以把一部120分鐘長的電影壓縮到4到8GB的大小。這種視頻格式的文件擴展名包括.mpg、.mpeg以及DVD光盤上的.vob文件等。,56,（3）MPEG4標(biāo)準(zhǔn) MPEG4是為了播放流式媒體的高質(zhì)量視頻于1998年制定的，它不僅針對一定比特率下的視頻、音頻編碼，而且更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性。MPEG4利用很窄的帶寬，通過幀重建技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮，以求用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量。利用MPEG4的高壓縮率和高的圖像還原質(zhì)量可

34、以把DVD里面的MPEG2視頻文件轉(zhuǎn)換為體積更小的視頻文件。經(jīng)過這樣處理，圖像的視頻質(zhì)量下降不大但體積卻可縮小幾倍，目前MPEG-4最有吸引力的地方在于它能夠保存接近于DVD畫質(zhì)的小體積視頻文件。另外，這種文件格式還包含了以前MPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)所不具備的比特率的可伸縮性、交互性甚至版權(quán)保護等一些特殊功能。這種視頻格式的文件擴展名包括.asf、.mov等。,57,3.3 計算機軟件系統(tǒng),從廣義上說，軟件系統(tǒng)是指為運行、維護、管理、應(yīng)用計算機所編制的所有程序和數(shù)據(jù)的總和。計算機的一個基本特點就是程序存儲和程序控制，計算機的任何工作都有賴于程序的運行，離開了軟件系統(tǒng)，計算機的硬件系統(tǒng)也就變得毫無意義了

35、。因此只有配備了軟件系統(tǒng)的計算機才能稱為一個完整的計算機系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)通?？梢苑譃橄到y(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。軟件系統(tǒng)的組成如圖3-15所示。,58,,圖3-15計算機軟件組成,59,系統(tǒng)軟件是為計算機提供管理、控制、維護和服務(wù)等各項功能，充分發(fā)揮計算機效能和方便用戶使用的各種程序的集合。系統(tǒng)軟件主要包括：操作系統(tǒng)、語言編譯解釋系統(tǒng)、服務(wù)性程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。,3.3.1系統(tǒng)軟件,60,1操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的主要功能就是對計算機的各種資源如CPU、存儲器、外部設(shè)備等進行管理，包括進程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理等部分。通俗地講，操作系統(tǒng)就是計算機自己管理自己的軟件，操作系統(tǒng)

36、為用戶提供了一整套的操作命令，用戶通過這些命令可以非常方便地使用計算機的各種資源。目前比較常用的操作系統(tǒng)有Windows、Unix、OS/2等。另外，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展，又出現(xiàn)了一些適應(yīng)于計算機網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，如Netware、Windows NT等。這些網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在單機操作系統(tǒng)的功能基礎(chǔ)上又增加了網(wǎng)絡(luò)管理的功能。,61,2語言編譯解釋系統(tǒng) 編譯和解釋是兩種不同的轉(zhuǎn)換過程 編譯是將源程序一次性轉(zhuǎn)換成由機器語言組成的程序，這種轉(zhuǎn)換的過程叫編譯，負(fù)責(zé)編譯的系統(tǒng)軟件稱為編譯軟件或編譯程序，經(jīng)過編譯的機器語言程序在運行時可以脫離開源程序和編譯程序，直接控制計算機的運行，目前大多

37、數(shù)高級語言程序都是采用這種編譯的方式。 解釋是將源程序逐條進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換一條執(zhí)行一條，這種轉(zhuǎn)換的過程叫解釋，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)軟件稱為解釋軟件或解釋程序，用這種高級語言編寫的程序在運行時不能脫離解釋程序，因此它占用的內(nèi)存空間較大，且運行的速度也較慢，但這種方法容易進行錯誤檢查和程序的調(diào)試，并可以方便地設(shè)置程序運行的斷點，因此多用來做為程序設(shè)計的入門語言。,62,3服務(wù)性程序 主要包括一些診斷程序、檢測調(diào)試程序、各種軟件工具、各種開發(fā)制作平臺及各種設(shè)備驅(qū)動程序等。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要是用于對數(shù)據(jù)庫進行組織、整理、查詢、修改等工作。作為信息管理中的核心軟件，本章后面將重點對此展開描述。,63,3.3.

38、2應(yīng)用軟件,應(yīng)用軟件是用戶為解決各種實際問題而編制的計算機應(yīng)用程序及其有關(guān)資料。應(yīng)用軟件主要有以下幾種： 1.用于科學(xué)計算方面的數(shù)學(xué)計算軟件包、統(tǒng)計軟件包 2.文字處理軟件包(如Office 系列) 3.圖像處理軟件包(如Photoshop等) 4.各種財務(wù)管理軟件、稅務(wù)管理軟件、工業(yè)控制軟件、輔助教育等專用軟件,64,3.4 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System，DBMS）是信息系統(tǒng)軟件中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，它位于用戶與操作系統(tǒng)之間，為用戶及應(yīng)用程序提供訪問數(shù)據(jù)庫的方法。DBMS包括數(shù)據(jù)庫的建立、查詢、更新及各種數(shù)據(jù)控制。

39、目前典型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Oracle、Sybase、DB2、SQL Server以及Visual Foxpro等。,65,3.4.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要研究如何科學(xué)合理地組織數(shù)據(jù)以及如何高效地訪問數(shù)據(jù)。隨著計算機軟硬件的發(fā)展，計算機用于數(shù)據(jù)管理經(jīng)歷了人工管理階段、文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。,66,1人工管理階段 在20世紀(jì)50年代以前，數(shù)據(jù)處理的特征是無數(shù)據(jù)管理及完全分散的手工方式。它表現(xiàn)在：無外存儲器或只有磁帶外存，輸入輸出設(shè)備簡單；無操作系統(tǒng)，無文件管理系統(tǒng)，無管理數(shù)據(jù)的軟件；數(shù)據(jù)是程序的組成部分，數(shù)據(jù)不獨立。修改數(shù)據(jù)必須修改程序。處理時，數(shù)據(jù)隨程序一道送入內(nèi)存，用完后

40、全部撤出計算機，不能保留；數(shù)據(jù)大量重復(fù)，不能共享；文件系統(tǒng)尚未出現(xiàn)，程序員必須自行設(shè)計數(shù)據(jù)的組織方式。,67,2文件系統(tǒng)階段 1.外存有了很大的發(fā)展，除磁帶機外，還出現(xiàn)了大容量的硬盤和靈活的軟磁盤。輸入、輸出能力大大加強。 2.系統(tǒng)軟件方面出現(xiàn)了操作系統(tǒng)、文件管理系統(tǒng)和多用戶的分時系統(tǒng)，出現(xiàn)了專用于商業(yè)事務(wù)管理的高級語言，可以進行文件處理，也可以進行非數(shù)值處理。 3.數(shù)據(jù)管理方面，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)對程序的一定的獨立性。文件邏輯結(jié)構(gòu)向存儲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換由軟件系統(tǒng)自動完成，系統(tǒng)開發(fā)和維護工作得到減輕 。 4.文件類型已經(jīng)多樣化。由于有了直接存取設(shè)備，就有了索引文件、鏈接文件、直接存取文件等，而且能對排序文

41、件進行多種檢索；數(shù)據(jù)存取以記錄為單位等等。,68,3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點是： (1)面向全組織的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 (2)數(shù)據(jù)冗余度小，易于擴充。 (3)數(shù)據(jù)與程序獨立。 (4)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能。,69,3.4.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成,數(shù)據(jù)庫是以一定的組織方式存儲在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，它以最少的數(shù)據(jù)冗余為多種應(yīng)用服務(wù)，使程序與數(shù)據(jù)具有較高的獨立性。20世紀(jì)70年代，數(shù)據(jù)庫技術(shù)有了很大發(fā)展，出現(xiàn)了許多基于層次或網(wǎng)狀模型的商品化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用在企業(yè)管理、交通運輸、情報檢索、軍事指揮、政府管理和輔助決策等各個方面。這一時期，關(guān)系模型的理論研究和軟件系統(tǒng)研制取得了很大進展。數(shù)據(jù)庫發(fā)展至今

42、，幾乎所有新開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。,70,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和有關(guān)人員組成的具有高度組織的總體。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要組成部分有: 1.計算機系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)指用于數(shù)據(jù)庫管理的計算機硬軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫需要大容量的主存以存放和運行操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序以及數(shù)據(jù)庫、目錄、系統(tǒng)緩沖區(qū)等，在輔助存儲器方面，則需要大容量的直接存取設(shè)備。此外，系統(tǒng)應(yīng)具有較高的網(wǎng)絡(luò)功能。 2.數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫既有存放實際數(shù)據(jù)的物理數(shù)據(jù)庫，也有存放數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述數(shù)據(jù)庫。 3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一組對數(shù)據(jù)庫進行管理的軟件，通常包括數(shù)據(jù)定義語言及其編譯程序數(shù)據(jù)操

43、縱語言、編譯程序以及數(shù)據(jù)管理例行程序。 4.人員 為了保證數(shù)據(jù)庫的完整性、明確性和安全性，必須有人來對數(shù)據(jù)庫進行有效的控制。行使這種控制權(quán)的人叫數(shù)據(jù)庫管理員。他們負(fù)責(zé)建立和維護模式，提供數(shù)據(jù)的保護措施和編寫數(shù)據(jù)庫文件。,71,3.4.3實體與數(shù)據(jù)模型,現(xiàn)實世界 指人們頭腦之外的客觀世界，它包含客觀事物及其相互聯(lián)系。 觀念世界 又稱信息世界是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映?？陀^事物在觀念世界中稱為實體，為了反映實體和實體的聯(lián)系，可以采用實體聯(lián)系模型，關(guān)于實體間聯(lián)系我們在后面會專門談及。 機器世界 是信息世界中信息的數(shù)據(jù)化?，F(xiàn)實世界中的事物及其聯(lián)系，在機器世界中用數(shù)據(jù)模型描述。 從現(xiàn)實世界、觀念世界到

44、機器世界是一個認(rèn)識的過程，也是抽象和映射的過程。與此相對應(yīng)，設(shè)計數(shù)據(jù)庫也要經(jīng)歷類似的過程，即數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟包括用戶需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計四個階段。其中:概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)用戶需求設(shè)計數(shù)據(jù)庫模型，所以稱它為概念模型。概念模型可用實體聯(lián)系模型表示。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計是將概念模型轉(zhuǎn)換成某種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DBMS)支持的數(shù)據(jù)模型。物理結(jié)構(gòu)設(shè)計是為數(shù)據(jù)模型在設(shè)備上選定合適的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。,72,,1實體及聯(lián)系 在信息世界中，涉及到的主要概念有： 實體。實體是指客觀存在并可相互區(qū)分的事物。實體可以是具體的人或事，也可以是抽象的概念和聯(lián)系，例如一名教師，一門課等。同類型的實

45、體集合稱為實體集。 屬性。實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。例如學(xué)生實體可以由學(xué)號，姓名，性別，年齡等屬性組成。 聯(lián)系?，F(xiàn)實世界的事物總是存在著這樣或那樣的聯(lián)系，這種聯(lián)系必然要在信息世界中得到反映。在信息世界中，事物之間的聯(lián)系可分為兩類：一是實體集內(nèi)部的聯(lián)系，如組成實體的各屬性之間的關(guān)系；另一種是實體集之間的聯(lián)系，這里我們主要討論后者。,73,(1)一對一聯(lián)系(1:1) 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個實體與之聯(lián)系，之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯(lián)系.記為1：n。例如，在學(xué)校里一個班級只有一個正班長，而一個班長只在一個班中任職，則班級與

46、班長之間具有一對一聯(lián)系。 (2)一對多聯(lián)系(1:n) 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體(n=0)與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯(lián)系，記為1:n。 例如，一個班級中有若干名學(xué)生，而每個學(xué)生只在一個班級中學(xué)習(xí)，則班級與學(xué)生之間具有一對多聯(lián)系。 (3)多對多聯(lián)系(m:n) 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體((n=0)與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m個實體(m=0)與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B具有多對多聯(lián)系，記為m:n。例如，一門課程同時有若干個學(xué)生選

47、修，而一個學(xué)生可以同時選修多門課程，則課程與學(xué)生之間具有多對多聯(lián)系。,74,,圖3-16兩個實體集之間的三類聯(lián)系,75,2數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型是對客觀事物及其聯(lián)系的數(shù)據(jù)化描述。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，對現(xiàn)實世界中數(shù)據(jù)的抽象、描述以及處理等都是通過數(shù)據(jù)模型來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計中用于提供信息表示和操作手段的形式構(gòu)架，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)。,76,目前，在實際數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中支持的數(shù)據(jù)模型主要有三種:層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。 （1）層次模型 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)最早出現(xiàn)的模型。層次數(shù)據(jù)模型的提出，主要是基于現(xiàn)實世界中很多事物是按層次組織起來的。這種模型中最基本的數(shù)據(jù)關(guān)系就是層次關(guān)系，并以樹狀結(jié)構(gòu)表示，

48、它描述的兩個記錄型之間一對多的關(guān)系。,77,（2）網(wǎng)狀模型 這種數(shù)據(jù)模型是一種比層次模型更具普遍性的結(jié)構(gòu)，它去掉了層次模型的兩個限制，允許多個結(jié)點沒有雙親結(jié)點，允許結(jié)點有多個雙親結(jié)點，這和層次模型比較起來更加接近客觀實際，也能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界。但其缺點是實現(xiàn)起來很復(fù)雜。,78,（3）關(guān)系模型 關(guān)系模型是建立在數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上，應(yīng)用關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算等數(shù)學(xué)理論處理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的方法。系統(tǒng)而嚴(yán)格地提出關(guān)系模型的是美國IBM公司的E.F.Codd。他從1970年起連續(xù)發(fā)表了多篇論文，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理淪基礎(chǔ)。從用戶的觀點來看，在關(guān)系模型下，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。每一個關(guān)系為一張二維表，

49、以一個文件的方式存儲。實體間的聯(lián)系均通過關(guān)系進行描述。,79,例如表3-1用8行6列的二維表表示了某工廠的設(shè)備清單關(guān)系。,表3-1設(shè)備清單關(guān)系,80,關(guān)系模型中的主要術(shù)語有: 關(guān)系:一個關(guān)系對應(yīng)于一張二維表。 元組:表中一行稱為一個元組，也稱為記錄。 屬性:表中一列稱為一個屬性，或者稱為字段。每列的名字即為屬性名或字段名。 主碼:也稱主關(guān)鍵字，是表中的某個屬性或?qū)傩越M，它的值惟一地標(biāo)識一個元組，如表3-1中，編號即為設(shè)備清單表的主碼。 域:一個屬性的取值范圍。 關(guān)系模式:對某一關(guān)系的描述，用關(guān)系名 (屬性1，屬性2，屬性n)來表示。,81,3關(guān)系規(guī)范化理論 對于一個學(xué)生登記表，其關(guān)系模式為學(xué)生

50、登記（學(xué)號，系名，系負(fù)責(zé)人，課程名，成績）。其中學(xué)號作為唯一標(biāo)識該關(guān)系的主碼，它決定了系名屬性，系名又決定了系負(fù)責(zé)人屬性，學(xué)號和課程號決定了成績屬性。然而，這個模式卻存在若干問題，比如： 如果一個系剛成立而尚無學(xué)生，或者雖然有了學(xué)生但尚未安排課程，就無法把這個系及其負(fù)責(zé)人的信息存入數(shù)據(jù)庫。即產(chǎn)生了插入異常。 反過來，如果某個系的學(xué)生全部畢業(yè)了，在刪除該系學(xué)生選修課程的同時，把這個系及其負(fù)責(zé)人的信息也丟掉了，即產(chǎn)生了刪除異常。 冗余太大。比如，每一個系負(fù)責(zé)人的姓名要與該系每一個學(xué)生的每一門功課成績出現(xiàn)的次數(shù)一樣多。這樣，一方面浪費存儲，另一方面，系統(tǒng)要付出很大的代價來維護數(shù)據(jù)庫的完整性。比如某系

51、負(fù)責(zé)人更換后，就必須立即修改有關(guān)的每一個元組。,82,關(guān)系的規(guī)范化是指在關(guān)系模型中，關(guān)系必須滿足一定的給定條件。 規(guī)范化理論研究的是關(guān)系模式中各屬性之間的依賴關(guān)系及其對關(guān)系模式性能的影響，從而進一步研究關(guān)系模式應(yīng)該具備的性質(zhì)和設(shè)計方法。規(guī)范化理論既給我們提供了判別關(guān)系模式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，也為數(shù)據(jù)庫設(shè)計工作提供了嚴(yán)格的理論依據(jù)。這個理論是E.F.Codd在l971年提出的。他及后來的研究者為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義了六種規(guī)范化模式 (Normal Form,簡稱范式)。范式表示了關(guān)系模式的規(guī)范化程度，也即滿足某種約束條件的關(guān)系模式。 一般根據(jù)滿足約束條件的不同來確定范式。如滿足最低要求，則為第一范式 (Fris

52、t Normal Form，簡稱lNF)。符合lNF而又進一步滿足一些約束條件的成為第二范式(2NF)，等等。,83,(1)第一范式( l NF ） 第一范式要求，在一個關(guān)系模式中，元組中每一個分量都必須是不可分割的數(shù)據(jù)項，我們再以一個學(xué)生關(guān)系為例，如表3-2所示：,表3-2學(xué)生關(guān)系表,84,由于1NF要求元組中的每一個分量都必須是不可分割的最小數(shù)據(jù)項，顯然這個關(guān)系不符合第一范式，我們可以對該關(guān)系模式進行如下的規(guī)范化使之滿足1NF，如表3-3所示。,表3-3 滿足1NF的學(xué)生關(guān)系表,85,(2)第二范式（2NF ) 第二范式要求，一個關(guān)系模式不僅要滿足1NF，而且所有的非主屬性必須完依賴于主碼

53、。例如，對上述表3-3，該學(xué)生關(guān)系的主碼是“學(xué)號”和“課程號”的組合，由于這個關(guān)系中存在的“姓名”屬性僅僅依賴于“學(xué)號”這個單一的屬性，而部分依賴于（學(xué)號，調(diào)號）主碼，因此該關(guān)系模式不滿足2NF。我們可以將這個關(guān)系模式進行模式分解，分為表3-4和表3-5所示的兩個關(guān)系，這樣就可將其規(guī)范化為滿足 2NF 的關(guān)系模式了。,86,3-4 學(xué)生關(guān)系表,表3-5 學(xué)生成績表,87,第三范式（3 NF）要求一個關(guān)系模式不僅要滿足第二范式，而且不存在非主屬性對任何主碼的傳遞依賴。例如，在表3-4的學(xué)生關(guān)系中，學(xué)號是主碼，非主屬性“系主任”傳遞依賴于主碼“學(xué)號”（“系主任”直接依賴于“系別”屬性），因此該關(guān)系

54、模式不屬于3NF。我們可以將該關(guān)系模式分解為表3-6和表3-7所示的學(xué)生關(guān)系表和系別表。就可將該關(guān)系模式規(guī)范化至3NF。,88,表3-6 學(xué)生關(guān)系表,表3-7 系別表,89,4數(shù)據(jù)庫的設(shè)計 對于信息系統(tǒng)開發(fā)者而言，根據(jù)企業(yè)用戶的需求及企業(yè)環(huán)境，基于指定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，設(shè)計數(shù)據(jù)庫的邏輯模型并建立起最終數(shù)據(jù)庫，就是一個從現(xiàn)實世界向計算機數(shù)據(jù)世界轉(zhuǎn)換的過程。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟一般包括以下幾個組成部分。 (1)對現(xiàn)實世界進行需求分析 (2)建立信息世界中E-R(實體-關(guān)系)模型 (3)從E-R圖導(dǎo)出計算機世界的關(guān)系數(shù)據(jù)模型,90,(1)對現(xiàn)實世界進行需求分析 這是指對現(xiàn)實世界要處理的對象，包括組織，

55、部門企業(yè)等進行詳細調(diào)查，調(diào)查的重點是數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的處理，以此獲得每個信息使用者對數(shù)據(jù)庫的要求。具體做法為： 了解組織機構(gòu)情況，為分析信息流做準(zhǔn)備； 了解各部門業(yè)務(wù)情況，調(diào)查各部門輸人和使用的數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)的方式與算法； 確定數(shù)據(jù)庫的信息組成及計算機系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的功能。,91,(2)建立信息世界中E-R(實體-關(guān)系)模型 這一步通過對現(xiàn)實世界的需求分析，應(yīng)用描述實體間關(guān)系的E-R圖建立信息世界中的實體、屬性和實體間聯(lián)系的概念模型，從而轉(zhuǎn)人信息世界。 概念模型的建立一般做法是先建立分E-R圖，然后綜合分E-R圖，產(chǎn)生總E-R圖。,92,(3)從E-R圖導(dǎo)出計算機世界的關(guān)系數(shù)據(jù)模型 E-R圖轉(zhuǎn)化為關(guān)系

56、數(shù)據(jù)模型原則如下： E-R圖中每個實體，都相應(yīng)地轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系，該關(guān)系應(yīng)包括對應(yīng)實體的全部屬性，并應(yīng)根據(jù)該關(guān)系表達的語義確定出關(guān)鍵字，因為關(guān)系中的關(guān)鍵字屬性是實現(xiàn)不同關(guān)系聯(lián)系的主要手段。 對于E-R圖中聯(lián)系，根據(jù)不同的聯(lián)系方式，或?qū)⒙?lián)系反映在關(guān)系中，或?qū)⒙?lián)系轉(zhuǎn)換成一個關(guān)系。,93,某學(xué)院教學(xué)管理的數(shù)據(jù)庫模型的設(shè)計 設(shè)計“系和教師關(guān)系”的分E-R圖 假設(shè)該學(xué)院下設(shè)四個系：管理科學(xué)與工程系、會計系、工商管理系和旅游管理系。每個系有一名系主任主管工作。那么我們可以將“系”設(shè)為一個實體，該實體的關(guān)系模式為：系（系號，系名，系主任姓名、辦公地點，電話）。其中系號是主碼。如圖3-17（a）所示。,,圖3-

57、17（a）,94,假設(shè)該學(xué)院聘請了一定數(shù)量的專職教師。我們將“教師”也設(shè)為一個實體，該實體關(guān)系模式為：教師（編號，姓名，專長）。其中教師的編號是主碼。如圖3-17（b）所示。,,圖3-17（b）,95,假設(shè)學(xué)院聘請教師后，分配到各系。而且一個系配有多名教師，而一名教師只能屬于一個系。這樣“系”實體與“教師”實體之間就是一對多(1：m)的“分配”聯(lián)系。如圖3-17(c)所示。,,圖3-17（c）,96, 設(shè)計“學(xué)生和課程關(guān)系”的分E-R圖 假設(shè)學(xué)院每年招收新生，并將他們分配到各個專業(yè)。則可以將“學(xué)生”設(shè)為一個實體，該實體具有諸如學(xué)號、姓名、性別、年齡、系代號等屬性，其中學(xué)號是主碼。 假設(shè)學(xué)院制訂

58、了教學(xué)計劃，設(shè)置多項課程。則可以將“課程”設(shè)為一個實體，該實體具有諸如課程號、課程名、學(xué)分等屬性，其中課程號為主碼。 假設(shè)學(xué)生根據(jù)專業(yè)要求，每年學(xué)習(xí)多門課程，每門課程可以被多個學(xué)生選修，學(xué)生必須參加考試獲得考試成績。 假設(shè)一名教師可以上多門課，一門課可以由多名教師講授，而且教師在完成教學(xué)任務(wù)后，會被學(xué)生和院里評估。我們可以依照這些假設(shè)，參照前面的做法，畫出學(xué)生和課程關(guān)系等分E-R圖，進而得出該學(xué)院教學(xué)管理E-R圖如圖3-18所示（圖中相關(guān)屬性已略）。最后根據(jù)該關(guān)系模型的設(shè)計進行相應(yīng)完善，便可以在計算機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的建立。,97,,圖3-18 教學(xué)管理E-R圖,98,5關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫的操作 目前

59、針對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的操作廣泛采用的是結(jié)構(gòu)化查詢語言 SQL ( Structured Query Language )來完成。SQL 是一種功能強大的數(shù)據(jù)庫語言，用于執(zhí)行數(shù)據(jù)庫的基本操作，主要包括基本表的建立與刪除、數(shù)據(jù)查詢及更新等。 (1)基本表的建立與刪除 建立基本表的語句格式為： CREATE TABLE (列名1類型 ，列名2類型)，這里的類型是指表的屬性字段的數(shù)據(jù)類型。常用的類型有CHAR(字符型)，INT(整型)，NUMERIC(數(shù)值型)，DATETIME(日期時間型)等。 修改基本表定義的語句格式為： ALTER TABLE ADD 列名類型 刪除基本表的語句為： DROP TABL

60、E ,99,(2)數(shù)據(jù)查詢 SQL的核心語句是數(shù)據(jù)庫查詢語句，其一般格式為： SELETE FROMWHERE GROUP BYORDER BY ASC/DESC 其語句含義是，根據(jù)WHERE子句中的條件表達式，從指定表中找出滿足條件的元組 (記錄)，按目標(biāo)列選出元組分量形成結(jié)果表。ORDER 子句確定結(jié)果表按指定的列名2按升序 (ACS)或降序 (DESC)排序。GROUPBY子句將結(jié)果按列名1分組，每個組 (所有列名1值相同的為一組)產(chǎn)生結(jié)果表中一個元組。,100,(3)數(shù)據(jù)更新 SQL的數(shù)據(jù)更新語句包括數(shù)據(jù)修改、刪除和插入三種操作。 數(shù)據(jù)修改 (UPDATE)。UPDATE語句的一般格式

61、為： UPDATE SET =，= WHERE 其功能是修改指定表中滿足條件的元組，將指定的列名1的值用表達式1的值替換，將指定的列名2的值用表達式2的值替換等等。 數(shù)據(jù)刪除 (DELETE)。DELETE語句的一般格式為： DELETE FROM WHERE 其功能是刪除指定表中滿足條件的元組。 （數(shù)據(jù))插入 (INSERT）。INSERT語句的一般格式為： INSERT INTO (， ) VALUES(， ) 其功能是向指定表中插入一個元組且使得列名1的值為常量1，列名2的值為常量2等等。,101,例如，要對表3-6的學(xué)生登記表中的數(shù)據(jù)查詢工商管理系的學(xué)生信息，可以表示為： SELECT

62、 * FROM 學(xué)生登記表 WHERE 系別“工商管理” 將學(xué)號是“002”的學(xué)生年齡設(shè)為20歲，將學(xué)生“王義”的信息（“008”，“王義”，19，“工商管理”）插入學(xué)生登記表，可以分別用下列語句實現(xiàn)。 UPDATE 學(xué)生登記表 SET 年齡20 WHERE 學(xué)號=“002” INSERT INTO 學(xué)生登記表 VALUES (“008”，“王義”，19，“工商管理”),表3-6 學(xué)生關(guān)系表,102,6數(shù)據(jù)庫的保護 為了保證數(shù)據(jù)的安全可靠和正確有效，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還必須提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)保護功能，主要包括數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制和數(shù)據(jù)庫恢復(fù)等內(nèi)容。 數(shù)據(jù)的安全性是指保護數(shù)據(jù)庫以防止不合法

63、的使用所造成的數(shù)據(jù)泄露、更改和破壞。數(shù)據(jù)的安全可通過對用戶進行標(biāo)識和鑒定、存取控制、操作系統(tǒng)級安全保護等措施得到一定的保障。 數(shù)據(jù)的完整性是指數(shù)據(jù)的正確性、有效性與相容性。關(guān)系模型的完整性有實體完整性、參照完整性及用戶定義的完整性。 (1)實體完整性。 (2)參照完整性。 (3)用戶定義的完整性。,103,并發(fā)控制是指當(dāng)多個用戶同時存取、修改數(shù)據(jù)庫時，為了防止發(fā)生互相干擾而得到錯誤的結(jié)果并使數(shù)據(jù)庫的完整性遭到破壞，而對多用戶的并發(fā)操作加以控制、協(xié)調(diào)。 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)是指當(dāng)計算機軟、硬件或網(wǎng)絡(luò)通信線路發(fā)生故障而破壞了數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)庫的操作失敗使數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤或丟失時，系統(tǒng)應(yīng)能進行應(yīng)急處理，把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到

64、正常狀態(tài)。,104,7數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)（Data Warehouse，DW） (1) 數(shù)據(jù)倉庫的定義 數(shù)據(jù)倉庫的創(chuàng)始人WHInmon在其Building the Data Warehouse一書中，給出了數(shù)據(jù)倉庫的定義：數(shù)據(jù)倉庫是一個面向主題的、集成的、不可更新的、隨時間不斷變化的數(shù)據(jù)集合，用來支持管理人員的決策。,105,(2)數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)不僅僅只包含海量的數(shù)據(jù)，它的另一個重要組成部分就是分析工具。包括聯(lián)機分析處理和數(shù)據(jù)挖掘工具。 聯(lián)機分析處理技術(shù)及工具 聯(lián)機分析處理(OLAP) E.F.Codd在1993年提出來的，主要用于對大量多維數(shù)據(jù)的動態(tài)綜合、分析和歸納。OLAP中的

65、一個主要操作是“多維分析”，即通過對信息的多種可能的觀察形式進行快速、穩(wěn)定、一致和交互性的存取，允許管理決策人員對數(shù)據(jù)進行深人分析。OLAP現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于市場和銷售分析、網(wǎng)站點擊率分析、數(shù)據(jù)庫營銷、預(yù)算、財務(wù)報告與整合、管理報告、質(zhì)量分析等各種領(lǐng)域。,106,在數(shù)據(jù)倉庫中，多維分析常以多維數(shù)組的形式來表示。一個多維數(shù)組可以表達為：數(shù)組名(維1，維2維n，變量)。不同的維體現(xiàn)了人們觀察數(shù)據(jù)角度的不同。圖3-20給出了一個多維視圖的示例，它體現(xiàn)了不同時間，不同區(qū)域，不同渠道以及相關(guān)銷售額的情況。,,圖3-20多維視圖示例,107,數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining，DM） 數(shù)據(jù)挖掘是從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有用

66、的信息或知識的技術(shù)。它應(yīng)用一系列技術(shù)從大型數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)中提取人們感興趣的信息和知識，這些知識或信息往往是隱含的、事先未知而潛在有用的，提取的知識可以表示為概念、規(guī)則、規(guī)律、模式等形式。 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)涉及數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人工智能技術(shù)、機器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計分析等多種技術(shù)，它使DSS系統(tǒng)跨入了一個新階段。傳統(tǒng)的DSS系統(tǒng)通常是在某個假設(shè)的前提下通過數(shù)據(jù)查詢和分析來驗證或否定這個假設(shè)，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠自動分析數(shù)據(jù)，進行歸納性推理，從中發(fā)掘出數(shù)據(jù)間潛在的模式，或產(chǎn)生聯(lián)想，建立新的業(yè)務(wù)模型幫助決策者調(diào)整市場策略，找到正確的決策。,108,本章思考題,1.什么是系統(tǒng)軟件，什么是應(yīng)用軟件，試舉例說明。 2.什么是存儲程序控制的思想？ 3.按通信信道的類型分類，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有哪幾類？你使用的計算機屬于哪一類，為什么？ 4.交換機和路由器有何區(qū)別？ 5.常用的聲音，圖像，視頻格式有哪些？ 6.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的根本區(qū)別是什么？ 7.舉例說明不符合數(shù)據(jù)庫范式理論會帶來哪些不良后果？ 8.假定學(xué)生關(guān)系表為Student(學(xué)號, 姓名, 年齡, 所在學(xué)院, 學(xué)院地點, 學(xué)院電話)，它符合第幾范式？如何修改