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信息系统的技术基础及应用_管理信息系统基础

时间:2020-07-04 百科知识 联系我们

信息系统的技术基础及应用_管理信息系统基础

导入语

信息系统需要信息技术的支撑,信息技术的飞速发展不仅对于整个科技领域发展起着至关重要的作用,也在推动信息系统的应用不断登上新的台阶。鉴于当今信息系统的应用普遍建立在计算机系统及网络技术之上,本章的重点在于讨论计算机系统的体系结构(包括硬件和软件)和网络通信(包括互联网技术)等信息技术基础对系统的支持,以及信息系统发展中的新技术应用。阐明不同类型的软件对信息系统的贡献,以及选择企业信息管理所使用的各种不同硬件和技术规格的目的和标准。

学习本章,应掌握以下主要内容:

●清晰理解计算机硬件、软件和网络通信部件之间的关系;

计算机网络的概念、功能和基本的体系结构;

●C/S和B/S两种主要的网络体系结构的特点和各自具有的优缺点;

●观察信息技术在标准、速度、成本以及创新等方面的变化为信息系统的发展带来的影响;

●了解条形码、EDI、GpS、CTI及RFID等新技术在信息系统中的应用。

3.1 计算机系统概述

3.1.1 计算机系统组成

计算机是人类社会20世纪最伟大的发明之一。自从1946年第一台可操作的电子计算机在美国诞生以来,计算机作为一种高效能的辅助工具,已经越来越深入到人类生活、工作和娱乐的方方面面。以计算机为核心的计算机技术也得到高速的发展,依据硬件设备的发展水平,计算机系统大致经历了从第一代(电子管计算机)到第四代(大规模集成电路计算机)的不同发展阶段,不少国家正投入巨资持续进行更深入的研发,期望第五代计算机的早日出现。

3.1.2 计算机系统的类型

计算机系统从大小、形状和处理能力上可以分为很多种类。计算机硬件和软件的迅速发展以及终端用户的需求的变化,也促使各种新型计算机不断产生,从最小型的掌上电脑(包括个人数字助理——pDA)到拥有多处理器的企业大型机。

目前大多数计算机系统仍被分为大型机系统、中/小型机系统和微型机系统,这种分类方式主要还是依据计算机的处理能力的大小以及所支持的终端数量来确定的。但这种分类不是很精确,甚至中间会出现重叠,所以也有用其他一些名称来表示各类计算机的,如通用计算机和专用计算机,个人计算机、网络计算机及网络服务器等等。

1.微型机

微机(Microcomputers)实际上是一种比较宽泛的称呼,大多数个人电脑、个人工作站及网络计算机都属于此类。显然这类计算机对于商务人员和普通消费者来说是非常重要的一类计算机。我们可以说个人电脑(pC)属于微机,但不能简单地认为微机就是个人电脑,因为现在的不少微机系统的处理能力甚至已经超过以往的大型机。

1981年IBM公司推出个人计算机IBM-pC后,逐渐成为个人电脑的标杆,从此,性价比较高的pC逐渐成为企业应用中的主流计算机。微机按用途不同,大小和形状也不尽相同。比如,个人计算机可以分为台式电脑、笔记本电脑、掌上电脑;现在,随着新技术的发展,嵌入式计算机也已开始步入人们的日常生活与工作,如智能化的个人数字助理(pDA)、智能手机等。

工作站(Workstation)也是一种微机系统,通常因其功能更为强大而主要用于帮助工程技术人员完成复杂的数学计算,以及工程设计中的图形展示,如计算机辅助设计、图形图像处理、证券业投资分析等。在一般企业的信息系统应用中,选择工作站的比较少。

2.中/小型机

不管是中型机(mid-range computer)还是小型机(minicomputers),都是指那种介于微型机和大型机之间的、其运行原理类似微型机,但性能及用途又有所不同的高性能计算机。主要用于高端网络服务器和其他类似的可以处理商业应用进程的服务器。服务器是网络的关键节点,存储和处理着网络上的巨量数据和信息,在网络操作系统的控制下,将与其相连的硬盘、磁带机、打印机、Modem及昂贵的专用通信设备提供给网络上不同的终端用户共享,也能为网络用户提供集中计算、信息发布数据管理等服务。服务器的构成与微机基本相似,但它们针对具体的应用进行了特别的制造,极大提升了中央处理器的处理能力。目前中型机及小型机已经成为功能强大的网络服务器,应用于大型的互联网站、企业内部网和外联网,以及一些其他类型的网络,基于互联网的电子商务和其他属于高端服务器的商业应用。除此以外,这一类计算机还被广泛用于科学研究、测试设备系统、工程分析及工业过程监控等。理论上讲,任何微机都能充当服务器,但只有专业的服务器的稳定性更好,可靠性和可管理性更高。所以,除了中/小型机等专业服务器外,还有一些高性能的微机服务器也在各种组织中担当重要的网络服务重任。

3.大型机和巨型机

大型机系统是指那种体型庞大、运行速度快、处理能力强的计算机系统。比如,大型机每秒能运行数十亿条计算机指令。同样,它还拥有巨量的存储能力,能同时响应数百个用户的访问、计算和存储等服务请求。大型机通常对环境要求严格,需要保持特定的温度和湿度,防尘要求也很高,且需要安放在特定的计算机房中,只准受过专门培训的特定人员管理。大型机通常价格昂贵,投入可达上百万,主要用于企业的中心计算机和服务器,承担大中型企业的计算和管理任务。近年来,随着技术的提升,大型机的体积也比以往小了很多,从而大大降低了其对空调、电能的消耗和对占地面积的要求,进而降低了获取和运行成本。

巨型计算机,也称超级计算机(supercomputer),特指一系列具有超强功能的计算机,专门为需要以超快速度运算大数据量的科学应用、工程应用和商业应用而设计。这些价格高昂的计算机的市场主要是政府机构、大学和一些有实力的大型企业,它们将其应用于军事、国防、航空航天中的运行轨道测算、气象预报等科研以及大规模数据挖掘等。

超级计算机往往代表着一个国家的科技发展水平,近年来超级计算机的排名竞争呈现白热化。一直以来,全世界排名靠前的数十台超级计算机中,以美国所占最多。2008年中国自主研制的曙光5000A超级计算机首次跻身前10,开始展示我国近年来在巨型机方面的研究实力。而据2010年11月14日全球计算机500强排行榜公布的最新数据显示,中国国防科大研制的“天河一号”超级计算机以每秒2570万亿次的实测运算速度,成为世界运算最快的超级计算机,此前排名第一的美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”超级计算机下滑至第二位,排名第三的则是中国曙光公司研制的“星云”高性能计算机。这也标志着中国在超级计算机研制方面新的突破。

3.1.3 计算机系统的体系结构

计算机系统由计算机硬件和计算机软件两大部分组成。计算机硬件是指由电子线路、元器件和机械部件等构成的具体装置,是看得见、摸得着的实体,是机器系统;软件是在计算机中运行的程序,这些程序所使用的数据以及相应文档的集合。仅有计算机硬件是什么事也做不成的。要发挥硬件的作用,必须配备各种各样的软件才有可能,因此,硬件一旦确定,计算机用得好不好的关键是软件。从这个角度来说,计算机软件比硬件具有更重要的地位,如果说计算机硬件是计算机的肌体,那么计算机软件则是计算机的灵魂。

(一)计算机硬件

在第五代计算机尚未真正诞生之前,现代计算机仍然沿用冯·诺伊曼在第一代计算机诞生时提出的体系结构,即计算机系统是由输入设备、输出设备、中央处理器、存储器等部分组成。

(1)输入设备

输入设备的功能是把原始数据和处理这些数据的程序通过输入操作传输到计算机的存储器中。

键盘是最常用的输入设备,它是现代计算机系统,特别是微型计算机系统中不可缺少的人机对话工具,用来输入主要由字符和数字组成的数据和程序。键盘的按键包括数字键、字母键、符号键、功能键和控制键。每个按键都对应它惟一的代码,当把某个按下去时,键盘驱动电路发出一串代码,键盘的控制电路接收并向CpU发出请求,CpU响应请求后就把此数据读入。所以,从本质上讲,键盘是通过按键把机械信号转换为电信号的机电转换设备。

鼠标器(Mouse)用以确定显示器屏幕位置坐标,是近年来在一些菜单式软件和图形系统中常用的输入设备。鼠标器使用方便灵活、可靠,它的应用日趋广泛。

其他输入设备还有:把图形的模拟量转换成数字量输入计算机的图形输入设备——图形数字化仪;在显示器屏幕上输入、修改图形或写字的光笔;广泛应用于商品流通管理、图书管理等领域的条形码阅读器、数码相机扫描仪以及各种模—数(A/D)转换器等。

(2)输出设备

输出设备的功能是用来输出计算机的处理结果。输出的形式可以是数字、字母、表格、图形等。最常用的输出设备是计算机屏幕,也称显示器,以及各类打印机。尽管无纸化办公日益流行,但将信息的处理结果打印出来仍然是各种系统应用的事实。此外,还有绘图仪、X—Y记录仪及各种数—模(D/A)转换器等。

(3)存储器

存储器(Memory)是计算机用来存放程序和数据的记忆部件,是计算机各种信息存放和交流的中心。它的基本功能是在控制器的控制下按照指定的地址存入和取出信息。一个存储器有许多存储单元,一个存储单元由若干个存储元组成,一个存储元存放一个二进制信息0或1。所有的存储单元都按顺序编号,这些编号称为地址。

存储器可分为内存储器与外存储器,简称为内存与外存。

内存是由中央处理器直接访问的存储器,它用来存放当前运行的程序和数据,也可以存储计算的结果或中间结果。由于其直接和运算器、控制器交换信息,因此要求存取速度快,但存储容量较小。目前许多微型机的内存储器都采用大规模集成电路制成的半导体存储器。半导体存储器具有存储密度大、体积小、重量轻、存取速度快等优点,并且使用灵活。微型计算机的不断升级换代,也要求其内存容量不断增加,大规模集成电路、超大规模集成电路制造工艺的进步,使这一要求成为可能。现代的微型计算机内存容量一般都在512MB以上。内存通常由两种半导体存储芯片随机存取存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器ROM(Read-Only Memory)组成,通常叫做主存储器。RAM主要存放计算机执行的程序及程序执行的结果,其特点是可以随机存取和读写信息,但当计算机断电时,RAM中的数据也随之丢失。ROM中的信息只能读出而不能写入,断电后,ROM中的原有内容保持不变,在计算机重新接通电源后,ROM中的内容仍可被读出。因此,ROM常用来存放一些固定的程序如自检程序、字库等。

外存储器简称“外存”,是主机的外部设备,用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序,因而允许速度较慢。一旦需要,可成批地与内存交换信息。它是主存储器的后备和补充,因此叫它为“辅助存储器”。外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低,在脱机情况下可以永久保存信息。外存可分为固定和可移动的两种类型。固定的外部存储器通常直接安装在计算机内部,例如微型机的硬盘。可移动外部存储器包括早期的软磁盘和磁带,以及近年来应用广泛的光存储器如CD-R、CD-RW、DVD等,也包括借助通用串行总线接口(USB)的普及而开始流行的移动硬盘,其实质仍与固定的硬盘一样,但因体积小重量轻,便于携带而得名。另外,现在的半导体存储器——闪存(Flash Memory),即通常所说的U盘,也日益为人们所熟悉,由于其体积小存储量大,价格不断下降,成为人们取代软磁盘存储器之后的首选便携外存储器。

(4)中央处理器(CpU)

中央处理器(Central processing Unit,CpU)是电脑中处理信息及控制系统操作的中枢。中央处理器主要由两个部分组成:运算器和控制器。

①运算器

运算器的功能是在控制器的指挥下,对信息或数据进行处理和运算,包括算术运算和逻辑运算,所以在其内部有一个算术逻辑运算部件ALU(Arithmetic-Logic Unit)。运算器的功能可以归纳为:

●实现对数据的算术和逻辑运算;

●暂时存放参与运算的数据和某些中间运算结果;

●挑选参加运算的数据,并把运算结果输到所要求的部件中。

②控制器

控制器是计算机的控制中心,用来实现计算机本身运算过程的自动化。它指挥计算机各部件按照指令功能的要求进行所需要的操作。控制器的主要工作是不断地取指令、分析指令和执行指令。

计算机的计算能力强弱除了与处理器的处理速度相关,还与字长(CpU一次能并行处理的位数)有关,但CpU的处理器速度(通常用CpU的芯片主频表示)仍然起着重要作用。处理器的速度最初是用兆赫兹(Mhz)来表示的,代表每秒循环100万次。一个循环周期指的是计算机的一个动作,如两个数的相加。IBM的第一台微机处理器采用的是Intel 8080芯片,其主频是4.77Mhz(每秒循环477万次),而英特尔奔腾级处理器可以达到3.2Ghz(1Ghz=1000Mhz),也就是说每秒循环32亿次。

【相关链接】

新一代并行技术的发展和应用

英特尔迅驰双核移动计算技术(来源:http://diy.yesky.com/天极网。)

并行技术可分为硬件层面的并行技术和软件层面的并行技术。基于硬件的并行技术则主要集中在计算机的中央处理器上,包括指令级的和处理器级的并行开发,指令级的并行开发在力求CpU与其他部件并行工作的同时,努力改变CpU内部“取指令—分析指令—执行指令—再到指令……”的串行工作方式,让后一条的指令与前一条的分析指令以及再前一条的执行指令并行地进行,使一个时钟周期内,CpU可以处理3条甚至更多的指令;指令级的并行性开发的主要目的是在硬件条件(集成度、速度等)的限制下,从结构上加以改进,提高系统的运行速度。不过,指令级的并行性开发是从处理器内部的结构入手,但它提高处理速度的效果一般在5-10倍以内。要想成十倍、成百倍地提高处理速度,就要使用处理器级的并行技术。处理器级的并行开发是建造有多台处理器或多台计算机组成的计算机系统,单个处理器的能力总是有限的,如果让多个处理器同时协同工作,就可以大大提高计算机系统的性能。

2006年1月,英特尔有限公司推出两款面向新一代家用电脑和笔记本电脑的新平台——英特尔Viiv技术平台和英特尔迅驰双核移动计算技术平台。这两款新平台旨在进一步推动消费者在家中、工作和出行途中新的数字生活方式。采用英特尔Viiv技术的娱乐电脑使人们可以更加轻松地在家中浏览、管理并共享数字娱乐内容和信息。而英特尔迅驰双核移动计算技术提供了突破性的性能,能够为人们带来真正的移动娱乐体验,并提高移动工作的响应速度和工作效率。新平台的核心组件是采用英特尔领先的65纳米制程技术制造的英特尔全新双核处理器,其中包括英特尔酷睿双核处理器。该款处理器的突出优势在于其独特的设计——两枚处理器被集成在一个邮票大小的封装内,加上它具有突破性的低功耗性能,使得充满创意的台式机和笔记本电脑设计成为可能。

每块英特尔酷睿双核处理器中均包含有两个经过为移动计算优化的执行内核。这一设计可利用专用的CpU资源,在单独的内核中执行并行线程或应用。因此,在同时运行多个要求苛刻的应用时,英特尔酷睿双核处理器可以保证极为卓越的性能和更快的系统响应速度。此外,多线程应用的性能也得到了相应提升。英特尔酷睿双核处理器具有一个高性能的内核架构。该内核架构采用了微操作融合以及高级堆栈管理(Advanced Stack ManaGement)技术,因而能够在最大限度提高性能的同时,优化能效。微操作融合技术整合了相同宏操作(macro-op)中的多个微操作。高级堆栈管理则可以在局部范围内追踪有关堆栈指针的变化,从而降低堆栈相关操作中的微操作数量。微操作数量的减少意味着,可以在能耗更低的情况下,更加有效地实施调度、“按需”提供性能。

(二)计算机软件

所谓软件是相对于硬件而言的,是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。计算机软件按照功能和应用范围可以分解为系统软件和应用软件以及程序设计语言等几部分。

(1)系统软件

系统软件是计算机系统必备的软件,主要功能是管理、监控和维护计算机资源(包括硬件和软件),以及开发应用软件。用户在购置计算机时,一般都根据需要配备了相应的系统软件。

系统软件主要指操作系统及一些相关的工具软件。

操作系统是最底层的系统软件,它是对硬件功能的首次扩充,也是其他系统软件和应用软件能够在计算机上运行的基础。它主要用来对计算机系统中的各种软硬件资源进行统一的管理和调度。例如,用于微型机的操作系统有Windows Xp和Mac OS X。小型计算机的操作系统可以在多个生产厂商的处理器上运行,而用于像IBM OS/390这样的大型机的操作系统是专用的,不与其他生产厂商共享。UNIX则为许多种型号计算机(包括大、中、小型,高档微型机)所采用。而Linux则是一种可免费使用并且能自由传播的类Unix操作软件,任何人都可以免费使用,且可以为了满足自己的特殊需求而对其进行修改。工具软件包括各种语言处理程序(用来翻译各种程序设计语言),如汇编程序、编译程序和解释程序等;也包括数据库管理、文件管理等一些应用程序的开发环境以及计算机运行维护软件等。

(2)应用软件

所谓应用软件,是为解决计算机各类应用问题而编制的软件。应用软件具有很强的实用性,随着计算机应用领域的不断拓展和计算机应用的普及,各种各样的应用软件与日俱增。它又可分为用户程序和应用软件包,它是由系统软件开发的。

A.用户程序

用户程序是用户为解决自己特定的具体问题而开发的软件,编制用户程序应充分利用计算机系统的现有软件,在系统软件和应用软件包的支持下进行开发。各种各样的科学计算程序、工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序等都是用户程序。

B.应用软件包

应用软件包是为实现某种特殊功能或特殊计算,经过精心设计的独立软件系统,是一套满足同类应用的许多用户需要的软件。应用软件包的种类很多,可以说,凡是应用计算机的行业都有适合本行业的应用软件包。例如,Microsoft Office是Microsoft公司开发的一套包含字处理软件Word、表格处理软件Excel、文稿演示软件powerpoint、数据库软件Access等集成的办公自动化应用软件包。

(3)程序设计语言

要使用计算机解决某一实际问题,就需要编写应用程序。编写计算机程序,就必须掌握计算机的程序设计语言。程序设计语言分为3种类型:机器语言、汇编语言和高级语言。

A.机器语言

计算机每一条最基本的操作称作指令,一台机器所有指令的集合称作该机器的指令系统。指令通常由操作码和地址码组成,操作码表示操作的性质,即计算机执行的是什么操作,地址码指出了参加运算的数据存放在什么地址上。这些操作码和地址码都是用二进制数码表示的。这一系列的机器指令就是机器语言,机器语言是一种二进制语言。用机器语言编写程序就是用机器指令来描述的求解问题的过程和步骤,这样的程序称为机器语言程序,或二进制语言程序。

由于计算机的机器指令与计算机的硬件密切相关,所以用机器语言编写的程序具有充分发挥硬件功能的特点,程序也容易编写得紧凑。机器语言又是计算机惟一能直接识别、直接执行的计算机语言,所以程序的运行速度很快。但是用机器语言所编写的程序很不直观,难懂、难写、难记,也难以修改和维护。同时,机器语言是每种计算机所固有的,不同类型的计算机,其指令系统和指令格式都不一样,针对某一种型号计算机所编写的程序就不能在另一种计算机上运行,即机器语言程序没有通用性。机器语言只在计算机发明初期使用。

B.汇编语言

汇编语言和机器语言基本上是一一对应的,但在表示方法上作了根本性的改动,用一种助记符来代替操作码,用符号来表示操作数地址(地址码)。这些助记符通常使用英文单词的缩写,以便于记忆,又缩短了冗长的书写,给程序的编写带来很大的方便。

汇编语言比较直观、易懂、易用,而且容易记忆,它的特点是与特定的计算机结构及其指令系统密切相关,其助记符操作码与其机器语言操作码是一一对应的。不同CpU的计算机,针对同一问题所编写的汇编语言程序往往是互不通用的;用汇编语言编写的程序质量高,执行速度快,占用内存少,因此常用于编写系统软件,实时控制程序、经常使用的标准子程序和用于直接控制计算机的外部设备或端口数据输入输出程序等;汇编语言和机器语言一样,也是面向机器的程序设计语言,通用性差,使用仍不方便。机器语言和汇编语言一般都称为低级语言。

C.高级语言

使用汇编语言编写程序,虽然比用机器语言方便得多,但它仍没有摆脱机器指令的束缚,这对于人们抽象思维和学术交流十分不便。人们需要有更接近思维逻辑习惯,容易读、写和理解,且有很强描述解题方法的程序设计语言。经过许多人的不断努力,面向问题的程序设计语言(各种高级语言)发明了。

用高级语言编写程序是用一系列的语句(或函数)组成的。每一条语句常常可以对应几条、十几条,甚至几十、上百条机器指令,所以用高级语言编写计算机程序大大提高了编程效率。而且由于高级语言的书写方式更接近人们的思维习惯,这样的程序更便于阅读和理解,出错时也容易检查和修改,给程序的调试带来了很大的方便。高级语言更容易为人们所接受,这样就使得非计算机专业人员能够使用计算机,大大地促进了计算机的广泛应用和普及。所以有人说,高级语言的发明是计算机发展史上最惊人的成就。高级语言的种类很多,从20世纪50年代中期研制出FORTRAN语言起,到现在已有几百种,而且还在不断地设计出新的高级语言。最常用的有十几种,如FORTRAN、ALGOL、COBOL、C、pascal、Basic、LISp、LOGO、pROLOG、FoxBASE+等。在不断设计出新的高级语言的同时,这些程序设计语言本身也在不断地发展。

3.2 计算机网络与数据通信技术

3.2.1 计算机网络的基本知识

利用通信线路将分散在不同地方,具有独立功能的计算机连接起来,并按照一定的通信规则实现这些计算机之间资源与数据的共享,这样的一个计算机集合便称为计算机网络。计算机网络与通信技术是现代信息技术的重要组成部分,计算机网络正逐渐成为人类信息交流的主要媒体之一,了解网络的基本知识已成为现代社会每一个人所必须具有的技术素质。

(一)网络设备

网络设备是指构成整个网络的基本、必需的硬件设备。这些设备包括:用于信息通信的网络传输介质(如光纤、同轴电缆、双绞线等);用于网络连接和终端连接的网络连接设备(如集线器、中继器,以及路由器、网关等)。

1.网络传输设备

(1)双绞线

双绞线是最常用的传输媒体,它是由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成,最早用于电话系统的通信模拟信号的传输。双绞线既可以用于传输模拟信号也可以用于传输数字信号,普遍用于近距离的点对点连接,其优点是成本便宜,缺点是传输数据的速度极慢,且快速传输会引起数据的相互干扰。不过,随着通讯技术的发展,目前的双绞线实用速度可达到每秒10M位,这对个人电脑与办公室其他设施的连线,通常已足够了。

(2)同轴电缆

同轴电缆是由一对导体按同轴形式构成线对,最里层是内芯,外包一层屏蔽层,最外面是起保护作用的塑料外层。同轴电缆适用于点对点和多点连接,其优点是传输速度较快,每秒可达到200M位,通常用于较重要的通讯网络连接上。

(3)光纤

光纤是由能够传导光波的石英玻璃纤维,外加保护层构成。用光纤传输电信号时,先将数据转换成光信号,然后由激光系统以每秒500K位至数10亿位速度传送。光纤通信具有损耗低、数据传输率高、抗电磁干扰能力强等优点。对于需要极高速度,或极高保密性的网络连接,使用光纤是十分合适的。

(4)微波

微波是通过大气传输的高频率的广播信号,通常运用于长距离、点对点的信息传输,不需要架设或铺埋电缆或光纤,因为频率很高,可同时传送大量信息。微波讯号是沿直线传播的,不随地面的曲度而折射,因此微波在地面的传输距离有限。直线传播的距离与天线的高度有关,天线越高距离越远,但超过一定距离后就要用中继站来接力,一般每隔25到30英里就需要设置一个中继站,因此,微波的使用成本非常高。

(5)通讯卫星

卫星通信是微波通信中的一种特殊形式,它是利用与地球同步的通讯卫星作中继来转发微波信号的。通讯卫星的轨道一般在地球上方22000英里处,一个通讯卫星可以覆盖地球的1/3以上表面,三个这样的卫星就可以覆盖地球上全部通信区域,因此卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制,使地球上的各个地面站之间都可以相互通信。

2.网络连接设备

(1)中继器

中继器(Repeater)是网络的一种介质连接设备,电磁信号在传输介质中传递时,由于衰减和噪声使有效数据信号变弱。中继器实际上是一种信号再生放大器,它将接收到的弱信号数据予以放大再生。

(2)集线器

集线器(hUB)可以说是一种特殊的中继器,它作为网络传输介质间的中央节点,克服了单一介质的限制,可连接各个电缆段。目前有四种类型的集线器:不具备网管功能的集线器、具备网管功能的集线器、可堆叠(stackable)集线器和智能型集线器。

(3)路由器

路由器是一种根据目的站地址等读到的其他信息在不同的、独立的局域网段之间传送数据的设备。路由器主要连接不同的逻辑连接控制,用来决定网络传送最有效的路径,使分组以最快、最直接的路由通过网上的不同通道。原则上它只能连接相同协议的网络,而不适合用于使用多种协议的网络。

(4)网关

网关是一种连接两个异构系统,特别是两个不同协议系统的设备。它可执行协议的转换,使不同协议的网络实现通信。

(二)计算机网络的类型

1.按网络的拓扑结构分类

拓扑学是几何学的一个分支,是一种研究与大小、形式无关的点和线特征的方法的集合。为了分析和研究复杂的计算机网络系统,人们采用拓扑学中研究点、线特征的方法,将网络中起信息转换或信息访问作用的设备定义为节点,将节点间的通信线路定义为链路,计算机网络是由一组节点和链路组成,网络节点和链路构成的几何图形就是计算机的网络拓扑结构。网络的拓扑结构有很多种,可分为星形、环形、树形、网形和总线形等五种类型。

(1)星型结构

在星型网络结构中,所有的节点都通过独立的链路与一个中心交汇点相连,中心节点外的任何两个节点之间没有直接连通的线路,这种结构适用于主从式网络,采用集中式控制。这种网络结构的优点是结构简单,维护管理比较容易;缺点是通信线路连线长,线路成本高,安装工作量大。

(2)环型结构

在环型网络结构中,所有节点连接成一个环形回路,每个节点同时与两个结点相邻,环上每个结点都是平等的,均可向其他结点发送信息,环中的数据沿环单一方向传输,信息流是单向的。这种网络结构的优点是通信线路总长较短,安装比较容易,故障诊断比较容易和准确。缺点是,可靠性比较差,回路中任意一个结点出现故障时会影响整个回路的通信。

(3)树型结构

在树型结构中,所有结点按级分层连接,同一结点可以和多个结点相连,结点之间的连接像一棵倒挂着的树。这种网络结构的优点是通信线路总长较短,易于扩展,故障隔离容易;缺点是结构复杂,可靠性比较差,如果根结点出现故障将导致整个网络不能正常工作。

(4)网型结构

在网型结构中,任何一个结点至少有两条链路与其他结点相连,每个结点都具有选择链路和控制信息流的功能。这种网络结构的优点是可靠性高,某一线路或结点出现问题时不会影响整个网络的运行;缺点是通信线路较长,硬件成本较高,网络管理比较复杂。

(5)总线型

在总线型网络结构中,所有结点都连接在一根称为总线的中心传输线上,总线上的任何一个结点都是平等的,任何时候它们中的任何一个都可以主动发送信息,当一个结点发送信息时,其他结点则被抑制发送信息,但允许接收信息,如果出现两个或两个以上结点同时需要发送信息,则需要有某种仲裁机制来解决可能引起的冲突。这种网络结构的优点是结构简单,易于安装,而且可靠性高;缺点是故障诊断和故障隔离比较困难,而且一旦总线发生故障,将导致整个网络陷入瘫痪。

2.按地理覆盖距离分类

从网络的地理覆盖范围来分,网络可分为局域网、城域网、广域网和因特网。

(1)局域网

局域网(LAN,Local Area Network)是指在一个相对较小的区域内的计算机互联网络,这个较小的区域可以是一间房间、一幢建筑物、一个企业或学校、甚至是一个方圆几十公里的区域。局域网具有距离短、传输速率高的特点,一般不使用公用通信线路。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的,可以由办公室内的两台计算机组成,也可以由一个公司内的上千台计算机组成。常用的几种局域网络包括:以太网(Ethernet)、令牌环网(Token-Ring)、快速以太网(Fast Ethernet)、FDDI(光纤分布式数据接口)、ATM(异步传输模式)等。

(2)城域网

城域网(MAN,Metro Area Network)的范围可以覆盖一个城市或者是相连的几个小城市,物理距离在50公里之内。当要连接的计算机超出局域网的范围后,城域网就出现了。城域网使用局域网的拓扑结构和广域网的某些协议。如同局域网一样,城域网不适用公共电话系统传输数据。一般的城域网使用光纤作为传输媒介,以100Mbps/1000Mbps的速率传输数据。

(3)广域网

广域网(WAN,Wide Area Network)是一种地理范围分布更广的网络。网络覆盖区域可以是一个城市、一个国家、甚至是整个世界。广域网是一种跨地区的数据通信网络,通常由两个或多个局域网组成。广域网用于通信的传输装置和介质,一般由电信部门提供,能实现较大范围的资源共享。

(4)因特网

因特网(Internet)又称国际互联网,是目前世界上影响最大的国际性计算机网络。它是基于TCp/Ip协议的网络,将不同类型、不同规模、位于不同地理位置的物理网络连接成一个整体。也可以将其看作是一个国际性的通信网络集合体,融合了现代通信技术和现代计算机技术,集多部门、多领域的各种信息资源为一体,从而构成网上用户共享的信息资源网。目前,快速发展的Internet已经形成覆盖全球的网络。

3.其他的网络形式

除了上述常见分类方式外,还可以按传输介质把网络分为有线网和无线网两大类;也可以按传输的速率把网络分为高速网和低速网。由于网络传输速率与带宽直接相关(所谓带宽,指传输信道的宽度),又可以把网络分为宽带和窄带网等。

3.2.2 网际互联技术——OSI模型和TCp/Ip协议

网际互联是通过主干网络把不同标准、不同结构甚至不同协议类型的局域网在一定的网络协议的支持下联系起来,从而实现更大范围的信息资源共享。20世纪70年代早期,有很多不同的计算机厂商,它们的产品大多互不兼容。而且,每个厂商有不同的产品线,甚至一个公司内部的不同产品线之间也互不兼容。为了解决这个问题,实现网络互联,国际标准化组织(ISO)提出了开放系统互联(Open System Interconnection,OSI)参考模型,凡按照该模型建立起来的网络就可以互联,Internet就是在TCp/Ip协议下实现的全球性的互联网络,而该协议则或多或少地遵循了OSI模型。

(一)OSI模型

在局域网和广域网中,不同的主机、不同用户的网络实现互联需要一致的协议和统一的标准,为了建立一个使各种计算机在世界范围内实现网络通信的概念性标准框架,国际标准化组织于1984年提出了一个指导网络通信的参考模型——开放系统互联网络参考模型,简称OSI模型。

OSI模型是一个理论参考模型,它给出了计算机网络的一些原则性说明,并提出了一套严格的网络通信准则和接口规范。它不是一个具体的网络,也不是一套特定的通讯设备或软件。OSI模型主要提供以下功能:

●使得不同类型的LAN和WAN间进行通信;

●提供网络设备标准化,协调使用不同协议的网络设备之间的通信过程;

●使旧的网络设备可与新的网络设备通信,因此安装了新设备后,不必要更换原有设备,从而协助用户投资维持较长的一段时间;

●对于网络内和网络间的通信,允许使用通用接口开发软硬件;

●确保数据传输被正确接收的方法,使世界范围内的网络通信成为可能;

●使通信在不同制造商的设备和应用软件所形成的网络上进行成为可能;

●根据OSI模型各层次的关系,发现并解决网络故障问题。

OSI模型又是一个网络层次结构模型,它将网络计算机的整个远程通讯任务划分为七个更小、更易于处理的功能组,每个功能组对应为一个 OSI 层,分别为物理层(physical Layer)、数据链路层(Data Link Layer)、网络层(Network Layer)、传输层(Transport Layer)、会话层(Session Layer)、表示层(presentation Layer)和应用层(Application Layer)。将模型分层是使网络通信功能尽可能离散和互相独立,每一层都是独自存在的,因此分配到各层的功能可以独立地执行,层与层之间的联系是通过各层之间的接口来进行的,上层通过接口向下层提出服务请求并接收数据,而下层通过接口向上层提供服务,这样一层有变化时不必改变其他层,同时使得其中某个层次提供的解决方案能够在不影响其他层的情况下被更新。

两个用户计算机通过网络进行通信时,每个用户的计算机都有这七层的功能,用户的报文从任务从发送方计算机的应用层开始,经由较低的层格式化某类信息,直至数据到达物理层,然后通过网络传输到接收方计算机;接收方计算机的物理层获取信息,逐层向上一层发送信息以解释信息,直至到达应用层。除了物理层之外,其余各对等层之间均不存在直接的通信关系,而是通过各对等层之间的通信协议来进行通信,只有两个物理层之间通过传输介质进行真正的数据通信。完成这七层功能的硬件和软件包含计算机网络操作系统、应用程序、TCp/Ip或其他传输协议,以及能把输入信号传递到与计算机相连的电缆的硬件和软件。

1.物理层

物理层是OSI模型的最低层,其功能主要包括为数据链路层提供网络的物理连接,在通信线路上传输数据比特的电脉冲信号,确定网络连接设备的电气特性和机械特性等。

物理层的协议主要规定了计算机或终端和通信设备之间的接口标准,包含接口的机械、电气、功能和规程四个方面的特性。典型的物理层协议包括: EIA RS-232系列、CCITT V.24 、EIA RS-443、ISO-2593等。

物理层使用的设备主要用来传输、接收网络信号,处理数据传输速率,监控数据出错频率,产生、携带并检查电压电平等。工作在物理层的设备主要包括电线电缆、物理端口和附属设备,如RJ-45 、双绞线、同轴电缆 、网络接口卡(NIC)、串口和并口等。

2.数据链路层

数据链路层的主要功能是负责把上层的数据打包,按一定格式组装成数据链路数据单元帧,每一帧中带有同步、收发地址、顺序控制,差错及流量控制等信息。然后利用物理层所建立的物理连接,在两个网络实体之间通过检测和重发等手段,无差错地传送以帧为单位的数据。

数据链路层的协议主要有两类:一类是面向字符的传输控制协议,另一类是面向比特的传输控制协议。典型的数据链路层协议包括:ATM、X2.5、IEEE 802.2、帧中继(Frame Relay)、高级数据链路控制协议 (high-Level Data Link Control,hDLC)等。

工作在数据链路层的设备主要包括集线器、网桥和交换机等。

3.网络层

网络层主要解决的是网络与网络之间的通信问题。其主要功能是选择合适的路由和交换节点,确定最优网络路径,使上层传下来的分组信息能够准确无误地按照网络地址沿着该路径传送到目标系统。同时,网络层还具有消除网络拥挤,进行流量控制的功能。

网络层主要使用两类协议:路由传送协议(routed protocol)和路由选择协议(routing protocol)。典型的网络层协议包括:Ip、IpX 、AppleTalk、X.25 、RIp、OSpF和BGp等。

网络层的设备主要用来完成路由选择、阻塞控制和网络寻址等功能,工作在网络层的设备主要包括路由器(Router)和三层交换机(Switch)等。

4.传输层

传输层是OSI模型中最关键的一层,该层以上各层将不再管理信息传输问题,只考虑应用方面的问题,其主要功能包括提供端到端的数据交换机制,为端到端连接提供可靠的数据传输服务,为端到端连接提供流量控制、差错控制、服务质量(Quality of Service,QoS)等管理服务。

典型的传输层协议包括:TCp 、SpX 、NetBIOS和UDp等。

5.会话层

两个通信主机的应用进程间的一次连接称为一次会话,如一个用户通过网络登录到一台主机,或一个正在用于传输文件的连接等都是会话。会话层的主要功能是负责提供建立、协调和终止两个进程间的会话连接等会话管理服务。

典型的会话层协议包括:RpC 、LDAp等。

6.表示层

表示层负责管理数据的编码方法,对数据进行加密和解密、压缩和恢复。并不是每个计算机都使用相同的数据编码方案,表示层提供不兼容数据编码格式之间的转换,从而保证一个系统应用层发的数据可以被另一个系统的应用层读取。

具有表示层功能的协议包括:hTTp/html 、FTp 和Telnet等。

7.应用层(www.guayunfan.com)

应用层直接面向用户,是OSI中的最高层。该层的主要任务是为用户提供应用的接口服务,即提供不同计算机间的文件传输、访问与管理,电子邮件服务,不同计算机通过网络交互访问的虚拟终端功能等。

具有应用层功能的协议包括:FTp 、SMTp和pOp 等。

【相关链接】

基于OSI参考模型的计算机网络通信的过程(来源:http://www.networkdictionary.com/。)

一位用户从一台pC机向一台服务器发送一个文件,一旦用户指示应用程序执行文件传输任务,应用程序就联系网络的ApI(第七层),转交这些指令。数据然后被转换成ASCII文本(第六层)并进行压缩(第六层)。用户的pC机用可解析成Ip地址的主机名(第五层)请求连接到主机上。为了建立一个会话,会话请求被分段(第四层),并被封装在UDp数据包里(第四层)。网络驱动软件依次接到数据包,将其封装在一个Ip分组里,其中包括Ip源地址目标Ip地址和其他字段。然后,确定目标服务器的位置(第三层),并且把分组交给以太网络驱动器,用以太网络的头部和尾部封装分组,称为一帧。最后,物理层阅读该帧的每位比特,产生对应的电压脉冲,沿着网络媒介发送出去。服务器接收到这些电压脉冲,把它们转化成比特,而且把由1和0组成的位信息传送给数据链路层,该层把它们再转成帧。以太网头部包括协议字段,告诉驱动器应把分组放到服务器上的那部分存储器缓冲区。Ip驱动器阅读Ip头部的协议字段,把分组(数据报)的内容交给UDp。UDp重新装配应用数据,把它交给会话层,服务器使用这些数据建立会话,通过会话把数据交给对应的应用层,解密转换成应用层能理解的一种形式。

(二)TCp/Ip协议

TCp/Ip协议是网络中使用的基于软件的通信协议,包括传输控制协议(Transmission Control protocol简称TCp)和网际协议(Internet protocol简称Ip)。其中Ip协议用来给各种不同的通信子网或局域网提供一个统一的互连平台,TCp协议则用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能,TCp/Ip协议的概念产生于20世纪70年代,并在80年代得到了迅速的完善和发展。在90年代,TCp/Ip协议已毫无争议地确立了在数据通信协议中的主导地位。至今,TCp/Ip协议已经是数据通信标准的代名词,是唯一可以通达世界范围内Internet联接的通信协议,也是任何数据用户终端最先支持的协议标准。TCp/Ip协议使用范围极广,既可用于局域网,又可用于广域网,许多厂商的计算机操作系统和网络操作系统产品都采用或含有TCp/Ip协议。TCp/Ip协议已成为目前事实上的国际标准和工业标准。

TCp/Ip也是一个分层的网络协议,不过它与OSI模型所分的层次有所不同。TCp/Ip自下而上分为网络接口层、网络互联层、传输层和应用层等4个层次。TCp/Ip的分层情况。

1.网络接口层

网络接口层是TCp/Ip协议的最低一层,对应于OSI模型的物理层和数据链路层,包括有多种逻辑链路控制和媒体访问协议。网络接口层的功能是接收Ip数据包并通过特定的网络进行传输,或从网络上接收物理帧,抽取出Ip数据包并转交给网络层。

2.网络互联层

网络互联层对应于OSI模型的网络层,该层包括以下协议:Ip(网际协议)、ICMp(Internet Control Message protocol,因特网控制报文协议)、ARp(Address Resolution protocol,地址解析协议)、RARp(Reverse Address Resolution protocol,反向地址解析协议)。该层负责相同或不同网络中计算机之间的通信,主要处理数据包和路由。在网络层中,Ip协议负责在主机和网络之间寻址和路由数据包,ARp协议用于将Ip地址转换成物理地址,RARp协议用于将物理地址转换成Ip地址,ICMp协议用于报告差错和传送控制信息。Ip协议在TCp/Ip协议组中处于核心地位。

3.传输层

传输层对应于ISO模型的传输层,该层提供TCp(传输控制协议)和UDp(User Datagram protocol,用户数据报协议)两个协议,它们都建立在Ip协议的基础上,其中TCp提供可靠的面向连接服务,UDp提供简单的无连接服务。传输层提供端到端,即应用程序之间的通信,主要功能是数据格式化、数据确认和丢失重传等。

4.应用层

TCp/Ip协议的应用层相当于OSI模型的会话层、表示层和应用层,它向用户提供一组常用的应用层协议,其中包括:hTTp协议、网络远程访问协议(Telnet)、简单电子邮件传输协议SMTp、文件传输协议(FTp)等。此外,在应用层中还包含有用户应用程序,它们均是建立在TCp/Ip协议组之上的专用程序。

从以上的比较可以看出,OSI参考模型和TCp/Ip协议大致相似,也各具特色。虽然TCp/Ip在目前的应用中占了统治地位,但是OSI作为一个完整、严谨的体系结构,也有它的生存空间,它的设计思想在许多系统中得以借鉴,同时随着它的逐步改进,必将得到更广泛的应用。

3.2.3 计算机网络体系结构

计算机网络体系结构是描述数据库管理系统,数据库和应用软件在硬件平台和网络环境中的物理分布以及在数据处理中的逻辑关系。网络体系结构属于局域网技术体系的基本内容。

网络体系结构按其发展过程,经历了以下几种结构类型:

(一)主机/终端结构

主机/终端结构中一般包括一台主机和若干台终端。其中终端功能较弱,无任何处理能力,仅作为系统的输入/输出设备,主机负荷较重,而数据库和数据库管理系统和数据处理全部都在主机上完成。早期开发的管理信息系统通常采用的是这种结构。主机/终端结构由于硬件选择有限,硬件投资得不到保证,已经逐步淘汰。

(二)文件服务器/工作站结构

文件/服务器结构一般包括一台服务器和若干工作站。在这种结构中,应用软件,数据库管理系统驻留在各工作站上,而数据库驻留在服务器上,这时的服务器称为文件服务器。由于数据库管理系统驻留在各工作站,因此采用这种结构的系统难以实现数据的并发控制,对于用户多、数据量大的情况就会产生网络瓶颈。文件服务器模式只适用小规模的局域网。

(三)客户/服务器结构(Client/Server,C/S结构)

客户机/服务器结构简称C/S结构或两层结构,也是由服务器和若干台工作站组成。但是大多数的应用程序驻留在客户端,少量的公共程序(例如企业共同规则),数据库和数据库管理系统驻留在服务器上,这时的工作站称为客户机,服务器称为数据库服务器。在这种结构中,服务器不仅担负数据的存储和管理工作,还完成数据处理。

(四)三层客户机/服务器结构

三层次客户机/服务器结构是在常规客户机/服务器结构上提出的,系统在客户机和数据库服务器间添加一个应用服务器。

在这种结构中,不同的服务分别驻留在不同的机器,应用服务驻留在客户端,业务逻辑服务驻留在应用服务器中,数据服务由数据库服务器完成,从而形成客户/应用服务器/数据库服务器的结构模型。

三层结构技术特点:业务规则放三层结构中的应用服务器(中间层),其好处是应用系统可以在不影响客户应用程序的情况下对业务规则进行更新。这意味着,修改存储过程的代码时,只要客户端与服务器的接口不受改动的影响,这些修改对客户来说就是透明的。

应用服务器分为以下几类:

●基于中间件的应用服务器。代表为IBM的cics和BEA 的tuxedo。

●基于WEB的应用服务器。代表为IBM的WebSphere和BEA的weblogic。

●基于DCOM/COM的应用服务器。代表为微软的MTS和Borland的Midas。

三层C/S结构可以扩展到多层C/S结构,用以满足复杂业务或数据资源的需求。当数据资源比较复杂时,可以将数据资源存储在多个数据库中,这些数据库则分布在不同的数据库服务器上,而当业务逻辑比较复杂时,也可以将应用服务器进行分解,形成多层的应用服务器组合结构。

(五)浏览器/服务器结构(Browse /Database,B/S结构)

B/S结构是三层C/S结构在计算机网络环境中的一种独特的应用模式,更为专业的名称应为浏览器/Web服务器/数据库服务器结构(Browse/Web/Database,B/W/D结构)。该结构利用因特网的Web技术,为用户提供统一界面。

从图中可知浏览器以超文本(hyper Text Markup Language,html)形式向Web服务器提出访问数据库的请求,Web数据库得到请求后,激活对应的公共网关(common gate interface,CGI)程序,CGI程序将html转化为SQL语言文本或其他形式,同时将这个请求递交给数据库服务器。数据库服务器得到请求后,验证其合法性,并将合法请求所产生的数据结果集或系统回复转给CGI程序,CGI程序将结果集再转化为html,并由Web服务器转发给请求方浏览。目前市场上主要的Internet/Intranet软件产品都是基于上述思想设计的。由于Web浏览器和Web服务器遵循业界的标准技术规范,所以可以运行在所有平台上。

C/S和B/S是计算机网络体系结构中的两大主流技术,目前以C/S和B/S技术开发出产品也很多。这两种技术在国内应用领域都拥有一定的市场份额和客户群。

C/S 结构的优点和缺点:

①优点

●由于客户端实现与服务器的直接相连,没有中间环节,因此响应速度快。

●操作界面漂亮、形式多样,可以充分满足客户自身的个性化要求。

●具有较强的事务处理能力,能实现复杂的业务流程。

②缺点

●需要专门的客户端来安装程序,分布功能弱,不易实现快速部署安装和配置。

●兼容性差,不同开发工具开发的应用程序,一般来说互不兼容,不能搬到其他平台上运行。

●开发成本较高,C/S 结构对客户端软硬件要求较高,尤其是软件的不断升级,对硬件要求不断提高,增加了整个系统的成本。

●维护复杂,升级麻烦,如果应用程序要升级,必须到现场为客户机一一升级,每个客户机上的应用程序都需维护。

B/S结构的优点和缺点:

①优点

●具有分布性特点,可以随时随地进行查询、浏览等业务处理。

●业务扩展简单方便,通过增加网页即可增加服务器功能。

●维护和升级方式简单,只需要改变网页,即可实现所有用户的同步更新。

●开发简单,共享性强。

②缺点

●个性化特点明显降低,无法实现具有个性化的功能要求。

●以鼠标为最基本的操作方式,无法满足快速操作的要求。

●无法实现分页显示,给数据库访问造成较大的压力。

●功能弱化,难以实现传统模式下的特殊功能要求。

【相关链接】

基于C/S、B/S混合结构的人力资源管理系统的开发和应用(来源:http://www.e-works.net.cn 企业信息化论坛。)

C/S、B/S混合结构是利用C/S和B/S结构不同的优点来构架企业应用系统,即利用C/S结构的高可靠性来构架企业应用(包括输入、计算和输出),利用B/S结构的广泛性来构架服务或延伸企业应用。客观地分析C/S、B/S结构的优劣,结合人力资源管理信息系统软件开发的特点,规划人力资源管理系统的时候“有的放矢,趋利避害”,才能够搭建成合适的信息系统。我们知道人力资源管理软件中信息的查询、浏览(尤其是异地查询浏览)、小规模数据录入等比较适合做成B/S模式,客户端只要能上网即可以操作软件。而灵活创建报表,自定义工资标准和公式等一些属于软件灵活开放的功能,以及涉及一些复杂流程的功能则适合采用C/S结构,客户端功能比较强、安全系数也高。这样处理,既可充分发挥各种结构的优越性,又可以避免B/S结构在安全性、保密性和响应速度等方面的缺点以及C/S结构在异地查询浏览不够灵活等方面的缺点。基于以上可以看出,C/S与B/S混合结构,必将成为当前人力资源管理软件应用的主流。

3.3 其他相关信息技术应用及发展趋势

3.3.1 条形码技术

(一)条形码技术的发展

条形码(Bar Code)是利用光电扫描阅读设备识读并实现数据输入计算机的一种特殊代码,它是由一组宽度不同、反射率不同、黑白或彩色相间的条、空及其相应的字符、数字、字母组成的标记,用以表示一定的信息。

条形码技术属于自动识别范畴。它是随着电子技术的进步,尤其是计算机技术在现代化生产和管理领域中的广泛应用而发展起来的一门实用的数据输入技术。条形码技术广泛应用于商业、邮政、图书管理、仓储、工业生产过程控制、交通等领域,具有输入速度快、准确度高、成本低、可靠性强等优点,在当今的自动识别技术中占有重要的地位。从系统看,条形码技术涉及编码技术、光传感技术、条形印刷技术以及计算机识别应用技术。

20世纪20年代,一位名叫John Kermode的发明家发明了最早的条码标识,试图实现对邮政信件进行自动分检,他的想法是在信封上做条码标记,条码中的信息是收信人的地址,就像今天的邮政编码。其设计方案非常简单,即一个“条”表示数字“1”,二个“条”表示数字“2”,以次类推。然后,他又发明了由基本的元件组成的条码识别设备,包括一个能够发射光并接收反射光扫描器和一个能够测定反射信号条和空的磁性线圈。然而,这只是实验室中的一个模拟系统,离真正意义的条形码自动识别系统还有一段相当长的距离。直到1949年,专利文献中才第一次有了全方位条码符号的记载,在这之前的专利文献中始终没有条码技术的记录,也没有投入实际应用的先例。随着电子现金收款机的问世,条形码技术才开始在商业领域中得到广泛的应用和推广。1970年在美国食品杂货业上进行了条形码应用的尝试,后来广泛应用于工业领域,欧洲的制造厂家和销售商制定的欧洲物品编码(EAN码)为世界各国提供了一个唯一的编码体系和标识方法,为电子数据交换(EDI)提供了标准化的、国际通用的统一标识,成为世界各国贸易交换的统一形式。中国条形码技术的研究始于20世纪70年代末至80年代初,条形码应用系统是80年代末建立的,中国物品编码中心于1988年12月28日正式成立,于1991年4月19日正式加入国际物品编码协会。国际物品编码协会分配给中国的前缀码为690、691和692,许多企业获得了条形码标记的使用权,使中国的大量商品打入了国际市场,给企业带来经济效益。

(二)条形码分类

根据取得信息的方向不同,条形码可分为一维条形码和二维条形码。一维条形码只是在一个方向(一般是水平方向)表达信息,而在垂直方向则不表达任何信息,其一定的高度通常是为了便于阅读器的对准。在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条形码,称为二维条形码。二维条形码是在水平和垂直两个方向都表示信息的条形码符号。二维条形码通常可分为以下三种类型:

①线性堆叠式二维码:是在一维条形码编码原理的基础上,将多个一维码再纵向堆叠而产生的。

②矩阵式二维码:是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。

③邮政码:通过不同长度的条进行编码,主要用于邮件编码。

对于一维条码来说,还要通过数据库建立条码与商品信息的对应关系,当条码的数据传到计算机上时,由计算机上的应用程序对数据进行操作和处理。因此,普通的一维条码在使用过程中仅作为识别信息,它的意义是通过在计算机系统的数据库中提取相应的信息而实现的。二维条码信息容量大、信息密度高、编码能力强,可以对文字、照片、指纹、掌纹、声音、签名等信息进行编码,并且它容易印制、成本低廉、纠错能力强、译码可靠性高。正是因为二维条码可以实现机器识别和防伪这两项重要功能,因此,在国际上,二维条码被广泛应用于证件管理、车辆管理、后勤运输及仓储管理等方面。

(三)条形码的码制

码制是指条形码中条和空的排列规则,即条形码的编码方法。不同的码制有其各自的应用领域。

常用的一维条形码的码制包括:EAN码、39码、93码、25码、Codabar码(库德巴码)等。

①EAN 码:是国际通用的符号体系,是一种长度固定、无含意的条码,所表达的信息全部为数字,主要应用于商品标识。

②39码:为目前国内企业内部自定义码制,可以根据需要确定条码的长度和信息,它编码的信息可以是数字,也可以包含字母,主要应用于工业生产线领域、图书管理等。

③93码:是一种类似于39码的条码,它的密度较高,能够替代39码。

④25码:只要应用于包装、运输以及国际航空系统的机票顺序编号等。

⑤Codabar码:应用于血库、图书馆、包裹等的跟踪管理。

常用的二维条形码的码制有:Data Matrix、Maxi Code、Aztec、pDF417等。

①Data Matrix:主要用于电子行业小零件的标识,如Intel奔腾处理器的背面就印制了这种码。

②Maxi Code:是由美国联合包裹服务(UpS)公司研制的,用于包裹的分拣和跟踪。

③Aztec:是由美国韦林公司推出的,最多可容纳3832个数字或3067个字母字符或1914个字节的数据。

【相关链接】

pDF417二维条形码的应用实例(来源:http://www.china-barcode.cn 中国条码网。)

美国Symbol公司经过几年的努力,于1991年正式推出名为pDF417的二维条形码,简称为pDF417条码,即“便携式数据文件”。pDF417条码中的符号是线性堆叠式条码符号,能达到很高的数据密度和满意的数据容量;pDF417条码作为一种新的信息存储和传递技术,现已广泛应用在国防、公共安全、交通运输、医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理等领域。

美国货运协会 (ATA)提出了纸上的 EDI 系统。货物发送方将EDI信息编成一张pDF417条形码标签提交给货运商,通过扫描条形码,信息立即传入货运商的计算机系统,这一切都发生在恰当的时间和恰当的地点,使得整个运输过程的效率大大提高。

美国国防部在军人身份卡上印制 pDF417 码。持卡人的姓名、军衔、照片和其他个人信息被编成一个pDF417码印在卡上,卡被用来做重要场所的进出管理及医院就诊管理。该项应用的优点在于数据采集的实时性、低实施成本、卡片损坏(比如枪击)也能阅读以及防伪性。我国香港特别行政区的居民身份证也采用pDF417码。其它如营业执照、驾驶执照、护照、我国城市的流动人口暂住证、医疗保险卡等也都是很好的应用方向。

日本Seimei 保险公司的每个经纪人在会见客户时都带着笔记本电脑。每张保单和协议都在电脑中制作并打印出来。当他们回到办公室后需要将保单数据手工输入公司的主机中。为了提高数据录入的准确性和速度,他们在制作保单的同时将保单内容编成一个pDF417条形码,打印在单据上,这样他们就可以使用二维条形码阅读器扫描条形码将数据录入主机。

美国钢管公司在各地拥有不同种类的管道需要维护。为了跟踪每根管子,他们将管子的编号、位置编号、制造厂商、长度、等级、尺寸、厚度以及其他信息编成一个pDF417条形码,制成标签后贴在管子上。当管子移走或安装时,操作员扫描条形码标签,数据库信息得到及时更新。

3.3.2 EDI技术

EDI即电子数据交换(Electronic Data Interchange),是企业之间业务往来的商业交易资料用标准的格式经由计算机通信网络以电子方式在计算机之间自动进行的传送。EDI是随着网络技术及数据库技术的发展而产生的用于商务管理的新技术,目前电子数据交换被广泛地应用于订单的传输与客户服务。构成EDI系统的三个要素是EDI软件和硬件、计算机通信网络以及EDI标准;一个部门或企业若要实现EDI,首先必须要有一套计算机数据处理系统,其次,要配置好一个安全、高效的通信环境,最后为了使企业内部数据比较容易地转换为EDI标准格式,必须采用一定的EDI标准。EDI标准是整个EDI系统最为关键的部分,由于EDI是以事先商定的报文格式形式进行数据传输和信息交换,因此,制定统一的EDI标准至关重要。EDI标准主要提供语法规则、数据结构定义、编辑规则和协定等。

国际上流行的EDI标准有两个:联合国欧洲经济委员会(UN/ECE)制定并颁布的《行政,商业和运输用电子数据交换规则》即EDIFACT标准,以及美国国家标准局委托标准化委员会第12工作组制定的ANSIX.12标准。在这些标准中,最重要的是实现单证格式的标准化,所记载信息标准化以及信息描述的标准化。其中最首要的单证格式的标准化是指按照国际贸易基本单证格式设计各种商务往来的单证样式,在单证上利用代码表示信息时,代码位置的标准化。

EDI的主要特点为:

●EDI传输的是企业间的报文,是企业间信息交流的一种方式。

●传输的报文是格式化的,是符合国际标准的,这是计算机能够自动处理报文的基本前提。

●使用的数据通信网络一般是增值网、专用网。

●数据是从计算机到计算机的自动传输,不需要人工操作。

【实例说明】

商业信息在EDI系统中的流通案例(来源:徐淼鑫:《资讯系统》,上海人民出版社2002年版,第326-327页。)

与传统的商业信息处理流程比较,EDI系统减少了大量的输入步骤和处理环节,消除了处理过程中可能发生的时间延误和数据的重复输入。

其具体的工作流程为:

(1)买方将要购买的商品的名称、规格、数量、价格和交货时间等内容输入采购应用系统,该系统中的EDI软件根据这些输入内容制作出相应的EDI电子订单,这份订单随即被系统自动传送到卖方。

(2)卖方的计算机系统接到订单后,其中的EDI软件把订单翻译成卖方的格式,同时自动地产生一份表明订单已经收到的功能回执,传送到买方。

(3)卖方有时还会产生并传递一份订单接受通知给买方,表示供货的可能性。买方收到卖方的功能性回执及订单接受通知后,EDI软件将它们翻译成买方的格式,这时订单被更新了一次。

(4)买方根据订单的数据产生一份“状况查询”的文件传递给卖方,卖方的计算机系统收到买方的“状况查询”文件后,把它翻译成卖方的格式,并核查进展情况。

(5)卖方的应用系统产生一份“状况答复”的文件,传递给买方。买方的计算机系统收到卖方的“状况答复”文件后,把它翻译成买方的格式,用此“状况答复”的数据,更新买方的采购文件。

(6)在买方的原始EDI订单建立的同时,EDI软件把数据传送到支付应用系统,并自动输入该系统。

(7)同样,在买方的原始EDI订单建立的同时,EDI软件把数据传送到收货应用系统,并自动输入该系统。

(8)在卖方收到原始EDI订单的同时,EDI软件把数据传送到存储该种商品的仓库或生产商品的厂家。

(9)同样,在卖方收到原始EDI订单的同时,EDI软件把数据传送到发票应用系统,并自动输入该系统,同时更新发票文件。

(10)仓库或工厂根据订单备货,并生成一个发运通知单,将发运通知单传送到买方,同时将货物运送到买方。买方收到发运通知后,数据自动输入收货文件,在收到货物后,买方再输入收货收据。

(11)收货收据通过EDI软件,被传送到支付应用系统。

(12)卖方的发运通知,通过EDI软件被传送到发票应用系统。

(13)一份由卖方计算机系统产生的电子发票传送到买方,买方的计算机系统收到发票后,EDI软件将其翻译成买方的格式、发票、收据和订单被买方的计算机系统自动审核。

(14)买方的计算机系统审核发票、收据和订单后,自动产生一份支付标准书,传递到买方的支付银行。

(15)卖方的计算机系统在产生发票的同时,收款应用系统也自动更新,做好收款准备。

(16)买方通过支付银行将货款转入卖方的收款银行,同时,传送一份电子汇款单到卖方。

(17)卖方在收到汇款单和支付说明后,数据被EDI软件翻译成财务管理系统能够接受的标准格式,随即卖方的存款记录被自动更新,同时买方被授予一定信誉。

从上面的EDI信息流通过程,可以看出EDI的许多优点:

1.因邮寄或其他形式的物理传递所产生的时间延迟被消除了,同时因免除了许多环节的数据输入使处理的时间也明显地缩短了。

2.由于不是反复地人工输入数据,所以由此产生差错的可能性大大地减少了。

3.由于大量地减少了填表、排序、审核等人工处理流程,所以人工成本减少了。

4.由于信息的每一次传递都能得到功能性回执,所以操作过程的确定性增加了。

问题讨论:

1.EDI与传真、电子邮件和中介交换有什么根本区别?

2.EDI将给企业的经营管理带来哪些好处?

3.3.3 GpS技术

GpS是全球定位系统(Global positioning System)的缩写,它是由美国国防部开发的一套基于卫星的定位系统,用于获得地理位置信息以及准确的通用协调时间。无论是陆地、海洋还是太空用户,都可以通过GpS系统全天候、一天24小时、全球任何位置的精确定位他们的三维坐标、速度和时间,其定位精度比目前以及可以预见的将来任何无线导航系统都要高。GpS 包括三个基本组成:空间部分、地面部分以及用户设备。空间部分包括24颗工作卫星和3颗备用卫星;地面部分包括一个主控站、五个监测站和三个数据输入库;用户设备为接收卫星信号、进行卫星跟踪以及信息控制与处理的接收机。目前,GpS系统已被广泛应用于交通运输和道路工程等领域,极大地提高了相关部门的生产效率和运营效益。我国目前正在实施的类似系统——北斗二号卫星导航系统,始于2007年,目前已成功发射了6颗卫星。按照建设规划,2012年将首先提供能覆盖亚太地区的导航、授时和短报文通信服务能力,至2020年左右,建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。

3.3.4 CTI技术

计算机电信集成技术(Computer Telecommunication Integration,CTI)是从传统的计算机电话集成(Computer Telephone Integration)技术发展而来的,包含有数据通信及传统语音通信网络内容的一种电信集成技术。传统CTI技术关注的是如何将基于计算机的智能技术运用到电话的发送、接收及管理,随着CTI中的“T”从“Telephone”发展成为“Telecommunication”,CTI技术所涉及的应用领域不断扩大,目前的CTI技术不仅要处理传统的电话语音,而且要处理包括传真、电子邮件和视频信号等其他形式在内的信息。随着Internet的发展,CTI技术也变成了以Internet网为核心的技术。各种通信网与Internet的交集都是CTI,新的CTI技术层出不穷,Ip网、呼叫中心、CRM、电子商务、语音上网等领域都成为CTI技术最大的应用领域。

3.3.5 RFID技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是近几年发展起来的现代自动识别技术。基本的RFID系统由射频卡和读写器组成。射频卡和读写器之间互相不接触,但却可以利用感应、无线电波或微波进行数据通信,从而达到识别的目的。RFID最突出的特点是可以非接触识别,识别距离可从十厘米至几十米,可识别高速运动物体、抗恶劣环境、保密性强、可同时识别多个对象等。射频识别技术主要应用在:高速公路的自动收费(AVI)及交通管理、仓储管理、电子物品监视系统、货运集装箱的识别、防伪等领域。例如,超市收银台通过扫描商品条形码才能完成结算,顾客往往要排队等待。使用 RFID技术后,商品上安放了射频卡(电子标签),顾客推着装满商品的小车经过收银台,不必拿出一件件商品,解读器不必接触商品,很快就可以完成结算,计算机自动打印购物清单,非常方便。RFID技术被认为最终将取代目前使用的条形码技术。

3.3.6 IT新技术的发展趋势

近年来,随着IT技术的不断创新和发展,一些新的概念正对信息系统的应用产生更为深远的影响。包括下一代互联网、更为普及的无线接入和移动通讯以及智慧城市、智慧地球和物联网等。

(一)下一代互联网

下一代互联网是指基于Ipv6协议(Ip协议的第6版本)的新一代互联网。它与目前基于Ipv4协议(Ip协议的第4版本)的互联网的区别主要在容量、速度和安全三个方面。(1)容量方面:下一代互联网可提供的Ip地址数量趋于无限,解决现有互联网Ip地址不足的缺点,满足当今社会对互联网地址资源不断增长的需求。(2)速度方面:下一代互联网的网络传输速度将比现在提高1000-10000倍,随心所欲的网络视频传输、大规模数据和图文的即时收发将成为现实。(3)安全方面:下一代互联网可解决现有互联网无法判断每一个数据来源的缺陷,其设计的专用安全协议可以通过网络设备对用户接入的合法性进行检查,监控所有数据流向和网络行为,从而更加有效地防范黑客、病毒的攻击,实现更安全的网络管理。

(二)无线宽带和新一代移动通信技术

在计算机网络的发展过程中,局域网的应用需求巨大,但在一幢办公室或大楼的局域网布线通常较为困难,且费用高昂。之后出现的解决方案之一是安装无线局域网(WLAN,wireless LAN),这种被称为Wi-Fi的无线网技术发展迅猛,在快速增长的商业、公共和家庭环境应用中,Wi-Fi无线局域网可以使pC机、pDA及其他装有Wi-Fi调制解调器的设备很容易地连接到互联网,充分体现出无线宽带上网的便利性。而随着移动通信技术从模拟转为数字,手机的迅速普及以及新一代移动通信网技术的出现,将无线通讯与互联网更紧密地结合在一起。这里新一代移动通信技术主要是指3G网络,3G是第三代移动通信(3rd-Generation)系统的简称。与目前广泛使用的以GSM、CDMA为代表的第二代数字移动通信相比,3G移动通信系统具有两个主要特点:一是实现了全球无线漫游;二是实现了高速数据传输和覆盖全球的移动宽带多媒体服务,即除了普通通话业务,还可以传输图像、音乐,提供可视电话业务。

(三)下一代广播电视网和“三网融合”

近年来我国有关部门提出的下一代广播电视网(Next Generation Broadcasting,NGB),是以有线电视数字化和移动多媒体广播电视(CMMB)的成果为基础,以自主创新的“高性能宽带信息网”核心技术为支撑,构建的适合我国国情的、“三网融合”的、有线无线相结合、高质量通信和高安全标准相结合的、全程全网的下一代广播电视网络。所谓三网融合是指电信网、广播电视网和计算机通信网通过技术改造,相互渗透、互相兼容,共同向用户提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。“三网融合”并不意味着三大网络的物理融合,不是三张网合成一张网,而主要是指业务应用层面的融合。三大网络在发展和演进过程中,网络功能趋于一致、业务范围趋于相同,都可以为用户提供打电话、上网和看电视等多种服务。因此三网融合的主要目标是为了实现网络资源的共享,避免低水平的重复建设,形成适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。“三网融合”是在继承原有的话音、数据和视频业务的基础上,通过网络的整合,可以衍生出更加丰富的增值业务类型,如图文电视、voip、视频邮件和网络游戏等,极大地拓展了业务提供的范围。其应用非常广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。

(四)物联网技术

物联网(Internet of Things)技术是指通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,在确保信息安全的前提下,按约定的协议,将任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。物联网技术的核心和基础仍然是互联网技术,是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术,主要提供在线监测、定位追溯、自动报警、调度指挥、远程控制、安全防范、远程维保、决策支持等管理和服务功能,从而对“物”进行基于网络、实时高效、绿色环保的控制、运行和管理。

(五)智慧地球与智慧城市

随着新一代移动宽带网络、下一代互联网、物联网等新一轮信息技术迅速发展和深入应用,信息化发展正酝酿着重大变革和新的突破,向更高阶段的智慧化发展已成为必然趋势。在此背景下,一些国家、地区和城市率先提出了建设智慧国家、智慧城市的发展战略。例如,新加坡提出了2015年建成“智慧国”的计划,台北市提出了建设智慧台北的发展战略,国际商业机器公司(International Business Machines Corporation、IBM)则于2009年首次提出了“智慧地球”的概念。智慧地球就是把传感器嵌入到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,并且被普遍连接,形成物联网,再与互联网相联,实现人类社会与物理系统的整合,并通过超级计算机和云计算对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制,从而以更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”状态,从而提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。同时,在智慧地球概念体系组成中,IBM又提出了“智慧的城市”(Smart City)这一概念,由于智慧地球建设战略主要是基于商业利益的驱动,因此IBM“智慧的城市”的本质是指新一代信息技术和信息系统在电子政务发展领域中的广泛应用所形成的具有更高的生活质量、更好的商务环境以及更大的投资吸引力的城市形态。

智慧城市是一个“中国制造”的概念,如果把智慧城市建设作为城市未来的发展战略,必须深入理解和把握智慧城市的准确定义和基本内涵。智慧城市是在新一代信息技术和知识经济加速发展的背景下,以互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等网络组合为基础,以信息技术高度集成、信息资源综合应用为主要特征,以智慧技术、智慧产业、智慧服务、智慧管理、智慧生活等为重要内容的城市发展新模式。关于智慧城市的内涵,应着重从以下几个方面来理解:从其本质来看,智慧城市是基于新一代信息技术的创新变革和知识经济的深入发展,将人的智慧和信息化、网络化、智能化紧密结合起来,以更好地发现城市运转和城市发展中的问题,并更好地予以解决的一种全新的城市发展形态。从其特征来看,主要体现在“六个能力”上,即具有更全面灵活的物与物、物与人、人与人的互联互通和相互感知能力,更高效安全的信息处理和信息资源整合能力,更科学的监测、预警、分析、预测和决策能力,更高水平的远距离控制执行和智能化执行能力,更协调的跨部门、多层级、异地点合作能力,以及更强的创新发展能力。从其表现形式来看,智慧城市是智慧人文与智慧技术的紧密结合,它不仅仅只是单纯的技术和产业现象,而是意味着城市已经实现了全面、动态、科学的资源配置方式和智慧汇集模式。

【本章小结】

信息技术是信息系统的基础,信息技术是一个外延很广的概念。一般而言,信息技术是计算机硬件技术、计算机软件技术及计算机网络技术的总称。计算机硬件技术主要包括运算器、控制器、存储器工作原理;常见输入输出设备、系统结构及总线接口技术。计算机软件系统分为系统软件和应用软件。系统软件是计算机系统必备的软件,主要功能是管理、监控和维护计算机资源,为解决计算机各类应用问题而编制的软件称为应用软件。应用软件具有很强的实用性,可分为用户程序和应用软件包。随着计算机应用领域的不断拓展和计算机应用的普及,各种各样的应用软件与日俱增。

计算机网络是信息系统的一项基本实现技术,把分布式信息处理通过计算机网络集成起来,是现代信息系统运行的基础,对网络体系结构的分析和研究是局域网技术体系的范畴,客户/服务器和浏览器/服务器是目前最流行的体系结构,对这两种结构的优点和缺点的了解和把握有助于企业进行信息系统的设计和实施过程中,对系统的硬件和软件选型提供合理参考,使网络中的两台计算机系统通信需要一致的协议,同时不同主机、不同厂商的网络互联需要统一的标准。当前,通用的网络层次标准有OSI参考模型和TCp/Ip协议两种,其中后者已成为目前网际互联事实上的国际标准和工业标准。

随着科学技术的进一步发展,新的信息技术不断出现。下一代互联网、3G移动技术、三网融合,以及物联网技术等,这些新技术的广泛应用必将改变信息社会中人们思考问题和解决问题的方法和方式,也会进一步提升人们的生活质量和生产效率。

【练习与思考】

1.计算机的基本工作过程是怎样的?

2.什么是总线?如何进行分类?计算机的总线标准有哪些?各自适用于什么应用场合?

3.计算机系统的发展可分为哪几个阶段?每一阶段有哪些主要特征?

4.系统软件和应用软件的主要区别有哪些?

5.什么是网络协议?什么是网络体系结构?

6.什么是TCp/Ip协议?它的分层结构和OSI模型的分层结构有什么对应关系?

7.C/S,B/S结构各自有哪些优缺点?

8.二维条形码的主要编码方法有哪些?分别应用于哪些领域?

9.什么是物联网?与互联网有何异同?

10.RFID在物联网中起到什么作用?