信息技术基础与运行环境的分析介绍

8.2.1　技术基础与运行环境

信息系统的基础是信息技术(TT)，信息技术是一个很广泛的概念。一般认为，信息技术是计算机硬件技术、计算机软件技术和通信与网络技术的总称。

(1)计算机硬件技术

计算机是一种能按照事先编好的程序自动、快速、精确地对信息进行加工处理的通用电子设备。自从1946年第一台计算机诞生以来，计算机的发展经历了四个时代即50年代的真空管计算机、50年代末至60年代中期的晶体管计算机、60年代中期至70年代末的集成电路电子计算机及70年代末至今的大规模集成电路和超大规模集成电路电子计算机。计算机技术的快速发展使其应用领域得到迅速膨胀，从设计单位、证券市场、政府办公室到商业贸易，从文字处理到建筑设计，从应用于家庭的个人多媒体电脑到生产车间的工业控制计算机，几乎无处没有计算机的身影。

计算机硬件主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件构成。如图8-9所示。其相关原理可以查阅计算机原理等方面的书籍。

图8-9　硬件系统的构成

下面讲讲PC机(个人电脑)的基本配置。

主机:

主机包括主板、CPU、内存、显示卡、声卡、硬盘、软盘、光驱、机箱、电源等。我们常听说的奔腾4就是指CPU的性能，而Inte1810，Inte1820指的是主板的型号。主板是整个计算机系统中的核心部件，各种接口电路及总线扩展槽等，均固定在主板上，CPU、内存、各种驱动卡便插在主板上的适当位置。

显示卡用于连接并驱动显示器。显示卡上包含存储器，其容量决定了显示图像时的刷新频率和显示器的分辨率。

软驱是用来读写软盘的，而光驱是用来读取光盘的，软盘和光盘都是存储介质。在计算机机箱内还有硬盘，硬盘是一种大容量存储介质，大部分的软件都是存储在硬盘上的。

显示器:

显示器是PC的最基本的输出设备。目前常用的显示器为15英寸和17英寸。衡量显示器的性能有刷新频率和分辨率。显示器的色彩有16色、256色、16位、24位真彩色等。

打印机:

打印机也是一种重要的输出设备，可以将信息输出到纸张上。目前的打印机有三种:点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机。

键盘、鼠标:

键盘是用户与机器交流的最基本的输入设备，用户可以通过键盘输入适当的命令、程序、数据和信息等。

鼠标也是一种用户与机器交流的输入设备，由于其使用方便，已经成为大多数计算机的常规配置。

(2)计算机软件技术

一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两部分，硬件是计算机的可见部分，是计算机系统工作的物质基础，而软件系统则帮助用户使用计算机硬件完成数据的输入、处理、输出及存储等活动。软件分为系统软件和应用软件。下面重点介绍系统软件。

系统软件是指为管理、控制和维护计算机及外设，以及提供计算机与用户界面的软件。包括:

①各种语言和它们的汇编或解释、编译程序。常用的语言有汇编语言、C/C++、BASIC、PASCAL，Visual Basic、Visual C++、Delphi，Java，ASP等。其中汇编语言用于单片机(也是一种计算机)和早期的计算机。Visual Basic，Visual C++、Delphi是视窗操作系统下的可视化开发语言，Java、ASP是用于开发互联网程序的语言。

②计算机的监控管理程序(Monitor)，调试程序(Debug)，故障检查和诊断程序。

③程序库和数据库管理程序。为了扩大计算机的功能，便于用户使用，计算机中设置了各种标准的子程序(相当于建筑行业中的预制板)，这些子程序构成了程序库。数据库是一种软件包，它帮助用户开发、使用、维护数据库。

④操作系统(OS)。操作系统是最基本的系统软件，具有两大功能。首先，OS是计算机系统资源的管理者。OS通过CPU(中央处理器)管理、存储管理、设备管理、文件管理及作业管理对各种资源进行合理的调度与分配，改善资源的共享和利用状况，最大限度地提高计算机在单位时间内处理工作的能力。其次，OS是用户与计算机之间的接口。如果没有OS，用户只能面对难懂的机器语言，有了操作系统之后，用户可以方便地使用接近自然语言的用户界面对计算机进行操作。目前常用的操作系统有视窗(Windows)、磁盘操作系统(DOS)、UNIX操作系统、Linux操作系统等。

(3)计算机网络技术

计算机网络是管理和运行信息系统的基础。由于信息资源分布于不同的计算机上，要将不同位置的计算机连接起来，就需要用到计算机网络。

计算机网络是用通信介质把分布在不同的地理位置的计算机、计算机系统和其他网络设备连接起来，以功能完善的网络软件(网络协议、信息交换方式及网络操作系统等)实现信息互通和网络资源共享的系统。计算机网络包括:①网络介质，是指数据传输的物理通道，有电话线、同轴电缆、双绞线、光纤、微波、卫星信道等。②协议，是指网络设备之间进行通信的一组约定，如TCP/IP协议等。③节点，是指网络中某分支的端点或网络中若干条分支的公共交汇点，如工作站、路由器、集线器等。④链路，是指两个相邻节点之间的通信线路。图8-10显示了计算机网络的组成。计算机网络从功能上可分为资源子网和通信子网两部分。用户位于终端就可以通过通信子网访问分布在各处主机上的数据信息，从而实现整个系统的软硬件、信息等资源的共享。

图8-10　计算机网络的组成

计算机网络拓扑结构是指网络的链路和节点在地理上所形成的。

几何结构，并用以表示网络的整体结构外貌，同时也反映各个模块之间的结构关系。按照通信系统的传输方式，计算机网络的拓扑结构可分为点对点传输结构和广播式传输结构两大类。

①点对点传输结构。它以点到点的连接方式，把各个模块的通信控制处理机直接或间接地连接起来，形成特定的信息传输网。因而这种方式也称为存储转发传输。它有星形、环形、树形、分布式四种拓扑结构，如图8-11所示。

②广播式传输结构。它用共同的传输介质把各个模块连接起来，这样任何一个节点向网络系统发送信息时，连接在总线上的所有节点均可检测，但只有目的地址指定的节点能够接收。这种传输结构的优点是不同节点间的通信可以使用同一通信信道，从而最大限度地利用信道的通信能力。缺点是当所有节点同时通信时，容易出现通信阻塞，并且一旦信道出现故障，将影响所有相关信道的通信。广播式传输结构有总线型结构、卫星通信结构和微波通信结构。广播、电视、移动通信、三网合一等都是利用这种结构进行传输的。

图8-11　点对点传输拓扑结构

计算机网络根据通信距离可分为局域网和广域网两种。

局域网(LAN)指传输距离(一般在0.1～10km)较小的一种网络。它具有较高的通频带宽，数据传输速率一般较高，可达100Mb/s，数据传输可靠，误码率低，一般为10^－7～10^－12。局域网是计算机网络发展最快的一个分支，在企事业单位的计算机应用中发挥着重要作用，甚至于在有2台以上计算机的地方就可以看见它的“身影”。目前局域网正朝着多平台、多协议、异机种方向发展，数据速率和带宽也在不断提高。

广域网(WAN)一般由相距较远的局域网经由公共电信网络(固定电话网、移动通信网、以太网、专线等)互连而成。WAN的数据传输速率根据入网方式(Modem、ISDN，ADSL，以太网、专线等)的不同而不等，一般低于局域网的传输速率，且误码率高，一般在10^－3～10^－5，但传输距离可遍及全球。

(4)数据库技术

数据库是以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。它能以最佳的组织方式，最少的数据冗余为多种应用服务，数据库中的数据具有较高的完整性，且与程序相互独立，避免了因数据的不一致而不得不推翻已编好的程序的现象，有利于实现存储数据格式的标准化。

数据库系统包括数据集合、硬件、软件和用户四个主要组成部分。数据库自20世纪60年代中期萌芽以来，经历了层次模型。(Hierarchical Model)、网状模型(Network Model)数据库系统，发展到了关系型(Relation Model)数据库系统。20世纪80年代以来，几乎所有新开发数据库系统都是关系型的。微型机平台的关系数据库管理系统(RDBMS)也越来越多。20世纪90年代末，还出现了网络版的数据库系统。

实体联系模型(E-R模型)是对现实世界的一种抽象，它抽取了客观事物中人们所关心的信息，忽略了非本质的细节，并对这些信息进行了精确的描述。E-R图所表示的概念模型与具体的DBMS所支持的数据模型相独立，是各种数据模型的共同基础，因而是抽象和描述现实世界的有力工具。许多以前支持层次模型和网络模型的产品也都加上了关系接口，当前数据库领域中的研究工作也大多以关系方法为基础。

数据库设计的步骤包括用户需求分析、数据库逻辑设计、数据库物理设计、数据库的实施和维护四个阶段。数据库操作主要有基本表的建立与删除、数据查询及更改等。

关系的规范化理论是数据库设计过程中的有力工具。规范化(Normalization)理论于1971年由IBM公司的E.P.Codd提出，并给出TINF(First Normal Form)、2NF(Second Normal Form)和3NF(Third Normal Form)的定义。1974年Boyce和Codd又共同提出了一个新的规范化形式，人们把它叫做BCNF(Boyce/Codd Nor-mal Form)。后来，不少学者对关系的规范化又做了大量的研究，提出了更高级的规范化形式——4NF(Fourth Normal Form)和SNF(Fifth Normal Form)。所谓范式，是指关系满足一定的条件。条件越严格，则关系的规范化级别就越高。所以从范式SNF、4NF，BCNF、3NF、2NF到1NF，前一个包含于后一个。一般地，每个关系不一定都是规范化的。非规范化的关系可以通过投影运算等价转换为规范化的关系。