第5章计算机的应用.ppt
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1、,计算机导论Fundamentals of Computer Science,中原工学院计算机学院,College of Computer Science&Technology,Zhongyuan University of Technology,Contents,第1章绪论第2章计算机的基础知识第3章计算机的硬件系统第4章计算机的软件系统第5章计算机的应用第6章计算机领域杰出人物及重大事件介绍第7章学习与就业,计算机的应用,第5章,5.1 计算机的应用领域5.2 数据库系统及其应用5.3 多媒体技术及其应用5.4 计算机信息安全技术小结,5.1 计算机的应用领域,计算机技术的应用目前已是无处
2、不在,从我们日常玩电脑游戏到工业控制,再到宇宙飞船上天等等,都应用了计算机,不胜枚举。我国政府从1993年开始先后启动了旨在促进国家信息化建设的一系列的“金”字工程和其它信息化建设工程,主要包括:,5.1 计算机的应用领域,“金桥”工程 即“国家经济信息通信网工程”“金关”工程 又称为“海关联网工程”“金卡”工程 又称为“电子货币工程”“金智”工程 是我国教育、科技信息化建设工程“金税”工程 是国家税务系统的信息化建设工程“金财”工程 即“政府财政管理信息系统”“金贸”工程 是国家为促进我国商品流通领域电子化和信息化而实施的应用工程;“金宏”工程 即“国家宏观经济管理信息系统”建设工程,5.1
3、 计算机的应用领域,“金农”工程 是为加速和推进农业和农村信息化,建立“农业综合管理和服务信息系统”;“金水”工程 即国家水利信息化工程;“金盾”工程 即公安通信网络与计算机信息系统建设工程;“政府上网工程”1999年启动“企业上网工程”2000年启动“家庭上网工程”于2001年启动,5.1 计算机的应用领域5.1.1 计算机在教育中的应用,我们许多人在中小学的学习中都上网查过学习资料,在课堂上听老师用计算机课件上课。但计算机在教育中的应用远远不止这些,1994年就已启动的我国的“金智”工程是我国教育、科技信息化建设工程,其主体部分是“中国教育和科研计算机网示范工程”(CERNET),CERN
4、ET是我国第一个由国家投资建设的、全国性教育和学术计算机互联网络,是全国最大的公益性互联网络。,5.1 计算机的应用领域5.1.1 计算机在教育中的应用,计算机在教育中的典型应用有下列方面:(1)计算机辅助教育(2)远程教育(3)计算机教学管理,5.1 计算机的应用领域5.1.2 计算机在商业中的应用,超市中计费结帐用的收银机即是一台普通性能的计算机,这就是计算机在商业中的最普遍的应用。计算机在商业中的另一种典型应用是电子商务,从广义上讲,通过各种电子手段完成交易的方式都属于电子商务。目前电子商务以相当普遍,如网上购物、网上销售等等。,5.1 计算机的应用领域5.1.3 计算机在制造业中的应用
5、,计算机在制造业中的应用主要有:(1)计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)(2)计算机辅助制造(Computer-aided manufacturing,CAM)(3)计算机辅助工艺编制(Computer-Aided Process Planning,CAPP),5.1 计算机的应用领域5.1.4 计算机在金融和证券中的应用,从异地银行取款这一日常活动中就可以体会到计算机给金融业带来的便利。(1)网上银行(2)证券交易系统(3)外汇交易系统(4)电子货币,5.1 计算机的应用领域5.1.5 计算机在办公自动化中的应用,办公自动化(Office Automatio
6、n,OA)即利用计算机及其它设备来辅助进行办公。工作人员可以利用各种办公软件来编制计划、撰写报告、制作报表等。,5.1 计算机的应用领域5.1.6 计算机在电子政务中中的应用,电子政务主要是指政府部门利用计算机网络技术来完成相关政务活动,典型的应用就是政府上网(网上政府)。我国在1999年就启动了“政府上网工程”,逐步构建我国的“电子政府”,目前我国绝大部分县级以上政府都建立了政府门户网站,介绍政府信息、收集民众建议、发布政府公告等,部分实现了网上办公、网上审批。,5.1 计算机的应用领域5.1.7 计算机在生物、医学中的应用,计算机在生物和医学中的典型应用有:(1)生物和医学研究(2)高科技
7、医疗(3)医学专家系统(4)计算机辅助药物研究(5)网上疾病查询(6)医院管理,5.1 计算机的应用领域5.1.8 计算机在娱乐中的应用,计算机已广泛渗透到人们的娱乐活动中,从单机版游戏到上千人同时参与的网络游戏,从传统的简单纸牌游戏到复杂的星际战争游戏,形形色色,丰富多彩。,5.1 计算机的应用领域5.1.9 计算机在国防和军事中的应用,世界上第一台数字计算机ENIAC就是美国国防部为了计算导弹弹道而研制的。如今,国防和军事的信息化建设程度是衡量一个国家国防和军事实力的一个重要指标,现代战争模式就是信息战,而计算机则是信息处理的重要工具。,5.1 计算机的应用领域5.1.10 计算机在交通运
8、输业中的应用,计算机在交通运输业中的应用主要包括订票与售票系统、交通监控、交通导航、全球卫星定位系统(Global Position System,GPS)、高速公路收费、地理信息系统(Geographic Information System,GIS)、物流跟踪管理等等。,5.2 数据库系统及其应用,数据是人类活动的重要资源,目前在计算机的各类应用中,用于数据处理的约占80%左右。数据处理是指对数据进行收集、管理、加工、传播等,而其中数据管理是对数据的组织、存储、检索和维护等工作,因此数据管理是数据处理的核心,数据库系统是研究如何妥善地组织、存储和科学地管理数据的计算机系统。数据库技术是计算
9、机科学技术中发展最快、应用最广泛的领域之一。本节主要介绍数据系统的基本概念、SQL语言、常用的数据库系统,及几种新型的数据库系统。,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,数据库(DataBase,DB)一词早在20世纪50年代就已经提出,经过多年的发展已成为一个计算机科学的一个重要分支。(1)数据库(DataBase,DB)数据库是存储在计算机内的、有组织的、统一管理的相关数据的集合。(2)数据库管理系统(DataBase Management System,DBMS)数据库管理系统是对数据库进行管理的软件。数据库管理系统是位于数据库用户和操作系统之间的一层数据管理软件,
10、为用户提供了访问数据库的各种方法,使用户可以透明地访问数据库,不需要知道数据库的物理组织、存储方式。,1.数据库的基本概念,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(3)数据库系统(DataBase System,DBS)数据库系统是指包含数据库和数据库管理系统的计算机系统。数据库系统通常由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员及用户构成,见图5-1。,1.数据库的基本概念,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,数据库技术是由数据管理技术不断发展而产生的,数据管理技术的发展经历了人工管理、文件系统、数据库系统三个阶段。(1)人工管理阶段 20世
11、纪50年代以前,计算机主要用于科学计算,外存只有穿孔纸带、卡片、磁带等,没有可以直接存取的磁盘等设备。软件也没有操作系统,没有数据管理软件,数据靠人工管理,数据处理是批处理方式。该阶段的主要特点是数据不长期保存在计算机中,应用程序管理数据,数据不独立于应用程序,应用间不共享数据。,2.数据管理技术的发展,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(2)文件系统阶段 20世纪50年代后期到60年代中期,有了磁盘、磁鼓等直接存取存储设备,操作系统中有了专门进行数据管理的功能(称为文件系统),使计算机在信息应用方面得到迅速发展。该阶段的主要特点是数据可以长期保存在外存上重复使用,数
12、据独立于程序,由文件系统来管理数据。,2.数据管理技术的发展,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(3)数据库系统阶段 20世纪60年代后期以来,计算机应用日益广泛,数据规模越来越大,出现了大容量磁盘,联机实时处理要求更多,并开始提出和考虑分布处理。文件系统已不能满足数据管理的要求,于是数据库技术便应运而生。数据库技术克服了文件系统的不足,可以对数据进行更有效、方便的管理。该阶段的主要特点是数据结构化,数据的独立性高,数据的共享性高、冗余度低、易扩充,数据由DBMS统一管理和控制,便于使用。,2.数据管理技术的发展,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本
13、概念,(3)数据库系统阶段,2.数据管理技术的发展,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,从数据库最终用户的角度来看,数据库系统的结构可分为集中式结构(又可分为单用户结构和主从式结构)、分布式结构、客户/服务器结构和并行结构。这是从数据库系统外部看到的体系结构。从数据库管理系统角度来看,数据库系统通常采用三级模式结构:外模式、内模式和概念模式(图5-2)。这是从数据库系统内部看到的体系结构。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(1)外模式 外模式是数据库用户能看到和使用的那部分数据的逻辑结构和特征的描述,是用户的数据视图,也是
14、应用程序与数据库系统之间的接口。用户可以通过数据定义语言和数据操纵语言来定义数据库的结构和对数据库进行操作,只需按所定义的外模式进行操作,无需了解概念模式和内模式的内部细节。由于外模式通常是模式的子集,即一个用户通常只用到数据库中的部分数据,所以外模式通常也称为子模式或用户模式。对应于不同的用户和应用,一个数据库可以有多个不同的外模式。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(2)内模式内模式也称为存储模式,是数据库内部数据物理存储结构的描述,定义了记录的存储结构、索引组织方式、以及数据是否压缩存储和加密等数据控制细节。(3)概念模式概念模式简称为模式
15、,是数据库中整体数据的逻辑结构和特征的描述,包括概念记录类型、记录之间的联系、数据的完整性和安全性约束等数据控制方面的规定等。概念模式是所有用户的公共数据视图。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,我们看到了在三级模式之间还存在外模式/概念模式映像和概念模式/内模式两层映像。对一个数据库系统来说,实际上存在的只是物理级数据库,它是数据访问的基础。概念级数据库不过是物理级数据库的一种抽象描述,用户级数据库是用户和数据库的接口。用户根据子模式进行数据操作,通过子模式到概念模式
16、的映射与概念级数据库联系起来,又通过概念级到存储的映射与物理级联系起来,使用户不必关心数据在计算机中的具体表示方式和存储方式。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(1)外模式/概念模式映像存在于外模式和概念模式之间,它定义了外模式和概念模式之间的对应关系。当数据库的概念模式改变时(如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等),而使外模式保持不变。应用程序是依据外模式编写的,所以外模式/概念模式映像使得应用程序不必随着概念模式的改变而修改,保证了数据与应用程序的逻辑独立性,简称数据的逻辑独立性。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.
17、2.1 数据库系统的基本概念,(2)概念模式/内模式映像 实现存在于概念模式和内模式之间,它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系,例如说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。当数据库的内模式需要改变时(如改变存储结构),只需修改概念模式/内模式映像,使概念模式保持不变,从而使应用程序也不必修改。保证了数据与应用程序的物理独立性,简称数据的物理独立性。DBMS的中心工作之一,就是完成三级模式之间的两层映像,把用户对数据库的操作具体实现到对物理设备的操作,实现数据与应用程序之间的独立性。,3.数据库系统结构,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,数据模型(Data
18、Model)是现实世界数据特征的抽象,即现实世界数据在计算机中的模拟。现有的数据库系统都是基于某种数据模型的。主要有下列四种数据模型:(1)层次模型 层次模型采用树型结构来表示数据库中的记录及其联系。层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型,曾得到广泛应用。,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(1)层次模型,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(2)网状模型 网状模型使用有向图(网络)来表示数据库中的记录及其联系,可以克服层次模型中表现非树型结构很不直接的缺点。,4.数据模型与
19、数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(3)关系模型关系模型是采用二维表格的形式来表示数据库中的数据及其联系。关系模型是目前最常用的一种数据模型,由IBM公司San Jose研究室的E.F.Codd于1970年首次提出。数据模型基于严格的关系数学理论。一个二维表即表示一个关系(图5-3),数据结构简单、清晰、易用,所以关系模型得到了广泛应用。,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(3)关系模型,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(4)面
20、向对象模型是数据库技术与面向对象程序设计技术结合的产物。面向对象模型是用面向对象的观点来描述现实世界实体(对象)的逻辑组织、对象间限制和联系。,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(4)面向对象模型是数据库技术与面向对象程序设计技术结合的产物。面向对象模型是用面向对象的观点来描述现实世界实体(对象)的逻辑组织、对象间限制和联系。按照数据库管理系统所采用的数据模型,通常将数据库管理系统划分为层次数据库管理系统、网数据库管理系统、关系数据库管理系统等类型。关系数据库管理系统(Relational DataBase Management Sy
21、stem,RDBMS)是目前应用最广的。,4.数据模型与数据库管理系统类型,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,作为发展最快、应用最广泛的学科之一,数据库技术的研究范围非常广泛,大致可以概括为以下几个研究领域:(1)数据库管理软件的研制DBMS是数据库系统的基础,DBMS的研制包括DBMS本身以及以DBMS为核心的相关的软件系统,其目标是提高系统的可用性、可靠性、可伸缩性、性能和效率。,5.数据库技术的研究领域,5.2 数据库系统及其应用5.2.1 数据库系统的基本概念,(2)数据库设计数据库设计的主要任务是在DBMS的支持下,按照应用的要求,为某一部门或组织设计一个结
22、构合理、易用、高效的数据库及应用系统。(3)数据库理论由于目前关系数据库管理系统几乎是一统天下,所以数据库理论的研究主要集中于关系的规范化理论、关系数据理论等。,5.数据库技术的研究领域,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,要在庞大的数据库中快速准确地找到需要的数据,需要有效地数据查询技术和工具。SQL语言则是目前关系数据库系统广泛采用的数据查询语言。SQL(结构化查询语言,Structured Query Language)是由SEQUEL(Structured English QUEry Language)改进而来,所以通常将SQL读作sequel。,5.2 数据库
23、系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,SQL是由Boyce和Chamberlin于1974年提出的,并在IBM研制的System R关系数据库管理系统上实现。1986年,ANSI(美国国家标准局,American National Standards Institute)的数据委员会X3H2批准了SQL作为美国关系数据库语言的标准,1987年ISO(国际标准化组织,International Organization for Standardization)也通过了该标准,使其成为国际标准。经改进,ISO于1989年颁布了SQL-89标准(即SQL2),5.2 数据库系统及其应用5.2
24、.2 结构化查询语言SQL,SQL语言之所以能够在业界得到广泛使用,是因为其功能完善、语法统一,而又简单易学。SQL主要有以下特点:(1)功能的一体化SQL集数据定义语言(Data Definition Language,DDL)、数据操纵语言(Data Manipulation Language,DML)、数据控制语言(Data Control Language,DCL)于一体,能够完成关系模式定义、建立数据库、插入数据、查询、更新、维护、数据库重构、数据库安全性控制等一系列操作。,1.SQL的特点,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,(2)统一的语法结构SQL有两种
25、使用方式,一种是自含式(联机使用方式),即SQL可以独立地以联机方式交互使用;另一种是嵌入式,即将SQL嵌入到某种高级程序设计语言中使用。这两种方式分别适用于普通用户和和程序员,虽然使用方式不同,但SQL的语法结构是统一的,便于普通用户与程序员交流。,1.SQL的特点,5.2 数据库系统及其应用5.2.2 结构化查询语言SQL,(3)高度非过程化SQL是一种非过程化数据操作语言,即用户只需指出“干什么”,而无需说明“怎么干”。如用户只需给出数据查询条件,系统就可以自动查询出符合条件的数据,而用户无需告诉系统存取路径及如何进行查询等。(4)语言简洁SQL语句简洁,语法简单,非常自然化,易学易用。
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