第5章信息传输与存储《信息管理与管理信息系统》介绍

信息管理与管理信息系统李联宁编著第5章信息传输与存储学习任务信息传输信息存储Clicktoaddtitleinhere12本章主要涉及：5.1信息传输5.1.1古代信息传输•在古代，我国是世界上最早建立有组织的传递信息系统的国家之一。早在三千多年前的商代，信息传递就已见诸记载。乘马传递曰驿，驿传是早期有组织的通信方式。•秦汉时期，形成了一整套驿传制度。特别是汉代，将所传递文书分出等级，不同等级的文书要由专人、专马按规定次序、时间传递。5.1.1古代信息传输•唐代的官邮交通线以京城长安为中心，向四方辐射，直达边境地区，大致30里设一驿站。据《大唐六典》记载，最盛时全国有1639个驿站，专门从事驿务的人员共二万多人，其中驿兵一万七千人。邮驿分为陆驿、水驿、水路兼并三种，各驿站设有驿舍，配有驿马、驿驴、驿船和驿田。5.1.2信息传输的概念•信息传输是从一端将命令或状态信息经信道传送到另一端，并被对方所接收。包括传送和接收。•传输介质分有线和无线两种，有线为电话线或专用电缆；无线是利用电台、微波及卫星技术等。•信息传输过程中不能改变信息，信息本身也并不能被传送或接收。必须有载体，如数据、语言、信号等方式，且传送方面和接收方面对载体有共同解释。5.1.2信息传输的概念信息传输的特性包括：①有效性•有效性用频谱复用程度或频谱利用率来衡量。提高有效性的措施是，采用性能好的信源编码以压缩码率，采用频谱利用率高的调制减小传输带宽。②可靠性•可靠性用信噪比和传输错误率来衡量。提高数字传输可靠性的措施是，采用高性能的信道编码以降低错误率。③安全性•安全性用信息加密强度来衡量。提高安全性的措施是，采用高强度的密码与信息隐藏或伪装的方法。5.1.3数据信息传输模型1.数据通信网络的结构•在数据通信网络中信息的发出者称其为信源；信息的接收者称为信宿；•发送器对发送信号编码或转换，产生能够传输的光、电信号；•接收器将收到的信号转换成信宿设备可以处理的信号；•传输系统是连接信源与信宿之间的复杂线路网络。•连接信源与信宿的物理和逻辑设备称为信道。5.1.3数据信息传输模型2.数据通信方式①并行通信和串行通信•并行通信方式是将一组数据按数位宽度同时进行传输，每一个数位都要有自己的数据传输线和发送、接收设备。并行通信的传输速率高，但传输设备多，并行通信方式一般用在距离近、传输速率要求高的通信中。•串行通信方式是在一根数据传输线上，每次传送一位二进制数据，即数据一位接一位地传送。在传输距离远，传输数字数据的场合，都采用串行传输方式，如计算机网络。5.1.3数据信息传输模型②单工通信与双工通信•按照数据传输方向及其时间关系可将通信方式分为单工、半双工和全双工三种。•在单工通信中，发送设备和接收设备之间只有一个传输通道，数据单方向的从发送端到接收端，传输通道的方向不能改变。•在半双工通信中，两个设备之间有两个传输通道，可以轮流双方向地传送，但不能同时进行。•在全双工通信中，两个设备之间有两个传输通道，并且可同时双向传送数据，相当于两个相反方向的单工通信的组合。5.1.3数据信息传输模型③基带传输与频带传输•基带传输是指在数字信道直接传输数字信号。•当进行远距离通信时，往往将数字数据转换成模拟信号（调制）后传输，在接收端再进行信号的恢复（解调），当调制成频率信号的频率范围在音频范围（200Hz—3.4kHz）内时，这种传输方式称为频带传输。•其频率范围比音频范围宽时，则称之为宽带传输。5.1.3数据信息传输模型④同步传输与异步传输•在串行通信通讯中，发送与接收方必须以同样的速率在相同的时段内发送和接收数据，否则收发会产生微小误差，微小误差的积累，会导致传输错误，为此要用到同步技术。•所谓同步是指接收端要按照发送端所发送的每个数据的起止时间和重复频率来接收数据，即收发双方在时间上必须一致（同步）。5.1.3数据信息传输模型•数据传输的同步方式有异步传输与同步传输两种。异步传输是以字符为单位的数据传输。每个字符都要附加1位起始位“0”、1位寄偶校验位和l位停止位“1”，以标记一个字符的开始和结束。•起始位和停止位结合起来，便可实现字符的同步。同步传输是以数据块为单位的数据传输。每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，标记一个数据块的开始和结束，一般还要附加一个校验序列，以便对数据块进行差错控制。5.1.3数据信息传输模型3.数据通信传输介质•传输介质分为有线介质和无线介质。•有线介质常用的有双绞线、同轴电缆和光纤三种。•双绞线是以螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成的。两根线扭在一起是为了减少相互间的辐射电磁干扰。•光纤是光导纤维的简称，它由能传导光波的石英玻璃纤维，外加保护层构成。用光纤来传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检波器还原成电信号。5.1.3数据信息传输模型•同轴电缆也像双绞线那样由一对导体组成，但它们是按“同轴”形式构成线对。•基带同轴电缆用来直接传输数字信号。•宽带同轴电缆多用于频分多路复用的模拟信号发送。•闭路电视所使用的CATV电缆就是宽带同轴电缆。5.1.3数据信息传输模型•无线传输介质是通过大气传输，目前有三种技术：微波、红外线和激光。•微波通信是在对流层视线距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式，频率范围为2GHz-40GHz。•卫星通信是微波通信的特殊形式，卫星接收来自地面发送站发出的电磁波信号后，再以广播方式用不同的频率发回地面，为地面工作站接收。5.1.3数据信息传输模型•红外通信和激光通信也像微波通信一样，有很强的方向性，都是沿直线传播的。•所不同的是红外通信和激光通信把要传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号，直接在空间传播。5.1.3数据信息传输模型4.调制和解调•调制即把数字数据对应的原始电脉冲信号变换成适合于远距离模拟传输线路传输的模拟信号，反之模拟信号还原为数字信号称为解调。•调制方法有以下几种：振幅、频率、相位。•调幅方式也称为幅移键控法ASK，它是用固定频率的正弦信号的两种不同幅度来表示二进制数的“1”和“0”。通常对“1”信号，调制器送出一幅度恒定的固定频率的模拟信号；而对于“0”，输出幅度为0的信号。5.1.3数据信息传输模型•调频方式也称移频键控法FSK，它是用载波信号的两种不同的频率来表示二进制数的“1”和“0”。一般用载波频率附近的两个不同频率表示两个二进制的值。•调相方式即移相键控法PSK，它是用载波信号的不同相位来表示二进制数。根据确定相位参考点的不同，调相方式可分为绝对调相和相对调相（或差分调相）。5.1.3数据信息传输模型5.多路复用技术•在一条介质上同时传送多路信号的传输方式，叫做介质的多路复用。有频分、时分和波分三种。•信道所能传输的信号频率有一定的范围，这一范围称作该信道频带的宽度，即带宽。•频分多路复用（FDM）技术应用的基本条件是传输介质的可用带宽必须超过各路给定信号所需带宽的总和。传输介质的带宽划分为若干个窄频带，每一路信号占用一个窄频带的方法称为频分多路复用。5.1.3数据信息传输模型•时分多路复用（TDM）应用的基本条件是传输介质能达到的数据传输率应超过各路传输数字信号所需的数据传输率的总和。即将每一条物理信道按时间分成若干时间片，使其每个信号按时间片轮流交替地使用单一信道，这种使多个数字信号在宏观上同时进行传输的方法称为时分多路复用（TDM）。•波分多路复用（WDM）用于光纤，允许在一条光纤中同时传送多束互不干扰的不同波长的激光光束。5.1.3数据信息传输模型6.数据交换技术通常采用的数据传送技术有3种：电路交换、报文交换和分组交换。①电路交换•在数据传输期间，源节点与目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用的物理连接线路，在数据传输结束之前，一直保持这条线路。用电路交换技术完成的数据传输要经历如下三个过程：电路建立、数据传输和电路拆除。5.1.3数据信息传输模型②报文交换•不需在两个站点之间建立一条专用通路，其数据传输的单位是报文（站点一次发送的数据块），长度不限且可变。•在某一时间内，报文的传输只占用两个节点之间的一段线路。而在两个通信用户间的其它线路段，可传输其它用户的报文，不像电路交换那样必须端到端信道全部占用。5.1.3数据信息传输模型•传送过程采用存储—转发方式，即发送站在发送一个报文时，把目的地址附加在报文上，途经的网络节点在收下整个报文后，暂存这个报文并检查有无错误，然后利用目的地址和路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点，通过逐个节点转送直到目的站点。5.1.3数据信息传输模型③分组交换•为了更好地利用信道容量，并降低节点中数据量的突发性，可以使用分组交换。在分组交换网络中，每个分组的长度有一个上限，因此，一个较长的报文必须分成若干个分组，每个分组中包括数据和目的地址。•其传输过程与报文交换类似，但由于限制了每个分组的长度，因此大大地改善了网络传输的性能。•分组交换可分为虚电路分组交换和数据报分组交换两种。5.1.3数据信息传输模型•在虚电路方式中，仍然要经历建立虚电路、交换数据和拆除虚电路三个过程。逻辑通路所以是“虚”的，是因为这条电路不是专用的。•在数据报方式中，每个分组的传送是被单独处理的，每个分组被称为一个数据报，每个数据报自身带有分组序号和地址信息，传送过程亦采用存储—转发方式。当某一个站点要发送报文时，先把报文拆成若干个数据报，依次发送到网络节点。但以后，各个数据报所走的路径就可能不再相同，从而各个数据报的到达也不保证是按顺序的，目的站必须对到达的数据报排序重组。5.2信息存储5.2.1数据库技术与数据库管理系统1.数据库概述（1）数据库技术的产生•在20世纪50年代中期以前没有专门用于数据管理的软件，操作系统出现以后可以通过操作系统管理数据。但是操作系统是以文件为单位进行管理的，文件之间没有联系，很难解决数据在多个文件中重复存储和数据不一致的问题。•为此，20世纪60年代后期出现了数据库系统。数据库的产生使得信息系统的研制围绕共享的数据库为中心来进行，实现了数据的集中管理，提高了数据的利用率和一致性，从而能更好地为决策服务。5.2.1数据库技术与数据库管理系统数据库系统数据与程序的关系5.2.1数据库技术与数据库管理系统（2）数据库系统基本概念•主要有数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统四个概念。•数据（data）是描述事物的符号记录，是数据库中存贮的基本对象。•数据库（database，DB）是长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。DB能为各种用户共享，具有较小冗余度、数据间联系紧密而又有较高的数据独立性等。5.2.1数据库技术与数据库管理系统•数据库管理系统（databasemanagementsystem，DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制，并能够保证数据的安全性、完整性。•数据库系统（databasesystem，DBS）是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机硬件、软件和数据资源组成的系统，即它是采用数据库技术的计算机系统。一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员和用户构成。5.2.1数据库技术与数据库管理系统2.数据库的三级模式•在数据模型中有型（type）和值（value）的概念。•型是指对某一类数据的结构和属性的说明，值是型的一个具体赋值。•例如：学生记录的型为（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯），该记录型的一个记录值为（900201，李明，男，计算机，22，江苏）。5.2.1数据库技术与数据库管理系统（1）三级模式•数据库系统采用外模式、模式和内模式三级模式结构5.2.1数据库技术与数据库管理系统•模式（schema）又叫逻辑模式、概念模式。•模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描述，是所有用户的公共数据视图。•DBMS提供数据定义语言DDL来描述逻辑模式，严格定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取