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2.1 信息资源管理基本技术概述

本部分选取信息资源管理领域相关基础信息技术,对其基础知识进行简要介绍。

2.1.1 计算机技术

计算机技术,泛指计算机领域中所应用的所有技术方法与手段,包括硬件技术、软件技术、应用技术等,它具有较强的综合性特征,不仅自身发展迅速,也极大地带动了多个领域的进步。1946年,世界上第一台通用电子计算机——ENIAC(Electronic Numberical Integrator and Calculator)诞生于美国费城的宾夕法尼亚大学摩尔学院。从名字就可以看出,ENIAC是一个“庞然大物”,拥有近18000只电子管,重量达到近30吨,占地面积约为1500平方英尺 ,它当时主要用于计算火炮弹道,每秒钟加减运算速度达到5000次左右,单次的弹道计算时间仅为30秒。这台昂贵的电子自动计算机,虽然功能简单、耗电量巨大,但却无疑是电子计算机开发方向的里程碑,开启了人类计算新时代。在它问世后,电子计算机发展异常迅速,并不断更新换代。

电子计算机的每次更新换代都是以电子元件的更新为标志。第一代电子计算机,产生于20世纪40年代~50年代,基本电子元件是电子管,内存储器是水银延迟线。由于电子技术的限制,其运算速度仅为几千~几万次/秒,存储容量也只有几千字节。整体来看,第一代电子计算机的体积大、耗电多、速度低、价格贵,基本只用于军事部门和科研部门。

20世纪50年代~60年代,第二代晶体管计算机出现,晶体管计算机以晶体管取代电子管,内存材料也改为磁性材料。与第一代电子计算机相比,晶体管计算机的体积已经小了很多,耗电量和造价也大大降低,运算速度也达到10万~100万次/秒。

20世纪60年代~70年代,第三代集成电路计算机出现。半导体技术的发展大大促进了集成电路的发展,几十上百个电子元件集成在几平方毫米的基片上。1958年,美国德州仪器公司制造了第一块半导体集成电路。1965年,集成电路计算机IBM-360研制成功。除了电子元件更新为中小规模的集成电路,其存储器也更换为性能更好的半导体存储器,其体积进一步缩小、价格降低、可靠性增强,运算速度达到几十万~几百万次/秒。不仅如此,基于第三代计算机的软件也得到了快速发展,出现了更高级的计算机语言,成为计算机大规模生产应用的转折点。

20世纪70年代中后期,集成电路规模进一步扩大,出现了第四代大规模集成电路计算机,电子元件的数量达到成千上万个,运算速度达到几百万~上亿次/秒,计算机向巨型计算机发展,但此时的巨型指的不是体积巨大,而是运算速度、存储容量等性能更强大。目前我国的巨型计算机拥有量位居世界领先水平,主要应用于高科技领域、尖端技术领域研究。基于微处理器的微型计算机是第四代计算机技术的重要分支,具有更小的尺寸和更低的使用成本,它的出现大大加速了计算机在个体用户的普及和计算机的商业化。

现代计算机的发展基于冯·诺依曼架构,计算和存储功能分别由中央处理器和存储器完成,中央处理器在执行命令前必须从存储器读取数据。这种串行方式在处理海量数据实时分析时往往性能不足,产生冯·诺依曼瓶颈。智能计算机、量子计算机等计算机前沿技术的发展突破了原本冯·诺依曼计算机结构模式的限制,推动了人工智能、专家推理等技术的进步,对人类社会的发展带来了深远影响。

在长期的更迭发展过程中,计算机也形成了相对稳定的系统结构,计算机系统主要由两部分构成:硬件系统和软件系统。硬件系统主要包括主机和外部设备,其中:主机又包括中央处理器和内存储器;外部设备包括硬盘、软盘等外部存储器,键盘、鼠标等输入设备,显示器、打印机等输出设备和其他设备。软件系统包括系统软件和应用软件,系统软件包括操作系统、程序语言处理系统、数据库管理系统和服务程序,应用软件可以分为通用应用软件和专用应用软件。

当前计算机技术性能逐渐增强,已经被广泛应用于科学计算、自动控制、测量测试、信息处理、教育安全、医疗诊断等多个领域,大大降低了人力成本,提高了运行效率,极大地改善了人们的生活方式,已经成为推动国家经济发展的重要动力。

2.1.2 通信技术

人类的生产、生活离不开信息的传递,通信技术就是对信息的传递、交流、管理和处理的各种技术的总称。自古以来,人们创建了多种通信方式,如古代的烽火台、旌旗,近代的灯光、信号,现代的电话、传真等。

通信系统一般包括三个要素:信源、信道和信宿。信源是指产生各种信息的实体;信道是指信息传输的媒介;信宿是指接收各种信息的实体。从信源产生的信息包括两种类型:一类是离散信息,即信息的状态是离散可数的,比如数字、符号等,又被称为数字信息;另一类是连续信息,如强弱连续变化的声音、亮度连续变化的图像等,又被称为模拟信息。据此,通信技术可以分为数字通信技术和模拟通信技术。由于数字信号易于加工和处理,因此一般来讲模拟信号也会先进行数字化再发送。这种将数据转化为数字信号并进行传递的系统被称为数字通信系统。数字通信具有抗干扰能力强、无噪声累积、便于计算处理、便于加密、易于小型化、便于集成化等优点,在实践中应用广泛。

按照业务功能,可以将通信系统分为电话通信、卫星通信、光纤通信、移动通信、图像通信、多媒体通信、计算机网络通信等,下面就较为主要的移动通信、卫星通信和光纤通信做简单介绍。

移动通信是指移动体与固定点,或者移动体相互间通过有线或无线信道进行的通信,包括移动台、基地站、移动业务交流中心以及与市话网相连接的中继线等部分,是全球使用范围最广、使用人数最多的通信系统。自20世纪20年代起,移动通信技术发展经历了五个阶段:以车载无线电为代表的专用移动通信、公共移动通信、具有自动选频与自动接续功能的移动通信、蜂窝移动通信和数字蜂窝系统。当下5G技术的突破也为移动通信的性能增强与应用提供了新的动力,为广泛用户的应用带来更多方便。

卫星通信是指利用地球卫星作为中继站来转发或反射无线电信号,在信源与信宿之间进行的无线电通信,通常包括地球站子系统、通信卫星子系统、跟踪遥测及指令子系统、监控管理子系统四部分。世界第一颗通信卫星是美国于1960年8月发射的“回声”1号,这是一种简单的无源通信卫星,被用于美国和英国之间的通信。相比其他通信方式,卫星通信的里程碑意义在于它解决了通信范围受限的问题,在卫星无线电覆盖的范围内,任意两点间的通信不受天气、地形等因素的影响,具有通信范围广、可靠性高、简单迅速等优点,广泛应用于多媒体及其他各种领域中。当前基于通信卫星提供的服务主要包括三种:大众消费通信(如电视直播、音频广播、卫星宽带)、卫星固定通信(如转发器租赁协议、网络管理服务)、卫星移动通信(如移动语音、移动数据业务)。

光纤通信,亦称“光缆通信”,是指利用光波在光导纤维中传输信息而达成的通信,一般包括光源、光纤和光检测器三部分,属于有线通信,其信息载体为光,传输媒介为光纤。与传统的电信通信方式相比,光纤通信具有以下特点:①传输的频带宽,信息容量大比例增加;②损耗低,中继距离长;③抗干扰性强;④信息的完整性和保密性强;⑤资源来源丰富,节省有色金属;⑥线径细、重量轻、耗能少;⑦易于安装。自1981年第一个光纤通信网络问世以来,光纤通信的发展已经更迭了三代,短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤正在成为有线通信网络的重要研发方向。

2.1.3 网络技术

通常所说的网络技术是一种广义的概念,泛指采取一定的通信协议,将分布在不同地点上的多个独立计算机系统通过互联通道连接在一起的技术,包括Internet、Intranet和Extranet等。网络技术通过融合计算机技术和通信技术,实现资源共享与协作、信息传输与处理、信息服务综合提供等功能。

按照覆盖范围,可以将网络分为三类:局域网(Local Area Network,LAN)、城域网(Metropolitan Area Network,MAN)、广域网(Wide Area Network,WAN)。局域网的覆盖区域最小,通常小于10km,通常采用有线方式连接,具有短距离、低延迟、高速率、安全可靠的特点。城域网的规模限制在城市范围内,大概为10~100km。广域网的范围最大,可以跨越国界、洲界,甚至覆盖全球。按照拓扑结构,可以将网络结构分为星型结构、环形结构和总线型结构。星型结构中有一个高性能的网络核心,提供多个端口,通过光纤与下一级交换机连接成为分支网络。这种网络结构由于集中放置核心设备,因此便于安装、调试、维护以及升级等,大大降低了成本。环形结构中的每个节点都通过环中继转发器与其左右相邻的节点串行连接,在传输介质环的两端各有一个阻抗匹配器形成封闭的环路。环形结构的实现简单、投资小,但也存在维护困难、扩展性差、传输效率低的问题。总线型结构中文件的服务器和工作站全部连在一条公共电缆上,节点发出的信息包携带目的地址在网络中传输。这种网络安装简单灵活、成本较低,单个节点故障一般不会引起整个网络的瘫痪,但主干光纤的故障会导致局部网络瘫痪,可靠性与安全性低、难以监控。一般在实际应用中,多采用几种网络结构结合使用的方式,以更好地满足需求。

起初各个计算机网厂家都有自己的网络体系结构,如IBM的SNA网络结构、DEC的DNA体系结构等,不同的体系结构具有不同的分层和协议,导致网络之间难以互联。因此在1981年,国际标准化组织(ISO)提出统一的开放系统互连(OSI)参考模型,将整个网络体系结构分为七层:应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层,各层及其主要功能如图2-1所示。

图2-1 开放系统互连(OSI)参考模型

2.1.4 数据库技术

数据库技术是指对数据进行采集、分类、存贮、检索、更新和维护的技术,是信息管理技术中的重要组成部分。一般来说,数据库技术具有较强的灵活性、分享性、可控性和独立性。从历史沿革来看,数据管理方法经历了人工管理、文件系统和数据库系统三个阶段,其中文件系统可以看作数据库技术的前身,文件系统中的数据通过磁盘、磁鼓存储,也有了专门的数据管理软件,不仅可以通过文件名访问、修改和删除数据,还可以进行科学计算,被大量应用到管理领域。但当时的数据库是无结构的,共享性差,无法反映数据之间的内在联系。20世纪60年代,计算机在硬件、软件方面都获得了较大的进步,被广泛应用到数据管理中,数据库管理系统应运而生。

20世纪70年代出现了第一代数据库系统——层次和网状数据库系统,其中最具代表性的是1969年IBM公司研制的IMS和美国数据库系统语言协会(Conference Data System Language,CODASYL)的DBTG报告。在层次数据库中,现实生活中的实体以及实体之间的关系通过树形结构来描述,只有一个根节点;但在网状数据库中,则存在多个根节点。层次数据库是数据库系统的先驱,网状数据库则是数据库概念、方法与技术的奠基者。

第二代数据库系统是关系数据库系统,其中实体类型以及实体之间的关系通过二维表来描述。IBM公司在1970年提出了这一概念,其开发的System R与伯克利大学的Ingres以及商业领域的DB2、Oracle都是关系型数据库的典型代表。成熟的关系型数据库集成了传统应用与非传统应用,能够灵活支持多种数据类型,因此用户群很大,当前仍然有很多大型系统采用关系型结构。

第三代是以面向对象模型为主要特征的数据库系统,要求数据库灵活处理各种类型的数据,而不是让数据去适应事先定义好的数据结构。第三代数据库延续了第二代数据库的优点,保持和集成了第二代数据库系统的技术,并且对其他系统开放。此外,第三代数据库还发展出了自己的特点,包括支持数据管理、对象管理与知识管理等。

早期的数据库技术以单一的数据源为中心,主要用于支持数据搜集和数据访问,对数据分析、辅助决策提供的支持较少,无法应对多变的市场环境。于是20世纪90年代,数据仓库、We b数据库等分析型数据库开始出现。数据仓库就是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合,支持在各层次追溯动态的历史信息,辅助管理层的决策过程。一个数据仓库系统包括源数据、仓库管理、数据分析工具和数据仓库等几个部分。源数据是数据仓库中内外部数据的来源;仓库管理负责进行源数据的抽取、净化、转换和装载,之后存储到数据仓库中;数据分析工具帮助用户对数据进行分析、获取信息,由于数据仓库是面向分析的,因此数据分析工具是数据仓库系统的重要组成部分,也是信息挖掘的基础。数据仓库不是取代数据库的概念,相反数据仓库来源于数据库,也可以被认为是一个特殊的数据库。

WWW(World Wide Web,Web)系统是一个大型的分布式超媒体信息数据库,它极大推动了互联网的发展。We b数据库就是将数据库技术与We b技术相融合,使数据库系统成为We b的重要组成部分,用户可以在We b界面上检索、存储、修改数据库内容。与传统数据库不同的是,We b数据库不仅可以管理数字、符号信息等结构化、半结构化数据,还可以处理全文、图像、多媒体等非结构化数据,有着传统数据库难以比拟的优势。

进入21世纪,以高级算法、多处理系统和海量算法为支持的数据挖掘概念被提出,它是指采用数理统计、人工智能和神经网络等方法,从大量的、不完全的、噪声的、模糊的、随机的实际数据中,提取隐含的、预先不为人知但有用的信息与知识的过程。数据库技术是数据挖掘的基础,提供了数据存储、组织等功能。根据挖掘目标的不同,可以将数据分为描述型数据挖掘和预测型数据挖掘。描述型数据挖掘是指根据数据的相似性把数据分组,或对数据中存在的规则进行描述,包括聚类分析(Cluster Analysis)、关联分析(Association Analysis)、异常检测(Anomaly Detection)等。预测型数据挖掘则需要根据已知的属性去预测未知属性的值,包括分类(Classification)、回归(Regression)等。

随着经济的发展与技术的进步,未来的数据库管理系统将更加强大,融合云计算和“互联网+”等新概念,更好地满足社会生活的需求。 FqS0lxP5tDtRYnxe7/ChW5sZJ+OSJ5b2viZl2lYlPJTjB1NxBwmH9Ec2wepUsEcg

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