《高项3》-第一章、信息化和信息系统

1.1 信息系统与信息化

三论:控制论、系统论、信息论

1.1.1 信息的基本概念

信息的特征

特征点 说明
客观性 信息分为主观信息(例如决策)和客观信息(例如国际形式),主观信息必然要转化成客观信息,因此信息具有客观性
普遍性 物质决定精神,物质的普遍性决定了信息的普遍存在
无限性 客观世界是无限的,反映客观世界的信息自然也是无限的
*动态性 信息是随着时间的变化而变化的
相对性 不同的认识主体从同一事物中获取的信息及信息量可能是不同的
*依附性 任何信息都要依附于一定的载体而存在,需要有物质的承担者,信息不能完全脱离物质而独立存在
变换性 信息通过处理可以实现变换或转换,使其形式和内容发生变化,以适应特定的需要
*传递性 信息在时间上的传递就是存储,在空间上的传递就是转移或扩散
层次性 客观世界是分层次的,反映它的信息也是分层次的
系统性 信息可以表示为一种集合,不同类别的信息可以形成不同的整体
转化性 信息的产生不能没有物质,信息的传递不能没有能量,但有效地使用信息,可以将信息转化为物质或能量

信息的质量属性:由于获取信息满足了人们消除不确定性的需求,因此信息具有价值,而价值的大小决定于信息的质量

质量属性 说明
精确性 对事物状态描述的精准程度
完整性 对事物状态描述的全面程度,完整信息应包括所有重要事实
可靠性 指信息的来源、采集方法、传输过程是可以信任的,符合预期
及时性 指获得信息的时刻与事件发生时刻的间隔长短
经济性 指信息获取、传输带来的成本在可以接受的范围之内
可验证性 指信息的主要质量属性可以被证实或者证份的程度
安全性 指在信息的生命周期中,信息可以被非授权访问的可能性

信息的功能

功能
为认识世界提供依据
为改造世界提供指导
为有序的建立提供保证
为资源开发提供条件
为知识生产提供材料

信息的传输模型

信息技术主要为解決信息的采集、加工、存储、传输、处理、计算、转换、表现等问题而不断繁荣发展。

节点 解读
信源 产生信息的实体
信宿 信息的归宿或接受者
信道 传送信息的通道,如TCP/IP网络
编码器 在信息论中是泛指所有变换信号的设备,实际上就是终端机的发送部分
译码器 把信道上送来的信号(原始信息与噪声 的叠加)转换成信宿能按受的信号,
可包括解调器、译码器、数模转换器等
噪声 噪声可以理解为干扰

1.1.2 信息系统的基本概念

系统是由相互联系、相互依赖、相互作用的事物或过程组成的具有整体功能和综合 行为的统一体。

系统的特性

特征点 解读
目的性 都有明确的目标或者目的,目的性决定了系统的功能
整体性 系统是一个整体,元素是为了达到一定的目的,按照一定的原则,有序地排列起来组成系统
层次性 系统是由多个元素组成的,系统和元素是相对的概念
稳定性 受规则的约束,系统的内部结构和秩序应是可以预见的;系统的状态以及演化路径有限并能被预测;
系统的功能发生作用导致的后果也是可以预估的
突变性 突变性是指系统通过失稳,从一种状态进入另一种状态的一种剧烈变化过程
白组织性 开放系统在系统内外因素的作用下,自发组织起来,使系统从无序到有序,从低级有序到高级有序
相似性 系统具有同构和同态的性质,体现在系统结构、存在方式和演化过程具有共同性
相关性 元素是可分的和相互联系的,组成系统的元素必须有明确的边界,可以与别的元素区分开来
环境适应性 系统总处在一定环境中,与环境发生相互作用

信息系统重点关注的特性

特征 解读
开放性 系统的开放性是指系统的可访问性,体现在系统有可以清晰描述并被准确识别、理解的所谓接口层面上
脆弱性 这个特性与系统的稳定性相对应,即系统可能存在着丧失结构、功能、秩序的特性
健壮性 系统具有的能够抵御出现非预期状态的特性称为健壮性,也称鲁棒性(robustness)

信息系统:信息系统就是输入数据,通过加工处理,产生信息的系统。

模块 解读
管理模型 指系统服务对象领域的专门知识,以及分析和处理该领域问题的模型,也称为对象的处理模型
信息处理模型 指系统处理信息的结构和方法
管理模型中的理论和分析方法 指在信息处理模型中转化为信息获取、存储、传输、加工和使用的规则
系统实现条件 指可供应用的计算机技术和通信技术、从事对象领域工作的人员,以及对这些资源的控制与融合

信息系统可以是手工的,也可以是计算机化的。计算机化的信息系统组成包括:件、软件、数据库、网络、存储设备、感知设备、外设、人员以及把数据处理成信息的规程等。

1.1.3 信息化的基本概念

信息化从小到大分为以下五个层次:

层次 解读
产品信息化 产品信息化是信息化的基础
企业信息化 企业信息化是国民经济信息化的基础
产业信息化 传统产业广泛利用信息技术来完成工艺、产品的信息化
国民经济信息化 在经济大系统内实现统 一的信息大流动
社会生活信息化 智慧城市、互联网金融等是社会生活信息化的体现和重要发展方向

信息化的属性

属性 内容
主体 *全体社会成员,包括政府、企业、事业、团体和个人
时域 长期的过程
空域 政治、经济、文化、军事和社会的一切领域
手段 基于现代信息技术的先进社会生产工具
途径 创建信息时代的社会生产力,推动社会生产关系及社会上层建筑的改革
目标 使国家的综合实力、社会的文明素质和人民的生活质量全面提升

“两网、一站、四库、十二金” 工程

概念 内容
两网 政务内网和政务外网
一站 政府门户网站
四库 人日、法人单位、空间地理和自然资源、宏观经济等四个基础数据库
十二金 金宏、金税、金关、金财、金融监管(含金卡)、金审、金盾、金保、金农、金水、金质(考点:没有金土

国家信息化6要素

要素 关键点
信息资源 信息资源的开发和利用是国家信息化的 *核心任务
信息网络 信息网络是信息资源开发和利用的 *基础设施
信息技术应用 信息技术应用是信息化体系六要素中的 *龙头 ,是国家信息化建设的 *主阵地
信息技术和产业 信息产业是信息化的 *物质基础
信息化人才 人才是信息化的 *成功之本
信息化政策法规和标准规范 是国家信息化快速、有序、健康和持续发展的 *保障

1.1.4 信息系统生命周期

信息系统生命周期

从项目管理角度可划分为5个阶段

阶段 内容 简答
系统规划 可行性分析与项目开发计划
系统分析 需求分析 做什么
系统设计 概要设计、详细设计 怎么做
系统实施 编码、测试
运行维护 运行维护

从产品生命周期角度可简化为4个阶段

阶段 内容
立项 系统规划
开发 系统分析、系统设计、系统实施
运维
消亡

1.2 信息系统的开发方法

常用的开发方法包括结构化方法、面向对象方法、原型化方法、面向服务的方法等

1.2.1 结构化方法

特点:结构化分析、结构化设计和结构化程序设计三部分有机组合,其精髓是自顶向下、逐步求精和模块化设计

优缺点

优点 缺点
1.开发目标清晰化 1.开发周期长
2.开发工作阶段化 2.难以适应需求变化
3.开发文档规范化 3.很少考虑数据结构
4.设计方法结构化

1.2.2 面向对象方法

面向对象(Object-Oriented,OO):客观世界是由各种对象组成的,任何事物都是对象。

  • 优点:符合人们的思维习惯, 有利于系统开发过程中用户与开发人员的交流和沟通,缩短开发周期
  • 缺点:必须依靠一定的OO技术支持,在大型项目的开发上具有一定的局限性,不能涉足系统分析以前的开发环节

结构化方法与面向对象方法的有机结合:首先,使用结构化方法进行自顶向下的整体划分;然后,自底向上地采用OO方法进行开发。

1.2.3 原型化方法

原型化方法也称为快速原型法,或者简称为原型法。根据初步需求,在快速建立系统模型的基础上与用户交流,最终实现信息系统的快速开发。

分类:

开发过程

优缺点

优点 缺点
原型法可以使系统开发的周期缩短、成本和风险降低、速度加快 开发的环境要求高
原型法是以用户为中心来开发系统的 管理水平要求高
由于用户参与了系统开发的全过程,对系统的功能和结构容易理解和接受

1.2.4 面向服务的方法

将相关对象按业务功能进行分组,形成构件;对于跨构件的功能调用,则采用接口的形式暴露出来。

1.3 常规信息系统集成技术

1.3.1 网络标准与网络协议

网络协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。由三个要素组成,分别时语义、语法和时序。

要素 解释
语义 解释控制信息每个部分的含义, 它规定了需要发出何种控制信息,以及完成的动作与做出什么样的响应
语法 用户数据与控制信息的结构与格式,以及数据出现的顺序
时序 对事件发生顺序的详细说明

OSI协议

分层 功能 协议举例
物理层 该层包括物理连网媒介,如电缆连线连按器 RS232、V.35、RJ-45、FDDI
数据链路层 控制网络层与物理层之间的通信 IEEE 802.3/.2、HDLC、PPP、ATM
网络层 将网络地址(例如,卫地址)翻译成对应的物理地址(例如,网卡地址),并决定如何将数据从发送方路由到接收方 TCP/IP协议中,网络层具体协议有卫、ICMP、IGMP、PX、ARP等
传输层 主要负责确保数据可靠、顺序、无错地从A点传输到B点 在TCPIP协议中,具体协议有TCP、UDP、SPX
会话层 负责在网络中的两节点之问建立和维持通信,以及提供交互会话的管理功能 RPC、SQL、NFS
表示层 如同应用程序和网络之问的翻译官,在表示层,数据将按照网络能理解的方案进行格式化 JPEG、ASCII、GIF、DES、MPEG
应用层 负责对软件提供接又以使程序能使用网络服务,如事务处理程序、文件传送协议和网络管理等 在TCP/IP协议中,常见的协议有HITTP、Telnet、FTP、SMTP

网络协议与标准

正EE802规范定义网卡如何访问传输介质(如光缆、双绞线、无线等),以及如何在传输介质上传输数据的方法,还定义了传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。

标准 名称 速度 介质
IEEE 802.3 标准以太网 10Mb/s 传输介质为细同轴电缆
IEEE 802.3u 快速以太网 100Mb/s 双绞线
IEEE 802.3z 千兆以太网 1000Mb/s 光纤或双绞线

ТСР/IР

协议层 协议代表
应用层 FTP、TFTP、HTTP、SMTP、DHCP、Telnet、DNS和SNMP
传输层 ICP和UDP
网络层 IP、ICMP(InternetControl Message Protocol,网际控制报文协议)、
IGMP (Internet Group Management Protocol,网际组管理协议)、
ARP (Address Resolution Protocol ,地址解析协议)、
RARP (Reverse Address Resolution Protocol , 反 向地址解析协议)

1.3.2 网络设备

网络交换是指通过一定的设备,如交换机等,将不同的信号或者信号形式转换为对方可识别的信号类型从而达到通信目的的一种交换形式,常见的有数据交换、线路交换、报文交换和分组交换。

按交换层次的不同分类:

物理层交换(如电话网) 链路层交换(对MAC地址进行变更) 网络层交换(对IP地址进行变更) 传输层交换(对端口进行变更,较少见)

网络互联设备

互联设备 工作层次 主要功能
中继器 物理层 实现物理层协议转换, 在电缆问转换二进制信号
网桥 数据链路层 实现物理层和数据链路层协议转换
路由器 网络层 实现 网络层和以下各层协议转换
网关 高层(第4-7层) 提供从最底层到传输层或以上各层的协议转换
集线器 物理层 多端口中继器
二层交换机 数据链路层 传统意义上的交换机,多端口网桥
三层交换机 网络层 带路由功能的二层交换机
多层交换机 高层(第4-7层) 带协议转换的交换机

1.3.3 网络服务器

能够提供各种网络服务(网络、web 应用、数据库、文件、打印等)以及其他方面的高 性能应用,它的高性能主要体现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部 数据吞吐能力等方面,是网络的中枢和信息化的核心。

1.3.4 网络存储技术

主流网络存储技术:

  • 直接附加存储(DAS):直接拓展服务器的硬件、存储操作依赖于服务器,不带任何存储操作系统
  • 网络附加存储(NAS):和存储区域网络(SAN)
存储技术 方案 优点 缺点
直接附加存储(DAS) 直接拓展服务器硬件 传递举例、链接数量、传输速率受限
网络附加存储(NAS) 通过网络接口与网络直接相连 成本低、支持协议多、即插即用、易于拓展
存储区域网络(SAN) 通过专用交换机将磁盘阵列与服务器连接起来 扩大存储能力,提高存储性能

根据数据传输过程采用的协议,存储区网络技术划分为FC SAN、IP SAN和IB SAN技术。

1.3.5 网络接入技术

接入Internet的主要方式:有线接入(包括PSTN、ISDN、ADSL、FTTx+LAN和HFC等)与无线接入(包括WIFI、GPRS、3G和4G等)。

1.3.6 网络规划与设计

网络工程三个阶段

阶段 内容
网络规划 包含网络需求分析、可行性分析和对现有网络的分析与描述
网络设计 包括确定网络总体目标和设计原则,进行网络总体设计和拓扑结构设计,确定网络选型和进行网络安全设计等方面的内容
网络实施

网络设计三个关键层:核心层、汇聚层和接入层。

关键层 作用
接入层 直接面向用户链接和范文网络的部分
汇聚层 核心层和接入层的分界面,完成网络访问策略控制、数据包处理、过滤、寻址,以及其他数据处理的任务
核心层 通过高速转发通信,提供优化、可靠的骨干传输结构

网络设计工作:网络拓扑解构设计、主干网络(核心层)设计、汇聚层和接入层设计、广域网链接和远程访问设计、无线网络设计、网络安全设计、设备选型。

信息安全的基本要素

要素 解读
机密性 确保信息不暴露给未授权的实体或进程
完整性 只有得到允许的人才能修改数据,并且能够判别出数据是否已被篡改
可用性 得到授权的实体在需要时可访问数据,即攻击者不能占用所有的资源而阻碍授权者的工作
可控性 可以控制授权范围内的信息流向及行为方式
可审查性 对出现的网络安全问题提供调查的依据和手段

为达到上诉目标:制定安全策略、用广验证、加密、访问控制、审计和管理。

1.3.7 数据库管理系统

常见的数据库管理系统有关系型数据库(Oracle、MySQL、SQL Server)和非关系型数据库(MongoDB)等。

1.3.8 数据仓库技术

相关基础概念:

概念 说明
ETL (Extract/Transformation/Load,清洗/转换/加载),经过数据清洗、转换,按照预订与模型,加载到数据仓库中
元数据 数据的数据
粒度 数据仓库的数据单位中保存数据的细化或综合程度的级别
分割 结构相同的数据被分成多个数据物理单元
数据集市 小型的,面向部门或工作组级数据仓库
ODS (OperationDataStore,操作数据存储)
数据模型 逻辑数据结构,用于表示数据的系统
人工关系 在决策支持系统环境中用于表示参照完整性的一种设计技术

数据仓库是一个面向主题的、集成的、非易失的、且随时间变化的数据集合,用于支持管理决策。

节点 说明
数据源 数据仓库系统的基础,是整个系统的数据源泉
数据的存储与管理 是整个数据仓库系统的核心
OLAP服务器 对分析需要的数据进行有效集成,按多维模型子以组织,以便进行多角度、多层次的分析,并发现趋势
前端工具 各种查询工具、报表工具、分析工具、数据挖掘工具以及各种基于数据仓库或数据集市的应用开发工具

1.3.9 中间件技术

普遍认同的中间件定义:在一个分布式系统环境中处于操作系统和应用程序之间的软件。

中间件作为一大类系统软件,与操作系统、数据库管理系统并称“三套车”。常见中间件分类及举例:

纬度 划分
自底向上层次划分 底层型(JVM、JDBC、ODBC)、通用型(J2EE、COM)、集成型(WebLogic)
功能划分 消息中间件、事务处理(交易)中间件、数据存储管理中间件、web服务中间件、安全中间件、跨平台和构架的中间件、专用平台中间件、数据流中间件、门户中间件、工作流中间件等。

1.3.10 高可用性和高可靠性的规划与设计

  • 可用性(availability),系统能够正常运行的时间比例,用平均无故障时间(MTTF)来度量。
  • 可靠性(reliability),软件系统在应用或系统错误面前,在意外或错误使用的情况下维持软件系统的功能特性的基本能力,用平均维修时间(MTTR)来度量。

计算机系统的可用性定义:MTTF/(MTTF+MTTR)*100%

1.4 软件工程

软件工程的组成

组成 说明
软件工程方法 是完成软件工程项目的技术手段,它支持整个软件生命周期
软件工程工具 是 人 们 在 开 发 软 件 的 活 动 中 智力和体力的扩展与延伸,它自动或半自动地支持软件的开发和管理,支持各种软件文 档的生成
软件工程中的过程 过程贯穿于软件开发的各个环节,管理人员在软件 工程过程中, 要对软件开发的质量、进度、成本进行评估、管理和控制,包括人员组织、计划跟踪与 控制、成本估算、质量保证和配置管理等

1.4.1 需求分析

需求的层次

层次 说明
业务需求 指反映企业或客户对系统高层次的目标要求,通常来自顼目投资人、购买产品的客户、客户单位的管理人员、市场营销部门或产品策划部门等
用户需求 描述的是用户的具体目标,或用户要求系统必须能完成的任务
系统需求 系统需求是从系统的角度来说明软件的需求,包括功能需求、非功能需求和设计约束等

质量功能部署:(QualityFunction Deployment, QFD)一种将用户要求转化成软件 需求的技术,其目的是最大限度地提升软件 工程过程中用户的满意度

分类 说明
常规需求 用户认为系统应该做到的功能或性能,实现越多用户会越满意
期望需求 用户想当然认为系统应具备的功能或性能,但并不能正确描述自己 想要得到的这些功能或性能需求
意外需求 也称为兴奋需求,是用户要求范围外的功能或性能 (但通 常是软件开发人员很乐意赋子系统的技术特性),实现这些需求用户会更高兴,但不实现 也不影响其购买的决策。

需求获取

在实际工作中,一般使用实体联系图(E-R图)表示数据模型,用数据流图(DataFlowDiagram,DFD)表示功能模型,用状态转换图(StateTransformDiagram,STD)表示行为模型。

软件需求规格说明书:(Software Requirement Specification , SRS)是需求开发活动的产物,包含如下内容

范围 引用文件需求 合格性规定 需求可跟踪性 尚未解决的问题 注解 附录

需求验证:通常通过需求评审和需求测试工作来对需求进行验证。

(1)SRS正确地描述了预期的、满足项目千系人需求的系统行为和特征。 (2)SRS中的软件需求是从系统需求、业务规格和其他来源中正确推导而来的。 (3)需求是完整的和高质量的。 (4)需求的表示在所有地方都是一致的。 (5)需求为继续进行系统设计、实现和测试提供了足够的基础。

UML

UML中的事物也称为建模元素,包括结构事物(structural things)、行为事物 (bchavioral things,也称动作事物)、分组事物 (grouping things )和注释事物(annotational things,也称注解事物)。

UML中的关系:依赖、关联、泛化、实现。

UML中的14种图:类图、对象图、构件图、组合结构图、用例图、交互图(包含顺序图、通信图、定时图)、状态图、活动图、部署图、制品图、包图、交互概览图。

UML的视图:逻辑视图、进程视图、实现视图、部署视图、用例视图。

面向对象分析

  • OOA: 面向对象分析,任务是“做什么”;
  • OOD: 面向对象设计,任务是“怎么做”。

1.4.2 软件架构设计

软件架构风格

风格 说明
数据流风格 数据流风格包括批处理序列管道/过滤器两种风格
调用/返回风格 调用/返回风格包括主程序/子程序数据抽象面向对象,以及层次结构
独立构件风格 独立构件风格包括进程通信事件驱动的系统
虚拟机风格 虛拟机风格包括解释器基于规则的系统
仓库风格 仓库风格包括数据库系统黑板系统超文本系统

软件架构评估

敏感点是一个或多个构件(和/或构件之间的关系)的特性,权衡点是影响多个质量属性的特性,是多个质量属性的敏感点。

三类主要的评估方式:基于调查问卷(或检查表)的方式、基于场景的方式和基于度量的方式。,其中基于场景的评估方式最为常见。

在架构评估中,一般采用刺激(stimulus)、环境(environment)和响应(response)三方面来对场景进行描述。

1.4.3 软件设计

软件设计分为结构化设计和面向对象设计。

分类 特点 原则
结构化设计 自顶向下、逐步求精和模块化 高内聚、低耦合,模块内部高度内聚
面向对象设计 抽象、封装、可拓展性 封装、继承和多态

1.4.4 软件工程的过程管理

能力成熟度模型集成(apability Maturity Model Integration,CMMI),它融合了多种模型,形成了组织范围内过程改进的单一集成模型,其主要目的是消除不同模型之间的不一致和重复,降低基于模型进行改进的成本。

过程域的阶段式分组

成熟度等级 过程域 口诀
可管理级 需求管理、项日计划、配置管理、项目监督与控制、供应商合同管理、度量和分析、过程和产品质量保证 需求计划配置监控;合同度量质保
己定义级 需求开发、技术解决方案、产品集成、验证、确认、组织级过程焦点、组织级过程定义、组织级培训、
集成项目管理、风险管理、集成化的团队、决策分析和解决 方 案、组织级集成环境
集成化决策开发环境,技术方案风险焦点通过培训定义被验证确认
量化管理级 组织级过程性能、定量项目管理 性能定量
优化管理级 组织级改革与实施、因果分析和解决方案 改革因果

连续式模型的过程域分组

连续式分组 过程域 口诀
过程管理 组织级过程焦点、组织级过程定义、组织级培训、组织级过程性能、组织级改革与实施 三个过程改革培训(有过程两个字的都是)
项目管理 项目计划、项目监督与控制、供应商合同管理、集成项目管理、风险管理、集成化 的团队、定量项目管理 四个项目团队管合同风险(有项目两个字的都是)
工程 求管理、需求开发、技术解决方案、产品集成、验证、确认 两个需求技术,集成认证
支持 配置管理、度量和分析、过程和产品质量保证、决策分析和解决方案、组织级集成 环境、因果分析和解决方案 制度保证决策,环境决定因果

这两种表 示方法各有优缺点,均采用统一的24 个过程域,它们在逻辑上是等价的,对同一个组织 采用两种模型分别进行CMMI 评估,得到的结论应该是相同的。

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