普通高中教科书·信息技术必修2信息系统与社会(1)_高中全套电子教材及答案。_01高中电子教材全套_信息技术_华东师大版_高中年级_必修2信息系统与社会

华 东 师 范 大 学 出 版 社总 主 编: 李晓明 副 总 主 编: 赵 健 本 册 主 编: 王荣良 华 本册副主编: 朱一军 编 写 人 员 按姓氏笔画排序 ( ): 王东荣良 朱一军 刘 炼 李 伟 沈文艳 责 任 编 辑: 程 滨 美 术 设 计: 储 平 师 普通高中教科书 信息技术 必修2 信息系统与社会 范 上海市中小学(幼儿园)课程改革委员会组织编写 出版发行 华东师范大学出版社 上海市中山北路3663号 ( 大) 印 刷 上海四维数字图文有限公司 版 次 2021年1月第1版 印 次 2022年1月第3次 学 开 本 890毫米×1240毫米 116 / 印 张 975 . 字 数 171千字 出 书 号 978 7 5760 0548 6 ISBN 定 价 1210元 . 版 版权所有 未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分 违者必究 · · 如发现内容质量问题 请拨打电话021 60821714 , 如发现印 装质量问题 影响阅读 请与华东师范大学出版社联系 电话 021 60821711 、 , , 。 : 社 全国物价举报电话 12358 : 声明 按照 中华人民共和国著作权法 第二十三条有关规定 我们已尽量寻找原作者支 《 》 , 付报酬 原作者如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系 。 。 本册教材图片提供信息 : 本册教材中的部分图片由全景网等图片网站提供 。致同学们 华 东 师 亲爱的同学们 : 当今 信息技术的发展日新月异 物联网 大数据 人工智能等新 范, , 、 、 技术 新工具扑面而来 显著地改变着人们的生活 学习和工作模式 、 , 、 。 生存于信息社会中 我们每一个人都不可避免地会接触信息技术 应 , 、 用信息技术 甚至去创造新的信息技术 在具备了基本信息技术应用 大, 。 能力的基础上 高中阶段我们要进一步学习信息技术的知识与技能 , , 能够利用信息技术负责任地解决生活与学习中的问题 全面提升信息 , 素养 迎接信息社会的挑战 , 。 学 在信息社会中 通过信息的采集 存储与处理 提高了人们对各种 , 、 , 物质和能量资源的利用效率 使人们的生活方式 社会体系和社会文 , 、 化发生深刻变革 通过计算机 通信设备等工具 为人们生产和提供了 ; 、 , 出 大量易于处理与使用的信息 信息系统无处不在 信息系统与社会 , 。“ ” 是本课程的必修模块 通过对该模块的学习 我们能够正确认识人与 , , 信息社会的关系 知道信息系统的组成以及与外部世界的连接方式 , , 理解信息系统的作用 最终能够合版理使用信息系统解决生活 学习中 , 、 的问题 。 本模块教科书由信息社会与信息系统 分析信息系统 搭建小型 、 、 的信息系统 我与信息社会等四章组成 同社学们可以通过考察身边信 、 。 息技术的应用 体验信息社会 初步认识信息系统 通过探究智能停车 , , ; 系统的组成与功能 深入认识信息系统 通过搭建一个小型物流信息 , ; 系统 经历用信息系统解决快递行业信息化问题的过程 逐步树立信 , ; 息社会数字公民的责任感与使命感 因此 仔细观察生活 用信息系 。 , , 统的观点分析问题 完成一系列的实验 经历真实问题的解决过程 都 , , , 是使用本教科书必要的学习环节 。 提升信息素养 要求我们在掌握基本信息技术知识和常用信息技 , 致同学们 1华 东 师术工具的同时 能够用计算思维来分析问题 要求我们在体验信息技 , ; 术给我们带来的更高效率的同时 积极运用技术来创造性地解决问题 , 和创作作品 要求我们在享受信息技术提供的便利的同时 关注信息 ; , 安全 参与和促进信息社会的伦理与道德建设 同学们可以通过本教 范 , 。 科书与配套资源学习信息技术 负责任地应用信息技术 逐步成长为 , , 新时代合格的社会主义建设者 。 大 编 者 学 出 版 社 2 信息系统与社会目 录 华 东 师 第一章 信息社会与信息系统 ... 1 范 项目主题 触摸智能应用 ... 3 大 第一节 信息技术与社会 ... 4 第二节 信息系统 ... 15 学 第三节 信息系统与外部世界的连接 ... 24 出 版 第二章 分析信息系统 ... 37 社 项目主题 探秘智能停车系统 ... 39 第一节 信息系统中的计算机 ... 40 第二节 信息的输入输出 ... 48 第三节 信息系统中的计算机网络 ... 57 目 录 1华 东 师第四节 信息系统中的数据库应用 ... 69 第五节 信息系统中的数据处理与软件 ... 74 范 大 第三章 搭建小型的信息系统 ... 83 学 项目主题 搭建小型物流信息系统 ... 85 第一节 小型信息系统的规划与出分析 ... 86 第二节 小型物流信息系统的设计 ... 94 版 第三节 搭建和优化小型物流信息系统 ... 105 社 2 信息系统与社会华 东 师 第四章 我与信息社会 ... 117 范 项目主题 做合格的数字公民 ... 119 大 第一节 认识信息系统的优势与局限性 ... 120 第二节 了解信息系统的风险与防范措施 ... 125 学 第三节 信息社会中的数字化生存与发展 ... 136 出 后记 ... 147 版 社 目 录 3华 东 师 范 大 学 出 版 社华 东 师 范 第 一 章 大 学 信息社会与信息系统 出 版 本章学习目标 社 列举信息技术对社会发展 科技进步以及人们生活 工作与学习的影响 ◉ 、 、 , 描述信息社会的特征 了解信息技术及其发展 , 。 通过分析典型的信息系统 知道信息系统的组成和功能 说明各组成部 ◉ , , 分在信息系统中的作用 。 通过分析物联网实例 知道信息系统与外部世界的连接方式 了解常见 ◉ , , 的传感与控制机制 。从结绳记事到云端存储 从飞鸽传书到光纤通信 从信息孤岛到万物互联 人类社会发 , , …… 展中的每一次重大变革都与技术进步密不可分 18世纪 蒸汽机的改良掀起了以机器代替人 。 , 工的工业革命浪潮 19世纪 发电机及一系列电力技术的发明改变了世界 20世纪 以计算机 华; , ; , 技术与现代通信技术为代表的现代信息技术 又将人类社会的生产力水平推上了一个崭新的 , 台阶 。 从远古时期东的踟蹰前行 到 21世纪的伟大跨越 科学技术推动了时代的发展 引发了社会 , , , 的变革 改变了我们的生活 让我们从所处的环境中探索 通过寻找 观察 分析和体验 发现 , 。 , 、 、 , 因信息技术的有力推动而给当今社会带来的众多变化 比如无处不在的感知 宽带泛在的互 , 、 师 联 智能融合的应用以及可持续的创新等 在此过程中 我们一起感悟时代的变迁 认识信息 、 。 , , 社会和信息系统 了解物联网及其应用 , 。 范 大 学 本章知识结构 出 .24  . 24 24F*+E 版   '        5 '     2  .   2 4 社 4 5  + 4    4 +  ' +  +  + 3  5  . ' 2    4 *   4 6 >  2 F D  4  K   4   4 3     - D   - 4 * 3 .  * D  )    D     "   "  * 2 信息系统与社会项目主题 触摸智能应用 华 项·目·情·境 晓君是一名高一新生 平时的学习既充实又紧张 晓君的父母准备在中秋节 , 。 东 带他和爷爷奶奶一起去自驾旅行 出行前 大家做了一下分工 晓君和爷爷奶奶各 。 , , 自负责制订旅游计划 晓君的父母负责计划的具体落实 晓君决定在家上网查询 , 。 旅游信息 爷爷奶奶想去知名的旅行社了解情况 为了不让他们在公交车站久等 , 。 , 出发前 晓君用手机查询了公交车的到站时间 奶奶觉得太神奇了 两份计划完成 师 , , 。 后 全家共同商讨并确定了出行方案 随后晓君的父母立刻在网上订好了酒店和景 , , 点的门票 出行那天 当晓君的爸爸把车开进高速公路的收费口时 远远地看见有 。 , , 几个车道上的汽车排着长队 晓君的爸爸直接从 ETC通道开了过去 爷爷感叹地 。 , 范 说 现在真是方便啊 和我们年轻的时候完全不一样了 晓君说 爷爷 时代不 :“ ! 。” :“ , 同啦 !” 晓君的妈妈说 对呀 我们正迈入一个潜力巨大的信息化时代 晓君你查查 :“ , , 看 我们当大下所处的时代具有哪些特征呢 晓君的奶奶说 晓君 我也想请教你 , ?” :“ , , 为什么可以从手机上查到公交车的到站信息呢 还有 刚才进高速公路收费站的 ? , 时候 你爸爸为什么不用停车就能直接通过呢 , ?” 你能帮晓君回答这些问题吗 ? 学 出 项·目·任·务 任务1 任务2 任务3 版 完成今昔学习与 使用公交实时查 探究 ETC通道为 生活方式对照活动,探 询移动应用程序,查询 什么具有不停车就能 讨信息技术对人们学 某路公交车的到站时 收费的功能,了解信息 社 习与生活的影响,了解 间,分析公交查询系统 系统与外部世界的连 信息社会及其特征。 的工作过程、功能和 接方式。 组成。 第一章 信息社会与信息系统 3第一节 信息技术与社会 从世界上第一台电子计算机问世开始 到阿帕网的出现以及互联 , 华 网 移动互联网的普及 再到物联网 大数据 云计算 人工智能等技术 、 , 、 、 、 的创新应用 信息技术已经渗透到社会的方方面面之中 以计算机技 , 。 术与现代通信技术为代表的现代信息技术迅猛发展 20世纪末以来 , , 东 世界上许多地方相继进入了信息社会 2003年在日内瓦召开了首次 , 信息社会世界峰会 2006年联合国将每年5月17日确定为 世界信息 , “ 社会日 如今 信息社会已经成为人们经常使用的一个词语 ”。 , 。 师 体 验 思 考 范 我国工业与信息化部的数据显示 2019年 我国手机用户总数达 16亿户 全国手机用户普及率达每 , , ; 百人114.4部 已有26个省市的普及率超过每百人100部 移动互联网接入流量消费达到1220亿GB其 , ; , 中手机上网流量达到1210亿GB 。 思考： 你从以上数据中获得了哪些大信息? 移动电话和移动互联网的广泛使用,给社会和我 们的生活、学习带来了怎样的变化? 学 一、 信息社会及其特征 曾几何时 二维码进入了我出们的视野 去餐厅用餐 扫一扫餐桌 , 。 , 边的二维码可以完成在线点菜 下单 付款 去公园游玩 扫一扫植物 、 、 ; , 上挂的二维码 可能会看见一段图文并茂的介绍 也可能会连接一段 , , 视频 呈现它的名称 科属 形态特征 分版布区域 主要价值等信息 扫 , 、 、 、 、 ; 一扫食品包装上贴的二维码 可以追溯食品的制造日期 食用期限 原 , 、 、 产地 生产商等信息 二维码的应用还有很多 智能手机和二维 、 …… 。 码 已经成为人们日常工作 学习和生活中使用极为频繁的信息工具 社 , 、 和交互方式 我们今天所处的时代 和20世纪90年代相比 已经发 。 , , 生了天翻地覆的变化 以观看电视节目为例 在那个年代 人们通常 。 , , 只能通过初期的有线电视 或通过天线接收信号的无线电视 来收看 ( ) 数量极为有限的新闻和影视节目 电视台播什么节目 观众只能被动 。 , 地看什么节目 如果错过了播出时间 就只能等重播或者无法观看节 , , 目了 。 4 信息系统与社会分 析 归 纳 以我们的学习与日常生活为例 从今昔对比的角度去发现和寻找它们发生了怎样的变化 华 , 。 1. 请你与小组同伴围绕表1.1中列出的部分事例进行讨论 并将讨论结果整理汇总后以关键词的方 , 式填入表格 。 表1.1 今东昔学习与生活方式对照表 学习和生活需求 20世纪90年代的处理方式 今昔不同之处 举例 师 例如: 利用手机随时随地在线观看、多次 收看电视节目 在电视机前等待电视台播放节目 回放等 查阅文献资料 去图范书馆或书店查阅纸质书刊 买衣服 跑很多商场、店铺依次挑选、试穿 去医院的收费大窗口排队挂号、付费,再去 就医 专窗排队取检查报告 消费付款 在消费现场用现金支付 学 交友一般会在认识的人群里展开,通过电 社交 话、书信交往 出 出行规划 查纸质地图、看站牌等 2. 请归纳填写在表1.1中的内容 列举出现频率较高的关键词 , 。 版 3. 这些关键词体现出当今人们在解决学习和生活需求问题时 大多会采用什么手段和工具 人们的 , ? 学习和生活方式因此呈现怎样的特点 推动人们学习和生活方式改变的主要原因是什么 ? ? 社 观察表11中填写的关键词可以发现 我们现在更多地利用智能 . , 手机 平板电脑等移动终端作为工具 借助在线学习平台 文献检索 、 , 、 、 网上购物 社交软件 网上挂号 在线支付等系统 享受着技术变革带 、 、 、 , 给我们的便利 移动终端 信息系统 在线 和 上网 成为我们今 。“ ”“ ”“ ” “ ” 天学习和生活的重要工具和手段 现代信息技术的快速发展和深度 。 应用将我们带入一个新的时代 。 第一章 信息社会与信息系统 51. 信息社会 华 农耕技术的出现使人类社会从狩猎采集进入了农业社会 蒸汽机 , 的出现又使人类从农业社会进入了工业社会 技术总是在推动社会 。 的发展 信息技术也不例外 首先是新的信息技术的出现 然后是信 , 。 , 东 息技术推动产业创新 接下来是信息技术和产业创新对它周边的产业 , 和其他社会领域的高渗透和全覆盖 进而引发社会生产力和社会结构 , 的重大变化 最终促成人类进入信息社会 , 。 师 体 验 思 考 请通过查找文献 咨询专业人范士等途径 任选工业 农业 金融 医疗 教育 交通 政务等领域中的一 、 , 、 、 、 、 、 、 个 了解信息技术在该领域的应用有哪些 通过相互交流 是否能印证在上文中提到的 信息技术和产业 , 。 , “ 创新对它周边的产业和其他社会领域的高渗透和全覆盖 ”? 大 关于信息社会的研究至今仍没有形成公认的 系统的理论体系 、 。 目前较为流行并得到国际社会广泛接受的关于信息社会的定义 是在 学 , 2003年日内瓦信息社会世界峰会所发表的 原则宣言 中所做出的界 《 》 定 该 原则宣言 指出 信息社会是一个以人为本 具有包容性和面 。 《 》 :“ 、 向全面发展的社会 在此信息社会中 人人可以创造 获取 使用 分 。 , 、 、 、 出 享信息和知识 使个人 社会和各国人民均能充分发挥各自的潜力 促 , 、 , 进实现可持续发展并提高生活质量 上述定义从个人和社会的视角 。” 对信息社会进行了界定 揭示了信息社会所特有的广泛内涵 以人为 , : 本 包容性 全面发展是信息社会的基本版原则 信息社会是可持续发展 、 、 ; 的社会 信息和知识成为信息社会最重要的资源 ; 。 我国国家信息中心在 2017全球 中国信息社会发展报告 中给 《 、 》 出了更为具体的界定 所谓信息社会 是指以信社息活动为基础的新型 :“ , 社会形态和社会发展阶段 这里所说的信息活动 包括与信息的生 。 , 产 加工 处理 传输 服务相关的所有活动 这些活动渗透进人类的政 、 、 、 、 , 治 经济 社会 生活 文化等各个领域 并逐步成为人类活动的主要形 、 、 、 、 , 式 该报告同时指出 2017年 全国有深圳 广州 北京 上海 珠海 。” :“ , 、 、 、 、 、 宁波等38个城市 含直辖市 已经进入信息社会 ( ) 。” 信息社会从本质上而言是 以信息活动为基础 的社会 在信息 “ ” 。 社会里 农业生产 工业生产仍然很重要 但工具 方式 内容已经很大 , 、 , 、 、 6 信息系统与社会程度上信息化了 还是以观看电视节目为例 从工具的视角看 不仅 。 , , 可以在电视机前观看 还可以利用计算机 智能手机 等终端设 , 、 、PAD 备观看 减少了对时间 空间的条件限制 从交互方式的视角看 它改 , 、 ; , 华 变了以往被动的单向观看模式 实现了按需观看 随看随停 多次回 , 、 、 看 边看边点评等强交互方式 从内容生产的视角看 不仅有各家电视 、 ; , 台播送的电视节目 还有各种网络平台提供的视频资源 甚至还有自 , , 东媒体制作的微视频 丰富了视频资源的内容和数量 以上这些全新的 , 。 观看体验 都源自于数字化传输技术的发展 从这个案例中 我们可 , 。 , 以感受到 人人可以创造 获取 使用 分享信息和知识 的时代正在 “ 、 、 、 ” 师来临 。 2. 信息社会的特征 范 在信息社会中 每个人都生活在复杂的信息网络里面 现实空间 , , 与虚拟空间相互交织形成了一个全新的社会环境 我们在虚拟空间 。 里面留下的种种印迹都可能被保留 形成了数字世界里面 我 的 画 大 , “ ” “ 像 并可以通过 画像 来分析 我 的爱好 习惯等等 我们发现 数 ”, “ ” “ ” 、 。 , 字世界中的 我 和现实世界中的 我 相互融合 在改变我们的生活 “ ” “ ” , 、 工作和学习的同时 也塑造出一种全新的生存与发展方式 学, 。 我国国家信息中心在 2017全球 中国信息社会发展报告 中指 《 、 》 出 信息社会具有信息经济 网络社会 在线政务和数字生活四个 , 、 、 特征 。 出 （1） 信息经济 信息经济是指以信息与知识的生产 分配 拥有和使用为主要特 、 、 征的经济形态 信息经济是决定信息社会发展水平高低的最主要因 。 版 素 正是信息技术的应用 极大地提高了信息与知识的生产和创造能 。 , 力 降低了获取信息与知识的成本 加快了信息与知识的传播和扩散 , , , 提升了人们利用信息与知识的能力 。 例如 社会上存在着巨大的资源闲置社情况 解决这个问题的一个 , , 思路是通过互联网将这种闲置的资源进行 共享 比如 一些网络平 “ ”。 , 台以 网约车 顺风车 的方式 为 乘客 与 司机 搭建信息匹配平 “ ”“ ” , “ ” “ ” 台 充分利用了 汽车 与 司机 这样的社会资源 当然 这种 自由 , “ ” “ ” 。 , “ ” 和 松散 的结合 也带来了一定的安全隐患 需要在政府治理和企业 “ ” , , 治理两个层面加以制约 再如 将智能快递箱部署在小区公共位置 。 , , 快递员根据操作指引将快件放入箱内 快递箱后台系统会以短信的 , 方式告知收件人取件密码 收件人回到小区后 输入取件密码即可 , , 第一章 信息社会与信息系统 7取件 这也是利用网络平台实现资源共享的一个案例 如图11 , , . 所示 。 华 东 师 图1.1 住宅小区内的智能快递箱 范 （2） 网络社会 网络化是信大息社会最为典型的社会特征 网络社会主要表现在 。 两个方面 一是信息服务的可获得性 高速 泛在 便宜 好用的信息 : , 、 、 、 基础设施全面普及是网络社会的基本要求 二是社会发展的全面性 ; , 由于人们的需求层次从基本的衣食住行需要转变为对健康生活的需 学 求以及对人与自然和谐发展的追求 在信息社会里城市将提供更多的 , 医疗健康服务 更加强调生态环境保护 越来越多的人将充分享受现 , , 代城市的文明生活 。 出 我国也非常重视信息基础设施的全面普及 以提升信息服务的 , 可获得性 工业和信息化部公布的 2019年通信业统计公报 数据 。 《 》 显示 2019年 新建光缆线路长度达到434万千米 全国光缆线路总 : , 版, 长度达到4750万千米 全国净增移动通信基站174万个 总数达到 ; , 841万个 其中4 基站总数达到544万个 5 网络建设顺利推进 , G ;G , 在多个城市已实现5 网络的重点市区室外的连续覆盖 并协助各 G 社 , 地方政府在展览会 重要场所 重点商圈 机场等区域实现室内 、 、 、 覆盖 。 （3） 在线政务 在线政务是充分利用现代信息技术实现社会管理和公共服务的 新型政府治理模式 在现代信息技术的支撑下 在线政务具有科学决 。 , 策 公开透明 高效治理 互动参与等方面的特征 、 、 、 。 8 信息系统与社会探 究 活 动 请你按照下面提供的方法和步骤浏览你所在城市的政府网 如图1.2所示 并完成相关体验 华 ( ), 。 东 师 范 图1.2 上海市人民政府网首页 大 1. 利用搜索引擎搜索 政府网 选择并打开你所在城市的政府网 “ ”, 。 2. 浏览网站内容 填写表1.2 , 。 学 表1.2 政务信息归纳 能知晓的信息 出 能参与的政务 版 能办理的业务 社 3. 根据列举的政府网上可见的社会管理或公共服务内容 谈谈对在线政务的认识 , 。 （4） 数字生活 数字生活 这一特征 在观看空中课堂和利用在线学习平台学习 “ ” , 的过程中 我们已经非常清晰地感受到了 信息技术广泛应用于人们 , 。 日常生活 人们的生活方式和生活理念发生了深刻变化 数字生活 , 。“ ” 第一章 信息社会与信息系统 9主要体现在 一是生活工具数字化 网络和数字产品成为人们的生活 : , 必需品 传统生活用品的技术与信息含量越来越高 成为每个人日常 , , 生活中必不可少的信息终端 二是生活方式数字化 人们的工作将更 ; , 华 加弹性化和自主化 终身学习与随时随地学习成为可能 网络购物成 , , 为主流消费方式 人际交往范围与空间无限扩大 三是生活内容数字 , ; 化 人们的生活内容以创造 处理和分配信息为主 学习内容更加自主 , 、 , 东 化与个性化 信息成为重要的消费内容 数字化内容成为多数人娱乐 , , 活动的首选 。 师 探 究 活 动 港口装卸从工人肩挑手提 到使用 机械抓斗 替代一部分人工劳作 再到智能码头实现自动化 无人 , “ ” , 、 化操作 因为信息技术的应用和发展范使这个曾经的劳动密集型行业 正逐渐转向科技密集型 由此带来 , , , 。 的 是很多传统工作和职业面临着重组或消亡 同时也催生出越来越多的新型岗位 根据你对信息社会及 , , 。 其特征的理解开展以下问题的探究 : 1. 请探讨 未来哪些行业会逐渐消亡 又会催生出哪些新的行业 试说明原因 : ?大 ? 。 2. 请你分析这一现象体现了信息技术对社会发展产生了怎样的影响 我们应如何顺应这样的发展 , 。 学 二、 信息技术及其发展 在社会高度信息化的今天 只需手持智能手机 平板电脑等移动 , 、 出 终端 就可以获得很多便利 网上订餐让你享受便捷高效送货上门的 , : 美食 预约挂号可以让你提前选定心仪的医生并省去了排队挂号 缩 ; , 短了候诊时间 导航设备能根据当前位置设计最佳行程路线 公交查 ; ; 版 询系统为你提供车辆到站的时间 我们生活在一个充满数字信息的 。 世界里 时刻都可以感受到信息技术给社会发展带来的巨大影响 , 。 社 探 究 活 动 背景材料 目前世界上最大的自动化集装箱码头 上海洋山深水港四期智能集装箱码头 如图 1.3 : ——— ( 所示 共建设了7个集装箱泊位 集装箱码头岸线总长2350米 设计年吞吐能力初期为400万标准箱 远 ), , , , 期为630万标准箱 可实现24小时作业 通过远程操控 自动操控 不仅码头效率比过去有质的提升 还能 , , 、 , , 实现二氧化碳排放量下降10%以上 如此规模巨大 每天货运吞吐量惊人的码头几乎 空无一人 全智能 。 、 “ ”, 是洋山港自动化码头的最大亮点 在忙碌而井然有序的码头上 一批智能 搬运工 自动导引车 如图1.4 。 , “ ”——— ( 10 信息系统与社会所示 穿梭不停 它配有智能控制系统 可以根据实时交通状况提供最优路线 遇到运行路线拥堵 系统便 ) , , , , 会重新规划路线 除了无人驾驶 自动导航 路径优化 主动避障外 还具有自我故障诊断 自我电量监控 。 、 、 、 , 、 华等功能 。 东 师 图1.3 洋山深水港码头 图1.4 自动导引车 范 请和你的同伴一起思考和探索 : 1. 如果这项工作让足够多的搬运工来完成 如何安排 如果你是其中的一员 如何能做到快速 选择 , ? , ( 最优路径 和安全 主动避障 ) ( )? 大 2. 根据对 人是如何解决问题的 的思考 尝试从 自动导航 路径优化 主动避障 三个动作中任选一 “ ” , “ 、 、 ” 个分析自动导引车是如何做到的 。 学 上海洋山深水港的自动导引车 之所以可以做到 自动导航 路径 , “ 、 出 优化 主动避障 一定离不开信息技术的支持 那么什么是信息技 、 ”, 。 术呢 ? 1. 信息技术 版 在本节的学生活动中 通过类比 人是如何解决问题的 我们对 , “ ”, 如何利用信息技术工具解决问题 有了自社己的判断和推测 得出的结 “ ” , 论可能各不相同 但至少对信息技术 能够实现什么 可能支持什么 , “ ”“ ” 有了一定的思考 下面以 主动避障 为例 来分析人和机器是怎样解 。 “ ” , 决问题的 。 人在搬运货物的时候如果想要避免撞到其他的人或物品 首先 , 要感知外部的信息 即通过视觉 听觉等器官来了解周边的环境 , 、 。 其次 通过已有的知识和经验 判断继续行走是否会碰到障碍物 如 , , , 果不会 就继续行走 如果会 则通过加快或放慢速度 停止行走或 , ; , 、 第一章 信息社会与信息系统 11改变行走的方向来达成避让的目的 若是要改变行走的方向 则需 。 , 要通过目测目的地所在位置以及判断哪些道路比较畅通来重新规 划行走路线 。 华 由此推测 自动导引车要完成 主动避障 这个行为 一样需要感 , “ ” , 知外部的环境信息 然后对感知的信息进行加工或计算 根据加工或 ; ; 计算的结果 控制行车速度或行车方向 如果要改变行车路径 需要 , 。 , 东 和远程的智能控制中心进行信息通信以全面了解路况 完成重新规划 , 最优路径的操作 。 如上分析 信息技术主要是指利用计算机技术和现代通信技术 , , 师实现获取信息 加工信息 传递信息 使用信息等的相关技术 、 、 、 。 2. 信息技术的发展 范 信息技术的发展历史悠久 从一般意义上说的信息技术在远古时 , 代就有了 。 大约35000 50000年前 人类产生了原始的语言 语言的产生 大 ~ , 。 是人类文明史上最伟大的革命 但由于语言是不可储存的 当时人们 , , 的很多信息就没有流传下来 。 约5000年以前 人类发明了文字 图15呈现了我国最早的可识 ,学, . 文字 文字的产生 可以使信息更长久地保存下来 并且传播得更远 。 , , 。 公元105年 我国东汉时期 蔡伦发明了造纸术 公元620年前 , , ; 后 我国发明了雕版印刷术 宋朝时期 毕昇在刻板印刷的基础上发明 , ; 出, 图1.5 我国最早的可识文字 了活字印刷 显然 纸的发明和印刷术的广泛使用 使信息的传递 保 。 , , 、 存更为简便 从而加强了人类处理信息的能力 初步实现了广泛的信 , , 息共享 。 版 1837年世界上出现第一台有线电报机 38年后诞生了电话 1925 , , 年英国首次开播电视 现代意义上的信息技术 正是在电信革命之后 。 , 才产生和发展起来的 。 社 通用电子数字计算机的出现从根本上改变了人类加工信息的手 段 增强了人类大脑及感觉器官加工利用信息的能力 20世纪60年 , 。 代 网络传播革命真正拉开序幕 感测技术的研究也越来越受到重视 , , 。 最近几十年来 在计算机技术的支持下 微波通信 卫星通信 移动通 , , 、 、 信 计算机网络等通信技术得到了蓬勃的发展 感测技术向着微型化 、 , 、 智能化的方向发展 人类感知信息 处理信息和利用信息的能力达到 , 、 了空前的高度 。 12 信息系统与社会信息技术的革命 带动了不同时期社会经济的发展 推动了社会 , , 文明的进步 未来信息技术的发展 不仅仅是信息领域各分支技术的 。 , 纵向升级 也更加关注信息技术与其他领域或行业的融合 随着网络 , 。 华 互联的移动化和泛在化 未来信息网络发展的一个趋势是实现物与 , 物 物与人 物与计算机的交互联系 将互联网拓展到物端 通过泛在 、 、 , , 网络形成人 机 物三元融合的世界 进入万物互联时代 、 、 , 。 东 各种智能应用的建设 让无处不在的计算机 物联网 数据分析 , 、 、 、 云计算 大数据 人工智能等信息技术更为普适化 任何人在任何地方 、 、 , 都可以用信息技术为生活 学习和工作服务 信息技术会高度智能 、 。 师化 智能 是一个动态发展的概念 其本质上是计算机化 即 智能系 ,“ ” , , “ 统 不是固定僵硬的系统 而是能自动执行程序 可编程可演化的系 ” , 、 统 更高的要求是具有自学习和自适应功能 如机器学习 人工神经网 , , 、 络范等 。 近年来 我国信息技术的发展成就显著 在计算机技术方面 高 , 。 , 性能计算机保持世界领先水平 我国自主研发的超级计算机长期占据 , 全球超算榜单的前列位置 在通信技术方面 我国已成为5 等标准制 大 ; , G 定的主导者之一 5 研发有望进入全球领先梯队 在量子通信方面 ,G ; , 我国成功发射了世界上首颗量子科学实验卫星 墨子号 并圆满实现 “ ” 了预定目标 世界首个远距离量子保密通信骨干网 京沪干线 通过总 , 学 “ ” 技术验收 在人工智能方面 我国语音识别 自然语言处理 人脸识别 ; , 、 、 等领域的人工智能技术应用达到了国际领先水平 。 出 作业练习 1. 与现代信息技术同时崛起的还有现代生物技术 纳米技术 航天技术 海洋技术等 新的社会形态为 、 、版、 , 什么是信息社会而不是别的社会 ? 2. 说说你对 移动终端 信息系统 在线 这几个词的 “ ”“ ”“ ” 理解 。 3. 在高架路段上常常可以看见各种电子交通路况指示牌 社 如图1.6所示 有的指示牌提示高架道路主要路段的交通状 ( ), 态 有的指示牌可以告知前方路段交通状态或到达相关地点 , 所需的时间等 驾驶员阅读指示牌的信息 就能事先知道前 。 , 方道路是畅通 拥挤还是堵塞 请分析信息技术是如何支撑 、 。 电子交通路况指示牌正常工作的 图1.6 电子交通路况指示牌 。 第一章 信息社会与信息系统 13知 识 延 伸 信息社会的发展水平 中国信息社会测评报告 中指出 信息社会发展水平可以用 信息社会指数 information society 《华 》 , “ ”( index ISI来度量 ISI的取值范围在0与1之间 ISI越高 表明信息社会发展水平越高 以ISI为阶段划 , ) 。 , , 。 分的标准 我们可以将信息社会的发展过程划分为两大阶段 即信息社会的准备阶段 0 ISI 0.6和信息 , , (< < ) 社会的发展阶段 0.6 ISI1 信息社会发展过程的划分见表1.3 ( ≤ < )。 。 东 表1.3 信息社会发展过程划分 准备阶段 发展阶段 发展过程 起师步期 转型期 初级阶段 中级阶段 高级阶段 信息社会 0.3以下 0.3 0.6 0.6 0.8 0.8 0.9 0.9以上 指数(ISI) ~ ~ ~ 信息技术应用 经济、社会各领 信息技术初步范信息技术的影 基本实现包容的 基本特征 扩散加速,实效 域都发生了深 应用 响逐步深化 社会 开始显现 刻的变化 基础设施跟不 互联互通问题, 进一步的技术突 面临问题 发展不平衡 包容性问题 上需求 大实用性问题 破与创新应用 学 出 版 社 14 信息系统与社会第二节 信息系统 物质 能源和信息是人类社会发展的三大资源 信息社会的重要 、 , 华 特点之一是对信息资源的充分开发和利用 实际上 对信息资源的开 。 , 发 利用和管理的主要方式是构造各种各样的信息系统 例如 在线 、 。 , 学习系统 订餐系统 校园一卡通系统等 都与我们的学习和生活息息 、 、 , 东 相关 信息系统这个名词越来越频繁地出现在人们的视野中 正逐渐 , , 成为人们关注的热点 。 师 体 验 思 考 智能公交系统可以提供公交车辆的定位 线路跟踪 到站预测 电子站牌信息发布 油耗管理等功能 、 、 、 、 , 具有对公交线路的调配和服范务能力 实现人力 运力资源在更大范围内的动态优化和配置 降低公交运营 , 、 , 成本 提高调度应变能力和服务乘客水平 推动智慧交通与低碳城市的建设 , , 。 思考： 智能公交系统的建设,为城市居民提供了哪些公交信息服务? 除了智能公交系统以 外,找一找身边其他的智能应用系统。 大 一、 典型信息系统的功能及组成 学 乘坐公共交通工具是我们最常见的出行方式 在公交查询系统 。 出现以前 大多数人可能都碰到过公交车长时间不到站的情况 感受 , 出 , 过在公交车站翘首企盼的焦虑心情 而现在 我们只要打开相关的移 。 , 动应用程序 输入公交线路 方向和目标站点信息 就可以查询到公交 , 、 , 车预计到站时间 并据此来准确把握何时迈出家门 避免错失和不必 , 版, 要的等待 。 智能公交系统是一个十分复杂的智能应用系统 涉及的因素很 , 多 例如对车辆的定位和管理 对驾驶员的调配和管理 对公交车场 , 、 社、 和公交车站的监控和管理等 因此在智能公交系统之下包括多个子 , 系统 每个子系统既发挥着各自不同的作用又协同工作 最终实现 , , 对公交线路的调配和对乘客的服务 我们选取 智能公交 领域内 。 “ ” 的 公交查询系统 作为观察对象 来剖析和了解信息系统的工作 “ ” , 过程 。 第一章 信息社会与信息系统 15探 究 活 动 许多公交站点旁竖立的显示屏为候车的人们提 华 供了确切的信息 如图 1.7所示 还有许多支持公 , 。 交查询的移动应用程序 也可以提供大部分公交车 , 运行的实时信息 。 1. 请在移东动终端上安装可以提供公交查询的 移动应用程序 查看公交查询系统的操作界面和主 , 要功能 在公交查询系统中输入你最常乘坐的一路 ; 公交车 选择行车路线和准备乘车的站点 查看到达 , 师, 该站点的车辆信息 。 2. 请分析 剩余站数和预计到达时间是如何计 图1.7 公交站点电子显示屏 : 算出来的 我们需要哪些数据来完成计算 这些数 ? ? 据是从哪里获得的 又是如何呈现范在你的移动终端 ? 上的 ? 3. 如果你是公交查询系统的设计者 结合上面的 数据 分析 你认为该系统有哪些功能 可以用哪些 , “ ” , ? 技术支持这些功能的实现 试将思考结果填写到表1.4中 ? 大。 表1.4 公交查询系统的功能和组成要素 功能(举例) 支撑该功能实现的组成要素 学 出 版 社 1. 公交查询系统的工作过程 简单地说 公交查询系统是为满足乘客的出行需求而研发的提供 , 公交车辆实时信息的信息系统 。 图18显示的是 上海公交查询 中呈现的71路公交车 申昆路 . “ ” “ 枢纽站 方向上 黄陂北路 站即将到站的车辆信息 包括车牌号 距离 ” “ ” , 、 本站的剩余站数和时间等 。 16 信息系统与社会华 东 师 范 图1.8 71路公交车信息 查询 大 以显示距离本站的剩余站数为例 要想获得这样的结果 需要知 , , 道该公交车 申昆路枢纽站 方向上每一个站点的先后次序和名称 以 “ ” , 及正在行驶的这辆公交车当前的位置信息 假设我们预先给公交车 学 。 安装了定位系统 通过定位系统就可以将当前位置信息传送给监控管 , 理中心 监控管理中心根据位置信息就可以判断出公交车正在哪个 。 站点上或在哪两个站点之间 之后通过与 黄陂北路 站做比较 计算 出, “ ” , 得出剩余站数 最后将计算结果发送到申请查询的移动终端上 , 。 实际上 可能有很多人在这座城市的不同地方使用这个系统查询 , 各路公交车在各个站点的到站信息 而系统也不可能等到有用户查询 版, 的时候才去获取相关信息 所以 每一辆公交车每一个行驶方向上的 。 , 站点信息一定是事先存放在系统里面 然后系统实时获取每辆车的位 , 置信息并及时保存下来 接到用户的查询请求后 根据用户的需求 。 社, , 计算出距离目标站点最近车辆的剩余站数 并将结果返回到用户的移 , 动终端上 。 综上所述 公交查询系统接收到终端查询请求后的工作过程为 , : 首先 利用各种输入设备从外部采集各公交车的基础数据 然后 将采 , ; , 集的数据通过通信网络传输到监控管理中心 完成对数据的存储和加 , 工处理 最后 将处理后的信息通过通信网络传输到站点的显示设备 ; , 或用户的终端设备上 如图19所示 , . 。 第一章 信息社会与信息系统 17华 东 图1.9 公交查询系统示 意图 师 2. 公交查询系统的功能和组成 范 从公交查询系统的工作过程可以看出 公交查询系统包括信息采 , 集和输入 传输 存储 处理 输出和利用等功能 如图110所示 、 、 、 、 , . 。 大 学 图1.10 公交查询系统 的功能 出 公交查询系统需要哪些组成要素来支撑这些功能的实现 以 信 ? “ 息采集 为例 要采集和输入的信息包括 每一条公交线路的信息 如 ” , : , 版 首末班车时间 站点名称 每一辆公交车的基本信息 如车牌号 行驶 、 ; , 、 线路 行驶中的公交车辆信息 如班次 目前的地理位置 行驶的速度 ; , 、 、 等 用户需要查询的信息 如公交线路 方向 站点 等等 表15列出 ; , 、 、 , 。 . 了为支持信息采集功能的实现所需要的组成要社素 。 表1.5 支持信息采集功能实现的组成要素 需要采集和输入的信息及方式(举例) 支撑该功能实现的组成要素 人工输入(人) 通过人工输入的方式输入每一条公交线 首末班车时间、站点名称(数据) 路、每一辆公交车的基本信息 车牌号、行驶的公交线路(数据) 18 信息系统与社会(续 表) 需要采集和输入的信息及方式(举例) 支撑该功能实现的组成要素 通过公交车上安装的车载定位系统获取 车载定位系统(硬件和软件) 华 公交车的当前位置信息 车辆所在位置(数据) 用户(人) 通过移动终端设备上安装的移动应用程 移动终端(硬件) 东 序获取用户的公交查询信息 移动应用程序(软件) 查询的公交线路、方向和站点(数据) 师 从系统的其他功能实现来看 数据传输需要网络环境的支持 数 , ( 据 硬件 软件 数据存储需要将数据以一定的组织形式存放在计算 、 、 ); 机或存储设备中 数据 软件 硬件 数据处理需要系统设计者根据需 ( 、 、 ); 范 求开发专门的程序 利用计算机来实现对数据的加工处理 人 软件 , ( 、 、 硬件 数据 信息输出需要将数据处理结果在终端设备 电子显示屏 、 ); 、 上呈现 数据 硬件 软件 ( 、 、 )。 综上大所述 我们可以归纳出公交查询系统是由硬件 软件 数据和 , 、 、 人四个要素组成的 。 二、 信息系统学及其应用的发展 公交查询系统是我们可以切身体验的信息系统的一个例子 像 。 这样的信息系统 生活中随出处可见 , 。 探 究 活 动 版 节假日外出旅行 可以利用计算机登录相关网站 利用移动终端下载并登录相关移动应用程序 来预 , 、 , 先完成许多准备工作(如图1.11所示) 根据出行目的地信息 在各种提供旅游服务的系统中查看旅游攻 : , 略 选择喜欢的景点预购门票 根据出行方式 在铁路客户服务中心 铁路12306查看和预订车票 或者在 , ; , ( 社) , 各航空公司官网 专门的机票订购系统预订机票 以及提前办理网上值机 根据个人喜好 在各种提供宾馆 、 , ; , 预订服务的系统中预订宾馆 民宿 此外 还可以在各种提供 天气预报 查询的系统中 预知目的地未来 、 。 , “ ” , 一周甚至15天的天气情况 以便准备合适的行装 在地图导航系统中 查询 选择和规划好出行路线 在提 , ; , 、 ; 供 网约车 服务的系统中 预订接机或接站服务 “ ” , 。 第一章 信息社会与信息系统 19华 东 师 图1.11 支持外出旅行的信息系统示意图 范 1. 安装 2 3个自己感兴趣的移动应用程序或登录相关信息平台 了解这些信息系统可以提供的 ~ , 服务 。 2. 分析这些信息系统的功能和组成要素大比较得出的结论是否与公交查询系统的一致 , 。 上面这些与出行相关的事务 都是借助一个个信息系统来完成 学, 的 这些系统可能通过不同的形式相互连接起来共享数据 最终共同 。 , 构成了智慧出行 信息系统的出现正在改变我们处理事务的方式 。 。 出 1. 什么是信息系统 信息系统是指人们在社会活动中 以满足信息需求为目标 以计 , , 版 算机技术和现代通信技术等现代信息技术为手段 实现对信息有效采 , 集和输入 传输 存储 处理 输出和利用而建立的包括人 硬件 软件 、 、 、 、 、 、 与数据在内的综合系统 。 （1） 信息系统的功能 社 信息系统的功能包括对信息的采集和输入 传输 存储 处理 输 、 、 、 、 出和利用 。 信息的采集和输入 它指将外部信息收集起来输入信息系 ① 。 统的过程 我们从物理世界获取相关信息的过程称为信息采集 例 。 。 如 要知道车辆到达目标站点的信息 就需要采集车辆的当前位置 行 , , 、 驶速度 当前位置与查询目标位置之间的路程等信息 、 。 数据的传输 数据传输的目的是完成从发送方到接收方的数 ② 。 20 信息系统与社会据传递 例如 将从各辆公交车上采集的信息传送到处理中心 将加 。 , , 工处理后的信息传送到电子显示屏上 都涉及数据的传输 , 。 数据的存储 系统中的数据一般需要多次使用 数据的存储 华 ③ 。 , 就是采用数据存储技术将数据以一定的组织形式保存起来 以便系统 , 随时调用 例如 每一条公交线路的站点信息 每一辆公交车行驶时 。 , 、 的当前位置信息等都需要保存在数据库中 。 东 数据的处理 它指按照要求对数据进行处理加工的过程 包 ④ 。 , 括计算 转换和重组等 例如 公交查询系统根据公交车辆的所在位 、 。 , 置计算剩余站数和时间 根据以往公交车辆的到站时间信息预测公交 , 师车辆到站的准点率 这些都是对数据的处理 , 。 信息的输出和利用 它指将系统处理后获得的有用信息输出 ⑤ 。 到某种介质上 例如 将计算出来的距离本站的剩余站数和时间输出 。 , 给范终端设备或电子显示屏 方便我们更好地利用这些信息解决出行的 , 问题 。 （2） 信息系统的组成要素 信息系统组成要素包括人 硬件 软件与数据 如图112所示 大 、 、 , . 。 这里的硬件是指用以支撑信息系统正常运行的所有物理 设备 一般包括计算机 网络硬件设备 信息采集和输入设备 , 、 、 、 输出设备等 在公交查询系统中 我们使用的硬件设备有 定 学。 , : 位设备 移动终端 网络设备 计算机 车站的电子显示屏 存储 、 、 、 、 、 设备等 。 这里的软件是指用以支撑信息系统运行的所有程序以及 出 文档的总和 包括计算机系统软件 网络控制管理软件和为解 , 、 决人们生活 工作 学习需求等问题专门开发的应用软件等 、 、 。 图1.12 信息系统的组成要素 在公交查询系统中使用的软件有 对构成系统的各种硬件设备 : 版 进行控制和管理的软件 用于支持车辆信息查询的信息处理软 、 件 支持公交查询的移动应用程序等 、 。 这里的数据是指所有进入信息系统 存储在信息系统中和从信息 、 社 系统输出的数据 是信息系统处理的目标对象 在公交查询系统中 , 。 , 既包括采集的数据 如所有公交车辆的车牌号 行车线路图 公交站点 , 、 、 名称 公交车辆所在位置等 也包括根据采集的数据计算并输出的到 、 , 站时间 准点率等数据 、 。 这里的人是指和信息系统相关的所有人员 一般包括实现系统决 , 策的管理人员 开发系统的技术人员和信息系统的使用者 用户 等 、 ( ) 。 有些人在信息系统中可能会有多重身份 比如既是信息系统的决策 , 者 也是信息系统的使用者 , 。 第一章 信息社会与信息系统 21探 究 活 动 华 从信息系统的定义出发 寻找1 2个社会中不同领域的信息系统案例 将结果填写在表1.6中 通过 , ~ , 。 与同伴的交流 探讨信息系统在各个领域的应用情况 , 。 表1.6 信息系统东案例 使用领域 信息系统 解决了什么问题 乘客查询车辆到站时间 智慧交通 公交查询系统 师 管理者合理调度车辆运行 智慧金融 智慧医疗 智慧安居 范 大 2. 信息系统应用的发展 自电子计算机问世以来 随着信息技术的飞速发展以及现代社会 , 学 对信息需求的增长 信息系统也迅速发展起来 在过去的六十多年 , 。 里 信息系统经历了由单机到网络 由简单到复杂 由封闭到开放 由 , , , , 数据的简单处理到智能处理的发展过程 。 出 从图书管理的视角来看 最早的图书管理对图书的编码 入库 借 , 、 、 阅 报废以及对相关信息的登记 修改 都是由人来完成的 计算机出 、 、 , 。 现之后 图书管理系统最初的构造是从一个点开始的 也就是基于一 , , 个图书馆内的图书管理开发的 将图书的版编目 借阅 查询等业务借助 , 、 、 于计算机来实现 有了互联网之后 孤立的点逐步连成一片 同一体系 ; , , 内的各个图书馆的图书管理系统连接在一起 图书管理系统从小系统 , 发展到大系统甚至是巨系统 为图书管理者提社供决策依据 走到今 , 。 天 以 上海市中心图书馆 为例 随着图书 一卡通 服务的不断推进 , “ ” , “ ” , 市 区与街道图书馆借阅联动机制让越来越多的市民体会到借书阅读 、 的便利 在家门口的街道图书馆内 就可以享受异地借书 异地还书的 , , 、 待遇 。 信息系统应用的发展与计算机技术 通信技术和相关学科的发展 、 紧密相关 信息系统有各种不同的应用类型 例如 事务处理系统也 。 。 , 称电子数据处理系统 它的特点是数据处理的计算机化 目的是提高 , , 22 信息系统与社会数据处理能力 管理信息系统是为实现系统的整体管理目标 对各类 。 , 管理信息进行系统 综合处理 并辅助各级管理人员进行管理决策的 、 , 信息处理系统 管理信息系统与事务处理系统的一个重要的不同点 。 华 是管理信息系统具有为管理人员的分析 判断和决策提供信息的能 、 力 决策支持系统是辅助决策者通过数据 模型和知识 以人机交互 。 、 , 方式进行决策的计算机应用系统 它是管理信息系统向更高一级的 。 东 发展和深化 它为决策者提供分析问题 建立模型 模拟决策过程和 。 、 、 方案的环境 调用各种信息资源和分析工具 帮助决策者提高决策水 , , 平和质量 。 师 作业练习 范1. 以表1.6中的一个信息系统为例 列举该信息系统中信息的采集和输 , 入 传输 存储 处理 输出和利用的内容与方式 并尝试分析某一个功能的组 、 、 、 、 , 成要素 。 2. 为了实现图1.13中显示的某路公交车到站的准点率信息 请分析系 大 , 统需要获取哪些数据 并对获取的数据做怎样的处理 提示 准点率 的计 , 。( :“ ” 算方式为 在过去的一段时间内 如一个月中 该路公交车实际到站时间与 : ( ), 预计到站时间相一致的班次数量与班次总数量的比率 。) 学 出 版 图1.13 公交查询结果示意图 社 第一章 信息社会与信息系统 23第三节 信息系统与外部世界的连接 对物理世界各种数据的采集 是信息系统处理信息和给出决策的 , 华 重要基础 早期 外部世界的信息大多是人工采集后输入信息系统 。 , 的 继计算机 互联网与移动通信网的应用之后 感测技术快速发展 。 、 , , 信息从早期的人工生成的单一方式转变为人工生成和自动生成相结 东 合的方式 以传感器和智能识别终端为代表的信息自动采集设备可 。 以实时准确地完成对物理世界的感知和监测 物理世界的联网需求 。 和信息世界的扩展需求催生出了一类新型网络 物联网 物联网 ——— 。 师 的核心在于物与物之间广泛而普遍的互联 这一概念已经超越了传统 , 互联网的应用范畴 是互联网的扩展和延伸 , 。 范 体 验 思 考 如今 信息技术设备已经被深植于电网 公路 桥梁 海 , 、 、 、 大 洋 隧道 建筑 供水系统 油气管道 货物 商品等各种各样的 、 、 、 、 、 、 物理实物和基础设施中 它就像一个个触角 不断延伸和扩展 , , 到城市的各个角落 为我们的智能应用提供最坚实的数据基 , 础 如图1.14所示 例如 电子警察 能实时监控道路上的 学 , 。 ,“ ” 车辆行驶情况并记录违反交通规则车辆的车牌号码 智能安 ; 防系统可以实时监控非法闯入 火灾 煤气泄漏 紧急呼救的 、 、 、 发生并在出现警情时发出报警信息 智能路灯系统能实时监 ; 出图1.14 智慧城市的触角 控各个路灯的工作状态 并根据车流量 时间 天气状况等设 , 、 、 定方案提供自动调节亮度 远程照明控制 灯具线缆防盗等 、 、 功能 。 思考： 我们的智能系统为什么能做到“实时”监控发生在城市 版 各个角落的事件? 每一个“实 时监控”行为背后是靠什么信息技术来支撑的? 这些数据为什么能快速传送至各个不同的智能 应用系统? 社 一、 物联网 传感器作为连接物理世界与数字世界的重要媒介 如今 已经渗 , , 透到人们的日常生活之中 当我们走到门口时 门会自动打开 电热 。 , ; 水壶会在水烧开后自动断电 空调会根据室内环境状况自动调整工作 ; 模式 智能手环能监测每天行走的步数和睡眠质量 智能安防系统能 ; ; 24 信息系统与社会监测燃气泄漏并报警 这一切都依赖于各种各样的传感器 此外 …… 。 , 传感器也广泛应用于工业 农业 医疗卫生 军事国防 环境保护等领 、 、 、 、 域 大大提高了人类认识世界和改造世界的能力 , 。 华 探 究 活 动 东 电子不停车收费系统 electronic toll collection ( , ETC是一种用于道路 大桥和隧道的电子收费系统 ) 、 如图1.15所示 它的最大特点是不停车收费 即车 ( )。 , 辆无须在收费站前师停车交费就可以通过收费口 使通 , 行收费走向自动化管理 。 1. 请通过查阅资料等方式 了解 ETC通道为什 , 么能提供 不停车收费 的功能 “ ” 范。 2. 结合已经学习的信息技术和信息系统的知识 , 探究为实现 不停车收费 的功能 需要采集哪些信息 “ ” , 图1.15 ETC通道不停车收费 及如何采集 。 大 系统是智能交通系统领域中的一个重要组成部分 由于 ETC 。 系统具有缓学解收费站前交通堵塞 节省出行人员时间 杜绝收费 ETC 、 、 票款流失 减少停车时废气排放对城市环境的污染等优点 世界上许 、 , 多国家都把它作为智能交通系统领域最先投入应用的系统来开发 。 系统是如何从外部世出界感知 车 这个 物 的到来 并实现不停 ETC “ ” “ ” , 车收费的呢 ? 1. 初识物联网 版 物联网 从字面上理解即 物物相联 这里的 物 既可以是各种 , “ ”。 “ ” 计算设备 也可以是我们身边一切能与网络相联的 社 , 物品和人 例如 身上的衣服 戴着的手表 家里的 。 , 、 、 电器或者房屋本身 只要能与网络相联 就都是物联 , , 网中的 物 “ ”。 在 系统中 车 能够被识别 被监控 是因 ETC ,“ ” 、 , 为它通过某种技术被联入 系统 系统主 ETC 。ETC 要由车辆自动识别系统 中心管理系统和其他辅助 、 设施等组成 如图116所示 图1.16 ETC系统结构示意图 , . 。 第一章 信息社会与信息系统 25图116中的车辆识别系统中 主要采用 技术在车辆和收 . , RFID 费站点间建立连接 车载 装置存有车辆的识别信息 一般安装 。 ETC , 在车辆前面的挡风玻璃上 微波通信天线和阅读器安装在收费站处 , 。 华 知 识 延 伸 RFID 东 RFID是radio frequency identification的缩写 即射频识别 RFID技术是一种无线通信技术 最基本 , 。 , 的RFID系统由标签 阅读器和天线三部分组成 其工作原理如下 首先 阅读器通过天线发出电磁波 标 、 。 : , ; 签接收到信号后 发射内部存储的标识信息 阅读器再通过天线接收并识别标签发回的信息 最后 阅读器 , ; ; , 将识别结果发送给主机 师 。 范以车辆驶出高速公路为例 当车辆进入收费站的 车 , ETC 道时 安装在车辆上的车载 装置和安装在收费站的阅读 , ETC 器之间通过天线进行无线通信和信息交换 并将结果发送到 , 中心管大理系统中 中心管理系统获取车辆识别信息 如车牌 。 ( 号 车型等 数据后 和数据库中存储的数据进行比较 并根据 、 ) , , 图1.17 车载ETC装置 比较结果给予不同的处理 如果当前车辆的车牌号和装置内 : 信息不一致 则不能放行通过 如果一致 则系统读取插在车 学 , ; , 载装置读卡口内的 卡 专用的储值卡 中的数据 如图117所示 ETC ( ) ( . ), 并从中扣除此次应交的过路费 若是 卡余额不足 也不能放行 若 。 ETC , ; 是扣款成功 则系统发出让自动道闸 抬杆 的命令 最终实现无须停车 , 出“ ” , 即可自动收取道路通行费用的功能 其工作流程如图118所示 。 . 。 版 社 图1.18 ETC系统工作流程 26 信息系统与社会2. 什么是物联网 华 自计算机问世以来 计算技术得到了长足的发展 起初 人们解 , 。 , 决的主要问题是让人和计算机 对话 即由人输入指令 计算机执行 “ ”, , 指令完成任务 。 东 计算机大规模普及之后 人们又开始考虑让计算机和计算机 对 , “ 话 让处在不同地点的计算机可以协同工作 计算机网络由此应运而 ”, , 生 互联网的飞速发展 尤其是移动通信技术的发展 使得以智能手 。 , , 师机为代表的移动终端设备摆脱了电缆的束缚 以此为基础融合了多 。 种多样的互联网应用服务的移动互联网进一步改变了人们的生活方 式 实现了世界范围内人与计算机 计算机与计算机的互联互通 构建 , 、 , 了范一个以人和计算机为基础的虚拟数字世界 。 移动通信技术的发展为物联网时代的到来奠 定了良好的通信基础 人们开始尝试与整个物理 , 世界对话 由此物联网出现了 如果我们将联网 大 , 。 终端从计算机拓展到 物 物体 环境等 那么 “ ”——— 、 , 整个物理世界都可以在数字世界中得到反映 如 , 图119所示 学 . 。 2005年11月 在突尼斯举行的信息社会世 , 界峰会上 国际电信联盟 发布了 互联 图1.19 物联网中的 物 , (ITU) 《ITU “ ” 网报告2005 物联网 正式提出了物联网的概 出: 》, 念 报告指出 无处不在的 物联网 通信时代即 。 , “ ” 将到来 世界上所有的物体从轮胎到牙刷 从房屋到纸巾 都可以通过 , 、 , 互联网主动进行数据交换 该报告对物联网改变社会运转方式和人 。 版 类生活远景进行了展望 根据 的描述 在物联网时代 通过在各 。 ITU , , 种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器 人类在数字世界 , 里将获得一个新的沟通维度 从任何时间 任何地点的人与人之间的 , 、 社 沟通连接 扩展到人与物 物与物之间的沟通连接 , 、 。 因为物联网的理论体系还没有完全建立 不同领域的研究者对物 , 联网的思考所基于的视角不同 因此物联网还没有一个精确且公认的 , 定义 目前采用比较多的 物联网 的定义是 通过 红外感应 。 “ ” : RFID、 器 全球定位系统 激光扫描器等信息传感设备 按约定的协议 把任 、 、 , , 何物品与互联网连接起来 进行信息交换和通信 以实现智能化识别 , , 、 定位 跟踪 监控和管理的一种网络 通俗地说 通过装在物体上的传 、 、 。 , 感器 电子标签和全球定位等设备 既可以实现人与物体的沟通和对 、 , 第一章 信息社会与信息系统 27话 也可以实现物体与物体之间的沟通与对话 , 。 3. 物联网的基本架构 华 物联网形式多样 技术复杂 牵扯面广 一个完整的物联网系统 、 、 。 由前端的信息生成 中间的传输网络以及后端的应用平台构成 从技 、 。 东 术实现上来看 物联网可以分为三层 感知层 网络层和应用层 如图 , : 、 , 120所示 . 。 师 范 大 学 出 版 社 图1.20 物联网的基本架构 感知层相当于人的感觉器官 主要实现物理世界信息的采集 自动 , 、 识别和智能控制 由扫码设备 摄像头 定位系统 各种传感器和 , 、RFID、 、 、 传感网等组成 网络层相当于人的神经系统 主要实现感知层数据和 。 , 控制信息的双向传递 由各种有线和无线网络 网络管理系统等组成 , 、 。 应用层是物联网和用户 包括人 组织和其他系统 的接口 它与行业需 ( 、 ) , 求结合 实现物联网的智能应用 由提供应用服务的硬件和软件组成 , , 。 28 信息系统与社会正是有了更广泛的互联互通 物联网的感知才更透彻 更具洞察 , 、 力 物联网有了更透彻的感知 才会有更综合 更深入的智能 例如 。 , 、 。 , 将温度传感器应用于森林防火 如何从传感器连续不断的 枯燥乏味 , 、 华 的温度测量值中发现潜在的火灾危险呢 我们可以测量温度大于某 ? 个值是发生火灾的标志 从而设定一个温度的预警值 这是最简单的 , , 算法 再进一步 我们可以利用多个传感器协同感知 避免单个传感器 ; , , 东 故障造成的失误 提高火灾检测的可靠性 更进一步 我们可以利用烟 , ; , 雾传感器 湿度传感器 风速风向传感器和温度传感器协同感知 利用 、 、 , 多维感知的数据判断森林火灾发生的条件 获得火灾预警信息 从而 , , 师减少灾害的发生 如果能从长期的温度数据中挖掘模型 从湿度 风 ; , 、 向 风速等看似不相关的气象事件中挖掘规律 这将是智能更好的 、 , 体现 。 范物联网为我们展示了生活中任何物体都可能变得 有生命 的智 “ ” 能图景 当司机出现操作失误时 汽车会自动报警 公文包会 提醒 : , ; “ ” 主人忘了带什么东西 衣服会 告诉 洗衣机是否容易褪色和对水温的 ; “ ” 要求 等等 到了物联网时代 每一个物体均可寻址 每一个物体均可 大 , 。 , , 通信 每一个物体均可控制 从而实现万物互联互通的目标 在我国 , , 。 , 发展物联网已经成为国家发展战略 并且初步明确了未来的发展方向 , 和重点领域 。 学 分 析 归 纳 出 讨论智能公交系统中的信息查询系统是怎样与外部世界连接的 根据你对物联网的理解 说说智能 。 , 公交系统是不是基于物联网的应用 为什么 , ? 版 二、 物联网的应用 社 信息采集形式的多样化是物联网区别于其他网络的重要特 征 感测技术也是各物联网应用系统与外部世界连接的重要技术 , , 它就像无处不在的 触手 为信息系统的应用和发展提供支持 “ ”, 。 物联网可以广泛应用于社会发展的各个领域 引发和带动生产力 , 、 生产方式和生活方式的深刻变革 成为信息社会的关键基础和重 , 要引擎 。 第一章 信息社会与信息系统 29探 究 活 动 大家对图1.21所示的场景应该非常熟悉 在大多数住宅小区 华 , 的出入口处 都配置了对车辆进行管理的设施 实现对小区车辆 , , 的安全 规范管理 其中 有些小区的车辆出入管理还处于人工 、 。 , 操作阶段 而更多的小区出入已经实现全自动化或半自动化的管 , 理了 例如 车东辆入场时 可以自动识别车牌号码 车辆出场时 。 , , ; , 可以通过扫码付费 。 1. 请找到一个实现车辆出入自动化管理的场所 观察并记录 , 在出入口处有哪些设备 推测它们在系统中的作用 ,师 。 2. 观察车辆进出时 道闸的抬杆什么时候升起来 什么时候 图1.21 小区车辆出入口 , 、 落下去 请推测系统是如何实现对抬杆的自动控制的 , 。 范 小区车辆出入管理系统是小区车辆管理系统的一个子系统 具有 , 车辆入场管理 出场管理 收费管理等功能 由计算机 执行装置 采集 、 、 , 、 、 设备以及其他基础设备组成 完成对小区出入车辆的自动识别和放行 大, 以及自动 或人工 收费等功能 ( ) 。 1. 物联网应用案例分析 学 图122详细地呈现了与小区车辆出入管理系统相关的出入口处 . 的设备 下面 我们重点探讨小区车辆出入管理系统中 感知层 的工 。 , “ ” 出 作过程和让道闸升 落的控制机制 、 。 版 社 图1.22 小区车辆出入口的设备示意图 30 信息系统与社会（1） 小区出入口处的设备及作用 物联网感知层属于信息系统与物理世界相连的技术层 主要实现 , 对物理世界信息的采集和自动识别 从图122中我们可以看出入场 华 。 . 区域的物理装置有 2个地感线圈 1个自动道闸和1台摄像机 出场 : 、 ; 区域的物理装置和进场区域的完全一致 其中地感线圈和摄像机属 。 于信息采集设备 。 东 地感线圈是一种埋在地面下 可以感应振荡频率变化的装置 肉 、 , 眼并不可见 它是地感线圈车辆检测器的组成部分 需要和车辆检 。 , 测器协同工作才能完成对车辆的检测 当有大的金属物 如车辆 。 ( 师等 通过或停在地感线圈的感应区域时 地感线圈的振荡频率会发 ) , 生变化 车辆检测器检测到这一变化并发出 有车 的信号 同样当 , “ ” , 车辆离开时地感线圈车辆检测器也会发出 无车 的信号 摄像机 “ ” 。 是范用来摄录出入口处的画面 道闸是专门用于道路上限制机动车 。 行驶的通道出入口管理设备 它升起时允许车辆通行 落下后可以 , , 阻挡车辆的通行 。 以上这些设备中 地感线圈随时可以接收感应区域内的变化 大 , 信息 而摄像机和道闸本身不具备信息感应能力 摄像机是一直 , 。 工作的 当有车来时 会接收到相关指令 将抓拍的图像送到控制 , , , 中心进行自动识别 道闸在接收到 抬杆 或 落杆 的指令时才会 学; “ ” “ ” 工作 。 因此 在小区车辆出入管理系统中还需要安装控制装置 用于接 , , 收各种检测信号 与计算机进行数据交换 接收计算机发出的控制命 , 出, 令 实现对某个或某些设备的控制 , 。 （2） 车辆出入的工作流程及控制机制 出入小区的车辆 既有这个小区内的固定 , 版 用户车辆也有外来的临时用户车辆 我们以车 。 辆入场为例 绘制的系统局部硬件结构如图 , 123所示 . 。 社 车辆入场 ① 首先 当车辆通过地感线圈1时 对应的车 , , 辆检测器会将 有车 信号传送给入口控制器 “ ” , 控制器接收到车辆到来的信号后 向相关设备 图1.23 小区车辆入场管理的硬件结构示意图 , 发出指令 识别系统开始工作 接下来 入口摄 , 。 , 像机接到指令 将抓拍的车辆图像传输给计算 , 机 计算机对图像进行识别处理 获得车辆颜色 车牌号码等数据 然 , , 、 。 第一章 信息社会与信息系统 31后 将这些数据与数据库中存储的数据进行比对 如果查找到一致的 , , 数据 说明该车辆是固定用户车辆 如果没有查找到 则说明该车辆是 , ; , 临时用户车辆 需要将这些数据与计算机当前的系统时间 作为入场 , ( 华 时间 存入数据库 最后 控制器控制道闸抬杆 允许车辆通过 当车 ) 。 , , , 辆驶离地感线圈2时 对应的车辆检测器将 无车 信号传送给控制 , “ ” 器 控制器检测到该信号后控制道闸落杆 , 。 东 从车辆入场的工作流程可以看出 车辆入场的一系列工作是从感 , 知车辆到来开始的 地感线圈是实现 感知车辆到来 功能的一种装 。 “ ” 置 也可以由具备这一功能的其他装置或设备替代 , 。 师 车辆出场 ② 车辆出场和入场的工作流程基本一致 所不同的地方在于 如果 , : 是临时用户车辆 需要计算收费金额 完成收费后控制道闸抬杆允许 , , 车辆离范开 车辆出场的工作流程见图124 。 . 。 大 学 出 图1.24 车辆出场工作流程 版 体 验 思 考 社 在图1.22的出入口处 分别有一个顶为蓝色 底座为红色的设备即阅读器 在阅读器的旁边竖立着一 , 、 , 根天线 这说明小区的出入管理系统中还采用了什么技术 它们在这里的作用是什么 。 ? ? （3） 小区车辆出入管理系统与外部系统的连接 小区车辆出入管理系统可以通过网络与小区智能停车管理系统 连接 其系统架构如图125所示 这样不仅能实现车辆出入的自动 , . 。 32 信息系统与社会化管理 还可以实现空余停车位置提示 防盗报警等功能 该系统通 , 、 。 过网络再与整个城市的智能交通系统连接 形成一个更大范围的物联 , 网系统 这意味着 车里装了车载标签以后 小区内外所有安装了射 。 , , 华 频识别装置的地方 都可以轻松获得车辆的信息 再结合定位设备 就 , , , 可以完成对车辆的识别 定位 跟踪和监控 车辆这个物体也因此变得 、 、 , 有生命 “ ”。 东 师 范 图1.25大小区车辆出入管理系统架构 2. 物联网的应用领域 学 物联网在工业领域 可以应用于供应链管理 生产过程工艺优化 , 、 、 设备监控管理以及能耗控制等各个环节 推动工业生产转型升级 物 出, 。 联网应用于农业将形成一种全新的农业生产方式 实现农业生产全过 , 程的信息感知 精准管理和智能控制 物联网应用于零售 物流 金融 、 。 、 、 等服务业 将大大促进服务产品 服务模式的创新 物联网在电网 交 , 、版。 、 通 公共安全 气象 环境保护等国家基础设施领域的应用 将有力推 、 、 、 , 动基础设施的智能化升级 实现能源 资源 环境的科学利用和科学管 , 、 、 理 物联网应用于教育 医疗卫生 生活家居 旅游等社会生活领域 。 、 、 、 , 社 可扩展服务范围 创新服务形式 提升服务水平 推进基本公共服务 , , , 的均等化 不断提高人民的生活质量 物联网应用于国防和战争中 , 。 的监视 侦查 定位 计算 指挥等方面 将有效提升国防与军事实 、 、 、 、 , 力 下面就结合农业 医疗 环境监测等领域 展示物联网的具体 。 、 、 , 应用 。 第一章 信息社会与信息系统 33（1） 物联网应用于农业 物联网应用于农业 可以全面感知和采集大田种植 设施园艺 畜 , 、 、 禽养殖 水产养殖 农产品物流等领域的现场信息 利用无线传感器网 、 、 , 华 络 互联网等多种信息传输通道实现农业生产信息多途径的可靠传 、 输 并将获取的海量信息进行融合 处理后 通过智能化操作终端实现 , 、 , 农业生产过程的最优化控制 智能化管理和农产品流通环节的电子化 、 东 交易 系统化物流 质量安全追溯等目标 、 、 。 图126呈现了基于物联网的大棚自动灌溉系统 在感知层 通 . 。 , 过在棚内设置土壤温度传感器 土壤水分传感器 空气温湿度传感器 、 、 、 师叶面湿度传感器等来获取棚内环境的温湿度数据信息 在网络层 利 ; , 用互联网 移动通信网 局域网等来实现对感知层采集数据信息的传 、 、 输 把数据安全稳定地传输至应用层 在应用层 主要是实现监测作物 , ; , 生长 给范出决策指令等功能 具体工作流程为 将传感器采集到的空 、 。 : 气温湿度 土壤温度 土壤水分等数据 传输到中央处理中心 由处理 、 、 , , 中心对采集的数据进行分析 当采集的参数值超出设定的阈值范围 , 时 通过人工调节或自动调节模式输出控制信号给相应的控制装置来 大 , 调节大棚内空气或土壤的湿度 若棚内空气湿度高于阈值 可以采用 。 , 通风的方式来去除空气中多余的水分 也可以采用一定的吸附材料来 , 降低空气的湿度 若土壤或叶面湿度低于阈值 可以根据采集的数值 ; 学 , 计算出土壤用水的灌溉量或叶面用水的喷洒量 最终实现自动灌溉的 , 功能 。 出 版 社 图1.26 物联网应用于自动灌溉系统示意图 34 信息系统与社会（2） 物联网应用于医疗 基于物联网技术发展起来的智能医疗 可以实现医务人员 医疗 , 、 机构 医疗设备等与患者之间的互动 、 。 华 例如 物联网在药品监管方面的应用主要有追溯药品生产信息与 , 流通信息 预防假药和避免错误用药等 通过将 标签附在药品 、 , RFID 包装上 可以实现对药品的监管防伪和全方面追踪 , 。 东 另外 还可以将物联网应用于电子病例的建设和使用上 电子病 , 。 例包括采集 存储 处理和智能化服务等功能 可以将患者的身份信 、 、 。 息 在各医院的门诊和住院治疗信息 各种检测信息 如心电图 超声波 、 、 ( 、 、 师等 收集起来 存储在个人电子病例卡中 就诊时 只需带一张卡就 CT ) , 。 , 可以让医生了解患者的所有病史 从而快速完成诊断并给出治疗方案 , 。 此外 在远程监护方面 通过物联网将被监护端 监护端和远程专 , , 、 家范端相互连接起来 采用无线传感技术 监测被监护对象的生理状态 , , 和行为 当监护人通过各种智能终端发现被监护人发生意外状况时 。 , 可及时联系远程专家 远程专家可通过各种生理信息传感器 摄像 。 、 头 麦克风等设备直接检查 了解被监护人的情况 及时做出处理 大 、 、 , 。 （3） 物联网应用于环境监测 环境监测是提出最早 应用最深的物联网应用之一 在传感器出 、 。 现以前 传统的环境监测模式以人工为主 受测量手段 采样频率 取 , 学 , 、 、 样数量 分析效率 数据处理等诸多方面的 、 、 限制 不能及时地反映环境变化 预测变化 , , 趋势 更不能根据监测结果及时发布应急措 出, 施 进入21世纪 以传感器和传感网为代 。 , 表的自主监测方式逐渐发展起来 已应用于 , 污染监测 海洋环境监测 森林生态监测 火 、 、 、 版 山活动监测等重要领域 大量低成本的小 。 型无线传感器部署在被监控的区域 使长 , 期 连续 大规模 实时的环境监测变为 、 、 、 可能 社 。 以上海为例 大气环境自动监测系统通 , 过对大气环境中的二氧化硫 氮氧化合物 、 、 一氧化碳等进行实时监测 将采集的数据及 , 时传输到监控中心 由监控中心实现对环境 , 的自动监测 并及时将监测结果呈现出来 , , 也方便我们在各种终端设备上查询 如 , 图127所示 水质监测信息系统在饮用水 图1.27 空气质量监测系统 . ; 第一章 信息社会与信息系统 35水源监测站附近部署各种感知设备 监测水域的浑浊度 总悬移质泥 , 、 沙含量 等参数 并将数据汇聚至监测中心 实现对水源地水质及 、pH , , 水污染的监测 通过对大量监测数据的分析和处理 还可以预测未来 。 , 华 的发展趋势 为有关部门对大气环境或水质选择合适的治理措施提供 , 依据 。 东 作业练习 1. 物联网信息系统是通过哪个层与外部连接的 它有哪些代表设备 , ? 师 2. 在图1.22中 小区出入口处各有两个地感线圈 它们分别起什么作 , , 用 地感线圈车辆检测器能否用来检测车辆的行驶速度 如果能 请列出计 ? ? , 算方法 。 3. 通过实地调查和查阅资料 了解无人便利店的购物过程 请分析这 范 , 。 个无人便利店是否算物联网系统 为什么 。 ? 4. 物联网的发展前景非常广泛 请结合你熟悉的领域展望一下物联网 , 还可以有哪些应用 。 大 学 出 版 社 36 信息系统与社会华 东 师 范 第 二 章 大 学 分析信息系统 出 版 本章学习目标 社 理解计算机 移动终端在信息系统中的作用 描述计算机和移动终端的 ◉ 、 , 基本工作原理 。 理解计算机网络在信息系统中的作用 通过组建小型无线网络 了解常 ◉ , , 见网络设备的功能 知道接入方式 带宽等因素对信息系统的影响 , 、 。 理解软件在信息系统中的作用 借助软件工具与平台开发网络应用 ◉ , 软件 。作为信息时代的公民 我们的生活 学习 工作与信息系统的使用息息相关 因此 我们需 , 、 、 。 , 要更加深入地了解信息系统的内部结构 理解其中各类计算机 移动终端 网络设备等硬件部 , 、 、 分以及软件部分的关键作用和工作原理 并能够开展相关的实践探索 了解信息系统实施的关 华 , , 键环节 认识信息系统如何通过数据加工实现其核心功能 如此 我们方能在未来多样的应用 , 。 , 场景中更加主动 自如地使用信息系统 并为信息系统的建设提出自己的设想和建议 、 , 。 智能停车管东理系统是信息系统改变传统管理模式的一个实例 我们将通过它 了解各类 。 , 硬件与软件在系统管理停车事务中的作用 分析它们各自的工作原理 并通过实践 体会相关 , , , 技术的实际应用 。 师 范 本章知识结构 大 学 出 版 社 38 信息系统与社会项目主题 探秘智能停车系统 华 项·目·情·境 又是一个假期到来 晓君一家开车来到商场 在停车库的门口 眼尖的晓君发 , 。 , 东 现显示屏上提示B1层已经满了 但B2层还有不少空位 入口处自动拍照 自动抬 , 。 、 杆 爸爸直接将车开到B2层 并在场内引导屏幕的信息引导下 很快就停好了车 , , , 。 购物结束后 妈妈拿出手机扫描停车场的二维码 就可以在手机上查看停车费用并 , , 直接通过手机付款 离开停车场时 出口处闸杆自动打开放行 师 。 , 。 回家路上 妈妈说 智能停车场真便捷 还记得我们上次去的那个临时停车场 , :“ , 吗 人工管理的 不是很方便 对啊 进场的速度不够快 那天我看到后面要进场 ? , 。”“ , , 的车都排成了长队 我们找空位也找了好久 晓君说道 上次爸爸没记住停车位 , 。” ,“ 范 置 那个停车场没法查询 只能一圈圈地找 是的 爸爸也插话道 你妈妈还花了 , , 。”“ 。” ,“ 好长时间来找零钱付停车费 的确是不太方便 晓君啊 你给我们说说看 智能停 , 。 , , 车场到底有哪些软件硬件在一起工作 又是怎么实现那些便捷功能的呢 , ?” 如果你大是晓君 能否分析一下智能停车系统是如何工作的 , ? 学 项·目·任·务 任务1 任务2 任务3 出 调查计算机、移动 调查智能停车系 探究智能停车系 终端在智能停车系统 统中的输入输出方式。 统中的网络构成与接 中的应用与作用。 版入方式。 任务4 任务5 社 使用数据库数据 开发网络应用软 访问基本操作模拟智 件 模拟智能停车的主 , 能停车系统中的数据 要管理功能 。 存取 。 第二章 分析信息系统 39第一节 信息系统中的计算机 计算机在各类信息系统中发挥着极其重要的作用 计算机的硬 。 华 件和软件应用于信息系统中数据处理的各个环节 实现了信息系统对 , 数据的管理与利用 信息系统中常见的计算机有台式计算机 各类查 。 、 询终端 以及专用于数据处理与存储的服务器等 随着各类移动终端 , 。 东 的处理能力和网络互联能力的增加 平板电脑 智能手机等设 , (PAD)、 备在信息系统中的使用也日渐广泛 。 师 体 验 思 考 信息系统中 有着众多功能不同的计算机 以智能停车系统为例 管理员通常使用台式计算机 而停 , 。 , , 车用户通常使用查询终端和缴费终范端等 这些计算机或接受用户的输入 或自动采集外部数据 或将查询 。 , , 结果返回给用户 同样 我们也可以利用各种移动终端 通过移动互联网来使用信息系统的功能 。 , , 。 思考： 在以智能停车系统为代表的信息系统中,计算机起着什么样的作用? 计算机的基本 结构与工作原理是怎样的? 移动终端的内部结构和功能作用又有着哪些特点? 大 一、 信息系统中计算机的作用 学 计算机的出现 改变了人们处理信息的方式 原先众多依靠人工 , 。 处理的信息 转而由计算机实行自动化处理 信息系统的广泛应用 , 出。 , 正是得益于计算机及相关技术的发展 各类计算机在信息系统中协同 , 工作 提高了加工与利用数据的效率 , 。 版 探 究 活 动 时至今日 在城市中我们或许还能够看到一些停车场采用人工管理的方式 即车辆的进出信息记录 , ,社、 费用计算等操作都由人工完成 同时 你也一定发现 身边越来越多的停车场完成了智能化的改造 使用 。 , , , 智能停车系统实施自动化管理 在此类停车场中 车辆的进出管理采用了类似图 1.22所示的小区车辆出 。 , 入管理方式 停车场内部的管理由图2.1所示的设备共同完成 ; 。 请在闲暇时间走访附近的智能停车场 观察系统中包括计算机在内的主要硬件设备的使用情况并了 , 解系统的工作方式 。 结合实地考察经验和图2.1所示信息 完成以下任务 , : 1. 尝试找出智能停车系统中你认为属于计算机的设备 。 40 信息系统与社会华 东 师 范 图2.1 智能停车场内部设备示意图 大 2. 以车辆入场 停入车位 智能寻车三个典型场景的工作过程为例 比较人工管理与信息系统管理停 、 、 , 车场之间的差异 并列举信息系统管理过程中所使用的计算机 将比较的结果填入表2.1 , 。 。 学 表2.1 人工管理和智能停车信息系统管理的比较 场景 人工管理 信息系统管理 信息系统中使用的计算机 出 人工识别车牌号码; 拍照后自动识别车牌号码; 嵌入式计算机(位于入口拍摄识 车辆入场 手工记录车牌号码与入场 车牌号码和停车时间由中心 别设备中); 时间 服务器保存 中心服务器 停入车位 版 智能寻车 社 在信息系统的各种应用场景中 计算机以其多样化的功能发挥着 , 重要的作用 例如 计算机有计算功能 可以进行数据加工运算 计算 。 , , ; 机有存储功能 可以实现数据的保存和访问 计算机有输入输出功能 , ; , 可以通过人机界面或输入输出接口与外界进行数据交换 在智能停 。 车系统中 下面以 车辆入场 停入车位 和 智能寻车 三个场景的工 , “ ”“ ” “ ” 作过程为例 介绍计算机在信息系统中的具体作用 , 。 智能停车系统的入场管理与小区入口车辆管理的方式类似 当 。 第二章 分析信息系统 41车辆驶入停车场时 入口处拍摄识别设备中的嵌入式计算机将拍摄的 , 图像转换成车牌号码等文字信息 与入场时间一并由中心服务器存 , 储 当驾驶员将车停至车位后 车位视频服务器处理来自车位相机的 。 , 华 拍摄数据 识别车牌号码 完成后 将对应的停车位置 车位号 传送 , 。 , ( ) 至中心服务器保存 如图22所示 , . 。 东 师 范 大 图2.2 入场停车管理示意图 学 知 识 延 伸 嵌入式计算机及其在车牌识别中的应用 出 嵌入式系统 是一种嵌入机械或电气系统内部的计算机系统 它具有专一功能和实时计算性能 其中 , , 。 的计算机也被称作 嵌入式计算机 此类计算机主要针对专门的功能而设计 通常体积小巧 功耗较低 “ ”。 , 、 。 在智能停车系统中 车牌号码识别系统就是一个嵌入式系统 拍摄识别设备的内部集成了嵌入式计算机 , 。 版 , 专用于车牌号码图像的文字识别转换 如图2.3所示 , 。 社 图2.3 车牌号码拍摄识别设备 左 与某嵌入式计算机 右 示意图 ( ) ( ) 42 信息系统与社会在智能寻车过程中 自助查询机接受 , 用户输入的车牌号码信息 将其发送至中 , 心服务器执行查询操作 中心服务器检 。 华 索存储的数据 寻找匹配的停车记录 并 , , 计算预计停车费用 最后将结果返回给自 , 助查询机并显示 如图24所示 , . 。 图2.4 智能东寻车示意图 在上述三个过程中 入口拍摄识别设 , 备中的嵌入式计算机 车位视频服务器是 、 专门针对图像和视频处理设计的专用计算机 负责控制数据采集过程 , 师并将采集的数据进行预处理 中心服务器是性能较高的计算机 负责 ; , 系统核心数据的集中存储访问和计算加工 自助查询机则是一种计算 ; 机终端 其外形设计 输入输出设备配置都符合用户查询操作的需要 , 、 , 可范以便捷地完成和用户的交互工作 实际上 信息系统所具有的输 。 , 入 传输 存储 处理与输出功能 常常依赖于各种不同计算机的参与 、 、 、 , , 这些计算机在系统中发挥着多元的作用 。 现今的信息系统中 移动终端的使用非常广泛 例如 在智能停 大 , 。 , 车系统中 驾驶员可以直接使用自己的智能手机查询停车信息 实现 , , 智能寻车功能 此时 移动终端替代了寻车查询终端 两者在完成信 。 , 。 息系统这一功能时 是可以相互替代的 而且 由于移动终端不受距 学, 。 , 离和空间限制 在便利性上有一定的优势 , 。 在另一些场景中 移动终端还有着独特的作用 例如 在智能停 , 。 , 车场的 自助缴费 过程中 自助缴费机获取车辆的信息并显示支付二 “ ” 出, 维码 用户使用自己的移动终端扫描二维码 完成身份认证后确认支 , , 付 目前 很多停车场已经不再设置自助缴费机 用户可以使用移动 。 , , 终端直接查询并支付停车费用 在这样的支付过程中 移动终端起着 。 , 版 重要的作用 通常不能被普通计算机终端所替代 , 。 虽然移动终端的应用越来越广泛 但并非在所有的场景中都 , 适用 例如 在智能停车场的管理监控环节 管理处的终端负责停 。 , , 社 车统计 整体运行状况监控等工作 需要多任务同时 稳定及不间 、 , 、 断地运行 普通计算机终端常配有稳定的有线网络和电源供应 。 , 且操作系统能更好地支持多任务 因此更加适合此类应用场景的 , 需要 。 第二章 分析信息系统 43作业练习 选取身边的一个信息系统 例如学校的智能校园系统或图书馆信息系统 华 , 等 了解普通计算机终端和移动终端在其中的作用 请为该信息系统中各种 , 。 终端的使用和优化提出你的建议 。 东 二、 计算机的工作原理 师 对于一台计算机而言 硬件部分和软件部分相互配合 才能实现 , , 计算 存储 输入 输出等功能 计算机的硬件部分由我们熟悉的中央 、 、 、 。 处理器 存储器 显示器 键盘等构成 软件部分则由程序和相关文档 范、 、 、 ; 构成 计算机的工作原理是怎样的 我们从分析计算机的基本结构 。 ? 和程序的执行过程出发 探寻其强大的数据处理功能是如何实现的 , 。 大 1. 计算机的基本结构 计算机经过了几十年的发展 从最初的体积庞大 低效率 到今天 , 、 , 学 的小型化 高效率 虽然在外部形态和性能上发生了很大的变化 但其 、 , , 基本结构却一直延续了下来 。 如图25所示 计算机由运算器 . , 、 出控制器 存储器 输入设备和输出设备 、 、 五大逻辑部件组成 其中 运算器是 。 , 计算机对数据进行加工处理的部件 , 可以完成版二进制数据的各类运算 控 ; 制器负责控制计算机各个部件协调工 作 例如从存储器中读取指令 并控制 , , 图2.5 计算机结构示意图 运算器完成指令社的执行 存储器保存 ; 数据 指令和运算结果 输入与输出设 、 ; 备则是计算机和外部的接口 接收外界数据的输入和将处理的结果输 , 出至外部 。 人们常把存储器 运算器和控制器合称为计算机的主机 而把集 、 。 成了运算器和控制器的大规模集成电路芯片称为中央处理器 即 , 主机也可以说是由中央处理器和存储器构成 而主机以外的设 CPU。 , 备称作外部设备 简称外设 , 。 44 信息系统与社会2. 程序执行过程 华 让计算机执行某个操作的命令 称为指令 指令一般由一串二进 , 。 制代码组成 如0000 0000 0000 0011就是某种 的加法操作指 , CPU 令 根据解决某一问题或完成某一任务的具体步骤 将一条条指令进 。 , 东 行有序的排列 这一指令序列称为程序 当计算机运行一个程序时 , 。 , 实际上就是按照特定的次序 执行其中一条条指令的过程 , 。 当程序开始运行时 其过程实际上是不断地取出指令 对指令译 , 、 师码和执行指令 执行一条指令的第一步是取出指令 计算机首先从存 。 , 储器相应位置取出第一条指令至控制器 第二步是对指令译码 控制 。 , 器识别指令中需要执行的操作以及待运算的数据 第三步是由控制 。 器范据此发送相应命令 在相关存储单元读取必要的数据 最后交由运 , , 算器执行相应的算术运算或逻辑操作 并将结果写入相应的存储单 , 元 至此 一条指令执行完毕 接下来 取出第二条指令 在控制器的 。 , 。 , , 指挥下完成指令对应的操作 如此 依次执行每一条指令 直至整个 大 。 , , 程序运行完毕 。 3. 移动终端的结构与特点 学 移动终端常包括智能手机 支付时使用的 、PAD、 POS(pointof 销售终端 机 车载电脑 可穿戴式智能设备等 其中 和智 sale, ) 、 出、 。 ,PAD 能手机的结构与功能相似 都是具有一定数据处理能力的典型终端 , 。 探 究 活 动 版 1. 通过网络搜索 了解你所使用的PAD的参数 推测对应的硬件组件 并将结果填写在表2.2中 , , , 。 社 表2.2 PAD的参数及对应的硬件组件 参数描述 对应的硬件组件 例: ARM构架,八核,2.1GHz 处理器 第二章 分析信息系统 452. 基于表2.2的内容,进一步比较移动终端和计算机终端在组成部件、软件系统等方面的异同。 分析 两类终端各自适用的场景及使用方式。 华 从硬件配置上看 的硬件组成和普通 ,PAD 计算机相似 而在软件系统和使用方式方面 两 东 。 , 者又有着较大的差异 这些相似和差异 形成了 。 , 以 为代表的移动终端的特点 决定了它们 PAD , 在信息系统中的作用 师 。 移动终端和普通计算机终端有很多相似之 处 在内部结构上 两者主要部件基本一致 移 。 , 。 动终端同样包含处理器 内存 外存 输入输出设 、 、 、 范 备等组件 其工作原理也与普通计算机近似 例 , 。 如 输入输出设备负责和外界的信息交换 指令 , ; 和数据保存在存储器中 由主处理器负责执行 , 大 如图26所示 在日常事务处理中 移动终端 ( . )。 , 和普通计算机终端提供的功能也相近 例如 在 。 , 和计算机上都可以很好地完成浏览网站 PAD 、 在学线购物等日常事务 尽管有这些相同之处 但 。 , 图2.6 移动终端内部结构示意图 两者的差异也是十分显著的 。 （1） 外部形态的差异 移动终出端和普通计算机终端在外部形态上 的差异是十分显著的 如图27所示 移动终端 , . 。 的设计的初衷是为了便携 因此对其外部尺寸 , 、 重量在设计上都有着较高的要求 版 。 （2） 内部组件的差异 图2.7 各类终端示意图 移动终端限于外部尺寸 多采用集成化程 , 度较高或者体积较小的组件 以节约内部空间 社, 。 图28所示为某智能手机的主板 图中用彩色方 . , 框标出的就是处理器与内存 两者集成在一起 ( , 红色 闪存 橙色 和各种控制芯片 )、 ( ) 。 移动终端也有自己独特的硬件组件 例 。 如 移动终端有支持移动通信网络的处理单元 , 、 通信模块等组件 此外 移动终端还有各种各样 ; , 图2.8 某智能手机主板 的传感器组件 如感知地理位置的传感器 识别 , 、 46 信息系统与社会指纹的传感器等 这些独特的硬件组件使移动终端具有更加多样化 。 的功能 关于传感器部分的知识 我们将在下一小节学习 。 , 。 （3） 软件系统的差异 华 一方面 移动终端和普通计算机终端的软件系统不同 彼此之间 , , 互相不兼容 这意味着移动终端无法运行为普通计算机终端设计的 。 各类软件 。 东 另一方面 现今的移动终端操作系统对于多任务的支持比较弱 , , 相对于普通计算机终端的多任务处理能力 还有着较大的差距 , 。 （4） 交互方式的差异 师在输入环节 移动终端多使用触摸屏 用户通过虚拟键盘 手势操 , , 、 作等方式输入信息 借助多种内置传感器 移动终端可以快捷地完成 ; , 地理位置获取 声音采集 图像拍摄 条码扫描等数据采集工作 在输 、 、 、 。 出范环节 除了屏幕显示 移动终端还有提示音 震动等方式 结合信息 , , 、 , 推送手段 与用户的交互更加多元化 , 。 除了以上方面 移动终端和普通台式计算机还在存储能力 能耗 , 、 、 显示器尺寸等多方面有所差异 大 。 学 出 版 社 第二章 分析信息系统 47第二节 信息的输入输出 信息的输入输出过程 是信息系统和外界进行信息交换的过程 , 。 华 通过从外界获得信息 信息系统才有了可以加工的 原料 而加工的 , “ ”; 结果 也必须要通过各种输出手段送达外界 依据不同的应用场景 , 。 , 选择合适的输入输出方式 可以让人们方便地使用信息系统 提高事 , , 东 务处理的效率 。 体 验 思 考 师 在信息系统中 输入输出的方式远比常见的计算机输入输出方式丰富 在信息输入环节 即使是采集 , 。 , 同一种信息 在不同的应用场景中 也可以采用不同的手段 以智能停车系统中车牌信息的采集为例 在 , , 。 , 停车场入口处可以采用拍照结合文范字识别的方式 而在自助查询机上则是让使用者通过触摸屏输入 信 , 。 息输出方式的选择 也同样是依据不同应用场景下的需要而确定的 例如 附近停车位 这样的信息 在 , 。 ,“ ” , 道路上为了便于查看 一般采用大型停车诱导屏显示 而非道路情况下则可以通过使用者的智能手机端查 , , 询显示 。 大 思考： 以智能停车系统为例,信息的输入输出方式有哪些? 实现外部数据的自动采集需要 什么样的组件? 学 一、 常见的输入输出方式 出 我们熟悉的输入输出设备 如键盘 触摸屏等 在信息系统中仍较 , 、 , 为常见 随着相关技术的发展 信息系统中信息的输入输出方式也在 。 , 不断地优化 自动采集 自动控制等手段的普遍应用使得信息系统中 , 、 版 信息的采集与输出变得更加高效 。 探 究 活 动 社 在智能停车系统中 多个环节需要进行信息的输入输出 其中既包含对智能停车系统的主要管理对 , 。 象 车辆的信息采集 也包括智能停车系统与使用者之间的信息交互 在这些环节中 系统采集或输出 ——— , 。 , 了哪些信息 又是采用何种方式进行的 , ? 结合实地探访 分析智能停车系统中信息输入输出环节的主要功能和相应的输入输出方式 并将结果 , , 填写在表2.3中 。 48 信息系统与社会表2.3 智能停车系统中信息的输入输出 输入输出环节 功能 输入输出方式 华 例: 入口处车牌识别 采集车辆号牌信息 拍照后进行文字识别 东 师 在智能停车系统中 信息的输入输出方式多种多样 例如 自助 , 。 , 查询时 是通过人机交互来完成 车辆入场时 则是通过图像识别自动 , ; , 采集车牌信息 自助付费时 又可以通过使用移动终端扫描二维码的 ; , 方范式来获取信息 目前 类似的输入输出方式正广泛应用于各类信息 。 , 系统中 。 1. 输入方大式 个人计算机诞生以来 键盘是最为常用的人工操作输入设备 通 , , 过它可以输入字符学或命令 今日 硬件设备虽然有了较大的变化 但 。 , , 人工输入仍然是信息输入的重要手段 例如 在智能停车系统中 通 。 , , 过自助查询机查询停车位置时 使用者可以利用触摸屏上的虚拟键盘 , 输入车辆号牌信息 出 。 人工智能技术的广泛应用 促进了人工输入方式的变革与发展 , 。 语音识别 手写识别成为常用的输入手段 例如 智能家居中的人工 、 。 , 智能音箱除了作为音响设备 还集成了声音采集装置 可以随时接收 , 版 , 使用者的语音命令 完成信息查询 智能家居控制等一系列功能 在 , 、 。 此过程中 首先利用简单的输入设备 如拾音器 获取声音信息 再通 , ( ) , 过软件的智能算法分析声音并转化成命令 社。 自动采集已成为信息系统中常见 的输入方式 以智能停车系统为例 入 。 , 场车辆的车牌信息虽然可以安排人工 读出 并通过键盘人工输入系统 但效 , , 率不高 而使用图像识别方式自动采集 , 则更加便利 如图29所示 自动采集 , . 。 还可以解决一些人工难以实现的信息 图2.9 人工操作与自动采集的信息输入方式对比 第二章 分析信息系统 49采集工作 例如 为了统计空闲车位数量 必须获取各个车位上是否 。 , , 有车辆停泊的信息 目前采用的车位相机等传感设备 可以自动 实时 , , 、 地完成对整个停车场的信息采集工作 。 华 信息系统为了身份识别的目的 常常需要采集人的生物特征 采 , 。 集生物特征需要使用相应的传感器 以及人的主动配合 例如 在智 , 。 , 能停车系统离场付费阶段 驾驶员借助智能终端提供的指纹识别装 , 东 置 使用自己的指纹完成支付过程 指纹 , 。 识别过程中 相应软件使用传感器提取指 , 纹的特征 与事先存储的特征数据比对 , , 师 以确认使用者的身份 如图210所示 ( . ), 一旦身份确认无误 便可执行支付操作 , 。 图2.10 指纹识别过程示意图 这里的生物特征采集和比对 替代了传统 , 范 的人工输入密码的认证方式 。 2. 输出方式 大 由于人们总是希望通过视觉 听觉等途径方便地 、 获得信息 因此 在信息系统中 常常采用各类显示设 , , , 备 播音设备将信息送达使用者 依据不同的场景需 、 学 。 要 输出设备也有不同的选择 以智能停车系统为 , 。 例 输出设备可以是普通台式计算机 智能手机等通 图2.11 智能停车系统常见输出设备 , 、 用设备 也可以是一些专用设备 如图211所示 , 出, . 。 自动控制也可以用于信息系统中信息的输出 信息系统根据处 。 理的结果 可以直接向执行装置发送控制命令 使其自动执行操作 , , 。 例如 在停车场出口处 信息系统在判断车辆缴费成功后 会发送指令 , , , 版 让出口处道闸抬杆 如图212所示 ( . )。 社 图2.12 智能停车系统道闸工作示意图 总而言之 随着相关信息技术的发展 信息系统整体的智能化 自 , , 、 动化程度不断提高 输入输出的方式日益多样化 一方面 人工操作 , 。 , 的输入环节更加便利 信息的输出更加直观 另一方面 大量信息的输 , ; , 50 信息系统与社会入实现了自动采集 智能识别 输出环节也采用了自动控制过程 减少 、 , , 了人工干预 这些方面的发展 强化了信息系统和外界的交互能力 。 , , 能够将更多的信息纳入信息系统管理的范畴 。 华 3. 移动终端在输入输出中的应用 东 由于智能手机等移动终端的广泛使用以及移动互联网的普及 信息 , 系统的使用者可以使用自己的移动终端设备 随时随地地访问系统 除了 , 。 触摸屏等常规输入输出手段 移动终端还有其独特的信息交互方式 , 。 师例如 通过扫描二维码 移动终端可以获取信息系统中应用 , , 服务的入口 二维码不仅仅可以用于支付 生活中还常见利用 。 , 移动终端扫码方式获得服务这样的场景 如图213所示 二 ( . )。 范维码仿佛是信息系统服务的一扇门 通过二维码扫描 解码 获 , 、 , 得二维码中包含的链接信息 并由此链接自动跳转到相应的移 , 动应用程序或是网页 访问信息系统的服务 , 。 再如 移动终端的使用者可以通过在相关的软件中预先设 大 , 置自己的个人信息 如身份信息 支付账户信息等 之后就可以 ( 、 ), 利用此终端在信息系统中进行个人信息的快速输入 购物支付 。 图2.13 移动终端扫描二维码示 过程中 允许商家扫描自己的付款二维码 就是让商家的信息系 意图 , 学 , 统快速采集自己的支付信息 使用近场通信 ; (nearfield 技术进行公共交通工具的购票 即允许 communication,NFC) , 外界设备用无线方式读取预设的账户信息 如图214所示 在 出 , . 。 这些输入过程中 移动终端实际上是作为一种 电子身份证 信 , “ ”, 息系统默认其中的身份信息代表了持有者本人的相关信息 。 随着各种传感 数据采集等技术的发展 移动终端在信息输 、 , 版 入输出时的使用方式与应用场景越来越多样化 也呈现出其他 图2.14 近场通信在公交系统中的 , 使用示意图 终端所不可替代的特点 这些特点 为信息系统增加了新的功 。 , 能 为人们带来了便利 , 。 社 体 验 思 考 1. 超声波 红外线 图像 触碰等 也是常用的输入输出方式 在智能停车系统的应用中 寻找这些输入 、 、 、 , , , 输出方式可能的用途 如果你还发现了其他输入输出方式 也请列举其使用方式 并与小组同学进行讨论 。 , , 。 2. 当我们乘坐地铁或高铁的时候 可能会接触到哪些输入输出方式 这些输入输出方式又为我们提 , ? 供了什么样的快捷服务 ? 第二章 分析信息系统 51二、 传感器及其应用 华 信息系统中的信息自动采集常常和传感器的使用有关 传感器 。 是一种实现对外界信息自动采集的设备 它们感测外界的物理量 并 , , 将其转换成信息系统可以处理的数据 现在的信息系统常集成多种 东 。 类型的传感器 实现不同类别信息的自动采集 , 。 探 究 活 动 师 传感器不仅出现在智能停车系统这样的信息系统中 也是我们日常使用的移动终端的重要部件 常 , 。 见的PAD就配置了很多传感器 通过下面的测试 见表2.4 可以体验传感器的工作方式和效果 , ( ), 。 范 表2.4 移动终端的传感器 传感器类型 测试方式 观测内容 观测结果 大 遮挡住位于屏幕上端的光线 观察移动终端的屏幕过一段时 光线传感器 传感器小孔 间后会不会变暗 观察移动终端的显示界面会不 重力传感器 竖直方向上旋转移动终端 学 会随着设备旋转而自动旋转 寻找并查看指南针应用(如导 观察移动应用程序是否能够指 方向传感器 航移动应用程序) 示南北方向 出 在室外使用导航移动应用 观察导航移动应用程序是否能 定位传感器 程序 够定位当前位置 版 在PAD的应用商店里 还可以找到一些有趣的传感器测试移动应用程序 使用它们测试智能终端的 , , 上述几种传感器 并查看PAD是否还配置了其他类型的传感器 , 。 请以表2.4中的传感器为例 探究它们在哪些应用场景中可以发挥作用 它们采集了什么样的数据 具 , , , 有什么样的功能 社 。 小巧紧凑的 集成了多种多样的传感器 这些传感器使得 PAD 。 可以感知外界的变化 完成诸如自动依据外部光线调节屏幕亮 PAD , 度 定位及导航等工作 在智能停车系统中 传感器同样也被广泛使 、 。 , 用 完成重要信息的自动采集 , 。 52 信息系统与社会1. 信息系统中传感器的使用 华 在智能停车系统中 常通过诱导屏幕显示空余车位的数量 包括 , , 每一层面 每片区域的具体空位数量 为实现这样的功能 信息系统 、 。 , 会使用传感器采集车位是否空闲的信息 图21中 停车场内的车位 。 . , 东 相机通过视频探测来感知是否有车辆停泊 在不同的场景或系统中 。 , 可能会采用不同类型的传感器来实现这一功能 。 有一类停车管理系统需要管理道路上的停车位 由于在街道上 。 师不便安装大量的车位相机 因此常使用地磁传感器来对车位上是否有 , 车停泊做出判断 。 如图215所示 在每一个车位上 都安装了地磁传感器 在车辆 . , , 。 停范至车位后 由于车辆主体是体积较大的金属结构 会对原先稳定的 , , 地磁场带来影响 造成所在地的地磁场发生变化 地磁传感器能够探 , 。 测这样的磁场变化 感知车辆的存在 再通过无线网络 将数据发送出 , , , 去 完成停车信息的采集 大 , 。 学 出 版 图2.15 使用地磁传感器的停车场 社 还有一些停车库 采用的是超声波探测 , 的方法 在停车库的天花板上 探测器由上 。 , 向下发射超声波 通过探测器中的超声波传 。 感器 可以感知反射回来的超声波 测量反射 , , 面到探测器的距离 如果发现反射距离缩短 。 了 则说明有大型物体在传感器下方 由此 , 。 , 超声波传感器探测出车位上是否有车辆停 图2.16 使用超声波传感器探测的停车场示意图 泊 如图216所示 , . 。 第二章 分析信息系统 53综上所述 三种传感装置 地磁传感器 超声波传感器和车位 , ——— 、 相机 均可用于车辆停放的探测 虽然它们的工作原理不同 但都能 , 。 , 准确判断指定位置是否停放了车辆 具体用哪种方案 需要根据现场 。 , 华 的状况及系统功能的需求来选择 。 2. 传感器的种类与工作原理 东 现实世界中有各种不同类型的信息 因此也有各种不同类型的传 , 感器与之相对应 例如 对温度 气压 光照度 等物理量或化学 。 , 、 、 、pH 师量 分别有如下传感器用于对应信息的采集 见表25 , ( .)。 表2.5 常见传感器及其应用 传范感器 采集信息 应用场景 温度传感器 温度 监测设备温度、环境温度是否处于正常范围等 气压传感器 大气压强 户外运动海拔高度测量等 光传感器 大光照强度 智能照明系统等 pH传感器 pH 水质监控、生产过程监控等 无论哪种传感器 其学工作目标都是进行信息的转换 即将外界的 , , 各类物理量 化学量转换成信息系统所能够处理的数据 传感器主要 、 。 由敏感与转换元件和信号调节电路两部分构成 有的传感器还配有模 , 数转换电路 地磁传感器的信出息转换过程如图217所示 第一步 。 . 。 , 敏感与转换元件直接感受对应的环境信息 即磁场变化信息 将之转 , , 换成电流 电压等电信号 第二步 信号调节电路再将此信号转换成 、 。 , 便于传输的电信号 第三步 模数转换电路将传输过来的电信号转换 版 。 , 为计算机系统可以识别的二进制数据 。 社 图2.17 地磁传感器的信息转换过程 现在 实现万物互联的物联网更加需要各种传感器 物联网的特 , 。 点是全面感知 传感器就是这个庞大系统的 神经末梢 没有它们对 , “ ”, 外界的信息采集 也就没有信息系统进一步处理所需的数据 可以 , 。 54 信息系统与社会说 传感器是物联网中获得信息的最主要手段和途径 智慧医疗 智慧 , , 、 交通 智慧物流 智慧安防 智慧农业 智慧水利 这些都需要使用 、 、 、 、 …… 各类传感器才能实现 。 华 探 究 活 动 东 请选取身边的信息系统 分析其中是否有利用传感器进行信息采集的例子 探究传感器负责采集的 , 。 是什么信息 相应的是哪一种传感器 , 。 师 三、 体验数据采集 范 条形码和二维码应用日渐广泛 为我们生活中常见的物流 电子支 , 、 付等系统中的数据采集提供了便利手段 下面 通过实际制作条形码 。 , 和二维码 并用条码扫描设备 扫描枪 扫描来体验数据采集的过程 , ( ) 。 大 1. 实验目标 学 体验使用条码扫描设备识别条形码与二维码 进行数据采集的过程 , 。 2. 实验环境 出 硬件环境 普通计算机 条码扫描设备 扫描枪 : 、 ( ); 软件环境 条码制作软件 如 : , FreeBarcode。 版 3. 实验步骤与结果 （1） 制作条形码 社 使用条码制作软件 制作一个条形码 , 。 （2） 扫描条形码 将条码扫描枪 如图218所示 连接计算机 打开任意可以接收 ( . ) ; 键盘输入的软件 如 记事本 确保输入光标在 记事本 软件的窗 , “ ”, “ ” 口中 。 用扫描枪对准第二章第二节实验包中提供的条形码进行扫描 将 , 图2.18 条码扫描枪 结果记录在实验结果表 表26 中 ( .) 。 第二章 分析信息系统 55表2.6 实验结果表 步骤 观察到的结果 遇到的问题 扫描条形码 华 观察和比较条形码与扫描结果 扫描二维码 东 （3） 观察并记录 观察并比较上一步扫描的结果和实验包中提供的条形码 将你观 , 察和比较的结果也记录在表26中 师 . 。 （4） 体验利用二维码采集数据的过程 使用扫描枪和 记事本 软件 用扫描枪对实验包中提供的二维码 “ ” , 进行扫描 观察 记事本 软件中是否出现了 连接账号的信息 范 。 “ ” Wi-Fi , 记录实验结果 。 4. 实验结果分析 大 实验是否获得了预期的结果 如果遇到问题 请描述并分析 ① ? , 原因 。 总结条码扫描设学备工作的过程 以及这样的设备能为信息系 ② , 统解决哪些问题 。 出 作业练习 通过观察日常我们寄送和收取快件过程中数据的输入方式 思考以下问题 , : 1. 探究快件物流系统中的信息输入方式 哪些是人工输入 哪些是自版动采集 , , 。 2. 在快件物流系统中 有没有使用传感器 如果有的话 具体使用在哪些方面 , ? , ? 社 56 信息系统与社会第三节 信息系统中的计算机网络 烽火连三月 家书抵万金 唐代诗人杜甫 春望 中的一句诗词 “ , 。” 《 》 , 华 为我们展现了一千多年前的信息传递方式 无论 烽火报信 还是网络 , “ ” 通信 信息传递始终是古往今来信息活动中不可或缺的一个环节 准 , 。 确 快捷的数据传输为信息系统中信息的存储 处理 输出以及信息系 、 、 、 东 统的智能化响应都提供了坚实的保障 这一节 我们以智能停车系统 。 , 为例 了解信息系统如何通过计算机网络实现数据的传输 , 。 师 体 验 思 考 数据传输在信息系统中不可或缺 以智能停车系统为例 车辆入场时 采集获取的车牌信息需要传输 。 , , 范 至中心服务器 查询停车信息时 数据从中心服务器传输至自助查询机或是通过互联网传输至移动终端 ; , 。 信息系统中大部分的数据传输是通过网络进行的 各类网络设备 通信线路为数据传输提供了保障 , 、 。 思考： 以智能停车系统为例,信息系统中哪些硬件参与了数据传输过程? 网络是如何构建, 又是如何工作的? 哪些因素会影响大网络的稳定性,继而会影响信息系统的服务? 一、 计算机网学络 计算机网络的出现 实现了计算机之间的互联 通信以及各类资 , 、 源的共享 自此 计算机不出再是信息孤岛 数据可以快速地远距离传 。 , , 输 不受地域限制 实现共享 现代的信息系统已离不开网络所提供 , , 。 的信息资源共享环境 并随着网络技术的发展 功能日渐强大 在移 , , 。 动互联网飞速发展的今天 各类信版息系统更是通过网络深入到我们生 , 活的方方面面 。 1. 网络基础知识 社 计算机网络是指利用各种通信线路 把地理上分散的 彼此独立 , 、 的多台计算机连接起来 遵循某种约定进行通信 实现资源的共享及 , , 相互协同工作的系统 计算机网络是计算机技术和通信技术相结合 。 的产物 计算机网络中包含能够处理信息的计算机设备 这些计算机 。 , 设备通过通信线路及连接设备连接起来 与此同时 计算机在彼此通 ; , 信时还必须共同遵守一些规则和约定 即计算机网络通信协议 以保 , , 第二章 分析信息系统 57证信息的准确传输 计算机设备 通信线路及连接设备 网络协议 是 。 、 、 , 计算机网络不可或缺的组成部分 。 依据网络覆盖地域的大小 网络可以分为局域网和广域网 局域 , 。 华 网 是指在某一区域内由多台计算机互联 (localareanetwork,LAN), 组成的计算机组 某一区域 指的是同一办公室 同一建筑物 同一 。“ ” 、 、 公司或同一学校等 一般是方圆几千米以内 局域网可以实现文件管 , 。 东 理 应用软件共享 外部设备共享 存储共享等功能 、 、 、 。 广域网 是一种 (wideareanetwork,WAN), 跨越较大地域的计算机网络的集合 如图219所 ( . 师 示 广域网通常能连接多个地区 城市和国家 )。 、 , 或者是横跨大洲 提供远距离通信 广域网包括 , 。 大大小小不同的子网 子网可以是局域网 也可以 , , 范是小型的广域网 广域网将这些子网连接起来 。 , 保证了它们之间一定程度上的相互可访问性 。 在智能停车系统中 停车场中的网络就是一 , 个局域网 计算机终端 中心服务器以及部分信 大 。 、 图2.19 广域网示意图 息采集或输出设备都是通过这个网络连接在一起 的 而驾驶员的移动终端 如智能手机等 则是 。 ( ), 通过广域网中的移动通信网络访问智能停车系统的 学 。 2. 通信线路与网络连接设备 出 从计算机网络构建的角度出发 首先需要考虑如何将一台台独立 , 的计算机连接起来 常见的既有无线连接方式 例如移动终端通过 。 ( 连接学校网络或使用4 移动通信技术连接互联网 也有有线 Wi-Fi G 版 ), 连接方式 如学校计算机实验室中的台式计算机就常常利用线缆和网 ( 络上的其他设备连接在一起 不同的通信线路有着各自的特点 具 )。 , 体选用何种方式建立连接 要考虑网络的易用性 稳定性以及传输速 , 、 率等性能 社 。 （1） 通信线路及选择 不同类型的网络和不同的应用场景 可能需要使用不同的通信线 , 路 即采用不同的网络连接方式 下面以城市的主干网络 学校计算 , 。 、 机实验室网络以及智能停车系统中的网络为例来进行分析 。 城市的主干网络属于广域网的范畴 数以万计的计算机需要通过 , 主干网络进行数据传输 因此 稳定性 传输速率以及跨越较大地域 。 , 、 的能力是设计时的重要考虑因素 为构建这样的网络 所选的通信线 。 , 58 信息系统与社会路必须可以在较长的距离上稳定 高速地传输数据 目 、 。 前 光纤是符合这一要求的通信线路传输介质 如图220 , ( . 所示 它由一组光导纤维组成 用来传播光束 ), , 。 华 计算机通过光纤传输数据时 是将数据发送至光发送 , 机 光发送机将电信号转变为光信号 再把光信号导入光 , , 纤 而在另一端 由光接收机接收光纤上传来的光信号 。 , , 东 将它转变为电信号 经解码后转换成数据 由于光纤不受 , 。 图2.20 光纤 外界电磁场的干扰 同时光信号在光纤中传输时的信号衰 , 减较小 因此以光纤作为通信线路 主干网络就可以稳定 , , 师地 长距离地传输大量的数据 、 。 学校计算机实验室中的网络是一个局域网 其中包含了台式计算 , 机 笔记本电脑以及 等计算机设备 设计小型的局域网时 常需 、 PAD 。 , 要范考虑成本控制以及网络配置的便利性 因此一般不会使用光纤这一 , 价格较高 配置较复杂的通信线路方案 而常常采用的是双绞线有线 、 , 连接或 无线连接的方案 Wi-Fi 。 双绞线使用铜电缆传送电信号 线缆 大 , 的两端安装了连接网卡与网络设备的接 头 可以很方便地通过插接来连接相关设 , 备 如图221所示 一般而言 双绞线的 学, . 。 , 有效传输距离在100米以内 超过这个距 , 离就需要相关设备辅助 局域网中 这个 。 , 图2.21 双绞线 左 与安装有接头的双绞线 右 距离适合将一个小区域内的计算机连接 ( ) ( ) 出 起来 是一种使用成本低 加工方便的连 , 、 接方式 通常 计算机实验室中的台式计算机就使用双绞线连接起 。 , 来 我们可以通过计算机的网卡连接处看到线缆的连接方式 智能停 , 。 版 车系统中的主要设备之间一般也是采用这样的线缆实现互联 。 计算机实验室中的移动设备则使用无线方式与局 域网中其他设备相连 无线网络是指利用无线电波 红 。 、 社 外线等实现连接和数据传输的网络 目前 常采用 。 , 技术构建无线局域网 如图222所示 使用无 Wi-Fi ( . ), 线接入点 设备可以允许多种设备同 (accesspoint,AP) 时连接入网 其优点是无需线缆连接 降低了相关成 。 , 本 并可快速实现网络搭建 连接的限制是一般 , 。Wi-Fi 只支持 附近较小范围的连接 约为几十米到一百 AP , 米 如果受到建筑物 墙体等吸收电磁波的影响 连接 。 、 , 图2.22 局域网中的无线网络 WiFi 范围还会缩小 同时 和有线连接相比 连接易 ( - ) 。 , ,Wi-Fi 第二章 分析信息系统 59受外界电磁干扰 导致网络连接的稳定性下降 , 。 移动通信网络也使用无线连接方式 配有 卡的移动终端 。 SIM , 以无线方式连接至移动通信的基站 基站通过光纤接入主干网络 通 , 。 华 过设置大量的基站 移动通信网络覆盖了城镇中绝大部分的区域 成 , , 为当前最广泛使用的网络连接方式之一 。 在智能停车系统中 用户可以随时随地使用移动终端查询停车信 , 东 息 相比 移动通信网络不受地域限制 更加符合此类应用场景 。 Wi-Fi, , 的需要 。 综上 常见的几种网络连接方式有各自适合的应用场景 选择何 , 。 师种连接方式 需要综合评估网络对于稳定性 传输速率 移动性等方面 , 、 、 的需求 其中传输速率方面的知识 我们将在后面的小节中学习 , , 。 （2） 连接设备及选择 即范便有了通信线路 网络中的计算机也无法简单地连接起来 除 , , 了计算机必须要配置的有线网卡或无线网卡等组件 还需要配置一些 , 专门的连接设备 方能构成互联互通的网络 , 。 如前所述 网络采用无线 移动通信网络使用基站设 大 ,Wi-Fi AP, 备 将计算机设备互相连接起来 采用有线连接方式的局域网 同样 , 。 , 需要与无线 和基站类似的设备来连接计算机 目前 比较常用的 AP 。 , 连接设备是交换机 。 学 交换机 是将若干台计算机连接在一起 方便它们之间相 (switch) , 互通信的设备 如图223所示 交换机通常有很多端口 每个端口都 , . 。 , 可以通过一根网线与另一端的计算机设备相连 交换机内部的线路和 出, 组件将计算机连接起来 并保证网络中任意两台计算机可以相互通 , 信 如图224所示 同时 交换机可以再连接交换机 用以构建更大 , . 。 , , 规模的网络 如图225所示 , . 。 版 社 图2.23 交换机 图2.24 交换机连接示意图 60 信息系统与社会华 东 师 范 图2.25 交换机级联使用示意图 大 如果希望把一个网络与其他不同类型的网络相连 实现不同网络 , 间的数据通信 例如将学校局域网连接入城市的广域网中 就需要利 学 , , 用另一种连接设备 路由器 来实现 ——— (router) 。 路由器与交换机不同 它是应用于不同网络之间 连接多个网络的 , , 网际设备 路由器的主要作用是路径选择 也就是将经过路由器的数 。 出, 据 根据它的目的地址 找到一条最佳传输路径 转发到目标网络中去 , , , , 从而实现不同网络间的计算机设备互访 通过路由器 一个个分散的 。 , 、 不同类型的网络最终连接成一个庞大的广域网络 如图226所示 版( . )。 社 图2.26 网络互联示意图 第二章 分析信息系统 61网络规模不同 对路由器的性能 功能的需求也不同 , 、 。 图227对比了家用级别的路由器和企业级别的路由器 无论 . , 是规模还是性能和功能 两者都有着显著的差异 , 。 华 家庭或一些小企业常使用无线路由器连接互联网 它 。 可以看作是路由器和无线 合二为一的产品 无线路由器 AP 。 对外直接接入因特网 对内通过无线连接方式连接各类计算 , 东 机设备 一些无线路由器也提供数量不等的有线接口 允许 。 , 少量计算机通过有线连接方式连接网络 图2.27 家用级别路由器 上 和企业级 。 ( ) 别路由器 下 使用交换机 路由器 等网络连接设备 通过有线或 ( ) 、 、AP , 师无线通信线路 将计算机设备连接起来 网络的硬件部分就 , , 构建完成了 在这样一个网络中 信息系统的系统软件和应用软件利 。 , 用硬件设备提供的数据传输通道 即可实现数据的共享 , 。 范 3. 网络传输协议 计算机网络包含了一系列标准和规范 即网络协议 指所有软件 大 , , 、 硬件所共同遵守的一种数据编码的格式和传输数据的方式的集合 。 可以将网络协议理解为所有网上设备间的共同语言 只有所有的设备 , 都用同一种语言 说话 互相之间才能够 理解 在我们熟悉的互联 “ ”学, “ ”。 网中 就有上百种协议规范着设备间的数据通信 其中 协议 , , TCP/IP 是最主要的协议之一 。 出 知 识 延 伸 TCP/IP 传输控制协议与互联网协议的全称是 transmission control protocol and Internet protocol缩写为 , 版 TCP/IP TCP和IP分别是两种不同的协议 同时 TCP/IP协议可以指互联网传输过程中用到的一组协议 。 ; , 族和互联网模型 因为TCP和IP在其中比较重要 所以用它们来命名 , , 。 IP协议负责把数据从一台计算机通过网络发送到另一台计算机 数据被分割成一小块一小块的 IP 。 数据包 然后发送出去 通信的时候 双方必须知道对方的标识 就像发邮件时必须社知道对方的邮箱地址 , 。 , , 。 互联网上每台计算机的唯一标识就是IP地址 例如202.187.88.70 , 。 TCP协议则是建立在IP协议之上的 TCP协议负责在两台计算机之间建立可靠连接 如果 IP数据 。 , 包丢失 会自动重发 从而保证数据包被完整接收 , , 。 许多常用的更高层级的协议都是建立在TCP协议的基础上的 比如用于网页服务的超文本传输协议 , (hypertext transfer protocol HTTP)发送邮件的简单邮件传输协议(simple mail transfer protocol , 、 , SMTP)等 。 62 信息系统与社会由此 设备通过网络进行数据传输时 需要对数据进行处理 生成 , , , 符合网络传输协议要求的一个个数据包 数据包传输到目的地之后 。 , 再进行相应的解码工作 从数据包中读出数据信息 如图228所示 华 , ( . )。 东图2.28 网络传输示意图 探 究 活 动 师 以学校的网络为对象 观察 探究构建网络所采用的连接方式和连接设备 , 、 。 范 二、 因特网接入方式与带宽 在信息爆炸的时代 信息的传输与交流变得更为广泛和常态 人 大, , 们已经不满足于小范围内的信息传输 因此 将各种设备接入因特 。 , 网 已经越来越成为人们的基本需求 当我们将设备和局域网接入 , 。 到因特网时 需要了解接入方式以及决定网络传输速率的各种 , 学 因素 。 探 究 活 动 出 网络的接入方式多种多样 请以学校网络中的计算机 家庭网络中的计算机 智能手机为例 调查接入 , 、 、 , 因特网的方式 填写在表2.7中 , 。 版 表2.7 身边的因特网接入方式 设备 接入方式描述 社 学校网络中的计算机 家庭网络中的计算机 智能手机 结合自身的使用体验 在各类网络中 进行相同的下载等任务时 对上述网络的传输速率感受如何 , , , ? 请按照传输速率的快慢为它们排个顺序 并探究影响传输速率的原因 , 。 第二章 分析信息系统 63目前 各种因特网接入方式一般都可以允许使用者方便地进行网 , 页浏览 下载等工作 但接入方式不同 使用者对访问网络的速度的 、 。 , 感受也存在差别 了解各类接入方式之间的差异 以及理解影响网络 。 , 华 访问 下载速率的相关因素 有助于选择适合应用场景的接入方式 保 、 , , 证信息系统的稳定运行 。 东 1. 因特网接入方式 接入因特网 是指利用因特网服务提供商 , (Internetservice 师 提供的接入服务 通过公用或私有的线路将设备或局 provider,ISP) , 域网连接到因特网 并允许访问因特网所提供的各类服务与丰富的信 , 息资源的过程 。 范 知 识 延 伸 因特网与互联网 所谓互联网 是由多个不同的计算机网络大通过一组通用的网络协议相互连接而形成的规模更大的网 , 络 例如 学校的校园网是一个单独的计算机网络 而校园网和其他网络相互连接就构成了一个互联网 。 , , 。 因特网采用的是TCP/IP协议 它是全球最大的 开放的 由众多网络相互连接而成的特定计算机网络 因 , 、 、 。 特网也是世界上最大的一个互联网 。 学 我们熟知的 宽带 描述的是提供以较快速度访问网络资源的接 “ ”, 出 入方式 现在的宽带接入主要有光纤接入 第四代移动通信技术 。 、 4 或第五代移动通信技术 5 接入等方式 与之对应的还有 窄 (G) (G) 。 “ 带 以往的窄带接入方式通常是借助公共有线电话网络来实现的 ”, 。 版 窄带的传输速率比较慢 无法满足目前大多数的使用需求 因此已经 , , 很少见到了 。 光纤接入指的是通过光纤连接到 端设备 目前 学校这样的 ISP 。 , 组织社用户和城市家庭用 户多采用光纤的接入方 式 以家庭用户 光纤入 。 “ 户 接入方式为例 用户 ” , 端需要使用光电转换路 由器连接计算机终端 如 ( 图229所示 . )。 图2.29 家庭光纤入户的接入方式示意图 64 信息系统与社会移动互联网时代 终端设备的无线接入越来 , 越普遍 除了 之外 移动终端特别是智能 。 Wi-Fi , 手机更多地使用移动通信网络接入因特网 目 。 华 前 移动通信技术的主流是4 具体接入方式如 , G, 图230所示 而支持5 的网络也已经开始 . 。 G 布署 。 图2.30 4G东网络接入示意图 2. 带宽与影响网络传输的因素 师宽带接入通常是指此类网络能够提供较高的 带宽 而带宽是指 “ ”, 在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的 最高数据率 “ ”, 即单位时间内能够在线路上传送的数据量 单位是 , bps(bitper 范每秒传输多少比特 宽带网络连接如同高速公路 越高的网 second, )。 , 络带宽仿佛是拥有越多车道的公路 总体的 运输 能力越强 对于网 , “ ” ; 络而言 带宽越大 理论上每秒能够传输的比特总量就越多 , , 。 以4 网络接入为例 服务商一般可以提供100 下行和50 大 G , Mbps 上行的带宽 下行是指数据从网络传输到设备上 上行是指从 Mbps 。 , 设备传输到网络中 光纤接入通常可提供更高的带宽 接入服务商 。 。 通常有多种带宽方案以供选择 例如500 接入方案 100 学, Mbps 、 Mbps 接入方案等 不同的光纤接入方案主要是服务商通过对设备的参数 。 进行设置 将用户可以使用的最大带宽限制在方案约定的范围内 , 。 带宽是影响因特网内设备之间数据传输速率的重要因素之一 出 。 100 带宽的网络和10 带宽的网络 理论上的最高传输速 Mbps Mbps , 率可以相差10倍 而网络传输速率是提供实时服务的重要保证 当 。 , 带宽过小或受限时 数据的传输效率下降 可能导致使用者等待时间 , , 版 延长或响应超时等情况 以智能停车系统为例 用户使用移动终端通 。 , 过因特网访问系统服务的时候 就会受到系统接入因特网的带宽和移 , 动终端接入因特网的带宽两者的影响 。 社 知 识 延 伸 带宽与下载上传速率 100Mbps的带宽 对应的下载速率是多少 100Mbps是每秒一百兆比特 即 100×1024× , ? , 1024bps 计算机中 8个比特组成 1个 Byte即 1个字节 那么 100Mbps就相当于每秒传输 100/8= 。 , , 。 12.5(MB)的数据 这个数字就是这种带宽条件下 可以为我们提供的最大可能下载速率 同样算法 。 , 。 , 50Mbps上行带宽 对应的上传速率最高为6.25MB/s , 。 第二章 分析信息系统 65带宽提供了理论上最高传输速率的上限 但在实际使用中 传输 , , 速率与稳定性还会受到诸多其他因素的影响 以下是较常见的几种 。 影响因素 。 华 第一 带宽是否共享 是否与他人共享带宽 与多少人共享带宽将 , 。 、 影响网络的传输速率 例如 家庭中可能使用标识为100 带宽的 。 , Mbps 接入方案 但是整个小区的总出口带宽只有1 那么如果有20户 , Gbps, 东 家庭同时使用 每个家庭都希望达到传输速率的峰值 最理想的状况 , , 下1 的带宽平均分给20户 户均实际带宽则远低于100 ,Gbps , Mbps。 第二 网络设备性能如何 低性能的网络设备也会制约实际使用 , 。 师网络的体验 例如 当使用500 带宽的接入服务时 有些 或 。 , Mbps , AP 无线路由器仅能提供300 带宽的传输能力 这时 网络的传输 Mbps 。 , 速率限制将不再由外部决定 使用者能够体验的带宽峰值就限制在 , 300 范另外 还有一些网络设备的性能较弱 能够处理的数据量 Mbps。 , , 有限 当多台设备连接时 传输速率也会下降 , , 。 第三 信号是否受到干扰 网络的传输线路可能会受到外部干 , 。 扰 导致传输速率下降 稳定性不高等问题 例如 无线连接方式比较 大 , 、 。 , 容易受到外部电磁波带来的干扰 导致传输的数据产生错误 错误的 , , 数据会被校验机制检查出来 并要求重新发送 而过多的 错误 重 , 。 “ — 发 过程会大幅度降低网络传输速率 ” 学。 第四 网络连接中的时延问题 网络时延是指一个数据包从发出 , 。 端到接收端所要用的时间 当我们访问因特网中的一个服务器时 数 。 , 据包要经过多个交换机 路由器的传递 在这个过程中 这些设备处 、 出。 , 理数据需要时间 如果其中部分网段的带宽资源用尽 还会产生网络 。 , 拥塞 拥塞会导致排队等待时间 这些时间再加上电信号 光信号传 , 。 、 输的时间 就是我们和服务器之间的时延 时延越长 传输速率也就 , 。 , 版 越慢 。 综上所述 要保证信息系统中基于因特网数据传输的稳定和较高 , 的传输速率 除了选用合适的连接方式和带宽外 还需要处理好带宽 , , 社 共享或独享 设备 线路等方面的问题 只有稳定 高速的网络 才能 、 、 。 、 , 让基于因特网的信息系统提供更加高效的服务 。 分 析 归 纳 了解学校和家庭网络接入的带宽 尝试利用测速网站或实际下载过程来测试网络的传输速率 因特 。 。 网实际传输速率和标称的带宽有多少差别 分析可能是什么原因影响了网络的传输速率 ? 。 66 信息系统与社会三、 搭建小型无线网络 华 随着移动互联技术的发展 人们对无线网络的需求与日俱增 利 , , 用无线网络实现信息的传输与发布已经成为现代人工作 学习和生活 、 的重要组成部分 因此 组建并合理使用小型无线网络来传输信息 东 。 , 、 共享资源 将成为现代社会公民应该具备的一种信息素养 根据不同 , 。 的条件和需求 无线网络的搭建方法有多种 本次实验将尝试在学校 , 。 网络的基础上动手搭建一个小型无线网络 。 师 1. 实验目标 范搭建一个终端间可以互相访问的小型无线网络 。 2. 实验环境 大 硬件环境 无线 计算机 配有无线网卡 学校网络 配 : AP、PAD、 ( )、 、 有接头的网线 。 学 3. 实验步骤与结果 （1） 设置无线 AP 出 将无线 接通电源 用网线将其连接到学校网络的交换机上 AP , 。 按照无线 使用说明中的方法登录设备 并设置无线网络标识 AP , 及密码 (servicesetidentifier,SSID) 版 。 （2） 设置计算机 IP地址 在计算机中 利用无线网络找到刚才设置的无线网络标识 进行 , , 连接 打开网络的 本地连接 在 4 属性中设置 自动获得 。 “ ”, “TCP/IPv” “ 地址 社 IP ”。 （3） 连接无线 AP 使用 搜索无线网络 找到刚才设置的无线网络标识 进行连接 PAD , , 。 （4） 测试连通情况 利用网络连通测试命令测试网内各设备间的连通情况 测试方法 ( 详见 知识延伸 “ ”)。 如果网络无法连通 请仔细检查并确定问题 最后将组网的结果 , 。 记录在表28中 . 。 第二章 分析信息系统 67表2.8 实验结果表 步骤 操作的结果 遇到的问题 设置无线AP 华 设置计算机IP地址 连接无线AP 测试连通情况 东 4. 实验结果分析 师 实验是否获得了预期的结果 如果遇到了问题 请描述并分析 ? , 原因 。 范 知 识 延 伸 ipconfig与 ping命令 利用ipconfig和ping命令可以很方便地检查主机的配置以及网络上两台主机之间的连通情况 但它 , 大 们都需要在命令行环境下运行 以 Windows 7操作系统为例 具体操作方法是单击屏幕左下角的 。 , Windows按钮 在弹出菜单最下方的 搜索 , “ 程序和文件 框中输入并执行 cmd命令 打 ” “ ” , 开命令行窗口 然后在该窗口的提示符后输 学 , 入并执行上述命令 。 ipconfig命令能显示本机的 IP地址 例 。 如 某台计算机在执行 ipconfig命令后 可 , “ ” , 出 以看到本机的IP地址是10.68.19.247如图 , 图2.31 使用ipconfig命令查看本机IP地址 2.31所示 。 ping命令的作用是测试网络中两台主机或其他设备之间的连通情况 有助于帮助我们分析网络故障 , 的原因 图2.32中的 ping 10.68.19.252命令 表示检查本机与另一台主版机 IP地址为 10.68.19.252之 。 “ ” , ( ) 间的连通情况 屏幕上出现的反馈信息表示网络连通正常 俗称ping通 如果出现 请求超时 或 无法访 , ( ); “ ” “ 问目标主机 则说明网络不通 ”, 。 社 图2.32 使用ping命令测试网络连通情况 68 信息系统与社会第四节 信息系统中的数据库应用 古人将文字刻录在石头 甲骨 竹简等上面来保存信息 现代社 、 、 ; 华 会 我们使用计算机等设备将信息保存在各类存储设备中 不管采 , 。 用哪种保存形式 都可以让信息跨越时间 在未来的某一时刻可以 , , 再次被读取 在建设智能城市的今天 绝大部分的数据更加不会是 。 , 东 用完即弃 而是需要保存下来 以待后续的处理与使用 信息系 “ ”, , 。 统常常使用数据库来存储数据 本节将学习数据库在信息系统中的 , 应用 。 师 体 验 思 考 范 信息系统常常需要将采集的数据保存下来 例如 智能停车系统中 车辆出场时计费 需要根据此车 。 , , , 的入场时间来计算停车时长 那么 回到入场时刻 系统就要将车牌信息和时间信息保存下来 以便出场 。 , , , 时刻读取使用 。 思考： 如图233所示的智能大停车系统中需要保存哪些数据? 这些数据如何保存? . 学 出 版 社 图2.33 智能停车系统数据访问示意图 一、 数据库的作用与基本操作 信息系统中 数据的存储常常借助数据库来实现 数据库系统包 , 。 含数据库和数据库管理系统 数据库提供了数据存储的场所 数据库 。 , 第二章 分析信息系统 69管理系统提供了数据库中数据的查询 保存 修改 删除等操作 信息 、 、 、 。 系统的开发者只需要专注于实现核心功能 而无需设计数据存储细 , 节 正是由于数据库系统具有这样的优点 因此其在信息系统中得到 。 , 华 了广泛的应用 。 关系型数据库是常见的一类数据库 我们以它为例 了解与数据 , , 库数据存储访问有关的知识 关系型数据库 下面简称为数据库 中 。 ( ) 东 的数据可以看作是一张张的 二维表 “ ”。 二维表中的每一行称为一个 记录 每 “ ”, 一列称为一个 字段 如图234所示 在 “ ”, . 。 师 智能停车系统中 和车辆有关的数据保存在 , 一张表中 每一次停车对应一条记录 车牌 , ; 号码 入场时间 停车位置 出场时间 停车 、 、 、 、 范费用 缴费情况等信息就是字段 依据功能 、 。 的需要 智能停车系统中或许还需要保存管 , 理人员的数据 这些数据可以放在另外一张 , 称作 用户 的表中 多张表在一起 构成了 大 “ ” 。 , 数据库 。 图2.34 关系型数据库示意图 增加新记录 查询记录 修改记录和删 、 、 除记录这四项基本操作可以实现对数据库 学 中数据的访问 满足信息系统对数据的存取需求 下面以智能停车系 , 。 统停车信息表的记录为例 了解四项基本操作的应用 , 。 第一 增加新记录 在车辆入场时 需要增加一个新的记录用 , 。 出, 以保存车牌号码和入场时间 注意 此时记录中其他字段暂时是 。 , 空的 。 第二 查询记录 驾驶员通过自助查询机查询停车位置 系统按 , 。 。 版 照驾驶员输入的车牌号码 在数据库中查找对应记录 并将其中的停 , , 车位置信息返回查询机显示 。 第三 修改记录 当车辆驶入并停入车位后 系统采集获得车位 , 。 , 社 号码 此时 修改对应的停车记录 将原先的空白的停车位置字段更 。 , , 新为车位号码 。 第四 删除记录 可以依据车牌号码 删除对应的记录 也可以删 , 。 , ; 除所有记录等 在需要清除一些无效记录的时候 可以调用这条 。 , 指令 。 70 信息系统与社会体 验 思 考 以在线购物为例 列举一项功能 使用增 查 改 删这四项基本操作的组合 描述信息系统是如何完成 华, , 、 、 、 , 这项功能的 。 例如 下订单购买指定的商品 , : 1. 查询指定商品 获得库存数量信息 , 。 2. 如东果库存数量大于购买数量 增加订单信息 并修改库存数据 , , 。 师二、 数据库应用实践 1. 实验目标 范 利用数据库中数据访问的四项基本操作模拟停车管理功能 。 大 2. 实验环境 硬件环境 普通计算机 学 : ; 软件环境 3以及在 3 :Python Python 环境中已安装 框架 Flask ; 资源 第二章第四节实验包 包含相 : ( 出 关实验数据库 程序等 、Python )。 3. 实验步骤与结果 版 （1） 运行程序 进入实验包所在目录 在 环境 , Python 中 用 社 运行程序 , Pythonrun.py 。 （2） 查看界面 程序运行界面如图235所示 程序 . 。 提供的基本操作包括 增 查 改 删以及 : 、 、 、 相关基本处理工具 获得系统时间 计算 ( 、 停车费等 系统同时提供了模拟数据 )。 。 图2.35 数据存储实验程序用户界面 第二章 分析信息系统 71（3） 模拟停车场以下操作 模拟车辆入场 利用 增加记录 功能 模拟车辆入场 自行输入 : “ ” , 。 假设的车牌和入场时间 并模拟多辆车先后入场的情况 , 。 华 模拟查询车辆 利用 查询 功能 查找车辆 输入车牌 显示对 : “ ” , 。 , 应记录 。 模拟车辆出场 利用 编辑 功能 模拟车辆出场时的操作 输入 : “ ” , 。 东 车牌 查询车辆信息 使用 编辑 功能 输入出场时间 计算停车费 并 , ; “ ” , , , 保存出场时间 。 删除车辆信息 输入车牌 查询车辆信息 利用 删除 命令 删除 : , ; “ ” , 师指定车辆信息 。 请将实验结果填写在表29中 . 。 表2.9 范实验结果表 实验步骤 观察到的结果 遇到的问题 模拟车辆入场 模拟查询大车辆 模拟车辆出场 删除车辆信息 学 4. 实验结果分析 实验是否获得了预期的出结果 如果遇到了问题 请描述并分 ① ? , 析原因 。 结合实验的过程和结果 分析数据库中数据访问的四项基本 ② , 操作在系统功能实现中的作用 版 。 作业练习 社 某智能停车场的管理部分功能描述如下 : 1. 可以统计驾驶员的支付方式 如扫码支付 现金 刷卡等 , 、 、 。 2. 可以允许使用购物凭证抵扣车费 例如每消费100元免费停车1小时 购物凭证上有单据编号 消 , 。 、 费项目和总金额 具体抵扣信息日后可查询 。 。 请为这个系统设计需要额外存储的信息 。 72 信息系统与社会知 识 延 伸 结构化查询语言 结构化查询语言 structured query language SQL用于实现数据库中数据的访问和管理 1987 华( , ) 。 年 SQL在国际标准组织的支持下成为了国际标准 为主流关系型数据库所采用 不过各种流行的数据库 , , 。 系统都对SQL标准作了某些改编和扩充 所以 不同关系型数据库系统之间的 SQL语句不能完全相互 。 , 通用 。 SQ东L可以让我们很方便地访问数据库 它既不要求用户指定对数据的存放方法 也不需要用户了解其 , , 具体的数据读取方式 通过SQL指令 可以从数据库中取回数据 也可以向数据库中插入新的记录 修改 。 , , 、 记录或删除记录等 信息系统中的应用软件正是使用SQL指令进行数据的存取 。 。 以智能停车系统的数据库为例 参照前面的分析 数据库中有以下这张parkingInfo表 见表2.10 包 师, , ( ), 含了停车的记录 为了便于理解 以下例子和SQL语句均做了简化 。( , ) 表2.10 parkingInfo表 范 PlateNo EnteringTime LotNo LeavingTime 沪ABCD12 2018/09/01 18:00:00 108 2018/09/01 20:28:15 京ABCD12 2018/09/01 18:15:26 128 大 其中 PlateNo为车牌号 EnteringTime为入场时间 LotNo为停车位号码 LeavingTime为出场时间 , , , , 。 数据库中数据访问的四项基本操作使用SQL实现的方式如下 : 1 增加新记录 一辆车牌号为沪ABCD3学4的车辆 2018年9月2日8:00:00入场 () : , 。 Insert into parkingInfoPlateNo EnteringTime values 沪ABCD34 2018/09/02 8:00:00 ( , ) ( , ) 我们可以直观地读出这句话的含义 在 parkingInfo表中插入数据 操作的字段是 PlateNo和 : ; EnteringTime对应的值是沪ABCD34和 2018/09/02 8:00:00 出 , 。 2 修改记录 车牌号为沪ABCD34的车辆停至130号车位上 () : 。 Update parkingInfo set LotNo= 130 where PlateNo= 沪ABCD34 同样可以解读 更新parkingInfo表 对于车牌号为沪ABCD34的车辆记录 设置停车位号码为130 : , , 。 版 3 查询记录 查找车牌号为沪ABCD34的车辆停车位置 () : 。 Select LotNo from parkingInfo where PlateNo= 沪ABCD34 解读为 从parkingInfo表中选择车牌号为沪ABCD34的车辆记录中的停车位号码 : 。 4 删除记录 删除车牌号为京ABCD12的车辆停车记录 社 () : 。 Delete from parkingInfo where PlateNo= 京ABCD12 解读为 从parkingInfo表中删除车牌号为京ABCD12车辆的这条记录 : 。 第二章 分析信息系统 73第五节 信息系统中的数据处理与软件 信息的利用与数据的处理是密不可分的 采集到的数据 需要在 。 , 华 进行计算 转换 分析等一系列的加工后 方可得到期望的结果 在没 、 、 , 。 有自动化工具的时代 人们需要手工处理数据 从算盘到计算器 再 , 。 , 到计算机 得益于技术的发展 如今 人们有了更加高效处理数据的手 , , , 东 段 在信息系统中 数据的处理也离不开各种类型的计算机和运行在 。 , 其上的信息系统软件 。 师 体 验 思 考 在信息系统中 数据的处理无处不在 以智能停车系统为例 入口处车辆信息的采集 必须在拍摄后 , 。 , , 通过文字识别处理 将图像转化成文范字信息 车辆出场时 要进行停车时长计算 费用核算等处理 自助查 , ; , 、 ; 询时的信息输出 需要处理输出的格式和显示的界面效果等 , 。 思考： 在智能停车系统中,还有哪些数据处理过程? 分别对应了系统的何种功能? 大 一、 信息系统中的数据处理与软件设计 学 在信息系统运行的过程中 各类外部数据不断进入系统 系统中 , , 管理对象的状态也在不断地发生着变化 系统就需要依据每一次变 出, 化 更改 调整系统中的数据 例如 在智能停车系统中 每一个车 , 、 。 , , 位空闲与否的状态信息是随时变化的 需要及时在系统中反映出 , 来 另外 用户也在不断地向系统发出服务请求 如智能寻车 离场 。 , 版, 、 计费等 这就要求系统对现有数据进行相应的加工 来满足用户的 , , 需要 。 社 探 究 活 动 以智能停车系统为例 分析探究以下和数据处理相关的问题 , 。 1. 根据给定的应用场景 分析在智能停车管理过程中 有哪些数据处理过程 请填写在表 , , 。 2.11中 。 74 信息系统与社会表2.11 智能停车系统的数据处理过程 场景 数据处理过程 华 车辆入场 停车入位 东 智能寻车 车辆出场 师 2. 某停车场停车费用具体计算规则如下 : 1 每小时10元 不足1小时的部分按照1小时计算 () , ; 2 超过8小时不到24小时按照8小时计算 () ; 3 连续停放超过24小范时 超过部分按照上述标准重新计算 () , 。 请用流程图描述此停车场的停车费算法 如需要通过系统获取车辆入场 出场时间等数据 可以直接 。 、 , 用类似 读取车辆入场时间 读取车辆出场时间 命令获得需要的数据 “ ”“ ” 。 3. 以智能停车系统为例 分析信息系统中软件的作用 , 大。 从输入开始到最终的输出 信息系统通过对数据的处理加工实现 学 , 其功能 在系统中 绝大多数的数据处理由信息系统的软件完成 因 。 , 。 此 设计开发功能适切 性能好 效率高的软件对于信息系统的应用起 , 、 、 着关键的作用 。 出 1. 信息系统中的数据处理 版 信息系统核心功能的实现 是通过事先设计的算法 对数据进行 , , 加工 以获得符合需要的数据结果 例如 智能停车系统中 对于停车 , 。 , , 费用的计算 就是核心功能对应的数据处理过程 , 社。 在信息系统的数据输入 输出 传输 存储中 也都有着对数据多 、 、 、 , 样化的加工处理过程 在输入时 信息系统需要对输入数据进行检 。 , 验 转换 识别 格式化等处理 比如智能停车场的车牌识别处理过程 、 、 、 , 。 在数据传输过程中 有对数据的格式化 压缩 加密等处理 在存储 , 、 、 。 时 对数据库中数据的增 查 改 删 即是对数据进行加工处理 在输 , 、 、 、 , 。 出时 计算的结果返回给使用者或外界 因此也需要对结果数据进行 , , 格式化 转换等处理 同时还要负责用户界面的显示处理 例如 在智 、 , 。 , 第二章 分析信息系统 75能停车系统中 计算得出的停车时长需要用便于阅读的格式显示 , 出来 。 简而言之 信息系统运行过程中的每个环节都包含了对数据的处 , 华 理 各环节的数据处理综合在一起 实现了系统对数据的管理与使用 , , 。 2. 数据处理与信息系统软件设计 东 信息系统中的软件主要实现了系统各过程对数据的处理 其中 。 , 应用软件主要实现核心功能以及输入输出部分的数据加工处理 而计 ; 师算机中的系统软件 如操作系统 数据库系统等 则常常为数据传输和 , 、 , 存储中的相关处理提供了支持 。 在设计实现信息系统的应用软件时 通常会从具体的需求出发 , , 规划系范统的整体功能实现 软件的设计与开发有相关的理论与方法 。 , 是专门的学科 下面仅从一款网络应用软件开发实现的角度 简要介 。 , 绍一种设计开发方法 并进一步观察信息系统中数据处理的实现 , 过程 大 。 以简化的智能停车系统为例 按照内部逻辑功能 可将软件划分 , , 为三个逻辑层次 分别负责用户界面 业务逻辑和数据访问 如表212 , 、 , . 和图236所示 . 。 学 表2.12 软件的逻辑层次 逻辑层次 作用描述 出 提供各种终端设备上用户的输入、输出、查询等界面,有桌面程序、网页、 用户界面 移动应用程序等多种不同的界面形式 业务逻辑 负责核心的业务处理,例如计算停车费用等 版 数据访问 负责操作数据库,按照设计的格式向数据库发送指令,进行数据访问 在用户界面层 主要涉及信息的输入输出 , 。 社 输入部分包括提供合理 便利的方式 接受用户 、 , 输入 并将输入的信息适当处理 转换成符合系 , , 统需要的数据 输出部分 是将来自于下一层 ; , 即业务逻辑层 的处理结果数据 解释 呈现成 ( ) , 、 用户便于使用的信息 以输出为例 假定在业 。 , 务逻辑层中 停车费用已经计算出来 那么在用 , , 户界面层考虑的是如何更好地显示它们 在移 。 图2.36 信息系统中软件的逻辑层次 76 信息系统与社会动终端上 可以用一个网页页面来显示 而在车库出口 则考虑用 , ; , LED 屏幕来显示 。 在业务逻辑层 主要是实现系统的核心功能 如计算停车费用 查 , , 、 华 询停车位等 业务逻辑层的数据或是来源于输入 或是从数据访问层 。 , 获取 处理的结果 也可以用于输出或传递给数据访问层保存起来 。 , 。 以计算停车费用为例 首先需要从输入端获取车辆的车牌号码 出场 , 、 东 时间 然后向数据访问层请求读取事先保存的入场时间数据 最后计 , , 算停车费 显示给用户 并保存下来 , , 。 在数据访问层 依据业务逻辑层的数据访问需要 对数据库中数 , , 师据进行相关操作 具体进行哪一种数据访问操作 需要信息系统下 。 , 达相关操作指令 数据访问层主要负责这部分工作 接收来自业务 。 , 逻辑层的数据访问需求 将其转换成对数据库记录的增 查 改 删 , 、 、 、 操范作指令 。 通常 系统还有主控程序 负责将上述三个层次的模块整合在 , , 一起 并提供系统入口 方便对各模块的调用 由此 用户界面层 , , 。 , 、 业务逻辑大层和数据访问层形成一个整体 成为信息系统的软件 , 部分 。 分 析 归 纳 学 选取身边的一个常见信息系统 讨论其有哪些数据处理过程 分析此系统在用户界面层 业务逻辑层 , 。 、 和数据访问层分别包含哪些具体的功能 。 出 二、 开发一款网络应用软版件 我们将在实验资源的支持下 开发一款模拟停车计费与查询软 , 件 在实验过程中 精简了车牌自动采集社以及费用支付等环节 而将 。 , , 重点集中在按照软件的三个主要逻辑层次 体验软件设计与开发的过 , 程 我们在本章第四节中已经了解了数据访问层的工作方式 因此本 。 , 实验将重点关注业务逻辑层与用户界面层的设计实践 。 1. 实验目标 在实验包的基础上 完成模拟车辆停车计费与查询软件的开发 , 。 第二章 分析信息系统 772. 实验环境 华 硬件环境 普通计算机 移动终端 : 、 (PAD); 软件环境 3以及在 3环境中已安装 框架 :Python Python Flask ; 资源 第二章第五节实验包 包含相关实验数据库 程序等 : ( 、Python )。 东 3. 实验准备 师在本实验中 我们将使用网站应用的方式来实现计费与查询软 , 件 软件的用户界面主要由网页形式来呈现 核心业务逻辑和数据访 。 , 问部分用 来实现 数据库采用 自带的小型关系数 Python 。 Python 据库 范 。 （1） 了解 Flask框架环境 在本章第四节的实验中 已经使用过采用 + 框架编 , Python Flask 写的程序 为了更好地理解并完成本节实验 下面将对 框架做 大 , , Flask 进一步介绍 。 在必修1模块中我们学习了用 来编写应用程序 而 Python , 也同样可以用来编写网站应用软件 不过 直接用 来 Python 学 。 , Python 编写 稍显复杂并且工作量较大 有一些程序设计志愿者用开源共享 , 。 的方式 制作了开发支持框架 方便开发者开发网站应用软件 基于 , , 。 这样的框架 开发者无需过多考虑 出, 如何实现网站服务 只需将精力集 , 中在系统核 心 功 能 的 实 现 上 。 是较为常用的一个框架 其 Flask版 , 工作原理如图237所示 如果对 . 。 框架感兴趣 可以通过网络 Flask , 图2.37 Flask框架简化原理图 查找 框架的更多相关信息 Flask 。 社 （2） 了解实验包 在实验包中 已经搭建好了软件的主要框架 提供了网页模板形 , , 式的用户界面层 程序构成的业务逻辑部分和数据库访问部 、Python 分 如图238所示 项目文件夹中的内容如下 , . 。 : 图2.38 实验包工 作原理 78 信息系统与社会文件夹 网页需要用到的支持文件 static : ; 文件夹 网页模板 即用户界面层 本实验中将修改部 templates : , ( 分界面 ); 主控程序 __init__.py: ; 数据库连接程序 数据访问层 db.py: , ; 连接网页模板和数据库 业务逻辑层 parkingbp.py: , ; 计算停车费 本实验中完成 业务逻辑层 parkingFee.py: ( ), 。 4. 实验步骤与结果 （1） 编写完成核心业务逻辑部分代码 打开实验包文件夹中的 文件 完成 parkingFee.py , cal_parking_ 函数编写 此函数根据停车入场时间和出场 fee(starttime,endtime) 。 时间 计算出应付车费 具体计算规则同本节探究活动中所述 , 。 。 可以使用预先编写好的支持函数 cal_parking_hours(starttime, 来计算开始时间和结束时间相差多少小时 endtime) 。cal_parking_ 函数的代码如下 hours : 第二章 分析信息系统 华 东 师 范 大 importtime datetime math 学 支持函数 时间计算 获得停车时间 总小时数 # 停车时间不足一小时部分 按一小时计算 # _ _ defcalparkinghours starttime endtime 出 try 计算入场时间 和出场时间 之间的时间差 # starttime endtime = stime datetime datetime strptime starttime "%Y-%m-%d%H %M %S" == 如果出场时间为空 则取当版前时间 用于估算车费 ifendtime " # = etime datetime datetime now else = 社 etime datetime datetime strptime endtime "%Y-%m-%d%H %M %S" = - 一天之内的时差 按秒计算 seconds etime stime seconds# = - 相差的天数 days etime stime days# 总相差时间 换算成小时 不足1小时的部分按1小时计算 # 3600 + 24 returnmath ceil seconds days* except -1 如果时间格式不对 则返回-1 代表错误 return # 79完成 函数 defcal_parking_fee() 并确认无误后 用 命 , pythonrun.py 令运 行 程 序 在 浏 览 器 中 输 入 。 1270015000 进行测试 “http:// ...: ” 。 进入车辆入库记录的编辑界面 单击 , 计算车费 按钮后 如果函数编写正 “ ” , 确 可以看到计算出的停车费 如图 , , 图2.39 计算车费功能的效果图 239所示 将编写测试的结果填入 . 。 表213中 . 。 表2.13 实验结果表 实验步骤 实验结果 遇到的问题 编写核心业务代码 修改用户界面 计算过程分析 从网页发出的计算车费指令调用了 : 中的 函数 函数代码如下 parkingbp.py parkingfee() ( ), 函数再调用 函数 计算结 parkingfee() cal_parking_fee() , 果再送回到网页显示出来 如图240所示 , . 。 图2.40 程序调用过程示意图 信息系统与社会 华 东 师 范 大 学 ' ' @bp route parkingfee defparkingfee 从网页访出问请求中取出入场和出场时间 # = ' ' '' a request args get starttime = ' ' '' b request args get endtime 调用计算车费函数并转换格式后返回 版 # = _ _ returnjsonify result calparkingfee a b （2） 修改用户界面 社 实验包的程序允许用户使用移动终端查询车辆停车记录 。Flask 框架使用网页模板生成用户界面 在这一步中 我们将通过修改网页 。 , 模板为用户查询界面增加一个停车费信息 。 获取访问地址 ① : 在运行了该 程序的计算机上 利用 命令获取其 Python , ipconfig 地址 IP 。 查看停车记录页面 ② : 在移动设备上使用以上 地址以 地址 5000 格 IP http://IP : /query 80式访问系统查询停车记录 目前 此页面只完成了显示车辆基本信 。 , 息 我们需要为它加上预估的 停车费用 信息 如图241所示 , “ ” , . 。 修改界面模板 ③ : 文件夹中的 文件为停车记录查询的用户 templates query.html 界面模板 其部分源代码如下 , : 第二章 分析信息系统 华 东 师 范 图2.41 移动终端查询停车信息 大 修改前(左)与修改后(右)示意图 学 = = = - -3 - 出 = - = - = = 请输入车牌 = - - = - = = - 社 < span> < button> < span> < div> < div> = - -12 - = - 81信息系统与社会 = - 车牌号码 _ carplate < p> = - 入场时间 _ checkintime < p> = - 出场时间 _ 华 checkouttime < p> < div> < div> < form> 东 这段 代码完成了车牌号码 入场时间 出场时间等的显 HTML 、 、 示 显示信息部分格式解释如图242所示 。 . 。 师 范 图2.42 HTML显示段落文字格式分析图 其中 = - 定义了网页上的一个 ,

段落 段落显示大的内容由静态文字 车牌号码 和 程序返回的 , “ :” Python 查询结果 组成 {{car_plate}} 。 程序提供了carplate 车牌号码 checkintime 入场时 Python _ ( )、 _ ( 间 checkouttime 出学场时间 和fee 停车费 四个查询结果变量 )、 _ ( ) ( ) 。 可以在源文件 的 函数中了解查询过程 其中 parkingbp.py Query() 。 的fee 停车费 即由我们编写的 函数计算得到 ( ), cal_parking_fee() 。 请修改此文件 加上停车费的显示 完成后 运行程序并进行测 出 , 。 , 试 依据测试结果 填写表213 。 , . 。 知 识 延 伸 HTML 版 超文本标记语言 hypertext markup language HTML 是为网页浏览器设计的一种标记语言 它是 ( , ), 。 Web开发中最基础的内容 只要和Web打交道就离不开HTML HTML在网页布局中起到框架结构的作 , 。 社 用 通过结合 CSS和 JavaScript可以创造出绚丽的网页 在我们的项目实验中 HTML模板文件保存在 , 。 , templates文件夹中 CSS和JavaScript文件保存在static文件夹中 在浏览网页的时候 浏览器会解释 , 。 , HTML和CSS JavaScript文件 显示最终页面 、 , 。 82华 东 师 范 第 三 章 大 学 搭建小型的信息系统 出 版 社 本章学习目标 描述物流系统的基本工作过程 了解物流信息系统的组成 ◉ , 。 通过从信息系统设计规划到软硬件操作的实践体验 提高对信息系统价 ◉ , 值的认识以及利用信息系统解决问题的能力 。 测试信息系统的工作过程 提出小型物流信息系统的优化和完善方案 ◉ , 。用户需求的多样性 建设环境的复杂性决定了搭建信息系统是不可能一蹴而就的 有效 、 。 地建立满足用户需求的信息系统成为信息系统设计者的重要任务 。 一个系统经过设计 开发 投入使用后会有新的问题出现 人们提出新的目标 重新设计 华、 , , , 、 更新系统 这样周而复始的过程称为系统的生命周期 信息系统的生命周期可以分为系统规 , 。 划 系统分析 系统设计 系统实施和系统运行与维护五个阶段 、 、 、 。 在本章的学东习中 我们将以物流信息系统为例 以系统设计者的身份设计和搭建一个小型 , , 物流信息系统 了解真实的物流过程 经历从信息系统规划设计到实现小型的物流信息系统的 , , 实践过程 体验信息系统的工作过程 提高对信息系统价值的认识以及搭建信息系统解决问题 , , 师 的能力 。 范 本章知识结构 大 学 出 版 社 84 信息系统与社会项目主题 搭建小型物流信息系统 华 项·目·情·境 晓君的叔叔在一家传统的物流公司工作 公司目前没有安装基于计算机的信 , 东 息系统 晓君在学习了信息系统的基本知识后 认为叔叔工作的物流公司应该升 。 , 级工作流程 通过搭建物流信息系统来提高竞争力 叔叔非常赞同晓君的建议 同 , 。 , 时提出 应该怎样设计物流信息系统呢 为此 晓君请教了学校的信息技术老师 : ? , , 老师在课堂上组织全班同学一起讨论分析 师 。 首先 要梳理物流的具体过程 分析物流信息系统如何支持物流的各个环节 , , 。 其次 需要考虑如何规划和设计能实现基本物流过程的小型物流信息系统 以及该 , , 小型物流信息系统需要哪些硬件及软件的支持 最后 还要考虑怎样搭建和运行 。 , 范 一个小型物流信息系统 。 大 项·目·任·务 学 任务1 任务2 任务3 考察一个真实的 依据信息系统开 搭建一个小型物 物流业务流程,学习信 发的过程,分析和设计 流信息系统,在完成系 出 息系统开发的知识。 一个小型物流信息 统调试和运行后,提出 系统。 可行的优化方案。 版 社 第三章 搭建小型的信息系统 85第一节 小型信息系统的规划与分析 开发一个信息系统 首先要根据业务流程确定系统的规模 制订 , , 华 详细的开发计划 这就是信息系统的规划 计划制订好后 还需要对 , 。 , 信息系统提供的功能做具体分析 明确信息系统分为哪些模块 每个 , , 模块具有什么功能 就开发本章的小型物流信息系统而言 首要任务 。 , 东 是需要了解物流的详细操作流程 明确信息系统在物流的操作流程中 , 承担的作用 然后规划信息系统的规模 制订开发计划 分析信息系统 , , , 的具体功能 为信息系统的设计与实施提供必要的准备 , 。 师 体 验 思 考 范 我们经常会看到快递员奔走于大街小巷 忙于传 , 递快件的场景 大多数快递员手中都配备了一个移动 。 终端 借助它能实现收件 缴费 签收等业务功能 而 , 、 、 。 快件传递作为一个产业 是 20世纪七八十年代开始进 , 大 入中国市场的 随着现代信息技术的发展 相关企业 。 , 不断增多 业务范围不断扩大 覆盖地区也不断增加 , , 。 各个快递企业以及物流企业都建立了各自的物流信息 学 系统 。 思考： 从图31中可以看出,物流主要包括哪 . 些要素? 这些要素在物流过程中发挥了什么作用? 图3.1 物流要素举例 哪些要素的背后需要信息系统的支持? 基于现有的 出 知识和技能,我们能否完成这样一个信息系统的 设计? 版 一、 认识物流和物流信息系统 社 物流就是物品从供应地向接收地的实体流动过程中 根据实际需 , 要将包装 运输 储存 装卸搬运 流通加工 配送与信息处理等功能有 、 、 、 、 、 机结合起来 实现用户要求的过程 物流信息系统是指由人员 设备 , 。 、 、 程序以及反映物品名称 仓储 运输等相关的数据组成的 为物流的使 、 、 , 用者执行计划 实施 控制等职能提供支持的交互系统 、 、 。 86 信息系统与社会探 究 活 动 快递 即快件传递 是日常生活中经常发生的事情 我们在收寄快件的过程中需要与快递员打交道 华, , 。 , 同时也要与管理快递流程的信息系统打交道 通过移动终端轻触屏幕下单 坐等快递员上门取件 随时查 。 , ; 阅快件状态 明确快件预计到达时间 查询签收情况 这些操作过程都是在信息系统的支撑下完成的 图 , , 。 。 3.2所示的是执行快递下单 查询操作时常见的一些操作界面 、 。 东 师 范 大 学 出 版 社 图3.2 物流信息系统中的下单和查询操作示意图 1. 能从你的亲身经历或观察图3.2列举出整个物流过程包括哪些环节吗 , ? 2. 为什么收件人和寄件人能够清楚地查询到快件当前所在地区和状态 ? 3. 分析整个物流过程 哪些操作可以通过物流信息系统来实现 , 。 第三章 搭建小型的信息系统 87在物流过程中 物流管理人员和运输人员依靠通信工具和运输工 , 具密切配合 分工合作 安全地完成物品的运输 现代物流业在信息 , , 。 系统的支持下 信息的交流更快捷 物品的运输也更可靠 同时也给用 , , , 华 户带来了更好的体验 。 1. 物流过程 东 各家快递公司的业务流程是各不相同的 图33所示的是某家 。 . 快递公司的业务流程 。 师 范 大 学 图3.3 快件传递 过程示意图 出 快件传递是由寄件人发起的 寄件人通过电话 计算机或移动终 。 、 端向快递公司发出寄件服务申请 并准确提供快件的收发地址及相关 , 版 信息 。 快递公司根据寄件人的服务申请 委派快递员上门收件 快递员 , 。 除了收取物件以外 还会填写或打印快件单据 向寄件人确认相关信 , , 息 并收取费用或约定付费方式 寄件人可以根社据快件单据进行快件 , 。 查询 快递员给收到的快件贴上包含运单相关信息的条形码贴纸 并 。 , 交送该区域的快递网点 快递网点将快件集中发往当地的处理中心 ; , 由处理中心分拣 扫描然后发往目的地 、 。 当快件到达目的地的处理中心后 处理中心再次对快件进行扫描 , 以更新快件信息 然后根据目的地地址完成分拣后发往各个网点 由 , , 网点的快递员进行派送 。 快递员按照收件地址将快件送达收件人处 收件人完成签收 整 , , 88 信息系统与社会个快件传递的物流过程结束 。 从快件的传递过程出发 可以把快递公司的业务流程划分为三部分 , : 快件收派 快件集散处理 快件运输 如图34所示 快件收派是由快递员 华 、 、 , . 。 和用户共同完成的工作 快递员的工作就是依据快递单据信息收件和派 。 件 包括从寄件人处收取快件送到网点 或将目的网点的快件派送给收件 , , 人 此外 快递员还负责收费等工作 快件集散处理是集散中心的工作人 。 , 。 东 员根据快件的投寄地址对快件进行分类 快件运输是指在统一组织和指 。 挥调度下 按照运输计划 综合利用各种运输工具 将快件迅速 有效地运 , , , 、 达目的地的过程 快件运输主要包括航空运输 公路运输和铁路运输等方 。 、 师式 当然 快件传递业务还会涉及财务管理 仓储管理等工作 。 , 、 。 范 图3.4 快件传递业务 流程示意图 在日常收寄快件的操作过程中 我们通过快递员可以直接感受到 , 快递公司大的快件收派业务 同时 通过图32所示的快件查询操作 。 , . , 也可以了解快件集散处理和快件运输的实时状况 。 2. 物流信息系统学 在物流过程中 物流信息系统承担了对快件运输全过程的信息管 , 理工作 快件传递业务一出旦经用户委托 快件的信息就记录在信息系 。 , 统中 并随着快件运输工作的实施而同步发生变化 例如 有的快递 , 。 , 公司在快递员收件后 给快件贴上包含运单编号等信息的条形码贴 , 纸 之后在每一次入库 运输 出库版时扫描条形码 就可以及时记录快 , 、 、 , 件当前所在位置的信息 便于寄件人和收件人查询 , 。 在物流信息系统中 涉及人的要素有 物流管理人员 快递员 快件 , : 、 、 分拣人员 快件运输人员以及收寄快件的用户 其中 物流管理人员包括 社 、 。 , 物流企业的业务领导以及具体部门的管理人员 如财务管理人员 仓储管 , 、 理人员 运输管理人员等 物流信息系统的主要功能模块如图35所示 、 。 . 。 物流信息系统的派单管理模块负责安排快递员上门收取或派发 快件 快件分拣管理模块负责安排快件集散中心的工作人员按快件投 ; 寄地址为快件安排对应的运输线路和运输工具 车辆调度管理模块根 ; 据快件的投寄地址和快件数量等安排运输车辆和司运人员 收费管理 ; 模块根据快件的质量 运输目的地等信息负责每一个快件的运费计算 、 第三章 搭建小型的信息系统 89华 东 图3.5 物流信息系统功能模块示意图 师 以及相应的收费管理 仓储管理模块完成对快件的出入库和在库管 ; 理 涉及快件进出 库存 配送的基本功能 信息查询管理模块为信息 , 、 、 ; 系统的使用者提供了快递业务的数据 收寄快件的用户通过信息查询 , 范 模块可以了解快件投寄的即时信息 快递公司的管理人员可以通过信 , 息查询管理模块获得各类统计数据 。 物流信息系统本质上是为物流过程提供全方位的服务 随着物 。 大 流业的发展 物流相关活动的计划 预测以及费用 交通状况信息沟通 , 、 、 的要求越来越强烈 对信息进行及时 有效的传递和处理也显得更加 , 、 重要 信息是连接运输 储存 保管 装卸搬运 流通加工 配送等各功 。 、 、 、 、 、 能要素的纽带 没有各个学物流环节之间信息的通畅 及时传递和处理 , 、 , 也就没有物流活动的时间效率和管理效率 也就失去了现代物流的整 , 体效率 由此可见 信息系统是物流活动顺畅进行的保障 是物流活 。 , , 动实现高效率 高效益的前提 也出是现代物流企业的一个重要标志 、 , 。 分 析 归 纳 版 图3.5中 派单管理功能模块主要包括哪些内容 信息查询管理功能模块能查询哪些信息 , ? ? 社 二、 小型物流信息系统的规划与分析 由于开发物流信息系统是一项技术复杂且涉及面广的系统工程 , 在着手开发之前 必须认真地制订有充分依据的信息系统规划 这项 , 。 工作的好坏往往是开发信息系统成败的关键 这里我们可以尝试规 。 划一个相对小型的物流信息系统 寄件人 快递员 仓储管理人员和 : 、 、 收件人通过使用这个信息系统 可以实现基本的物流业务功能 , 。 90 信息系统与社会探 究 活 动 图3.5呈现了物流信息系统的主要功能模块 它实现了快件传递业务的信息化 华 , 。 根据对物流过程的复杂性 已有知识技能和现实条件的梳理 绘制实现最小型的物流过程的草图 、 , 。 描述绘制草图的工作过程 分析哪些内容可以由信息系统来实现 , 。 东 1. 小型物流信息系统的规划 师 凡事预则立 不预则废 科学有效的系统规划对信息系统建设 “ , ”, 非常重要 信息系统规划指根据用户提出的需求 从用户的现状出 。 , 发 经过调查 对所要开发信息系统的技术方案 实施过程 阶段划分 , , 、 、 、 范 开发组织和开发队伍 投资规模及工作进度等 用系统的 科学的 发 、 , 、 、 展的观点进行全面规划 。 （1） 小型物流信息系统架构 根据大对物流过程的复杂性和已有知识技能的梳理 我们发现 开 , , 发出实现图35所有业务流程的物流信息系统是相当困难的 因此我 . , 们选取物流的核心业务作为研究对象 构建一个相对简单的小型物流 , 模型 从而开发出学能够实现物流核心业务的信息系统 , 。 简单地说 物流就是物品按预定的线路从一个地点被运送到另一 , 个地点的过程 因此 如果从用户的视角出发 可以得到最简单的物 。 , , 流模型如图36所示 整个 出 物流过程被精简成 点下单与取件 快 . , :A 、 件从 点运输至目的地 点 点送件与签收三个环节 A B 、B 。 版 社 图3.6 小型物流模型示意图 在下单与取件 运输 送件与签收三个环节中 信息系统可以做什 、 、 , 么呢 在下单与取件环节 用户 寄件人 登录信息系统 提交寄件申 ? : A( ) , 请 物流信息系统发出取件信息给快递员 快递员 接受派单后上门 , A, A 取件 把快件送至本地仓库 在运输环节 仓库 管理员向信息系统 , A。 : A 返回收件完成信息 运输人员会把快件送往目的地仓库 仓库 管理 , B, B 第三章 搭建小型的信息系统 91员收货后向信息系统返回快件到达信息 信息系统会指派对应的快递 , 员 进行派送 在送件与签收环节 快递员 将快件送到用户 收件 B 。 : B B( 人 手中 用户 通过信息系统完成签收操作 详细过程如图37所示 华 ) , B 。 . 。 东 师 图3.7 小型物流信息系统工 作过程示意图 因此 就开发基于小型物流模型的信息系统而言 , , 范 其系统架构如图38所示 . 。 我们在感知层完成数据的采集 包括用户下单时 , 填写的信息以及扫描条形码等方式自动采集的信息 。 大 采集的信息通过无线网络传输到应用层 应用软件负 , 责完成对数据的存储 处理和输出 、 。 （2） 可行性分析 可行学性分析是在系统开发项目确定之前 对系统 , 开发的必要性 可能性以及可能的候选方案 从整个系 、 , 统生存周期的角度进行分析和评价 为决策提供科学 , 依据 出 。 在技术层面 我们已经体验了通过扫描条形码实 , 现信息采集的过程 同时了解了搭建小型无线局域网 , 图3.8 小型物流信息系统架构示意图 的方法 借助无线局域网 版 和终端设备就能实现信息系 , 统中数据的传输 在开发停车计费与查询的网络应用 。 场景中 我们对于 编程环境有了基本的了解 学会了部署 , Python , 框架运行环境 针对数据库 我们学习了怎样增加 查询 修改 社 Flask 。 , 、 、 及删除记录 通过这些操作就能对信息系统中的数据进行处理 另 , 。 外 通过编写 程序 可以输出程序处理后的数据 这些都为搭 , Python , 。 建小型物流信息系统提供了基础 。 2. 小型物流信息系统的分析 通过前面的分析 我们明白了小型物流信息系统的工作过程 只 , , 92 信息系统与社会要进一步分析其功能 就能设计出满足物流需求的信息系统 , 。 小型物流信息系统 是一个简化的物流信息系统 该系统包含了 “ ” , 常规物流信息系统中派单管理 仓储管理和信息查询管理三个模块的 、 华 部分功能 这些功能分别为下单 派送 运输 接收 签收以及查询 反 , 、 、 、 、 , 映了快件物流的最基本流程 。 在小型物流信息系统中 人仅涉及收寄快件的用户 派送快件的 , 、 东 快递员以及仓库管理员 用户通过小型物流信息系统的下单功能完 。 成寄快件的申请 快递员依据信息系统提供的快件信息向用户收取快 ; 件 仓库管理员在快件到达仓库后向信息系统发送相应信息 快件到 ; ; 师达目的地网点后 快递员依据信息系统提供的信息派送快件 在整个 , ; 快件运输过程中 用户还可以随时通过信息系统查询快件当前的 , 状态 。 范根据上述小型物流信息系统中收寄快件的用户 快递员以及仓库 、 管理员所执行的操作 我们可以把小型物流信息系统的应用软件划分 , 为六个功能模块 即下单 派送 运输 接收 签收和查询 其中 下单 , 、 、 、 、 。 , 模块是寄件用户使用的 派送模块是快递员使用的 而运输和接收模 大 , , 块是仓库管理员使用的 签收模块由收件用户使用 收寄件用户 快递 , , 、 员以及仓库管理员都可以使用查询模块 。 在小型物流信息系统中 每一件快件对应一份单据 存储在信息 学, , 系统的数据库中 下单模块中 寄件用户提供快件信息并申请寄 。 , 件 信息系统就自动生成一份快件的单据 快递员使用信息系统的 , 。 派送模块时 信息系统会更改对应单据的状态 同样 仓库管理员 , 出 。 , 使用信息系统的运输和接收模块时 信息系统也会更改对应单据的 , 状态 查询模块进行快件状态的查询 实际上就是进行快件单据的 。 , 查询 。 版 考虑到快件传递服务涉及不同的地区间寄送快件 因此小型物 , 流信息系统应该运行在网络环境中 收寄件用户和快递员可以通 。 过普通的计算机终端或移动终端查询快件单据信息 为了提高快 。 社 件的识别效率 每一件快件可以用条形码或二维码标识 这样 条码 , , , 扫描枪就可以作为快件编码的扫描输入设备 。 分 析 归 纳 通过对小型物流信息系统的规划与分析 简述信息系统在整个物流过程中起到的作用 , 。 第三章 搭建小型的信息系统 93第二节 小型物流信息系统的设计 经过系统分析 解决了信息系统要 做什么 的问题 从而得到了 , “ ” , 华 信息系统的逻辑模型 信息系统设计也称为信息系统的物理设计 是 。 , 在系统分析的基础上 将系统分析阶段反映用户需求的逻辑模型转换 , 为可以具体实施的信息系统的物理模型 解决信息系统 怎么做 的问 , “ ” 东 题 这一阶段要根据技术和运行环境等方面的条件 确定系统的详细 。 , 结构 为信息系统的实施提供必要的技术方案 系统设计通常分两个 , 。 阶段进行 首先是总体设计 其任务是设计系统的框架和概貌 其次是 , , ; 师在此基础上进行详细设计 系统设计是一项技术性强 涉及面广的工 。 、 作 对于小型物流信息系统而言 系统设计就是根据实际条件 设计 。 , , 出信息系统实施的环境 以及进行其他各种具体设计 包括平台设计 , , 、 数据库范设计 代码设计 输入与输出设计 处理过程设计等 、 、 、 。 体 验 思 考 大 结合前面的学习 我们知道收寄件用户 快递员 仓库管理员都会使用信息系统 但他们使用的信息系 , 、 、 , 统功能是不一样的 如图3.9所示 信息系统的使用贯穿于整个快件传递过程 ( ), 。 学 出 版 图3.9 小型物流信息系统功能示意图 社 思考：图310中各功能模块的工作流程是怎样的? 以一个模块为例,分析其中哪些工作由 . 人来完成,哪些由计算机来完成? 图3.10 小型物流信息系统功能模块示意图 94 信息系统与社会一、 小型物流信息系统的总体设计 华 总体设计又称为概要设计 是系统开发过程中关键的一步 它的 , , 主要任务是完成系统总体结构和基本框架的设计 对于小型物流信 。 息系统而言 我们需要明确它的组成模块以及每个模块间的关系 在 东 , 。 各个模块使用时产生的数据有哪些 这些数据在模块之间传递的过 ? 程和变化 同时 我们需要把模块的总体结构设计好 并考虑运行小 。 , , 型物流信息系统所需的网络环境及设备情况 师 。 要编写出小型物流信息系统相应功能的程序 必须明确六个功能 , 模块是怎样工作的 。 范 1. 模块流程 下单是用户 最先使用的小型物流信息系统功能模块 它会记 A , 录寄件人大收件人和物品的详细信息 接着向信息系统提交申请 信息 、 , , 系统中的程序在数据库中生成一条单据记录 单据记录中的快件状态 , 为 等待取货 然后系统会通知快递员 上门取件 具体流程如图 “ ”。 A , 311所示 学 . 。 出 图3.11 下单流程示意图 版 下单完成后 快递员 到用户 处取件 使用派送模块输入单据 , A A , 号 提交派送申请 信息系统中的程序会在数据库中检索输入的单据 , 。 号是否存在 如果不存在 提示重新输入 如果单据号存在 程序接收 , , ;社, 正确的单据号 在数据库中写入派送时间 同时更改快件的状态为 派 , , “ 送本地仓库中 如图312所示 ”, . 。 图3.12 派送流程示 意图 第三章 搭建小型的信息系统 95随后快递员 把快件送到本地仓库 交给仓库管理员 管理员 A , A。 使用运输模块选择单据号 提交运输申请 系统同样判断单据号是 A , , 否存在 存在则接收正确的单据号 更改快件状态为 发往目的地中 , , “ ”, 华 同时记录运输开始时间 如图313所示 , . 。 东 图3.13 运输流程示 意图 师 快件到达目的地仓库后 仓库管理员 使用接收模块输入单据 , B 号 提交接收申请 系统检索单据号 存在则接收正确的单据号 在数 , 范。 , , 据库中写入接收时间 同时更改快件状态为 到达目的地仓库 如图 , “ ”, 314所示 . 。 大 学 图3.14 接收流程示 意图 一旦快件接收完成 系统就会指派快递员 进行送件 当快件送 , 出 B 。 达用户 时 快递员 与用户 进行收件验货 接着进行签收操作 B , B B , 。 用户 通过签收模块输入单据号 提交签收申请 程序接收输入正确 B , , 的单据号 在数据库中写入签收时间 同时更改快件的状态为 已签 , ,版 “ 收 如图315所示 ”, . 。 社 图3.15 签收流程示 意图 查询模块供物流过程中相关人员使用 他们在快件运输的整个过 , 程中都能使用该模块 详细查询流程如图316所示 。 . 。 96 信息系统与社会华 图 3.16 查询流程 示意图 东 2. 模块结构 小型物流信息系统的六个功能模块之间又是怎样联系的呢 根 师 ? 据功能描述可以看出 下单 派送 运输 接收 签收和查询是小型物流 , 、 、 、 、 信息系统中并列的模块 下单模块是用户 输入信息 系统生成相应 。 A , 的单据记录 派送模块由快递员 使用 它的功能是扫描条码 输入 范。 A , , 前面下单环节产生的单据号 在数据库中查找对应单据记录 派送操 , 。 作完成时 系统生成派件时间 并改变快件的状态 运输和接收模块 , , 。 与派送模块功能类似 由仓库管理员使用 都是改变快件的状态 生成 , , , 大 相应操作的时间 签收模块是用户 验货后 通过扫码输入的单据号 。 B , 定位需要签收的单据记录 签收后系统生成收件时间 同时更改快件 , , 状态 查询模块通过输入单据号查找相应单据 系统会显示该单据的 。 , 学 详细信息 所有功能模块结构如图317所示 。 . 。 出 版 图3.17 系统模块 结构设计示意图 社 3. 硬件结构 小型物流信息系统的硬件组成包括采集快件信息的条码扫描枪 和计算机终端 用于数据处理的中心服务器以及相关的网络连接设 、 备 无论快递员 用户或仓储管理员都可以通过计算机终端与小型 。 、 物流信息系统交互快件的相关信息 为了搭建这个小型物流信息 。 第三章 搭建小型的信息系统 97系统 可以使用一台计算机充当物流信息 , 系统服务器的角色 另外两台计算机分别 。 模拟 地终端或网点和 地终端或网点 华 A B , 为了方便快递员和仓库管理员使用 这两 , 台计算机都连接了条码扫描枪 三台计算 。 机通过无线 连接起来 组成一个小型无 AP , 东 线局域网 这样就构成了一个完整的小型 , 物流信息系统硬件实现环境 如图318 图3.18 系统模块硬件搭建示意图 , . 所示 。 师 分 析 归 纳 小型物流信息系统中六个模块范都涉及单据号 请思考这个编号是否能重复 并简述理由 , , 。 二、 小型物大流信息系统的详细设计 详细设计是在总体设计的基础上 将设计方案进一步具体化 条 , 、 理化和规范化 经过系统详细设计 明确系统使用的平台 数据库结 学 。 , 、 构 代码 输入输出等 为下一步系统的实施做好准备 、 、 , 。 1. 平台设计 出 系统的平台设计需要确定系统软件 硬件环境的配置 具体而 、 。 言 需要完成计算机处理方式的设计 网络方案的设计以及系统软 , 、版 件和硬件的选择 针对小型物流信息系统 考虑到实际上快递员是 。 , 使用移动终端进行操作的 因此网络方面采用无线局域网 软件程 , , 序安装在服务器上 另外两台模拟 地终端或网点和 地终端或网 , A 社B 点的计算机连接条码扫描枪 便于快速准确地输入单据号 所以需 , 。 要三台带无线网卡的计算机 此外搭建无线局域网还需要准备无线 , 设备 AP 。 软件的开发环境采用 的 框架 以安装了 7 Python Flask , Windows 操作系统的计算机为例 搭建小型物流信息系统的软件环境如表31 , . 所示 。 98 信息系统与社会表3.1 信息系统运行环境 名称 要求 华 操作系统 Windows 7以上 编程环境 Python3.X 东 软件架构 浏览器/服务器(browser/server,B/S)结构 运行环境 Flask框架、浏览器、命令提示符环境 数据库 SQLite 师 软件程序编程环境除了 3 以外 还需要用网页编辑软件 Python .X , 制作相应功能的 文件 放入相应的 文件夹中 然后 范 HTML , templates 。 编写 程序调用模板中对应的 文件 Python HTML 。 2. 数据库设计 大 在小型物流信息系统中 数据内容设计好之后 还需要考虑数据 , , 的存储方式 鉴于小型物流信息系统中的数据量较少 我们可以考虑 。 学 , 选择小型关系型数据库 如 数据库 另外 我们还需要对数据 , SQLite 。 , 表进行详细设计 。 设计数据表时 应考虑信息系统各模块的功能 每个模块在使用 , 出 : 时会产生哪些数据 这些数据是否会有更改 如果有更改 是否要覆 ? ? , 盖前面的数据 ? 如表32所示 小型物流信息系统根据物流过程分为六个模块 . , , 版 下单需要记录寄件人姓名 寄件人地址 收件人姓名 收件人地址等信 、 、 、 息 需要用不同的字段来记录 快件状态在各个环节也各不相同 一 , 。 , 旦记录当前状态 新的状态会覆盖前一个状态 因此只需要一个字段 , , 来记录 系统还需要记录下单 派送 运输社接收和签收时间 这几个 。 、 、 、 , 内容都是需要呈现的 因此要用不同的字段来记录 由于小型物流信 , 。 息系统中涉及的字段不是很多 考虑到要尽可能简单地实现 我们可 , , 以把这些字段设计在一张数据表中 以 数据库为例 为了满 。 SQLite , 足信息系统数据存储的要求 应该在数据库中创建一张包含上述字段 , 内容的数据表 如表33所示 , . 。 第三章 搭建小型的信息系统 99表3.2 信息系统功能 功能 人 操作 快件状态 记录时间 下单 用户A 登录,提交“申请” 进入“等待取货”状态 下单时间 华 派送 快递员A 收件,贴条形码,送往本地仓库 进入“派送本地仓库中”状态 派送时间 运输 仓库管理员A 快件入库,出库准备运输 进入“发往目的地中”状态 运输时间 接收 仓库管理员B 快件入库,出库准备派送 进入“到达目的地仓库”状态 接收时间 东 签收 用户B 快件送达,完成签收 进入“已签收”状态 签收时间 收寄件用户、快递员或仓 查询 输入单据号,查询快件状态 显示当前状态 — 库管理员 师 表3.3 数据表Things的内容 字段名称 数据类型 功能 字段名称 数据类型 功能 范 id INTEGER 记录的编号,主键 RecipientAddress TEXT 收件人地址 OrderNumber NUMERIC 单据编号,具有唯一性 SendTime TEXT 下单时间 ItemName TEXT 快件名称 DeliveryTime TEXT 派送时间 ItemType TEXT 快件类型 大TransportationTime TEXT 运输时间 ItemWeight NUMERIC 快件重量 ReceivingTime TEXT 接收时间 SenderName TEXT 寄件人姓名 SubmissionTime TEXT 签收时间 SenderAddress TEXT 寄件人地址 学State TEXT 快件状态 RecipientName TEXT 收件人姓名 出 知 识 延 伸 数据类型 数据库的字段可以根据需要设置不同的数据类型 包括字符类型 数值类型以及日期类型等 例如 , 、 。 , 在SQLite数据库中创建表时 可以定义的数据类型有整型 INTEGER版表示字段值是整数 字符型 , ( ), ; TEXT 表示字段值是文本字符串 数值型 NUMERIC 表示字段值是数字 ( ), ; ( ), 。 社 3. 代码设计 代码设计就是要把系统中需要处理的事物用特定的代码来描述 , 以便计算机系统识别 处理 从而便于数据的共享 提高用户使用数据 、 , , 的效率 。 例如 在小型物流信息系统中 快件的状态在下单成功后显示为 , , 等待取货 派送时 快件的状态更改为 派送本地仓库中 运输快件 “ ”; , “ ”; 100 信息系统与社会到目的地城市时 状态改为 发往目的地中 当快件到达目的地仓库 , “ ”; 后 状态改为 到达目的地仓库 最后快件签收后 状态更改为 已签 , “ ”; , “ 收 如表34所示 快件共有五个状态 分别用 等待取货 派送本 华 ”。 . , , “ ”“ 地仓库中 等文字表示 如果快件的状态需要用户输入完成 不同的 ” 。 , 用户在使用时很容易输错字 比如 派送本地仓库中 输入为 送往本 , “ ” “ 地仓库中 这样就会出现系统中没有这个状态的情况 如果我们给它 ”, , 东定义一个代码就能避免这样的错误 就快件的五个状态而言 我们可 。 , 以用01表示 等待取货 02表示 派送本地仓库中 03表示 发往目 “ ”, “ ”, “ 的地中 04表示 到达目的地仓库 05表示 已签收 这样的表示更 ”, “ ”, “ ”, 师适合计算机处理 同样 物品的类型也可以采用不同的代码来表示 。 , , 这也体现了代码的分类作用 采用代码能节省存储空间 提高处理速 。 , 度 这在大型信息系统中的作用尤为明显 , 。 范 表3.4 代码设计举例 代码 代表的状态 大01 等待取货 02 派送本地仓库中 03 发往目的地中 04 到达目的地仓库 学 05 已签收 4. 输入输出设计 出 信息系统的输入完成的功能是将外部的数据转换成系统内的数 据 它是信息进行处理的源头 因此保证源头的正确性是输入设计中 , , 版 的一个重要内容 输入设计主要包括 输入数据的分析与内容的确 。 : 定 输入方式及设备的选择 输入数据的格式设计等 根据小型物流 ; ; 。 信息系统的功能模块 我们可以分析出下单模块需要输入物品名称 , 、 类型 重量 寄件人姓名与地址 收件人姓名社与地址以及下单时间这些 、 , , 数据 而派送 运输等模块只需输入单据编号 记录相应操作的时间 。 、 、 和状态信息 系统根据输入数据执行相应的处理 由于单据编号由一 , 。 串数字构成 我们可以考虑通过条码扫描枪扫描条码的方式进行 这 , , 样既简单方便 又避免了人工输入出错的情况 , 。 输出设计主要是考虑如何利用已有的输出设备 结合用户需要 , , 简单清晰地输出信息的内容 这些内容包括以表格 图形 文字呈现 。 、 、 的信息形式 数据结构和数据类型等 以查询模块的输出设计为例 、 。 , 第三章 搭建小型的信息系统 101因为查询的内容要尽可能详细 我们可以设计表格把这些记录的相关 , 内容都呈现出来 如下单时间 派送时间 运输时间 接收和签收时间 , 、 、 、 表3.5 等 如表35所示 输入输出华设计 , . 。 模块 输入 输出 物品名称、物品类型、物品重量、寄件人姓名、寄件 单据编号,物品名称、类型、重量、状态,收件人姓名与 下单 东 人地址、收件人姓名、收件人地址、下单时间 地址,寄件人姓名与地址 单据编号,物品名称、类型、重量、状态,收件人姓名与 派送 单据编号、派送时间、状态 地址,寄件人姓名与地址 单据编号,物品名称、类型、重量、状态,收件人姓名与 运输 单据编号、运输时间师、状态 地址,寄件人姓名与地址 单据编号,物品名称、类型、重量、状态,收件人姓名与 接收 单据编号、接收时间、状态 地址,寄件人姓名与地址 范单据编号,物品名称、类型、重量、状态,收件人姓名与 签收 单据编号、签收时间、状态 地址,寄件人姓名与地址 单据编号,物品名称、类型、重量、状态,收件人姓名与 查询 单据编号 地址,寄件人姓名与地址,下单时间、派送时间、运输时 间、接收时间、签收时间 大 5. 界面设计 学 满足信息系统功能的需要是界面设计首先需要考虑的因素 界 。 面是信息系统应用的输入输出接口 输入数据 展示全部数据是通过 , 、 界面来实现的 因此界面设计需要解决信息系统功能模块的人机交互 , 出 要求 界面设计要符合用户的使用习惯 例如一个系统界面有清晰友 。 , 好的导航设计 用户在使用过程中可以时时刻刻清楚地感受到自己所 , 处的 位置 就不会出现 迷路 的情况 界面设计应尽量减少用户手 “ ”, “ ” 。 版 工输入信息的操作 这样一方面可以方便用户操作 另一方面也可以 , , 降低数据输入的错误率 例如 在小型物流信息系统中 。 , , 单据编号由多位数字组成 采用条码扫描枪扫描完成输 , 入 既快速 又能减少错误的发生 社界面的风格要统一 统 , , 。 , 一的风格可以规范人机交互的操作行为 也可以给用户带 , 来良好的操作体验 。 根据小型物流信息系统各功能模块的描述 以下单 , 功能模块为例 可以先绘制草图 设计功能界面 我们 , , 。 可以使用文本框来设计接收数据的输入 单据编号是 。 系统自动生成的 显示在相应的文本框内 下单模块界 , 。 图3.19 下单功能模块界面设计示意图 面如图319所示 考虑到信息系统要有清晰的导航设 . 。 102 信息系统与社会计 我们可以在系统的初始页面中把下单 查询 派送 运输 接收 , 、 、 、 、 、 签收模块都呈现出来 其中派送 运输 接收 签收模块都是通过扫 。 、 、 、 描单据编号条形码进行的 因此可以统一设计在对应的文本框后放 , 华 一个实现模块功能的按钮 下单和查询模块因功能各不相同 可以 。 , 考虑单独设置按钮 具体设计草图如图320所示 。 . 。 东 图3.20 初始界面 设计示意图 师 6. 处理过程设计 范 我们在系统总体设计阶段已经设计了六个模块 明确了模块之间 , 的联系 描述了模块的外部特征 但是对于各模块所规定的功能如何 , , 实现并没有说明 因此 需要在编写程序之前 进行算法的设计 描述 大。 , , , 算法处理过程的细节 使之成为编写程序的依据 以下单模块为例 , 。 , 根据前面的分析可以绘制相应的流程图 如图321所示 , . 。 学 出 版 社 图3.21 下单流程图 第三章 搭建小型的信息系统 103分 析 归 纳 1. 通过小型物流信息系统的设计 讨论这个信息系统在整个物流过程中 会产生哪些数据 举例说出 华 , , , 哪些数据在产生后是不变的 。 2. 信息系统的设计主要包括哪些内容 在小型物流信息系统中 主要设计了哪些内容 ? , ? 东 师 范 大 学 出 版 社 104 信息系统与社会第三节 搭建和优化小型物流信息系统 前面我们已经对小型物流信息系统进行了总体设计和详细设计 , 华 接下来的工作就是按照前面的系统设计完成小型物流信息系统的搭 建和优化 。 东 体 验 思 考 到目前为止 小型物流信息系统的设计已经完成 我们要将设计的系统付诸实现 也就是即将进入系 , 。 , 师 统实施阶段 这个阶段是实现系统设计的结果 即将纸面上的 类似于设计图的信息系统方案转变成实际 。 , 、 运行的信息系统应用软件 如图3.22所示 系统实施作为系统的实现阶段 对系统的质量 可靠性和可维 , 。 , 、 护性等性能有着十分重要的影响 。 范 大 学 出 图3.22 物流信息系统界面 版 思考： 要使小型物流信息系统顺利运行,需要做哪些测试? 环境怎样部署? 调试软件程序 时应该重点关注哪些方面? 社 一、 技术准备 1. 硬件设备 在前面的平台设计中 我们知道搭建小型物流信息系统需要三台 , 第三章 搭建小型的信息系统 105计算机以及组建无线局域网的设备 具体内容见表36 , .。 表3.6 小型物流信息系统硬件设备 华 设备 要求 A地终端或网点计算机 配有无线网卡(可用PAD等移动终端代替) B地终端或网点计算机 配有无线网卡(可用PAD等移动终端代替) 东 服务器计算机 安装相关应用软件 无线AP 能够组建无线局域网 师两个条码扫描枪 能够通过USB或蓝牙方式连接计算机 范2. 应用软件清单 图3.23 myproject文件夹 服务器中的软件是信息系统的核心部分 小型物流信 , 息系统应用软件主要由 编写的源代码文件构成 大 Python 。 整个实验包存放在 文件夹中 具体内容如图 myproject , 3.23所示 。 其中 文件是在 虚拟环境下运行系统的程 ,run.p学y venv 序 它的作用是对系统环境进行配置 文件夹内存放着 , 。flaskr 另外三个 源代码文件以及三个文件夹 如图324所 Python , . 示 文件用于系统初始化 包括导入相关模块和 图3.24 flaskr文件夹内容 。__init__.py 出 , 连接数据库等操作 文件用于数据库的相关操作 包括 。db.py , 打开数据库 关闭数据库 初始化数据库等 文件 、 、 。logistics.py 是系统主页面程序 提供整个小型物流信息系统的下单 派 , 、 版 送 运输 接收 签收和查询等功能 文件夹中存 、 、 、 。__pycache__ 放了上述三个编译好的文件 能加快系统运行的速度 , 。static 文件夹中存放了用于网页修饰的文件 包括字体设置 脚本 , 、 等 文件夹中存放了14个 社文件 主要是功能 。templates Web , 模块的界面显示 配合 文件使用 具体如图325 , logistics.py , . 所示 。 文件夹中存放了 数据库文件 里面 instance flaskr.sqlite , 包含一个名为 的数据表 表中有一些快件单据的记录 Things , , 如图3.26所示 。 图3.25 templates文件夹内容 106 信息系统与社会图3.26 flaskr.sqlite数据库文件内容 文件夹中存放了虚拟环境相关文件 用于启动 虚拟 venv , venv 环境 。 中实现签收功能的源代码如下 logistics.py : 第三章 搭建小型的信息系统 华 东 师 范 大 学 进入签收页面 # ' ' = ' ' ' ' @bp route qianshou methods GET POST defqianshou 出 == ifrequest method "POST" = ' ' OrderNumber request form OrderNumber = _ db getdb 版 从 表中选择单据编号等信息 # Things = things db execute ' ' SELECTid OrderNumber ItemName SendTime 社 ' ' ReceivingTime SubmissionTime ' ' RecipientName RecipientAddress ItemWeight state ' ' FROMthings ' = ' WHEREOrderNumber ' ' ORDERBYOrderNumberDESC OrderNumber fetchall 107信息系统与社会 _ ' ' = returnrendertemplate thingsqs html things things 签收操作 # ' ' = ' ' ' ' @bp 华 route updateqs methods GET POST defupdateqs id = _ thing getthing id ==' ' ifreques东t method POST = ' ' OrderNumber request form OrderNumber = ' ' ItemName request form ItemName = ' ' ItemWeight师request form ItemWeight = ' ' ReceivingTime request form ReceivingTime = ' ' state request form state 更新签收时间及状态等字段 # 范 = _ db getdb db execute ' = = ' UPDATEthingsSETOrderNumber ItemName ' = 大 = = ' ItemWeight SubmissionTime state ' = ' WHEREid OrderNumber ItemName ItemWeight SubmissionTime state id 学 db commit _ ' ' returnredirect urlfor logistics index 出 _ ' ' = returnrendertemplate updateqs html thing thing 派送 运输 接收 查询等其他功能类似 不再一一列举 、 、 、 , 。 版 二、 搭建步骤 社 1. 连接采集设备 在计算机上连接好条码扫描枪 测试条码扫描枪的工作状况 具 , 。 体步骤是打开 记事本 软件 用条码扫描枪扫描某个条形码 观察 记 “ ” , , “ 事本 软件中是否出现相应的条码数字 以此测试条码扫描枪是否正 ” , 常工作 。 1082. 组建网络 华 把三台带无线网卡的计算机通过无线 连接起来 组成一个小 AP , 型无线局域网 将其中一台计算机作为服务器 另外两台计算机作为 。 , 终端 设置好它们的 地址 保证它们处在同一网段内 在命令提示 , IP , 。 东 符窗口中用 命令测试它们之间的连通情况 并将它们的 地址 ping , IP 记录在表37中 . 。 师表3.7 计算机IP地址 计算机充当角色 IP地址 服务器 范 A地终端或网点 B地终端或网点 大 3. 应用软件的安装与启动 以 7操作系统为例 首先在作为服务器的计算机上安装 Windows学 , 好 创建 虚拟环境并安装好 框架 接着把 Python, venv Flask 。 实验包文件夹复制到服务器硬盘中 然后进入 虚拟 myproject 。 venv 环境 运行 文件夹中的 启动信息系统程序 , myproject run.py, 。 出 至此 小型物流信息系统安装完成 打开浏览器 在地址栏中输 , 。 , 入 1270015000 显示的系统初始页面如图327所示 说 “http:// ... ”, . , 版 社 图3.27 系统运行窗口 第三章 搭建小型的信息系统 109明软件安装成功 信息系统已经正常启动 地址栏中输入的 5000 表 , 。 “ ” 示端口号 可以在 文件中进行配置和更改 , run.py 。 华 三、 系统运行与测试 服务器端软件安装配置成功后 我们可以对小型物流信息系统进 , 东 行全面测试 在充当终端的计算机上打开浏览器 在地址栏中输入表 。 , 37中设置的服务器地址并加上5000端口号 就可以运行小型物流信 . , 息系统了 。 师在实际测试中 我们可以分小组指定人员分别模拟收寄件用户 , 、 快递员和仓库管理员的操作 具体分工和使用的计算机如表38所 。 . 示 其中两台终端或网点计算机要求连接了条码扫描枪 , 。 范 表3.8 模拟角色分配 模拟角色 使用计算机 使用功能模块 大 用户A A地终端或网点计算机 下单、查询 快递员A A地终端或网点计算机 派送 仓库管理员A A地终端或网点计算机 运输 学 仓库管理员B B地终端或网点计算机 接收 快递员B B地终端或网点计算机 派送 用户B B地终端或网点计算机 签收、查询 出 1. 下单 版 单击下单按钮 进入下单功能模块 如图328所示 其中 单据 , , . 。 , 编号是系统自动产生的 每次执行下单操作 单据编号都会有所不同 , , 。 依次填写物品名称 选择物品类型 填写物品重社量以及寄件人和收件 , , 人的姓名 地址等信息 操作成功后系统窗口里会显示刚刚添加的记 、 , 录 同时信息系统会根据单据编号自动生成条形码 结果如图329 , , . 所示 。 110 信息系统与社会华 东 师 范 图3.28 下单过程窗口 大 学 出 版 社 图3.29 下单结果窗口 2. 派送 从下单结果窗口中可以看出 派送 运输 接收和签收功能都集成 , 、 、 第三章 搭建小型的信息系统 111在主页面上 单据编号的条形码显示在中间位置 以模拟实际粘贴在 。 , 快件上的条形码 测试时 可以用条码扫描枪扫描条形码快速输入单 。 , 据编号 条形码下方显示的是当前记录的详细信息 派送 运输 接收 。 , 、 、 华 和签收操作的结果都显示在此处 下单成功后 快件的状态显示为 等 。 , “ 待取货 系统会指派附近的快递员 上门取件 与寄件人完成快件的 ”。 A , 交接 取件完成后 快递员 需要在系统中执行派送操作 由于数据 。 , A 。 东 库中有很多条记录 这就需要快递员 在派送功能界面通过扫描条形 , A 码输入单据编号 来确定对相应的快件单据进行操作 例如 用条码扫 , 。 , 描枪扫描主页面中的条形码 定位单据编号为6923450657096的记录 , , 师如图330所示 . 。 执行派送操作 快件状态更改为 派送本地仓库中 同时信息系 , “ ”, 统自动记录派送时间 如图331所示 , . 。 范 大 学 图3.30 派送操作步骤一 出 版 社 图3.31 派送操作步骤二 112 信息系统与社会3. 运输和接收 华 运输和接收模块是本地仓库管理员和目的地仓库管理员使用的 , 也是通过连接了条码扫描枪的终端计算机进行操作 其过程与派送 。 类似 把快件状态分别更改为 发往目的地中 和 到达目的地仓库 , “ ” “ ”, 东 同时系统记录运输时间和接收时间 。 4. 签收 师 快件送达后 快递员 与用户 进行验货交接 然后用户 在系 , B B , B 统里完成签收操作 同样也通过扫描条形码输入单据编号 定位需要 。 , 签范收的记录 完成签收操作 这时系统改变快件状态为 已签收 并记 , , “ ”, 录签收时间 。 5. 查询 大 在整个运输过程中 相关人员都能够随时查询快件当前的状态 , , 这个操作通过查询模块来完成 学。 如图332所示 从系统主页面进入查询模块界面 在输入框中输 . , , 出 版 社 图 3.32 查询快件状态 窗口 第三章 搭建小型的信息系统 113入快件单据编号 例如6923450657096 执行快件状态查询的操作 就 , , , 能查询相应单据记录的详细信息 结果如图333所示 快递员和仓 , . 。 库管理员则可以通过扫描相应条码 对数据库中已有的记录进行 , 华 查询 。 东 师 范 大 图3.33 查询结果窗口 学 探 究 活 动 出 请思考 执行查询操作会不会对数据库中的数据做修改 , ? 版 四、 系统方案优化 社 通过完整地运行小型物流信息系统 我们会发现有不完善的地 , 方 这就需要对信息系统进行优化 这里的优化包括信息系统功能上 , 。 的优化 添加系统中没有的功能 或者是对已有功能进行精简 此外 , , 。 , 优化还包括信息系统性能的优化 通过调整代码使程序运行效率 , 更高 。 实际上 在快件传递的过程中 用户下单后如果发现信息填写错 , , 误或者其他原因需要撤销下单操作 从而通知快递员取消上门取件 , 。 114 信息系统与社会在前面设计的小型物流信息系统中没有这个功能 因此我们可以设计 , 一个撤单模块来完善系统 撤单模块实际上是对数据库中的记录进 。 行删除操作 同时我们发现 在快件交接给快递员 并执行了派送操 。 , A 作后 表示整个快件传递过程已经开始 之后是不允许寄件人撤单的 , , 。 只有在刚执行下单功能 快件还处于 等待取货 状态时才允许用户 , “ ” A 撤单 因此 可以通过增加一条选择语句来实现在数据库中仅对快件 。 , 状态为 等待取货 的记录显示撤单操作按钮 源代码如下 优化结果 “ ” , , 如图334所示 . 。 图3.34 优化撤单操作界面 第三章 搭建小型的信息系统 华 东 师 范 大 学 出 进入撤单界面 # ' ' 版 @bp route chedan defchedan = _ db getdb = things db execute 社 ' ' SELECTid OrderNumber ItemName SendTime ReceivingTime ' ' SubmissionTime RecipientName RecipientAddress ItemWeight state ' ' FROMthings ' = 等待取货 ' 增加筛选条件 只选择等待取货状态的记录 WHEREstate " " # ' ' ORDERBYidDESC fetchall _ ' ' = returnrendertemplate thingscd html things things 115作业练习 1. 请你和同学一起讨论小型物流信息系统还有哪些问题需要改进 例 华 。 如 对于快递员B的送件环节 信息系统还需要补充什么功能 并对需要改进 , , , 的部分提出优化方案 。 2. 系统测试中的软件测试是通过运行和使用被测程序 来发现程序中 , 东的错误 以达到检测的目的 这个过程应该重点关注哪些方面 , 。 ? 3. 完整运行一次小型物流信息系统的各项操作 体验各模块的功能 并 , , 进一步分析该信息系统在整个物流过程中的作用 。 师 范 大 学 出 版 社 116 信息系统与社会华 东 师 范 第 四 章 大 学 我与信息社会 出 版 本章学习目标 社 正确认识信息系统在社会应用中的优势与局限性 ◉ 。 认识信息系统应用过程中存在的风险 熟悉信息系统安全防范的常用技 ◉ , 术方法 养成规范的信息系统操作习惯 树立信息安全意识 , , 。 合理使用信息系统 负责任地发布 使用与传播信息 自觉遵守信息社会 ◉ , 、 , 中的道德准则和法律法规 。信息技术的发展引领着人类思维方式的改变 也推动着人类社会向信息社会发展 无处 , 。 不在的信息系统在社会活动中优势尽显 然而 在这样一个虚拟与现实交织的生活空间中 信 。 , , 息泄露 网络谣言 电信欺诈 软件侵权等一系列新的社会问题也接踵而至 对个人 社会乃至 华、 、 、 , 、 国家利益都构成了威胁 规避风险 保护信息系统安全 是信息系统应用的前提和保障 。 , , 。 身处数字时代的我们 正逐渐成为一名数字公民 数字化学习与生活已成为我们自然的生 , , 长方式 能否保东护好个人信息 在虚实交织的空间中遵守道德规范 遵纪守法 负责任地使用与 , , 、 , 传播信息 是信息社会中衡量数字化生存能力的一把标尺 也是考量数字公民是否合格的一个 , , 标准 在当今挑战与机遇并存的移动互联时代 利用所学的知识技能探索创新 弘扬社会正能 。 , , 师 量 为信息社会发展创造更大的价值 是我们每一位数字公民肩负的光荣使命 , , ! 范 本章知识结构 大 . @@24+K ?24+MK学K8 .+*        出  .     2  . 2 2   4 2  4 4 + 2 + 4  +   4  + +    + K    K         K 8 版  M    8 * K O      社          2 ;      2 4     2 2  4  / 2  ! 4 4    K 4  + +    K   !    K 8 ( >   > + 2 8 +  M 5   4 4 +  / K   *   * K     " 118 信息系统与社会项目主题 做合格的数字公民 华 项·目·情·境 周六早上 晓君与爸爸一起去郊外的公园游玩 路上 爸爸用智能停车移动应 , 。 , 东 用程序预约好公园停车场的车位 并在导航移动应用程序的引导下很快就到达了 , 公园 晓君非常开心 , ! 停好车后 晓君和爸爸看到墙上贴着一张印有二维码的小纸片 上面写着 扫 , , : 码注册后即可刷脸免费入园 晓君刚要扫码 却被爸爸拉去售票窗口买票了 晓君 师 。 , , 不明白为什么要放弃这个免费的机会 在公园里 爸爸接到一个同事让他确认货 ? , 物的电话 只见爸爸打开手机 通过输入密码登录公司网站 查看完货物清单后 。 , , , 点击 确定 就完成了 晓君很纳闷 这么简单的操作为什么爸爸的同事自己不能 “ ” 。 , 范 做呢 ? 结束游玩后 爸爸用智能停车移动应用程序缴完停车费 便驾车回家了 晚 , , 。 上 晓君想把今天拍的照片放在网上秀一下 打开手机后 他发现很多同学在 朋 , 。 , “ 友圈 中晒大出了各种 换脸演戏 的视频 觉得这款软件很有创意 于是 晓君也马 ” “ ” , ! , 上下载了这款软件并准备上传自己的照片 过把 演电影 的瘾 如果你是晓君的 , “ ” 。 好朋友 你会赞同他这样做吗 针对晓君之前的开心和疑惑 你能帮他分析和解释 , ? , 一下吗 你能否结合当前的一些事例 与晓君探讨在信息时代怎样才算有意义的 ? , 学 创新 ? 出 项·目·任·务 版 任务1 任务2 任务3 归纳智能停车等 为小型物流信息 小组合作完成“信 信息系统的优势与局 系统增设安全防范 息社会数字化创新与 社 限性。 措施。 发展”相关主题的研究 报告,并在班级中展示 交流。 第四章 我与信息社会 119第一节 认识信息系统的优势与局限性 信息社会 各式各样的信息系统支撑着社会生产和各类活动 彰 , , 华 显出众多的优越性 提高了我们的工作效率和生活品质 然而信息系 , 。 统并非是万能的 当人们的需求进一步扩大时 信息系统就可能会显 , , 露出它的局限性 。 东 体 验 思 考 师 我国迄今最大的极地考察船 雪龙号 自 1994年起多次赴南极执行科考任务 其足迹遍布世界五大 “ ” , 洋 创下了中国航海史上多项新纪录 , 。 2017年12月 南极罗斯海地区连续出现强风 , 降雪恶劣天气 雪龙号 科考船被冰范区围困 当时能 ,“ ” , 见度不足百米 船载遥感卫星接收处理系统立刻开 , 展应急观测 实时接收处理遥感卫星图像 成功指引 , , 雪龙号 科考船穿越冰区 确保了第34次南极科考 “ ” , 大 任务按计划进行 2019年 1月 正在执行中国第 。 , 35次南极考察任务的 雪龙号 减速行至南极阿蒙 “ ”, 森海密集冰区时 如图 4.1所示 突如其来的浓雾 ( ), 使得能见度不足20米 船载雷达并没有给出预警信 学 , 息 致使 雪龙号 最终撞上了冰山 撞击后 船员迅 , “ ” 。 , 速倒船以降低冰山对船的损伤 由于排险及时 本次 , , 图4.1 我国极地考察船 雪龙号 在南极阿蒙森海密集 撞击未发生人员受伤 雪龙号 的动力和通信系统 冰区 “ ” ,“ ” 出 也一切正常 。 阅读、观看“雪龙号”撞击冰山的资料并思考以下问题： 1. “雪龙号”的导航系统在这两次遇险过程中是否都有效发挥了作用? 2. 信息系统在任何情况下都能满足需求吗? 我们应该如何看版待信息系统的“表现”,其背后 的原因又是什么? 社 一、 信息系统的优势 随着人们对工作效益以及城市智能响应要求的不断提高 信息系 , 统在社会生活各个领域中的作用日益突显 人们对信息系统也越来越 , 依赖 信息系统已逐渐成为人们解决诸多问题的得力助手 , 。 120 信息系统与社会分 析 归 纳 停车难是大多数驾驶员非常头疼的事情 也是城市治理的一大难点 信息系统的应用使这一难题在 华 , 。 很大程度上得到解决 在马路上 我们可以使用移动设备中的应用程序快速查询附近的停车位 进入停车 。 , ; 场后 我们可以通过场内提供的智能停车系统解决停车的一系列问题 下面 我们就以停车过程中的各种 , 。 , 需求为依据 分析比较使用与不使用这些信息系统的区别 并将讨论的结果填写在表 4.1中 通过对比分 , , 。 析 归纳东总结信息系统的优势 , 。 表4.1 两种不同情况下实现停车需求的方法与效果比较 事项师 不使用信息系统 使用信息系统 找停车位 实地查看,耗时费力 查询快捷,一目了然 范 大 提供停车服务的信息系统种类有很多种 功能也覆盖了用户的各 , 种需求 这些信息学系统的应用为驾驶员缩短了停车时间 提高了停车 , , 效率 。 1. 信息系统的常见优势出 无处不终端 处处皆计算 可谓是对信息社会的生动写照 在社 “ , ” 。 会生产和生活的各类应用场景中版处处体现着信息系统的诸多优势 , 。 信息系统具有便捷 高效的优势 生活中原本需要耗费大量时间 、 。 和精力才能做到的事情 现在通过各种信息系统 弹指之间 即可解 , “ ” 决 例如 高速公路上的 系统可以让社驾驶员实现不停车付费 为 。 , ETC , 驾驶员节约了时间 提高了高速道路通行的效率 网上银行系统让客 , ; 户足不出户办理多种金融业务 节省了原先花在路上和排队的时间与 , 精力 为客户提供了即时 便捷的服务 类似的例子举不胜举 , 、 , 。 信息系统还具有智能 节约人力成本的优势 例如 在生活中 智 、 。 , , 能家居系统可以自动控制家中的空调 空气净化器等家电设备 为我 、 , 们打造一个健康宜居的环境 在社会生产中 信息系统不仅能够合理 ; , 规划生产流程 提高企业的管理和运作效率 还能最大程度地减少人 , , 第四章 我与信息社会 121工劳动 有效降低人为因素对生产安全的影响 例如 , 。 , 在全自动化生产车间里 从原材料加工到成品的组装 , , 生产流水线上的任务由不同功能的机器人自动完成 , 华 在车间里几乎找不到人的身影 如图42所示 , . 。 此外 有些信息系统具有能适应危险或恶劣环境 , 的优势 如前所述 我国自主研发的 船载遥感卫星接 。 , “ 东 收处理系统 通过接收来自遥感卫星传来的实时数据 ” , 为行进在南极恶劣环境中的 雪龙号 进行引导 使其 “ ” , 成功脱险 社会生产生活中的例子也有很多 例如火 图4.2 全自动化生产车间 。 , 师灾探测报警系统不仅可以实时探测可燃气体含量 自 , 动发出报警信号 还可以通过探测现场的温度 烟雾等数据 快速处理 , 、 , 并做出及时的反馈 帮助消防员作出合理决策 在一定程度上减少或 , , 避免了范人员伤亡 。 2. 信息系统优势的缘由 大 信息系统的实施离不开信息技术的支撑 例如 传感技术的深入 。 , 发展让信息系统具备了更强 更广的信息采集能力 通信技术的日新 、 ; 月异 让信息系统具备了更快 更远的信息传输能力 例如 我国 雪 , 学、 。 , “ 龙号 的导航系统由最初的指南针导航 到后来的激光导航 再到目前 ” , , 功能更加完备的遥感卫星导航 先进的通信技术和感测技术推动了导 , 航技术的不断更新 让 雪龙号 行得更稳 走得更远 , “ ”出, 。 概括地讲 信息系统的诸多优势源于其背后信息技术的大力支 , 撑 只有不断创新与发展信息技术 才能推动信息系统不断完善 使其 , , , 发挥更多优势 。 版 二、 信息系统的局限性及应对 局限性 是指事物或人因为受到某些主观或社客观因素的制约 其 , , 自身功能发挥受到限制 例如 早期由于缺乏测量工具 人们凭借有 。 , , 限的感知能力 认为地球就是宇宙的中心 直到以太阳为宇宙中心的 , , 日心说 被提出 这种观点的局限性才被打破 随着天文学及测量工 “ ” , 。 具的发展 人们认知自然的能力也越来越强 日心说 的局限性也随 , ,“ ” 之浮出水面 纵观漫长的人类历史 社会文明的发展犹如人类对星空 。 , 的探索历程 同样会受制于时代 受限于技术 受到人们认知的制约 , , , 。 在不同的时代 人们总结的经验 形成的技术 制造的工具以及制定的 , 、 、 122 信息系统与社会法律法规等都会存在一定的局限性 信息系统也不例外 , 。 体 验 思 考 华 在日常生活中 我们可能有过这样的体验或听闻 乘坐一些老旧厢式电梯时 手机常会遇到无法上网 , : , 或无法通话的情况 在雨雪天时 自动驾驶汽车可能会遇到难以正常行驶的问题 人类航天器在探测宇宙 ; , ; 东 深空时 其飞行距离总是有限的 你还知道哪些因局限性使得信息系统无法正常工作的案例吗 谈谈 , …… ? 产生局限性的原因是什么 请与同伴分享你的案例和想法 ? 。 师 信息系统的局限性往往是因为技术的制约导致的 例如 由于电 。 , 磁波的传输速度无法超越光速 目前人类航天系统的数据传输仍存在 , 一范定的延时 尤其当探测器离地球比较远时 无法实现与地面的即时 。 , 通信 这时往往需要事先将编好的程序指令植入探测器 以便实现探 , , 测器自主 快速作出决策及行动 又比如 鉴于早期计算机的运算速 、 。 , 度和数据存储的局限性以及数据交换能力的不足 系统的重要数据一 大 , 般只能做到本地备份 随着网络技术与存储技术的发展 网络带宽也 。 , 在不断增大 数据的实时传输与远程备份已经成为当今信息系统的常 , 见功能 由此可见 技术落后会导致信息系统功能的局限性 寻求技 。 学, , 术的创新与发展则是突破信息系统局限性的有效手段 。 此外 在设计信息系统时 还需要预测并规避其局限性 即在系统 , , , 设计过程中要考虑到其可能存在的局限性 并通过一定的技术手段克 出, 服它 例如 2019年1月3日 我国 嫦娥四号 探测器在月球背面首 。 , , “ ” 次成功软着陆 由于月球始终以同一面朝向地球 且电磁波无法穿透 。 , 月球球体的局限性始终存在 所以解决飞到 , 版 月球背面的探测器与地球之间的通信问题 成为探月工程面临的一大挑战 我国的航 。 天科学家们经过精密计算 发射了一颗中继 , 社 通信卫星 并将其作为月球背面与地球的数 , 据中转站 这颗中继通信卫星既能把 嫦娥 。 “ 四号 探测器发出的数据成功传回地球 又 ” , 能把从地面站发来的数据传送给 嫦娥四 “ 号 如图43所示 这一设计有效克服了 ”, . 。 探月工程中信息传输的局限性 。 上述多个案例表明 信息系统并不是十 图4.3 嫦娥四号 通过中继通信卫星与地面站通信示意图 , “ ” 全十美的 不同时期 在不同信息技术的支 。 , 第四章 我与信息社会 123持下 信息系统会出现不同的局限性 当信息技术的发展滞后于人们 , 。 对信息系统功能的需求时 新的局限性便会显露 , 。 信息系统的局限性是客观存在的 充分认识信息系统的局限性 。 , 华 不仅有助于我们理性地看待信息系统 还有助于我们以其局限性为契 , 机 积极研发新技术 不断开拓创新 让信息系统在社会各个领域中发 , , , 挥更大的作用 。 东 作业练习 师 使用信息系统进行学习已经成为当今越来越多人的习惯 请以你熟悉的 , 一款学习类信息系统 移动应用程序或在线学习平台 为例 分析它的优势及 ( ) , 目前存在的局限性 并谈谈如何克服其局限性 , 。 范 大 学 出 版 社 124 信息系统与社会第二节 了解信息系统的风险与防范措施 信息系统在帮助我们完成工作和生活中的各项任务时 其背后可 , 华 能隐藏着一些不安全的因素 这些因素随时随地可能会对信息系统的 , 正常运行构成威胁 如果不能及时加以防范 可能会导致我们个人 集 , , 、 体乃至国家的利益遭受损失 。 东 体 验 思 考 师 当人们享受着信息系统所带来的便利时 一些麻烦可能也会不期而至 例如 网络瘫痪导致无法正常 , 。 , 工作和生活 经常接到陌生人的骚扰电话和垃圾邮件 银行卡在手 账户内的钱款却不翼而飞 计算机中的 ; ; , ; 重要数据莫名泄露或顷刻化为乌有等 对上述这些体验 相信我们并不陌生 。 , 。 思考： 上述事例为什范么会发生? 信息系统在应用过程中可能存在哪些风险? 我们应该怎样 进行规避和防范? 大 一、 信息系统的安全与风险 信息系统在应用过程中会存在各种各样的风险 狭义地讲 风险 学 。 , 就是指存在损失的可能性 信息系统的风险通常是指在信息系统运 。 行过程中 发生我们不希望的后果的不确定性 这种不确定性包括发 , 。 生与否的不确定 发生时间的不确定和导致结果的不确定 这种不确 、 。 出 定性既与客观因素 如设备老化 不可抗拒的自然因素等 有关 也与 ( 、 ) , 人们的意识 行为等主观因素有关 、 。 版 分 析 归 纳 1. 阅读下面的案例 填写表4.2中的相关问题 , 。 社 案例1 2018年6月的某一天 由于某著名ISP和旗下某公司网站的光缆都因老化出现断裂 从而发 , , 生严重的服务中断 导致当日有数千万的企业客户或个人客户无法上网 观看有线电视或拨打IP电话 , 、 。 案例2 2016年8月的某一天 接到大学录取通知书的小徐 因被骗走学费 过度伤心导致不幸离世 , , , 。 事情过程是 不法分子入侵了某省 2016高考网上报名信息系统 并植入木马病毒 然后将窃取的 1800 : “ ”, , 条高中毕业生资料卖给另一犯罪团伙 该团伙给小徐拨打诈骗电话 并诱导其将近万元学费全部转入了骗 , , 子的账户 。 案例3 2017年1月底的一天 某全球知名仓库管理系统的运维人员在深夜维护数据库的过程中 错 , , 误地执行了删除数据库目录的命令 导致近300GB数据被删除 该公司的官方网站数小时无法访问 , , 。 第四章 我与信息社会 125表4.2 信息系统安全案例分析 案例 遭受的影响 产生原因 风险因素 华 案例1 案例2 案例3 东 2. 根据上述提供的案例,结合自己的经验及所见所闻,从信息系统组成要素的角度,与同伴一起讨论 并归纳信息系统在运行过程中可能出现的风险。 师 上述三个案例告诉我们 信息系统的风险总是存在的 无论是网 , 。 络服务被拒绝 还是重要信息被泄露 都表明信息系统受到了破坏 人 范, , , 们的工作 生活甚至社会的稳定也会因此受到一定的影响 、 。 1. 信息安全与信息系统安全 大 当前 人们的日常生活 社会各领域的系统运转以及国家的经济 , 、 建设和国防 都会涉及信息安全 可以说 没有信息安全 就没有完全 , 。 , , 学 意义上的国家安全 也就没有真正的政治安全 军事安全和经济安全 , 、 。 信息安全 是指信息系统中的硬件 软件 数据受到保护 不因偶然的 “ ” 、 、 , 或者恶意的原因而遭到破坏 更改和泄露 系统连续可靠正常地运行 、 , , 出 信息服务不中断 简单地说 信息安全主要是确保信息的完整性 保 。 , 、 密性 可用性和可控性 信息的完整性是指信息在交换 存储 传输和 、 。 、 、 处理过程中保持不被修改 不被破坏和不丢失 信息的保密性是指信 、 ; 息不泄露给非授权的个人或实体 信息的版可用性是指信息可被合法用 ; 户访问并按要求使用 信息的可控性是指对信息的内容及传播具有控 ; 制能力 任何信息在一定范围内都应该是可控的 例如 案例1中大 , 。 , 量合法用户无法正常使用系统提供的各种网络社服务 就属于信息的可 , 用性没有得到保障 。 根据信息系统的组成和应用特点 信息系统安全可以从物理安 , 全 软件安全 网络安全 数据安全 管理安全五个层面来考虑 、 、 、 、 。 2. 信息系统常见风险 从信息系统安全的角度可以将信息系统常见风险分为 物理安 : 126 信息系统与社会全风险 软件安全风险 网络安全风险 数据安全风险和管理安全风险 、 、 、 五个层面 其中 数据安全风险已经在必修1模块中学习过了 下面 。 , , 就从其他四个层面来认识信息系统的常见风险 。 华 （1） 物理安全风险 信息系统的运维离不开物理设施与环境的保障 物理安全风险 。 主要指由于信息系统物理特性和周边环境引起的硬件设备和线路的 东不可用 而造成信息系统不可用的可能性 主要包括地震 水灾 火灾 , 。 、 、 等不可抗力因素造成设备损坏 电源故障造成设备断电 设备被盗 被 ; ; 、 毁 老化导致数据丢失或功能失灵 温度 湿度过高导致设备无法正常 、 ; 、 师运行等 案例1中的光缆是数据传输的介质 属于物理设施 光缆老 。 , , 化断裂造成网络服务中断 就属于信息系统物理安全风险的范畴 , 。 （2） 软件安全风险 软件安全风险一般包括系统软件安全风险和应用软件安全风险 范 。 系统软件安全通常指操作系统及数据库管理系统的安全 在信息系统 , 安全中占据非常重要的地位 。 系统软件安全风险的产生通常是攻击者通过系统软件漏洞入侵 大 系统 传播病毒或窃取机密资料 因此 计算机系统软件中存在的安 , 。 , 全漏洞是攻击者实施攻击的关键 案例2中的黑客就是通过目标主 。 机的漏洞 植入木马病毒成功入侵的 , 学。 应用软件安全风险主要包括非法用户对应用软件系统攻击和冒 用合法用户的账号 密码进行非法访问等 、 。 出 知 识 延 伸 安全漏洞 安全漏洞简称漏洞 是指硬件 软件 协议的具体实现或系统安全策略上存在的缺陷 漏洞的产生可 , 、 、 版。 能源于硬件 软件或协议设计时产生的缺陷 也可能源于软件编码时产生的错误等 漏洞问题会长期存 、 , 。 在 随着时间的推移 旧的漏洞会经过不断修补而消失 新的漏洞又会不断地显现出来 , , , 。 社 （3） 网络安全风险 网络安全风险通常涉及网络服务等多个方面 下面 主要就网络 。 , 服务风险做一些介绍 。 信息系统中运行的 服务和数据库服务作为信息系统的核心 Web 和重要组成部分 非常容易受到黑客的攻击 风险比较大 网络攻击 , , 。 是网络服务风险中最为常见的一种 网络攻击一般包含入侵和攻击 。 两种方式 其中 入侵主要是窃取信息 对系统一般不造成破坏 而攻 。 , , , 第四章 我与信息社会 127击则倾向于对网络系统的破坏 如图44所 。 . 示就是一种非法的网络攻击行为 黑客的主机 , 通过控制许多傀儡机向目标主机发送大量数 华 据包 使得目标主机的所有可用资源都被消耗 , 殆尽 最后导致合法用户的请求无法得到 , 回应 。 东 （4） 管理安全风险 信息系统安全离不开严格的管理制度和 威严的法律法规 如果相关的安全管理制度 。 师 及各类防范措施缺乏 相应的法律法规以及政 , 策不健全 都会影响信息系统的安全 例如 , 。 , 图4.4 非法网络攻击示意图 在系统应用过程中 如果没有严格的审核制 , 范度 对系统权限没有设置足够的层级 对有变 , , 更的软件没有进行严格的测试或试运行 都将会给系统的稳定性和安 , 全性带来威胁 。 信息系统的管理主要是由人来完成 人既可以是信息系统安全的 大 , 守护者 也可以成为诱发信息系统风险的主要因素 案例3中的仓库 , 。 管理系统就是因为管理人员的一时疏忽 实施了误操作 导致大量数 , , 据丢失 以致官网无法访问 很多业务无法正常开展 如果管理人员 , 学, 。 法律意识淡薄 利用职务之便 窃取 贩卖系统中的数据 则会导致大 , , 、 , 量信息泄露 不仅破坏了信息的保密性 还会给个人和单位乃至国家 , , 造成难以挽回的损失 。 出 分 析 归 纳 版 在前一章的学习中 我们规划并搭建了一个小型物流信息系统 尽管系统规模比较小 但同样也存在 , , , 着风险 请与同伴一起讨论该小型物流信息系统在应用过程中可能存在哪些风险 它们分别对应信息系 。 ? 统安全的哪个层面 ? 社 二、 信息系统的安全防范 信息系统安全是一个涉及多层面安全的综合复杂体 任何一个层 , 面发生安全问题 都会影响整个信息系统的安全性 小型物流信息系 , 。 统也不例外 例如 在软件安全层面 系统运行时 物流管理软件中的 , , , , 128 信息系统与社会功能和数据是全开放的 对使用者并不作区分 这就难以保证该系统 , , 的信息安全 因此 对安全问题及早预测和防范通常是信息系统设计 。 , 与搭建过程中不可忽视的重要内容 。 华 分 析 归 纳 东 根据我们使用各类信息系统的经验 针对小型物流信息系统存在的各种风险 说说降低这些风险的措 , , 施 并将讨论结果填入表4.3中 , 。 表4.3 小型物流信师息系统的安全防范措施 信息系统安全层面 防范措施 对应的风险 软件安全 任何人都可以使用物流管理软件中的功能及数据 范 大 学 出 任何信息系统都会存在风险 只要我们及早发现 并采取合理的 , , 防范措施 就可以避免或降低由风险引发的各种损失 , 。 版 1. 信息系统安全防范的原则 居安思危 和 未雨绸缪 自古以来社都是智者避灾免难的良方 “ ” “ ”, 。 同样 为了提高信息系统的安全性 尽量避免或降低损失 从信息系统 , , , 的设计到应用 开发者要始终保有信息安全的意识 遵循 以防为主 , , “ , 防治结合 的原则 绷紧 安全 这根弦 ” , “ ” 。 在事故发生前 我们要以 防 为主 做好充分预案 防患于未然 , “ ” , , , 尽量避免出现损失或使损失降到最低 例如 在物理安全层面 为了 。 , , 防止设备损坏或老化 要做到规范操作 定期更新 对重要的设备 如 , 、 ; ( 网络服务器 要事先做好备份 为了防止意外断电 可以为重要设备 ), ; , 第四章 我与信息社会 129准备不间断电源 以保证在突发断电的情况下系统能正常运转 在网 , 。 络安全层面 要安装防火墙并做好相关防护设置 实现对网络访问的 , , 严格控制 严防黑客实施网络攻击 在软件安全和数据安全层面 既 , 。 , 华 要做好漏洞扫描和修补工作 又要安装并利用防毒软件定期查毒 做 , , 到即时更新病毒库 同时还要严把对信息系统数据的访问控制关 对 , ; 数据库中的数据要进行加密和定期备份 以防数据被盗 丢失或破坏 , 、 。 东在管理安全层面 不仅要制订完善的安全管理机制 还要求管理者在 , , 强化信息安全意识的前提下严格执行管理制度 提高责任心 保障信 , , 息系统的安全和平稳运转 。 师 知 识 延 伸 防火墙 防火墙是网络安全的第一道防范线 一般位于网络的边界 其主要功能是保护可信网络 使其免受来自 , , , 非可信网络的威胁 它可以是一台有访问控制策略的路由器 或是一台有多个网络接口的硬件设备 也可 。 , , 以是一款被安装的软件 防火墙可以分为个人防火墙和分布式防火墙 个人防火墙是一种安装在个人计 。 。 算机中的软件 它可以监控计算机中的数据 阻止黑客入侵 是保障个人计算机安全接入网络的有效措 。 大, , 施 分布式防火墙则负责对网络边界 各子网和网络内部各设备的安全防护 。 、 。 学 如果事故已经发生 系统已遭受损失 我们就需要用 治 的办法 , , “ ” 采取解除或隔离措施 及时止损 例如 系统感染病毒后 我们首先要 , 。 , , 做的是有效隔离病毒的传播途径 然后用杀毒软件查杀病毒 如果系 , 。 出 统中的数据遭到破坏 我们还可以在清除病毒后用事先的备份数据进 , 行恢复 这样可以最大程度地保证系统的安全 因此 在信息系统的 , 。 , 日常运维中 往往要遵循 防治结合 的防范原则 , “ ” 。 版 2. 信息系统安全防范的常用方法 信息系统的安全防范通常需要根据实际情社况采用相应的防范方 法来实现 由于信息安全防范技术涉及面比较广 实施起来也比较复 。 , 杂 我们仅就其中比较常用的防范方法做一些介绍 , 。 （1） 身份认证 身份认证是用户在使用信息系统时 系统对用户身份的识别和确 , 认过程 是保证信息系统安全的基本措施 , 。 用户名+密码 是采用输入用户名和密码进行登录和身份管理 “ ” 的一种较常见的身份认证方式 这种方式实现方便 但存在着密码被 。 , 130 信息系统与社会破解或盗取的风险 。 此外 使用物理元件进行身份认证 也是比较常见的一种方式 , , 。 例如 把存有用户信息的门禁卡插入 或靠近 专用的读卡器 如果门 , ( ) , 华 禁卡中的数据与系统存储的数据一致 身份认证即告完成 这种认证 , 。 方式的成本较高 缺点是如果物理元件丢失或被盗 也同样会对安全 , , 造成威胁 。 东随着计算机技术 感测技术及生物技术等高新技术的综合发展 、 , 生物特征认证成为当前最为便捷 安全的解决方案 它无需记住复杂 、 。 的密码 也无需随身携带物理元件 而是通过用户所固有的且具有唯 , , 师一性的生物特征 如指纹 人脸 掌形 虹膜 等 进行认证 ( 、 、 、 、DNA ) 。 （2） 访问控制 访问控制是信息系统安全防范的常用技术 它的主要作用是保证 , 信息资源不被非法访问和使用 它规定了用户对资源 包括系统文 范 。 ( 件 数据库等 访问的限制 并在身份认证的基础上 根据身份对提出 、 ) , , 资源访问的请求加以控制 访问控制是实现信息保密性和可用性的 。 主要手段之一 大。 访问控制中比较常见的一种方法是对用户名和密码进行身份识 别 以确保访问的用户是系统所允许的 这样可以有效控制非法用户 , 。 登录 避免非法用户使用和修改数据 实现访问控制的另一种方法是 , 学。 网络权限控制 即在计算机网络中 通过为用户设置不同的级别来控 , , 制用户的访问权限 如高级别用户可以对全部资源有浏览 下载 修 , 、 、 改 删除的权限 而低级别用户只有浏览 下载指定资源的权限 、 , 、 。 出 体 验 思 考 版 以我们常用的社交软件为例 请找出其中的哪些设置属于访问控制 具体涉及哪些权限 思考在该 , ? ? 系统中设置访问控制的目的是什么 请你与同伴按照不同的需求进行设置 并相互体验其效果 ? , 。 社 （3） 数据加密 在信息安全中 信息的保密性是指保证信息不被非授权访问 或者 , , 被非法取得数据时也无法使用该数据 数据加密就是防止数据在传输 。 过程中被窃听 或者在存储过程中被非法访问的一种有效防范手段 , 。 数据加密实质上是对数据施加一种算法处理 处理前的数据称为 , 明文 处理后的数据称为密文 算法处理的过程称为加密 解除算法恢 , , , 复为明文的过程称为解密 在此过程中 参与加密和解密操作 有效 。 , , 第四章 我与信息社会 131控制加密和解密变换的专门信息称为密钥 加密和解密的过程都要在 , 密钥的控制下进行 。 数据加密的基本过程是 发送方用加密密钥 通过加密算法 将 : , , 华 明文信息加密成密文后发 送出去 接收方在收到密文 ; 后 用解密密钥 通过解密 , , 东 算法将密文解密 恢复为明 , 文 如图45所示 加密和 , . 。 图4.5 信息加密与解密过程示意图 解密技术从本质上讲 是对 , 师 信息的编码和解码 。 （4） 修补漏洞 信息系统软件存在安全风险 漏洞扫描既是攻击者探寻 入侵主 , 、 机的一范种最常见手段 也是管理员检测系统漏洞 发现安全隐患 提高 , 、 、 系统安全性的有效方法 。 管理员实施漏洞扫描就是通过探测的方式 分析计算机系统内是 , 否存在不合理的信息 并在分析漏洞的基础上 达到检测的目的 管 大 , , 。 理员要对服务器及软件做好定期维护 定期扫描并及时安装正规渠道 , 发布的补丁程序 做好漏洞的修补工作 目前 主流的安全防护软件 , 。 , 都自带漏洞扫描和修补功能 可方便地为系统修补漏洞 此外 对操 学, 。 , 作系统漏洞 网络服务漏洞和应用服务漏洞等进行扫描并解析的综合 、 扫描工具也有很多 国内比较著名的有 等 , X-Scan、Nmap 。 出 三、 信息系统安全防范实验 之前 我们已经对第三章中搭建的小型物流信息系统存在的风险 , 版 及防范措施做了理论上的分析 接下来 我们将以刚学习过的 身份 。 , “ 认证 技术为例 为该系统实施具体的安全防范措施 以提高该信息系 ” , , 统的安全性 。 社 1. 实验目标 感受身份认证对小型物流信息系统安全防护所起的作用 。 2. 实验环境 硬件环境 三台计算机及无线局域网设备 详见表36 : , .。 132 信息系统与社会软件环境 3 已安装好 框架 :Python ( Flask )。 资源 第四章第二节实验包 在第三章实验包的基础上增加了关 :“ ”( 于身份认证的 程序 网页模板和用户数据表 新增资源如下 华 Python 、 ), : 文件夹 存放实现登录功能的网页文件 auth : ; 实现登录功能的 程序 auth.py: Python ; 数据表 结构如图46所示 user : . 。 东 师 图4.6 user数据表 的结构 范 3. 实验步骤 将 大 第四章第二节实验包 解压缩后复制到服务器硬盘 如 中 ① “ ” ( D \) 。 使用 命令查看并记录服务器在局域网内的 地址 ② ipconfig IP 。 在服务器中启动 虚拟环境 具体参见第三章 在虚拟环 ③ Python ( ), 境中运行 学源代码 如输入 Python run.py( “pythonD \myprojectlogin\ 命令 run.py” )。 任选两台终端计算机中的一台 打开浏览器 在地址栏中 ④ , , 输入步骤 中记录的服出务器的 地址 待如图47所示的登录页 ② IP , . 面加载后 分别输入以下三组用户名和密码 , : 第一组 用户名 密码 123456 : “admin”, “ ”; 第二组 用户名 密码 版 : “xiaojun”, “password”; 第三组 用户名 密码 6 54 3 : “admin”, “pA e? ”。 图4.7 小型物流信息系统登录 单击 登录 按钮 观察各组登录效果 并将观察到的现象填写 “ ” , , 界面 在实验结果表中 。 社 成功登录小型物流信息系统后 单击主页面中的 退出登录 按 ⑤ , “ ” 钮 再次回到系统登录页面 输入第四组用户名 和密码 , 。 “xiaofei” 123456 登录系统 并与之前成功登录系统后的系统界面及功能作比较 “ ”, , 。 4. 实验结果 将实验结果填入表44中 ① . 。 第四章 我与信息社会 133表4.4 实验结果表 用户名 登录成功 系统界面中的功能 系统反馈信息 密码组别 (是/否) (用户的权限) 华 第一组 第二组 第三组 第四组 东 将能够成功登录的用户名和密码分别与 数据表中的数据 ② user 记录 如图48所示 作比较 你发现了什么 请解释这样做的目的 师( . ) , ? 。 范 图4.8 user数据表 中的数据记录 大 请你根据观察到的实验结果 推测系统登录的算法 并将如图 ③ , , 49所示的登录算法流程图补充完整 . 。 学 出 版 社 图4.9 登录算法流程图 134 信息系统与社会思考 本实验中的身份认证只能控制非法用户对系统资源的访 : 问 在信息系统的实际应用中 不同的用户对系统功能的使用权限往 。 , 往是不同的 采用我们学习过的哪种防范技术可以实现不同级别的用 , 华 户对系统资源进行不同权限的访问 请你和同伴从信息安全防范的 ? 角度进一步讨论系统的优化策略 。 东 作业练习 1. 请阐述什么是信息安全 。 2. 请列举信息 师 系统风险有哪些 。 3. 请咨询老师或专业人员 也可以上网查询资料 了解并梳理学校校园网的安全防护措施 填写在表 , , , 4.5中 。 范 表4.5 学校校园网安全防护措施表 名称 防护功能 大 硬件 学 软件 防护制度 出 4. 回顾本章第二节节首 体验思考 中所列举的事例 分别说出 “ ” , : 1 各事例中破坏了信息安全的什么特性 版 () ? 2 各事例中的信息系统发生了怎样的风险 可能涉及的信息系统安全层面有哪些 () ? ? 3 如何防范各事例中出现的风险 () ? 社 第四章 我与信息社会 135第三节 信息社会中的数字化生存与发展 信息社会的 数字化 特征为我们呈现出一个全新的虚拟世界 使 “ ” , 华 我们的生活空间得到了极大延伸 同时也对我们在信息社会中的生存 , 与发展提出了更高的要求 。 东 体 验 思 考 我们是幸运的 因为我们是伴随着互联网成长起来的 轻松跨越数字鸿沟的 数字原住民 我们的生 , , “ ”。 师 活离不开网络 数字化已成为当前的一种生活方式 我们在以网络为核心的虚拟空间中 体验着一种超越 , 。 , 现实的色彩 我们会选择不同的数字工具来满足自己生活中的多种需求 可以无拘无束 自由自在 也可 。 , 、 , 以标新立异 个性张扬 我们不畏变化 乐于创新 是信息社会及其发展的创造者和见证者 、 。 , , 。 有时 我们又是困惑的 因为我们发现虚拟空间中的见闻与现实空间中的并不那么一致 我们无法知 范 , , , 晓躲在屏幕背后的人是谁 无法辨识虚拟空间中潮涌的信息 甚至可能无法保护好自己应有的权益 事实 , , 。 上 虚拟空间并非我们想象的那般纯净 只有具备了一定的信息素养后才能从容面对 才能推陈出新 为信 , , , , 息社会的发展贡献力量 。 大 思考： 信息社会对公民有哪些要求? 在数字化环境下,我们怎样才能健康成长为一名合格 的数字公民? 学 一、 信息社会中的数字化生存 数字化生存 有别于现实生出存 它专指人类在数字化时代的一种全新 “ ” , 的生存方式 体现了人类利用数字技术进行社会活动所创造出的一种新的 , 生存状态 置身于机遇与挑战并存的信息社会中 正确行使公民权利 主动履 。 , , 行公民义务 积极创造自身价值 是信息社会对每一位数字公民的共同要求 版 , , 。 体 验 思 考 社 通过前面章节的学习体验活动 我们认识到相对农业社会 工业社会而言 信息社会在社会生活的各 , 、 , 个领域都呈现出 数字化 的特点 信息社会是一个虚拟与现实共存的多彩世界 如何看待虚拟空间和现 “ ” 。 。 实空间 如何以数字化的方式在虚拟空间中生存 成为每一位数字公民需要认真思考的问题 , , 。 思考： 1. 在我们的生活中,有哪些需求可以在虚拟空间中实现,而哪些需求却不能实现? 2. 虚拟空间与现实空间是否相互关联、相互作用? 请列举日常生活中的事例并加以说明。 3. 信息社会中,数字公民应该具备哪些权利,履行哪些义务? 136 信息系统与社会信息社会虚实交织的特点决定了我们每一个人都有两个不同的 身份 以适应虚拟空间和现实空间的转换 但无论哪一个身份 都要 , 。 , 以现实生活为基础 都要为现实生活服务 因此 我们作为数字公民 , 。 , , 华 为了能更好地在信息社会中生存 还需要了解数字公民应具备的权利 , 和义务 。 东 1. 认识数字公民教育 现实空间中 公民是指具有某一国国籍 并根据该国法律规定享 , , 师有权利和承担义务的人 在信息社会中 数字公民还可以享有开展数 。 , 字化活动的相关权利 但同时也需要遵守相关的法律法规和道德规范 , , 承担相应的义务 一位合格的数字公民 应该能够安全地 合法地 符 。 , 、 、 合范道德规范地使用数字化信息和工具 顺应时代发展 因此 对于生长 , 。 , 在信息社会中的青少年学生而言 要提高自身数字公民责任意识 不仅 , , 要遵守现实社会中的法律法规 还要学会合理 负责任地使用各种信息 , 、 技术 协作参与社会的各项活动 认真履行数字公民的各项义务 大 , , 。 成长为数字公民离不开数字公民教 育 到目前为止 业内普遍比较认同的是关 , , 于数字公民教育的九大要素 如图410所 学 , . 示 简单地讲 就是掌握数字技术 增强自 。 , , 我保护及知识产权意识 尊重他人 合理 , , 、 负责任地使用和创建数字资源 这九个要 出 。 素相互紧密地联系在一起 并随着时代的 , 发展而不断完善 数字公民教育的目的是 。 使我们具备应对未来世界的心态和勇于践 版 行 敢于担当的品格 成为具有数字化生存 、 , 能力的人 图4.10 数字公民教育的九大要素 。 2. 正视虚拟空间与现实空间 社 现实空间就是我们每天生活的世界 从原始社会起 人类就有了 , , 认识自然的能力和需求 如今 在计算机技术与网络技术的助力下 。 , , 人类已经能够突破时间和空间的限制更好地认识自然 并形成特有的 , 行为习惯和生活态度 人们的活动不再拘泥于现实空间 还可以把交 。 , 流知识 信息 思想和情感等行为慢慢转移并呈现在另一个空间中 这 、 、 , 个空间就是虚拟空间 。 第四章 我与信息社会 137虚拟空间与现实空间不同 它是以数字化形式运作的 因此具有 , , 一定的虚拟性 我们常用的微博 空间 朋友圈及常玩的网络游 。 、QQ 、 戏等都属于虚拟空间 在这里 我们可以突破时空 释放自我 体验现 。 , 、 , 华 实生活中难以实现的经历或感受 比如 相隔万里的陌生人可以在社 。 , 交软件中分享观点 交流思想 无需顾忌对方现实中的身份 游戏中的 , , ; 玩家可以模拟星际战士 体验 刺激而虚幻的星球大战 实习医生可 ,“ ” ; 东 以在基于虚拟现实技术的仿真手术室中 观察和触摸仿真的人体器 , 官 操练手术中的每一个步骤 这种 沉浸式 的虚拟手术环境可以有 , 。 “ ” 效提高实习医生的操作技巧 。 师 知 识 延 伸 虚拟现实技术 范 虚拟现实技术 virtual reality VR是一种综合了计算机图形技术 计算机仿真技术 传感器技术 显示 ( , ) 、 、 、 技术等多种科学技术的高新技术 它是在多维信息空间上创建的一个能与环境交互的 使用户具有沉浸 。 , 感并能促进其构思的三维动态视景和实体行为的虚拟仿真系统 。 大 然而 从另一个角度来看 虚拟空间又容易让一些身心不够成熟 , , 的青少年在精神上产生学消极情绪或错觉 甚至改变他们的世界观 人 , 、 生观和价值观 例如 某中学生酷爱网络游戏和网上聊天 每天至少 。 , , 有四五个小时泡在网上 长期的沉迷让他变得沉默寡言 一离开网 。 , 络 回到现实生活中就感到孤独出沮丧 不愿再与他人交往 最终被确 , 、 , , 诊为 自闭症 这就是一个过度依赖虚拟空间 不能正确区分虚拟空 “ ”。 , 间和现实空间的典型案例 还有一些违法分子 为了谋取个人利益 。 , , 利用虚拟空间数字化的运作形式破坏版盗取 买卖重要数据 危害他 、 、 , 人 单位和国家的安全 最终锒铛入狱 因此 虚拟空间具有虚拟性 、 , 。 , , 并不代表其行为不用承担现实世界的责任 。 随着信息技术的快速发展 虚拟空间给人类社生活的各个领域带来 , 了越来越大的影响 但它决不会取代现实空间而成为人类生存和发展 , 的基础 事实上 虚拟空间并非是独立于现实空间由人们虚构的 而 。 , , 是以现实生活为基础 根据人们目前所生活的现实空间模拟和创造 , 的 离开了对现实空间的认识和实践 就不可能正确认识虚拟空间的 。 , 作用 虚拟空间与现实空间是密不可分的 人类各种生存的最基本需 , 。 求以及更高层次的需求 如生命的维持与繁衍 创新与发展 都必须通 , 、 , 过现实空间的物质生产和精神生活来满足 因此人类得以生存和发展 , 138 信息系统与社会的基础只能是现实空间 。 信息社会中 我们要立足现实空间 不断开拓虚拟空间 才能帮助 , , , 人类认识和改造现实社会 我们在享受虚拟空间带来的权利和便捷 ; 华 时 也必须受到现实空间伦理道德的约束和法律法规的制约 , 。 3. 保护个人隐私 东 个人隐私关系到我们每个人的生活 财产乃至生命安全 保护好 、 , 个人隐私 是我们在数字时代生存的基本权利 也是数字公民教育中 , , 师数字安全 要素的集中体现 随着大数据和存储技术的发展 我们在 “ ” 。 , 网络上的一举一动 都可能会被采集和存储 稍不留神 我们的个人 , 。 , 隐私可能就会被他人掌握 有权威数据表明 我国目前有超过84 的 。 , % 用 范 户因信息泄露遭受过各种骚扰 造成的损失在每年1000亿元左右 , 。 个人隐私泄露问题已成为全球性的顽疾 。 日常生活中 个人隐私泄露的现象时有发生 例如 收到各种骚 , 。 , 扰电话 垃圾短信和邮件 身份被冒用 去做一些非法的事情 自己的 、大; , ; 证件号码 邮箱地址及家庭住址等隐私信息被买卖或被散播到网上 、 ; 更有甚者 银行卡被盗刷 存款瞬间消失等 个人隐私泄露的途径有 , , 。 表4.6 多种 如表46所示 个人隐私泄露途径 , . 学。 泄露人 泄露途径 起因 随意扫码、注册,使用不正规的移动出应用程序;随意连接陌生 的WiFi;公共场所暴露支付码;未及时销毁存有个人信息的 - 缺乏信息安全意识,贪图 本人 票据或包装;将隐私内容上传到网络上;点击陌生的链接地 小利 址;打开不正规的网页;下载并使用不正规网站的文件;收取 来历不明的邮件等 版 破解网络及数据库密码,窃取大量用户数据;使用木马程序或 黑客 非法软件,引诱用户并窃取个人信息 道德和法治意识缺失,妄 他人 图牟取非法利益 公司(网站) 社 倒卖公司内部存储的用户数据 内部员工 保护个人隐私是信息社会公民的一项基本权利 我们作为隐私 。 所有者 要树立保护个人隐私的权利意识和安全意识 了解相关的法 , , 律法规 养成正确使用信息系统的行为习惯 隐私数据采集者 如银 , 。 ( 行 社保 移动通信等提供网络服务的机构 要联合系统设计人员积极 、 、 ) 运用专业的防范技术 如数据加密 根据用户角色和类型选择恰当的 , 、 第四章 我与信息社会 139身份认证手段 加强在时间和空间维度上的访问控制等 还要在信息 、 , 系统应用过程中制订严格的管理制度 定期对管理人员进行职业道德 , 教育和上岗资质培训 而作为隐私保护者 如政府部门 行业协会 。 ( 、 华 等 首先要加快制定或完善相关的法律法规 并对隐私数据采集者及 ), , 其商业合作机构进行监管和评审 其次要对隐私所有者的投诉做到及 , 时响应 同时还要加大对隐私泄露者及隐私窃取者 如黑客 数据贩子 , ( 、 东 等 的处罚和打击力度 提高隐私泄露和盗窃行为的违法成本 ) , 。 分 析 归 纳 师 在日常生活中 你是否也遇到 或听说 过个人隐私泄露的事件 请先分享实例 然后与同伴一起开展 , ( ) ? , 以下内容的讨论 : 1. 分析所举实例中隐私泄露的范途径可能是什么 。 2. 生活中防范个人隐私泄露的有效方法有哪些 ? 大 4. 合理使用信息系统 学 信息技术的不断推进 使信息文化产业得到了蓬勃发展 其鲜明 , , 的导向意识和强大的思想塑造能力 很大程度上影响着青少年的知识 , 汲取 文化引领和价值追求 例如 游戏产业的快速发展丰富了我们 、 。 , 的生活 有选择性地 适度地游出戏可以帮助我们放松心情 缓解压力 , 、 , , 但是如果过度沉迷游戏 则会让自己深陷其中 无法自拔 广州一个 , , 。 17岁的手机游戏痴迷者 窝在宿舍中连续激战四十多个小时 最终诱 , , 发脑梗被紧急送医院抢救 这个案例就版是不合理使用信息系统致使 。 身心受损的一个具体体现 再比如 有些学生使用一些可以通过上传 。 , 题目获取答案的移动应用程序帮助自己快速完成作业 也是不合理使 , 用信息系统的行为 事实证明 部分青少年心智社不成熟 缺乏正确的 。 , , 价值观 内驱力和自控力 是导致其不合理使用信息系统的主要原因 、 , 。 数字公民教育中的 数字健康 指的就是数字技术世界中的身心 “ ” 健康 不合理使用信息系统不仅会对我们的身体造成伤害 也可能会 。 , 给我们精神上带来消极的影响 智能手机和社交媒体的过度使用 可 。 , 能会导致青少年情绪焦虑甚至抑郁 因此 为自己制订一个正确的目 。 , 标 合理使用信息系统 努力培养向上 向善的内驱力和自控力 是数 , , 、 , 字公民应履行的基本义务 。 140 信息系统与社会5. 负责任地发布、传播信息 华 自媒体时代 以自主性 交互性 即时性为主要特征的社交媒体 , 、 、 , 降低了人们发布与获取信息的准入门槛 为人们个性化 多样化地发 , 、 布信息打造了越来越广阔的空间 自媒体时代人人都可以成为信息的 , 东 生产者 但这里所指的信息并不包含那些没有事实依据或低级庸 “ ”。 俗的内容 2019年2月14日 有人为调侃节日 在网上发布了 今晚 。 , , “ 8点有6 8级地震及余震 请年轻人注意啦 的杜撰信息 由于该谣 ~ , !” 。 师言容易造成群众恐慌 因此该当事人受到了公安机关的批评教育和口 , 头警告 。 数字公民教育中的 数字权责 提醒我们 作为数 “ ” , 范字时代的公民 在享受便利的同时 不仅要珍惜时代赋 , , 予我们的言论自由 还要努力加强社会责任意识 加强 , , 自律 不编造虚假信息 慎用话语权 爱惜自己的名誉 , , , 。 要发布和传播能够弘扬社会正气的信息 遇到歪曲事 大 , 实的 含有负面影响的信息要主动抵制 及时举报 承 、 、 , 担数字公民的社会责任 如图411所示 还要具备正 , . 。 确的推理判断能力 通过必要的专业知识或资料查证 学, 来判断信息 也可以根据信息的来源甄别信息的真实 , 性 对于未经核实的 伪科学的 扰乱社会正常秩序 违 ; 、 、 、 背社会正确舆论导向的信息 不应当发布或转发 图4.11 不散布 不传播谣言 出, 。 、 6. 遵守道德规范和法律法规 版 道德规范和法律法规是维护社会秩序 维持信息社会健康发展的 , 重要保障 简单地说 道德规范就是指人们在生活中所共同遵循的道 。 , 理和准则 一般依靠人们的内心信念和社会舆论来维系 是人们判断行 , , 社 为正当与否的内心尺度 法律法规是国家明确制定的 要求公民必须遵守 。 , 的规范性文件 二者联系紧密 当人们的行为违背了道德规范 并对他人 。 , , 或社会形成一定危害 造成一定损失时 就要受到法律法规的惩戒 、 , 。 例如 某高校学生将一则恶搞烈士的笑话发布到网上 即刻引起 , , 了广泛关注和网民的强烈愤慨 该案例中 当事学生的行为既是违背 。 , 社会伦理道德的行为 也是亵渎 侮辱烈士的违法行为 是对自己 对 , 、 , 、 他人 对社会都不负责的行为 、 。 数字公民教育中的 数字法律 主要指技术运用过程中对涉及的 “ ” 第四章 我与信息社会 141隐私 知识产权等的保护 例如 随着网民队伍的不断壮大 以互联网 、 。 , , 为媒介的 人肉搜索 成为了揭露社会 道德事件 的利器 在网民们 “ ” “ ” 。 热烈讨论一些违背伦理道德或公序良俗事件的同时 当事者的隐私也 , 华 被迅速曝光 生活被严重扰乱 这种伤害公民隐私权的做法应当受到 , 。 法律法规的惩戒 同样 在知识产权保护方面 未经软件开发者同意 。 , , , 自行修改 破解正版软件并公开提供给他人的做法也属于一种既不道 、 东 德又违法的行为 。 探 究 活 动 师 近年来 随着社会信息化的快速发展 我国颁布和施行了诸如 全国人民代表大会常务委员会关于加 , , 《 强网络信息保护的决定 网络交易管理办法 中华人民共和国网络安全法 中华人民共和国电子商务 》《 》《 》《 法 等多项法律法规 在知识产权保范护方面 我国也相应出台了 计算机软件保护条例 信息网络传播权 》 。 , 《 》《 保护条例 修订了 中华人民共和国著作权法 等多项法律法规 法治建设的不断完善和推进为信息社会 》, 《 》 。 建立了良好的社会秩序 为数字公民的各项数字化活动设定了法律底线 , 。 请在班级内开展一次 法律知识你问我答 的竞赛活动 具体要求如下 “ 大” 。 : 1. 组织形式 同学自由分组 建议3~4人一组 并为小组编制序号 : ( ), 。 2. 活动准备 各组围绕当前社会中的数字化生活 寻找诸如因侵犯他人隐私信息 发布谣言惑众 盗用 : , 、 、 他人开发的软件 或引用他人的言论 等行为而触犯上述法律法规的真实案例 利用互联网查找并学习相 ( ) ; 关的法律法规 整理归纳后按照由主到次的顺序具体罗学列所触犯的法律法规名称和条目内容 , 。 3. 活动规则 选出一人为记分员 各小组按小组序号轮流出示案例 并面向全班进行提问 其他组的同 : , , ; 学则进行案例分析的抢答 同组同学间可以相互补充 该答案经提问组和老师认可后方可得分 抢答结束 , , ; 后 提问组公布答案 , 。 出 4. 活动评价 对得分最高的小组予以表扬和奖励 : 。 法律法规的不断设立与完善提醒我版们 虚拟空间的 虚拟性 并不 , “ ” 等同于为所欲为的 自由任性 例如 故意在网络或其他媒体上编 “ ”。 , 造 传播虚假信息的行为触犯了 中华人民共和国刑法修正案 九 、 《 ( )》, 必须承担相应的刑事责任 因此 虚拟空间中的社过度任性只会失去现 。 , 实空间中真正的自由 作为一名信息社会公民 不仅要不断提高自己 。 , 的法治意识 还要在日常生活中以信守伦理道德为标准 遵守法律法 , , 规 时刻约束自己的各项行为 , 。 二、 信息社会中的数字化创新与发展 社会的变革与人类文明的发展在时刻考验着我们每一个公民 。 142 信息系统与社会只有主动融入数字化的大环境 高效 创新地使用数字化工具 让自己 , 、 , 成为数字时代合格的公民 才能在信息社会中立于不败之地 为社会 , , 发展贡献一份力量 。 华 随着时代的变迁 人类文明在时间和空间上也发生着蜕变 从农 , 。 耕文明进入工业文明 从工业文明迈入信息文明 都需要知识的传承 , , 。 学习与创新 始终是人类思想保持活力 社会实现可持续发展的重要 , , 东途径 随着信息社会的到来 学习的内容及方式在技术的支持下也在 。 , 不断地改变和创新 目前席卷全球的数字化学习就是学生在信息技 。 术支持下通过网络进行学习的一种全新的学习模式 相对传统教学 。 , 师数字化学习更好地实现了学习的互动和协作 在一定程度上可以激发 , 学生的学习内驱力 拓展学生的学习空间 其智能化学习分析与个性 , 。 化资源配置 也弥补了传统教育模式难以支撑大规模个性化学习的缺 , 陷 重构了数字时代人才培养的模式 更好地诠释了 因材施教 的育 范 , , “ ” 人理念 。 随着移动互联技术的普及 人们的信息创造意识也在不断提升 , 。 知识的生产也不再是精英们的专利 每个人都有生产知识的权利 并 大 , , 在知识生产和知识学习的过程中完成对知识的建构 数字化学习可 。 以赋予学生更多的平等和自由 学生可以多渠道地利用各种信息系 。 统主动学习 发布和传播知识 并开展交流与协作 拓宽自我展示的 、 学, , 途径 。 例如 某中学高二学生小李酷爱算法设计与编程 多次获得国家 , , 级编程比赛奖项 为了帮助校内其他对编程有兴趣的同学 他在某数 。 , 出 字化学习平台开通了博客 创办了自己的 编程团 利用课余时间坚 , “ ”, 持撰写并定期发布关于 语言编程知识的系列课程及习题 同时 他 C 。 , 还用社交软件组建了 语言学习群 利用课余时间与同伴讨论编程知 C , 版 识 为同伴答疑解惑 还经常组织大家在某数字化学习平台上进行训 , , 练 同伴们普遍比较喜欢这样的学习方式 小李自己也收获了满满的 。 , 成就感 。 在这个案例中 为了帮助同学共同进社步 同时分享自己的编程知 , , 识 小李同学首先对自己的优势及能力做了充分的分析 确定了以 , , C 语言编程为内容的学习主题 然后按照实际学习需求 对现有的数字 ; , 化工具做了认真筛选 确定了利用个人博客发布系列课程的展示形 , 式 为了有针对性地对同学进行辅导 小李又利用某免费的学科专业 ; , 学习平台创建了自己的学习团队 通过 组团比赛 了解同学们的学习 , “ ” 效果 以便制订不同难度的个性化练习方案 另外 为了实现互帮互 , ; , 助 及时响应 他还选择了同学们最常使用的社交软件作为日常学习 、 , 第四章 我与信息社会 143交流的工具 编程团 的成功创办首先得益于小李同学乐于助人的 。“ ” 行为和勇于创新的意识 其次 他能在做好需求分析的基础上 合理 。 , , 选择信息系统 恰当利用数字化工具 并创新地运用这些工具改善学 , , 华 习方式 从而提高了碎片时间的利用率 突破了时空界限 改善了以往 , , , 放学回家后缺少交流互动的局限性 也提高了帮助同学的广泛性和精 , 准性 小李同学的创新行为不仅帮助其他同学更好地学习 同时也实 。 , 东 现了自我知识的建构与分享 。 创新的数字化学习模式让学习可以随时 随地发生 使学习变得 、 , 更为有趣 有效 树立创新意识 根据实际需求创新地使用数字化工 、 。 , 师具解决学习 生活中的问题 是合格数字公民应有的意识 、 , 。 同样地 社会的各个领域也都离不开创新 人类历史上的每一次 , 。 技术革命都在不同程度上实现了生产效能的提高和生产成本的降低 , 技术创范新是社会进步最直接的因素 时至今日 以人工智能 大数据 。 , 、 和云计算技术为代表的数字化创新是引领信息社会高速发展 实现人 , 类美好生活目标的不竭动力 尤其在移动互联技术的支持下 人类的 。 , 创新思维得以快速汇聚 创造知识和财富的速度也越来越快 工农 大 , 。 业 经济和文化等领域不断突破自身的发展瓶颈 创新业绩频频涌现 、 , , 让人类向着实现美好生活的目标更进了一步 。 学 探 究 活 动 请你以上述数字化学习案例中的创新行为为范例 寻找并挖掘当前社会中各行各业的数字化创新案 , 出 例 并对这些案例做出合理解释 , 。 1. 活动目标 1 寻找社会某同一领域的两个典型创新案例 描述各案例中的数字化创新之处以及对社会和生活的 () , 版 积极影响 。 2 分析案例中创新的起因及解决的方法 并归纳该领域数字化创新的思路及实施途径 () , 。 3 总结数字化创新与信息社会发展的关系 以及信息社会中数字化创新的途径与方法 () , 。 2. 活动要求 社 以小组合作的形式开展活动 各小组可以围绕活动目标自主确定研究主题 制订可行的活动计划 可 。 , , 以通过多种形式收集资料 利用网络进行协作性学习和研究 并形成小组研究报告 , , 。 3. 活动过程 1 活动准备阶段 组员在组长的带领下共同讨论并确定研究领域以及研究的主题 制订工作计划 () : , , 完成任务分工 。 2 活动实施阶段 组员按照各自不同的分工进行自主探究 并将获取的信息分别填写在下面的 创 () : , “ 新案例描述 见表4.7及 案例创新点分析 见表4.8表中 ”( ) “ ”( ) 。 144 信息系统与社会表4.7 创新案例描述 创新案例研究主题 华 案例所属领域 工作 生活 学习 其他 □ □ □ □ 创新案例内容描述 东 对社会产生的影响 资料名称及出师处 表4.8 案例创新点分析 创新案例研究主题 范 促使创新的原因 (原有问题) 大 实施创新的途径 (解决思路) 学 涉及的信息技术与工具 出 创新类型(可多选) 技术创新 模式创新 服务创新 其他 □ □ □ □ 经过上面的自主探究 接下来组长组织组员开展交流讨论 修改完善表中的信息 组长与组员共同讨 , , 。 版 论并梳理 汇总上述表中的所有信息 归纳所选领域数字化创新的思路及实施途径 并形成信息社会中该 、 , , 领域数字化创新与发展的研究报告 。 3 活动交流阶段 各小组可以事先选择合适的数字化工具制作有吸引力的展示作品 然后在班级内 () : , 展示自己的研究成果 其他小组的同学可以提出疑问或建议 所有小组展社示完毕后 在教师的引导下共 。 。 , 同汇总社会不同领域的创新思路与途径 总结数字化创新与信息社会发展的关系 以及信息社会中实现数 , , 字化创新的一般方法 。 明者因时而变 知者随事而制 世界万物在变 唯创新不变 社 “ , 。” , 。 会的发展兴于创新 废于安逸 创新是一个民族进步的灵魂 是一个 , 。 , 国家兴旺发达的不竭动力 也是中华民族最深沉的民族禀赋 时代的 , 。 第四章 我与信息社会 145创新一直在路上 没有终结 我们不能只满足于当前惬意的生活而停 , 。 滞不前 也不能面对困难视而不见 这个世界需要我们去探索的未知 , , 还有很多 等待我们去见证的奇迹还有很多 成长为一名合格的数字 , , 华 公民任重而道远 我们要以梦为马 带着一颗无畏的心 披荆斩棘 去 , , , , 创造一个全新的未来 。 东 师 范 大 学 出 版 社 146 信息系统与社会后 记 华 东 师 本册教科书依据教育部 普通高中信息技术课程标准 2017年版 《 ( 2020年修订 编写 并经国家教材委员会专家委员会审核通过 全 范)》 , 。 体编写人员认真领会国家基础教育改革精神 精心研究当代信息社会 , 的人才培养要求 广泛调研上海及各地高中信息技术教育的现状和挑 , 战 深入了解高中学生的学习需求 并汲取了上海市 普通高中信息科 , 大 , 《 技 试用本 的编写经验 ( )》 。 编写过程中 上海市中小学 幼儿园 课程改革委员会专家工作委 , ( ) 员会 上海市教育委员会教学研究室 上海市课程方案教育教学研究 , , 学 基地 上海市心理教育教学研究基地 上海市基础教育教材建设研究 、 、 基地 上海市信息科技教育教学研究基地 上海高校 立德树人 人文 、 ( “ ” 社会科学重点研究基地 及基地所在单位华东师范大学等单位给予了 ) 出 大力支持 在此表示感谢 , ! 本册教科书出版之前 我们已通过多种渠道与教科书选用作品 , 包括照片 画作 的作者进行了联系 得到了他们的大力支持 对此 ( 、 ) , 。 , 我们衷心地表示感谢 恳请尚未联版系到的作者与我们联系 以便出版 ! , 社及时支付相关稿酬 。 我们真诚地希望广大教师 学生及家长在使用本册教科书的过程 、 中提出宝贵意见 我们将集思广益 不断修社订 使教科书趋于完善 。 , , 。 编 者 后 记 147