信息系统分析与设计

在信息领域，各类信息基础设施的广泛布设，移动互联网实现的泛在互联等，使得信息的获取和传输能力达到了空前的水平。面对更为丰富的数据获取与采集手段、全新的数据分析和处理模式以及不断增长的应用需求，信息系统的体系架构和服务模式必须产生重大变革。另外，信息应用领域也正在开始全面应用计算领域带来的成果和进步。在新兴计算领域，各种计算系统已经可以支撑不同架构、不同规模的计算问题，有能力进行大尺度的信息处理和计算。这样就有必要开展系统层面的研究，从软件体系架构入手，深入研究信息处理和计算的优化方法和工程化应用方法，以期形成能够为社会经济服务的信息系统，在应用中作为系统平台支撑各类行业级甚至公众级应用。

从2007年起，笔者所在的研究团队结合高性能计算技术，研发新一代的自主可控高性能地理信息系统HiGIS，全面提升了地理空间数据的管理、处理、分析和可视化效率，为很多应用提供了高性能支持。HiGIS就是典型的信息系统，在HiGIS的研发过程中，从开始的C/S架构到最终的B/S架构，从单一由空间数据库统管到多种存储模式，从传统的MPI并行计算到基于分布式内存的Spark计算，研究团队进行了很多尝试，也收获了丰富的经验。因此，笔者一直想把研究团队对信息系统分析与设计的理解和认识形成文字，为更多的信息系统科研和应用人员提供参考。

笔者在“数据库系统原理”“信息系统分析与设计”等课程教学中发现，将数据库技术和系统分析设计的知识点分开讲授，学生在信息系统研发实践中衔接得不是很好，一方面，数据库实践缺少信息系统的展示； 另一方面，信息系统开发常常需要回顾数据库知识，因此一直考虑将这两部分内容融会贯通。另外，信息技术是发展和变化最快的领域，云计算与大数据带来了新的信息系统思维方式。互联网时代持续集成与传统软件开发方法区别很大，新的开发方法和技术也层出不穷，传统的教学内容需要及时更新。最后，在面向军事院校的教学中，应该充分考虑未来新军事需求。在瞬息万变的战场中，信息具有变化快、不确定、不完备、不精确的特点，具备对信息特征的辩证统一思想，熟练运用知识、自驱更新知识，才能胜任战争新形态、作战新形式的需求。本书特色在于建立整体化、系统化的信息思维，让信息系统开发人员构建从信息基础知识到前瞻性技术的知识体系。

本书主要内容如下。

第1章绪论。介绍数据和信息、管理与决策、机构、系统等相关概念。

第2章认识信息系统。介绍信息系统、系统分析员、系统开发生命周期等基本概念，以及信息系统体系结构和不同类型。

第3章信息系统技术基础。主要介绍和信息系统开发相关的计算机系统、计算机网络技术，以及常用的信息系统开发方法。

第4章数据库技术基础。通过数据管理技术的发展，介绍关系模型、关系代数、SQL，以及数据库技术在NoSQL、机器学习、新型硬件架构和云原生方面的进展。

第5章系统规划。介绍信息系统的规划模型和方法。

第6章系统分析。介绍信息系统开发的结构化分析方法和面向对象分析方法。

第7章系统设计。介绍信息系统开发的结构化设计方法和面向对象设计方法。以多种设计模式为案例，对面向对象设计方法进行详细介绍。

第8章数据库设计。介绍数据库设计的过程，以及指导数据库设计的实体联系模型和关系数据库设计理论。

第9章系统实施与管理。介绍信息系统的实施、测试、运行与维护方法，以及信息系统项目开发的管理方法。

第10章信息系统发展趋势。介绍云计算环境、大数据思维、元宇宙和知识驱动背景下信息系统的发展趋势。

本书的主要读者对象包括但不局限于高等院校信息工程、信息管理与信息系统、软件工程、管理工程等专业学生，信息系统研发与管理人员、信息系统教学和科研人员，等等。

在本书的编写过程中得到了多位老师的悉心指导和帮助支持，尤其是国防科技大学电子科学学院信息工程教学团队的老师们，包括：  信息工程专业实践教学组长、信息工程专业工程认证组秘书李沛秦副教授，信息工程专业本科教学团队秘书欧阳雪副教授，信息与通信工程学科研究生信息处理与分析教学组组长杜春副教授，信息与通信工程学科研究生教学团队秘书吴烨副教授，信息工程专业航天遥感教学组组长计科峰教授等。感谢笔者所在研究团队的研究生们为高性能地理信息系统研发所提供的案例贡献，包括：  博士生陈南宇、刘泽邦、资文杰、刘凤等，硕士生李瑞清、曹竞之、苏鸿宇、李杨、邓益凌、郝一鸣、熊淑怡、高嘉媛、黄旺、彭为晨等，书中很多内容参考了大家的研究成果，在此表示诚挚的感谢！

在本书的编写过程中参考了大量信息系统分析与设计的相关书籍、教材和论文，并列在主要参考文献中，在此向相关文献的作者表示衷心感谢。同时限于篇幅，对其他未能列举引用的内容作者表示歉意。

信息系统分析与设计是一个快速发展的领域，由于笔者能力有限，书中难免出现错漏和不足之处，殷切希望同行专家和读者批评指正，给出宝贵建议(tupwenyi@163.com)。笔者也会尽最大努力不断修改完善，在后续再版时及时更新。

编者
2023年10月

本书以建立整体化、系统化的信息思维为目标，构建从信息基础知识到前瞻性技术的知识 体系。从信息系统相关的概念引入，以信息系统开发生命周期为主线，全面系统地介绍信息系统的技术基础、数据库技术、规划、分析、设计、实施与管理等理论、方法和技术。在全面覆盖基础知识点的同时，注重介绍敏捷开发、持续集成等新的信息系统开发方法，分析新型硬件架构发展的背景下，互联网时代云计算、大数据、元宇宙、人工智能等技术对信息系统开发带来的挑战，跟踪信息技术最新的发展趋势。此外，在知识点的阐述中引入适当的实例分析，在每章最后通过思维导图串联全部知识点，并提供习题进一步加深对知识点的理解。
本书可作为高等院校信息工程、信息管理与信息系统、软件工程、管理工程等专业“信息系统原理与应用”“信息系统分析与设计”“软件工程”等课程的教材，也可作为信息系统开发和管理人员、信息系统教学和科研人员的参考书。

熊伟，教授，长期从事空间数据库和地理信息系统的教学科研工作。信息工程专业负责人，湖南省线上线下混合一流课程组成员，参与研制了高性能地理信息系统HiGIS。获得国家科学技术进步奖二等奖，全国发明展览会金奖，高校GIS教学成果奖一等奖，高校GIS论坛优秀教学成果奖。

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第1章绪论

1.1数据与信息

1.1.1数据和信息的概念

1.1.2信息的特征

1.1.3信息的分类

1.2管理与决策

1.2.1管理的概念

1.2.2管理的基本职能

1.2.3决策模型

1.2.4非结构化决策与结构化决策

1.3机构

1.3.1机构的概念

1.3.2机构的组成结构

1.4系统

1.4.1系统的组成与概念

1.4.2系统的特征

1.4.3系统的类型

本章思维导图

习题1

第2章认识信息系统

2.1信息系统概念

2.2系统分析员

2.2.1系统分析员求解问题的一般思路

2.2.2系统分析员所需的知识和技能

2.3系统开发生命周期

2.3.1系统开发生命周期概念

2.3.2系统开发的过程性

2.3.3系统开发的方法学

2.3.4SDLC的演变

2.4信息系统体系结构

2.5典型信息系统

2.5.1事务处理系统

2.5.2管理信息系统

2.5.3决策支持系统

2.5.4办公自动化系统

2.5.5指挥信息系统

本章思维导图

习题2

第3章信息系统技术基础

3.1计算机系统

3.1.1计算机硬件

3.1.2计算机软件

3.1.3计算机系统类型

3.2计算机网络

3.2.1计算机网络发展阶段

3.2.2计算机网络系统组成

3.2.3计算机网络类型

3.3信息系统开发方法

3.3.1结构化方法

3.3.2面向对象方法

3.3.3原型法

3.3.4面向方面的方法

3.3.5敏捷开发方法

本章思维导图

习题3

第4章数据库技术基础

4.1数据库系统概念

4.1.1从简单的通讯录数据管理问题开始

4.1.2数据库系统相关概念

4.1.3数据管理技术的发展

4.2关系模型

4.2.1数据模型

4.2.2典型的数据模型

4.2.3关系及其特性

4.3关系代数

4.3.1关系代数概述

4.3.2集合运算

4.3.3关系运算

4.3.4综合运用

4.4SQL语言

4.4.1SQL语言概述

4.4.2使用SQL建立数据库

4.4.3SQL高级查询

4.4.4完整性约束

4.5数据库技术发展趋势

4.5.1NoSQL数据库

4.5.2机器学习与数据库的结合

4.5.3面向新型硬件架构的数据库

4.5.4云原生数据库

本章思维导图

习题4

第5章系统规划

5.1信息系统规划概述

5.1.1信息系统规划概念

5.1.2信息系统规划的作用和特点

5.1.3信息系统规划的组织

5.1.4信息系统规划的目标和任务

5.2信息系统规划模型

5.2.1诺兰模型

5.2.2西诺特模型

5.2.3三阶段模型

5.3信息系统规划阶段

5.3.1信息系统发展战略规划

5.3.2业务流程规划

5.3.3信息系统总体结构规划

5.3.4项目实施与资源分配规划

5.3.5可行性研究

5.4常用的信息系统规划方法

5.4.1企业系统规划

5.4.2关键成功因素

5.4.3战略数据规划

5.4.4战略栅格

5.4.5价值链分析

5.4.6战略一致性模型

本章思维导图

习题5

第6章系统分析

6.1系统分析概述

6.1.1系统分析的概念

6.1.2系统分析的必要性

6.1.3系统分析的活动

6.2获取系统需求

6.2.1系统的需求分类

6.2.2系统需求的信息来源

6.2.3获取系统需求的方法

6.3结构化分析方法

6.3.1结构化分析方法的思想

6.3.2业务流程图

6.3.3数据流程图

6.3.4处理逻辑描述

6.4面向对象分析方法

6.4.1面向对象分析的概念

6.4.2面向对象分析建模

6.4.3系统行为建模：   用例图和场景

6.4.4对象静态结构：   类图和包图

6.4.5对象交互建模：   顺序图和协作图

6.4.6对象行为建模：   状态图和活动图

本章思维导图

习题6

第7章系统设计

7.1系统设计概述

7.1.1系统设计原则

7.1.2系统设计的目标

7.1.3系统设计阶段的主要活动

7.2系统结构的结构化设计方法

7.2.1结构化设计方法

7.2.2模块和模块化

7.2.3模块结构图

7.2.4模块结构图的构造

7.2.5评价模块结构图的度量标准

7.3处理流程设计

7.3.1系统流程设计

7.3.2模块处理流程设计

7.4输入输出设计

7.4.1输入设计

7.4.2输出设计

7.5用户界面设计

7.5.1用户界面的特征及其设计思路

7.5.2用户界面设计的指导原则

7.5.3用户界面的形式

7.6面向对象的设计模式

7.6.1软件架构设计

7.6.2设计模式

本章思维导图

习题7

第8章数据库设计

8.1数据库设计过程

8.1.1数据库设计概述

8.1.2数据库设计阶段

8.2实体联系模型

8.2.1ER模型基本概念

8.2.2ER图设计

8.2.3ER图转换为关系

8.3关系数据库设计理论

8.3.1好的关系模式

8.3.2规范化理论

8.3.3范式

本章思维导图

习题8

第9章系统实施与管理

9.1系统实施

9.1.1系统实施阶段的主要任务

9.1.2系统实施计划制定 

9.1.3系统实施的环境建设与设备购置

9.2程序开发

9.2.1好程序的标准

9.2.2程序设计方法

9.2.3程序设计语言的选择

9.2.4程序设计的风格

9.3系统测试

9.3.1测试的概念

9.3.2黑盒测试方法

9.3.3白盒测试方法

9.3.4测试阶段

9.4系统开发管理

9.4.1项目与项目管理

9.4.2系统开发的组织与管理

9.4.3成本及进度管理

9.4.4质量控制

9.4.5文档管理

9.5运行与维护

9.5.1系统的安装与转换

9.5.2软件维护

9.5.3维护的代价

9.5.4维护的活动及其管理

9.5.5影响系统可维护性的因素

本章思维导图

习题9

第10章信息系统发展趋势

10.1云计算

10.1.1基本概念

10.1.2体系架构

10.1.3关键技术

10.2大数据思维

10.2.1基本概念

10.2.2大数据背景下的思维方式

10.2.3大数据处理

10.3元宇宙

10.3.1基本概念

10.3.2主要技术

10.3.3元宇宙与信息系统的发展

10.4知识驱动

10.4.1知识图谱

10.4.2知识图谱体系架构

10.4.3知识图谱关键技术

10.4.4发展趋势

本章思维导图

习题10

参考文献

本书以建立整体化、系统化的信息思维为目标，构建从信息基础知识到前瞻性技术的知识 体系。从信息系统相关的概念引入，以信息系统开发生命周期为主线，全面系统地介绍信息系统的技术基础、数据库技术、规划、分析、设计、实施与管理等理论、方法和技术。在全面覆盖基础知识点的同时，注重介绍敏捷开发、持续集成等新的信息系统开发方法，分析新型硬件架构发展的背景下，互联网时代云计算、大数据、元宇宙、人工智能等技术对信息系统开发带来的挑战，跟踪信息技术最新的发展趋势。此外，在知识点的阐述中引入适当的实例分析，在每章最后通过思维导图串联全部知识点，并提供习题进一步加深对知识点的理解。
本书可作为高等院校信息工程、信息管理与信息系统、软件工程、管理工程等专业“信息系统原理与应用”“信息系统分析与设计”“软件工程”等课程的教材，也可作为信息系统开发和管理人员、信息系统教学和科研人员的参考书。

熊伟，教授，长期从事空间数据库和地理信息系统的教学科研工作。信息工程专业负责人，湖南省线上线下混合一流课程组成员，参与研制了高性能地理信息系统HiGIS。获得国家科学技术进步奖二等奖，全国发明展览会金奖，高校GIS教学成果奖一等奖，高校GIS论坛优秀教学成果奖。