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資料庫系統

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資料庫系統. 資料庫系統. 資料庫:一群相關資料的集合。 資料庫管理系統:用來建立和維護資料庫的套裝軟體。 資料庫系統:資料庫管理系統+資料庫。 一個電腦化的資料保存系統。. 誰使用資料庫系統?. 製造業存放原料、產品、人事、會計與行銷(進、出貨)資料。 銀行 ( 帳目資料 ) 。 航空公司 ( 乘客資料與機位 ) 。 醫院 ( 病患資料 ) 。 學校中 ( 學生、老師、職員的資料 ) 。 圖書館(藏書資料)。 . 資料庫系統上的運算 (operation). 新增或刪除一個資料庫 加入新檔和除去舊檔。 插入、刪除、更新現有檔案裡的資料。

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slide1

資料庫系統

Hue-Ling Chen

slide2
資料庫系統
  • 資料庫:一群相關資料的集合。
  • 資料庫管理系統:用來建立和維護資料庫的套裝軟體。
  • 資料庫系統:資料庫管理系統+資料庫。
  • 一個電腦化的資料保存系統。

Hue-Ling Chen

slide3
誰使用資料庫系統?
  • 製造業存放原料、產品、人事、會計與行銷(進、出貨)資料。
  • 銀行(帳目資料)。
  • 航空公司(乘客資料與機位)。
  • 醫院(病患資料)。
  • 學校中(學生、老師、職員的資料)。
  • 圖書館(藏書資料)。

Hue-Ling Chen

operation
資料庫系統上的運算(operation)
  • 新增或刪除一個資料庫
  • 加入新檔和除去舊檔。
  • 插入、刪除、更新現有檔案裡的資料。
  • 從現有檔案中擷取資料。

Hue-Ling Chen

slide5
簡單的資料庫系統與運算的例子

欄位 (資料型態, 資料的大小範圍)

記錄 (由彼此相關的欄位組成)

檔案(許多的資料實體)

Hue-Ling Chen

slide7
(二) 一些基本的運算
  • 橫列的子集(擷取)

SELECT 姓名, 國文, 數學

FROM 學生成績

WHERE 國文 = 77;

Hue-Ling Chen

slide8
(二) 一些基本的運算 (cont.)
  • 縱列的子集(擷取)

SELECT 姓名, 數學

FROM 學生成績;

Hue-Ling Chen

slide9
(二) 一些基本的運算 (cont.)
  • 插入

INSERT INTO 學生成績

VALUES(‘孫七’, 85, 92);

Hue-Ling Chen

slide10
(二) 一些基本的運算 (cont.)
  • 更新

UPDATE 學生成績

SET 數學 = 87

WHERE 姓名 =‘孫七’;

87

Hue-Ling Chen

slide11
(二) 一些基本的運算 (cont.)
  • 刪除

DELETE FROM 學生成績

WHERE 國文 = 77;

Hue-Ling Chen

slide12
為何使用資料庫系統
  • 迅速 (特別的資料組成方式與存取技術)
  • 資料集中控制 (整合性與共用性)

Hue-Ling Chen

slide13

使用者

程式

資料檔案

‧‧‧

使用者

程式

資料檔案

‧‧‧

沒有聯繫

重複的程式碼

重複的資料

圖例. 傳統的方法

Hue-Ling Chen

slide14

資料庫

管理員

使用者

資料檔案

資料庫管理系統

‧‧‧

使用者

共享計算能力、工具

共享資料

與程序等等。

圖例. 資料庫管理系統方法

Hue-Ling Chen

slide15

資料庫管理系統(DBMS)

資料庫

應用程式

終端使用者

圖例. 資料庫系統簡圖

Hue-Ling Chen

slide16
資料庫系統的組成
  • 使用者
  • 資料
  • 硬體
  • 軟體

Hue-Ling Chen

slide17
使用者
  • 直接使用者:
    • 這些人的工作是為了查詢、更新與產生報表而需要去存取資料庫。
  • 應用程式設計師
    • 資料庫設計師:負責設計資料庫,也稱為資料管理員。
      • 依照企業的資料作政策決定的人。
      • 決定哪些資料先被置入資料庫中,並訂定策略來維護及處理這些資料。
  • 資料庫管理師:負責管理資料庫系統。
    • 負責執行資料管理員的資料管理決策的技術人員。

Hue-Ling Chen

slide18
資料、硬體、軟體
  • 資料
    • 運算資料:
      • 使用者產生
      • 系統產生
    • 異動記錄
  • 硬體
  • 軟體
    • 資料庫管理系統
    • 應用程式

Hue-Ling Chen

slide19
使用資料庫系統的優點
  • 簡潔性
    • 節省空間,簡化對資料的管理。
  • 增快擷取資料的速度
  • 最新的資料

Hue-Ling Chen

slide20
使用資料庫系統的優點(cont.)
  • 可以減少資料的重複性
    • 因為每個包含有相同資料的檔案浪費空間
  • 可以避免資料的不一致
    • 因為當允許資料重複存在時,更新時就有可能造成資料的不一致

Hue-Ling Chen

slide21
使用資料庫系統的優點(cont.)
  • 資料可以共用
    • 共用:資料庫中個別的資料中可以讓許多不同的使用者共用,也就是每一個使用者都可以存取同一份資料(並且可用在不同的用途上)。
  • 可以強迫遵循標準 (資料的表示法)
    • 標準化的資料格式對系統間的資料交換有特殊的幫助。

Hue-Ling Chen

slide22
使用資料庫系統的優點(cont.)
  • 安全性的限制可以實行
  • 完整性可以維持 (檢查資料型態、範圍大小或不存在的資料)
    • 整合:將重複的資料完全或部分刪除,以達到不同檔案之間的完整性。

員工資料

員工進修課程

員工進修課程

Hue-Ling Chen

slide23
使用資料庫系統的優點(cont.)
  • 互相抵觸的需求可以平衡
    • 提供最佳化的服務
  • 資料獨立
    • 應用程式對儲存結構和存取技術改變的免疫力。
    • 例如:資料的邏輯結構沒有改變,然而相對應的儲存結構卻可以任意改變

Hue-Ling Chen

slide24
使用資料庫系統的優點(cont.)
  • 提供決策支援(Decision Support)
  • 透過適當的資料模式(Data Models)將資料之間的複雜關係表現出來
  • 快速備份(Backup)與回復(Recovery)資料庫
  • 提供不同的視界(View)

Hue-Ling Chen

slide25
資料庫系統架構
  • 架構分成三層:內層、概念層、外層。
    • 內層:處理資料的實際儲存方式。
    • 外層:處理個別使用者觀看資料的方式 (個別使用者景觀)。
    • 概念層:介於兩者之間的間接層 (群體使用者景觀)。
    • 概念景觀是指資料庫整體資訊的表現方式。
    • 每一層由相對的綱要所訂定。

Hue-Ling Chen

slide26

外層

‧‧‧‧‧‧

(個別使用者景觀)

概念層

(群體使用者景觀)

內層

(儲存景觀)

圖例. 架構三個層次

Hue-Ling Chen

slide27
資料庫系統綱要
  • 資料庫綱要:資料庫的描述;那些在資料庫中應該有的資料庫結構與某些限制型態的描述。
  • 資料庫案例:資料庫在某個特定時刻的資料,也稱為資料庫狀態或資料庫出現。
  • 資料庫綱要不會經常的變動,然而資料庫狀態在每一次資料庫被更新後就會改變。綱要有時也稱為內涵,資料庫狀態有時也稱為綱要的外在。

Hue-Ling Chen

slide28

SELECT Name

Male

ID

Name

FROM Male

外層綱要

SELECT Name

EMP

SSN

Name

TEL

Sex

From EMP

概念層綱要

WHERE Sex = 'Male'

內層綱要

Low Level Program

1.相同的物件在不同的綱要可以有不一樣的名字。

2.物件出現在較低的綱要可以不出現在較高的綱要。

資料庫

3.詳細的實作方式只發生在內層綱要。

圖例. 資料庫結構的範例

Hue-Ling Chen

slide29
資料庫管理系統中的三層綱要
  • 內部綱要:位於內層,描述有關資料庫的資料儲存與存取路徑的完整細節。
    • 哪些索引存在、儲存欄如何表示、儲存記錄的實際順序
  • 概念綱要:位於概念層,描述整個資料庫的結構與限制。
    • 安全性檢驗與整合性檢驗
  • 外部綱要:位於外層,描述各種使用者景觀。
    • 由該外部景觀中各種不同外部記錄型態的定義所構成)

Hue-Ling Chen

slide30
邏輯資料獨立:不必改變外部綱要或應用程式,即可改變概念綱要的能力。邏輯資料獨立:不必改變外部綱要或應用程式,即可改變概念綱要的能力。
  • 實體資料獨立:不必改變概念綱要即可改變內部綱要的能力。
  • 映射:在各層間轉換需求與結果的過程。

Hue-Ling Chen

slide31

使用者

使用者

使用者

應用程式

應用程式

應用程式

資料庫管

外部綱要

外部綱要

理員

邏輯資料

獨立

A

映射

概念綱要

實體資料

獨立

B

映射

內部綱要

裝置設

備獨立

C

映射

儲存結構

圖例. 資料庫管理系統架構

Hue-Ling Chen

slide32

程式

資料語言

資料庫管理系統

A,B

映射

存取方式

C

映射

實際儲存方式

圖例. 資料存取

Hue-Ling Chen

slide34
資料庫管理員的工作
  • 定義概念綱要。
    • 正確決定資料庫所該儲存的資訊
  • 定義內部綱要。
    • 決定資料如何表示於儲存資料庫中
  • 與使用者聯絡。
  • 定義安全性與完整性規則。
  • 定義備份和復原的程序。
  • 監督執行效率及應付需求的改變。

Hue-Ling Chen

slide35
資料管理系統語言
  • 資料定義語言(DDL):資料庫系統管理員與資料庫設計師用來定義概念與內部綱要。
  • 資料處理語言(DML):處理包括資料的擷取、插入、刪除與修改。
    • 資料處理語言的命令(又稱資料子語言)可以被嵌入在一個通用的程式語言(稱為主語言)裡,像是 COBOL、C、PASCAL。
    • 使用於獨立交談式的高階資料處理語言稱為查詢語言。
    • 資料子語言:主語言必須負責提供各種與資料庫無關的功能。(if … then)

Hue-Ling Chen

slide36

Givens: string;

Rank: string;

City: string;

Exec SQL Declare S Table

(S# char(5) not null,

Sname char(20),

Status smalllist,

City char(15));

Exec SQL Include SQLCA;

If A > B then

begin

Readln(Givens);

Exec SQL select Status, City

into : Rank, : City

from S

where S# =: Givens;

Writeln (Rank, City);

end;

範例. (Pascal+ SQL)

主語言

Pascal

資料子語言

Hue-Ling Chen

slide37
資料管理系統語言(cont.)
  • 資料控制語言(DCL):用來控制資料的保密事宜與存取權限。

Hue-Ling Chen

slide38
資料庫管理系統
  • 處理所有對資料庫存取的軟體。
  • 整體功能是提供資料庫系統的使用者介面。
    • 使用者透過資料子語言發出存取要求。
    • 資料庫管理系統收到這個要求並加以分析。
    • 資料庫管理系統檢視該使用者的外部綱要、對應的外層/概念層映射、概念層綱要、概念層/內層映射及儲存結構定義。
    • 資料庫管理系統在儲存資料上執行必須的操作。

Hue-Ling Chen

slide39
資料庫管理系統的功能
  • 資料定義:接受原始形式的資料定義,並將其轉變成適當的目的形式。對於各種資料定義語言都必須提供一個語言處理程式。
  • 資料處理:處理使用者的要求。資料庫管理系統必須提供資料處理語言的處理程式。
  • 資料安全性與完整性:資料庫管理系統必須監督使用者的需求,並拒絕任何侵犯資料庫管理員所訂定之安全性及完整性規則的意圖。
  • 資料復原及並行性。(交易管理程式)
  • 資料字典:描述資料的資料。(交叉參考)
  • 效率

Hue-Ling Chen

slide40
設計資料庫的目的
  • 使用方便
  • 維護方便
  • 成本效益好

Hue-Ling Chen

slide41

知識的表達

資料庫模型、資料結構、資料整體的維護

處理

效率分析

查詢語言、使用方便性

查詢處理、簡單性、回應

時間、空間需求

圖例. 資料庫系統的研究領域

Hue-Ling Chen

slide42
資料處理模式的演進
  • 第一階段:人工檔案管理
  • 第二階段:以電腦化循序檔案系統為核心
  • 第三階段:以電腦化直接存取檔案系統為核心
  • 第四階段:以記錄為處理單元的資料庫管理系統為核心。
  • 第五階段:以物件為處理單元的資料庫管理系統為核心。

Hue-Ling Chen

slide43
資料庫管理系統與檔案系統
  • 資料庫管理系統是架在檔案系統上的軟體
  • 有些資料庫為了效率上的考量,直接捨棄檔案系統不用,自行控制磁碟或磁帶機等周邊

Hue-Ling Chen