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資料庫設計

資料庫設計. 萬序恬 台北醫學大學 資訊服務中心. DBMS 觀念複習： What Is a DBMS?. 一組大量且整合度高的資料 將真實世界模組化 實體： Entities (e.g., 學生 , 課程 ) 關係： Relationships (e.g., 蔡一零選修電腦概論 ) 資料庫管理系統 ( Database Management System ， DBMS) ： 負責儲存與管理資料的套裝軟體. DBMS 觀念複習： 檔案與 DBMS 的差異.

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Presentation Transcript

  1. 資料庫設計 萬序恬 台北醫學大學 資訊服務中心

  2. DBMS 觀念複習：What Is a DBMS? • 一組大量且整合度高的資料 • 將真實世界模組化 • 實體：Entities (e.g., 學生, 課程) • 關係：Relationships (e.g., 蔡一零選修電腦概論) • 資料庫管理系統 (Database Management System，DBMS)： 負責儲存與管理資料的套裝軟體.

  3. DBMS 觀念複習：檔案與DBMS的差異 • 為了處理大量的資料，必須對於資料的存取方式作特別的設計，甚至必須設計到硬體的支援上，例如主記憶體的配置，硬碟使用規劃等(e.g., buffering, page-oriented access, 32-bit addressing, etc.) • 查詢必須使用特殊的程式語法 • 於多人使用的環境下，仍舊必須保持資料的完整以及統一性 • 系統當機的復原機制設計 • 安全性及登入設計

  4. ? DBMS 觀念複習：Why Study Databases?? • 從使用電腦計算到利用電腦提供資訊 • work smart! • 資料越來越多，也越來越多樣Datasets increasing in diversity and volume. • Digital libraries, interactive video, Human Genome project, EOS project • 需要資料庫管理系統支援 • DBMS 是電腦科學發展的重心項目之一 • OS, languages, theory, AI, multimedia, logic

  5. 資料模型(Data Models) • 資料模型(data model)：描述性資料的概念集合. • 定義(schema)：使用資料模型對於特定資料集合的描述 • 關聯式模型(relational model )是最廣泛被使用的資料模型. • 主要概念：relation-basically a table with rows and columns. • Every relation has a schema, which describes the columns, or fields.

  6. 摘要程度 View 1 View 2 View 3 • views→conceptual (logical) schema→physical schema. • Views: 描述使用者看到資料的模樣 • Conceptual schema (概念性定義): 定義邏輯性結構 • Physical schema (實質性定義): 描述使用到的檔案及索引(indexes). Conceptual Schema Physical Schema • Schemas are defined using DDL; data is modified/queried using DML.

  7. Example: University Database • Conceptual schema: • Students(sid: string, name: string, login: string, age: integer, gpa:real) • Courses(cid: string, cname:string, credits:integer) • Enrolled(sid:string, cid:string, grade:string) • Physical schema: • Relations stored as unordered files. • Index on first column of Students. • External Schema (View): • Course_info(cid:string,enrollment:integer)

  8. 實體-關係模型 ER-model (Entity-Relationship Model)

  9. Overview • 概念性設計 (Conceptual design)─ ER Model • ER Model目標 • 定義企業中的實體entities與關係relationships • 列出這些在資料庫儲存的實體以及關係的必備資訊 • 定出需要遵守「商業法則」 business rules 或是特殊限制 • ER Model 中的database `schema’ ，可以使用ER diagrams (實體關係圖，ERD)來表示

  10. name ssn lot Employees ER Model 基礎 • 實體 Entity: 真實世界的可獨立描述的物件， • 屬性 attributes： 用以描述此物件的特性An entity is described (in DB) using a set of • 實體集Entity Set: 上述實體的集合 E.g., all employees. • 所有在實體集內的每一個實體都有相同的屬性選項. (Until we consider ISA hierarchies, anyway!) • 每一個實體有一個「鍵」key, 用以指標至此實體 (鍵的分類見後說明)

  11. name ER Model 基礎 (II) ssn lot Employees since name dname • 關係 Relationship: 兩個以上的實體之間的關係. E.g., 萬序恬在資訊服務中心上班. • 關係集 Relationship Set: 類似的關係的集合 • 相同的實體集合可能當中有不同的角色而有不同的關係集合 (如圖二) super-visor subor-dinate ssn budget lot did Reports_To Works_In Employees Departments

  12. 完整性限制 (Integrity Constraints, ICs) • IC:可以通用在每一筆資料庫內的資料的規則e.g., domain constraints. • 設定定義時必須遵守所有的IC. • 有任何關係變動時也要檢查是否符合IC. • 一筆合法legal的資料必須能滿足所有確認過的IC. • 資料庫管理系統應該不能讓不合法的資料輸入. • 如果DBMS能檢查 ICs, 則儲存在這裡面的資料才能和真實世界的對應. • 當然也要避免輸入錯誤的資料!

  13. since name dname ssn lot did budget Employees Manages Departments 1-to-1 1-to Many Many-to-1 Many-to-Many 主鍵限制 Key Constraints • 每一個員工可以在很多個單位服務，每一個單位有很多名員工. • 每一個部門只能有一位主管, 根據管理規章→key constraint.

  14. 主鍵限制(Primary Key) • 主鍵定義: 1. 同一個(組)欄位內，沒有任何兩筆資料的值是重複的。 2. 其他的欄位都無法符合1 的情形。 • Part 2 false? A superkey. • 如果有一個欄位以上符合1的情形，則管理者可以自行指定一個欄位為主鍵primary key. • E.g., sid is a key for Students. (What about name?) The set {sid, gpa} is a superkey.

  15. 外部鍵 (Foreign Keys→Referential Integrity) • 外部鍵Foreign key : 一個(組)和主鍵相關的欄位可以指向另外一個資料表中的某一筆資料(通常都是另外那筆資料的主鍵). • E.g. sid is a foreign key referring to Students: • Enrolled(sid: string, cid: string, grade: string) • If all foreign key constraints are enforced, referential integrity is achieved, i.e., no dangling references. • Can you name a data model w/o referential integrity? • Links in HTML!

  16. 參與限制 Participation Constraints • 每一個部門現在都有一位主管嗎? • 如果是，那就有participation constraint: the participation of Departments in Manages is said to be “total”. • total都有 • partial 部分有 • ERD表示： since since name name dname dname ssn did did budget budget lot Departments Employees Manages Works_In since

  17. 使用ER Model進行概念性設計 • 設計步驟 : • 該作為實體？還是屬性？ • 該作為實體？還是關係？ • 確認關係：是二重Binary 、三重ternary 、還是集合式Aggregation? • ER Model的限制: • 可以描述絕大部分的狀況 • 但是在現實社會，仍舊會有部分規則是無法使用ERD表示出來的。

  18. 實體與屬性 • 「地址address」應該是「員工資料表」的一個屬性，還是另外一個實體(和員工有關係的實體)? • 必須看我們要如何處理以及使用「地址」這個資訊，以及這個資料的現實狀況: • 如果每個員工都有很多個地址，那address應該要設定為實體entity (因為屬性值不能另外再設定它的屬性). • 如果我們想要利用地址當中的城市或街道作為分類或是搜尋的條件，address就必須設定為實體entity (因為每一個屬性是單一且獨立不可再分的).

  19. 總結 • 在資訊專案開發時，系統分析流程中的需求分析後就就進行概念設計(Conceptual design) • 高階描述資料如何被儲存 • ER model 是最常被使用的方法conceptual design • 和人類思考模式相近. • 基本元素: 實體entities, 關係relationships, and 屬性attributes (of entities and relationships). • 附加元素: weak entities, ISA hierarchies, and aggregation. • 附註: ER model仍舊有許多變異的用法.

  20. 總結(II) • ER 設計常常是主觀的. 所以同樣的狀況，可能每個人設計出的模型都不一樣。分析各種不同則更是複雜。特別是大型企業，因為規則太複雜了。常會發生的設計問題如： • Entity vs. attribute, entity vs. relationship, binary or n-ary relationship, whether or not to use ISA hierarchies, and whether or not to use aggregation. • 要確定是否為「好」的資料庫設計：需要進一步的分析與修正，有其他的技術可以支持，例如：FD information 或是正規劃(normalization)

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