资料库管理系统语言课件.ppt
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1、第2章 資料庫系統,2-1 資料庫環境的四大組成元件2-2 ANSI/SPARC的三層資料庫系統架構2-3 資料庫綱要(Database Schema)2-4 實際與邏輯資料獨立2-5 資料庫系統的優缺點2-6 資料庫管理系統2-7 資料庫管理師,2-1 資料庫環境的四大組成元件,2-1-1 使用者2-1-2 資料2-1-3 軟體2-1-4 硬體,2-1 資料庫環境的四大組成元件,2-1-1 使用者-終端使用者,終端使用者(End Users)終端使用者(End Users)的主要工作是查詢或更新資料庫,或是存取資料庫以產生所需的報表,終端使用者可以分為數種,如下所示:初級使用者(Naive
2、or Parametric Users)不常使用的使用者(Casual Users)熟練使用者(Sophisticated Users),2-1-1 使用者-資料庫設計師,資料庫設計師(Database Designers)資料庫設計師精通資料庫設計,其主要的工作是建立資料庫結構,判斷哪些資料需要儲存在資料庫,和使用什麼樣的結構來儲存這些資料。資料庫設計師通常是使用資料庫設計工具(Database Design Tools)來建立資料庫結構。,2-1-1 使用者-資料庫管理師,資料庫管理師(Database Administrator,DBA)資料庫系統需要一位或一組對整個系統十分了解的人員作
3、為資料庫管理師,負責管理整個資料庫環境。因為資料庫管理師的工作十分專業,需要擁有公司管理和資料庫等電腦技術的專業知識,特別適合主修資訊管理或資訊工程且擁有管理經驗的人員來擔任。,2-1-1 使用者-系統分析師,系統分析師(System Analyst,SA)系統分析師與應用程式設計師屬於專業使用者(Specialized Users),系統分析師依據終端使用者的需要,主要是指初級使用者(Naive or Parametric Users)的需要來製定資料庫應用程式的規格與功能。應用程式設計師(Application Programmer)依據系統分析師定義的規格建立終端使用者使用的資料庫應用程
4、式,利用程式開發工具或指定的程式語言,呼叫資料庫系統提供的資料庫存取函式庫(Database Access Library)建立所需的資料庫應用程式。,2-1-2 資料-長存資料,長存資料(Persistent Data)資料庫儲存的是公司或組織的非暫時資料,這些資料是長時間存在的資料,使用者以應用程式使用介面輸入(新增、刪除或更新操作)建立的資料。從這些操作的資料可以進一步執行各項查詢和運算,以得到使用者所需的資料。,2-1-2 資料-系統目錄,系統目錄(System Catalog)系統目錄是由資料庫管理系統自動產生的資料,在資料庫管理系統稱為系統目錄(System Catalog或稱為D
5、ata Dictionary),其內容是從前述的操作資料所衍生的一些資料。例如:資料庫結構的定義資料,它是用來描述資料本身,也稱為中繼資料(The data about data),系統目錄的主要用途是用來提供維護資料庫所需的資訊。,2-1-2 資料-索引資料(說明),索引資料(Indexes)索引(Indexes)的目的是為了在資料庫儲存的龐大資料中能夠更快速的找到資料。索引資料是一些參考資料,這是將資料庫中特定部分(屬性)的資料預先進行排序,並且提供指標(Pointer)指向資料庫真正儲存資料的位置,資料庫管理系統使用雜湊函數(Hash Function)或B樹(B-Tree)等演算法來建
6、立索引資料。,2-1-2 資料-索引資料(圖例),例如:在關聯式資料庫的Students關聯表,建立GPA屬性的單層有序次索引,如下圖所示:,2-1-2 資料-交易記錄,交易記錄(Transaction Log)交易記錄是資料庫管理系統自動產生的歷史資料,可以記錄使用者在什麼時間下達什麼指令或執行什麼操作。這些資料對於一般使用者而言,並沒有什麼用處,但是對於資料庫管理師來說,就是十分重要的參考資訊。,2-1-3 軟體-資料庫管理系統(說明),資料庫管理系統(DBMS)資料庫管理系統是一組程式模組用來定義、處理和管理資料庫的資料,在此主要是指那些通用用途的資料庫管理系統,如下圖所示:,2-1-3
7、 軟體-資料庫管理系統(語言),資料庫管理系統語言(DBMS Languages)主要可以分成二個部分,如下所示:定義部分:使用資料定義語言(Data Definition Language,DDL)定義資料庫的結構。操作部分:直接使用資料操作語言(Data Manipulation Language,DML)或透過應用程式介面產生,就可以查詢資料庫資料或新增、刪除或更新資料庫的資料。,2-1-3 軟體-應用程式,應用程式(Application Program)應用程式是程式設計師使用開發工具或程式語言,所自行建立的專屬軟體。應用程式提供使用者相關的使用介面,透過使用介面的選單或按鈕,就可以
8、向資料庫管理系統下達查詢語言的相關指令,在取得所需資料後,顯示或產生所需的報表。換句話說,配合公司或組織的需求,我們可以在資料庫管理系統的基礎上,建立各種不同的應用程式。例如:選課系統、人事資料系統、進銷存系統、會計系統和公文系統等。,2-1-3 軟體-開發工具,開發工具(Development Tools)開發工具是用來建立資料庫和開發應用程式。例如:資料庫設計工具、資料庫開發工具或程式語言的整合開發環境,它可以幫助資料庫設計師建立資料庫結構和程式設計者快速建立應用程式。例如:PowerBuilder、Oracle Developer、Visual Studio.NET和Visual Stu
9、ido 2005等。,2-1-4 硬體,安裝資料庫相關軟體的硬體設備,包含:主機(CPU、記憶體和網路卡等)、磁碟機、磁碟陣列、光碟機、磁帶機和備份裝置。整個資料庫系統的硬體處理架構依其運算方式,可以分為:集中式或分散式的主從架構。,2-2 ANSI/SPARC的三層資料庫系統架構,2-2-1 概念層2-2-2 外部層2-2-3 內部層2-2-4 ANSI/SPARC 三層資料庫架構的目的,2-2 ANSI/SPARC的三層資料庫系統架構-圖例,2-2 ANSI/SPARC的三層資料庫系統架構-簡單說明,概念層(Conceptual Level):資料庫管理師觀點的資料,這是資料庫儲存的完整資
10、料,屬於在概念上看到的完整資料庫。外部層(External Level):一般使用者觀點的資料,代表不同使用者在資料庫系統所看見的資料,通常只是部分資料庫的資料。內部層(Internal Level):實際觀點所呈現的資料,這是實際資料庫儲存在電腦儲存裝置的資料。,2-2-1 概念層-說明,在概念層看到的是整個資料庫儲存的資料,這是資料庫管理師觀點所看到的完整資料庫。因為它只是概念上的資料庫,所以並不用考量資料實際的儲存結構,因為這是內部層(Internal Level)的問題。,2-2-1 概念層-範例,關聯式資料模型的資料庫在概念層所見的是以二維表格顯示的資料,如下圖所示:關聯式資料庫的關
11、聯表(Relations)是資料庫所看到的完整資料。,2-2-2 外部層-說明,資料庫系統使用者面對的是外部層,這是使用者觀點(User Views)的資料,包含多種不同觀點的資料,例如:一間大學或技術學院,不同使用者的觀點,如下:使用者觀點1:學生註冊資料使用者觀點2:學生選課資料使用者觀點3:學生成績單資料,2-2-2 外部層-範例,資料以不同的方式呈現:外部層的資料如同裁縫師手上的布,可以將概念層的資料剪裁成不同衣服樣式的資料。例如:使用清單、表格或表單內容(例如:Visual Basic的表單或HTML表單)等方式來呈現資料。只包含使用者有興趣的資料:外部層的資料只是部分資料庫,例如:
12、二位使用者分別看到Students關聯表的部分或導出內容,年齡Age是由生日計算而得。相同資料可以顯示不同格式:雖然在資料庫儲存的資料是單一格式,不過在顯示時可以使用不同格式。,2-2-3 內部層,在內部層看到的是實際觀點的資料庫,這是實際儲存在磁碟等外部儲存裝置的資料,內部層在三層架構中扮演資料庫管理系統與作業系統的介面。在內部層的資料是實際儲存在資料庫的資料結構或檔案組織所呈現的資料,例如:使用鏈結串列結構儲存資料,如下圖所示:,2-2-4 ANSI/SPARC三層資料庫架構的目的-使用者角度,使用者觀點所見的資料是獨立的:不同使用者可以存取相同資料,只是觀點可能不同,但是,各觀點的資料是
13、獨立的,更改觀點的資料,並不會影響其他使用者觀點的資料。使用者並不用了解實際資料的儲存方式:使用者的焦點是在處理資料本身,而不是了解到底這些資料是如何儲存。,2-2-4 ANSI/SPARC三層資料庫架構的目的-資料庫管理師角度,更改實際儲存結構不會影響使用者觀點的資料:當有全新的儲存結構和索引技術時,就算更改資料庫的儲存結構,也不會影響外部層使用者觀點的資料。更改概念層的完整資料庫也不會影響使用者觀點的資料:如果將資料庫從關聯式資料模型改為物件導向式資料庫模型時,我們仍然可以顯示完全相同的使用者觀點資料,並不會影響使用者看到的資料。,2-3 資料庫綱要(Database Schema),2-
14、3-1 三層資料庫綱要2-3-2 資料庫綱要間的對映,2-3 資料庫綱要(Database Schema)-圖例,資料庫綱要(Database Schema)是指整個資料庫的描述,即描述整個資料庫儲存資料的定義資料,如下圖所示:,2-3 資料庫綱要(Database Schema)-說明,資料庫管理系統管理的資料庫可以分割成資料和描述資料的綱要(Schema),如下所示:綱要(Schema):資料描述的定義資料,對比程式語言的變數是資料型態(Data Type),例如:C語言宣告成整數的age年齡變數,如下圖所示:int age;資料(Data):資料本身,也就是程式語言的變數值,例如:年齡為
15、20,如下所示:age=20;,2-3-1 三層資料庫綱要-圖例,2-3-1 三層資料庫綱要-簡單說明,三層資料庫綱要每一層的簡單說明,如下所示:外部綱要(External Schema):描述使用的資料。概念綱要(Conceptual Schema):描述資料本身的意義。內部綱要(Internal Schema):描述儲存的資料。,2-3-1 三層資料庫綱要-外部綱要,外部綱要(External Schema)外部綱要源於概念綱要,主要是描述外部層顯示的資料,每一個外部層綱要只描述資料庫的部分資料,隱藏其他部分的資料。換句話說,每一個外部層使用者觀點的資料都需要一個外部綱要,在一個資料庫可能
16、擁有多個外部綱要,如下圖所示:,2-3-1 三層資料庫綱要-概念綱要,概念綱要(Conceptual Schema)概念綱要是描述概念層的完整資料庫,這是概念資料庫設計(Conceptual Database Design)的結果,概念資料庫設計主要是分析使用者資訊,以便定義所需的資料項目,並不涉及到底是使用那一套資料庫管理系統。概念綱要描述完整資料庫的資料和其關聯,所以資料庫只能擁有一個概念綱要,如下圖所示:,2-3-1 三層資料庫綱要-內部綱要,內部綱要(Internal Schema)內部綱要是描述內部層實際觀點的資料,定義資料的儲存結構和那些資料需要建立索引,如同概念綱要,資料庫只擁有
17、一個內部綱要。例如:C語言宣告學生Students的結構,如下:struct Students char no5;char name15;char address40;int telephone;struct Date birthday;struct Student*next;,2-3-2 資料庫綱要間的對映-說明,三層資料庫綱要只是描述資料,真正的資料是儲存在外部儲存裝置的資料庫。當以外部層使用者觀點顯示資料時,也就是參考外部綱要向概念綱要請求資料,然後概念綱要請求內部綱要從資料庫取得資料,在取得真正的資料後,資料需要進行轉換來符合概念綱要的定義,然後再轉換成符合外部綱要的定義,最後才是外部
18、層使用者觀點看到的資料,在各層間進行的資料轉換過程,稱為對映(Mapping)。,2-3-2 資料庫綱要間的對映-圖例,2-3-2 資料庫綱要間的對映-種類,各層綱要間的對映主要有兩種:外部與概念對映(External/Conceptual Mapping):所有外部綱要都是對映到概念綱要,以便資料庫管理系統知道如何將外部層的資料連結到那一部分的概念綱要。例如:在外部綱要(S_No,Name,Age),S_No是對映到概念綱要的No,Age是從概念綱要的Birthday運算而得。概念與內部對映(Conceptual/Internal Mapping):概念綱要對映到內部綱要的關聯,以便資料庫管
19、理系統可以找到實際儲存裝置的記錄資料後,建立概念綱要的邏輯結構。,2-4 實體與邏輯資料獨立,2-4-1 資料獨立的基礎2-4-2 邏輯資料獨立2-4-3 實體資料獨立,2-4-1 資料獨立的基礎-說明,三層資料庫綱要的主要目的是為了達成資料獨立(Data Independence),也就是說上層的綱要並不會受到下層綱要的影響,當下層綱要更改時,也不會影響到上層綱要。與資料獨立相反的術語是資料相依(Data Dependence)。例如:使用C語言建立堆疊(Stacks)資料結構,如下圖所示:,2-4-1 資料獨立的基礎-種類,三層資料庫綱要一共擁有兩種資料獨立:外部與概念對映的邏輯資料獨立(
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