綜合數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的操縱和檢索

四、數(shù)據(jù)的操縱和檢索綜合數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 到目前為止，我們集中討論了傳統(tǒng)的文件處理。此處，文件是作為一個獨立的邏輯實體來處理的，而且通常與某個特定的業(yè)務領域相聯(lián)系。為了把業(yè)務上相近的那些部門的文件綜合在一起，必須預先排序記錄和合并文件。這樣做可能耗費大量的時間，有時甚至是不可能實現(xiàn)的。 通常，文件是為了滿足特定業(yè)務領域某部門的專門需要而設計的，如果某部門想使用保存在一個文件上的部分數(shù)據(jù)，而該文件是另一部門為自己使用而設計的，那么他們必須抽取這些數(shù)據(jù)并重新整理后才能使用。大多數(shù)部門總是寧愿建立和保持和一個類似(而不同)的文件以更好地滿足自己的使用要求，而不愿兼顧其他部門的業(yè)務需要。這樣做的結果形成了大量的帶有重復數(shù)據(jù)的文件。前面的例子中已經提到，某所大學就保存了75個獨立的計算機文件，而每個文件中都包含有學生記錄。每當一個學生結婚了或者改換了住處時，則必須修改75個文件。 數(shù)據(jù)的冗余會使成本提高，而設計一個綜合的資源共享數(shù)據(jù)庫則可以把數(shù)據(jù)冗余度降低到最小程度。綜合的資源共享數(shù)據(jù)庫把公司看作一個整體來提供服務，而不只是為公司某特殊部門服務。利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)軟件就可能實現(xiàn)一個綜合的數(shù)據(jù)庫。 早在70年代初期就出現(xiàn)了DBMS技術，但是直到70年代末期仍未得到普遍的接受。早期的DBMS“軟件包”效率不高，實際上比傳統(tǒng)的文件處理的要求更高的硬件能力。目前DBMS對硬件的要求已經降低了，甚至在小型計算機系統(tǒng)上也能運行DBMS軟件，造成推遲接受和實現(xiàn)DBMS技術的主要原因可能是信息服務人員缺乏專門的知識，而且用戶管理人員又不愿合作和支持建立一個共享的數(shù)據(jù)庫。目前對于設計和運行DBMS軟件已經有了廣泛的了解，而且部分用戶管理人員已經認識到應該把信息作為一個公司的資源來看待。 ? 數(shù)據(jù)庫環(huán)境的好處 1.經濟上的好處。通過先進的數(shù)據(jù)結構技術，DBMS提供了最小化數(shù)據(jù)冗余度的可能性。當然，為了提高處理效率，即使有了DBMS幫助，有時還需要在共享的數(shù)據(jù)庫中保留一定的重復數(shù)據(jù)。由于減少了數(shù)據(jù)的冗余度，從而也簡化了收集和更新數(shù)據(jù)的過程。就前面的例子而言，只需要在一處(數(shù)據(jù)庫中)更新學生地址就可以了。 2.數(shù)據(jù)庫技術也給信息服務專業(yè)人員帶來的好處。綜合資源共享數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)分析員打開了嶄新的大門。數(shù)據(jù)庫能向系統(tǒng)分析員提供傳統(tǒng)文件所不能提供的信息。由于有了DBMS，就更容易得到數(shù)據(jù)，因此使程序設計任務要比原先更為簡單。此外，數(shù)據(jù)是獨立于程序的。這意味著用戶管理人員可以增加數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)、修改庫中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)或者從庫中刪除數(shù)據(jù)，這些并不影響現(xiàn)有的程序，而在過去則需要測試和修改幾十個(有時幾百個)程序。當然，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還有其它重要的優(yōu)點，但是這些已超出本書的范圍。 3.信息方面的好處。一個綜合資源共享數(shù)據(jù)庫能以有序的方式提供一種滿足信息要求的結構。實際上，數(shù)據(jù)庫是能夠充分利用公司信息資源的唯一工具。由于數(shù)據(jù)庫和DBMS在產生報表方面提供了極大的靈活性，因此，也給決策過程帶來了同樣的靈活性。 4.DBMS軟件在支持聯(lián)機系統(tǒng)方面是特別有價值的。共享數(shù)據(jù)庫不僅可供多個用戶存取而且還特別能反映出數(shù)據(jù)的當前狀態(tài)。對于許多查詢來說，及時性是很關鍵的。例如，某個經理由于設備故障不得不關閉某個工作站，此時他有可能要查詢其它工作站的狀態(tài)，并且利用得到的信息來改變進行中的工作路線。 ? 方法 DBMS克服了傳統(tǒng)文件處理的局限性。它依靠靈活多變的數(shù)據(jù)結構(將數(shù)據(jù)元及記錄彼此聯(lián)系的方法)來做到這一點?；诓煌瑪?shù)據(jù)結構的DBMS之間差別很大。有三種設計DBMS軟件的方法 1.數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言會議(CODASYL)設計并發(fā)布的基于網(wǎng)絡或叢形數(shù)據(jù)結構的DBMS指南。 2.IBM的信息管理系統(tǒng)(IBS)使用的一種層次結構。 3.某些最近設計的基于關系數(shù)據(jù)結構的DBMS。 上述的每一種方法是基本概念和術語的差別都很大。因此，為了減少混淆和便于理解，以下的闡述和討論只使用網(wǎng)絡方法。 ? 庫設計 1.數(shù)據(jù)庫設計方法 我們通過下面的例子來說明數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和一種數(shù)據(jù)庫設計方法的原理。考察下述情況。 某圖書館保存了一個文件，該文件每一個記錄都包含了下述數(shù)據(jù)元： (1)書名 (2)作者 (3)出版社 (4)出版社地址 (5)類別 (6)出版年份圖書館館長希望在獲得決策信息方面有更多的靈活性。而現(xiàn)在文件不可能滿足其要求。經過與信息處理人員交換意見之后，他們決定實現(xiàn)一個基于CODASYL的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。檢查現(xiàn)有文件發(fā)現(xiàn)某些數(shù)據(jù)重復出現(xiàn)。每本書(每一書名)都分別有一個記錄。于是，寫過幾本書的作者的名字在他寫的每本書的記錄中重復出現(xiàn)。在一個圖書館里可能有某出版社出版的數(shù)百本，甚至數(shù)千本書，但是在該文件的每本書的記錄中都重復地出現(xiàn)出版社名和出版社地址。 2.設立數(shù)據(jù)庫的步驟 設計數(shù)據(jù)庫的方法之一是使用主題詞一屬性矩陣作為識別記錄和這些記錄之間關系的一個輔助工具。以下各步驟描述了這種設計數(shù)據(jù)庫的方法。第一步，在圖20.6.10的主題詞一屬性矩陣的左邊列出了邏輯主題詞。在本例中，這些主題詞是：書名、作者和出版社。在矩陣的頂端列出了所有可能的屬性。屬性是提供與主題詞有關的信息的任一數(shù)據(jù)元。圖20.6.10 主題詞屬性矩陣 第二步：在屬性與主題詞之間的關系有一對一的，一對多的或者不存在關系。例如，一特定書名只有一個出版社。所以在書名與出版社之間存在一對一的關系。然而，一個書名可以有幾個作者。因而，在書名與作者之間存在一對多的關系。在圖20.6.11中用“”表示一對一關系，用“M”表示一對多關系，而且空白表示無關系存在。第三步：數(shù)據(jù)庫記錄類似于傳統(tǒng)文件的記錄，它是相關數(shù)據(jù)元的集合?？梢詫⒂涗洀臄?shù)據(jù)庫中讀出來，也可以將記錄寫到數(shù)據(jù)庫中去。數(shù)據(jù)庫記錄也稱為節(jié)段。在這一步，用主題詞屬性矩陣來標識記錄。這是通過列出與每個主題詞一對一關系的屬性來實現(xiàn)的。通常，對應每個主題都有一個記錄，“書名”記錄包含出版社、出版年份和類別，如下所示： 第四步：數(shù)據(jù)庫設計過程的下一步是建立記錄之間的關系。圖20.6.11給出主題屬性矩陣中指出的一對多的關系。出版社與書名之間的一對多的關系是用兩個記錄之間的一條連線來指出的，該連線有一箭頭指向出版社記錄。指向書名記錄的兩個箭頭表示每個出版社可以有一個以上的書名。這種出版社書名的組合稱之為一個系。其它的系是：書名作者、作者出版社、作者書名和出版社作者。多對多的關系(每一端都有兩個箭頭)在處理時可能會引起混淆，因而是不允許的。圖20.6.12 一個完整的網(wǎng)絡模型 第五步：下一步消去冗余的屬性和系。記住，我們的目的是將作者、書名和出版社記錄輸入到數(shù)據(jù)庫，然后經由系建立的聯(lián)系從不同的記錄中檢索數(shù)據(jù)。因此，必須消去對此目的是冗余的那些系。在本例中，顯而易見作者出版社系或作者書名系是冗余(重復)的，由于作者與書名相匹配的機會比它與出版社匹配的機會多，因此應該消去作者出版社系。圖20.6.12給出了結果模式。該模式是數(shù)據(jù)庫邏輯結構的一種圖式表示。 現(xiàn)在圖書館館長可以進行如下的查詢： 列出某作者寫的所有書的書名； 按字母順序列出由Pientice-Hall在1981年出版的那些書的書名； 列出1987年以來至少在三個出版社出版書的那些作者。 該數(shù)據(jù)庫(正如所設計的那樣)很容易實現(xiàn)上述查詢及其它類似的查詢。對圖書館原有文件來說，類似的查詢不僅要求處理整個文件，而且可能還要處理好幾遍。有時，還要