第5章 信息存儲與管理

1、第第5章章 信息存儲與管理信息存儲與管理 在機(jī)械設(shè)計過程中需要處理大量的信息數(shù)據(jù)，例如各種各樣的標(biāo)準(zhǔn)個規(guī)范、實(shí)驗(yàn)曲線以及大量圖表等。這些數(shù)據(jù)存儲在計算機(jī)中，通過計算機(jī)來進(jìn)行管理和處理。信息在計算機(jī)中的存儲與管理方式一般分為兩種：（1）文件系統(tǒng)；（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)項(xiàng)：也稱字段或數(shù)據(jù)元素。是描述事物的一個屬性的最小單位。 記錄：是數(shù)據(jù)項(xiàng)的有序集合，用于描述一個事物的一組屬性特征。 文件：是記錄的集合。 關(guān)鍵字：是可以用來標(biāo)識一個記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)的值。記錄1數(shù)據(jù)項(xiàng)11.數(shù)據(jù)項(xiàng)1n記錄2數(shù)據(jù)項(xiàng)21.記錄n數(shù)據(jù)項(xiàng)n1.數(shù)據(jù)項(xiàng)nn把數(shù)據(jù)組織在一個獨(dú)立的文件中,實(shí)現(xiàn)按文件名訪問,按記錄存儲的管理技術(shù)。數(shù)據(jù)

2、以數(shù)據(jù)文件的形式存儲在計算機(jī)的外存設(shè)備上（軟盤、硬盤、U盤、光盤、磁帶等），用戶通過應(yīng)用程序?qū)ξ募械臄?shù)據(jù)進(jìn)行操作。文件的數(shù)據(jù)可以有多種組織形式。（1）順序文件（2）索引文件（3）多重鏈表文件（4）倒排文件（1）順序文件 物理順序與邏輯順序一致的文件。它的有效存儲區(qū)域是連續(xù)的，結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，但增刪、檢索不夠方便。一切存于順序存儲器的文件只能構(gòu)成順序文件，磁帶就是典型的順廳存儲器。對于順序存儲器上的文件存取第 i i個記錄，必須先存取前面的i-1i-1個記錄，新的記錄要加在文件的末尾。（2 2）索引文件）索引文件 帶有一個包括關(guān)鍵字和存放地址索引表的文件。當(dāng)查找記錄時，先按該記錄的關(guān)鍵值到索引

3、表中查得相應(yīng)地址，系統(tǒng)再按該地址查到記錄，查找效率高，使用比較廣泛。索引文件的索引項(xiàng)必須按關(guān)鍵字順序排列，而文件本身可以按順序或不按順序排列，前者稱為索引順序文件，后者稱為索引非順序文件，如下圖。對于容納大量數(shù)據(jù)的文件，還可以建立索引的索引，從而形成多級索引。（3 3）多重鏈表文件）多重鏈表文件鏈表文件中記錄的物理存儲順序與邏輯順序可以不一致，它在每個記錄上增設(shè)一個指針，指向下一個記錄的存儲地址。（4 4）倒排文件）倒排文件倒排文件也是多關(guān)鍵字的多重鏈表結(jié)構(gòu)，與多重鏈表文件的主要區(qū)別在次關(guān)鍵字的鏈表指針信息不是加在數(shù)據(jù)文件中的每個記錄上，而是在每個次關(guān)鍵字的索引表中。文件的存儲格式：文件的存儲

4、格式： 文件是存儲在外部介質(zhì)上的記錄的集合,用戶通過應(yīng)用程序?qū)ξ募械臄?shù)據(jù)進(jìn)行操作.。從操作系統(tǒng)角度,外設(shè)也是文件.。 C語言把文件看成是字符(字節(jié))的序列。數(shù)據(jù)的組織形式分兩種ACS 碼文件(文本文件,每個字節(jié)放一個ACS 碼,代表一個字符)和二進(jìn)制文件(將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)按原樣輸出到磁盤上)。一個整數(shù)10000在內(nèi)存和二進(jìn)制文件中占兩個字節(jié)。在文本文件中占五個字節(jié)以下是文本文件和二進(jìn)制文件的存儲格式：001100010011000000110000001100000011000010000ASCII文件格式0010011100010000二進(jìn)制文件格式補(bǔ)充知識：補(bǔ)充知識：標(biāo)準(zhǔn)C語言采用緩沖文件

5、系統(tǒng)，系統(tǒng)自動為每一個正在使用的文件開辟一個緩沖區(qū)，從內(nèi)存向磁盤輸出數(shù)據(jù)必先送到緩沖區(qū)，裝滿才送到外存，反之，從磁盤向內(nèi)存讀入數(shù)據(jù)，是一次送一批至緩沖區(qū)，再從緩沖區(qū)逐個將數(shù)據(jù)送到程序數(shù)據(jù)區(qū)。打開幾個文件就有幾個緩沖區(qū)。磁 盤輸 出 緩 沖 區(qū)輸 入 緩 沖 區(qū)語 言程 序 區(qū)內(nèi) 存緩 沖 文 件 系 統(tǒng) 示 意 圖C C語言對文件的操作語言對文件的操作在C語言中用FILE類型變量，對文件進(jìn)行操作。例如：FILE *fp; /fp是指向FILE 類型結(jié)構(gòu)體的指針變量通過指針變量可找到相關(guān)的文件，并對其進(jìn)行操作。程序員對文件的操作必須遵循下列步驟(1)建立（打開)文件。 (2)向文件中讀寫數(shù)據(jù)。(

6、3)關(guān)閉文件為區(qū)別和標(biāo)識每個文件,并從中正確的讀寫,C語言為每個文件設(shè)置一指針(文件指針）。實(shí)際這指針指向結(jié)構(gòu)體變量的首地址,該結(jié)構(gòu)體類型定義包含stdio.h中.一、文件的打開：一、文件的打開：標(biāo)準(zhǔn)C 用標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫函數(shù)。 fopen( ) 例如： FILE *fp; fp=fopen(“A1”, “ r ”);表示以讀入方式打開A1文件，fopen函數(shù)帶回指向A1文件的指針并賦給 fp.從而可以使用fp對文件進(jìn)行指定的操作。即fp指向A1文件。 常用下面的方法打開: if (fp=fopen (“file1”, “ r”)= =NULL) printf(“cannot open this

7、 file n” ) ;exit(0);它通知編譯系統(tǒng)（1）須打開的文件（2） 使用文件的方式（3）讓哪個指針變量指向被打開的文件。使用文件的方式如下：“r”：（只讀）為輸入打開一個文本文件（向計算機(jī)輸入）“w”: （只寫)為輸出打開一個文本文件（建立一個新文件）“a”： (追加)向文本文件尾增加數(shù)據(jù)。（文件必須存在）“rb”: （只讀）為輸入打開一個二進(jìn)制文件“wb”:（只寫)為輸出打開一個二進(jìn)制文件“ab”： (追加)向二進(jìn)制文件尾增加數(shù)據(jù)。二、文件的讀寫二、文件的讀寫fprintf和fscanf (與printf 和scanf都是格式化讀寫函數(shù),但它倆的對象不是終端而是磁盤文件) fpr

8、intf(文件指針,格式字符串,輸出列表) fscanf(文件指針,格式字符串,輸出列表)例如: fprintf(fp, “ %d ,%6.2f ” ,i , j); 它的作用是將整型變量i和實(shí)型變量j的值按%d和6.2f的格式輸出到fp指向的文件中，若i=3, j=4.5,則輸出到磁盤文件上是以下字符串，4.(5)fgets和fputs字符串讀寫函數(shù)(處理文本文件)fgets(str,n,fp); /* 從fp指向的文件輸入n-1個字符，并把它放入數(shù)組str中,遇EOF讀入結(jié)束,字符串讀入后在最后加一個0字符,返回str的首地址. */ fputs(“china”, fp); /*將字符串c

9、hina 輸出fp指向的文件中,但不輸出字符串結(jié)束符.*/三、文件的關(guān)閉三、文件的關(guān)閉fclose ( )函數(shù):使文件指針不指向該文件，并釋放他所占的內(nèi)存緩沖區(qū)和相應(yīng)文件類型結(jié)構(gòu)體變量所占內(nèi)存例如：fclose (fp); /*fclose 函數(shù)帶回一指針，成功則為非表示關(guān)閉時有錯誤*/ 數(shù)據(jù)庫技術(shù)是在人工管理，文件管理技術(shù)上發(fā)展起來的數(shù)據(jù)管理技術(shù) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序應(yīng)用程序2 2應(yīng)用程序應(yīng)用程序1 1應(yīng)用程序應(yīng)用程序n n 數(shù)據(jù)庫以文件方式存儲數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)的一種高級組織形式。在應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間，由數(shù)據(jù)庫管理軟件DBMS 把所有應(yīng)用程序中使用的相關(guān)數(shù)據(jù)匯集起來，按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，

10、以記錄為單位存儲在數(shù)據(jù)庫中，為各個應(yīng)用程序提供方便、快捷的查詢、使用 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的是計算機(jī)發(fā)展中最早采用的、也是最直接的數(shù)據(jù)管理方式。程序中用到的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)的存儲、操作都必須由程序員自己編程管理應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2 應(yīng)用程序n 數(shù)據(jù)組1 數(shù)據(jù)組2 數(shù)據(jù)組n 數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序呈對應(yīng)、依賴關(guān)系，應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)無法被其他程序利用，程序與程序之間存在著大量重復(fù)數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)冗余； 由于數(shù)據(jù)是對應(yīng)某一應(yīng)用程序的，數(shù)據(jù)的獨(dú)立性很差。如果數(shù)據(jù)的類型、結(jié)構(gòu)、存取方式或輸入輸出方式發(fā)生變化，處理它的程序必須相應(yīng)改變，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)性差，而且數(shù)據(jù)不能長期保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的指數(shù)據(jù)可用統(tǒng)一格式

11、，在計算機(jī)存儲器中以文件形式長期保存的方式 操作系統(tǒng)應(yīng)用程序n應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)組2數(shù)據(jù)組n應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)組1 文件管理階段，文件系統(tǒng)為程序與數(shù)據(jù)之間提供了一個公共接口，應(yīng)用程序采用統(tǒng)一的存取方法存取、操作數(shù)據(jù)，程序與數(shù)據(jù)之間不再是直接的對應(yīng)關(guān)系，因而程序和數(shù)據(jù)有了一定的獨(dú)立性。 文件系統(tǒng)只簡單地存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的存取在很大程序上仍依賴于應(yīng)用程序，不同程序難于共享同一數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)獨(dú)立性較差。 文件系統(tǒng)沒有相應(yīng)的模型約束數(shù)據(jù)的存儲，仍有較高的數(shù)據(jù)冗余，極易造成數(shù)據(jù)的不一致性。 5.3.1數(shù)據(jù)庫的主要特征數(shù)據(jù)庫的主要特征 數(shù)據(jù)庫對所有數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一、集中、獨(dú)立的管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，保證數(shù)據(jù)的完整性和安

12、全性，提高了數(shù)據(jù)管理效率，其主要特征有：1. 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，減少了數(shù)據(jù)冗余；2. 數(shù)據(jù)存儲的結(jié)構(gòu)化；3. 增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的獨(dú)立性；4. 加強(qiáng)了對數(shù)據(jù)的保護(hù)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）安全保密控制；（2）完整性控制；（3）并發(fā)控制。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括硬件和軟件。（1）硬件 有足夠大的內(nèi)存容量和高速的數(shù)據(jù)傳輸能力。（2）軟件 主要包括：操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身，高級語言以及編譯系統(tǒng)，應(yīng)用程序。5.3.3 數(shù)據(jù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 1）（子模式）用模式DDL定義外模型的模式 子模式中包含了相應(yīng)用戶的數(shù)據(jù)記錄類的描述以及與概念模型中相應(yīng)記錄的映像的定義 概念模式的子集 2）（模式）用模式

13、DDL定義概念模型的模式 3）（物理模式）用設(shè)備介質(zhì)語言定義內(nèi)模型的模式用DBMS中的DDL精確地定義上述模型稱為模式模式 對應(yīng)于不同層次的模型，也有三個相應(yīng)的模式: 數(shù)據(jù)庫 內(nèi)模式 概念模式-內(nèi)模式映射 外模式 1 外模式 1 物理級 存儲視圖 概念模式 概念級 全局視圖 用戶視圖 外模式-概念模式映射 用戶級 應(yīng)用程序 1 應(yīng)用程序 2 應(yīng)用程序 3 應(yīng)用程序 4 OS DBMS 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個核心問題核心問題就是研究如何表示和處理實(shí)體間的聯(lián)系 表示實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的模型被稱為 層次模型 網(wǎng)狀模型 關(guān)系模型 現(xiàn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，常用的數(shù)據(jù)模型有三種：層次模型（Hierar

14、chical Model）用樹性結(jié)構(gòu)表示實(shí)體之間連系的模型稱為層次模型，它能描述一對多的關(guān)系 層次模型兩個條件： 只有只有根結(jié)點(diǎn)根結(jié)點(diǎn) 根以外的其他節(jié)點(diǎn)有且根以外的其他節(jié)點(diǎn)有且只有一個父節(jié)點(diǎn)只有一個父節(jié)點(diǎn) 按照層次模型建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為 網(wǎng)狀模型（Network Model）網(wǎng)狀模型滿足兩個條件： 可以有兩個以上結(jié)點(diǎn)無父點(diǎn)可以有兩個以上結(jié)點(diǎn)無父點(diǎn) 至少有一個結(jié)點(diǎn)有多于一個父結(jié)點(diǎn)至少有一個結(jié)點(diǎn)有多于一個父結(jié)點(diǎn)層次模型是網(wǎng)狀模型的特殊形式，網(wǎng)狀模型能描述多對多的關(guān)系 按照網(wǎng)狀模型建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為 關(guān)系模型（Relational Model） 用二維表結(jié)構(gòu)表示實(shí)體之間聯(lián)系的一種模型，能描述多對

15、多的關(guān)系多對多的關(guān)系 作為一個“關(guān)系”的二維表，必須滿足如下條件： 表中每一列必須是基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，而不是組合項(xiàng)表中每一列必須是基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，而不是組合項(xiàng) 表中每一列必須具有相同的數(shù)據(jù)類型表中每一列必須具有相同的數(shù)據(jù)類型 表中的每一列必須有一個唯一的屬性名表中的每一列必須有一個唯一的屬性名 表中不應(yīng)有內(nèi)容相同的行表中不應(yīng)有內(nèi)容相同的行 行與列的順序均不影響表中所表示的信息含義行與列的順序均不影響表中所表示的信息含義 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)獨(dú)立性高，理論基礎(chǔ)堅實(shí)，操作算法成熟、完善 關(guān)系模型的理論基礎(chǔ)是關(guān)系代數(shù)、集合論 基于關(guān)系模型建立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為關(guān)系模型示例表a為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集合，表b是零件

16、數(shù)據(jù)的集合 兩個表之間通過關(guān)鍵字段“產(chǎn)品代號”形成一對多的關(guān)系，表a為父表，表b為子表，它們共同描述了產(chǎn)品的基本的構(gòu)成信息 產(chǎn)品產(chǎn)品代號代號產(chǎn)品產(chǎn)品 名稱名稱數(shù)量數(shù)量價格價格AA減速器2002000BB閥門2601200CC車床2056000DD銑床1064000產(chǎn)品產(chǎn)品代號代號零件零件 名稱名稱零件零件號號數(shù)量數(shù)量AA齒輪AAA-2250AA傳動軸AA-3120CC主軸CC-3100CC絲杠CC-4100CC三爪卡盤CC-7120BB連接盤BB-3220AA齒輪BAA-6130 表a：產(chǎn)品數(shù)據(jù)表 表b：零件數(shù)據(jù)表 1:MFOXPro數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) FoxPro是美國是美國Fox公司公司 80

17、 年代推出的一個全新的關(guān)系型年代推出的一個全新的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它具有強(qiáng)大的性能、豐富的工具、良好的圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它具有強(qiáng)大的性能、豐富的工具、良好的圖形用戶界面、簡單的數(shù)據(jù)存取、完備的兼容性。形用戶界面、簡單的數(shù)據(jù)存取、完備的兼容性。 FoxPro支持多支持多種數(shù)據(jù)類型，在系種數(shù)據(jù)類型，在系統(tǒng)集成環(huán)境下可以統(tǒng)集成環(huán)境下可以完成數(shù)據(jù)的分類、完成數(shù)據(jù)的分類、追蹤、處理、存儲、追蹤、處理、存儲、打印、傳輸?shù)缺姸啻蛴?、傳輸?shù)缺姸鄶?shù)據(jù)庫操作任務(wù)數(shù)據(jù)庫操作任務(wù) ACCESS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) SQLServer數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) Oracle9i數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介工業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫支持整個

18、生產(chǎn)過程，數(shù)據(jù)類型非常復(fù)雜類 型說 明管理型管理型 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 包括產(chǎn)品設(shè)計與制造中所用到的數(shù)據(jù)資料。如：國家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、產(chǎn)品目錄及文檔管理等。 數(shù)據(jù)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)之間關(guān)系分明，數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本不變，并且數(shù)據(jù)在語義上具有一致性，與管理型數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)基本相同。設(shè)計型設(shè)計型 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 在工業(yè)設(shè)計與制造中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。如：設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、工藝路線等。 數(shù)據(jù)特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)呈動態(tài)，在設(shè)計過程中產(chǎn)生，因此存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隨數(shù)據(jù)類型的改變而改變； 根據(jù)設(shè)計評價再設(shè)計的典型工業(yè)設(shè)計流程，設(shè)計型數(shù)據(jù)頻繁修改； 由于實(shí)際設(shè)計的復(fù)雜性，設(shè)計者對設(shè)計對象數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷的調(diào)整與修改，因此設(shè)計型數(shù)據(jù)在某些情況下允許語言上的不一致性。 圖形數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù) 產(chǎn)品開發(fā)過程中可能產(chǎn)生各種工程圖表、二維工程圖形、三維圖形等數(shù)據(jù)。如：零件圖中某些圖表或圖形之間的相互聯(lián)系也需要數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲與管理。 這類數(shù)據(jù)也是呈動態(tài)的，