第7章 數(shù)據(jù)的組織與管理

1、第7章 數(shù)據(jù)的組織與管理,數(shù)據(jù)不保存 由應用程序自身管理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)不獨立 數(shù)據(jù)不能共享,7.1 數(shù)據(jù)的管理方式,7.1.1 人工管理,數(shù)據(jù)可以長期保存 由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大 數(shù)據(jù)獨立性,7.1.2 文件管理,數(shù)據(jù)真正實現(xiàn)了結構化 數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充 數(shù)據(jù)獨立性高 數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制,7.1.3 數(shù)據(jù)庫管理,應用程序1,應用程序2,應用程序n,數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫 管理系統(tǒng),7.1.4 數(shù)據(jù)管理技術的新發(fā)展,在數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展過程中，先后出現(xiàn)了層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫。 隨著應用的不斷深入，占主導地位的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已不能滿足新的應用領域的需求。

2、 例如，在實際應用中，除了需要處理數(shù)字、字符數(shù)據(jù)的簡單應用之外，還需要存儲并檢索復雜的復合數(shù)據(jù)(如集合、數(shù)組、結構體)、多媒體數(shù)據(jù)、計算機輔助設計繪制的工程圖紙和地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)提供的空間數(shù)據(jù)等，對于這些復雜數(shù)據(jù)，關系數(shù)據(jù)庫無法實現(xiàn)對它們的管理。 正是實際應用中涌現(xiàn)出的許多問題，促使數(shù)據(jù)庫技術不斷向前發(fā)展，出現(xiàn)了許多不同類型的新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。,6,分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Distributed Database System，DDBS）是在集中式數(shù)據(jù)庫基礎上發(fā)展起來的，是數(shù)據(jù)庫技術與計算機網(wǎng)絡技術、分布處理技術相結合的產物。 分布式數(shù)

3、據(jù)庫是地理上分布在計算機網(wǎng)絡的不同結點，邏輯上屬于同一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。 它不同于將數(shù)據(jù)存儲在服務器上供用戶共享存取的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫。,. 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),7,分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特點：,數(shù)據(jù)是分布的。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分布在計算機網(wǎng)絡的不同結點上，而不是集中在一個結點。 數(shù)據(jù)是邏輯相關的。分布在不同結點的數(shù)據(jù)邏輯上屬于同一數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)間存在相互關聯(lián)。 結點的自治性。每個結點都有自己的計算機軟、硬件資源、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（即局部數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Local Database Management System，LDBMS），因而能夠獨立地管理局部數(shù)據(jù)庫。,8,. 面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),將面向對象的模型

4、、方法和機制，與先進的數(shù)據(jù)庫技術有機地結合而形成的新型數(shù)據(jù)庫。 基本設計思想是，一方面把面向對象語言向數(shù)據(jù)庫方向擴展，使應用程序能夠存取并處理對象，另一方面擴展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使其具有面向對象的特征 。,. 多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),隨著信息技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫應用從傳統(tǒng)的企業(yè)信息管理擴展到計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)、計算機輔助制造(Computer Aided Manufacture，CAM)、辦公自動化(Office Automation，OA)、人工智能(Artificial Intelligent，AI)等多種應用領域。 這些領域中要求處理的數(shù)據(jù)不僅包括傳統(tǒng)

5、的數(shù)字、字符等格式化數(shù)據(jù)，還包括大量多種媒體形式的非格式化數(shù)據(jù)，如圖形、圖像、聲音等。 這種能存儲和管理多種媒體的數(shù)據(jù)庫稱為多媒體數(shù)據(jù)庫。,9,10,. 數(shù)據(jù)倉庫,隨著信息技術的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫應用的規(guī)模、范圍和深度不斷擴大，一般的事務處理已不能滿足應用的需要，企業(yè)界需要在大量信息數(shù)據(jù)基礎上的決策支持，數(shù)據(jù)倉庫（Data Warehouse）技術的興起滿足了這一需求。 數(shù)據(jù)倉庫作為決策支持系統(tǒng)（Decision Support System）的有效解決方案，涉及3方面的技術內容：數(shù)據(jù)倉庫技術、聯(lián)機分析處理（On-Line Analysis Processing，OLAP）技術和數(shù)據(jù)挖掘（Dat

6、a Mining）技術。,5. 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫,隨著筆記本電腦、無線網(wǎng)絡、移動計算設備、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術的應用和發(fā)展，移動計算變得越來越重要。例如用戶可以在旅途中工作和訪問數(shù)據(jù)、郵遞服務對郵件跟蹤、醫(yī)療緊急救護等。 移動數(shù)據(jù)庫是能夠支持移動式計算環(huán)境的數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)在物理上分散而邏輯上集中。 由于移動數(shù)據(jù)庫的應用大都嵌入到諸如掌上電腦、PDA、車載設備等移動通信設備中，故移動數(shù)據(jù)庫也稱為嵌入式移動數(shù)據(jù)庫。,6.大數(shù)據(jù)技術,大數(shù)據(jù)(Big Data)是規(guī)模非常巨大和復雜的數(shù)據(jù)集，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理工具處理起來面臨很多困難，如對數(shù)

7、據(jù)庫高并發(fā)讀寫要求、對海量數(shù)據(jù)的高效率存儲和訪問需求、對數(shù)據(jù)庫高可擴展性和高可用性的需求。 大數(shù)據(jù)有4個基本特征：數(shù)據(jù)規(guī)模大（Volume）、數(shù)據(jù)種類多（Variety）、要求數(shù)據(jù)處理速度快（Velocity）、數(shù)據(jù)價值密度低（Value），即所謂的4V特性。 大數(shù)據(jù)將在商業(yè)智能、政府決策、公共服務等領域得到廣泛應用。,1數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫（DataBase，DB）是存儲在計算機內的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型進行組織、描述和存儲，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并為各種用戶共享。,7.2.1 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),7. 2 有關數(shù)據(jù)庫的概念,2數(shù)

8、據(jù)庫管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System,DBMS）是用于建立、使用和維護數(shù)據(jù)庫的軟件 對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一的管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。 （1）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能 定義功能 操縱功能 控制功能 維護功能 數(shù)據(jù)字典,（2）常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),Access：Microsoft Office軟件包中的重要組件，其功能越來越強，適用于中、小型數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)。 Visual FoxPro：Microsoft公司的從dBase 、FoxBase、FoxPro For DOS、 FoxPro For Windows 發(fā)展過來的一個相對簡單的數(shù)據(jù)庫管理

9、系統(tǒng)，它的主要特點是自帶編程工具，即在VF中可以編寫應用程序，這是迄今為止仍然有許多用戶的原因之一。 SQL Server：Microsoft公司的面向高端的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，適用于大、中型數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)。 Oracle：目前功能最強大的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，適用于大型數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)。,7.2.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（ DBS ）,1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 存儲、管理、處理和維護數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)。由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）、宿主語言、開發(fā)工具和應用程序等軟件和數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）組成。,2. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結構,(1)單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 將數(shù)據(jù)庫、DBMS和應用程序裝在一臺計算機上，由一個用戶獨占系統(tǒng) ，

10、不同系統(tǒng)之間不能共享數(shù)據(jù)。 (2)主從式多用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 將數(shù)據(jù)庫、DBMS和應用程序裝在主機上，多個終端用戶使用主機上的數(shù)據(jù)和程序。 在這種結構中，所有處理任務都由主機完成，用戶終端本身沒有應用程序。當終端用戶數(shù)目增加到一定程度時，主機任務過分繁重，造成瓶頸，用戶請求響應慢。,(3) C/S（Client/Server）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 客戶機提供用戶操作界面、運行業(yè)務處理邏輯，服務器專門用于執(zhí)行DBMS功能，提供數(shù)據(jù)的存儲和管理。 在C/S結構中，客戶端應用程序通過網(wǎng)絡向數(shù)據(jù)庫服務器發(fā)出操作命令，服務器根據(jù)命令進行相應數(shù)據(jù)操作后，只將結果返回給用戶，從而顯著減少了網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)傳輸量，提高了系統(tǒng)的

11、性能。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的3層結構,第1層是客戶端，提供系統(tǒng)的用戶操作界面 第2層是應用服務器，處理業(yè)務邏輯 第3層是數(shù)據(jù)庫服務器，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲、訪問。 3層結構把業(yè)務處理邏輯從客戶端獨立出來，減少了客戶端的復雜程度，在一些業(yè)務量大的系統(tǒng)中得到了廣泛應用。,(4) B/S（Browser/Server）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),隨著Internet技術的發(fā)展，出現(xiàn)了Web數(shù)據(jù)庫。 Web數(shù)據(jù)庫的訪問采用B/S結構，客戶端采用標準通用的瀏覽器，服務器端有Web服務器和數(shù)據(jù)庫服務器。 用戶通過瀏覽器，按照HTTP協(xié)議向Web服務器發(fā)出請求，Web服務器對瀏覽器的請求進行處理，將用戶所需信息返回到瀏覽器。 Web服

12、務器端通常提供中間件來連接Web服務器和數(shù)據(jù)庫服務器。 中間件的主要功能是提供應用程序服務、負責Web服務器和數(shù)據(jù)庫服務器間的通信。,3. 常見的數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具,目前，一些專有數(shù)據(jù)庫廠商都提供了數(shù)據(jù)庫編程工具，如 Sybase的Power+、Oracle SQL Developer 4.0 等。 比較流行的是Delphi、Visual Basic、PowerBuilder等通用語言，這幾個開發(fā)工具各有所長、各具優(yōu)勢。 最常用的Web數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)技術有：ASP（Active Server Page）、JSP（Java Server Page）和PHP（Personal Home Page）。

13、,7.3 數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型（Data Model）是現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的一種抽象，是對現(xiàn)實世界的模擬。 用數(shù)據(jù)模型可以抽象、表示和處理現(xiàn)實中的數(shù)據(jù)和信息。 目前數(shù)據(jù)模型按不同的應用層次被分為概念數(shù)據(jù)模型（Conceptual Data Model）、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。,為了把現(xiàn)實世界中的具體事物抽象、組織為DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，人們通常先將現(xiàn)實世界抽象為信息世界，建立概念模型，然后再將信息世界轉換為機器世界，建立邏輯數(shù)據(jù)模型，再由DBMS將邏輯數(shù)據(jù)模型轉化為物理數(shù)據(jù)模型。 物理數(shù)據(jù)模型也稱為物理模型，是描述數(shù)據(jù)在存儲介質上組織結構的數(shù)據(jù)模型，它不但與具體的DBMS有關，而且還與操作

14、系統(tǒng)和硬件有關，是物理層次的模型。,7.3.1 概念數(shù)據(jù)模型,概念數(shù)據(jù)模型也稱信息模型或概念模型，它是按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫設計，是現(xiàn)實世界到信息世界的第一層抽象。 強調其語義表達能力，它能較方便、直觀地表達應用中各種語義知識 。 1實體的描述 實體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物。 屬性：實體所具有的某一特性稱為實體的屬性。 實體集：具有相同屬性的實體的集合。,2實體集間的聯(lián)系,聯(lián)系：實體集之間的對應關系。 一對一聯(lián)系 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有且只有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一的聯(lián)系，記為 1:1。負責人與其單位的聯(lián)系

15、。 一對多聯(lián)系 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有多個實體與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B有一對多的聯(lián)系，記為1:n ，其中A稱為一方，B稱為多方。單位與職工的聯(lián)系 。 多對多聯(lián)系 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有多個實體與之聯(lián)系，而對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有多個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A、B之間有多對多的聯(lián)系，記為m:n 。實體（集）課程與實體（集）學生。,3E-R模型,概念模型的表示方法有很多，目前較常用的是E-R模型 實體-聯(lián)系方法（Entity-Relationship Appr

16、oach） E-R方法也稱為E-R模型 用E-R圖描述現(xiàn)實世界的概念模型 使用圖形方式,7.3.2 邏輯數(shù)據(jù)模型,又稱為數(shù)據(jù)模型，是一種面向數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模型。 實體及其之間的聯(lián)系在數(shù)據(jù)庫中的存儲形式。 由三部分組成：數(shù)據(jù)（實體及其實體之間的聯(lián)系）的數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)的完整性約束條件。 數(shù)據(jù)結構用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性，是所研究的對象類型的集合，這些對象是數(shù)據(jù)庫的組成成分。 數(shù)據(jù)操作用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特性，是對數(shù)據(jù)庫中各種對象允許執(zhí)行的操作的集合。 數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。,1層次模型,用層次結構（樹形結構）來表示實體及實體之間的聯(lián)系，如 IMS系統(tǒng)。,2網(wǎng)狀模型,沒有惟一的根

17、結點，且每一個結點都可以與其他任意個結點相連 ，這樣便成了網(wǎng)狀結構。 用網(wǎng)狀結構來表示實體及實體之間的聯(lián)系 ，如：DBTG系統(tǒng),3關系模型,用二維表格結構來表示實體以及實體之間聯(lián)系的模型 操作的對象和結果都是二維表，這種二維表就是關系 采用關系模型的數(shù)據(jù)庫稱為關系數(shù)據(jù)庫 關系模型與層次型、網(wǎng)狀型的本質區(qū)別在于數(shù)據(jù)描述的一致性，模型概念單一 。,7.4.1 基本術語,關系：一張二維表 元組：表中的一行，記錄 屬性：表中的一列，字段 屬性值：表中行和列的交叉位置 域：屬性的取值范圍,表結構：表中的第一行，表示組成該表的各個字段的名稱,7.4 關系數(shù)據(jù)庫,關系模式：是指對關系結構的描述，一般表示為：

18、 關系名（屬性1，屬性2，屬性3，屬性n） 學生（學號，姓名，性別，出生日期） 課程（課程代碼，課程名稱，學分） 選修（學號，課程代碼，成績）, 關鍵字 關鍵字：關系中能惟一地區(qū)分、確定不同元組的屬性或屬性組合。 關鍵字又稱為鍵或碼（Key）。學號 關鍵字的屬性值不能取“空值”（ “不知道”或“不確定”的值）,候選鍵：凡在關系中能夠唯一地區(qū)分、確定不同元組的屬性或屬性組合 主鍵：在候選關鍵字中選定一個作為關鍵字，稱為該關系的主關鍵字或主鍵（Primary Key）。關系中主關鍵字是惟一的。,外部關鍵字 如果關系中的某個屬性或屬性組合并非關鍵字，但卻是另外一個關系的主鍵，則稱此屬性或屬性組合為本

19、關系的外部關鍵字或外鍵（Foreign Key）。 在關系數(shù)據(jù)庫中，用外部關鍵字表示兩個表間的聯(lián)系。 主鍵是屬性組（學號，課程代碼），學號為外鍵。, 主表和從表 是指通過外鍵相關聯(lián)的兩個表，其中以外鍵作為主鍵的表稱為主表，外鍵所在的表稱為從表。 例如，兩個關系學生和選修通過外鍵學號相關聯(lián)，以學號作為主鍵的關系學生稱為主表，而以學號作為外鍵的關系選修則是從表。 關系數(shù)據(jù)庫 指一些相關的表和其他數(shù)據(jù)庫對象的集合。 一個關系數(shù)據(jù)庫包含多個數(shù)據(jù)表，這些表之間的關聯(lián)性是由主鍵和外鍵所體現(xiàn)的參照關系實現(xiàn)的。 數(shù)據(jù)庫不僅僅包含表，而且包含了其他數(shù)據(jù)庫對象，如：視圖、存儲過程、索引等。,7.4.2 關系模型的

20、特點,關系必須規(guī)范化,在同一個關系中不能出現(xiàn)相同的屬性名 關系中不允許有完全相同的元組 在一個關系中元組的次序無關緊要 在一個關系中列的次序無關緊要,7.4.3 關系的基本運算,1選擇 從指定的關系中找出滿足給定條件的元組的操作 從關系選修中選擇成績值大于80的元組組成新的關系S1,2投影,從關系模式中指定若干個屬性組成新的關系 從關系學生中選擇姓名、出生日期組成新的關系S2,關系的橫向組合，將兩個關系模式拼接成一個更寬的關系模式，生成的新關系中包含滿足連結條件的元組。 將關系學生和關系選修按相同學號的元組合并，組成新的關系S3。,3連接,數(shù)據(jù)庫文件 .accdb 1表：二維表 2查詢 ：從一

21、個表或多個表中查找某些特定的記錄 3. 窗體：可以交互的圖形界面 4. 報表：將選定的數(shù)據(jù)信息按一定的格式進行顯示或打印 5. 宏：若干個操作的集合 6. 模塊：VBA（Visual Basic for Application）語言編程 “表”用來保存原始數(shù)據(jù)，“查詢”用來查找數(shù)據(jù)，用戶通過“窗體”和“報表” 用不同的方式獲取數(shù)據(jù)，而“宏”與“模塊”則用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動操作。這些對象相互配合構成了完整的數(shù)據(jù)庫。,7.5.1 Access 數(shù)據(jù)庫的組成,7.5 Access 操作基礎,7.5.2 Access用戶界面,1Backstage視圖,2功能區(qū),由一系列包含命令的命令選項卡組成,3導航窗格,導航窗格將數(shù)據(jù)庫對象劃分為多個類別，各個類別中又包含多個組。,4數(shù)據(jù)表設計視圖,5數(shù)據(jù)表視圖,7.5.3 Access數(shù)據(jù)表的結構,1字段名 命名規(guī)則： 長度最多只能為 64個字符 可以包含字母、數(shù)字、漢字、空格及其他的字符 不能包含點號 （.）、感嘆號（!）、重音符號 （） 和方括號 （ ） 不能用空格作為開頭 不能使