06.文件和数据库系统.ppt

第六章 文件和数据库系统,管理信息系统，其应用技术中一项重要内容就是集成不同来源及不同类型的数据，并要对这些大量的数据资源进行处理和管理。,第一节 传统环境下的文件组织,一个有效的信息系统能够提供给用户及时、准确的信息。这些信息被存储在计算机文件中。当这些文件被合适地安排和维护时，用户可以很容易地访问和检索他们所需要的信息。 文件的组织决定着信息系统的效率，并由此影响着企业的经营决策。,一、文件组织术语和概念,计算机系统以层次状组织数据，开始是位，然后是字节、字段、记录、文件和数据库。一个位代表的是计算机可以处理的数据的最小单位。一组位称为一个字节，代表单个的字符。一组字符构成一个词，一组词或者一个完整的数值叫做一个字段（field）。一组相关的字段构成了一条记录（record）；而同类的一组记录则叫做文件（file）。一组相关的文件构成一个数据库（database）。,图5.1 数据的层次,记录,字段,字节,位,文件,数据库,0,01001010（字母J的ASCII码）,John Stewart（姓名 字段）,John Stewart IS 101 F00 B+,姓名 课程 日期 成绩,John Stewart IS 101 F00 B+,John Stewart IS 101 F00 B+ Karen Taylor IS 101 F00 A Emily Vincent IS 101 F00 C,姓名 课程 日期 成绩,课程文件,财务文件,个人历史文件,层次状,实体,一条记录描述一个实体（entity） 。一个实体是我们在它上面保持信息的一个人、一个地方或者一个事件。一个订单是销售订单文件中典型的实体，它保持着一个公司销售订单的信息。描述某个特定实体的每一个特征和质量叫做一个属性。例如，订单号、订单日期、订单总额和物品的数量等每一个都是实体订单的属性。,关键字段,在一个文件中的每一条记录应该包含一个唯一确定该记录实例的字段。这样，该条记录才可以被检索、更新或者排序。这个标识字段叫做关键字段（key field）。,图5.2 实体和属性,订单号,订单日期,物品号,数量,金额,4340,02/08/00,1583,2,17.40,关键字,实体=订单,属性,字 段,二、访问计算机文件中的记录,计算机系统在辅助存储器上存储文件。记录可以在存储介质上面以多种方式安排，该安排决定了访问和检索个别记录的方式。组织记录的一种方法是按顺序组织（sequential file organization）。在顺序文件组织中，数据记录必须以和它们被存储的同样的物理顺序检索。相比，直接（direct）或者随机文件组织（random file organization）允许用户以各种他们所期望的顺序访问记录，而不考虑在存储介质上的实际物理顺序。,（一）索引顺序存取方法,虽然记录可以在直接存取存储设备上存储，但是使用索引顺序存取方法（indexed sequential access method, ISAM）可以直接存取个别记录。这种存取方法依赖于定位个别记录的关键字的索引。一个文件的索引和一本书的索引一样，因为它列出了每一个记录的关键字，在索引处，那条记录在存储器中被物理定位，从而加速那条记录的定位。,（一）直接文件存取方法,直接文件存取方法（direct file access method）用于直接文件组织。这种方法使用一个关键字来定位一条记录的物理位置。但是，处理是使用一个叫做转换算法（transform algorithm）的数学公式来把关键字直接翻译或记录在磁盘上的物理存储位置来完成的。该算法执行一些记录关键字的数学计算。计算结果是该条记录的物理地址。,三、传统文件环境的问题,许多组织开始进行信息处理是小规模的，在某个时间自动化一个应用。系统倾向于独立发展，而并不符合一些重要的计划。每一个功能区域都倾向于开发和其他功能区域独立的系统。会计、财务、生产、人力资源部门和市场营销部门都开发它们自己的系统和数据文件。,图5.3 传统文件处理,会计,财务,营销,生产,应用 程序1,用户,应用 程序2,应用 程序3,应用 程序4,主文件数据元素 A到Z,A,B,C,D,A,B,D,E,A,B,E,G,A,E,F,G,派生文件,数据冗余和混乱,数据冗余（Data redundancy）是指在多个数据文件中出现重复和不一致的数据。当组织中的不同分支机构、功能领域和小组相互独立地收集同样的信息时，数据冗余往往出现。,程序数据依赖,程序数据依赖（program-data dependence）是指存储在文件中的数据和需要更新和维护那些文件的专门程序之间的紧密的关系。每一个计算机程序不得不描述它要对其工作的数据的位置和性质。在传统的文件环境中，数据组织或者格式的任何改变需要所有存取这个数据的程序进行相应的改变。,缺少灵活性,传统文件系统可以在进一步的程序设计后，得到日常计划报告，但是，它不能够生成特别报告或者对没有预计到的信息需求进行及时的反应。特别报告需要的信息在系统的某些方面，但是检索起来费用太高了。许多程序设计人员将不得不工作数周，把所需要的数据项放在一个新的文件中。,安全性差,因为对数据没有什么控制和管理，所以对信息的存取和分布也许会失控。管理阶层无法知道谁正在存取或者甚至改变了组织的数据。,缺少数据的共享性,在这种混乱的环境下，对数据访问缺少控制并不能使人们很容易地获得信息，因为在不同文件和不同组织部门的信息片之间不能够互相关联，要共享信息和及时存取信息几乎不可能。,第二节 数据库环境,数据库技术可以克服传统文件组织引发的许多问题。数据库（database）的严格定义是通过集中数据和使数据冗余最小并有效地服务于许多应用的有组织的数据集合。每一个应用的数据不是被存储在独立的文件上，而是让用户感觉到数据是只被存储在一个地方。一个单个的数据库服务于多个应用。,图5.4 现代数据库环境,雇员 姓名 地址 职位 婚姻状况,工资表 工作时数 支付率 所得税 净支付,利益 社会安全号 养老金计划 保健计划 退休补助,人力资源数据库,数据库 管理系统,人事 应用程序,工资表 应用程序,利益 应用程序,人事部门,工资部门,利益部门,一、数据库管理系统,数据库管理系统（database management system，DBMS）是允许一个组织集中数据、有效地管理数据和提供应用程序对存储的数据进行访问的软件。数据库管理系统的作用是充当应用程序和物理数据文件的接口。 一个数据库管理系统由三个部分组成：数据定义语言、数据操纵语言、数据字典。,（一）数据定义语言,数据定义语言（data definition language，DDL）是程序设计人员使用说明数据库内容和结构的形式语言。数据定义语言定义在该数据元素被翻译成应用程序所需要的形式之前每一个在数据库中出现的数据元素。,（二）数据操纵语言,数据操纵语言（data manipulation language，DML）被用来和一些常规的第三代或者第四代程序设计语言连接，处理数据库中的数据。这种语言包括允许用户和程序设计专家从数据库中获取数据来满足信息需求和开发应用的命令。今天最为著名的数据操纵语言是结构化查询语言（structured query language，SQL）。复杂的程序设计任务不能用典型的数据操纵语言来有效地执行。但是，多数大型计算机数据库管理系统是和COBOL语言、FORTRAN语言以及其他第三代程序设计语言兼容的，允许具有较大的处理效率和灵活性。,（三）数据字典,数据库管理系统的第三个元素是数据字典（data dictionary）。这是一个自动化或者人工文件，它存储着数据元素和数据特征的定义。,二、 数据的逻辑视图和物理视图,逻辑视图（logical view）表现数据就如同它们的终端用户或者业务专家所感觉到的那样，然而，物理视图（physical view）表现的是在物理存储介质上是如何被组织和构成的。,图5.5 报告,学生姓名 身份证号码 专业 成绩,计算机文化101,林德 468 财务 A 平丘克斯 332 市场营销 B 威廉姆斯 097 经济学 C 劳克林 765 财务 A 奥兰多 324 统计学 B,图5.6 查询,SELECT Stud_name, Stud.Stud_id, Majio, Grade FROM Student, Course WHERE Stud.stud_id=Course.stud_id AND Course_id=“CL101”,第三节 开发数据库,为了创建数据库，一个人必须懂得在数据库中要维护的数据和数据类型的关系，懂得这些数据如何被使用。,一、数据库类型,现代数据库使用数据库模型来保持对实体、属性和关系的跟踪。每一个模型具有一定的处理优点和一定的商业优点。,（一）关系数据模型,关系数据模型（relational data model）是当今最为流行的数据库管理系统类型。关系数据模型简单地以二维表来表现数据库中的所有数据。 该表类似于一个扁平的文件，但是不止一个文件中的信息可以被容易地提取和合并。有时候，表就被称做文件。,图5.7 关系数据模型,订单号,订单日期,送货日期,零件号,零件数量,订单总额,1634 1635 1636,02/02/00 02/12/00 02/13/00,02/22/00 02/29/00 03/01/00,152 137 145,2 3 1,144.50 79.70 24.30,零件号,零件描述,单价,供应商号,供应商品,供应商名称,供应商地址,137 145 152,门插销 门把手 压缩机,26.25 22.50 70,4058 2023 1125,1125 2038 4058,CBM公司 ACE公司 Bryant公司,44Winslow, Gary IN 44950 Rte.101, Essex NJ 07763 51 Elm, Rochester NY 11349,订单,零件,供应商,（二）层次数据模型和网状数据模型,层次模型（hierarchical data model）以树状结构把数据呈现给用户。在每一个记录中，数据元素被组织成为称做段（segments）的记录片。对于用户，每一个记录看上去像一个组织图，顶层的段叫做根（root）。一个较高层次的段在逻辑上和一个较低层次的段以母子的关系联结。一个母段可以有不止一个的片段，但是一个子段只能有一个母段。,图5.8 层次数据库,雇员,工作分配,工资,利益,表现等级,薪水历史,退休金,寿险,健康,根,第一层 子段,第二层 子段,图5.9 网状数据库,课程2,课程1,课程3,学生3,学生4,学生2,学生1,学生5,二、设计数据库,要创建一个数据库，一个人必须经过两个设计练习：概念与逻辑设计和物理设计。数据库的概念与逻辑设计是来源于一个业务全貌的数据库的抽象模型，而物理设计表现的是数据库在直接存取存储设备上是如何实际安排的。逻辑设计需要对数据库实际终端用户的业务信息需求有一个详细的描述。理想状态下，数据库设计将会是整个组织数据规划工作的部分。,（一）实体关系图,数据库设计人员用实体关系图（entity-relationship diagram）来文档化概念数据模型。在实体关系图中，矩形表示实体，菱形表示关系，在菱形两边的“1”或者“M”表示实体之间的关系是1对1，1对多或者多对多中的一种。,图5.10 实体关系图,订单,零件,供应商,可有,可有,1,M,M,1,零件号 零件描述 单价 供应商号,供应商号 供应商名称 供应商地址,实体属性 订单号 订单日期 送货日期 零件号 零件数量 零件总额,（二）关系规范化,为了有效地利用关系数据库模型，复杂的成组的数据必须经过优化，消除冗余数据元素和笨拙的多对多关系。从复杂的数据组创建小的、稳定的数据结构的过程叫做规范化（normalization）。,第四节 数据库趋势,组织正在安装功能强大的数据分析工具和数据仓库，以便于更好地使用在它们的数据库中存储信息，而且他们正在充分利用和万维网相连接的数据库技术。,一、多维数据分析,有时候，管理人员需要以传统的数据库模型不能够表示的方式来分析数据。为了提供这种类型的信息，组织或者使用专用的多维数据库，或者使用一个工具来在关系数据库上创建多维数据视图。多维分析可以让用户使用多维数据库以不同的方式来看同样的数据。多维数据分析的另一个术语是联机分析处理（on-line analytical processing，OLAP）。,二、数据仓库,一个数据仓库（data warehouse）是存储贯穿整个公司管理人员对其具有潜在兴趣的当前的和历史的数据的数据库。数据源于许多的公司的核心运作系统和公司的外部源，按照需要的频率每小时、每天、每周、每月这些数据被拷贝到数据仓库的数据库中。数据是标准化的和统一的，这样它们可以被跨公司地用于管理分析和决策制定。,数据集市,公司可以建立全企业的数据仓库，一个中央数据库服务于整个组织，或者它们可以建立比较小的、非集中式的叫做数据集市的仓库。一个数据集市（data mart）是一个数据仓库的子集，在该数据集市中，组织中总结的和高度集中的数据被方在一个独立的数据库中以供专门人员使用。,