資料庫技術 DATABASE TECHNOLOGIES

資料庫技術DATABASETECHNOLOGIES

LEARNING GOALS • Explain how organizations use data and information. • Explain the basic concepts of data management. • Describe file systems and identify their problems. • Define database management systems and describe their various functions. • Explain how the relational database model works. • Describe how databases are developed. • Explain how organizations can use data warehousing and data mining for decision making. • Describe the advanced database models and when their use is appropriate.

學習目標 LEARNING GOALS • 說明企業如何使用資料和資訊 • 解釋資料管理的基本概念 • 描述檔案系統並指出其問題所在 • 定義資料庫管理系統(DBMS) 並描述它的各種功能 • 解釋關聯式資料庫模式(relational database model)的運作原理 • 描述資料庫是如何開發出來的 • 解釋企業如何使用資料倉儲data warehousing和資料採礦技術data mining來做決策decision making • 描述先進的資料庫模式及適用時機Describe the advanced database models and when their use is appropriate

Bead Bar的資料需求 • Meredith：有太多的資料需要人工處理 • Suzanne：很難去分析銷售趨勢 • Leda：如何和經銷商分享資料？ • Mitch：追蹤各個航線的銷售貢獻 • Julia：完成財務報表是費時且困難的 • Miriam：如何追蹤行銷成果？ • Rachel：即時追蹤庫存 • Jim：需要有關員工福利、退休金提撥，以及撫養親屬這方面的精確資訊

資料管理的基本概念 Basic Concepts in Data Management • 欄位(Field) • 個別的資料塊 • 由一個以上的位元組或字元所組成 • 例如：姓名、地址、電話號碼 • 資料錄(Record) • 一群欄位為了特定用途而組合在一起 • 主鍵(Primary key) • 可以唯一的識別出每個不同的資料錄的某個欄位或某些欄位 • 學號就可用來代表學生的資料錄

更多基本概念 More Basic Concepts • 企業會把紙張表單集合成一個檔案 • 資料庫系統中，檔案就相當於資料表(table) • 檔案集中放在檔案櫃裡 • 在電腦中，檔案櫃就相當於一個資料庫 • Businesses group paper forms into a file • Database systems equivalent of this is called a table • Files of paper forms are stored in a file cabinet • Computer equivalent of the file cabinet is a database

圖4.1 多個資料表所組成的資料庫

檔案系統 File Systems • 儲存資料最簡單的方式之一 • 將特定應用軟體所要用到的資料錄集中儲存 Stores together groups of records together used by a particular software application • 簡單，但有缺點 • 無法共用資料 • 安全性不足 • 不易維護和擴充 • 會有資料重複

檔案系統異常 File System Anomalies • 新增異常 Insertion anomaly • 當資料位於多個檔案系統，需要重複輸入 • 修改異常 Modification anomaly • 重複的資料位於不同的檔案系統，會造成不一致 • 刪除異常 Deletion anomaly • 沒有同時刪除重複的資料 • 異常是不好的! Anomalies are BAD

資料庫定義 Database Defined • 將一組在邏輯上相關的資料，儲存在共用的儲存庫 (repository) • 負責建立和處理資料庫的軟體就稱為資料庫管理系統 (database management system，DBMS) • A set of logically related data stored in a shared repository • Software that creates and manipulates data is a database management system

資料庫管理系統功能DBMS Functions • 管理資料的儲存 Manage stored data • 將資料轉換成資訊 Transform data into information • 根據使用者選擇的方式來呈現資料 • 隱藏資料在實際上如何儲存的細節 • 提供安全功能保障 Provide security • DBMS 控制誰可以新增、檢視、變更和刪除資料庫裏的資料

資料庫管理系統功能(續) • 允許多位使用者同時存取 Allow multiuser access • 控制資料的同時存取 Controls concurrency of access to data • 防止使用者存取還未完全更新的資料 • 當在線上購票時，電腦只能讓你考慮兩分鐘，決定是否要購票，超過時間就要將票讓給其它人，這就是協同控制 • Prevents one user from accessing data that has not been completely updated

資料庫管理系統功能(續) • 含有資料庫程式設計和查詢語言的功能 • 使用資料定義語言 (data definition language，DDL) 來定義和修改資料庫結構 • 使用資料處理語言 (data manipulation language，DML) 來輸入、修改、刪除和擷取資料庫裡的資料 • 提供資料字典 (data dictionary) • Metadata–關於資料的說明 • 資料字典包含 metadata–關於DBMS所控制的資料庫的特性資料

資料庫的種類 Types of DBMSs • 桌上型 Desktop • 供個人或小型群組使用 • 不需要訓練，或只需要一點點訓練 • 沒有大型資料庫的能力 • Use by individuals or small groups • Requires little or no formal training • Does not have all the capabilities of larger DBMSs

資料庫的種類(續) • 企業用Enterprise • 服務多個據點，並儲存大量的資料 Serve multiple locations and store large amounts of data • 可以是分散式或集中式 • 集中式–所有的資料都常駐在單一伺服器中Centralized – all data on one server • 易於維護 • 有太多使用者同時存取的時候，會執行得很慢 • 伺服器故障就無法存取 • 分散式–每個地點都有一部分的資料庫 Distributed – each location has part of the database • 資料庫管理非常複雜 • 通常比集中式快 • 一台伺服器故障，其它伺服器仍然可以繼續運作

圖4.3 分散式資料庫系統

資料庫模式Database Models • 資料庫模式 (database model)–用來表達資料庫中各個結構彼此之間的關係 • 四種普遍的資料庫模式 • 平面檔案 Flat file model • 階層式，或樹狀結構 Hierarchical, or tree structure, model • 網狀式 Network model • 關聯式 Relational model (最普遍的模式)

平面檔案資料庫: 通訊錄Flat File Database: Address Book 圖4.4 平面檔案資料庫：通訊錄

階層式資料庫Hierarchical Database Model • 結構像一棵倒過來的樹，根在最上層Structure resembling an inverted tree, with the root at the top • 只能用來儲存關係為一對多one-to-many relationships的資料 • 一個父區段有許多的子區段 • One parent segment to many child segments • 搜尋大量資料時，速度非常快 • 缺乏彈性Not very flexible

圖4.5 階層式資料庫模式

網狀式 • 任何一個資料錄可以連結到任何其它的資料錄 • 非常有彈性，但也非常複雜 • 很少使用 • Any record may be linked to any other record • Highly flexible but also highly complex • Rarely used

關聯式 Relational Model • 具有彈性，而且比較容易使用 • 比起階層式或網狀式資料庫有點慢 • 使用受管理的重複資料來建立欄位，提供資料表之間的關聯性 Uses controlled redundancy to create fields that provide linkage relationships between tables in the database • 這些欄位稱為外來鍵(foreign keys)–關聯式資料庫的關鍵 • 外來鍵是一個資料表中的一個欄位或一組欄位，也是其它資料表的主鍵

圖4.7 關聯式模式範例

SQL Structured Query Language • 結構化查詢語言 (Structured Query Language，SQL) • 一個關聯式資料庫的標準 DDL 和 DML • 用途 • 建立資料表Creating tables • 刪除資料表 Deleting tables • 新增、變更、刪除和取得資料 Add, change, delete, and retrieve data • 雖然ANSI對SQL有標準的規範，但是各家廠商還是提供他們自己的SQL

資料庫的開發過程 1.分析 2.開發概念模型 3.開發實體模型 4.資料庫實作 5.資料庫管理 • 分析–清楚地瞭解組織如何運作，以及資料如何被使用 Analysis – Develop a clear understanding of how the organization works and what data is used

圖4.8 學生註冊系統

資料庫的開發過程(續) • 開發概念模型 Develop a conceptual model •顯示如何將資料組織在一起，以及表達彼此之間的關係 •實體-關係圖(Entity-Relationship diagram，ERD) 用來記錄概念模型 • 修正ERD比重新設計一個建構好的資料庫還要便宜

實體-關係圖範例 圖4.8 選課系統的實體－關係圖

資料庫的開發過程(續) • 開發實體模型 Develop a physical model •實體模型提供有關資料庫裡每個資料表和欄位的個別詳細資訊 • 正規化用來消除重複的資料，讓異常減到最小 •最佳化資料庫的效能

資料庫的開發過程(續) • 資料庫實作 Database implementation •安裝DBMS軟體 • 建立資料庫 • 測試 • Install the DBMS software • Build the database • Test

資料庫的開發過程(續) • 資料庫管理Database administration • 確保資料庫有效率的運作 • 管理資料庫的備份和還原 • 建立和設定使用者帳戶，以及安全控管 • Ensures database efficiency • Manages backup and restoration • Sets up user accounts and security

使用資料庫來做管理上的決策Databases for Decision Making • 資料倉儲Data warehouse • 資料庫是 • 主題導向–資料是依據主題來組織 • 整合式–包含與主題相關所有資料 • 隨時間變化–資料包含一個時間元件 • 異動式資料庫系統裡的資料，在任何時刻都是絕對精確的 • 資料倉儲包含多個時期的相同資料。例如，一個學生的資料倉儲會包含學生每個學期的選課資料 • 非揮發性 • 資料不會被更新、變更或刪除 • 針對查詢和報表做最佳化 • 不是一個異動資料庫

資料採礦 Data Mining • 應用分析與統計方法在資料上來找出模式 (pattern) 的過程 • 零售商利用資料採礦來找出顧客的採購模式 • 專業的美式足球團隊使用資料採礦來分析對手 • Process of applying analytical and statistical methods to data to find patterns • Retailers use data mining to determine purchasing patterns • Pro football teams use data mining to scout the opposition

先進的資料庫模式Advanced Database Models • 物件導向資料庫(Object-Oriented Data Model，OODM) • 物件類別之間有關係屬性 • OODM提供繼承到子類別，就如同OOP一樣 • 超媒體資料庫 Hypermedia Databases • 任何一個節點可以連結到任何其它節點 • 節點之間沒有事先定義好的關係 • WWW就是一個超媒體資料庫的範例

Bead Bar 公司訪談結果 • 資料庫系統如何影響 Bead Bar • Meredith –建置資料倉儲來確定趨勢 • Suzanne – 資料庫用來排程和管理員工及追蹤庫存 • Leda – 企業資料庫用來改善與經銷商之間的溝通 • Mitch – 追蹤銷售潮流 • Julia – 建立財務報表 • Miriam – 資料採礦得到的結果是直接郵件行銷的效果最好 • Rachel – 追蹤庫存，並設定自動訂貨 • Jim – 追蹤員工的資訊，並關心訓練的問題

學習目標摘要 • 企業如何使用資料和資訊 • 資料管理的基本概念 • 檔案系統的特性和它們的問題 • 定義資料庫管理系統 (DBMS) 和它的各種功能 • 關聯式資料庫模式的運作原理 • 資料庫是如何開發出來的 • 企業如何使用資料倉儲和資料採礦技術來做決策 • 先進的資料庫模式及適用時機

Learning Goals Summary In this chapter you have learned: • How organizations use data and information • The basic concepts of data management • Characteristics of file systems and their problems • The definitions of DBMSs and DBMS functions • How the relational database model works • How databases are developed • How organizations can use data warehousing and data mining for decision making • The advanced database models and when their use is appropriate

LEARNING GOALS • Explain how organizations use data and information. • Explain the basic concepts of data management. • Describe file systems and identify their problems. • Define database management systems and describe their various functions. • Explain how the relational database model works. • Describe how databases are developed. • Explain how organizations can use data warehousing and data mining for decision making. • Describe the advanced database models and when their use is appropriate.

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