第5章_信息存储与管理.

第5章信息存储与管理15.1基本概念与术语字符：数据的最小单位。数据项：也称字段或数据元素。数据中最基本的、不可分的并有命名的数据单位。组合项：由若干数据项组成。记录：相关组合项或数据项的集合构成一个记录，是描述某个实体属性值的集合。关键字：用来标识一个记录的数据项的值。能够唯一标识一个记录的关键字称为主关键字；不能唯一标识一个记录的关键字称为次关键字或辅助关键字。文件：相同性质的记录的集合就是文件。数据库：非单纯性、有结构文件的集合。25.2文件系统文件是数据库系统的基础。所谓文件一般是指具有相同性质的记录的集合。数据是以文件的形式存放在外部介质上的，用户通过应用程序对文件中的数据进行操作。文件中的数据可以有多种组织形式，不同的组织形式得到不同的文件结构。与其他数据结构一样，文件结构也包括逻辑结构、存储结构以及在文件上的各种操作（运算）三方面。35.2.1常用文件组织方法（1）顺序文件——顺序文件按记录进入文件的先后顺序存放，数据的物理存储空间是连续的，其逻辑顺序和物理顺序一致。顺序文件分为两种：组成文件的记录没有任何次序规律，只是按写入的先后顺序进行存储，称为无序顺序文件；组成文件的记录是按照某个关键字递增（或）递减的顺序进行存储，称为有序顺序文件。45.2.1常用文件组织方法（2）索引文件——指具有索引存储结构的文件，通常包括一个主文件和索引表。主文件是原有数据文件的顺序存储或顺序链接存储文件，索引表是在主文件的基础上建立的顺序表，它的每个索引项同主文件中的每个记录一一对应。索引是用索引法列出关键字k与相应记录Rk的地址的对应表。索引文件是与主体数据文件配合使用，它的索引项是按关键字排过序的，主体数据文件可以是有序或无序顺序文件。5平口钳装配图明细表的索引数据文件地址零件序号图号名称数量材料101102101固定钳身1HT150102302103活动钳身1HT150103502105螺母1HT150104202102螺杆145105402104螺钉145106602106钳口板245107702107垫圈1Q235108802108垫圈1Q235109902109环145地址零件序号记录存放地址201110120231022035103204210420541052066106207710720881082099109地址零件序号记录存放地址301110130221043033102304410530551033066106307710730881083099109主体数据文件无序索引有序索引65.2.1常用文件组织方法(3)多重链表文件——链表文件中记录的物理存储顺序与逻辑顺序可以不一致。它在每一个记录项上增设一个指针，指向下一个记录的存储地址。多重链表的组织方式通常用于根据多个次关键字来访问某条记录。具体做法如下：7•根据n个次关键字来查询某条记录时，在建立数据文件的过程中，每个记录上增加n个指针项，每个指针项指向包含相应次关键字的下一个记录的地址。地址零件序号零件名称指向同类零件下一个记录的指针材料指向同类材料下一个记录的指针1115齿轮124451141142轴121451211177键127Q2351271214轴无451241246齿轮131451311278键无Q235无1313齿轮无45无多重链表数据文件主关键字次关键字次关键字8•分别建立每个次关键字的索引表，根据该索引表查询记录。次关键字头指针齿轮111轴114键117零件名索引材料索引次关键字头指针45111Q23511795.2.1常用文件组织方法(4)倒排文件——也是多关键字的多重链表结构，它把多重链表数据文件记录上的链表指针（次关键字）信息放到了每个次关键字的索引表中。10地址零件序号零件名称材料1115齿轮451142轴451177键Q2351214轴451246齿轮451278键Q2351313齿轮45次关键字指针齿轮111,124,131轴114,121键117,127次关键字指针45111,114,121,124,131Q235117,127(a)主体数据文件(b)零件名索引(c)材料索引115.2.2文件的操作1.查找顺序查找法折半查找法（二分查找法）分块查找法2.排序选择排序冒泡排序插入排序125.3数据库系统数据库是在文件系统的基础上发展起来的一门新型数据管理技术。定义1：按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库。定义2：数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结构化的，无有害的或不必要的冗余，并为多种应用服务；数据的存储独立于使用它的程序；对数据库插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行。135.3.1数据库系统的主要特征数据库是存储、关联数据的集合，其特征为：复杂的数据模型；数据共享性好、冗余度低；数据具有独立性；数据具有安全性、完整性；并发控制及恢复备份。145.3.2数据库管理系统DBMS数据库管理系统提供对数据的定义、建立、检索、修改等操作，以及对数据的安全性、完整性、保密性的统一控制，它起着应用程序与数据库之间的接口作用。用户通过数据库管理系统对数据库中的数据进行处理，而不必了解数据库的物理结构。151.数据库系统构成硬件：支持数据库管理系统、应用程序运行的设备环境。软件：包括支持DBMS的操作系统、高级语言及其编译系统、数据库管理系统以及开发的应用程序与数据库之间的接口软件等。数据库管理员DBA：负责数据库系统的建立、维护和协调工作的专门人员。数据库：由DBMS建立、运用、管理及维护的通用化的、综合性的数据集合。162.数据库管理系统的功能数据库定义功能数据库管理功能数据库的建立和维护功能通信功能其他：如应用程序的开发、文件管理、存储变量、设备控制等。175.3.3数据库系统的体系结构模式：即逻辑模型或概念模式。是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它反映记录内部和记录之间的联系，是所有用户的公共数据视图。外模式：就是数据库的外层，也是与用户相联系的一层。它属于模式的一个子集，因而是面向用户的逻辑组织，以文件形式展现在用户面前。内模式：物理模式或者存储模式。是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方法。物理模型/内模式用户A用户B用户D用户E外模式1（子模式1）外模式2（子模式2）概念模型（模式）DBMSOS子模式/概念模式映射A子模式/概念模式映射B模式/内模式映射18三级模式之间的两种映射关系只有内模式是真正存储数据的，模式与外模式仅是一种逻辑性表示数据的方法，而外模式则是根据用户需求，将数据以逻辑方式组织起来，并显示于用户面前。它们之间依靠DBMS的映射功能来实现。下面是数据库三模式之间的两种映射关系：（1）外模式/模式映射：把概念数据库与用户级数据库联系起来。当模式改变时，使外模式保持不变，从而应用程序不变，保证了数据与程序的逻辑独立性。（2）模式/内模式映射：把概念数据库与物理数据库联系起来。当数据库存储结构改变，使模式保持不变，从而应用程序不变，保证了程序与数据的物理独立性。195.3.4数据库的数据模型现实世界中的事物都是彼此关联的，因此描述事物的实体数据间也是互相联系的。不同实体间的关系经抽象化可归为以下三种：一对一一对多多对多205.3.4数据库的数据模型（续）数据库系统中的一个核心问题是如何表示和处理这些实体之间的关系。在数据库中表示实体之间联系的方式称为数据模型。目前常用的有以下三种：层次模型（一对多）网络模型（多对多）关系模型（关系）基于关系模型建立的数据库系统称为关系数据库系统。21•层次模型建筑物1房间的父层次房间2设备3维修商3维修3房间1设备2维修商2设备1维修商1维修2维修1建筑物的子层次设备的父层次房间的子层次维修商的父层次设备的子层次维修的父层次维修商的子层次数据库中的数据按层次结构的形式进行组织，是一种以记录为节点的有向树。其节点间的联系有以下特点：（1）有且仅有一个节点无父节点，这个节点称为根节点；（2）其它节点有且仅有一个父节点；（3）上层节点与下层节点之间的联系是1׃n22•网络模型供应商1供应商2维修商1维修商2维修商3设备1设备2网状模型中记录与记录之间的联系呈网状结构，其特点如下：（1）有一个以上节点没有父节点；（2）一个节点可以有多于一个以上的父节点；（3）两个节点之间可以有一种或多种联系。23•关系模型用一系列二维表存储信息的数据库模型。其特点如下：（1）一张二维表描述一种关系；（2）一个关系包含一个特定实体类的信息（3）表中的每一列表示一个属性（字段或数据项）；（4）表中的每一行称为一个元组（或记录），所有互相有联系的元组的集合，构成一张表；（5）一个组织中若干个有联系的表有机地结合起来，构成一个数据库。（6）结构简单清晰、具有统一的形式，易于处理。245.5工程数据库管理系统EDBMS商用数据库管理系统已经发展比较成熟，而对于工程领域来讲，工程DBMS有其自身的特点：数据形态多样:管理型、设计型、图形数据数据类型繁多数据关系复杂数据修改频繁长事务及并发控制界面设计25工程数据库管理系统的开发主要有以下四种：以商用DBMS为底层支撑环境，使用数据操纵语言嵌入宿主语言，建立更加简便、良好的人机界面和外围管理结构，扩充EDBMS所需的各种功能。分析、拆解商用DBMS源代码进行开发。在专用工程数据库管理系统（如Sybase、Oracle等）的环境下开发。从无到有自行开发。26