1、1,第 1 章,認識資料庫系統,2,本章提要,1-1 資料庫系統簡介1-2 資料庫的類型1-3 關聯式資料庫的內部結構1-4 資料庫系統的網路架構1-5 資料庫管理系統的基本功能1-6 結構化查詢語言 SQL1-7 資料庫系統的使用者,3,1-1 資料庫系統簡介,資料庫系統 (Database System) 是電腦化的資料儲存系統, 使用者則透過各種應用程式來存取其中的資料。資料庫系統又可分為兩個部份：資料庫 (Database) 與資料庫管理系統 (DataBase Management System, DBMS)。,4,資料庫系統簡介,5,資料庫系統簡介,資料庫是儲存資料的地方。一個資料
2、庫系統中可以有多個資料庫, 每個資料庫都是一組經過整理好的資料集合。一般, 我們會將資料庫想像成是一個存放資料的容器, 但資料庫的真實型態其實是一個個的電子檔案 (file)。,6,資料庫系統簡介,資料庫管理系統則是指管理資料庫的軟體, 它們負責使用者與資料庫之間的溝通, 如存取資料庫中的資料、以及管理資料庫的各項事務等。Microsoft 的 Access , 許多用在大型資料庫系統上的 Microsoft SQL Server、Oracle、SyBase、Informix、MySQL、PostgreSQL . 等皆是資料庫管理系統。,7,1-2 資料庫的類型,就資料庫中資料的儲存架構來看,
3、 資料庫又可分為多種類型, 較常見的有階層式、網狀式、關聯式以及物件導向式等 4 種。底下我們就針對這 4 種資料庫類型做個簡單的介紹。階層式資料庫 (Hierarchical Database)網狀式資料庫 (Network Database)關聯式資料庫(Relational Database)物件導向式資料庫(Object-Oriented Database),8,階層式資料庫 (Hierarchical Database),階層式資料庫採用樹狀結構, 將資料分門別類儲存在不同的階層之下。此類型的優點是資料結構很類似金字塔, 不同層次間的資料關聯性直接且簡單；缺點則因資料以縱向發展, 橫
4、向關聯難以建立, 所以資料可能會重複出現, 造成管理維護上的不便。IBM 的 IMS 即是屬於此類的資料庫管理系統。,9,階層式資料庫 (Hierarchical Database),10,網狀式資料庫 (Network Database),網狀式資料庫是將每筆記錄當成一個節點, 節點與節點之間可以建立關聯 (也就是建立記錄與記錄間的關聯), 形成一個複雜的網狀架構。優點是避免了資料的重複性, 缺點是關聯性比較複雜, 尤其是當資料庫的內容愈來愈多的時候, 關聯性的維護會變得非常麻煩。Computer Associates 公司曾經推出的 IDMS 即是屬於此類的資料庫管理系統。,11,網狀式資
5、料庫 (Network Database),上圖表示從作者姓名可以查到他寫過的書, 以及這些書是由哪些出版公司所出版的關係。當記錄的數量一多的時候, 關聯就容易變得牽扯不清。,12,關聯式資料庫 (Relational Database),關聯式資料庫是以 2 維的矩陣來儲存資料 (可以說是將資料儲存在表格的欄、列之中), 而儲存在欄、列裡的資料必會有所 “關聯”, 所以這種儲存資料的方式才會稱為關聯式資料庫, 而儲存資料的表格則稱為 “資料表”。舉例來說, 通訊錄資料表的每一欄可以劃分為姓名、地址、電話：,13,關聯式資料庫 (Relational Database),14,關聯式資料庫 (
6、Relational Database),假如我們要從以上的資料表尋找 盧拉拉 的地址, 則是由橫向的盧拉拉 與縱向的地址, 交相關聯而得來：,15,關聯式資料庫 (Relational Database),除了儲存在資料表行與列會有所關聯, 關聯式資料庫裡面的資料表之間通常也會互有關聯。這種方式的優點是可以從一個資料表中的欄位, 透過資料表的關聯, 而找到另一個資料表中的資料：,16,關聯式資料庫 (Relational Database),目前市場上是以關聯式資料庫使用最廣泛, 像 Microsoft SQL Server、SyBase、Informix、MySQL、PostgreSQL、
7、Access.等, 都是屬於關聯式資料庫管理系統 (Relational DBMS, RDBMS)。,17,物件導向式資料庫 (Object-Oriented Database),物件導向資料庫是以物件導向的方式來設計資料庫, 其中包含了物件的屬性、方法、類別、繼承等特性。屬於這類的資料庫管理系統有 Computer Associates 公司的 Jasmine、Eastman Kodak 公司的 Alltalk、Servio 公司的 GemStone、O2 Technology 的 O2 .等資料庫管理系統。此外也有關聯式資料庫為主, 再於其上架設物件導向概念的資料庫, 如 PostgreS
8、QL。,18,物件導向式資料庫 (Object-Oriented Database),底下是一個物件導向式資料庫的結構示意圖：,19,物件導向式資料庫 (Object-Oriented Database),上列的示意圖中有幾個重點, 說明如下：每一個橫列即為一個物件：以訂單為例, 每一個物件包含了日期、客戶、訂購項目、金額等屬性 (OID 是產生物件時的 ID , 不是物件的屬性, 說明如後),這些屬性可以是文字資料、數值資料, 甚至是另一個物件, 而且一個屬性不必是唯一的值, 如上圖的訂單資料庫中, OID008 的物件, 其訂購項目屬性就包含 OID43 及 OID46 兩個物件。,20,
9、物件導向式資料庫 (Object-Oriented Database),每個物件擁有唯一的 Object IDentity (OID)：同樣以訂單為例, 每個物件的第一欄就是物件的 OID。OID 並不是資料庫設計者賦予的, 而是該物件成立時, 便自動產生一個 OID；要特別注意的是, OID 並不是物件的屬性, 實際上我們是看不到 OID 的。當物件內有包含其它物件時, 就能透過這個獨一無二的 OID 來快速找到對應用的物件。,21,物件導向式資料庫 (Object-Oriented Database),若以關聯式資料庫和物件導向式資料庫來做比較, 關聯式資料庫必須由資料庫設計者來設計、建立
10、、及管理關聯。但物件導向式資料庫中, 物件和物件之間的連繫, 是因其屬性而必然發生的。,22,物件導向式資料庫 (Object-Oriented Database),我們先看下面這張關聯式資料庫的資料表：,23,物件導向式資料庫 (Object-Oriented Database),由上圖可知, 兩個資料表是藉由客戶編號來達成關聯的, 而這個關聯性在關聯式資料庫中, 必須由設計者自行建立才會真正產生關聯。接著看下面的物件導向式資料庫：,24,物件導向式資料庫 (Object-Oriented Database),上圖中, 兩個物件是透過 OID 來連繫起來的。簡單地說, 在關聯式資料庫中資料表
11、間的關係必須靠設計者自行建立來產生關聯, 而物件導向式資料庫中, 各物件之間的關係則是在物件建立之時, 便會自行連繫起來。,25,1-3 關聯式資料庫的內部結構,關聯式資料庫是由資料表 (Table) 所組成, 其最大的特色便是將資料分類儲存在資料表中。如下面的客戶資料表專門用來存放客戶方面的資料。其中第一列的項目, 如客戶編號、客戶名稱、聯絡人 . . . , 是客戶資料中所具備的各項屬性 (attribute), 資料庫的用語稱為欄位 (Field 或 Column)；從第二列起則存放各欄位實際的值, 例如十全書店便是客戶編號 1 的客戶名稱。,26,關聯式資料庫的內部結構,將同一列各欄位
12、的實際值集合起來, 就稱為一筆記錄 (Record 或 Row)：,27,關聯式資料庫的內部結構,資料表的內部結構, 說穿了就是欄位和記錄。在設計關聯式資料庫時, 最重要的工作就是妥善規劃資料的配置, 以避免產生資料重複儲存、資料不一致或資料表間的關聯不完整 . 等等問題。,28,1-4 資料庫系統的網路架構,網路架構 要談的是資料庫系統要如何佈署的問題。通常, 我們會依組織的規模、資料量的多寡、使用的人數、軟 / 硬體設備等條件來考量, 常見的有下列 4 種網路架構：單機架構大型主機 / 終端機架構主從式架構分散式架構,29,單機架構,單機架構是由同一部電腦包辦所有資料庫系統的工作, 包括保
13、存資料、處理資料、管理及使用資料庫系統 . 等等。適合使用者少、資料量也不多的資料庫系統使用, 如小公司或個人使用者所建立的資料庫系統。通常, 用 Access、FoxPro 所設計的資料庫系統多採用這種架構。,30,大型主機 / 終端機架構,大型主機 / 終端機架構是由一部大型主機負責儲存及處理龐大的資料, 使用者則透過終端機與大型主機連線, 以存取資料庫的內容。這種架構的缺點在於, 當多人同時使用時, 由於所有的工作都要由大型主機來處理, 因此會非常忙碌, 易造成回應緩慢的問題。目前除了一些大型機構外, 已比較少使用這一類的架構了, 而且此類的大型主機價格都相當昂貴, 一般中小企業可能負擔
14、不起。,31,大型主機 / 終端機架構,32,主從式架構,由於個人電腦的價格低廉, 運算速度也不錯, 利用網路互相連接之後, 作為用戶端 (Client) 的各台電腦只要連結到做為資料庫伺服器端 (Server) 的電腦, 就可以存取資料庫, 而且部份的工作可由用戶端電腦來處理, 分散資料庫伺服器的負荷, 這就是主從式架構的佈署方式, 同時也是目前一般公司中最普遍採用的方式。若採用主從式架構, 通常還會另外撰寫用戶端程式, 以提供使用者易學易用的操作介面。,33,主從式架構,34,分散式架構,分散式架構是由數台資料庫伺服器所組成, 使用者在存取資料時, 資料可以來自於不同的伺服器中, 如此在存
15、取的效率上會比較好。分散式架構的資料存取方式和主從式架構類似, 只不過是多了幾台資料庫伺服器而已：,35,分散式架構,36,資料庫系統的網路架構,看過上述的網路架構介紹後, 您可能會問 MS SQL Server 適合用在哪一種網路架構上？原則上來說, MS SQL Server 是適用在主從式架構的環境, 但其實除了大型主機 / 終端機架構之外, 其它 3 種架構都可以。我們可以視組織的規模及需要來選擇, 例如在 5-10 人的小公司中, 用單機架構或許就綽綽有餘了；而在規模龐大的大型企業中, 則可建立多台 SQL Server (資料庫伺服器), 以建構出大容量、高效率的分散式工作平台。,
16、37,1-5 資料庫管理系統的基本功能,在第 1 節我們已經提過, 資料庫管理系統其實就是管理資料庫的軟體系統, 它們要負責整個資料庫的建立、資料存取、權限設定、資料備份、操作的監督與記錄 . 等等工作。底下我們就再進一步詳述資料庫管理系統 (DataBase Management System, DBMS) 所應具備的基本功能。,38,資料庫管理系統的基本功能,資料定義：DBMS 必須能夠充份定義並管理各種類型的資料項目, 例如關聯式資料庫管理系統必須具備建立資料庫、資料表、定義各欄位的資料型別, 以及資料表之間的關聯 . 等等的能力才行。資料處理：DBMS 必須提供使用者對資料庫的存取能力
17、, 包括新增、修改、查詢、與刪除等基本功能。有時 DBMS 提供的功能雖然完善, 但是並不是很適合一般的使用者操作, 這時就需要程式設計師另外再撰寫用戶端的應用程式, 以供一般使用者操作。,39,資料庫管理系統的基本功能,資料安全：DBMS 應該具備設定使用者帳戶、密碼、及權限的功能, 讓每一個使用者只能存取授權範圍內的資料, 以防止機密資料外洩, 或資料庫遭受任何有意或無意的破壞。資料備份：DBMS 必須提供方便的資料備份功能, 如此在資料庫不幸意外毀損時, 還可以還原到備份資料時的狀況, 以減少損失。此外, 維護資料庫的效率也是非常重要, 尤其是在資料量很大或使用者很多的時候, 資料庫若因
18、效率不佳而導致存取速度變慢, 亦會嚴重影響到操作人員的工作效率。,40,資料庫管理系統的基本功能,也許有人會認為, 上述的說明可能有以偏蓋全之嫌。因為資料庫管理系統可分為多種類型, 而且各家廠商出產的資料庫管理系統的詳細功能也不盡相同啊！話是沒錯, 可是每種資料庫管理系統所應具備的基本功能其實是差不多的, 而且只要各位把握住這些基本功能, 學習資料庫管理系統的過程就很容易了。,41,1-6 結構化查詢語言 SQL,SQL (Structured Query Language, 一般習慣唸成 sequel, 但正確的唸法應該是 S-Q-L) 中文譯為結構化查詢語言, 它是目前關聯式資料庫管理系統
19、所使用的查詢語言, 也就是說, 大部份的關聯式資料庫管理系統都支援 SQL, 所以使用者可以利用 SQL 語法直接對關聯式資料庫進行存取與管理的操作。,42,結構化查詢語言 SQL,SQL 的基本語法是由一些簡單的英文句子所構成, 相當簡單易學, 底下我們就來看個例子。假設要在訂單資料庫中建立一個客戶資料表, 那麼可以執行以下的 SQL 敘述：,43,結構化查詢語言 SQL,在 SQL Server 中執行上面那組 SQL 敘述, 就可以建立如下型式的資料表：,44,1-7 資料庫系統的使用者,最後, 讓我們來看看, 從資料庫系統的設計、建立、操作、到管理階段, 需要哪些使用者的參與, 各位並
20、可試著從這些使用者類型中找出自己的定位：資料庫設計者 (Database Designer)資料庫管理者 (DataBase Administrator, DBA)應用程式設計者 (Application Designer)一般使用者 (End user),45,資料庫設計者 (Database Designer),資料庫設計者負責整個資料庫系統的設計, 依據使用者的需求設計適當的格式來存放資料；同時對於整個資料庫的使用者存取權限也需要做規劃。設計完成後就可交由資料庫管理者負責管理維護的工作。在一般中小型企業中, 資料庫的設計者與管理者有可能就是同一個人；若是大型企業, 則可能設計者是一組人,
21、 而管理者又是另外一組人。,46,資料庫管理者 (DataBase Administrator, DBA),資料庫建好之後, 便可以交給資料庫管理者來負責管理及維護。DBA 最主要的任務, 就是要維護資料庫的有效運作, 並監督、記錄資料庫的操作狀況, 必要時還得修改資料庫的資料結構或各項設定, 以符合實際需求或提升運作效率。由於資料庫中的資料對企業非常重要, 而資料庫系統難免會碰到人為疏失、硬體或作業系統的問題而損壞, 所以 DBA 必須設定資料庫備份的方法和時機, 並且在資料庫受損時儘速讓資料庫回復原狀。,47,資料庫管理者 (DataBase Administrator, DBA),除此之
22、外, DBA 也要負責資料庫的帳戶管理, 決定哪些人有權利登入資料庫, 哪些人有權執行哪些動作。例如最基本的使用者可能只有查詢功能, 需要輸入資料的使用者則具有寫入資料的功能, 資料備份人員必須具有備份資料的權限 . 等等。,48,應用程式設計者 (Application Designer),應用程式設計者負責撰寫存取資料庫的用戶端應用程式, 讓使用者用方便的操作介面來使用資料庫。可用來開發應用程式的工具很多, 早期的程式設計師可能用 C 或 PASCAL 等語言, 現今的程式設計師則多採用 Visual Basic、JAVA、Delphi、C+、.NET 或 PowerBuilder . 等開發工具。,49,一般使用者 (End user),一般使用者就是真正經常在存取資料庫的使用者, 他們只需要學會用戶端的應用程式, 不需要擔心資料庫的維護或管理方面的任可問題。若遇到問題, 只要請 DBA 處理即可。,
