一、資料庫系統概論

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《每日一句》You have to do the best what God gave you.

你必須盡力發揮上帝所賜予你的。<阿甘正傳>

資料庫

將資料以系統化的方式儲存在一起，並減少資料的重複性

資料庫管理系統 (DataBase Management System，DBMS)

資料庫系統所帶來的優點

1、避免資料重覆存放 (Data Redundancy)

• 透過資料集中化，避免資料重複存放

2、避免資料不一致 (Inconsistency)

• 資料具有傳播更新 (propagating update) 的特性確保任何更新的動作會自動地更新到其它重複的資料，以減少不一致現象

3、限制未授權的存取 (Restricting Unauthorized Access)

• 提供適當的安全性與認証機制，針對資料庫的帳密存取權限

4、提供備份與回復功能 (Providing Backup and Recovery)

• 確保資料能回到之前的狀態

5、安全性與完整性控制 (Security Constraints and Integrity Constraints)

• 資料庫的集中控制讓 DBA 更容易從事安全性 (Security) 與完整性(Integrity) 的限制

6、資料獨立性 (Data Independence)

• 儲存方式的改變或資料庫結構的改變不會影響到上一層次的應用

View (觀點、景觀)

• 實際存在於資料庫的表格所衍生出來的關聯表格
• 不需以實體的形式存在，也不需要儲存實體得資料，可視為虛擬表格 (Virtual Table)

Meta-data

• 用來描述資料的資料，稱之為中繼資料 (Meta-data)
• 資料庫系統具有自我描述 (Self-Description) 的特性
• 包含資料的型態、儲存格式、關係及各種限制、實際儲存結構，ex: 循序檔、索引檔

資料冗餘

資料冗餘會帶來的問題

• 空間浪費
• 更新資料時，產生不一致
• 浪費系統資源和時間

控制冗餘

• 冗餘欄位位於資料庫，用以加速存取速度
• 使用靜態 tables，複製資料以減少 DB 存取次數

為何有控制冗餘的發生

• 計算資料過於龐大，可以事先計算出來，常用於報表

ANSI/SPARC 三層式架構

外部層 (External Level)

• 不同使用者有不同的資料呈現
• 為使用者的景觀 (View)，為最接近使用者的層次

概念層 (Conceptual Level)

• 描述資料庫儲存的整體性資料，為資料庫設計的核心，ex: 資料型態、關係、使用者操作限制

內部層 (Internal Level)

• 資料實際儲存方法，描述資料庫的資料儲存和存取路徑的完整細節
• 資料儲存結構，ex: 循序檔、索引檔

資料獨立性 (Data Independence)

修改資料庫的某一層架構時，不影響到較高層式架構

邏輯資料獨立性 (Logical Data Independence)

• 改變概念層時，不需要跟著改變外部層及其應用程式
• ex: 在資料庫新增一個欄位，外部層不需作任何更動

實體資料獨立性 (Physical Data Independence)

• 改變內部層時，不需要跟著改變概念層和外部層
• ex: 將循序檔改為索引檔，概念層和外部層不需變動

資料庫架構

主從式架構 (Client/Server)

• 可藉由 Client 端本身的運算能力，分擔 Server 端處理資料的負荷。
• 當 Server 種類變多，Client 也需因此而安裝多個介面
• 當 Client 增多時，Server 的負荷也會變重

多層式架構 Multi-Tier Architecture( 3-tier architecture)

• 將應用程式代理者 (Application agent) 置於 Client 與 Server 中間，存放企業應用邏輯 (Business logic)，以處理 Client 與 Server 間往來的業務
• 若規模不斷擴大，中間端將成為瓶頸

分散式資料庫系統 (Distributed Database System)

• 可視為單一資料庫系統，但實際上資料卻是分散在網路的多個地方
• 透通性 (Transparency)：不需要了解細節，即可正常運作的特性
• ex: 存取透通性、位置透通性、分割透通性

分散式資料庫優點

• 區域自主性
• 不倚賴中央點
• 持續操作性
• 資料分割、重複、位置獨立性
• 分散式查詢處理
• 分散式交易管理
• 硬體、OS、網路、DBMS系統獨立性

資料分割 (Data fragmentation)

• 水平分割、垂直分割、混合式分割

資料分割需滿足

• 完整性 : 分割後必須保有所有分割之前的資料
• 重組性 : 分割後可經由運算回復成分割前的資料關聯
• 互斥性 : 水平分割後，相同資料不可重複出現於不同分割部分中

ODBC (Open Database Connectivity)

• Server 端資料庫系統與 Client 端應用程 式之間標準的的 API 介面
• ODBC 是一種讓各種資料庫都具有相同的存取資料介面的程式

資料模型 (Data Model)

階層式 (hieraarchical)

• 樹狀階層，指標連接
• 可描述一對一，無法描述多對多
• 存取速度快，適合大量結構固定的資料
• 父節點被刪除，子節點也會被刪除
• 插入、刪除動作複雜

網路式 (network)

• 可描述一對一，一對多，多對多
• 父節點可能有多個
• 存取速度快，可達到資料獨立性
• 結構複雜，指標過多難理解

關聯式 (relational)

• 關聯必無重複的紀錄，且記錄順序不重要，屬性順序也不重要
• 須遵守整合性限制 (個體整合性、參考整合性限制)
• 採宣告式查詢語言 (SQL)
• 不適用於大量資料處理

物件導向 (object-oriented)

• 以物件特性操作資料庫
• 以 superclass 和 subclass 來表達階層關係
• 支援非文字資料，聲音、圖片...
• 實作產品不多，已淘汰

以上針對資料庫的系統概論做個學習筆記

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參考資料 : 杰哥數位教室-資料庫系統管理課程

杰哥資料庫系統概論講義

目錄 : 資料庫理論基礎

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