南 臺 科 技 大 學 資 訊 工 程 系 李 育 強 助 理 教 授 1
第一單元 網頁資料庫程式設計
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第一章 資料庫簡介
章節大綱
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１-１ 前言
１-２ 資料庫簡介
１-３ 資料庫管理系統
１-４ 資料庫系統架構
１-１ 前言
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資料庫在資訊系統中佔有重要地位。
資料庫的使用
資料量快速增加，管理時所需人力增多。
資料需被完整保存及保護，不得非法存取。
網頁資料庫學習入門：在此以PHP&MySQL為主。
選PHP原因：免費、來源多、支援多。
１-２ 資料庫簡介
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檔案（File）與資料庫（Database）是數位資訊處理 的重要元素。
檔案：將資料利用儲存媒體組織起來。
資料庫：由一群相關資料（資料集Data set或資料表 Data table）所形成的集合。
透過資料庫所記錄的資料，可得知所記錄資料的內容 及其隱含的意義。
資料庫隱含的特性：
呈現真實世界的觀點。
資料在邏輯上相關。
為特定目的所設計、建立。
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檔案系統的缺點
資料重複、不一致
資料分離
應用程式相依
完整性問題
資料安全問題
資料庫系統的優點
降低資料重複及不一致
並行控制
資料永久性
存取權限控制
檔案系統與資料庫的組成
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檔案系統的組成：
位元（Bit）。
位元組（Byte）。
字元（Character）。
欄位（Field）。
紀錄（Record）。
檔案（File）。
檔案系統（File system）。
資料庫的組成：
檔案系統+系統目錄+索引。
資料庫系統的組成
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資料庫系統（Database
system）：數位化的資料儲存 系統。
資料庫系統的組成包含：
資料：資料庫系統最重要的部份，存 放在資料庫以供查詢使用。
硬體：資料的儲存設備或是用來執行 資料庫系統軟體的設備 。
資料庫 系統 資料庫管
理系統 資料庫
檔案系 統
資料庫系統表示圖
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１-３ 資料庫管理系統
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資料庫管理系統：讓使用者可建立、維護資料庫的程 式集合。
資料庫管理系統的邏輯架構：
展現邏輯層（Presentation logic layer）。
商業邏輯層（Business logic layer）。
資料存取邏輯層（Data access logic layer）。
資料邏輯層（Data logic layer）。
中介軟體（1）
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資料存取邏輯層中所分割出來 的中介層。
降低開發者面對不同的資料庫 管理系統時，所面臨的複雜存 取資料庫方式。
中介軟體（2）
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減少需學習不同資料庫管理系 統語言的時間。
透過共同的SQL語言
（Structured query language，
結構化程式語言），很容易在 不同的資料庫間進行資料存取。
資料庫管理系統的優點
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1控制重複。
2限制存取權限。
3提供有效率的處理及查詢之儲存結構。
4提供備份與回復。
5提供多種使用者介面。
6表示資料間關係。
7完整性限制。
8其他好處。
1控制重複
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同一筆資料在不同單可能會被重複覆建立，如果多筆 資料重覆建立，所佔空間會變得非常可觀。使用資料 庫管理系統將可避免此種現象。
此外，資料重複會有以下問題：
對重複記錄的資料更新，需同時更新多個重複記錄的地方。浪 費時間，出錯機會變大。
同一筆資料重複儲存會浪費儲存空間，在大型資料庫中更形嚴 重。
重複的資料其內容並不一致。
2限制存取權限
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舉例來說，一般帳號的權限只能看自己的資料，但管 理員可以看所有帳號的資料。為的是保護資料安全。
如果一般帳號可以任意觀看其他帳號資料那就會有網 路安全問題。
一般而言，資料庫管理系統會有個人帳戶及群組分類。
個人帳戶可加入數個群組，可經由群組的權限設定，
同時對一群人做權限變更。
完整的資料庫管理系統，應包含安全性與存取權限的 管理機制。
3提供有效率的處理及查詢之儲存結構
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資料庫管理系統因資料庫較龐大，資料主要儲存在磁 碟系統中，需提供良好的資料結構，以加速磁碟搜㝷、
儲存的效率。
查詢處理與最佳化可以針對每一個查詢動作選擇一個 有效率的搜尋去做。
資料庫管理師需選擇建立哪些索引並維護，以調校資 料庫效能。
4提供備份與回復
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資料庫管理系統應有簡單的軟硬體故障回復之能力。
其中的備份與回復子系統便是負責用來做故障回復。
提供備份機制。
在交易資料庫系統中，執行更新交易時系統發生故障，
回復子系統應該要有能力確保能還原到交易前的狀態。
5提供多種使用者介面
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使用者的喜好不同且知識技能程度不一。資料庫管理 系統需提供各種不同的使用者介面給使用者，例如：
包括查詢語言、表單、報表、功能表等介面。圖形使 用者介面（Graphical user interface）更是友善操作 介面的利器，現在已非常普遍。更有提供網頁式的圖 形使用者介面。
6表示資料間關係
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一個資料庫可能有很多種相關的資料，彼此儲存於不 同的資料表，而資料間不完全是獨立不相關。管理資 料庫系統要有能表示資料間關係的機制，如此，才能 有效率地處理資料。
7完整性限制
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完整性限制可用來確保資料庫中資料的品質。
實體完整性：實體完整性將定義資料表中的特殊欄位作為特定 資料表的唯一實體。透過惟一值索引不能有空值的存在。
值域完整性：
資料型態限制：每一種資料型態都有儲存記錄的位元數或長度限制。針對 不同資料需使用適合的資料型態來儲存，以免浪費儲存空間。
條件約束：定義欄位的檢查規則，以判斷所輸入或更新的資料是否被允許。
參考完整性：參考完整性是指相關資料表間的維護關係。指該 資料表中的外部索引鍵需能參考到被參考之資料表中的資料。
8其他好處
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使用規則進行推理：從已有的資料中透過推論規則，導出新的 資訊。
觸發條件執行：發生指定的事件時，自動執行。
強制符合標準：訂定使用者所要遵守的標準或規則，便以彼此 溝通及合作。
減少應用程式開發的時間：一開始的資料庫規劃與設計非常花 時間，但是一旦開始運作之後，建置於同一資料庫管理系統的 同一資料庫下之應用程式則只需花費很少的時間。
彈性：資料庫管理系統允許資料庫做結構的修改，資料的變化 很彈性。
可使用到最新的資訊：資料庫管理系統可以讓使用者看到目前 最新的資料情況。
經濟效益：資料統一後，各部片溝通變得更加方便且快速，符 合經濟效益
1-4資料庫系統架構
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1.資料模型。
2.資料庫系統三層綱要架構。
3.分散式處理與主從式架構。
4.資料庫管理系統的分類。
1資料模型
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資料模型：可表示所要儲存資料的資料型態、相關關 聯、限制並可包含一組處理資料庫的運算。可將資料 透過模型予以抽象化。
資料模型分類：
概念資料模型（高階資料模型）。
邏輯資料模型（實作資料模型）。
實體資料模型（低階資料模型）。
2資料庫系統的三層綱要架構（1）
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在完整的資料庫系統中，主要由較低階的檔案系統所組成，以 及一些管理檔案系統的軟體。目的在讓使用者可以在使用及管 理上十分方便。
好的資料庫系統應該在資料庫系統依其功能來分層，以減輕既 要處理低層次檔案問題又要設計使用者介面…等複雜事務。
一般為三層綱要架構：內部層、概念層、外部層。
將功能分工後可降低彼此間的相依程度，並透過對應關係彼此 溝通，以便分層間轉換。可避免任一層的結構改變去影響到另 一層，達到層與層之間獨立的特性。
內部層：含內部綱要。主要在處理低階的檔案系統與資料庫之
2資料庫系統的三層綱要架構（2）
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概念層：含概念綱要。用來描述整個資料結構，較內部層 高階的概念。不用管底層的儲存方式及位置。以共同的資 料結構，讓外部層來存取。可以表現出資料庫全部資訊的 內容以及其組織結構，可以清楚看出每一筆資料的型態及 限制。可使用「資料定義語言」DDL（Data definition language）建立概念綱要。
外部層：含外部綱要。外部層負責使用者所要資料的呈現 方式。因此，使用者介面很重要。使用者可以是應用程式 或是一般使用者，不同使用者有不同的權限，能看的資料 也不同。故會隱藏不需要或不能顯限的部份，針對個別使 用者而呈現適當的資料。可使用「視域定義語言」VDL
（View definition language）來建立外部綱要。
綱要對映：綱要之間要互相對映。內部層屬作業系統掌控。
其他兩層則為資料庫管理系統所掌控。
2資料庫系統的三層綱要架構（3）
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修改資料庫系統任一層綱要，不需要修改其他層的綱要，可達 到資料獨立。
資料獨立：
邏輯資料獨立：要修改概念綱要時，不需要修改外部綱要。換言之無需理 會外部層，因為外部層與概念層之間獨立。
實體資料獨立：要修改內部綱要時，不需要修改概念綱要。換言之無需理 會概念層，因為概念層與內部層之間獨立。
在綱要架構中不同的綱要使用不同的定義語言。但目前實作並 非如此區分。
以「資料定義語言」DDL（Data definition language）直接含 蓋內部綱要及概念綱要。
資料的存取則使用「資料操作語言」DML（Data manipulation language）來實作。
3分散式處理與主從式架構（1）
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分散式處理
資料庫與資料庫管理系統分散在網路上運作
集中式處理
資料庫與資料庫管理系統集中在同一台電腦上運作。透過終 端機與主機連線，所有的運算與處理全集中在主機上執行。
3分散式處理與主從式架構（2）
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二層式主從式架構（Client/Server）：
由客戶端向伺服端發出要求資料。客戶端包括使用者介面及資 料查詢功能，伺服端則包含了資料庫管理系統處理資料儲存及 控制回復等功能。
3分散式處理與主從式架構（3）
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三層式架構：由於二層式主從架構已不夠應付現今網路需 要，因此將商業邏輯獨立於另一部應用伺服器中，而成為 三層式架構。下圖為三層式架構。
n層式架構：依實際情況將各層分成較細的元件，置於不 同的伺服器上的架構。
4資料庫管理系統的分類
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四種資料庫管理系統分類準則：
依資料庫管理系統所用的資料模型。
關聯式資料庫管理系統。
物件導向資料庫管理系統。
物件關聯式資料庫管理系統。
網路式資料庫管理系統。
階層式資料庫管理系統。
依系統支援人數。
單使用者：一次只能支援一個使用者，多在個人電腦人運作。
多使用者：一次可同時支援多個使用者。
依資料庫分散與否。
集中式資料庫：一般的資料庫都是集中式，集中在同一台主機上。資料庫
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分散式資料庫：
同質分散式資料庫：所有的資料庫伺服器皆使用相同的資料庫管理 系統軟體，因此皆有相同的資料模型，操作方式相同。
異質分散式資料庫：資料庫伺服器使用不同的資料庫管理系統軟體。
不同的資料庫管理系統的資料模型不儘相同、操作方式也不儘相同。
因此，需考量不同資料格式的整合問題。
依用途。
一般用途。
特殊用途：
以效能為考量：就必須建立處理速度優先的資料庫管理系統。如：
線上交易系統。
…
關聯式資料庫管理系統
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用資料表集合來記錄資料，每一資料表的每一列都是 一筆資料，現今較流行的資料庫管理系統大多是關聯 式資料庫管理系統。
可先分析資料，將各種資料依照資料的特性，存放 在幾個不同的表格中。有相關的表格與表格之間會 有共同的屬性欄位，以便相互連結，稱之為關聯。
此種儲存方式的資料庫，稱之為「關聯式資料庫
物件導向資料庫管理系統
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關聯式資料庫的使用較適合應用在一般的文字資料處理之工 商業應用。對於大型二進位物件資料處理的複雜應用較為不 足。
物件導向資料庫管理系統是以物件導向的概念定義資 料庫。同類別的物件可產生相同的結構及行為，並有 繼承的特性。
在使用介面上與物件導向程式語言（如:C++、Java）
能直接溝通。而非關聯式資料庫所使用的SQL語言。
應用程式可透過物件導向程式語言（如：C++、Java）
來處理該資料庫。
物件關聯式資料庫管理系統
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將關聯式資料庫管理系統增加物件導向資料庫的物件 概念及功能。延伸關聯式資料庫管理系統的功能稱之 為物件關聯式資料庫管理系統。
就算資料有朝向物件化的趨勢，有時還需提供一些關 聯式資料庫管理系統的功能。
因此，物件導向資料庫管理系統與物件關聯式資料庫 管理系統之間的區別將愈來愈小。
網路式與階層式資料庫管理系統
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網路式資料庫管理系統：使用過去很重要的網路式資 料模式。現已逐漸淘汰。資料使用網路圖形來連接。
支援多對多關聯。
階層式資料庫管理系統：使用過去很重要的階層式資 料。現已逐漸淘汰。資料使用階層的樹狀結構來表示。
資料間使用父子關係來建立連結。
本章回顧（1）
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網頁資料庫程式以PHP&MySQL為學習目標。
資料庫在資訊系統中重要任務是把資料永久完整的保存。
檔案系統的缺點
資料重複、不一致
資料分離
應用程式相依
完整性問題
資料安全問題
資料庫系統的優點
本章回顧（2）
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檔案系統的組成：
位元（Bit）。
位元組（Byte）。
字元（Character）。
欄位（Field）。
紀錄（Record）。
檔案（File）。
檔案系統（File system）。
資料庫的組成：
檔案系統+系統目錄+索引。
資料庫系統的組成：
資料。
硬體。
軟體。
使用者。
本章回顧（3）
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資料庫管理系統的邏輯架構：
展現邏輯層（Presentation logic layer）。
商業邏輯層（Business logic layer）。
資料存取邏輯層（Data access logic layer）。
資料邏輯層（Data logic layer）。
資料庫管理系統的優點：
控制重複。
限制存取權限。
提供有效率的處理及查詢之儲存結構。
提供備份與回復。
提供多種使用者介面。
表示資料間關係。
本章回顧（4）
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資料庫系統的三層綱要架構：
內部層（內部綱要）：使用「儲存定義語言」SDL（Storage definition language）建立內部綱要。
概念層（概念綱要） ：使用「資料定義語言」DDL（Data definition language）建立概念綱要。
外部層（外部綱要）：使用「視域定義語言」VDL（View definition language）建立外部綱要。
資料獨立性：
邏輯資料獨立、實體資料獨立。
實作上：
使用「資料定義語言」DDL（Data definition language）直接含蓋內部綱 要及概念綱要。
使用「資料操作語言」DML（Data manipulation language）實作資料的 存取。
使用「資料控制語言」DCL（Data control language）處理權限控制的問 題。
本章回顧（5）
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資料庫管理系統實體架構：
分散式處理。
集中式處理。
主從式架構。
三層式架構。
n層式架構。
以資料模型之資料庫管理系統分類
關聯式資料庫管理系統。
參考文獻（1/2）
41
Fundamentals of Database Systems 資料庫系統概論
Ramez Elmasri & Shamkant B. Navathe
Pearson
Brief Edition
Database Design, Application Development &
Administration資料庫管理
Michael V. Mannino
Mc Graw Hill
Third Edition
參考文獻（2/2）
42
陳祥輝。資料庫系統理論與實務。旗標。台北市。２ ００７。
曾守正。資料庫理論與實務。第3版。華泰文化。台 北市。２０１０。
桂思強。資料庫理論與實務。旗標。台北市。２０１ ２。
