第5章 信息存储与管理

1、第第5章章 信息存储与管理信息存储与管理 在机械设计过程中需要处理大量的信息数据，例如各种各样的标准个规范、实验曲线以及大量图表等。这些数据存储在计算机中，通过计算机来进行管理和处理。信息在计算机中的存储与管理方式一般分为两种：（1）文件系统；（2）数据库系统； 数据项：也称字段或数据元素。是描述事物的一个属性的最小单位。 记录：是数据项的有序集合，用于描述一个事物的一组属性特征。 文件：是记录的集合。 关键字：是可以用来标识一个记录的数据项的值。记录1数据项11.数据项1n记录2数据项21.记录n数据项n1.数据项nn把数据组织在一个独立的文件中,实现按文件名访问,按记录存储的管理技术。数据

2、以数据文件的形式存储在计算机的外存设备上（软盘、硬盘、U盘、光盘、磁带等），用户通过应用程序对文件中的数据进行操作。文件的数据可以有多种组织形式。（1）顺序文件（2）索引文件（3）多重链表文件（4）倒排文件（1）顺序文件 物理顺序与逻辑顺序一致的文件。它的有效存储区域是连续的，结构紧凑、简单，但增删、检索不够方便。一切存于顺序存储器的文件只能构成顺序文件，磁带就是典型的顺厅存储器。对于顺序存储器上的文件存取第 i i个记录，必须先存取前面的i-1i-1个记录，新的记录要加在文件的末尾。（2 2）索引文件）索引文件 带有一个包括关键字和存放地址索引表的文件。当查找记录时，先按该记录的关键值到索引

3、表中查得相应地址，系统再按该地址查到记录，查找效率高，使用比较广泛。索引文件的索引项必须按关键字顺序排列，而文件本身可以按顺序或不按顺序排列，前者称为索引顺序文件，后者称为索引非顺序文件，如下图。对于容纳大量数据的文件，还可以建立索引的索引，从而形成多级索引。（3 3）多重链表文件）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，它在每个记录上增设一个指针，指向下一个记录的存储地址。（4 4）倒排文件）倒排文件倒排文件也是多关键字的多重链表结构，与多重链表文件的主要区别在次关键字的链表指针信息不是加在数据文件中的每个记录上，而是在每个次关键字的索引表中。文件的存储格式：文件的存储

4、格式： 文件是存储在外部介质上的记录的集合,用户通过应用程序对文件中的数据进行操作.。从操作系统角度,外设也是文件.。 C语言把文件看成是字符(字节)的序列。数据的组织形式分两种ACS 码文件(文本文件,每个字节放一个ACS 码,代表一个字符)和二进制文件(将内存中的数据按原样输出到磁盘上)。一个整数10000在内存和二进制文件中占两个字节。在文本文件中占五个字节以下是文本文件和二进制文件的存储格式：001100010011000000110000001100000011000010000ASCII文件格式0010011100010000二进制文件格式补充知识：补充知识：标准C语言采用缓冲文件

5、系统，系统自动为每一个正在使用的文件开辟一个缓冲区，从内存向磁盘输出数据必先送到缓冲区，装满才送到外存，反之，从磁盘向内存读入数据，是一次送一批至缓冲区，再从缓冲区逐个将数据送到程序数据区。打开几个文件就有几个缓冲区。磁 盘输 出 缓 冲 区输 入 缓 冲 区语 言程 序 区内 存缓 冲 文 件 系 统 示 意 图C C语言对文件的操作语言对文件的操作在C语言中用FILE类型变量，对文件进行操作。例如：FILE *fp; /fp是指向FILE 类型结构体的指针变量通过指针变量可找到相关的文件，并对其进行操作。程序员对文件的操作必须遵循下列步骤(1)建立（打开)文件。 (2)向文件中读写数据。(

6、3)关闭文件为区别和标识每个文件,并从中正确的读写,C语言为每个文件设置一指针(文件指针）。实际这指针指向结构体变量的首地址,该结构体类型定义包含stdio.h中.一、文件的打开：一、文件的打开：标准C 用标准输入输出库函数。 fopen( ) 例如： FILE *fp; fp=fopen(“A1”, “ r ”);表示以读入方式打开A1文件，fopen函数带回指向A1文件的指针并赋给 fp.从而可以使用fp对文件进行指定的操作。即fp指向A1文件。 常用下面的方法打开: if (fp=fopen (“file1”, “ r”)= =NULL) printf(“cannot open this

7、 file n” ) ;exit(0);它通知编译系统（1）须打开的文件（2） 使用文件的方式（3）让哪个指针变量指向被打开的文件。使用文件的方式如下：“r”：（只读）为输入打开一个文本文件（向计算机输入）“w”: （只写)为输出打开一个文本文件（建立一个新文件）“a”： (追加)向文本文件尾增加数据。（文件必须存在）“rb”: （只读）为输入打开一个二进制文件“wb”:（只写)为输出打开一个二进制文件“ab”： (追加)向二进制文件尾增加数据。二、文件的读写二、文件的读写fprintf和fscanf (与printf 和scanf都是格式化读写函数,但它俩的对象不是终端而是磁盘文件) fpr

8、intf(文件指针,格式字符串,输出列表) fscanf(文件指针,格式字符串,输出列表)例如: fprintf(fp, “ %d ,%6.2f ” ,i , j); 它的作用是将整型变量i和实型变量j的值按%d和6.2f的格式输出到fp指向的文件中，若i=3, j=4.5,则输出到磁盘文件上是以下字符串，4.(5)fgets和fputs字符串读写函数(处理文本文件)fgets(str,n,fp); /* 从fp指向的文件输入n-1个字符，并把它放入数组str中,遇EOF读入结束,字符串读入后在最后加一个0字符,返回str的首地址. */ fputs(“china”, fp); /*将字符串c

9、hina 输出fp指向的文件中,但不输出字符串结束符.*/三、文件的关闭三、文件的关闭fclose ( )函数:使文件指针不指向该文件，并释放他所占的内存缓冲区和相应文件类型结构体变量所占内存例如：fclose (fp); /*fclose 函数带回一指针，成功则为非表示关闭时有错误*/ 数据库技术是在人工管理，文件管理技术上发展起来的数据管理技术 数据库管理系统数据库应用程序应用程序2 2应用程序应用程序1 1应用程序应用程序n n 数据库以文件方式存储数据，是数据的一种高级组织形式。在应用程序和数据库之间，由数据库管理软件DBMS 把所有应用程序中使用的相关数据汇集起来，按统一的数据模型，

10、以记录为单位存储在数据库中，为各个应用程序提供方便、快捷的查询、使用 数据的数据的 数据的数据的是计算机发展中最早采用的、也是最直接的数据管理方式。程序中用到的数据，包括数据的存储、操作都必须由程序员自己编程管理应用程序1应用程序2 应用程序n 数据组1 数据组2 数据组n 数据与应用程序呈对应、依赖关系，应用程序中的数据无法被其他程序利用，程序与程序之间存在着大量重复数据，称为数据冗余； 由于数据是对应某一应用程序的，数据的独立性很差。如果数据的类型、结构、存取方式或输入输出方式发生变化，处理它的程序必须相应改变，数据结构性差，而且数据不能长期保存数据的数据的 数据的数据的指数据可用统一格式

11、，在计算机存储器中以文件形式长期保存的方式 操作系统应用程序n应用程序2数据组2数据组n应用程序1数据组1 文件管理阶段，文件系统为程序与数据之间提供了一个公共接口，应用程序采用统一的存取方法存取、操作数据，程序与数据之间不再是直接的对应关系，因而程序和数据有了一定的独立性。 文件系统只简单地存放数据，数据的存取在很大程序上仍依赖于应用程序，不同程序难于共享同一数据文件，数据独立性较差。 文件系统没有相应的模型约束数据的存储，仍有较高的数据冗余，极易造成数据的不一致性。 5.3.1数据库的主要特征数据库的主要特征 数据库对所有数据实行统一、集中、独立的管理，实现数据的共享，保证数据的完整性和安

12、全性，提高了数据管理效率，其主要特征有：1. 实现了数据共享，减少了数据冗余；2. 数据存储的结构化；3. 增强了数据的独立性；4. 加强了对数据的保护，主要体现在以下几个方面：（1）安全保密控制；（2）完整性控制；（3）并发控制。数据库系统包括硬件和软件。（1）硬件 有足够大的内存容量和高速的数据传输能力。（2）软件 主要包括：操作系统，数据库管理系统本身，高级语言以及编译系统，应用程序。5.3.3 数据系统的体系结构数据系统的体系结构 1）（子模式）用模式DDL定义外模型的模式 子模式中包含了相应用户的数据记录类的描述以及与概念模型中相应记录的映像的定义 概念模式的子集 2）（模式）用模式

13、DDL定义概念模型的模式 3）（物理模式）用设备介质语言定义内模型的模式用DBMS中的DDL精确地定义上述模型称为模式模式 对应于不同层次的模型，也有三个相应的模式: 数据库 内模式 概念模式-内模式映射 外模式 1 外模式 1 物理级 存储视图 概念模式 概念级 全局视图 用户视图 外模式-概念模式映射 用户级 应用程序 1 应用程序 2 应用程序 3 应用程序 4 OS DBMS 数据库的数据模型 数据库系统的一个核心问题核心问题就是研究如何表示和处理实体间的联系 表示实体及实体间联系的模型被称为 层次模型 网状模型 关系模型 现行数据库系统中，常用的数据模型有三种：层次模型（Hierar

14、chical Model）用树性结构表示实体之间连系的模型称为层次模型，它能描述一对多的关系 层次模型两个条件： 只有只有根结点根结点 根以外的其他节点有且根以外的其他节点有且只有一个父节点只有一个父节点 按照层次模型建立的数据库系统称为 网状模型（Network Model）网状模型满足两个条件： 可以有两个以上结点无父点可以有两个以上结点无父点 至少有一个结点有多于一个父结点至少有一个结点有多于一个父结点层次模型是网状模型的特殊形式，网状模型能描述多对多的关系 按照网状模型建立的数据库系统称为 关系模型（Relational Model） 用二维表结构表示实体之间联系的一种模型，能描述多对

15、多的关系多对多的关系 作为一个“关系”的二维表，必须满足如下条件： 表中每一列必须是基本数据项，而不是组合项表中每一列必须是基本数据项，而不是组合项 表中每一列必须具有相同的数据类型表中每一列必须具有相同的数据类型 表中的每一列必须有一个唯一的属性名表中的每一列必须有一个唯一的属性名 表中不应有内容相同的行表中不应有内容相同的行 行与列的顺序均不影响表中所表示的信息含义行与列的顺序均不影响表中所表示的信息含义 关系模型的数据结构简单，数据独立性高，理论基础坚实，操作算法成熟、完善 关系模型的理论基础是关系代数、集合论 基于关系模型建立的数据库系统称为关系模型示例表a为产品数据的集合，表b是零件

16、数据的集合 两个表之间通过关键字段“产品代号”形成一对多的关系，表a为父表，表b为子表，它们共同描述了产品的基本的构成信息 产品产品代号代号产品产品 名称名称数量数量价格价格AA减速器2002000BB阀门2601200CC车床2056000DD铣床1064000产品产品代号代号零件零件 名称名称零件零件号号数量数量AA齿轮AAA-2250AA传动轴AA-3120CC主轴CC-3100CC丝杠CC-4100CC三爪卡盘CC-7120BB连接盘BB-3220AA齿轮BAA-6130 表a：产品数据表 表b：零件数据表 1:MFOXPro数据库管理系统 FoxPro是美国是美国Fox公司公司 80

17、 年代推出的一个全新的关系型年代推出的一个全新的关系型数据库管理系统，它具有强大的性能、丰富的工具、良好的图数据库管理系统，它具有强大的性能、丰富的工具、良好的图形用户界面、简单的数据存取、完备的兼容性。形用户界面、简单的数据存取、完备的兼容性。 FoxPro支持多支持多种数据类型，在系种数据类型，在系统集成环境下可以统集成环境下可以完成数据的分类、完成数据的分类、追踪、处理、存储、追踪、处理、存储、打印、传输等众多打印、传输等众多数据库操作任务数据库操作任务 ACCESS数据库管理系统 SQLServer数据库管理系统 Oracle9i数据库管理系统 工程数据库系统简介工业领域数据库支持整个

18、生产过程，数据类型非常复杂类 型说 明管理型管理型 数据数据 包括产品设计与制造中所用到的数据资料。如：国家标准与规范、产品目录及文档管理等。 数据特点：数据之间关系分明，数据相对稳定，存储的数据结构基本不变，并且数据在语义上具有一致性，与管理型数据库中数据基本相同。设计型设计型 数据数据 在工业设计与制造中产生的数据。如：设计的产品结构数据、工艺路线等。 数据特点： 数据呈动态，在设计过程中产生，因此存储的数据结构随数据类型的改变而改变； 根据设计评价再设计的典型工业设计流程，设计型数据频繁修改； 由于实际设计的复杂性，设计者对设计对象数据进行不断的调整与修改，因此设计型数据在某些情况下允许语言上的不一致性。 图形数据图形数据 产品开发过程中可能产生各种工程图表、二维工程图形、三维图形等数据。如：零件图中某些图表或图形之间的相互联系也需要数据库进行存储与管理。 这类数据也是呈动态的，