数据组织的层次体系

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数据组织的层次体系
任何信息系统都有一个数据组织的层次体系在该层次体系中每一个后继层都是其前驱层数据元组合的结果最终实现一个综合的数据库处于第一层的“位”用户是不必了解的而其他五层则是用户输入和请求数据时合理的需要数据是一切信息系统的基础一个高质量的计算机信息系统的最终用户必须具备数据的组织及其处理方面的知识
一、位
位是主存储器和辅助存储器的基本单位计算机是电子的因而只能实现两种状态从物理上讲可以通过不同途径来实现这两种状态(电流的方向开关涂在带上和盘上的铁淦氧的磁性排列)由于每一位只能表示两种状态因此必须将位组合才能形成字母数字字符由位组合成的字母数字字符被暂时存放在主存储器中或永久地存放在辅助存储器中在主存和辅存中存放的是字母数字字符的内部表示形式(例如如果采用EBC-DIC编码体制则11000010表示字母A而11110001表示数字1)
在输入时对字母数字字符进行编码以形成若干位的组合而在输出时进行译码目前还没有工业标准的编码体制最为流行的编码体制是六位二进制编码的十进制码(BCD)七位ASCII码以及八位扩充二进制编码的十进制交换码(EBCDIC)
六位编码最多可以表示64个字符(2?6)七位编码可以表示128个字符而八位编码可以表示256个字符读者可能会问：既然用六位就可以对一个字符编码为什么还要用八位来编码?这是因为六位码的64种可能的组合只够表示字母、数字和18个特殊符号如果希望有表示大写和小写字母那么六位编码就不够用了因此就需要具有128种组合的七位编码
目前还难以想象出对128种以上的位的组合需要引进八位编码体制(EBCDIC)是为了利用这一个事实即只用4位(24——具有16种可能的组合)来表示一个数值数据因此一个8位的编码实际上可以用来表示两个十进制数字由于所存储的数据多数是数值数据所以将两个数字的编码压缩成八位可以节省存储空间EBCDIC的8位组合称之为一个字节而BCD的六位就构成一个字节在BCD和ASCII编码体制中字节是字符的同义词在EBCDIC编码体制中由于可以将两个数字压缩到一个字节中所以EBCDIC的字节与字符间并不一一对应然而在涉及到存储容量时则经常交替地使用字符和字节一个磁盘组可以有800兆字节容量(即800兆字节的永久存储器)而一台计算机的主存可以有8兆字节(作为处理用的兆字节的高速临时存储器)较小的存储设备用千字节(一千个字节的倍数来度量)通常将兆和千分别缩写“M”和“K”
在逻辑上讲一个EBCDIC字节是8位而实际上它有9位由于要将这些位在计算机和外部设备(或远程终端)之间传送所以在计算机硬件中使用了一种内部校验方法来保证传送数据的准确性这种构验方法之一是给传送的数据附加一位奇偶校验位用该位来发现在传送过程中是否丢失了一位计算机可以采用偶数奇偶校验或奇数奇偶校验法即每一字符要包含偶数个或奇数个“开状态”位假定某台计算机采用偶数奇偶校验法如果要将一个EBCDIC的字母A(它具有奇数个“开”位-11000001)写到磁带上那么在传送之前为了维持偶校验则需要增加一位奇偶位(即：111000001—偶数个“开”位)在将字符写到磁带之前硬件自动计算“开”位的个数如果计算机结果是奇数则说明已经出现了奇偶校验错误计算机自动向操作员发出警告
二、字符(字节)
在通过键盘(光符号识别器或其他输入设备)输入一个字符时机器直接将字符翻译成某特定的编码系统中一串位的组合一个计算机系统可以使用不止一种编码体制例如某些计算机系统中将ASCII编码体制用于数据通信而将EBCDIC编码体制用于数据存储
三、数据元
描述数据元的最好办法是举例说明一个人的社会保险号、姓名、信用卡号、街道地址和婚姻状况等都是数据元在数据的层次体系中数据元是最低一层的逻辑单位为了形成一个逻辑单位需要将若干位和若干字节组合在一起一个日期不一定是一个数据元它可以是三个数据元：年、月、日对地址来说也是同样的一个地址中可以包括州、城市、街道地址和邮政编码这四个数据元从逻辑上可以把日期和地址都看成是一个数据元但是输出这种数据元是不方便的例如通常在输出时总是把街道地址单写一行因而应该把一个地址的几个数据元分开此外由于姓名和地址文件经常按邮政编码排序因此需要将邮政编码作为一个逻辑实体(数据元)来对待
根据上下文的需要有时也把数据元称作为字段(记录中的字段)数据元是泛指的而数据项才是实际的实体(或实际的“值”)例如社会保险号是一个数据元而445487279和44214158则是两个数据项
为了节省输入数据时敲打键盘的时间和存储空间在输入数据时通常将数据元编码例如通常将职工主文件中的“性别”数据元编码这样数据录入员就可以简单的输入“M”或“F”来代替“Male”(男)或“Female”(女)在输出时再将“M”和“F”分别翻译成“男”或“女”
在设计数据元时可以使一个数据项(如账号)的编码具有特定的含义从而可以向用户提供信息例如可以将一个大学的六位账号编码如下：
位置字母／数字编码描述
1
2—3
4—6字母
字母
数字G
E
R
BI
CE
CH
EE
FA
ZY
N／A一般的
教育的
研究的
生物学
土木工程
化学工程
电子工程
美术
动物学
唯一数值的项目标识符
举一个例子RBI001将表示生物系的1另研究项目的账号
四、记录
将逻辑上相关的数据元组合在一起就形成一个记录列举了一个职工记录中可能包含的若干数据元以及作为职工记录的一个值的若干数据项记录是能够从数据库中存取的最低一层的逻辑单位
一个职工记录
数据元数据项
职工／社会保险号
姓
名
名字首字母
部门(编码)
性别(编码)
婚姻状况
工资(每周)445447279
SMITH
ALVIN
E
ACT
M
S
800．00
五、文件
文件是逻辑上相关的记录的集合职工主文件包含每一个职工的记录库存文件包含每一种库存货物的记录应收账目文件包含每个顾客的记录“文件”这个词有时也指某台二级存储设备上的一块已命名的区域该区域中可以包含程序代码、教材、数据甚至还可以包含输出报表
六、数据库
数据库是一种作为计算机系统资源共享的全部数据之集合有时根据不同应用领域可将该资源共享数据分成若干段例如财会数据库可以划分为一个应用领域它可以包含六个不同的文件读者应该注意到：用“文件”来组织数据这种方法将带来数据的冗余也就是说为了在处理时使用必须将某些数据元重复地存放在几个文件中例如在一所大学的安置办公室、宿舍管理处、财务支持办公室以及注册处等都有可能保存学生文件像学生名、校内地址这类数据元几乎在每个文件中都重复出现在对开发一个综合的学生信息系统进行可行性分析时一些系统分析员在美国西南部一所规模很大的大学中发现有75个计算机文件中都包含学生名和校内地址采用先进的数据库管理系统比之传统的文件系统有较大的改进它使得用户可以将存储数据的重复程度减至最小
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