现代社会，我们使用计算机等设备将信息保存在各类存储设备中。但在信息系统中，我们一般使用数据库来存储数据，本视频将介绍数据库和软件设计的相关知识。
信息系统中流转的数据的存储和处理常常借助数据库来实现。数据库系统包括数据库和数据库管理系统，其中数据库提供了数据存储的场所，数据库管理系统包含有各类应用程序，提供了数据的查询、保存、修改、删除等操作。数据库有很多种，其中关系型数据库是常见的一种。
关系型数据库中的数据可以看作是一张张的“二维表”，也称为数据表，每个数据表都有单独的名字，即“表名称”。数据表中的每一行称为一个“记录”，每一列称为一个“字段”。
以学生数据库为例，它包含多个二维数据表，如这里的高一综合实践表、成绩表以及健康指数表等。在成绩表中，字段名有“学籍号”“姓名”以及各科成绩等，下面的每一行记录了一名同学的相关数据。在健康指数表中，也包含有“学籍号”“身高”等字段，下面的每一行记录了一名同学的健康数据。我们看到，这两个表中的“学籍号”字段，在两个表中都有，且对于某位同学来说是唯一的，这个字段可以称为“关键字段”，通过这个“学籍号”字段，可以将多个表关联起来，这也是关系数据库名称的由来。
数据库共有四项基本操作，我们以智能停车系统的部分场景为例，进行简单的说明。一是增加记录。在车辆入场时，需要增加增加一个新的记录用以保存车牌号码和入场时间。但要注意，这时候这个新增加记录的其它字段暂时是空的。二是查询记录。我们在查询车辆位置时，系统按照我们输入的车牌号，在数据库中查找对应的记录，并将其中的停车位置信息返回给查询机显示。三是修改记录。当车辆驶入某一车位后，系统采集获得车位号码。此时，修改对应的停车记录，将原先的空白停车位置字段更新为车位号码。四是删除记录。可以依据车牌号码，删除对应的某一条记录；也可以删除所有记录。但在一般的智能停车系统中，一条记录会保留较长时间，不会离场即删除。
接下来我们以一个示例看看数据库的基本操作。“王先生驾驶车牌号为沪BACD34 的车辆于2022年3月2日8:00:00入场。在离开前，他查询了车辆所停车位。并于当天的12:10:00离场。”我们建立一个关系型数据库，并将其中的一个二维数据表的名称定义为“cars”，在这个数据表中，设计几个字段，其中用car_plate表示“车牌号码”、 checkin_time表示“入场时间”、 checkout_time表示“出场时间”等。
在模拟车辆入场时，数据库操作前，并不存在车牌号为“沪BACD34”的车辆记录。操作后，在系统中增加了一条包含车牌号和入场时间的记录。在结构化查询语言中，增加记录的命令格式是“Insert into 表名（字段名1,字段名2,...） values (值1, 值2,...)”，迁移到这个示例中，就应该是“Insert into cars(car_plate,checkin_time) values('沪BACD34', '2022-03-02
8:00:00')”。
如果我们要查询这台车辆的记录，可以在系统中输入车牌号，系统就会显示这个记录。在结构化查询语言中，查询记录的命令格式是“Select 列名称 from 表名称 where 列名称 = 某值”，迁移到这个示例中，就应该是“Select car_plate from cars where car_plate='沪BACD34’”。
在模拟车辆出场时，数据库操作前，车牌号为“沪BACD34”的车辆记录的“checkout_time”（出场时间）是空的。车辆出场后，该字段被填入了相应的内容。这个过程其实是是修改了这条记录。在结构化查询语言中，修改记录的命令格式是“Update 表名 set 字段名 = 值 where <条件>”，迁移到这个示例中，就应该是“Update cars set checkout_time='2022-03-02 12:10:00' where car_plate=
'沪BACD34'”。
模拟删除车辆记录，操作前，有两条记录，删除后，第二条记录将消失。在结构化查询语言中，删除记录的命令格式是“Delete from 表名 where <条件>”。我们要注意，命令格式中的“where”是个条件语句，在这里以及前面的几个操作中不能省略。比如在这里如果用这个语句“Delete from cars”是错误的，可能会导致删除整个二维数据表的错误，正确的语句应该是“Delete from cars where car_plate= '沪ABCD12' ”。075806
我们继续以智能停车场系统为例，看看该系统中的数据处理。如前所述，车辆入场、停车入位、智能寻车等场景，各自实现了相应的功能，对应的是数据库中的增加、修改、查询等操作，这些都属于信息系统中针对数据库的操作。而在车辆出场时，需要根据收费规则，计算停车费用。这就要求“设计算法、编写程序来实现”。
比如，某停车场停车费用计算规则如下：每小时10元，不足1小时的部分按照1小时计算；超过8小时，未超过24小时的按照8小时计算；超过24小时，超过部分按照上述标准重新计算。我们可以根据这个要求，设计如下算法。程序开始，定义变量t1用于保存车辆入场时间，变量t2保存车辆出场时间，变量t，用（t2- t1）并対差值向上取整，作为整个的停车时长。然后用”t//24”的表达式，求取超过24小时的天数，并保存在days变量中。这里大家注意，如果停车时长不到24小时，days变量的值是0。天数计算好后，剩余小于24小时的停车时长用”t%24”来计算，并将结果保存在left_t变量中。接下来用一个分支结构，当left_t小于8成立时，计算停车费一是left_t乘以10。当left_t小于8不成立时，也就是超过了8小时，按照停车场的计费规则，停车费用一就应该是按8小时计算，也就是80.然后将停车费一加上根据天数计算的停车费用，作为整个的停车费。最后，显示输出停车费。程序结束。
在智能停车系统中要实现这个算法，其实涉及到软件设计的问题。按照内部逻辑结构，一般可以将软件划分为三个逻辑层次，分别是用户界面、业务逻辑和数据访问。在用户界面层，其作用是“提供各种终端设备上用户的输入、输出、查询等界面。” 如输入车牌号码、输出停车费用等。在业务逻辑层，其作用是“负责核心的业务处理。” 如计算停车费用、查询停车位等。在数据访问层，其作用是“负责操作数据库，按照设计的格式向数据库发送指令，进行数据访问。” 如对停车信息表进行相关操作（增、查、改、删）。
具体到智能停车系统，它的软件的逻辑层次如图，用户界面为了满足不同人员的使用，还会细分为“移动终端界面”“停车场管理员界面”和“自动查询界面”等。这些用户直接接触到的部分功能的实现，需要与业务逻辑层以及数据访问、数据库之间进行数据交换，形成一个整体，作为软件部分，满足各类用户对信息系统的使用需求。
如果要开发一个模仿智能停车系统收费功能的软件，我们可以基于用户需求，设计网页作为用户界面，然后设计算法，编写计算收费的程序，最后是设计数据访问的文件并与数据库进行连接。在用户界面层，我们可以设计两个网页文件，一个用于“显示车辆的停车记录”，一个用于“显示车辆停车查询结果”。在业务逻辑层是这样两个用Python编写的程序，上面这个用于计算停车费，下面这个用于连接网页模板和数据库，起到桥梁的作用。在数据访问层的db.py也是一个Python编写的程序，负责连接数据库，进行数据访问。整个过程在设计上是由用户到界面到业务逻辑再到数据库，从数据调用上，是双向的，特别是反应到用户界面上的数据流动，是从数据库到逻辑层，再到用户界面的，大家需要注意这个过程。
接下来我们以“计算停车费”的这个Python程序为例，进行简单的解读。首先这里是通过一个自定义函数cal_parking_hours来计算停车时长，其中这行语句中“ seconds/3600”是将“时间单位'秒’转为小时”，math.ceil是用math的库函数ceil来实现“向上取整”。在下面这里也是用一个自定义函数cal_parking_fee来计算停车费用，大家注意这里这个函数的程序代码并没有编写，需要我们完善，同时这里的变量t就是调用前面那个自定义函数cal_parking_hours的返回值。
解读了程序，我们再回顾我们前面关于计算停车费用的算法设计流程图。大家可以发现，在这个算法中，计算停车时长以及向上取整的部分已经编写完成，我们需要编写的就是基于这个时长，来计算停车费用，也就是这里的黄色区域。其中，用到了一个双分支结构。
针对这部分算法，我们可以这样编写程序。首先用t整除24来求得“超过24小时的天数”，并保存在变量days中。然后用t取模24来求得“剩余24小时的时长”，并保存在变量left_t中。接下来用if语句对left_t进行判断，不满8小时的直接用left_t*10计算停车费，满8小时及以上的按照80元计算。分支结束后，将天数的费用和一天内的费用相加，求得总费用。在这段代码中，一大家要注意分支语句的格式，特别是“缩进”处理和“else:”后面不能再添加条件且要用一个冒号。同时还要注意计算总费用的这行语句，它是在分支结构的外面，应该和if语句对齐，不能缩进到分支结构的语句里面。
编写好程序代码后，我们再回头看这个Python程序，将刚才编写的程序代码添加进去，就可以正常计算停车费用了。
接下来我们看看整个停车收费系统的程序与数据调用过程。当使用者在用户界面点击“计算按钮”后，用户界面调用计算停车费的程序，并取出入场和出场时间，在页面上显示。同时，计算停车费的程序会调用其中的计算停车费用的函数（也就是刚才我们完善的），这个函数会和计算停车时长的函数之间进行数据互动，前面我们已经介绍过。之后计算停车费用的函数会将计算结果返回给前面的程序，并由程序将计算结果传送到用户界面上显示出来。这样就完成了整个数据的调用过程。
同学们，在信息社会，信息系统功能的实现，其实是通过事先设计的算法，对数据进行加工，以获得符合需要的数据结果。在这个过程中，需要用到数据库、软件设计等相关知识，希望同学们在日常使用信息系统时，试着分析其运行机理，从而更好的理解信息系统和信息社会，相信大家都是最棒的。
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