數(shù)據(jù)庫第1次課-數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論2011-6-27.ppt

An Introduction to Database Systems,數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用,主講教師： 袁 立 自動化學(xué)院控制科學(xué)與工程系,我們身邊的數(shù)據(jù)庫?,應(yīng)用舉例,學(xué)校師資、教學(xué)、學(xué)生學(xué)籍管理； 圖書館管理； 銀行財(cái)務(wù)管理； 鐵路、民航飛機(jī)票預(yù)定系統(tǒng)； 賓館房間預(yù)定系統(tǒng)； 醫(yī)院病房、病歷管理； 電子商務(wù),課程學(xué)習(xí)目的,如何科學(xué)地組織數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)的理論和方法； 如何高效地檢索數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)； 如何既減少數(shù)據(jù)冗余，又能保證數(shù)據(jù)安全，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。,參考書： 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用教程VB+SQL Server,清華大學(xué)出版社，2008年 薩師煊，王珊編，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論，高等教育出版社，2001年，第4版 數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用SQL Server 劉衛(wèi)國、嚴(yán)暉主編，清華大學(xué)出版社 講授：18學(xué)時（最后一次課考試） 上機(jī)：14學(xué)時（2周周五晚6點(diǎn)至9點(diǎn)，3周周五晚5點(diǎn)半至9點(diǎn)，4周周三晚5點(diǎn)半至9點(diǎn)） 成績：出勤10%+上機(jī)作業(yè)20%+考試70%,教學(xué)計(jì)劃,第一部分 理論篇數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)（6學(xué)時） 第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第2章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本原理與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 第二部分 SQL Server篇（12學(xué)時） 第3章-第14章 用T-SQL創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、表、查詢、索引與視圖、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等,內(nèi)容安排,第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論,1.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展 1.2 數(shù)據(jù)模型 1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展,1.1.1 基本概念 數(shù)據(jù)(Data） 數(shù)據(jù)庫（DB-Data Base） 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ DBMS,Database Management System） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database System，DBS）,（1）數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象 數(shù)據(jù)的定義 ： 描述事物的符號記錄 數(shù)據(jù)的符號種類： 數(shù)字、字符串、日期、邏輯值、文本、圖形、圖象、聲音 數(shù)據(jù)的特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)與其語義是不可分的,數(shù)據(jù)舉例,學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄 （李明， ，男，1986，江蘇，自動化系，2005） 數(shù)據(jù)的形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容 數(shù)據(jù)的解釋 語義：學(xué)生姓名、照片、性別、出生年月、籍貫、所在系別、入學(xué)時間 解釋：李明是個大學(xué)生，1986年出生，江蘇人，2005年考入自動化系,數(shù)據(jù)庫（DB-Data Base）,數(shù)據(jù)庫是長期儲存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合；以文件方式存儲。,硬件,存放數(shù)據(jù)庫的介質(zhì),常見數(shù)據(jù)庫文件擴(kuò)展名： MDF-SQL Server； MDB-Access； DBC-VFP（Visual FoxPro）,（2）數(shù)據(jù)庫,（2）數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫的特征 數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存 可為各種用戶共享 數(shù)據(jù)獨(dú)立性較高 冗余度較小，易擴(kuò)展,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System，簡稱DBMS） 管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。 位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。,（3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),相關(guān) 人員,數(shù),據(jù),庫,用,應(yīng),系,統(tǒng),D B M S,OS,硬件,DBMS主要功能,數(shù)據(jù)定義功能 提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL) 定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象 數(shù)據(jù)操縱功能: 提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML) 操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作(查詢、插入、刪除和修改),數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能、運(yùn)行管理 保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性 多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用 發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù),常見的大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),Oracle 支持各種操作系統(tǒng) Sybase 支持各種操作系統(tǒng) Microsoft SQL Server 僅支持Windows操作系統(tǒng) DB2 專用于IBM的大型機(jī)用于并行存儲與計(jì)算 支持各種操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database SystemDBS）是指實(shí)際可運(yùn)行的、具有管理和控制數(shù)據(jù)庫功能并向應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)或信息支持的系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成 計(jì)算機(jī)支持系統(tǒng)：硬件支持系統(tǒng)，軟件支持系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序 人員,（4）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）,為了使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，必須有一個對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和控制的機(jī)構(gòu)，這個機(jī)構(gòu)就是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它是基于某種數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理的系統(tǒng)軟件，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一切操作，包括按數(shù)據(jù)模式來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫對象、用戶或應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)對象的操作（如檢索、插入、修改、刪除等）以及數(shù)據(jù)管理和控制等，都是通過DBMS進(jìn)行的。,數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序,數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序是為了完成特定的功能而由編程人員編寫的，它與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的用戶程序基本相同。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序可以由高級程序設(shè)計(jì)語句編寫，如使用C語言、Visual Basic等編寫。,人員,（1）數(shù)據(jù)庫管理員（Database Management Administrator）,數(shù)據(jù)庫管理員是指一組熟悉計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)、負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和維護(hù)數(shù)據(jù)庫的技術(shù)人員。這些專業(yè)人員在數(shù)據(jù)庫的整個生命周期中處于十分重要的地位，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中不可缺少的一部分。,（2）系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)和開發(fā)人員,系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)和開發(fā)人員的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)和開發(fā)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。他們根據(jù)用戶需求與DBA一起確定系統(tǒng)硬、軟件配置，參與概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用程序，進(jìn)行調(diào)試和安裝系統(tǒng)。,（3）用戶,用戶是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的最終用戶。不同層次的用戶按其業(yè)務(wù)工作的要求，通過應(yīng)用程序的操作界面使用數(shù)據(jù)庫，分別完成日常業(yè)務(wù)、管理和決策的工作。如超市的收銀員就是一種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶。,1.1.2 數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理,1數(shù)據(jù)處理,從已有的數(shù)據(jù)出發(fā)，根據(jù)事物之間的聯(lián)系，經(jīng)過一定的處理步驟，就可以產(chǎn)生出新的數(shù)據(jù)。這新的數(shù)據(jù)又表示了新的信息，通常用來作為決策的依據(jù)，這種從已知的、原始的或雜亂無章中的數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出對人們有用的數(shù)據(jù)或信息的過程稱為數(shù)據(jù)處理。,2數(shù)據(jù)處理核心,數(shù)據(jù)處理核心不是數(shù)據(jù)計(jì)算，而是數(shù)據(jù)管理。,3數(shù)據(jù)管理,數(shù)據(jù)管理是指數(shù)據(jù)的收集、整理、組織、存儲、查詢與維護(hù)等各種操作，是數(shù)據(jù)處理的基本環(huán)節(jié)，是任何數(shù)據(jù)處理任務(wù)的共性部分。數(shù)據(jù)庫技術(shù)就是一門數(shù)據(jù)管理技術(shù)。,1.1.3 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程 人工管理階段(20世紀(jì)40年代中-50年代中) 文件系統(tǒng)階段(20世紀(jì)50年代末-60年代中) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(20世紀(jì)60年代末-現(xiàn)在),（1）人工管理階段,時期 20世紀(jì)40年代中-50年代中 產(chǎn)生的背景 硬件水平 紙帶、磁帶、無存儲設(shè)備 軟件水平 沒有操作系統(tǒng)，只有匯編語言,程序與數(shù)據(jù)是一個整體，程序和數(shù)據(jù)組基本上是綁在一起的 。一個程序中的數(shù)據(jù)無法被其他程序使用，因此程序與程序之間存在大量的重復(fù)數(shù)據(jù)。 特點(diǎn): 數(shù)據(jù)無法長期保存 數(shù)據(jù)由應(yīng)用程序管理 數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性和共享性；,人工管理階段(續(xù)),（2）文件系統(tǒng)階段,時期 20世紀(jì)50年代末-60年代中 產(chǎn)生的背景 硬件水平：磁盤、磁鼓 軟件水平：操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng),文件系統(tǒng)階段(續(xù)),1特點(diǎn),輔助存儲器成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，用來存放數(shù)據(jù)文件 。,由文件系統(tǒng)對駐留在外存儲器上的數(shù)據(jù)文件實(shí)施統(tǒng)一管理。,2優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的文件級共享,數(shù)據(jù)冗余無法避免,面向應(yīng)用，文件結(jié)構(gòu)難以擴(kuò)展,帶來了潛在的不一致性,（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,時期 20世紀(jì)60年代末以來 產(chǎn)生的背景 應(yīng)用背景 大規(guī)模管理 硬件背景 大容量磁盤、磁盤陣列 軟件背景 有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點(diǎn)(續(xù)),1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的目標(biāo),一是克服程序和文件的相互依存 。,二是重在表現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。,三是盡量克服數(shù)據(jù)冗余，解決數(shù)據(jù)的安全性和完整性保護(hù)問題。,2與文件系統(tǒng)的根本區(qū)別,文件系統(tǒng)是面向具體應(yīng)用 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向整個系統(tǒng)。即數(shù)據(jù)庫把一個機(jī)構(gòu)中公用的數(shù)據(jù)綜合在一起，放在一個公用的數(shù)據(jù)庫中，并將數(shù)據(jù)按照一定的邏輯結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起，使數(shù)據(jù)不僅存在于數(shù)據(jù)庫中，而且還能反映出各類數(shù)據(jù)之間的復(fù)雜關(guān)系。,數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)的關(guān)系,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(續(xù)),3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的主要特點(diǎn),（1）數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)面向整個機(jī)構(gòu)的全局應(yīng)用； 采用一定的數(shù)據(jù)模型來進(jìn)行描述和定義，數(shù)據(jù)具有整體結(jié)構(gòu)化的特征。 在描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同時，不但要描述數(shù)據(jù)的本身，同時還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。,3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的主要特點(diǎn),由于是從全局分析和描述數(shù)據(jù)，從而可以使數(shù)據(jù)可以被機(jī)構(gòu)內(nèi)的多個用戶、多個應(yīng)用所共享。 由此可以顯著地減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)省存儲空間。 由于數(shù)據(jù)沒有其它副本，故不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不一致性。,（2）數(shù)據(jù)共享性,除了共享的數(shù)據(jù)外，各部門還可以有自己的私有數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也可以存放在數(shù)據(jù)庫中，但它只是私有于某個部門，為了防止其它部門對它進(jìn)行訪問，可加上各種保密限制，禁止非法獲得這些數(shù)據(jù)。,3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的主要特點(diǎn),（3）數(shù)據(jù)與程序具有獨(dú)立性,數(shù)據(jù)獨(dú)立性是指數(shù)據(jù)發(fā)生變化而應(yīng)用程序可以不變。 數(shù)據(jù)的獨(dú)立性包括數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性 。,物理獨(dú)立性：指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，應(yīng)用程序可以不變。,邏輯獨(dú)立性：指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，應(yīng)用程序可以不變。,數(shù)據(jù)獨(dú)立性的實(shí)現(xiàn)方法：兩層映射。,（4）便于對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一的管理與控制,安全性控制,完整性控制,并發(fā)控制,故障恢復(fù),3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的主要特點(diǎn),安全性控制： 保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用所造成的數(shù)據(jù)泄密或破壞。 系統(tǒng)一般用檢查口令或其它手段來驗(yàn)證用戶身份，只有合法用戶才能進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)； 可以通過定義保密級別和數(shù)據(jù)存取權(quán)限來控制進(jìn)入系統(tǒng)的用戶只能使用允許他使用的數(shù)據(jù)。,完整性控制 ： 數(shù)據(jù)的完整性是指數(shù)據(jù)的正確性、有效性。 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是對客觀世界中事物性質(zhì)的反映，必須要符合一定的語義。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)提供必要的功能，保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在輸入、修改過程中始終符合原來的含義或規(guī)定。,并發(fā)控制： 當(dāng)多個用戶的應(yīng)用程序同時存取、修改數(shù)據(jù)庫時，可能會發(fā)生相互干擾而得到錯誤的結(jié)果，并使數(shù)據(jù)庫的完整性受到破壞，因此必須對多用戶的并發(fā)存取操作加以控制和協(xié)調(diào)。,故障恢復(fù)： 故障出現(xiàn)時，可能會影響到數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性與有效性，甚至?xí)茐恼麄€數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)部分或全部丟失。 當(dāng)發(fā)生這種情況時，系統(tǒng)應(yīng)該能夠根據(jù)故障類型把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到正確狀態(tài)。,第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論,1.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展及各階段的特點(diǎn) 1.2 數(shù)據(jù)模型 1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1. 3個世界,要把現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物及其聯(lián)系最終反映到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)世界，要經(jīng)歷三個領(lǐng)域的演變，這三個領(lǐng)域分別是：現(xiàn)實(shí)世界、信息世界和數(shù)據(jù)世界。,根據(jù)數(shù)據(jù)模型抽象的層次不同，可以把數(shù)據(jù)模型分成兩大類：概念數(shù)據(jù)模型和實(shí)施數(shù)據(jù)模型。 通過概念數(shù)據(jù)模型，可以把現(xiàn)實(shí)世界抽象成人腦中的信息世界，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的第一次抽象。 通過實(shí)施數(shù)據(jù)模型把以把信息世界抽象成計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)世界，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的第二次抽象 。,2. 兩大類數(shù)據(jù)模型,3. 兩大類數(shù)據(jù)模型概念模型,概念數(shù)據(jù)模型（簡稱概念模型） 按用戶的觀點(diǎn)來對數(shù)據(jù)和信息建模，不涉及信息在計(jì)算機(jī)中的表示和實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)語義表達(dá)能力。 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員和用戶之間進(jìn)行交流的語言,（1）實(shí)體 客觀存在并相互區(qū)別的事物?？梢允菍?shí)際存在的對象、抽象概念或事件。如機(jī)房里的一臺電腦、計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的一名學(xué)生、信用卡上的一筆存款、某次考勤對某人的一次記錄等都是實(shí)體。 （2）屬性 實(shí)體所具有的特征。一個實(shí)體可以由若干屬性來刻畫。如某學(xué)生的特征可由學(xué)號、姓名、出生日期、性別、年級、主修專業(yè)、籍貫等屬性組成。這些屬性中的每一個屬性取某一個具體值就是某一個具體的學(xué)生描述 。,3. 概念模型中的基本語義單位,（4）關(guān)鍵字（Key）： 實(shí)體集中的實(shí)體是可以相互區(qū)分開來的，因此實(shí)體集中一定存在這樣的屬性或?qū)傩越M，它（它們）的值能夠惟一標(biāo)識實(shí)體集中的每一個實(shí)體，該屬性或?qū)傩缘慕M合就稱為該實(shí)體集的關(guān)鍵字（或鍵）。通常情況下，一個實(shí)體集的關(guān)鍵字有很多，可選出一個作為主關(guān)鍵字。,3.概念模型中的基本語義單位,(3) 實(shí)體集（Entity Set）:同一類型實(shí)體的集合。 在一個單位中，具有共性的一類實(shí)體可以組合成一個實(shí)體集。如在一所院校中，所有教師組成一個教師實(shí)體集，所有學(xué)生組成一個學(xué)生實(shí)體集，所有的課程組成一個課程實(shí)體集，所有的班級組成班級實(shí)體集。,3.概念模型中的基本語義單位,(5) 實(shí)體型（Entity Type）與實(shí)體值 實(shí)體型是實(shí)體的結(jié)構(gòu)描述，用實(shí)體名及其屬性名集合來描述同一類實(shí)體。 實(shí)體值是一個具體的實(shí)體，是屬性值的集合。,(6)值域（Domain）:屬性的取值范圍,3.概念模型中的基本語義單位,(7) 聯(lián)系（Relationship） 現(xiàn)實(shí)世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。,兩個實(shí)體型之間的聯(lián)系,一對一聯(lián)系（1:1） 實(shí)例 一個班級只有一個正班長 一個班長只在一個班中任職 定義： 如果對于實(shí)體集A中的每一個實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個（也可以沒有）實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對一聯(lián)系，記為1:1,兩個實(shí)體型之間的聯(lián)系 (續(xù)),一對多聯(lián)系（1：n） 實(shí)例 一個班級中有若干名學(xué)生， 每個學(xué)生只在一個班級中學(xué)習(xí) 定義： 如果對于實(shí)體集A中的每一個實(shí)體，實(shí)體集B中 有n個實(shí)體（n0）與之聯(lián)系，反之，對于實(shí)體 集B中的每一個實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個 實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B有一對 多聯(lián)系，記為1:n,兩個實(shí)體型之間的聯(lián)系 (續(xù)),多對多聯(lián)系（m:n） 實(shí)例 課程與學(xué)生之間的聯(lián)系： 一門課程同時有若干個學(xué)生選修 一個學(xué)生可以同時選修多門課程 定義： 如果對于實(shí)體集A中的每一個實(shí)體，實(shí)體集B中 有n個實(shí)體（n0）與之聯(lián)系，反之，對于實(shí) 體集B中的每一個實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個實(shí) 體（m0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B 具有多對多聯(lián)系，記為m:n,概念模型的一種表示方法,實(shí)體聯(lián)系方法(E-R方法) 用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型 E-R圖提供了表示實(shí)體、屬性和實(shí)體間聯(lián)系的方法,實(shí)體：用矩形框表示，框內(nèi)寫入實(shí)體名。 屬性：用橢圓形表示，屬性的名稱記入橢圓形內(nèi)。 聯(lián)系：用菱形框表示實(shí)體間的相互關(guān)系，框內(nèi)注明聯(lián)系的名稱。,學(xué)生,學(xué)號,學(xué)生與課程間的聯(lián)系,聯(lián)系的屬性,聯(lián)系的屬性： 聯(lián)系本身也是一種實(shí)體，也 可以有屬性。如果一個聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯(lián)系連接起來,E-R模型示例,4. 兩大類數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型,實(shí)施數(shù)據(jù)模型（簡稱數(shù)據(jù)模型） 按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模，從信息世界到機(jī)器世界的轉(zhuǎn)換。包括邏輯模型和物理模型 邏輯模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷龋从?jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模，用于DBMS實(shí)現(xiàn)。 物理模型是對數(shù)據(jù)最底層的抽象，描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存取方法，在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。,最常用的數(shù)據(jù)模型,非關(guān)系模型 層次模型(Hierarchical Model) 網(wǎng)狀模型(Network Model) 關(guān)系模型(Relational Model) 面向?qū)ο竽Ｐ?Object Oriented Model）,（1） 層 次 模 型,層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型 層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表是IBM公司的IMS（Information Management System）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 層次模型用樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系,樹葉,樹 枝,根,層次數(shù)據(jù)模型（續(xù)）,非根,根,有且僅有一個根結(jié)點(diǎn)； 每個非根結(jié)點(diǎn)有且僅有一個父(直接上層)結(jié)點(diǎn)。 它最適合表示實(shí)體的一對多聯(lián)系。,層次數(shù)據(jù)模型特點(diǎn),層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)),層次模型的優(yōu)點(diǎn)是層次分明，結(jié)構(gòu)清晰，適用于描述客觀存在的事物中有主細(xì)目之分的層次結(jié)構(gòu)聯(lián)系，比如部門的組織結(jié)構(gòu)圖。,（2） 網(wǎng)狀模型,網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用網(wǎng)狀模型作為數(shù)據(jù)的組織方式 通過網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及聯(lián)系。“網(wǎng)”中每個結(jié)點(diǎn)表示一個實(shí)體(型)，結(jié)點(diǎn)之間箭頭表示實(shí)體(型)間的聯(lián)系。 特點(diǎn)： 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型可能有多個根結(jié)點(diǎn)， 某些非根結(jié)點(diǎn)可能有多個父結(jié)點(diǎn)， 適合表示實(shí)體的多對多聯(lián)系。,根,多個父結(jié)點(diǎn),網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型（續(xù)）,網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（續(xù)）,例如：一個學(xué)生可以選修若干門課程，某一課程可以被多個學(xué)生選修，學(xué)生與課程之間是多對多聯(lián)系 引進(jìn)一個學(xué)生選課的聯(lián)結(jié)記錄，由3個數(shù)據(jù)項(xiàng)組成 學(xué)號、課程號、成績 表示某個學(xué)生選修某一門課程及其成績,（3） 關(guān)系模型,關(guān)系數(shù)據(jù)模型是三大經(jīng)典模型（層次、網(wǎng)狀、關(guān)系）中最晚發(fā)展起來的一種，是相對建模能力最強(qiáng)的一種，也是目前使用得最多的一種模型。 它的產(chǎn)生是與科迪的努力分不開的。1970年，科迪（E.F.Codd）首次描述了關(guān)系數(shù)據(jù)模型，后來他與戴特（C.J.Date）一起將關(guān)系數(shù)據(jù)模型建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（笛卡爾積與關(guān)系代數(shù)）上，為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的誕生奠定了理論基礎(chǔ)。,關(guān)系模型是以人們?nèi)粘Ｉ钪兴究找姂T的二維表的形式表示實(shí)體集與實(shí)體集之間的聯(lián)系，非常直觀，同時又由于其理論嚴(yán)格、使用方便等特點(diǎn)，所以被廣泛地接受和使用。,（1）關(guān)系中元組的個數(shù)是有限的； （2）關(guān)系中不允許有相同的元組； （3）關(guān)系中不允許有相同的屬性名； （4）關(guān)系的每一屬性的數(shù)據(jù)類型必須相同，且取自于同一個域； （5）關(guān)系的行的順序和列的順序可以任意交換； （6）關(guān)系的任何一個屬性都必須是不可再分的元素； （7）關(guān)系的結(jié)構(gòu)相對固定，但元組的值與數(shù)目是隨時間的推移而經(jīng)常變化的。,關(guān)系的性質(zhì),數(shù)據(jù)模型通常由下列三個部分組成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)的完整性約束規(guī)則。,1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究對象的類型的集合，這些對象是數(shù)據(jù)庫的組成成分。 一般可以分為兩類： 一類是與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容有關(guān)的對象，如關(guān)系模型中的關(guān)系，對應(yīng)于信息世界中的實(shí)體。 另一類是與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，通常按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型，如層次結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和關(guān)系結(jié)構(gòu)的模型分別命名為層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。,5. 數(shù)據(jù)模型的組成要素,2數(shù)據(jù)操作,數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)模型中各種對象的值所允許執(zhí)行的操作，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則。 數(shù)據(jù)庫中主要有查詢和更新（包括插入、刪除、修改）兩大類操作。 數(shù)據(jù)模型要定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則（如操作優(yōu)先級別）以及實(shí)現(xiàn)操作的語句。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述，數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。,3數(shù)據(jù)的完整性約束規(guī)則,對數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所制定的制約和依存規(guī)則。 這些規(guī)則以保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性和有效性 。,第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論,1.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展及各階段的特點(diǎn) 1.2 數(shù)據(jù)模型 1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級模式結(jié)構(gòu)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)） ，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為: 單用戶結(jié)構(gòu) 主從式結(jié)構(gòu) 分布式結(jié)構(gòu) 客戶服務(wù)器 瀏覽器應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器多層結(jié)構(gòu)等,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（續(xù)）,1.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念 1.3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu) 1.3.3 數(shù)據(jù)庫的兩級映像,1.3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu),1975年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會（ANSI）所屬的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃和要求委員會（Standards Planning And Requirements Committee）公布了一個關(guān)于數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)的報告，提出了數(shù)據(jù)庫的三級結(jié)構(gòu)組織，這就是有名的SPARC結(jié)構(gòu)。,一、模式（Schema）,模式（也稱邏輯模式） 數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述 所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求，又稱DBA（數(shù)據(jù)庫管理員）視圖 與數(shù)據(jù)的物理存儲細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān) 與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及高級程序設(shè)計(jì)語言無關(guān) 一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式,模式的定義 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項(xiàng)的名字、類型、取值范圍等） 數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系 數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求,（2）外模式（External Schema）,外模式 外模式又稱子模式或用戶模式，它面向用戶，是用戶眼中的數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述 數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示,外模式（續(xù)）,外模式的地位：介于模式與應(yīng)用之間 模式與外模式的關(guān)系：一對多 外模式通常是模式的子集 一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求 對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長度、保密級別等都可以不同 外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對多 同一外模式也可以為某一用戶的多個應(yīng)用系統(tǒng)所使用 但一個應(yīng)用程序只能使用一個外模式,外模式（續(xù)）,外模式的用途 保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個有力措施 每個用戶只能看見和訪問所對應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù),（3）內(nèi)模式（Internal Schema）,內(nèi)模式（也稱物理模式或存儲模式） 它具體地描述了數(shù)據(jù)如何組織并存放在外部存儲器上，即給出了數(shù)據(jù)庫的物理存儲結(jié)構(gòu)和物理存取方法。 內(nèi)模式是由系統(tǒng)程序員選擇一定的文件結(jié)構(gòu)組織起來的，也是由他們編制存取程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)存取的，故內(nèi)模式又稱系統(tǒng)程序員視圖。 一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式,內(nèi)模式（續(xù)）,例如學(xué)生記錄，如果按堆存儲，則插入一條新記錄總是放在學(xué)生記錄存儲的最后，如右圖所示,內(nèi)模式（續(xù)）,如果按學(xué)號升序存儲，則插入一條記錄就要找到它應(yīng)在的位置插入，如圖（b）所示 如果按照學(xué)生年齡聚簇存放，假如新插入的S3是16歲，則應(yīng)插入的位置如圖（c）所示,記錄不同的存儲方式示意圖,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu),用戶級,用戶視圖,概念級,全局視圖,物理級,存儲視圖,三級模式中：模式是內(nèi)模式的邏輯表示；內(nèi)模式是概念模式的物理實(shí)現(xiàn)；外模式則是概念模式的部分抽取。,三級模式結(jié)構(gòu)的一個具體實(shí)例,外模式,模式,內(nèi)模式,1.3.3 數(shù)據(jù)庫的兩級映像,三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別 二級映象在DBMS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換 外模式模式映像 模式內(nèi)模式映像,（1）外模式模式映象,模式：描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu) 外模式：描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu) 同一個模式可以有任意多個外模式 每一個外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個外模式模式映象，定義外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系 映象定義通常包含在各自外模式的描述中,外模式模式映象（續(xù)）,保證數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性 當(dāng)模式改變時，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外模式模式映象，使外模式保持不變 應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。,（2）模式內(nèi)模式映象,模式內(nèi)模式映象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。 例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的 數(shù)據(jù)庫中模式內(nèi)模式映象是唯一的 該映象定義通常包含在模式描述中,模式內(nèi)模式映象（續(xù)）,保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性 當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式內(nèi)模式映象，使模式保持不變 應(yīng)用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。,1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu) 從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看 1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu) 從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看,1.3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu),單用戶結(jié)構(gòu) 主從式結(jié)構(gòu) 分布式結(jié)構(gòu) 客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu),1. 單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(應(yīng)用程序、DBMS、數(shù)據(jù))裝在一臺計(jì)算機(jī)上，為一個用戶獨(dú)占，不同機(jī)器之間不能共享數(shù)據(jù)。 早期的最簡單的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：例如一個企業(yè)的各個部門都使用本部門的機(jī)器來管理本部門的數(shù)據(jù)，各個部門的機(jī)器是獨(dú)立的。由于不同部門之間不能共享數(shù)據(jù)，因此企業(yè)內(nèi)部存在大量的冗余數(shù)據(jù)。例如人事部門、會計(jì)部門、技術(shù)部門必須重復(fù)存放每一名職工的一些基本信息（職工號、姓名等）。,2. 主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),一個主機(jī)帶多個終端的多用戶結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括應(yīng)用程序、DBMS、數(shù)據(jù)，都集中存放在主機(jī)上，所有處理任務(wù)都由主機(jī)來完成 各個用戶通過主機(jī)的終端并發(fā)地存取數(shù)據(jù)庫，共享數(shù)據(jù)資源,主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),主機(jī),終端,主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(續(xù)）,優(yōu)點(diǎn) 易于管理、控制與維護(hù)。 缺點(diǎn) 當(dāng)終端用戶數(shù)目增加到一定程度后，主機(jī)的任務(wù)會過分繁重，成為瓶頸，從而使系統(tǒng)性能下降。 系統(tǒng)的可靠性依賴主機(jī),當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)都不能使用。,3. 分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上是一個整體，但物理地分布在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同結(jié)點(diǎn)上。 網(wǎng)絡(luò)中的每個結(jié)點(diǎn)都可以獨(dú)立處理本地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行局部應(yīng)用 同時也可以同時存取和處理多個異地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行全局應(yīng)用,分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（續(xù)）,優(yōu)點(diǎn) 適應(yīng)了地理上分散的公司、團(tuán)體和組織對于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的需求。 缺點(diǎn) 數(shù)據(jù)的分布存放給數(shù)據(jù)的處理、管理與維護(hù)帶來困難。 當(dāng)用戶需要經(jīng)常訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)效率會明顯地受到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹萍s。,4客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),把DBMS功能和應(yīng)用分開 網(wǎng)絡(luò)中某個（