第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫技術的研究領域

第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫技術的研究領域第一節(jié)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述基本概念數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展早期的人工數(shù)據(jù)管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫技術的術語數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫階段的數(shù)據(jù)管理特點基本概念數(shù)據(jù)：是對客觀事物的記載，由一些可以鑒別的文字、符號、圖像和聲音組成。信息：是經(jīng)過加工的、能對接收者的行為和決策產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理（信息處理）：對各種類型的數(shù)據(jù)進行收集、存儲、加工和傳播的一系列活動的總和。數(shù)據(jù)管理：對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護，它是數(shù)據(jù)處理的中心問題。

早期的人工數(shù)據(jù)管理階段（20世紀50年代中期前）數(shù)據(jù)直接輸入、輸出，沒有專門的軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理。數(shù)據(jù)不保存。數(shù)據(jù)不共享。數(shù)據(jù)與程序不具有獨立性。（一個程序對應一組數(shù)據(jù)）文件系統(tǒng)階段（20世紀50年代后期到60年代中期）數(shù)據(jù)需長期保留。程序和數(shù)據(jù)之間有軟件提供存取方法進行轉換，有共同的數(shù)據(jù)查詢修改的管理模塊。文件類型已多樣化。數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位。缺點：數(shù)據(jù)冗余度大（數(shù)據(jù)還是面向應用的）；數(shù)據(jù)和程序的獨立性不高。數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生數(shù)據(jù)管理技術進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的標志是20世紀60年代末的三件大事:IBM研制：IMS(InformationManagementsystem)層次結構。美國：Codasyl組織的數(shù)據(jù)庫任務組（DBTG）發(fā)表了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的標準文本。IBM公司高級研究員E.F.Codd于1970年6月發(fā)表了題為“ARelationalModelforLargeSharedDataBank”的論文，提出了關系數(shù)據(jù)庫的基本思想和概念，具有劃時代的意義，建立起數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展史上的第三個里程碑--關系數(shù)據(jù)庫。

80年代以來關系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品逐步投入市場,并逐步取代層次、網(wǎng)狀產(chǎn)品，成為主流產(chǎn)品，開發(fā)成功了許多關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle，Informix,Sybase,FoxPro等。數(shù)據(jù)庫技術的術語數(shù)據(jù)庫（DataBase，簡稱DB）DB是長期存儲在計算機內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS)DBMS是對DB進行管理的系統(tǒng)軟件，為用戶或應用程序提供訪問DB的方法。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem，簡稱DBS)

在計算機系統(tǒng)中引入了數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構成。數(shù)據(jù)庫技術：是研究數(shù)據(jù)庫的結構、存儲、設計、管理和使用的一門軟件學科。說明說明所謂數(shù)據(jù)庫，一般地說是數(shù)據(jù)的集合，形象地說是存儲數(shù)據(jù)的“倉庫”。但是僅僅有了大批數(shù)據(jù)還不夠，還應當有一個維護數(shù)據(jù)并負責用戶訪問數(shù)據(jù)的機構。以圖書館為例，圖書館是存儲圖書和負責借閱圖書的部門，書庫是各類圖書的集合，不能簡單地將圖書館和書庫等同起來。圖書館若要很好地為讀者服務，首先要由圖書館管理員收集圖書并對每本圖書建立完善的書卡。書卡的內(nèi)容通常包括有：書號、書名、作者名、出版單位、出版時間、內(nèi)容摘要和其它項目等；其次要按照一定的順序和規(guī)則分別存放不同類別的圖書；最后規(guī)定圖書的借還手續(xù)，即管理員對讀者訪問的響應過程。這一整套圖書管理功能就相當于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能。說明書庫中圖書的組織應當是有結構的，如果把書籍雜亂無章地堆放在書庫中，要想從數(shù)以百萬計的浩瀚書海中查找讀者要借閱的一本書出來，就會象大海撈針一樣困難。因此必須有一套完善的藏書模型，如果以書卡作為圖書館藏書模型，則可以將圖書按序按類存放于對應的書架上，使書卡與書架建立對應關系。這樣不僅圖書管理員可以高效、快速地查找到所需圖書，還能夠最大限度地利用“書庫”的空間。對于數(shù)據(jù)庫來說，也要建立數(shù)據(jù)模型，設計數(shù)據(jù)的物理存儲方法，并建立數(shù)據(jù)模型到物理存儲的對照表，使數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠按照用戶的訪問請求，找到被訪問數(shù)據(jù)的存儲位置，使用戶對數(shù)據(jù)的應用與數(shù)據(jù)的存放位置和存儲結構無關。正像改變圖書的存放位置并不影響讀者按書卡借書一樣。說明綜上所述，數(shù)據(jù)庫是存儲在計算機內(nèi)的有結構的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一個數(shù)據(jù)庫管理軟件，它的職能是維護數(shù)據(jù)庫，接受和完成用戶程序或命令提出的訪問數(shù)據(jù)的各種請求。而數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)則是由計算機系統(tǒng)中引進數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構成。一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和用戶構成。用戶使用數(shù)據(jù)庫是目的；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是幫助達到這一目的的工具和手段。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成硬件平臺：足夠的內(nèi)存，存放操作系統(tǒng)、

DBMS的核心模塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和應用程序。足夠的外存。系統(tǒng)有較高的通道能力，以提高數(shù)據(jù)傳送率。軟件：DBMS支持DBMS運行的操作系統(tǒng)（OS）具有與數(shù)據(jù)庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng)，便于開發(fā)應用程序。以DBMS為核心的應用開發(fā)工具。人員：數(shù)據(jù)庫管理員DBA系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設計人員應用程序員最終用戶數(shù)據(jù)庫階段的數(shù)據(jù)管理特點數(shù)據(jù)的結構化，采用數(shù)據(jù)模型表示復雜的數(shù)據(jù)結構。數(shù)據(jù)冗余度小、容易擴充，即數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。不同應用程序共享數(shù)據(jù)多用戶共享數(shù)據(jù)具有較高的數(shù)據(jù)和程序的獨立性數(shù)據(jù)和程序的物理獨立性數(shù)據(jù)和程序的邏輯獨立性統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和控制功能安全性保護完整性檢查并發(fā)控制數(shù)據(jù)庫恢復數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供了方便的用戶接口。增加了系統(tǒng)的靈活性：對數(shù)據(jù)的操作不一定以記錄為單位，可以以數(shù)據(jù)項為單位。第二節(jié)數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型概述信息結構的三個世界信息世界的基本概念機器世界的基本概念數(shù)據(jù)模型的組成要素

三種基本數(shù)據(jù)模型層次模型網(wǎng)狀模型關系模型關系的性質(zhì)關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本操作數(shù)據(jù)模型概述在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。數(shù)據(jù)模型的好壞直接影響數(shù)據(jù)庫的性能。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎。數(shù)據(jù)模型應滿足的要求：能比較真實地模擬現(xiàn)實世界；容易為人所理解；便于在計算機上實現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，主要用于DBMS的實現(xiàn)。主要包括網(wǎng)狀、層次、關系三種數(shù)據(jù)模型。信息結構的三個世界現(xiàn)實世界：存在于人們頭腦之外的客觀世界。信息世界：是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映，人們把它用文字和符號記載下來。機器世界：信息世界的信息經(jīng)過加工編碼就進入機器世界，以數(shù)據(jù)的形式存在。轉換過程抽象化：現(xiàn)實→（概念化）→信息→（數(shù)據(jù)化）→數(shù)據(jù)信息結構的三個世界為了將現(xiàn)實世界中的具體事物抽象、組織為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，人們常常將現(xiàn)實世界抽象為信息世界，然后將信息世界轉換為機器世界。也就是說，首先把現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為某一種信息結構，這種信息結構并不依賴于具體的計算機系統(tǒng)，不是某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，而是概念級的模型；然后再把概念模型轉換為計算機上某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。信息世界的基本概念實體：客觀存在并且可以相互區(qū)別的東西。

如：一個學生，一輛汽車、一次訂貨、學生的一次選課屬性：實體又是由若干屬性組成，屬性是事物某一方面的特征，一個實體可由若干個屬性來刻畫。

如：學生實體有屬性：學號，姓名，年齡，性別，系，年級實體集：性質(zhì)相同的同類實體的集合如：全體學生主關鍵字：能唯一標識實體集中每個實體的屬性或屬性集，稱為實體的主關鍵字。如：學號機器世界的基本概念記錄：一個記錄描述一個實體，這是字段的有序集合（實體）字段：標記實體屬性的符號，稱字段或數(shù)據(jù)項（屬性）文件：同一類記錄匯集→實體集主關鍵字：能唯一標識文件中每個記錄的字段或字段集數(shù)據(jù)模型的組成要素數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構是所研究的對象類型的集合。這些對象是數(shù)據(jù)庫的組成部分，包括：與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關的對象；與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關的對象；數(shù)據(jù)結構是刻畫一個數(shù)據(jù)模型性質(zhì)的最重要方面。人們通常按照數(shù)據(jù)結構的類型來命名數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作指對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關的操作規(guī)則。數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及其狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。層次模型定義：用樹結構（層次）表示實體之間聯(lián)系的模型結點：表示實體集連線：表示相連兩實體之間的聯(lián)系特點：①除根結結點外，任何結點只有一個父結點而且都與一個并且只與一個父結點相連②樹的最高位置上的結點為根：只有一個③只能表1：N，1：1聯(lián)系，不能直接表示M：N聯(lián)系④記錄間聯(lián)系通過指針來實現(xiàn)舉例：①父親與子女②上級與下級的關系網(wǎng)狀模型定義：用網(wǎng)絡結構來表示實體之間聯(lián)系的模型結點：表示實體集連線：表示實體間的聯(lián)系特點：取消了兩個限制可以直接表示M：N聯(lián)系：（1：1是特例）：

所以說：層次模型是網(wǎng)絡模型的特殊形式網(wǎng)絡模型是層次模型的一般形式記錄間聯(lián)系也是通過指針實現(xiàn)，但數(shù)據(jù)結構更加復雜：70年代廣泛應用例：供應商←→零件←→項目關系模型定義：用表格結構來表示實體間聯(lián)系（用一張二維表，即關系）表的行：一個記錄即實體（每行也叫元組）表的列：一個數(shù)據(jù)項，即屬性特點：（三者區(qū)別）①前兩者是格式化模型，關系模型是數(shù)學化的模型。②前兩者用指針來表示實體間的聯(lián)系，而關系模型是通過存放兩個實體的關鍵字來實現(xiàn)?；陉P系模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)稱為關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。關系的性質(zhì)關系的每一列都有不同的名字；關系的每一列屬同一類型的值域；關系的任意兩行不能全同；關系的每一項(行列交叉點上的數(shù)據(jù))都是不可再分的數(shù)據(jù)單位；關系的行列次序無關；每個關系都有一個主關鍵字唯一標識它的各個元組。關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本操作關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)具有篩選、投影和連接三種基本操作。所謂“篩選”就是從表中篩選出符合條件的記錄。所謂“投影”是指只對記錄中的某些指定的數(shù)據(jù)項進行操作。所謂“連接”是指從兩個表中選取滿足連接條件的指定數(shù)據(jù)項組成一個新表。數(shù)據(jù)庫技