第一章 數(shù)據(jù)庫引論(出版社)

AnIntroductiontoDatabaseSystems數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理

AnIntroductiontoDatabaseSystems數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理第一章數(shù)據(jù)庫引論

本章要點(diǎn)：本章重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)庫基本術(shù)語，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展過程及其主要特點(diǎn)；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)；目前常用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫應(yīng)用領(lǐng)域的新技術(shù)。本章任務(wù)：了解數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本術(shù)語掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)了解常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品及數(shù)據(jù)庫應(yīng)用領(lǐng)域的新技術(shù)AnIntroductiontoDatabaseSystems第一章引言1.1引言1.2數(shù)據(jù)庫的基本概念1.3數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)1.4

常用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)簡介1.5小結(jié)AnIntroductiontoDatabaseSystems1.地位數(shù)據(jù)庫技術(shù)是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，也是應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。已成為計算機(jī)信息系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)。2.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的發(fā)展發(fā)展：70年代：層次（IMS）、網(wǎng)狀（DBTG）數(shù)據(jù)庫80年代：關(guān)系數(shù)據(jù)庫90年的：新型數(shù)據(jù)庫3.和各個領(lǐng)域融合管理信息系統(tǒng)(MIS)、辦公自動化(OA)、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)知識庫系統(tǒng)4.數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)是把人們所關(guān)心的各種類型的數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)中，經(jīng)過加工、處理和累積，使這些數(shù)據(jù)變成有用的信息。因此，如何管理和充分地利用這些數(shù)據(jù)，如何有效地描述和處理這些數(shù)據(jù)，便成為計算機(jī)研究領(lǐng)域的一個十分重要的課題。AnIntroductiontoDatabaseSystems第一章引言1.1引言1.2數(shù)據(jù)庫的基本概念1.3數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)1.4

常用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)簡介1.5小結(jié)AnIntroductiontoDatabaseSystems1.2.1數(shù)據(jù)、信息及其管理

數(shù)據(jù)（Data）與信息數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫(Database)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)AnIntroductiontoDatabaseSystems一、數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)(Data)是指能夠被輸入到計算機(jī)存儲和處理的各種數(shù)字、文字、表格、圖形、圖像、聲音等，這些數(shù)據(jù)具有不同的類型。信息：信息實際上是指經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)，是加工了的數(shù)據(jù)。二、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)處理是指對各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的一系列活動的總和。目的：了對大量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，從而得到我們所需要的有價值的數(shù)據(jù)，以作為行動和決策的依據(jù)。中心問題：數(shù)據(jù)處理的中心問題是數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理指的是對數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)。三、Data、DBMS、DBS數(shù)據(jù)庫是一種內(nèi)部聯(lián)系密切、冗余度小、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、獨(dú)立性高、并可供有關(guān)用戶共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS)實際上是一個用來管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成，一般是由相關(guān)的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(及其開發(fā)工具)、應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫管理人員及用戶組成。

AnIntroductiontoDatabaseSystems1.2.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(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)AnIntroductiontoDatabaseSystems一、人工管理階段時期20世紀(jì)40年代中--50年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計算 硬件水平 無直接存取存儲設(shè)備軟件水平 沒有操作系統(tǒng) 處理方式 批處理 主要是指50年代中期以前的這段時間，此時的計算機(jī)還很簡陋，連完整的操作系統(tǒng)都沒有。因此，數(shù)據(jù)只能放在卡片上或其他介質(zhì)上，由人來手工管理。

AnIntroductiontoDatabaseSystems二、文件系統(tǒng)階段時期20世紀(jì)50年代末--60年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計算、管理 硬件水平 磁盤、磁鼓 軟件水平 有文件系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實時處理、批處理

主要是指50年代后期到60年代中期的這段時間，此時的計算機(jī)已經(jīng)有了操作系統(tǒng)。在操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上建立的文件系統(tǒng)已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用。因此，人們自然想到用文件把大量的數(shù)據(jù)存儲在磁盤這種介質(zhì)上，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的永久保存和自動管理以及維護(hù)；

AnIntroductiontoDatabaseSystems三、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)

處理方式 聯(lián)機(jī)實時處理,分布處理,批處理 主要是指60年代后期以后，由于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的誕生，通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理大量的數(shù)據(jù)，不僅解決了數(shù)據(jù)的永久保存，而且真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的方便查詢和一致性維護(hù)問題，并且能嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)的安全。大型系統(tǒng)有"全國民航售票系統(tǒng)"、"銀行前臺業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)"、"各種服務(wù)行業(yè)的客戶管理系統(tǒng)"等。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其特點(diǎn)，可分為三代

總之，從初期的層次、網(wǎng)狀、關(guān)系數(shù)據(jù)庫發(fā)展到中期的分布式數(shù)據(jù)庫、圖形圖象、聲音及人工智能數(shù)據(jù)庫，直到近期的知識庫、素材庫、專家?guī)臁⒍嗝襟w數(shù)據(jù)庫等。形成了比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使得數(shù)據(jù)在物理上和邏輯上都有了獨(dú)立性，數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序都有了很大的可擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)能面向所有對于它的應(yīng)用，有效地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享和解決了數(shù)據(jù)冗余問題。AnIntroductiontoDatabaseSystems1.2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化強(qiáng)數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制AnIntroductiontoDatabaseSystems一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一整體結(jié)構(gòu)化不再僅僅針對某一個應(yīng)用，而是面向全組織不僅數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)化，整體是結(jié)構(gòu)化的，數(shù)據(jù)之間具有聯(lián)系數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的真正結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)模型描述，無需程序定義和解釋數(shù)據(jù)可以變長數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項AnIntroductiontoDatabaseSystems二、數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，可以被多個用戶、多個應(yīng)用共享使用。數(shù)據(jù)共享的好處減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲空間避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性使系統(tǒng)易于擴(kuò)充AnIntroductiontoDatabaseSystems三、數(shù)據(jù)獨(dú)立性高物理獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，應(yīng)用程序不用改變。物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性是指修改數(shù)據(jù)庫的物理模式而不必重寫應(yīng)用程序的能力。這是因為，為了提高系統(tǒng)的性能，偶爾會在數(shù)據(jù)庫的物理層做一些修改；

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)是相互獨(dú)立的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性是指修改數(shù)據(jù)庫的邏輯模式而不必重寫應(yīng)用程序的能力。

數(shù)據(jù)和程序之間的獨(dú)立性，使得人們可以把數(shù)據(jù)的定義和描述從應(yīng)用程序中分離出去。此外，數(shù)據(jù)的存取又有DBMS管理，用戶不必考慮存取路徑等細(xì)節(jié)，從而簡化了應(yīng)用程序的編制，大大減少了應(yīng)用程序的維護(hù)和修改。數(shù)據(jù)獨(dú)立性是由DBMS的二級映像功能來保證的。AnIntroductiontoDatabaseSystems四、數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制DBMS提供的數(shù)據(jù)控制功能(1)數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)保護(hù)數(shù)據(jù)，以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。(2)數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。(3)并發(fā)（Concurrency）控制對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯誤的結(jié)果。(4)數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。綜上所述，我們可以說數(shù)據(jù)庫是個通用化的綜合性的數(shù)據(jù)集合，它可以供各種用戶共享，且具有最小的冗余度和較高的數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)立性。DBMS在數(shù)據(jù)庫建立、運(yùn)用和維護(hù)時對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一控制和有效管理，以保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性，并可在多用戶同時使用數(shù)據(jù)庫時進(jìn)行并發(fā)控制，在發(fā)生故障后對系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)。1.2.4數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究領(lǐng)域(1)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件的研究DBMS的研究包括研制DBMS本身以及DBMS為核心的一組相互聯(lián)系的軟件系統(tǒng)。包括工具軟件和中間件(2)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的研究數(shù)據(jù)庫設(shè)計的主要任務(wù)是在DBMS的支持下，按照應(yīng)用的要求，為某一部門組織設(shè)計一個結(jié)構(gòu)合理、使用方便、效率較高的數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)。(3)數(shù)據(jù)庫理論的研究數(shù)據(jù)庫理論的研究主要集中于關(guān)系的規(guī)范化理論、關(guān)系數(shù)據(jù)理論等。AnIntroductiontoDatabaseSystems第一章引言1.1引言1.2數(shù)據(jù)庫的基本概念1.3數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)1.4

常用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)簡介1.5小結(jié)1.3.1數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看(即數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu))，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常分為單用戶結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)。1.3.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了有效地組織、管理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)庫的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性，美國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ANSI的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)研究小組于1978年提出了標(biāo)準(zhǔn)化的建議，將數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)分為3級：面向用戶或應(yīng)用程序員的用戶級、面向建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫人員的概念級、面向系統(tǒng)程序員的物理級。用戶級對應(yīng)外模式，概念級對應(yīng)模式，物理級對應(yīng)內(nèi)模式，使不同級別的用戶對數(shù)據(jù)庫形成不同的視圖。圖1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的三級模式

AnIntroductiontoDatabaseSystems一、模式（Schema）模式（也稱邏輯模式）模式又稱概念模式或邏輯模式，對應(yīng)于概念級。它是由數(shù)據(jù)庫設(shè)計者綜合所有用戶的數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的觀點(diǎn)構(gòu)造的全局邏輯結(jié)構(gòu)，是對數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的總體描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖(全局視圖)。模式由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)模式描述語言(DataDescriptionLanguage，DDL)來描述、定義的，體現(xiàn)、反映了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的整體觀。模式(續(xù))注意以下幾點(diǎn)：①一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式；②是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)在邏輯級上的視圖；③數(shù)據(jù)庫模式以某一種數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)；④定義模式時不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)(如數(shù)據(jù)記錄由哪些數(shù)據(jù)項構(gòu)成，數(shù)據(jù)項的名字、類型、取值范圍等)，而且要定義與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求，定義這些數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。AnIntroductiontoDatabaseSystems二、外模式（ExternalSchema）外模式（也稱子模式或用戶模式）外模式又稱子模式，對應(yīng)于用戶級。它是某個或某幾個用戶所看到的數(shù)據(jù)庫的數(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。

AnIntroductiontoDatabaseSystems外模式（續(xù)）注意：①一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式；②外模式就是用戶視圖；③外模式是保證數(shù)據(jù)安全性的一個有力措施。AnIntroductiontoDatabaseSystems三、內(nèi)模式（InternalSchema）內(nèi)模式（也稱存儲模式）內(nèi)模式也稱存儲模式，對應(yīng)于物理級。它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式注意①一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式；②一個表可能由多個文件組成，如：數(shù)據(jù)文件、索引文件。AnIntroductiontoDatabaseSystems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AnIntroductiontoDatabaseSystems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1.29（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1.29（c）所示

圖1.29記錄不同的存儲方式示意圖1.3.3三級模式間的映射數(shù)據(jù)庫的三級模式是對數(shù)據(jù)的三級抽象，由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來實現(xiàn)，使用戶能夠邏輯地處理數(shù)據(jù)，而不必考慮數(shù)據(jù)的實際表示與存儲方法。

為了實現(xiàn)三個抽象層次的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在三級模式中提供了兩次映射，即外模式到模式的映射和模式到內(nèi)模式的映射，用以描述不同模式間存在的對應(yīng)關(guān)系。外模式/模式映像外模式/模式映像定義了數(shù)據(jù)庫中不同用戶的外模式與數(shù)據(jù)庫邏輯模式之間的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)庫模式發(fā)生變化時，例如關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中增加新的關(guān)系、改變關(guān)系的屬性數(shù)據(jù)類型等，可以調(diào)整外模式/模式間的映像關(guān)系，保證面向用戶的各個外模式不變。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)與應(yīng)用程序的邏輯獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。模式/內(nèi)模式映像模式/內(nèi)模式映像定義了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的物理存儲組織結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)物理存儲結(jié)構(gòu)改變時，即內(nèi)模式發(fā)生變化，例如定義和選用了另一種存儲結(jié)構(gòu)，可以調(diào)整模式/內(nèi)模式映像關(guān)系，保持?jǐn)?shù)據(jù)庫模式不變，從而使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外模式和各個應(yīng)用程序不必隨之改變。這樣就保證了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序間的物理獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫的三層模式結(jié)構(gòu)的好處綜上所述，數(shù)據(jù)庫的三層模式結(jié)構(gòu)的好處在于：

(1)保證了數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：概念模式和內(nèi)模式分開，保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性，把外模式和概念模式分開，保證數(shù)據(jù)邏輯的獨(dú)立性

(2)簡化用戶接口：用戶不需要了解數(shù)據(jù)庫實際存儲情況，也不需要對數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)了解，只要按照外模式編寫應(yīng)用程序就可以訪問數(shù)據(jù)庫。

(3)有利于數(shù)據(jù)共享：所有用戶使用統(tǒng)一概念模式導(dǎo)出的不同外模式，減少數(shù)據(jù)冗余，有利于多種應(yīng)用程序間共享數(shù)據(jù)。

1.4常用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)簡介Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫Sybase關(guān)系數(shù)據(jù)庫

MicrosoftSQLServer數(shù)據(jù)庫1.4.1Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle公司成立于1977年，是一家著名的專門從事研究、生產(chǎn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的專業(yè)廠家。1979年研制出Oracle第1版是世界上首批商用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一。Oracle當(dāng)時就采用SQL語言作為數(shù)據(jù)庫語言。1.4.2Sybase關(guān)系數(shù)據(jù)庫Sybase公司成立于1984年11月，是數(shù)據(jù)庫軟件廠商的后起之秀。它研制出了支持企業(yè)范圍的“客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)”的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。