數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述補(bǔ)充知識(shí)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述補(bǔ)充知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論-緒論1第1頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述一、基本概念1、數(shù)據(jù)(Data):描述事物的符號(hào)記錄稱為數(shù)據(jù)。

（王彤，9098135，女，1980，江蘇，計(jì)算機(jī)系，1998）2、數(shù)據(jù)庫(kù)(DataBase)：這個(gè)詞起源于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)美國(guó)為了戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，把各種情報(bào)集中在一起，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里，成為InformationBase或DataBase。指長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。第2頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)：是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。主要功能：（1）數(shù)據(jù)定義功能(DDL—數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言)（2）數(shù)據(jù)操縱功能(DML—數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言)（3）數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理（4）數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能第3頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述—基本概念4、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBS)：指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員和用戶構(gòu)成。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)圖應(yīng)用系統(tǒng)用戶用戶應(yīng)用開發(fā)工具數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員第4頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1、人工管理階段2、文件管理階段3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段第5頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)庫(kù)階段數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS第6頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)數(shù)據(jù)模型定義:是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。分類：據(jù)模型應(yīng)用的不同目的，模型分為兩類：概念模型和數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足的條件：能比較真實(shí)的模擬現(xiàn)實(shí)世界容易為人所理解便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)第7頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六邏輯數(shù)據(jù)和物理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的描述形式物理描述是指數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)方式，物理數(shù)據(jù)是實(shí)際存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)物理聯(lián)系，物理結(jié)構(gòu)、物理文件、物理記錄等術(shù)語(yǔ)，都是描述物理數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)邏輯描述是指程序員或用戶用來(lái)操作的數(shù)據(jù)形式，是抽象的概念邏輯聯(lián)系、邏輯結(jié)構(gòu)、邏輯文件、邏輯記錄等術(shù)語(yǔ)，都是用戶觀點(diǎn)的數(shù)據(jù)描述第8頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六邏輯數(shù)據(jù)和物理數(shù)據(jù)邏輯數(shù)據(jù)與物理數(shù)據(jù)之間的關(guān)系用戶看到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)可能完全不同應(yīng)用數(shù)據(jù)管理軟件把邏輯數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理數(shù)據(jù)，或把物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成邏輯數(shù)據(jù)第9頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六概念模型、數(shù)據(jù)模型概念模型：也稱信息模型，是按用戶的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模，是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的第一層抽象，是用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員交流的語(yǔ)言，主要用于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)模型：是按計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模，是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。主要包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ?。主要用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。第10頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一、概念模型的基本概念概念模型：是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的中間層次。信息世界中的基本概念：實(shí)體(Entity)：客觀存在并相互區(qū)別的事物。屬性(Attribute)：實(shí)體所具有的某一特征。碼(Key)：唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集。域(Domain)：屬性的取值范圍為該屬性的域。實(shí)體型(EntityType)：用實(shí)體名及其屬性名集合來(lái)抽象和刻畫同類實(shí)體，稱為實(shí)體型。實(shí)體集(EntitySet)：同型實(shí)體的集合。聯(lián)系(Relationship)第11頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、概念模型的表示方法(1)概念模型的表示方法:最著名的方法是1976年由P.P.Chen提出的實(shí)體-聯(lián)系方法(E-R方法)。實(shí)體型：用矩形表示，框內(nèi)寫明實(shí)體名。屬性：用橢圓表示，并用無(wú)向邊和相應(yīng)實(shí)體相連。例:聯(lián)系：用菱形表示，框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無(wú)向邊和有關(guān)實(shí)體相連，邊旁標(biāo)明聯(lián)系的類型。例:學(xué)號(hào)學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)生課程第12頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六概念模型的表示方法(2)兩個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系類型：一對(duì)一：如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然。一對(duì)多：如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體(n≥0)與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有1個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系。多對(duì)多：如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體(n≥0)與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體(m≥0)與之聯(lián)系。第13頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六E1E2乘客座位實(shí)體集E1實(shí)體集E2圖1.8一對(duì)一聯(lián)系

實(shí)體間的聯(lián)系一對(duì)一聯(lián)系第14頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六實(shí)體間的聯(lián)系一對(duì)多聯(lián)系E1E2工人車間實(shí)體集E1實(shí)體集E2圖1.9一對(duì)多聯(lián)系第15頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

實(shí)體間的聯(lián)系多對(duì)多聯(lián)系E1E2課程學(xué)生實(shí)體集E1實(shí)體集E2圖1.10多對(duì)多聯(lián)系第16頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六概念模型的表示方法(3)兩個(gè)實(shí)體型之間聯(lián)系的表示方法

11m

1nn

1:11:nm:n班級(jí)任職班長(zhǎng)班級(jí)學(xué)生包括學(xué)生課程選修第17頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六概念模型的表示方法(4)兩個(gè)以上實(shí)體型之間也存在著一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多聯(lián)系。表示方法：

1mmnnp供應(yīng)商零件供應(yīng)項(xiàng)目課程講授教師參考書第18頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六概念模型的表示方法(5)同一實(shí)體集內(nèi)的各實(shí)體之間也可存在一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的聯(lián)系。表示方法：

1n11職工領(lǐng)導(dǎo)職工婚姻第19頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六概念模型的表示方法(6)倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)庫(kù)號(hào)面積電話號(hào)零件零件號(hào)名稱規(guī)格單價(jià)描述供應(yīng)商供應(yīng)商號(hào)姓名地址電話號(hào)碼賬號(hào)職工號(hào)職工姓名年齡職稱項(xiàng)目項(xiàng)目號(hào)預(yù)算開工日期第20頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六概念模型的表示方法(7)實(shí)體及其聯(lián)系圖1n

mm1nnpn供應(yīng)商項(xiàng)目供應(yīng)量供應(yīng)庫(kù)存量零件倉(cāng)庫(kù)存放職工工作領(lǐng)導(dǎo)第21頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六概念模型的表示方法(8)完整E-R圖

1nmm1nnpn職工號(hào)姓名年齡職稱供應(yīng)商項(xiàng)目零件倉(cāng)庫(kù)職工供應(yīng)量庫(kù)存量供應(yīng)存放工作領(lǐng)導(dǎo)倉(cāng)庫(kù)號(hào)面積電話號(hào)零件號(hào)名稱規(guī)格單價(jià)描述項(xiàng)目號(hào)預(yù)算開工日期供應(yīng)商號(hào)姓名地址電話號(hào)碼賬號(hào)第22頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三、數(shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是所研究的對(duì)象類型的集合。是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。數(shù)據(jù)操作：是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象（型）的實(shí)例（值）允許執(zhí)行的操作的集合。是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述。數(shù)據(jù)的約束條件：是一組完整性規(guī)則的集合。第23頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六舉例（學(xué)校系的教課模型）系

教研室

課程教師數(shù)據(jù)模型系教研室課程教師數(shù)據(jù)模型的一個(gè)值系號(hào)系名系主任名室號(hào)室名室主任名課程號(hào)課程名學(xué)時(shí)數(shù)任課教師姓名年齡職稱辦公室研究方向3計(jì)算機(jī)張強(qiáng)301結(jié)構(gòu)王明302應(yīng)用李紅303軟件劉偉C001網(wǎng)絡(luò)36趙輝C002通信原理54李紅C003數(shù)據(jù)庫(kù)52王巖張英30講師303網(wǎng)絡(luò)周華44教授303密碼第24頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六四、最常用的數(shù)據(jù)模型層次摸型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型第25頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義：滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型。（一對(duì)多聯(lián)系）有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，稱為根結(jié)點(diǎn)。根以外的其他結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。在層次模型中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型，記錄之間的聯(lián)系用結(jié)點(diǎn)之間的連線(有向邊)表示。第26頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六多對(duì)多聯(lián)系在層次模型中的表示冗余結(jié)點(diǎn)法：兩個(gè)實(shí)體的多對(duì)多聯(lián)系通過(guò)增設(shè)兩個(gè)冗余結(jié)點(diǎn)將其轉(zhuǎn)換成兩個(gè)一對(duì)多聯(lián)系。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)清晰，允許結(jié)點(diǎn)改變存儲(chǔ)位置。缺點(diǎn)是需要額外占用存儲(chǔ)空間，有潛在的不一致性m11nmmS-C學(xué)號(hào)姓名成績(jī)課程號(hào)課程名課程號(hào)課程名學(xué)號(hào)姓名成績(jī)學(xué)號(hào)姓名成績(jī)課程號(hào)課程名第27頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六多對(duì)多聯(lián)系在層次模型中的表示虛擬結(jié)點(diǎn)法：將冗余結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為虛擬結(jié)點(diǎn)，虛擬結(jié)點(diǎn)是一個(gè)指引元，指向所替代的結(jié)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是減少對(duì)存儲(chǔ)空間的浪費(fèi),避免產(chǎn)生潛在的不一致性。缺點(diǎn)是結(jié)點(diǎn)改變存儲(chǔ)位置可能引起虛擬結(jié)點(diǎn)中指針的修改。課程號(hào)課程名學(xué)號(hào)姓名成績(jī)v.sv.c第28頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束進(jìn)行插入操作時(shí)，沒有相應(yīng)的雙親結(jié)點(diǎn)值就不能插入子女結(jié)點(diǎn)的值。進(jìn)行刪除操作時(shí)，如刪除雙親結(jié)點(diǎn)值，則相應(yīng)的子女結(jié)點(diǎn)值也被同時(shí)刪除。進(jìn)行修改操作時(shí)，應(yīng)修改所有相應(yīng)記錄。第29頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六層次模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)鄰接法：按照層次樹前序穿越的順序把所有記錄值依次鄰接的存放，通過(guò)物理空間的位置來(lái)體現(xiàn)層次關(guān)系。鏈接法：用指引元來(lái)反映數(shù)據(jù)之間的層次關(guān)系。孩子—兄弟鏈接法層次序列鏈接法第30頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六層次模型的特點(diǎn)層次模型的優(yōu)點(diǎn)：層次數(shù)據(jù)模型本身比較簡(jiǎn)單。對(duì)實(shí)體間的聯(lián)系固定。提供了良好的完整性支持。層次模型的缺點(diǎn)：只能表示1：N的聯(lián)系。對(duì)插入和刪除操作的限制較多。查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過(guò)雙親結(jié)點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，層次命令趨于程序化。第31頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀模型：典型代表DBTG系統(tǒng)。滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系集合稱為網(wǎng)狀模型：允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無(wú)雙親；一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以由多于一個(gè)的雙親。使維S-SCC-SC用護(hù)工人設(shè)備學(xué)號(hào)姓名系別課程號(hào)課程名分?jǐn)?shù)學(xué)號(hào)課程號(hào)成績(jī)第32頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Ｒ1

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L1L2

R1

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第33頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）學(xué)生宿舍學(xué)生教研室系教師第34頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）父母人子女樹種植砍伐養(yǎng)育贍養(yǎng)第35頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六網(wǎng)狀模型的操縱、完整性、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束支持記錄碼的概念保證一個(gè)聯(lián)系中雙親記錄和子女記錄之間是一對(duì)多的聯(lián)系可以支持雙親記錄和子女記錄之間的某些約束條件網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu):鏈接法第36頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）多對(duì)多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示用網(wǎng)狀模型間接表示多對(duì)多聯(lián)系方法將多對(duì)多聯(lián)系直接分解成一對(duì)多聯(lián)系第37頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)：能夠更為直接的描述現(xiàn)實(shí)世界具有良好的性能，存取效率較高網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。不利于最終用戶使用其DDL、DML語(yǔ)言復(fù)雜，用戶不宜使用第38頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六層次模型和網(wǎng)狀模型的區(qū)別網(wǎng)狀模型中子女結(jié)點(diǎn)與雙親結(jié)點(diǎn)的聯(lián)系不唯一，因此需要為每個(gè)聯(lián)系命名。網(wǎng)狀模型允許復(fù)合鏈，即兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間有兩種以上的聯(lián)系。第39頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)DBTG系統(tǒng)，亦稱CODASYL系統(tǒng)由DBTG提出的一個(gè)系統(tǒng)方案奠定了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念、方法和技術(shù)70年代推出實(shí)際系統(tǒng)CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE第40頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型：1970年IBM研究員E.F,Codd提出.是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上的。在用戶觀點(diǎn)下，其邏輯結(jié)構(gòu)為一張二維表。學(xué)號(hào)姓名年齡性別系名年級(jí)95004王小明19男社科系9595006張大鵬20男計(jì)算機(jī)9595008李小宇18女管理系95………………第41頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的基本概念關(guān)系(Relation)：一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)一張二維表元組(Tuple)：二維表中的一行屬性(Attribute)：二維表中的一列主碼(Key)：能夠唯一標(biāo)識(shí)元組的屬性組域(Domain)：屬性的取值范圍分量：元組中的一個(gè)屬性值關(guān)系模式：關(guān)系名(屬性1，屬性2，…，屬性n)注：關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)第42頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）例學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對(duì)多聯(lián)系：

學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系號(hào)，年級(jí)）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）第43頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）關(guān)系必須是規(guī)范化的，滿足一定的規(guī)范條件最基本的規(guī)范條件：關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。第44頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六關(guān)系模型的操縱、完整性、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束操作主要包括查詢、插入刪除和修改數(shù)據(jù)。完整性約束條件包括實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義完整性。關(guān)系模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都用表來(lái)表示。表以文件形式存儲(chǔ)。第45頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱查詢、插入、刪除、更新數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對(duì)象和操作結(jié)果都是關(guān)系，即若干元組的集合存取路徑對(duì)用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么”，不必詳細(xì)說(shuō)明“怎么干”第46頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六關(guān)系模型的特點(diǎn)關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)：關(guān)系模型是建立在嚴(yán)格數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上的；關(guān)系模型的概念單一；關(guān)系模型的存取路徑對(duì)用戶透明，具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和安全保密性，簡(jiǎn)化了工作。關(guān)系模型的缺點(diǎn)：查詢效率不如非關(guān)系模型，必須進(jìn)行優(yōu)化。第47頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的共享性高,冗余度低,易擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)的安全性(Security)保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性(Integrity)檢查并發(fā)控制(Concurrency)數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)(Recovery)第48頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式的概念型：指對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說(shuō)明。值：型的一個(gè)具體賦值模式(Schema):是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述,僅涉及到型。實(shí)例(Instance)：模式的一個(gè)具體值。模式反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系，實(shí)例反映的是數(shù)據(jù)庫(kù)某一時(shí)刻的狀態(tài)。第49頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)它是數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS去做用戶只要抽象的處理數(shù)據(jù)不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示和存儲(chǔ)減輕了用戶使用系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)DBMS在這三級(jí)結(jié)構(gòu)之間提供了兩個(gè)層次的映象外模式/模式模式/內(nèi)模式第50頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)模式模式外模式B外模式A主語(yǔ)言+DDL模式/內(nèi)模式映象主語(yǔ)言+DDL主語(yǔ)言+DDL主語(yǔ)言+DDL主語(yǔ)言+DDL外模式/模式映象A外模式/模式映象B由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMSOS圖1.23數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)第51頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

外模式/模式映像內(nèi)模式/模式映像應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用E外模式1外模式2外模式3模式內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用D第52頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)(1)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)：指數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由外模式、模式和內(nèi)模式三級(jí)構(gòu)成。模式：也稱邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式。外模式：也稱子模式或用戶模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫(kù)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。第53頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)模式：也稱存儲(chǔ)模式，是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的表示方式。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)內(nèi)模式。第54頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

外模式/模式映像：定義某一個(gè)外模式和模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這些映象通常包含在各自的外模式中。當(dāng)模式改變時(shí)，外模式/模式映象要作相應(yīng)的改變，以保證外模式保持不變，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性。映象的定義通常包含在各自的外模式中。第55頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六模式/內(nèi)模式映像：是唯一的，定義數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如說(shuō)明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的。當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了，模式/內(nèi)模式映象也要作相應(yīng)的變化，保持模式不變。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性。。第56頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)(3)模式獨(dú)立與數(shù)據(jù)庫(kù)的其他層次；內(nèi)模式獨(dú)立于外模式，也獨(dú)立于具體的存儲(chǔ)設(shè)備；外模式定義在邏輯模式之上，獨(dú)立于存儲(chǔ)模式和存儲(chǔ)設(shè)備。特定應(yīng)用程序依賴于特定的外模式，與數(shù)據(jù)庫(kù)的模式和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)獨(dú)立。第57頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三、用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的過(guò)程應(yīng)用程序A對(duì)應(yīng)的外模式DBMS數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)OS6模式內(nèi)模式324DB系統(tǒng)緩沖區(qū)應(yīng)用程序A程序工作區(qū)返回狀態(tài)10187運(yùn)行日志9115DB系統(tǒng)緩沖區(qū)由DBMS在程序A運(yùn)行時(shí)為數(shù)據(jù)庫(kù)開辟的，用于數(shù)據(jù)的傳輸和格式的轉(zhuǎn)換圖1.24用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的過(guò)程第58頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的過(guò)程應(yīng)用程序A通過(guò)DBMS讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的全過(guò)程用戶在應(yīng)用程序A中安排一條讀記錄的DML語(yǔ)句該語(yǔ)句給出涉及的外模式中記錄類型名及鍵值執(zhí)行該語(yǔ)句時(shí)，立即啟動(dòng)DBMS，并把讀記錄的命令傳給DBMSDBMS檢查讀操作的合法性對(duì)讀命令加以分析從DD中調(diào)出與程序A對(duì)應(yīng)的外模式檢查該操作是否合法，決定是否執(zhí)行讀命令第59頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的過(guò)程決定執(zhí)行A的命令，DBMS對(duì)概念模式操作調(diào)出相應(yīng)的概念模式執(zhí)行外模式/模式映象功能把外模式的外部記錄格式映象成概念模式的概念記錄格式?jīng)Q定概念模式應(yīng)讀哪些記錄DBMS對(duì)內(nèi)模式操作調(diào)出相應(yīng)的內(nèi)模式執(zhí)行模式/內(nèi)模式的映象功能，把概念記錄格式映象成內(nèi)模式的內(nèi)部記錄格式確定應(yīng)讀入哪些物理記錄以及相應(yīng)的地址信息第60頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的過(guò)程DBMS向操作系統(tǒng)OS發(fā)出從指定地址讀取物理記錄的命令OS執(zhí)行讀命令按指定地址從數(shù)據(jù)庫(kù)中把記錄讀入OS的系統(tǒng)緩沖區(qū)隨即讀入數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)緩沖區(qū)并在操作結(jié)束后向DBMS作出回答DBMS收到OS讀操作結(jié)束的回答后，將讀入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成概念模式記錄、外部記錄第61頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的過(guò)程DBMS把導(dǎo)出的外部記錄從系統(tǒng)緩沖區(qū)送到應(yīng)用程序A的變量中DBMS向運(yùn)行日志數(shù)據(jù)庫(kù)寫入讀一條記錄的信息，以備以后查閱數(shù)據(jù)庫(kù)的使用情況DBMS將讀記錄操作的成功與否信息返回給應(yīng)用程序A第62頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)DBS的全局結(jié)構(gòu)DBS必須在操作系統(tǒng)OS基礎(chǔ)上工作DBS的某些功能是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的OS提供的，OS提供了DBS的最基本的服務(wù)第63頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六索引數(shù)據(jù)文件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)字典事務(wù)管理器應(yīng)用程序目標(biāo)代碼嵌入式DML預(yù)編譯器DML編譯器DDL編譯器查詢運(yùn)行核心程序應(yīng)用界面應(yīng)用程序查詢數(shù)據(jù)庫(kù)模式初級(jí)用戶應(yīng)用程序員專業(yè)用戶DBA數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)查詢處理器存儲(chǔ)管理器用戶緩沖區(qū)管理器文件管理器磁盤存儲(chǔ)器授權(quán)和完整性管理器圖DBS全局結(jié)構(gòu)第64頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

一、DBS的全局結(jié)構(gòu)DBS全局結(jié)構(gòu)（上圖）數(shù)據(jù)庫(kù)用戶DBADBA是控制整個(gè)數(shù)據(jù)整體結(jié)構(gòu)的人，負(fù)責(zé)三級(jí)結(jié)構(gòu)的建立和修改DBA和DBMS的界面是數(shù)據(jù)庫(kù)模式專業(yè)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中的上層人士，如系統(tǒng)分析員專業(yè)用戶和DBMS的界面是數(shù)據(jù)庫(kù)查詢應(yīng)用程序員是使用宿主語(yǔ)言和DML語(yǔ)言編程的應(yīng)用程序員他們和DBMS的界面是應(yīng)用程序第65頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DBS的全局結(jié)構(gòu)初級(jí)用戶使用應(yīng)用程序的非計(jì)算機(jī)人員初級(jí)用戶和DBMS的界面是應(yīng)用程序的運(yùn)行界面DBMS查詢處理器DML編譯器優(yōu)化DML語(yǔ)句，并轉(zhuǎn)換為“查詢運(yùn)行核心程序”能執(zhí)行的低層指令嵌入型DML預(yù)編譯器把嵌入在宿主語(yǔ)言中的DML語(yǔ)句預(yù)處理成規(guī)范的過(guò)程調(diào)用形式第66頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DBS的全局結(jié)構(gòu)DDL編譯器編譯或解釋DDL語(yǔ)句，并置入數(shù)據(jù)字典DD中查詢運(yùn)行核心程序執(zhí)行由DML編譯器產(chǎn)生的低層指令DBMS存儲(chǔ)管理器它提供存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的低層數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序、查詢之間的界面授權(quán)和完整性管理器測(cè)試應(yīng)用程序是否滿足完整性約束檢查用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)是否合法第67頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DBS的全局結(jié)構(gòu)事務(wù)管理器事務(wù)—DBS的邏輯工作單位，由對(duì)DB的操作序列組成用于確保一致性狀態(tài)保證事務(wù)的正確執(zhí)行文件管理器負(fù)責(zé)磁盤空間的合理分配管理物理文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方式緩沖區(qū)管理器為應(yīng)用程序開辟數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)緩沖區(qū)負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)通過(guò)緩沖區(qū)送入內(nèi)存確定進(jìn)入高速緩沖存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)第68頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DBS的全局結(jié)構(gòu)磁盤存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)文件用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)字典DD存儲(chǔ)三級(jí)結(jié)構(gòu)的描述索引是為了提高查詢速度而設(shè)置的邏輯排序手段統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)運(yùn)行時(shí)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)第69頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、DBS結(jié)構(gòu)分類集中式DBS定義運(yùn)行在單個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，并與其它計(jì)算機(jī)沒有聯(lián)系的DBS稱為集中式DBS特點(diǎn)只有一臺(tái)計(jì)算機(jī)有若干臺(tái)設(shè)備控制器控制著磁盤、打印機(jī)和磁帶等設(shè)備計(jì)算機(jī)和設(shè)備控制器通過(guò)系統(tǒng)總線與共享的內(nèi)存相連計(jì)算機(jī)和設(shè)備控制器能夠并發(fā)執(zhí)行第70頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DBS結(jié)構(gòu)分類CPU磁盤控制器打印機(jī)控制器磁帶機(jī)控制器磁盤打印機(jī)磁帶機(jī)內(nèi)存控制器內(nèi)存系統(tǒng)總線圖1.26集中式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第71頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DBS結(jié)構(gòu)分類客戶機(jī)/服務(wù)器DBS（C/SDBS）把DBMS功能和應(yīng)用分開網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)（些）結(jié)點(diǎn)上的計(jì)算機(jī)專門用于執(zhí)行DBMS功能，稱為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，簡(jiǎn)稱服務(wù)器其他結(jié)點(diǎn)上的計(jì)算機(jī)安裝DBMS的外圍應(yīng)用開發(fā)工具，用戶的應(yīng)用系統(tǒng)，稱為客戶機(jī)第72頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六功能的分布一些功能放在前端（即客戶機(jī)）上執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)前端處理和用戶界面另一些功能放在后端（即服務(wù)器）上執(zhí)行，完成事務(wù)處理和數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制第73頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DBS結(jié)構(gòu)分類客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)客戶機(jī)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)圖1.27C/S系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)…第74頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DBS結(jié)構(gòu)分類SQL用戶界面格式界面報(bào)表輸出圖形界面SQL核心程序（存取控制、查詢優(yōu)化、并發(fā)控制、恢復(fù)等）界面（SQL+API）圖1.28C/SDBS的前、后端功能后端前端第75頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)客戶端的用戶請(qǐng)求被傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行處理后，只將結(jié)果返回給用戶，從而顯著減少了數(shù)據(jù)傳輸量數(shù)據(jù)庫(kù)更加開放客戶與服務(wù)器一般都能在多種不同的硬件和軟件平臺(tái)上運(yùn)行可以使用不同廠商的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用開發(fā)工具第76頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)“胖客戶”問(wèn)題：系統(tǒng)安裝復(fù)雜，工作量大。應(yīng)用維護(hù)困難，難于保密，造成安全性差。相同的應(yīng)用程序要重復(fù)安裝在每一臺(tái)客戶機(jī)上，從系統(tǒng)總體來(lái)看，大大浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。系統(tǒng)規(guī)模達(dá)到數(shù)百數(shù)千臺(tái)客戶機(jī)，它們的硬件配置、操作系統(tǒng)又常常不同，要為每一個(gè)客戶機(jī)安裝應(yīng)用程序和相應(yīng)的工具模塊，其安裝維護(hù)代價(jià)便不可接受了。第77頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3、瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器結(jié)構(gòu)客戶端：瀏覽器軟件、用戶界面瀏覽器的界面統(tǒng)一，廣大用戶容易掌握大大減少了培訓(xùn)時(shí)間與費(fèi)用。服務(wù)器端分為兩部分：Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等大大減少了系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)代價(jià)能夠支持?jǐn)?shù)萬(wàn)甚至更多的用戶第78頁(yè)，共84頁(yè)，2023年，2月20日，星期六DBS結(jié)構(gòu)分類分布式DBS（distributedDBS）定義用通信網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的場(chǎng)地（或結(jié)點(diǎn)）的集合每一個(gè)場(chǎng)地可以擁有集中式DBS特點(diǎn)其數(shù)據(jù)具有“分布性”數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在不同場(chǎng)地，而不是在同一場(chǎng)地其數(shù)據(jù)具有“邏輯整體性”雖然數(shù)據(jù)分布在各個(gè)場(chǎng)地，但是在邏輯上是一個(gè)整體，用戶使用起來(lái)如同一個(gè)集中式