《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用》課件-第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用第1章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述本章導(dǎo)讀： 在當(dāng)今信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的80%以上都是數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)管理，而數(shù)據(jù)庫技術(shù)是數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，其主要研究如何科學(xué)地組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，高效地使用和管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫是現(xiàn)代信息社會(huì)的基石，幾乎所有的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件都構(gòu)建于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之上，它是科學(xué)研究和決策管理的前提條件和支撐技術(shù)。知識要點(diǎn)：基本概念數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫保護(hù)1.數(shù)據(jù)庫既然如此之重要，那么究竟什么是數(shù)據(jù)庫？

2.需要理解的概念和掌握的知識有哪些？21.1基本概念1.1.1數(shù)據(jù)與信息1.1.2數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理1.1.3數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成31.1.1

數(shù)據(jù)與信息

1．?dāng)?shù)據(jù)：是指能夠被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和識別的物理符號。有多種表現(xiàn)形式，如文本、圖形、聲音、視頻等；數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對象，用型（Type，數(shù)據(jù)類型）和值（Value，數(shù)據(jù)值）來表征，型是指對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明，值是型的一個(gè)具體賦值。舉例如下：記錄型：學(xué)生(學(xué)號char(8),姓名char(6),性別char(2),年齡tinyint,系別varchar(20))記錄值：('090201','李欣','女',23,'管理系')2．信息：是人們對客觀世界的直接描述，用來傳遞的一些有用知識或消息，或者說是經(jīng)過加工處理后用于人們計(jì)劃、決策、行為等具體應(yīng)用的數(shù)據(jù)。3．比較：數(shù)據(jù)是信息的載體或符號表示，是信息的具體表現(xiàn)形式；信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對數(shù)據(jù)語義的解釋。數(shù)據(jù)彼此相互獨(dú)立，是尚未組織起來的符號集合；信息是按要求以一定格式組織起來的數(shù)據(jù)。同一數(shù)據(jù)可有不同的信息解釋含義，而同一信息也可有不同的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式。

41.1基本概念1.1.1數(shù)據(jù)與信息1.1.2數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理1.1.3數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成51.1.2數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理

1．?dāng)?shù)據(jù)處理：就是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過程，包括對數(shù)據(jù)的收集、加工、分類、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、檢索和傳輸?shù)纫幌盗谢顒?dòng)的總稱。其目的是從原始的或雜亂無章的數(shù)據(jù)出發(fā)，根據(jù)事物之間固有的聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，采用分析、推理、歸納等手段，推導(dǎo)出對人們有用的數(shù)據(jù)或信息作為決策的依據(jù)。或者說，數(shù)據(jù)是輸入，是原料，而信息是產(chǎn)出，是輸出的結(jié)果。數(shù)據(jù)處理的真正含義是為輸出信息而作的處理過程，如圖1-1所示。2．?dāng)?shù)據(jù)管理：是指對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、存儲(chǔ)、檢索及維護(hù)等各種操作，是數(shù)據(jù)處理的核心環(huán)節(jié)和首要問題。數(shù)據(jù)庫技術(shù)本質(zhì)上就是數(shù)據(jù)管理技術(shù)。數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)處理圖1-161.1基本概念1.1.1數(shù)據(jù)與信息1.1.2數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理1.1.3數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成71.1.3數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展

數(shù)據(jù)管理技術(shù)是應(yīng)數(shù)據(jù)管理需求而產(chǎn)生，并伴隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件發(fā)展而發(fā)展。數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷三個(gè)階段：人工管理階段，文件系統(tǒng)階段，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。1．人工管理階段：20世紀(jì)50年代中期以前，其典型特征包括：數(shù)據(jù)不能被保存；數(shù)據(jù)不能獨(dú)立于應(yīng)用程序，應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)不能被共享，即不同程序不能直接交換數(shù)據(jù)。2．文件系統(tǒng)階段：20世紀(jì)50年代中后期，其典型特征包括：數(shù)據(jù)可長期保存在磁盤上；文件管理數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)共享性差，數(shù)據(jù)冗余度大；數(shù)據(jù)獨(dú)立性差。3．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段：20世紀(jì)60年代中后期開始，其典型特征包括：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，描述數(shù)據(jù)時(shí)不僅要描述數(shù)據(jù)本身還要描述數(shù)據(jù)彼此之間的聯(lián)系；數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理；數(shù)據(jù)的共享性好；數(shù)據(jù)獨(dú)立性好，不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)的變化而影響應(yīng)用程序，即保持物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著數(shù)據(jù)管理技術(shù)進(jìn)入了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因而同樣需要操作系統(tǒng)的支持才能工作。20世紀(jì)70年代，伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。其最大特點(diǎn)：①各地計(jì)算機(jī)通過通信網(wǎng)絡(luò)相連；②數(shù)據(jù)庫分布各地；③本地計(jì)算機(jī)不能單獨(dú)勝任的任務(wù)可以交給其它計(jì)算機(jī)處理。81.1基本概念1.1.1數(shù)據(jù)與信息1.1.2數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理1.1.3數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成91.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（1）

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）是指引入數(shù)據(jù)庫后的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員構(gòu)成。在不引起混淆的情況下，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也簡稱數(shù)據(jù)庫。1．?dāng)?shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫（DB）就是管理數(shù)據(jù)的倉庫，一般是指長期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的相關(guān)數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫能被各種用戶共享、具有冗余度小、數(shù)據(jù)間聯(lián)系密切的特點(diǎn)。2．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是數(shù)據(jù)庫的組織機(jī)構(gòu)，它是一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維護(hù)、控制及保護(hù)和數(shù)據(jù)服務(wù)等，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。3．?dāng)?shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)：是基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，從事某種具體業(yè)務(wù)的用戶實(shí)際面對的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一套在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持下建立起來的應(yīng)用軟件。4．?dāng)?shù)據(jù)庫管理人員：數(shù)據(jù)庫管理人員（DatabaseAdministrator，簡稱DBA），是一個(gè)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、開發(fā)、維護(hù)和使用數(shù)據(jù)庫的人員，這個(gè)職位對不同的人意味著不同的意義。101.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（2）--DBMS功能（1）數(shù)據(jù)定義功能DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionLanguage，DDL），用戶通過它可以方便地對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象進(jìn)行定義。如外模式、模式、內(nèi)模式，數(shù)據(jù)的完整性約束和用戶權(quán)限等。（2）數(shù)據(jù)操縱功能DBMS還提供數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationLanguage，DML），用戶可以使用DML操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的基本操作，如查詢、插入、刪除和修改等。（3）數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和控制功能DBMS的核心工作是對數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理，包括數(shù)據(jù)的安全性控制、完整性控制和多用戶環(huán)境下的并發(fā)控制、權(quán)限控制。（4）數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能它包括數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)功能，數(shù)據(jù)庫的重組功能和性能監(jiān)視、分析功能等，這些功能通常由一些實(shí)用程序完成。（5）數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典存放著對實(shí)際數(shù)據(jù)各級模式的所做的定義，即對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，對數(shù)據(jù)庫的使用和操作都要通過查閱數(shù)據(jù)字典來進(jìn)行。如SQLSever數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，其數(shù)據(jù)字典中存放著用戶建立的表和索引，系統(tǒng)建立的表和索引以及用于恢復(fù)數(shù)據(jù)的信息等。111.2數(shù)據(jù)模型

模型是對現(xiàn)實(shí)世界特征的抽象和模擬，數(shù)據(jù)模型是對數(shù)據(jù)特征的抽象和模擬。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的核心和基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是建立在數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，是對某個(gè)企業(yè)或組織所涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和綜合?，F(xiàn)實(shí)世界的具體事物及其聯(lián)系必須轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識別和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，才能被計(jì)算機(jī)處理。問題：目前，任何一門科學(xué)技術(shù)手段都不可能對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行原樣復(fù)制和管理，只能抽取事物某些局部要素，構(gòu)造反映事物的本質(zhì)特征及其內(nèi)在聯(lián)系，幫助人們理解和表述數(shù)據(jù)處理的靜態(tài)性和動(dòng)態(tài)性特征。那么計(jì)算機(jī)如何將現(xiàn)實(shí)世界映射成能被計(jì)算機(jī)處理和識別的數(shù)據(jù)世界呢？121.2

數(shù)據(jù)模型1.2.1數(shù)據(jù)化過程1.2.2數(shù)據(jù)模型的3要素1.2.3數(shù)據(jù)模型的分類1.2.4E-R模型1.2.53種邏輯模型131.2.1數(shù)據(jù)化過程（1）為了將現(xiàn)實(shí)世界客觀事物及其聯(lián)系以數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，人們對現(xiàn)實(shí)生活中事物特征經(jīng)過認(rèn)識、概念化、數(shù)據(jù)化的逐級抽象過程，這一過程常被劃分三個(gè)階段：現(xiàn)實(shí)世界，信息世界（概念模型），數(shù)據(jù)世界（邏輯模型和物理模型）。也就是說，首先把現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對象抽象為一種概念化信息結(jié)構(gòu)，稱之為概念模型（這種結(jié)構(gòu)不依賴于具體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也不依賴于具體DBMS的數(shù)據(jù)模型），然后把概念模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)某DBMS支持的數(shù)據(jù)模型：邏輯模型（面向用戶的可視視圖邏輯結(jié)構(gòu)）和物理模型（面向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)）。抽象和轉(zhuǎn)換過程如圖1-2所示。141.2.1數(shù)據(jù)化過程（2）數(shù)據(jù)在每一種世界都有其對應(yīng)概念和術(shù)語。1．現(xiàn)實(shí)世界是指客觀存在的事物及其聯(lián)系。在現(xiàn)實(shí)世界中，客觀存在并可以區(qū)分的事物稱為個(gè)體。個(gè)體的總和，稱為總體。個(gè)體與個(gè)體之間相區(qū)別的特征，稱為特性。在現(xiàn)實(shí)世界，事物內(nèi)部和事物之間存在的相關(guān)性，稱之為聯(lián)系。2．信息世界又稱概念世界，是指現(xiàn)實(shí)世界在人腦中的反映，是對客觀事物及其聯(lián)系的一種描述?，F(xiàn)實(shí)世界的個(gè)體被抽象成信息世界的實(shí)體?，F(xiàn)實(shí)世界的特性被抽象成信息世界的屬性，每一屬性的取值范圍，稱為值域。能唯一標(biāo)識一個(gè)實(shí)體的屬性及屬性組，稱為關(guān)鍵字。現(xiàn)實(shí)世界的總體被抽象成信息世界的實(shí)體集，與之對應(yīng)，用實(shí)體名及其屬性名的集合來描述同類實(shí)體的共同特征和性質(zhì)，稱為實(shí)體型。現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系反映到信息世界表現(xiàn)為實(shí)體（型）內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體（型）之間的聯(lián)系。實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系通常是組成實(shí)體的各屬性之間的聯(lián)系；實(shí)體之間的聯(lián)系通常是指不同實(shí)體集之間的聯(lián)系。151.2.1數(shù)據(jù)化過程（3）--聯(lián)系分類實(shí)體集間的聯(lián)系總是錯(cuò)綜復(fù)雜的，但就兩個(gè)實(shí)體的聯(lián)系來說有以下三種：（1）一對一聯(lián)系。如果對于實(shí)體集A中每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)（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，如圖1-3所示。例如：學(xué)生與學(xué)號，圖書與ISBN，國家與總統(tǒng)。（2）一對多聯(lián)系。對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有多個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，反之，對于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱A與B有一對多的聯(lián)系，記為1:n，如圖1-4所示。例如：學(xué)校與學(xué)生、公司與職員、省與市。（3）多對多聯(lián)系。對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有多個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，而對于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有多個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱A與B之間有多對多的聯(lián)系，記為m:n，如圖1-5所示。例如：教師與課程，學(xué)生與課程，學(xué)生與教師考生與志愿院校。圖1-3一對一圖1-4一對多圖1-5多對多161.2.1數(shù)據(jù)化過程（4）3．?dāng)?shù)據(jù)世界將信息世界的實(shí)體及其聯(lián)系進(jìn)一步抽象成便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的二進(jìn)制方式，又稱為存儲(chǔ)世界，或者機(jī)器世界。數(shù)據(jù)世界是信息世界中的信息數(shù)據(jù)化后的產(chǎn)物，信息世界的實(shí)體被抽象成數(shù)據(jù)世界的記錄。信息世界的實(shí)體集被抽象成數(shù)據(jù)世界的文件。信息世界的屬性被抽象成數(shù)據(jù)世界的字段（數(shù)據(jù)項(xiàng)）。信息在現(xiàn)實(shí)世界、信息世界和數(shù)據(jù)世界之間的對應(yīng)關(guān)系，如表1-1所示。表1-1信息的三種世界術(shù)語對應(yīng)表現(xiàn)實(shí)世界信息世界數(shù)據(jù)世界個(gè)體實(shí)例記錄特性屬性數(shù)據(jù)項(xiàng)總體對象或?qū)嶓w型數(shù)據(jù)或文件實(shí)體間的聯(lián)系對象間的聯(lián)系數(shù)據(jù)間的聯(lián)系客觀實(shí)體及聯(lián)系概念模型邏輯或物理模型171.2

數(shù)據(jù)模型1.2.1數(shù)據(jù)化過程1.2.2數(shù)據(jù)模型的3要素1.2.3數(shù)據(jù)模型的分類1.2.4E-R模型1.2.53種邏輯模型181.2.2數(shù)據(jù)模型的3要素（1）一般而言，數(shù)據(jù)的描述包括兩個(gè)方面：一方面是數(shù)據(jù)的靜態(tài)性，包括數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)間的聯(lián)系以及對數(shù)據(jù)的約束；另一方面是數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性，即對數(shù)據(jù)的操縱（數(shù)據(jù)操作及其規(guī)則）。換句話說，數(shù)據(jù)模型是一組嚴(yán)格定義的概念集合，這些概念精確地描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、動(dòng)態(tài)特征（數(shù)據(jù)操縱）和完整性約束條件，這就是數(shù)據(jù)模型的3要素。1．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是實(shí)體對象存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中記錄型的集合，表示數(shù)據(jù)庫的顯示視圖（邏輯結(jié)構(gòu)）和存儲(chǔ)方式（物理結(jié)構(gòu)），即將基本的數(shù)據(jù)項(xiàng)組織成較大的數(shù)據(jù)單位的規(guī)則，用以描述數(shù)據(jù)的類型、內(nèi)容、性質(zhì)和數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系。它是數(shù)據(jù)模型最基本的組成部分，是對系統(tǒng)靜態(tài)特征的描述，包括兩個(gè)方面。數(shù)據(jù)本身：類型、內(nèi)容、性質(zhì)。例如關(guān)系模型中的域、屬性、關(guān)系等。數(shù)據(jù)間的聯(lián)系：數(shù)據(jù)之間是如何相互關(guān)聯(lián)的，例如關(guān)系模型中的主碼、外碼等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。（1）邏輯結(jié)構(gòu)是指用戶看到的和直接操作數(shù)據(jù)的視圖結(jié)構(gòu)。邏輯結(jié)構(gòu)又分為局部邏輯結(jié)構(gòu)（外模式）和全局邏輯結(jié)構(gòu)（概念模式）。應(yīng)用程序直接與數(shù)據(jù)局部邏輯結(jié)構(gòu)有關(guān)。（2）物理結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的物理存儲(chǔ)方式。物理結(jié)構(gòu)獨(dú)立于外模式，用戶或應(yīng)用程序無須關(guān)心；也獨(dú)立于具體的存儲(chǔ)設(shè)備，由DBMS來管理和實(shí)現(xiàn)的。在數(shù)據(jù)庫中，邏輯結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)模型的核心。依據(jù)全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，數(shù)據(jù)模型可以分為層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型，與之對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)分別是層次型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。191.2.2數(shù)據(jù)模型的3要素（2）2．?dāng)?shù)據(jù)操縱

數(shù)據(jù)操縱是指對數(shù)據(jù)模型中各種對象的操作及其操作規(guī)則的集合。在數(shù)據(jù)庫中，主要指查詢和修改（插入、刪除、更新）兩類操作。數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則（如優(yōu)先級）以及實(shí)現(xiàn)操作的語言。數(shù)據(jù)操縱是對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述。3．完整性約束

完整性約束是指對數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系賦予的制約和依存規(guī)則的集合。用來限定數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)狀態(tài)及狀態(tài)變化所應(yīng)滿足的條件，以保證數(shù)據(jù)的正確性、有效性和兼容性。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。在關(guān)系模型中，任何關(guān)系必須滿足是實(shí)體完整性和參照完整性的兩個(gè)條件。此外，數(shù)據(jù)模型還應(yīng)該提供定義完整性約束條件的機(jī)制，以反映具體應(yīng)用涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語義約束條件。201.2

數(shù)據(jù)模型1.2.1數(shù)據(jù)化過程1.2.2數(shù)據(jù)模型的3要素1.2.3數(shù)據(jù)模型的分類1.2.4E-R模型1.2.53種邏輯模型211.2.3數(shù)據(jù)模型的分類（1）數(shù)據(jù)模型是反映客觀事物及其聯(lián)系的組織結(jié)構(gòu)（邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)），是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用于提供信息表示和操作手段的形式框架。在數(shù)據(jù)處理的不同階段，需要使用不同的數(shù)據(jù)模型來描述和抽象數(shù)據(jù)特征，包括概念數(shù)據(jù)模型，邏輯數(shù)據(jù)模型，物理數(shù)據(jù)模型。注意：數(shù)據(jù)模型的選擇應(yīng)滿足3個(gè)基本要求：一是比較真實(shí)地模擬事物及其聯(lián)系，二是為人所理解，三是便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。1．概念數(shù)據(jù)模型

概念數(shù)據(jù)模型（ConceptualDataModel）簡稱概念模型，也稱信息模型，是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的第一層抽象，也是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次。它是按照用戶的觀點(diǎn)對信息世界的建模，不注重?cái)?shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)模擬的語義表達(dá)能力，使數(shù)據(jù)更接近于現(xiàn)實(shí)世界，便于用戶理解，是用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員之間交流的工具。概念模型是一種獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，完全不涉及信息在計(jì)算機(jī)中表示；話句話說，概念模型僅僅從思想上、道理上搞清楚實(shí)體的屬性及實(shí)體集之間的聯(lián)系，但不涉及屬性的組織和存儲(chǔ)方式。概念模型主要用于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，通過實(shí)體、聯(lián)系和約束描述現(xiàn)實(shí)世界的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和時(shí)態(tài)特征，不與具體的DBMS相關(guān)，只是用來描述某個(gè)特定組織所關(guān)心的信息結(jié)構(gòu)。

概念模型的表示方法很多，其中最著名的、最為常用的方法是E-R模型（Entity-RelationshipMode，實(shí)體-聯(lián)系模型），也稱E-R圖。221.2.3數(shù)據(jù)模型的分類（2）2．邏輯數(shù)據(jù)模型

邏輯數(shù)據(jù)模型（LogicalDataModel）直接面向數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，它是現(xiàn)實(shí)世界的第二層次的抽象，著重描述數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)，很少考慮數(shù)據(jù)語義和用戶對數(shù)據(jù)庫的理解。邏輯模型是按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)的建模，也是用戶從數(shù)據(jù)庫中看到的數(shù)據(jù)模型，是具體DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。邏輯模型既面向用戶，又面向系統(tǒng)，主要用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。DBMS常以其所用的邏輯數(shù)據(jù)模型（數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)）來分類，如網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、層次數(shù)據(jù)模型和關(guān)系數(shù)據(jù)模型等。邏輯數(shù)據(jù)模型模型既要面向用戶，又要面向系統(tǒng)。

在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程中，用概念模型（E-R圖）表示的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成邏輯模型（關(guān)系模型）表示的數(shù)據(jù)，才能在DBMS中實(shí)現(xiàn)。231.2.3數(shù)據(jù)模型的分類（3）3．物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型（PhysicalDataModel）是對數(shù)據(jù)最低層次的抽象，它描述數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)（存儲(chǔ)介質(zhì)上）的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)方式和表現(xiàn)形式）。它不但與具體的DBMS有關(guān)，而且還與操作系統(tǒng)和硬件有關(guān)。每一種邏輯數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)時(shí)都有對應(yīng)的物理數(shù)據(jù)模型。從現(xiàn)實(shí)世界到概念世界的轉(zhuǎn)換是由數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員完成的，從概念模型到邏輯模型的轉(zhuǎn)換可以由數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員完成，也可以用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)工具輔助完成，從邏輯模型到物理模型的轉(zhuǎn)換一般是由DBMS自動(dòng)完成的，而設(shè)計(jì)者只設(shè)計(jì)索引、聚集等特殊結(jié)構(gòu)。241.2

數(shù)據(jù)模型1.2.1數(shù)據(jù)化過程1.2.2數(shù)據(jù)模型的3要素1.2.3數(shù)據(jù)模型的分類1.2.4E-R模型1.2.53種邏輯模型251.2.4E-R模型（1）

E-R模型是P.P.Chen于1976年首先提出的一種面向問題的概念模型，即用簡單的圖形方式描述世界中的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系。E-R數(shù)據(jù)模型問世后，經(jīng)歷了許多修改和擴(kuò)充，這兒僅介紹基本的E-R數(shù)據(jù)模型。1．描述方法E-R模型的構(gòu)成是實(shí)體、屬性和聯(lián)系，其表示方法如下：（1）實(shí)體：用矩形框表示，矩形框內(nèi)寫上實(shí)體名。（2）屬性：用橢圓框表示，框內(nèi)寫上屬性名，并用無向邊與其實(shí)體集相連。（3）聯(lián)系：用菱形框表示，菱形框中寫上聯(lián)系名，用無向連線將參加聯(lián)系的實(shí)體矩形框分別與菱形框相連，并在連線上標(biāo)明聯(lián)系的類型，即1:1、1:m或m:n。圖1-6學(xué)生實(shí)體及其屬性的E-R模型圖【例1-1】如學(xué)生實(shí)體具有學(xué)號、姓名、性別、出生日期、入學(xué)時(shí)間、籍貫等屬性，用E-R圖表示如圖1-6所示。261.2.4E-R模型（2）【例1-2】如學(xué)生實(shí)體和課程實(shí)體之間為存在選修聯(lián)系（m:n），其選修聯(lián)系附帶屬性為成績，其E-R模型如圖1-7所示。圖1-7學(xué)生和課程實(shí)體之間m:n聯(lián)系的E-R模型圖注意：如果一個(gè)聯(lián)系具有屬性，則這些屬性仍用橢圓形框表示，并用無向邊將這些屬性與該聯(lián)系連接起來。mn271.2

數(shù)據(jù)模型1.2.1數(shù)據(jù)化過程1.2.2數(shù)據(jù)模型的3要素1.2.3數(shù)據(jù)模型的分類1.2.4E-R模型1.2.53種邏輯模型281.2.5

3種邏輯模型（1）

不同的數(shù)據(jù)模型有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同的描述工具，對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。根據(jù)邏輯模型的不同，DBMS通常分為層次型、網(wǎng)狀型、關(guān)系型、面向?qū)ο竽Ｐ偷?。那么這些邏輯模型究竟有什么不同的3要素呢？291.2.5

3種邏輯模型（2）--層次模型

1．層次模型：現(xiàn)實(shí)世界中，很多事物之間的聯(lián)系本身就是一種很自然的層次關(guān)系，如組織機(jī)構(gòu)，家族關(guān)系，物種分類等等。層次數(shù)據(jù)模型的提出，首先是為了模擬這種按層次組織起來的事物。層次模型是最早用于商品數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型。最著名最典型的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是IBM公司于1969年開發(fā)的大型商品數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS（IntegratedDataStore）。（1）基本概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次模型：用上下分層的有向樹形結(jié)構(gòu)來描述實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。樹是由結(jié)點(diǎn)和連線組成的，結(jié)點(diǎn)表示實(shí)體集，連線表示實(shí)體之間的聯(lián)系，層次模型只能描述一對一、一對多（1：n）聯(lián)系，如果要描述多對多的聯(lián)系，必須采用某種方法將其分解為一對多的聯(lián)系。樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)實(shí)體（記錄），它是同類實(shí)體集合的（結(jié)構(gòu)）定義，每個(gè)記錄包含若干字段，用來描述實(shí)體的屬性。上一層記錄和下一層記錄表現(xiàn)為父（雙親）子（子女）結(jié)點(diǎn)，上下層父子結(jié)點(diǎn)必須是不同的實(shí)體（記錄），實(shí)體（記錄）之間的一對多聯(lián)系用結(jié)點(diǎn)之間的連線（有向邊）表示。各記錄及其字段都必須有唯一的命名。例如，圖1-12是某學(xué)校的系、專業(yè)、班級、教師和課程組成的層次數(shù)據(jù)模型。301.2.53種邏輯模型（3）--層次模型從層次模型的定義和結(jié)構(gòu)看，層次模型需要滿足兩個(gè)基本條件：

A．有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有父結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)。

B．根結(jié)點(diǎn)以外的其它結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)。（2）數(shù)據(jù)操縱和完整性約束在層次模型中，任何一個(gè)給定值只有按其路徑查看時(shí)，才能顯示它的全部意義。同樣，對層次數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢、插入、刪除和更新操作時(shí)，任何一個(gè)子結(jié)點(diǎn)的值不能脫離其父結(jié)點(diǎn)而獨(dú)立存在。在插入時(shí)，如果沒有雙親結(jié)點(diǎn)就不能插入子結(jié)點(diǎn)的值，新來的教師位分配專業(yè)教研室則無法插入到數(shù)據(jù)庫中。在刪除時(shí)，如果刪除雙親結(jié)點(diǎn)時(shí)，則其相應(yīng)的子結(jié)點(diǎn)也會(huì)同時(shí)被刪除。在更新時(shí)，如果更新某個(gè)值時(shí)，則應(yīng)該更新所有需要修改的值，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。在查詢時(shí)，需要考慮層次模型的存取路徑，僅允許自頂向下的單項(xiàng)查詢，如可以直接查詢某課程的基本信息、某教師基本信息，但不能直接查詢某教師的學(xué)生信息，而對于實(shí)體集之間多對多聯(lián)系的處理，解決的方法是引入冗余結(jié)點(diǎn)。311.2.53種邏輯模型（4）--網(wǎng)狀模型2．網(wǎng)狀模型（NetworkDataModel）現(xiàn)實(shí)世界中，事物之間的聯(lián)系大多數(shù)是網(wǎng)狀的、非層次的聯(lián)系，網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型比層次模型更能直接描述現(xiàn)實(shí)世界事物之間復(fù)雜的聯(lián)系。世界上第一個(gè)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，也是第一個(gè)DBMS是美國通用電氣公司Bachman等人在1964年開發(fā)成功的IDS（IntegratedDataStore）。（1）基本概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀模型：用有向圖結(jié)構(gòu)表示實(shí)體類型及實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型。同層次模型一樣，同樣是由結(jié)點(diǎn)和連線組成的，結(jié)點(diǎn)表示實(shí)體集，連線表示實(shí)體之間的聯(lián)系，不過網(wǎng)狀模型的結(jié)點(diǎn)間可以允許存在兩條或多條連線，但是每一連線只能表示1：n聯(lián)系。網(wǎng)狀模型中以記錄為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位。記錄包含若干數(shù)據(jù)項(xiàng)。所有的實(shí)體記錄都具有一個(gè)以其為始點(diǎn)和終點(diǎn)循環(huán)鏈表，而每一個(gè)聯(lián)系都處于兩個(gè)鏈表中。321.2.53種邏輯模型（5）--網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)項(xiàng)可以是多值的和復(fù)合的數(shù)據(jù)。每個(gè)記錄有一個(gè)惟一地標(biāo)識它的內(nèi)部標(biāo)識符，稱為碼（databasekey，dbk），它在一個(gè)記錄存入數(shù)據(jù)庫時(shí)由DBMS自動(dòng)賦予。dbk可以看作記錄的邏輯地址，可作記錄的替身，或用于尋找記錄。網(wǎng)狀模型實(shí)例如圖1-13所示。

圖1-13網(wǎng)狀模型（2）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束在網(wǎng)狀模型中，每個(gè)記錄單獨(dú)存放，記錄之間的聯(lián)系用指針和鏈表實(shí)現(xiàn)，從而構(gòu)成導(dǎo)航式數(shù)據(jù)庫。用戶在操作數(shù)據(jù)庫時(shí)除了指明對象外，還要規(guī)定存取路徑。它沒有層次模型中那樣嚴(yán)格的完整性約束條件，只對數(shù)據(jù)操縱加了一些限制，提供了一定的完整性約束：◆允許插入無父結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)；◆允許只刪除父結(jié)點(diǎn)，其子結(jié)點(diǎn)仍在；◆更新操作較簡單，只需更新指定記錄即可；◆查詢方便，對稱結(jié)構(gòu)，查詢格式相同。331.2.53種邏輯模型（6）--關(guān)系模型3．關(guān)系模型層次數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型都缺少堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，因此其數(shù)據(jù)模型有比較多的限制，實(shí)際使用時(shí)也不太方便，目前廣泛使用的是關(guān)系數(shù)據(jù)模型，關(guān)系數(shù)據(jù)模型是建立在數(shù)學(xué)概念基礎(chǔ)上的，現(xiàn)在流行的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)大多數(shù)是基于關(guān)系模型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。（1）基本概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型：用二維表格結(jié)構(gòu)來描述實(shí)體及實(shí)體聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。從用戶觀點(diǎn)看，關(guān)系模型由一組關(guān)系組成，每個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一張規(guī)范化了的二維表。表中每行對應(yīng)一個(gè)實(shí)體對象，表中每列對應(yīng)一個(gè)實(shí)體屬性。關(guān)系模型實(shí)例如表1-2~1-4所示（第1行是實(shí)體型，其余行是實(shí)體集）。在關(guān)系模型中，實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來表示。關(guān)系既能反映實(shí)體集之間的一對一聯(lián)系，也能反映一對多和對多對聯(lián)系。34表1-2

學(xué)生 表1-3

課程 1-4選修學(xué)號姓名性別

課程號課程名稱

課程號學(xué)號成績0713011001徐同學(xué)男

01計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

010713011001900713011002盧同學(xué)女

02C

020713011002930713011003江同學(xué)男

03數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

020713011003900713011004戴同學(xué)女

04計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

030713011004890713011005華同學(xué)男

05數(shù)據(jù)挖掘

030713011005880713011006王同學(xué)男

06數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)

030713011006900713011007吳同學(xué)女

07ERP

040713011007951.2.53種邏輯模型（7）--關(guān)系模型351.2.53種邏輯模型（8）--關(guān)系模型盡管關(guān)系與傳統(tǒng)的二維表格、傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件具有類似之處，但是它們又有區(qū)別，嚴(yán)格地說，關(guān)系是一種規(guī)范化的二維表格，具有如下性質(zhì)：◆屬性值具有原子性，不可分解；◆每一個(gè)屬性必須有各自不同的名稱，但可以相同的值域；◆關(guān)系中任何兩行不能完全相同；◆理論上沒有行序，但是有時(shí)使用時(shí)可以有行序；◆理論上屬性次序也可以交換，但是使用時(shí)應(yīng)考慮定義的屬性的次序。（2）關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束在關(guān)系模型中，操作對象和操作結(jié)果都是關(guān)系，即若干元組的集合；存取路徑對用戶隱蔽，用戶操作數(shù)據(jù)時(shí)，只要指出“干什么”或“找什么”即可，不必考慮“怎么找（干）”關(guān)系型完整性約束包括實(shí)體完整性、參照完整性、用戶定義的完整性。361.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)伴隨時(shí)間的推移和需求的變化，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)總是不斷變化的，數(shù)據(jù)庫中整體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的變化也是有可能的，而且也是正常的和必需的，但所有這些變化都不應(yīng)該影響用戶數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)，否則，VB、C#、Java等編寫的基于數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序代碼就必須重新編寫。1.數(shù)據(jù)庫如何做到這一點(diǎn)呢？2.需要掌握哪些概念呢？1.3.1模式與體系結(jié)構(gòu)1.3.2三級模式結(jié)構(gòu)和兩層映像371.3.1三級模式結(jié)構(gòu)1．?dāng)?shù)據(jù)模式的概念數(shù)據(jù)模式是一個(gè)數(shù)據(jù)庫基于特定數(shù)據(jù)模型的邏輯結(jié)構(gòu)和特征定義，它是描述一類事物的結(jié)構(gòu)、屬性、類型和約束。它描述數(shù)據(jù)模型的“型”，不涉及具體的值。某數(shù)據(jù)模式下的一組具體的“值”稱為該數(shù)據(jù)模式的一個(gè)實(shí)例。一個(gè)模式可以有許多實(shí)例，模式是相對穩(wěn)定的（其結(jié)構(gòu)相對不變），反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系；而實(shí)例是相對變動(dòng)的，反映的是數(shù)據(jù)庫某一時(shí)刻的狀態(tài)（數(shù)據(jù)值可以不斷變化的）。2．體系結(jié)構(gòu)的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個(gè)總體框架?？疾鞌?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可以有多種不同的層次或不同的角度。從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級模式結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)，通常稱為數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)；從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度來看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為單機(jī)結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)等，這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)，簡稱數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。381.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.3.1模式與體系結(jié)構(gòu)1.3.2三級模式結(jié)構(gòu)和兩層映像391.3.2三級模式結(jié)構(gòu)和兩層映像（1）雖然數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件種類繁多，應(yīng)用環(huán)境不同，其依賴的邏輯數(shù)據(jù)模型不盡相同，其數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)也各不相同，但是，為了確保用戶數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)不受整體數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)普遍采用三級模式結(jié)構(gòu)和兩層映象。1．三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)之分，邏輯結(jié)構(gòu)主要面向用戶的可視操作部分，物理結(jié)構(gòu)面向操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)部分。從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全的角度考慮，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須屏蔽復(fù)雜的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和隱藏具體的維護(hù)細(xì)節(jié)，呈現(xiàn)出簡單的邏輯結(jié)構(gòu)，供用戶查詢和修改（插入、刪除和更新）自己感興趣的數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)到系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換，需要按照數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系進(jìn)行精確地描述，通過DBMS將數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，存放到外存儲(chǔ)介質(zhì)上。三級模式結(jié)構(gòu)：外（子）模式、概念模式和內(nèi)（物理）模式組成，如圖1-14所示。401.3.2三級模式結(jié)構(gòu)和兩層映像（2）圖1-14數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)41（1）外模式（ExternalSchema）：又稱子模式，或用戶模式，是對數(shù)據(jù)局部邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是用戶看到的和直接操作的部分?jǐn)?shù)據(jù)視圖。應(yīng)用程序是按數(shù)據(jù)局部邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)應(yīng)用程序或用戶對應(yīng)不同的外模式，一個(gè)數(shù)據(jù)庫有多個(gè)外模式。外模式是用戶與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，用戶對數(shù)據(jù)的操作，實(shí)質(zhì)是對外模式的數(shù)據(jù)的操作。外模式負(fù)責(zé)定義用戶數(shù)據(jù)，或者從概念模式導(dǎo)出數(shù)據(jù)。（2）概念模式（ConceptualSchema）：簡稱模式，又稱邏輯模式，對數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的共同的邏輯數(shù)據(jù)視圖，是數(shù)據(jù)庫所有外模式的聯(lián)合。數(shù)據(jù)庫是按數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)概念模式。概念模式是外模式和內(nèi)模式的中間環(huán)節(jié)和隔離層，是保證數(shù)據(jù)獨(dú)立性的關(guān)鍵部分。概念模式不僅負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項(xiàng)的名稱、類型。值域），還負(fù)責(zé)定義實(shí)體之間的關(guān)系、數(shù)據(jù)完整性約束等。（3）內(nèi)模式（InternalSchema）：又稱物理模式或存儲(chǔ)模式，它給出了數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。內(nèi)模式負(fù)責(zé)定義所有數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)策略和訪問控制方法，包括記錄的存儲(chǔ)順序、文件的組織方式、索引的組織方式等，但不涉及物理記錄在磁盤上的存儲(chǔ)，對物理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取是由操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)模式依賴于全局邏輯結(jié)構(gòu)，DBMS提供內(nèi)模式描述語言（內(nèi)模式DDL，或者存儲(chǔ)模式DDL）來嚴(yán)格地定義內(nèi)模式，一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式。1.3.2三級模式結(jié)構(gòu)和兩層映像（3）421.3.2三級模式結(jié)構(gòu)和兩層映像（4）2．二級映像三級模式對應(yīng)數(shù)據(jù)的3級抽象，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS管理，使用戶能邏輯地抽象處理數(shù)據(jù)，而不用關(guān)心數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示和存儲(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)這3級抽象的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在這三級模式中提供了兩層映像，即外模式/模式映像、模式/內(nèi)模式映像。（1）外模式/模式映像外模式/模式映像，定義并保證了外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系。外模式/模式映像定義通常保存在外模式中。當(dāng)模式發(fā)生變化時(shí)，如新增關(guān)系、改變關(guān)系的屬性等，DBA可以通過修改映像（外模式/模式）使外模式不發(fā)生改變。由于應(yīng)用程序是根據(jù)外模式進(jìn)行設(shè)計(jì)的，只要外模式不變，應(yīng)用程序就不需要修改。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外模式/模式之間的映像技術(shù)不僅建立了用戶數(shù)據(jù)庫與邏輯數(shù)據(jù)庫之間的對應(yīng)關(guān)系，使得用戶能夠按照外模式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，同時(shí)也保證了數(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。（2）模式/內(nèi)模式映像模式/內(nèi)模式之間的映像，定義并保證了數(shù)據(jù)的概念模式與內(nèi)模式之間的對應(yīng)關(guān)系。它說明數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)項(xiàng)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部是如何組織和表示的。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，如新增一數(shù)據(jù)文件，改變文件增長方式等，DBA可以通過修改模式/內(nèi)模式之間的映像使概念模式保持不變。由于用戶或程序是按數(shù)據(jù)的外模式使用數(shù)據(jù)的，只要概念模式不變，用戶仍可以按原來的方式使用數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序也不需要修改。模式/內(nèi)模式的映像技術(shù)不僅使用戶或應(yīng)用程序能夠按數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)來使用數(shù)據(jù)，還提供了內(nèi)模式變化而應(yīng)用程序不變的方法，從而保證了數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序的物理獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。數(shù)據(jù)與程序之間的獨(dú)立性，使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程序中分離出去。另外，由于數(shù)據(jù)的存取由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。431.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，不僅要考慮合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)外，還要考慮其它哪些相關(guān)因素？1.4.1數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)概述1.4.2E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換441.4.1數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)概述（1）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指在給定應(yīng)用環(huán)境下和現(xiàn)有DBMS基礎(chǔ)上，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模型、建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能有效存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求。通俗地說，是把現(xiàn)實(shí)世界的信息按現(xiàn)有DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)世界的數(shù)據(jù)存貯的過程。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)主要包含兩個(gè)方面內(nèi)容：一是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)），也就是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫框架或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、表的設(shè)計(jì)和確定表之間聯(lián)系；二是行為設(shè)計(jì)（數(shù)據(jù)庫實(shí)施），即設(shè)計(jì)訪問數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序，事務(wù)處理等，形成數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)法規(guī)定，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)一般經(jīng)過以下6個(gè)階段：（1）需求分析：全面、準(zhǔn)確了解并分析用戶需求，以便系統(tǒng)能夠滿足用戶需求。（2）概念設(shè)計(jì)：將需求分析得到的用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個(gè)獨(dú)立于具體DBMS的概念模型（E-R圖）。（3）邏輯設(shè)計(jì)：將概念模型（E-R圖）轉(zhuǎn)換為DBMS支持的邏輯模型（關(guān)系模型）。（4）物理設(shè)計(jì)：為邏輯模型選擇最合適應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)，即確定存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法，包括數(shù)據(jù)的存放位置和存取路徑以及系統(tǒng)配置。一般說來，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的存取是透明的，故不用考慮物理設(shè)計(jì)。451.4.1數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)概述（2）（5）數(shù)據(jù)庫實(shí)施：建立數(shù)據(jù)庫、組織數(shù)據(jù)入庫、編制和調(diào)試應(yīng)用程序并進(jìn)行試運(yùn)行。（6）數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)：在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行過程中不斷地對其進(jìn)行評價(jià)、調(diào)整與修改。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中，需要的注意事項(xiàng)：1）充分