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數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)用第1章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述目錄1.1數(shù)據(jù)庫概述1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的定義和組成1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)1.4數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念與組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)概念模型、E-R圖數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型本章要點1.1數(shù)據(jù)庫概述1.1.1數(shù)據(jù)、信息和

數(shù)據(jù)庫1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.1.1數(shù)據(jù)、信息和數(shù)據(jù)庫1.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data）是對客觀事物特征的抽象化和符號化的表示，凡是能夠用計算機處理、加工和存儲的都是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表示客觀事物的屬性，有數(shù)值、數(shù)字、字母、漢字、民族語言、圖形、圖像、聲音、視頻、動畫等不同表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)必須有一定的物理載體，例如報表可以是紙質(zhì)打印，也可以永久保存在計算機的外存中。1.1.1數(shù)據(jù)、信息和數(shù)據(jù)庫2.信息信息（Information）是對大量數(shù)據(jù)進行處理和加工后，對客觀世界的決策有指導意義、有用的數(shù)據(jù)。3.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫（DataBase）是指以結(jié)構(gòu)化的形式存儲在計算機存儲設(shè)備中相互之間有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合體。1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1）人工管理階段年代追蹤：20世紀50年代中期以前數(shù)據(jù)獨立性：數(shù)據(jù)不具有獨立性。數(shù)據(jù)只能在對應(yīng)的應(yīng)用程序中使用。數(shù)據(jù)共享性：數(shù)據(jù)不具有共享性。數(shù)據(jù)冗余極大。計算機軟件：沒有操作系統(tǒng)，也沒有專門的數(shù)據(jù)管理軟件。需要在應(yīng)用程序中對數(shù)據(jù)描述和定義。應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3應(yīng)用程序3圖1-1人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)集的關(guān)系1）人工管理階段......2）文件管理階段年代追蹤：20世紀50年代后期至60年代軟件：出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，計算機中的數(shù)據(jù)以文件的形式存放，按名稱訪問文件。數(shù)據(jù)獨立性：數(shù)據(jù)與程序都可以獨立的文件存放，數(shù)據(jù)有一定的獨立性。數(shù)據(jù)共享性：由于文件結(jié)構(gòu)的設(shè)計是基于特定的用途的，數(shù)據(jù)共享性低，數(shù)據(jù)冗余大。文件系統(tǒng)應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)文件1數(shù)據(jù)文件2數(shù)據(jù)文件3圖1-2文件管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)文件的關(guān)系2）文件管理階段......3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段年代追蹤：20世紀60年代后期硬件：容量大、讀寫速度快的硬盤廣泛應(yīng)用，由于硬盤可以直接對數(shù)據(jù)進行訪問，由此擺脫了順序讀取數(shù)據(jù)的限制。軟件：出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專用軟件系統(tǒng)，能滿足多用戶、多個應(yīng)用程序共享數(shù)據(jù)的要求。3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)獨立性：在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)互相獨立。數(shù)據(jù)共享性：數(shù)據(jù)能滿足多用戶、多個應(yīng)用程序共享數(shù)據(jù)的要求。共享性好。重復數(shù)據(jù)少，數(shù)據(jù)冗余度小。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)模型表現(xiàn)不僅表示事物本身，而且能表示事物之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n…圖1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS統(tǒng)4）分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段技術(shù)背景：數(shù)據(jù)庫技術(shù)與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù)支持：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式運行、客戶機/服務(wù)器（C/S）體系結(jié)構(gòu)、開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián)（ODBC）標準協(xié)議5）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段技術(shù)背景：數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)。特點：采用面向?qū)ο蟮挠^點來描述現(xiàn)實世界實體（對象）的邏輯組織、對象之間的限制和聯(lián)系等，能夠自然地存儲復雜的數(shù)據(jù)對象以及之間的關(guān)系。1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的定義和組成1.2.1.定義將數(shù)據(jù)庫（DataBase，DB）引入計算機系統(tǒng)后的系統(tǒng)就是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem,DBS)。1.2.2組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫（DB)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）、操作系統(tǒng)、相關(guān)的計算機軟硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)庫管理員(DBA)和其他用戶組成。1.數(shù)據(jù)庫（DB）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫，是若干數(shù)據(jù)庫的集合，是合乎設(shè)計需要的、設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫的集合。2.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)管理軟件，是數(shù)據(jù)系統(tǒng)的最核心部分。DBMS負責數(shù)據(jù)庫中組織數(shù)據(jù)、操縱數(shù)據(jù)、維護數(shù)據(jù)、控制程序、數(shù)據(jù)安全保護和數(shù)據(jù)服務(wù)等。1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的定義和組成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能（1）數(shù)據(jù)定義功能：負責數(shù)據(jù)的模式定義與數(shù)據(jù)的物理存取結(jié)構(gòu)。（2）數(shù)據(jù)操縱功能：負責數(shù)據(jù)的查詢、增、刪、改操作。（3）數(shù)據(jù)庫的運行管理功能：負責數(shù)據(jù)完整性、安全性、并發(fā)控制等）3.計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件必須具有較高的處理速度、大容量的內(nèi)存和外存。計算機軟件必須在內(nèi)存中運行，軟件和數(shù)據(jù)庫永久保存在外存中。計算機硬件系統(tǒng)是計算機軟件系統(tǒng)的支撐。4.相關(guān)用戶包括：數(shù)據(jù)庫管理員（DataBaseAdministrator,DBA)和其他用戶。其他用戶包括專業(yè)用戶和最終普通用戶。專業(yè)用戶是設(shè)計數(shù)據(jù)庫和開發(fā)應(yīng)用程序的人員。最終用戶是使用數(shù)據(jù)庫的普通用戶。數(shù)據(jù)庫管理員：專門負責數(shù)據(jù)庫的建立、維護和管理。用戶用戶用戶...應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成1.2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點1.數(shù)據(jù)的共享型好、數(shù)據(jù)冗余低。2.數(shù)據(jù)獨立性高。3.數(shù)據(jù)有特定的組織結(jié)構(gòu)。4.有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能。1.2.5數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中的核心問題在設(shè)計一個具體的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)時，先確定有哪些實體，二維表結(jié)構(gòu)是怎樣的，實體之間的聯(lián)系是什么。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中的核心問題是數(shù)據(jù)庫設(shè)計1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系根據(jù)美國國家標準協(xié)會和標準規(guī)劃與需求委員會（ANSI/SPARC）提出的建議，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)是三級模式和二級映射結(jié)構(gòu)。三級模式即概念模式、外模式和內(nèi)模式。二級映射即數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中存在“外模式-概念模式”映射和“概念模式-內(nèi)模式”映射。1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)的三級模式將數(shù)據(jù)庫內(nèi)部體系進行抽象化表示為三級模式：概念級模式（也稱模式）、內(nèi)部模式和外部模式。應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C外模式2概念模式（概念數(shù)據(jù)庫）內(nèi)模式（物理數(shù)據(jù)庫）數(shù)據(jù)庫外模式3外模式1概念模式—內(nèi)模式映射外模式—概念模式映射數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)圖（圖1-4）（1）概念模式。概念模式也稱模式，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中全局數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，是全體用戶公共數(shù)據(jù)視圖，一個數(shù)據(jù)庫只有一個概念模式。（2）外模式。也稱用戶模式，是用戶所看到和理解的數(shù)據(jù)模式，一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。（3）內(nèi)模式。又稱物理模式或存儲模式，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的內(nèi)部表示，是物理數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)的三級模式1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的二級映射（1）用戶模式到概念模式的映射

在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，三級模式是對數(shù)據(jù)的三個級別抽象，為實現(xiàn)在三個模式層次上的聯(lián)系與轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在三級模式之間提供了兩級映射功能，這兩級映射也保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性，數(shù)據(jù)的物理組織改變與邏輯概念級的改變相互獨立，使得只要調(diào)整映射方式而不必改變用戶模式。2）概念模式到內(nèi)模式的映射

保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨立性保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性

1.4數(shù)據(jù)模型客觀事物概念數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型面向用戶面向計算機數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的逐步抽象，轉(zhuǎn)化為計算機能夠表示和處理的數(shù)據(jù)的過程。抽象再抽象1.4.1概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型簡稱概念模型是一種用戶能夠理解的、數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員和用戶進行交流的語言。概念模型中有以下幾個術(shù)語：1.實體(Entity)與實體集2.屬性(Attribute)3.聯(lián)系(Relationship)E-R模型的基本概念1）實體（Entity）現(xiàn)實世界客觀存在的各種事物或某個抽象事件，稱為實體。2）屬性（Attribute）每個實體所具有的特征，稱為屬性。3）聯(lián)系（Relationship）實體與實體之間的關(guān)系，有三種類型：一對一的聯(lián)系（1:1）一對多的聯(lián)系（1:n）多對多的聯(lián)系（m:n)1.4.2用E-R模型表示概念模型E-R模型常用E-R圖來描述。E-R圖的主要成分是實體、屬性和聯(lián)系。

E-R（Entity-Ralations)模型即實體-聯(lián)系模型）是長期以來被廣泛使用的一種概念模型。E-R模型的圖示法E-R圖的三要素（1）實體：用矩形表示（2）屬性：用橢圓表示（3）聯(lián)系：用菱形表示E-R圖示例1.4.3邏輯數(shù)據(jù)模型1.層次模型（樹形結(jié)構(gòu)）2.網(wǎng)狀模型（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）3.關(guān)系模型（二維表）邏輯數(shù)據(jù)模型簡稱數(shù)據(jù)模型，是概念模型在計算機內(nèi)的表示。數(shù)據(jù)庫發(fā)展史上最有影響的、最常見的有：1.層次模型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。層次模型采用“樹”形結(jié)構(gòu)來表示實體及實體間的聯(lián)系，這棵“樹”是一棵倒立的“樹”。其“樹根”在上。圖1-6某公司組織結(jié)構(gòu)模型1）有且只有一個結(jié)點（用結(jié)點表示實體），為根結(jié)點，位于最高層，根結(jié)點只有下層結(jié)點（子結(jié)點）沒有上層結(jié)點（上層結(jié)點也稱雙親結(jié)點或父結(jié)點）。2）除了根結(jié)點以外的其他結(jié)點。3）無下層的結(jié)點稱為葉結(jié)點，除葉結(jié)點外的任何一個結(jié)點可以有任意個下層結(jié)點。層次模型的特點利用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實體與實體之間的聯(lián)系的模型稱為網(wǎng)狀模型，網(wǎng)狀模型的結(jié)點間可以任意發(fā)生聯(lián)系。2.網(wǎng)狀模型圖1-7網(wǎng)狀模型實例特點1）可以有多個根結(jié)點2）結(jié)點可以有多于一個的上層結(jié)點3.關(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論出現(xiàn)于20世紀60年代末到70年代初，IBM公司一位研究員在一篇題為《大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關(guān)系