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1、数据库系统概论(绪论)1数据库系统概论-绪论第一节数据库系统概述一、基本概念1、数据(Data):描述事物的符号记录称为数据。（王彤，9098135，女，1980，江苏，计算机系，1998）2、数据库(DataBase)：这个词起源于20世纪50年代，当时美国为了战争的需要，把各种情报集中在一起，存储在计算机里，成为InformationBase或DataBase。指长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。2数据库系统概论-绪论3、数据库管理系统(DBMS)：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。主要功能：（1）数据定义功能(DDL数据定义语言)（2）数据操纵功能(DML数据操
2、纵语言)（3）数据库的运行管理（4）数据库的建立和维护功能3数据库系统概论-绪论（1）数据定义功能(DDL数据定义语言)提供数据定义语言（DDL）定义源模式（外模式、内模式、模式）。（2）数据操纵功能(DML数据操纵语言)DML有两类：嵌入主语言中的宿主型DML，如C，PASCAL等语言中要对数据操作，不能独立操作；交互式命令语言，可以独立使用，称为自含型或自主型DML，解释执行。4数据库系统概论-绪论（3）数据库的运行管理并发控制n避免并发程序之间互相干扰n防止数据库被破坏n杜绝提供给用户不正确的数据存取控制（安全性检查）完整性约束条件的检查和执行n保护数据库始终包含正确的数据n用户可以设计
3、完整性规则以确保数据值的正确性 数据库内部的维护等（如索引、数据字典的自动维护）。5数据库系统概论-绪论（4）.数据库的建立和维护功能l数据库的初始载入和转换l数据库的转储和恢复l数据库的重组织 l性能监视、分析等。6数据库系统概论-绪论数据库系统概述基本概念4、数据库系统(DBS)：指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员和用户构成。数据库系统图应用系统用户用户应用开发工具数据库管理系统操作系统数据库数据库管理员7数据库系统概论-绪论二数据库技术的产生和发展人工管理阶段(1)1、背景：计算机刚刚问世，主要用于科学计算。n硬件：这一阶段外存储器有
4、磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取设备，输入的数据和程序都是二进制代码，只有专业人员才能操作，而且极易出错，不便于输入大量数据。n软件：没有操作系统，也没有管理数据的软件，数据处理方式是批处理。8数据库系统概论-绪论人工管理阶段2、人工管理阶段特点：n数据不保存n应用程序管理数据:程序员不仅要设计程序中数据的逻辑结构，而且要设计程序中的物理结构n数据不共享n数据不具有独立性9数据库系统概论-绪论人工管理阶段数据数据1 1数据数据2 2数据数据n n程序程序1 1程序程序2 2程序程序n n10数据库系统概论-绪论数据库技术的产生和发展文件管理阶段(2)1、背景：计算机不仅用于科学计算，还大量
5、用于管理。n硬件：外存储器有了磁盘、磁鼓等直接存取的设备，使用户不必为存取数据而烦恼。n软件：出现操作系统，其中有专门管理数据的软件，称其为文件系统。处理方式有文件批处理和联机实时处理。11数据库系统概论-绪论2、文件管理阶段特点n优点：数据可以长期保存n由文件系统管理数据n缺点：数据共享性差，冗余度大n数据独立性差n程序与数据的关系见p8图1.412数据库系统概论-绪论文件系统阶段文件文件1 1文件文件2 2文件文件n n程序程序1 1程序程序2 2程序程序n n文件系统文件系统13数据库系统概论-绪论数据库技术的产生和发展数据库系统阶段(3)1、背景：计算机用于管理的规模更为庞大，应用越来
6、越广泛，数据量急剧增长。n硬件：大容量磁盘。价格下降。n软件：价格上升。联机实时处理要求增加，开始考虑分布处理。14数据库系统概论-绪论数据库技术的产生和发展(3)数据库系统阶段2、计算机数据管理的特点：在这样的背景下，多用户、多应用共享数据的需求，使数据尽可能为多个应用服务，此时数据管理的特点为：n面向全组织的复杂数据结构。n数据冗余度小，共享性高，易于扩充。n具有较高的程序和数据的独立性。n统一的数据控制功能（安全控制、完整性控制、并发控制、数据库恢复）。15数据库系统概论-绪论数据库阶段用户的逻辑结构用户的逻辑结构数据库整体逻辑数据库整体逻辑结构结构数据库的物理结构数据库的物理结构逻辑数
7、据独立性逻辑数据独立性物理数据独立性物理数据独立性图图1.2 数据库系统的结构数据库系统的结构16数据库系统概论-绪论文件系统与数据库系统比较n文件系统n一般只考虑记录内部的联系，而不去考虑记录之间的联系n因而整体上看，文件之间缺乏联系，数据的整体结构差n数据库技术n不但考虑记录内部的联系，而且还要考虑记录之间的联系n记录之间的联系比较复杂，相应的数据结构也很复杂17数据库系统概论-绪论数据库阶段数据库数据库应用程序应用程序1 1应用程序应用程序2 2应用程序应用程序n n数据库数据库管理系统管理系统DBMSDBMS18数据库系统概论-绪论第二节数据模型定义:是现实世界数据特征的抽象。分类：据
8、模型应用的不同目的，模型分为两类：概念模型和数据模型。数据模型应满足的条件：n能比较真实的模拟现实世界n容易为人所理解n便于在计算机上实现19数据库系统概论-绪论准备：三个世界的假设现实世界、信息世界和数据世界（计算机世界）。1、现实世界：存在于人脑之外的客观世界，是具体事物与抽象概念及其相互联系的综合。（1）事物（个体）：一个实际存在的且可以被识别的事件（2）特征：区别不同个体的依据a.个体的某些特征是相对固定的。b.个体可能有许多特征（3）全体：共有相同特征项目要求的个体为同类个体，所有同类个体构成一个集合称为“全体”。例学校的所有学生。（4）关联：个体间的相互关系。20数据库系统概论-绪
9、论三个世界的假设2、信息世界是现实世界在人们头脑中的反映，是从后者到前者的抽象。（1）实体：每一个被认识了的个体在信息世界中成为实体。（2）属性：个体每个特征在人脑中形成的认识。（3）实体集：对应于现实世界中的全体。相同型的实体集合成为实体集。如所有学生元组构成的教工集合。（4）联系：现实世界中事物间的关联在信息世界中反映为实体间的联系。21数据库系统概论-绪论三个世界的假设3、计算机世界（数据世界）（1）数据项：对应与属性项（2）记录：同一实体的所有数据项按一定的方式组织在一起构成表达实体的数据总和，成为记录。包括记录型和记录值（3）文件：同型的一组记录组合在一起构成文件。（4）数据模型：E
10、R模型在数据世界中的进一步抽象。22数据库系统概论-绪论类型和值在数据库中，每个概念都有n类型（type）n类型是概念的内涵n值（value）n值是概念的外延n例如n学生实体集中，学生是一个实体类型，而具体的人张三、李四是实体值n学号、姓名、年龄是属性而3567、张三、19是对应的属性值23数据库系统概论-绪论物理存储中的数据描述计算机存储器中的术语n位（bit）n一个二进制位称为“位”，一位只能取0或1状态n字节（byte）n8个二进制位称为一个字节n字（word）n若干个字节组成一个字，一个字所含的二进制位的位数称为字长（有8位、16位、24位、32位等）24数据库系统概论-绪论物理存储中
11、的数据描述n块（block）或物理块、物理记录n每块的大小为28212字节n块是内存和外存交换信息的最小单位n卷（volume）n一台输入输出设备所能装载的全部有用信息n如磁带机的一盘磁带就是一卷25数据库系统概论-绪论逻辑数据和物理数据数据的描述形式n物理描述n是指数据在存储设备上的存储方式，物理数据是实际存储在存储设备上的数据n物理联系，物理结构、物理文件、物理记录等术语，都是描述物理数据的细节n逻辑描述n是指程序员或用户用来操作的数据形式，是抽象的概念n逻辑联系、逻辑结构、逻辑文件、逻辑记录等术语，都是用户观点的数据描述26数据库系统概论-绪论逻辑数据和物理数据n逻辑数据与物理数据之间的
12、关系n用户看到的数据结构和数据与存储器中的数据结构和数据可能完全不同n应用数据管理软件把逻辑数据转换成物理数据，或把物理数据转换成逻辑数据27数据库系统概论-绪论三个世界的术语有所不同现 实 世 界信 息 世 界 数 据 世 界 组 织实 体联 系数 据 模 型 全 体实 体 集 合文 件 个 体实 体记 录 特 征属 性数 据 项28数据库系统概论-绪论概念模型、数据模型概念模型：也称信息模型，是按用户的观点来对数据和信息建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是用户和数据库设计人员交流的语言，主要用于数据库设计。数据模型：是按计算机的观点对数据建模，是现实世界数据特征的抽象。主要包括层次模
13、型、网状模型、关系模型和面向对象模型。主要用于DBMS的实现。29数据库系统概论-绪论一、概念模型的基本概念概念模型：是现实世界到机器世界的中间层次。信息世界中的基本概念：n实体(Entity)：客观存在并相互区别的事物。n属性(Attribute)：实体所具有的某一特征。n码(Key)：唯一标识实体的属性集。n域(Domain)：属性的取值范围为该属性的域。n实体型(EntityType)：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。n实体集(EntitySet)：同型实体的集合。n联系(Relationship)30数据库系统概论-绪论二、概念模型的表示方法(1)概念模型的表示
14、方法:最著名的方法是1976年由P.P.Chen 提出的实体-联系方法(E-R方法)。n实体型：用矩形表示，框内写明实体名。n属性：用椭圆表示，并用无向边和相应实体相连。例:n联系：用菱形表示，框内写明联系名，并用无向边和有关实体相连，边旁标明联系的类型。例:学号学生学习学生课程31数据库系统概论-绪论概念模型的表示方法(2)两个实体之间的联系类型：n一对一：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然。n一对多：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体(n0)与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有1个实体与之联系。n多对多：如
15、果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体(n0)与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体(m0)与之联系。32数据库系统概论-绪论E1E2乘客座位实体集E1实体集E2图1.8 一对一联系实体间的联系一对一联系33数据库系统概论-绪论实体间的联系一对多联系E1E2工人车间实体集E1实体集E2图1.9 一对多联系34数据库系统概论-绪论实体间的联系多对多联系E1E2课程学生实体集E1实体集E2图1.10 多对多联系35数据库系统概论-绪论概念模型的表示方法(3)两个实体型之间联系的表示方法11m1nn1:11:nm:n班级任职班长班级学生包括学生课程选修36数据
16、库系统概论-绪论概念模型的表示方法(4)两个以上实体型之间也存在着一对一、一对多、多对多联系。表示方法：1mmnnp供应商零件供应项目课程讲授教师参考书37数据库系统概论-绪论概念模型的表示方法(5)同一实体集内的各实体之间也可存在一对一、一对多、多对多的联系。表示方法：1n11职工领导职工婚姻38数据库系统概论-绪论概念模型的表示方法(6)仓库仓库号面积电话号零件零件号名称规格单价描述供应商供应商号姓名地址电话号码账号职工号职工姓名年龄职称项目项目号预算开工日期39数据库系统概论-绪论概念模型的表示方法(7)实体及其联系图1nmm1nnpn供应商项目供应量供应库存量零件仓库存放职工工作领导4
17、0数据库系统概论-绪论概念模型的表示方法(8)完整E-R图1nmm1nnpn职工号姓名年龄职称供应商项目零件仓库职工供应量库存量供应存放工作领导仓库号面积电话号零件号名称规格单价描述项目号预算开工日期供应商号姓名地址电话号码账号41数据库系统概论-绪论三、数据模型的组成要素数据结构：是所研究的对象类型的集合。是对系统静态特性的描述。数据操作：是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合。是对系统动态特性的描述。数据的约束条件：是一组完整性规则的集合。42数据库系统概论-绪论举例（学校系的教课模型）系教研室课程教师数据模型系教研室课程教师数据模型的一个值系号系名系主任名室号室名室
18、主任名课程号课程名学时数任课教师姓名年龄职称办公室研究方向3计算机张强301结构王明302应用李红303软件刘伟C001网络36赵辉C002通信原理54李红C003数据库52王岩张英30讲师303网络周华44教授303密码43数据库系统概论-绪论四、最常用的数据模型层次摸型网状模型关系模型44数据库系统概论-绪论层次模型的数据结构定义：满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。（一对多联系）n有且只有一个结点没有双亲结点，称为根结点。n根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。在层次模型中，每个结点表示一个记录类型，记录之间的联系用结点之间的连线(有向边)表示。45数据库系统概论-绪论多对多
19、联系在层次模型中的表示冗余结点法：两个实体的多对多联系通过增设两个冗余结点将其转换成两个一对多联系。n优点是结构清晰，允许结点改变存储位置。n缺点是需要额外占用存储空间，有潜在的不一致性m11nmmS-C学号姓名成绩课程号课程名课程号课程名学号姓名成绩学号姓名成绩课程号课程名46数据库系统概论-绪论多对多联系在层次模型中的表示虚拟结点法：将冗余结点转换为虚拟结点，虚拟结点是一个指引元，指向所替代的结点。n优点是减少对存储空间的浪费,避免产生潜在的不一致性。n缺点是结点改变存储位置可能引起虚拟结点中指针的修改。课程号课程名学号姓名成绩v.sv.c47数据库系统概论-绪论层次模型的数据操纵与完整性
20、约束进行插入操作时，没有相应的双亲结点值就不能插入子女结点的值。进行删除操作时，如删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除。进行修改操作时，应修改所有相应记录。48数据库系统概论-绪论层次模型的存储结构邻接法：按照层次树前序穿越的顺序把所有记录值依次邻接的存放，通过物理空间的位置来体现层次关系。链接法：用指引元来反映数据之间的层次关系。n孩子兄弟链接法n层次序列链接法49数据库系统概论-绪论层次模型的特点层次模型的优点：n层次数据模型本身比较简单。n对实体间的联系固定。n提供了良好的完整性支持。层次模型的缺点：n只能表示1：N的联系。n对插入和删除操作的限制较多。n查询子女结点必须通过双
21、亲结点。n由于结构严密，层次命令趋于程序化。50数据库系统概论-绪论网状模型的数据结构网状模型：典型代表DBTG系统。满足下面两个条件的基本层次联系集合称为网状模型：n允许一个以上的结点无双亲；n一个结点可以由多于一个的双亲。使维S-SCC-SC用护工人设备学号姓名系别课程号课程名分数学号课程号成绩51数据库系统概论-绪论网状数据模型的数据结构 1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L3L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4L4 R4 R4 R5R5 52数据库系统概论-绪论网状数据模型的数据结构(续）学生宿舍学生宿舍学生学生教研室教研室系系教师教师53数据库系统概论-绪论网状
22、数据模型的数据结构(续）父母父母人人子女子女树树种种植植砍砍伐伐养养育育赡赡养养54数据库系统概论-绪论网状模型的操纵、完整性、存储结构网状数据模型的操纵与完整性约束n支持记录码的概念n保证一个联系中双亲记录和子女记录之间是一对多的联系n可以支持双亲记录和子女记录之间的某些约束条件网状数据模型的存储结构:链接法55数据库系统概论-绪论网状数据模型的数据结构(续）多对多联系在网状模型中的表示n用网状模型用网状模型间接间接表示多对多联系表示多对多联系n方法方法 将多对多联系将多对多联系直接直接分解成一对多联系分解成一对多联系56数据库系统概论-绪论网状数据模型的特点网状数据模型的优点：n能够更为直
23、接的描述现实世界n具有良好的性能，存取效率较高网状数据模型的缺点：n结构比较复杂。不利于最终用户使用n其DDL、DML语言复杂，用户不宜使用57数据库系统概论-绪论层次模型和网状模型的区别网状模型中子女结点与双亲结点的联系不唯一，因此需要为每个联系命名。网状模型允许复合链，即两个结点之间有两种以上的联系。58数据库系统概论-绪论典型的网状数据库系统DBTG系统，亦称CODASYL系统n由由DBTG提出的一个系统方案提出的一个系统方案n奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术n70年代推出年代推出实际系统nCullinet Software Inc.公司的公司
24、的 IDMSnUnivac公司的公司的 DMS1100nHoneywell公司的公司的IDS/2nHP公司的公司的IMAGE59数据库系统概论-绪论关系模型的数据结构关系模型：1970年IBM研究员E.F,Codd提出.是建立在严格的数学概念的基础上的。在用户观点下，其逻辑结构为一张二维表。学号姓名年龄性别系名年级95004王小明19男社科系9595006张大鹏20男计算机9595008李小宇18女管理系9560数据库系统概论-绪论关系模型的数据结构关系模型的基本概念n关系(Relation)：一个关系对应一张二维表n元组(Tuple)：二维表中的一行n属性(Attribute)：二维表中的一
25、列n主码(Key)：能够唯一标识元组的属性组n域(Domain)：属性的取值范围n分量：元组中的一个属性值n关系模式：关系名(属性1，属性2，属性n)n注：关系的每一个分量必须是一不可分的数据项61数据库系统概论-绪论关系数据模型的数据结构(续）例学生、课程、学生与课程之间的多对多联系：学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）课程（课程号，课程名，学分）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）选修（学号，课程号，成绩）62数据库系统概论-绪论关系数据模型的数据结构(续）关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个
26、分量必须是一个不最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。可分的数据项。63数据库系统概论-绪论关系模型的操纵、完整性、存储结构关系数据模型的操纵与完整性约束n操作主要包括查询、插入删除和修改数据。n完整性约束条件包括实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。关系模型的存储结构：实体及实体间的联系都用表来表示。表以文件形式存储。64数据库系统概论-绪论关系模型的数据操纵查询、插入、删除、更新数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”65数据库系统概论-绪论关系模型的特点关系模型的优点：n关系
27、模型是建立在严格数学概念的基础上的；n关系模型的概念单一；n关系模型的存取路径对用户透明，具有更高的数据独立性和安全保密性，简化了工作。关系模型的缺点：n查询效率不如非关系模型，必须进行优化。66数据库系统概论-绪论数据库系统的特点数据库系统阶段的特点：n数据结构化n数据的共享性高,冗余度低,易扩充n数据独立性高n数据由DBMS统一管理和控制n数据的安全性(Security)保护n数据的完整性(Integrity)检查n并发控制(Concurrency)n数据库恢复(Recovery)67数据库系统概论-绪论第三节数据库系统结构一、数据库系统模式的概念n型：指对某一类数据的结构和属性的说明。n
28、值：型的一个具体赋值n模式(Schema):是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,仅涉及到型。n实例(Instance)：模式的一个具体值。n模式反映的是数据的结构及其联系，实例反映的是数据库某一时刻的状态。68数据库系统概论-绪论数据库的三级体系结构特点n它是数据的三个抽象级别n它把数据的具体组织留给DBMS去做n用户只要抽象的处理数据n不必关心数据在计算机中的表示和存储n减轻了用户使用系统的负担nDBMS在这三级结构之间提供了两个层次的映象n外模式/模式n模式/内模式69数据库系统概论-绪论数据库的三级体系结构数据库数据库内模式内模式模式模式外模式外模式B B外模式外模式A A主语言主
29、语言+ +DDLDDL模式模式/ /内模式映象内模式映象主语主语言言+ +DDLDDL主语主语言言+ +DDLDDL主语言主语言+ +DDLDDL主语主语言言+ +DDLDDL外模式外模式/ /模式映象模式映象A A外模式外模式/ /模式映象模式映象B B由数据由数据库管理库管理员建立员建立和维护和维护数据库数据库管理系统管理系统DBMSOS图图1.23 1.23 数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构70数据库系统概论-绪论外模式外模式/ /模式映像模式映像 内模式内模式/ /模式映像模式映像应用A应用B应用C应用E外模式1外模式2外模式3模式内模式数据库应用D71数据库系统概论-绪论二、
30、数据库系统的三级模式结构(1)数据库系统的三级模式结构：指数据库系统是由外模式、模式和内模式三级构成。n模式：也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。一个数据库只有一个模式。n外模式：也称子模式或用户模式，是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。72数据库系统概论-绪论数据库系统的三级模式结构(2)n内模式：也称存储模式，是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式。73数据库系统概论-绪论数据库的二级映像功能与数据独立性n外模式/模
31、式映像：定义某一个外模式和模式之间的对应关系，这些映象通常包含在各自的外模式中。当模式改变时，外模式/模式映象要作相应的改变，以保证外模式保持不变，保证了数据与程序的逻辑独立性。映象的定义通常包含在各自的外模式中。74数据库系统概论-绪论n模式/内模式映像：是唯一的，定义数据逻辑结构和存储结构之间的对应关系。例如说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。当数据的存储结构改变了，模式/内模式映象也要作相应的变化，保持模式不变。保证了数据与程序的物理独立性。75数据库系统概论-绪论数据库系统的三级模式结构(3)n模式独立与数据库的其他层次；n内模式独立于外模式，也独立于具体的存储设备；n外模式定义在逻
32、辑模式之上，独立于存储模式和存储设备。n特定应用程序依赖于特定的外模式，与数据库的模式和存储结构独立。76数据库系统概论-绪论三、用户访问数据的过程数据数据字典字典数据库数据库6324101879115nDB系统缓冲区系统缓冲区n由由DBMS在程序在程序A运行时为数据库开辟的，用于数据的传输和格式的转换运行时为数据库开辟的，用于数据的传输和格式的转换图图1.24 用户访问数据的过程用户访问数据的过程77数据库系统概论-绪论用户访问数据的过程应用程序A通过DBMS读取数据库中记录的全过程1)用户在应用程序A中安排一条读记录的DML语句n该语句给出涉及的外模式中记录类型名及键值n执行该语句时，立即
33、启动DBMS，并把读记录的命令传给DBMS2)DBMS检查读操作的合法性n对读命令加以分析n从DD中调出与程序A对应的外模式n检查该操作是否合法，决定是否执行读命令78数据库系统概论-绪论用户访问数据的过程3)决定执行A的命令，DBMS对概念模式操作n调出相应的概念模式n执行外模式/模式映象功能n把外模式的外部记录格式映象成概念模式的概念记录格式n决定概念模式应读哪些记录4)DBMS对内模式操作n调出相应的内模式n执行模式/内模式的映象功能，把概念记录格式映象成内模式的内部记录格式n确定应读入哪些物理记录以及相应的地址信息79数据库系统概论-绪论用户访问数据的过程5)DBMS向操作系统OS发出
34、从指定地址读取物理记录的命令6)OS执行读命令n按指定地址从数据库中把记录读入OS的系统缓冲区n随即读入数据库的系统缓冲区n并在操作结束后向DBMS作出回答7)DBMS收到OS读操作结束的回答后，将读入缓冲区中的数据转换成概念模式记录、外部记录80数据库系统概论-绪论用户访问数据的过程8)DBMS把导出的外部记录从系统缓冲区送到应用程序A的变量中9)DBMS向运行日志数据库写入读一条记录的信息，以备以后查阅数据库的使用情况10)DBMS将读记录操作的成功与否信息返回给应用程序A81数据库系统概论-绪论第四节DBS的全局结构DBS必须在操作系统OS基础上工作nDBS的某些功能是由计算机系统的OS
35、提供的，nOS提供了DBS的最基本的服务82数据库系统概论-绪论数数据据库库管管理理系系统统查查询询处处理理器器存存储储管管理理器器用用户户磁盘存储器磁盘存储器图DBS全局结构83数据库系统概论-绪论一、DBS的全局结构DBS全局结构（上图）1.数据库用户1)DBAnDBA是控制整个数据整体结构的人，负责三级结构的建立和修改nDBA和DBMS的界面是数据库模式2)专业用户n数据库设计中的上层人士，如系统分析员n专业用户和DBMS的界面是数据库查询3)应用程序员n是使用宿主语言和DML语言编程的应用程序员n他们和DBMS的界面是应用程序84数据库系统概论-绪论DBS的全局结构4)初级用户n使用应
36、用程序的非计算机人员n初级用户和DBMS的界面是应用程序的运行界面2.DBMS查询处理器1)DML编译器n优化DML语句，并转换为“查询运行核心程序”能执行的低层指令2)嵌入型DML预编译器n把嵌入在宿主语言中的DML语句预处理成规范的过程调用形式85数据库系统概论-绪论DBS的全局结构3)DDL编译器n编译或解释DDL语句，并置入数据字典DD中4)查询运行核心程序n执行由DML编译器产生的低层指令2.DBMS存储管理器它提供存储在数据库中的低层数据和应用程序、查询之间的界面1)授权和完整性管理器1)测试应用程序是否满足完整性约束2)检查用户访问数据是否合法86数据库系统概论-绪论DBS的全局
37、结构2)事务管理器1)事务DBS的逻辑工作单位，由对DB的操作序列组成2)用于确保一致性状态3)保证事务的正确执行3)文件管理器1)负责磁盘空间的合理分配2)管理物理文件的存储结构和存取方式4)缓冲区管理器1)为应用程序开辟数据库系统缓冲区2)负责把数据通过缓冲区送入内存3)确定进入高速缓冲存储器的数据87数据库系统概论-绪论DBS的全局结构4.磁盘存储器1)数据文件n用来存储数据库中的数据2)数据字典DDn存储三级结构的描述3)索引n是为了提高查询速度而设置的逻辑排序手段4)统计数据n存储运行时统计分析数据88数据库系统概论-绪论二、DBS结构分类1.集中式DBSn定义n运行在单个计算机系统
38、中，并与其它计算机没有联系的DBS称为集中式DBSn特点n只有一台计算机n有若干台设备控制器控制着磁盘、打印机和磁带等设备n计算机和设备控制器通过系统总线与共享的内存相连n计算机和设备控制器能够并发执行89数据库系统概论-绪论DBS结构分类磁盘磁盘打印机打印机磁带机磁带机系统总线系统总线图图1.26 集中式计算机系统集中式计算机系统90数据库系统概论-绪论DBS结构分类2.客户机/服务器DBS（C/S DBS）把DBMS功能和应用分开n网网络络中中某某个个（些些）结结点点上上的的计计算算机机专专门门用用于于执执行行DBMSDBMS功能，称为数据库服务器，简称服务器功能，称为数据库服务器，简称服
39、务器n其其他他结结点点上上的的计计算算机机安安装装DBMSDBMS的的外外围围应应用用开开发发工具，用户的应用系统，称为客户机工具，用户的应用系统，称为客户机91数据库系统概论-绪论n功能的分布n一些功能放在前端（即客户机）上执行，实现前端处理和用户界面n另一些功能放在后端（即服务器）上执行，完成事务处理和数据访问控制92数据库系统概论-绪论DBS结构分类网络网络图图1.27 C/S系统的一般结构系统的一般结构93数据库系统概论-绪论DBS结构分类SQL用户界面用户界面格式界面格式界面报表输出报表输出图形界面图形界面SQL核心程序核心程序（存取控制、查询优化、并（存取控制、查询优化、并发控制、
40、恢复等）发控制、恢复等）界面界面（SQL+API）图图1.28 C/S DBS的前、后端功能的前、后端功能后端后端后端后端前端前端前端前端94数据库系统概论-绪论客户服务器结构的优点n客客户户端端的的用用户户请请求求被被传传送送到到数数据据库库服服务务器器，数数据据库库服服务务器器进进行行处处理理后后，只只将将结结果果返返回回给给用用户户，从从而而显显著减少了数据传输量著减少了数据传输量n数据库更加开放数据库更加开放n客客户户与与服服务务器器一一般般都都能能在在多多种种不不同同的的硬硬件件和和软软件件平台上运行平台上运行n可以使用不同厂商的数据库应用开发工具可以使用不同厂商的数据库应用开发工具
41、95数据库系统概论-绪论客户服务器结构的缺点“胖客户”问题：n系统安装复杂，工作量大。系统安装复杂，工作量大。n应用维护困难，难于保密，造成安全性差。应用维护困难，难于保密，造成安全性差。n相相同同的的应应用用程程序序要要重重复复安安装装在在每每一一台台客客户户机机上上，从从系统总体来看，大大浪费了系统资源。系统总体来看，大大浪费了系统资源。系统规模达到数百数千台客户机，它们的硬件配置、系统规模达到数百数千台客户机，它们的硬件配置、操作系统又常常不同，要为每一个客户机安装应用程操作系统又常常不同，要为每一个客户机安装应用程序和相应的工具模块，其安装维护代价便不可接受了序和相应的工具模块，其安装
42、维护代价便不可接受了。96数据库系统概论-绪论3、浏览器/应用服务器/数据库服务器结构客户端： 浏览器软件、用户界面浏览器软件、用户界面 浏览器的界面统一，广大用户容易掌握浏览器的界面统一，广大用户容易掌握 大大减少了培训时间与费用。大大减少了培训时间与费用。服务器端分为两部分：nWeb服务器、应用服务器服务器、应用服务器n数据库服务器等数据库服务器等大大减少了系统开发和维护代价大大减少了系统开发和维护代价能够支持数万甚至更多的用户能够支持数万甚至更多的用户97数据库系统概论-绪论DBS结构分类4.分布式DBS（distributed DBS）n定义n用通信网络连接起来的场地（或结点）的集合n
43、每一个场地可以拥有集中式DBSn特点n其数据具有“分布性”n数据分别存储在不同场地，而不是在同一场地n其数据具有“逻辑整体性”n虽然数据分布在各个场地，但是在逻辑上是一个整体，用户使用起来如同一个集中式DBSn其数据不仅在场地上分离，在管理上也是分离的n系统中的事务有本地与全局之分，因此对数据的管理也是分离的98数据库系统概论-绪论第五节 数据库技术的研究领域数据库管理系统软件的研制数据库设计数据库理论99数据库系统概论-绪论第一章绪论小结内容提要：通过本章的学习，应重点掌握：n正确理解数据库系统中的基本概念n什么是数据模型以及数据模型的分类n什么是概念模型，概念模型的表示方法n数据库系统的结
44、构及其组成学习要点：应把注意力放在掌握基本概念和基本知识方面，为学习后面的章节打好基础100数据库系统概论-绪论例题请用E-R图描述顾客、商店和服务员之间关系1nm商店顾客服务员服务101数据库系统概论-绪论现实世界中客观存在并能相互区别的事物称为（）。A实体B实体集C字段D记录现实世界中事物的特性在信息世界中称为（）。A实体B实体标识符C属性D关键码采用二维表结构表达实体类型及实体间联系的数据模型是()。A层次模型B网状模型C关系模型D实体联系模型下列实体类型的联系中，属于一对一联系的是（）。A教研室对教师的联系B父亲对孩子的亲生联系C省对省会的联系D供应商与项目的供货关系数据库系统中，用（）描述全部数据的整体逻辑结构。A外模式B存储模式C内模式D概念模式数据库系统中，物理存储视图用（）描述。A外模式B用户模式C内模式D概念模式102数据库系统概论-绪论逻辑数据独立性是指（）。A概念模式改变，外模式和应用程序不变B概念模式改变，内模式不变C内模式改变，概念模式不变D内模式改变，外模式和应用程序不变物理数据独立性是指（）。A概念模式改变，外模式和应用程序不变B概念模式改变，内模式不变C内模式改变，概念模式不变D内模式改变，外模式和应用程序不变数据库系统中，用户使用的数据视图用（）描述，它是用户与数据库系统之间的接口。A外模式B存储模式C内模式D概念模式103数据库系统概论-绪论
