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1、1数据库系统概论数据库系统概论2课程计划o讲课40学时；上机12学时；o教材王珊、萨师煊 数据库系统概论（第四版），高等教育出版社， 2006年5月.http:/www.chinadb.org/o其它参考书冯建华、周立柱 数据库系统设计与原理,清华大学出版社，2004年7月 杨冬青，唐世谓等译，数据库系统概念 ,机械工业出版社，2003年3月 o成绩：n平时(考勤、作业、上机)30%+考试70%3数据库课程上机报告要求1.分组成员2.项目标题（选题说明与摘要）3.项目相关者4.项目过程图（功能图或模块图）5.数据模型（E-R图及其说明）6.用例描述4数据库课程上机报告要求7.项目进度系统安装模
2、型设计功能开发完成情况8.报告要求文件名：项目名称-组长名-mmdd.doc每次的报告要有完整性，要包括（充实或修改）前面报告的内容。5内容安排 基础篇n第一章 绪论n第二章 关系数据库n第三章 关系数据库标准语言SQLn第四章 数据库安全性n第五章 数据库完整性 设计与应用开发篇n第六章 关系数据理论n第七章 数据库设计n第八章 数据库编程 系统篇n第九章 关系查询处理和查询优化n第十章 数据库恢复技术n第十一章 并发控制n* 第十二 章数据库管理系统6第一章 绪论1.1 1.1 数据库系统概述1.2 1.2 数据模型1.3 1.3 数据库系统结构1.4 1.4 数据库系统的组成1.5 1.
3、5 小结71.1 1.1 数据库系统概述1.1.1 1.1.1 四个基本概念1.1.2 1.1.2 数据管理技术的产生和发展1.1.3 1.1.3 数据库系统的特点81.1.1 1.1.1 四个基本概念o数据(Data)o数据库(Database)o数据库管理系统(DBMS)o数据库系统(DBS)9一、数据o数据(Data)是数据库中存储的基本对象o数据的定义n描述事物的符号记录o数据的种类n文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等o数据的特点n数据与其语义是不可分的10数据举例o数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的。n例如93是一个数据语义1：学生某门课的成
4、绩语义2：某人的体重语义3：计算机系2003级学生人数语义4：。11二、数据库o数据库的定义n数据库(Database,(Database,简称DB)DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合o数据库的基本特征n数据按一定的数据模型组织、描述和储存n可为各种用户共享n冗余度较小n数据独立性较高n易扩展12三、数据库管理系统o什么是DBMSn位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件n是基础软件，是一个大型复杂的软件系统oDBMS的用途n科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据13DBMSDBMS的主要功能o数据定义功能n提供数据定义语言(DDL)n定义数据库中的数据对象o数据
5、组织、存储和管理n分类组织、存储和管理各种数据n确定组织数据的文件结构和存取方式n实现数据之间的联系n提供多种存取方法提高存取效率o数据操纵功能n提供数据操纵语言(DML)n实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)14DBMSDBMS的主要功能o数据库的事务管理和运行管理n数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制n保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用n发生故障后的系统恢复o数据库的建立和维护功能( (实用程序) )n数据库初始数据装载转换n数据库转储n介质故障恢复n数据库的重组织n性能监视分析等o其它功能nDBMS与网络中其它软件系统的通信n两个DBMS系统的数据
6、转换n异构数据库之间的互访和互操作15四、数据库系统o什么是数据库系统（Database SystemDatabase System，简称DBSDBS）n在计算机系统中引入数据库后的系统构成o数据库系统的构成n数据库n数据库管理系统（及其开发工具）n应用系统n数据库管理员16用户用户用户应用系统应用开发工具数据库管理系统DBMS操作系统数据库数据库管理员数据库系统数据库系统四、数据库系统171.1 1.1 数据库系统概述1.1.1 1.1.1 四个基本概念1.1.2 1.1.2 数据管理技术的产生和发展1.1.3 1.1.3 数据库系统的特点18数据管理技术的产生和发展o什么是数据管理n对数据
7、进行分类、组织、编码、存储、检索和维护n是数据处理的中心问题o数据管理技术的发展过程n人工管理阶段(20(20世纪4040年代中-50-50年代中) )n文件系统阶段(20(20世纪5050年代末-60-60年代中) )n数据库系统阶段(20(20世纪6060年代末-现在) )o数据管理技术的发展动力n应用需求的推动n计算机硬件的发展n计算机软件的发展19一、人工管理阶段o时期n20世纪40年代中-50年代中o产生的背景n应用需求科学计算n硬件水平无直接存取存储设备n软件水平没有操作系统n处理方式批处理o特点n数据的管理者：用户（程序员），数据不保存n数据面向的对象：某一应用程序n数据的共享程
8、度：无共享、冗余度极大n数据的独立性：不独立，完全依赖于程序n数据的结构化：无结构n数据控制能力：应用程序自己控制20一、人工管理阶段人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系21二、文件系统阶段o时期n20世纪50年代末-60年代中o产生的背景n应用需求科学计算、管理n硬件水平磁盘、磁鼓n软件水平有文件系统n处理方式联机实时处理、批处理o特点n数据的管理者：文件系统，数据可长期保存n数据面向的对象：某一应用程序n数据的共享程度：共享性差、冗余度大n数据的结构化：记录内有结构,整体无结构n数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序n数据控制能力：应用程序自己控制22二、文件系统阶
9、段文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系23文件系统中数据的结构o记录内有结构。o数据的结构是靠程序定义和解释的。o数据只能是定长的。n可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。o文件间是独立的，因此数据整体无结构。n可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系。o数据的最小存取单位是记录。24三、数据库系统阶段o时期n20世纪60年代末以来o产生的背景n应用背景大规模管理n硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列n软件背景有数据库管理系统n处理方式联机实时处理,分布处理,批处理251.1 1.1 数据库系统概述1.1.1 1.1.1 四个基本概念1.1.2 1.1
10、.2 数据管理技术的产生和发展1.1.3 1.1.3 数据库系统的特点261.1.3 1.1.3 数据库系统的特点o数据结构化o数据的共享性高，冗余度低，易扩充o数据独立性高o数据由DBMS统一管理和控制27数据结构化o整体数据的结构化是数据库的主要特征之一o整体结构化n不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织n不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系o数据库中实现的是数据的真正结构化n数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释n数据可以变长n数据的最小存取单位是数据项28数据的共享性高，冗余度低，易扩充o数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应
11、用共享使用。o数据共享的好处n减少数据冗余，节约存储空间n避免数据之间的不相容性与不一致性n使系统易于扩充29数据独立性高o物理独立性n指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。o逻辑独立性n指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。o数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的30数据由DBMSDBMS统一管理和控制oDBMS提供的数据控制功能(1)数据的安全性（Security）保护保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。(2)数据的完整性（Integrity）检查将数据控
12、制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。(3)并发（Concurrency）控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。(4)数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。31应用程序与数据的对应关系数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系32第一章 绪论1.1 1.1 数据库系统概述1.2 1.2 数据模型1.3 1.3 数据库系统结构1.4 1.4 数据库系统的组成1.5 1.5 小结331.2 1.2 数据模型1.2.1 1.2.1 两大类数据模型1.2.2 1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 1.2.3 概念模型1.2
13、.4 1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 1.2.5 层次模型1.2.6 1.2.6 网状模型1.2.7 1.2.7 关系模型34数据模型o在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。o通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。o数据模型应满足三方面要求n能比较真实地模拟现实世界n容易为人所理解n便于在计算机上实现351.2.1 1.2.1 两大类数据模型o数据模型分为两类（分属两个不同的层次）(1) (1) 概念模型也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。(2) (2) 逻辑模型和物理模型n逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对
14、象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMSDBMS实现。n物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。o客观对象的抽象过程-两步抽象n现实世界中的客观对象抽象为概念模型；n把概念模型转换为某一DBMSDBMS支持的数据模型。361.2.1 1.2.1 两大类数据模型现实世界中客观对象的抽象过程371.2 1.2 数据模型1.2.1 1.2.1 两大类数据模型1.2.2 1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 1.2.3 概念模型1.2.4 1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 1.2.5 层次模型1.2.6 1.2.6
15、 网状模型1.2.7 1.2.7 关系模型381.2.2 1.2.2 数据模型的组成要素o数据结构o数据操作o完整性约束条件39一、数据结构o什么是数据结构n描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系o描述的内容n与数据类型、内容、性质有关的对象n与数据之间联系有关的对象o数据结构是对系统静态特性的描述40二、数据操作o数据操作n对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作及有关的操作规则o数据操作的类型n查询n更新(包括插入、删除、修改)o数据模型对操作的定义n操作的确切含义n操作符号n操作规则（如优先级）n实现操作的语言o数据操作是对系统动态特性的描述41三、数据的完整性约束条件o数据
16、的完整性约束条件n一组完整性规则的集合。n完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则n用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。o数据模型对完整性约束条件的定义n反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。n提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。421.2 1.2 数据模型1.2.1 1.2.1 两大类数据模型1.2.2 1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 1.2.3 概念模型1.2.4 1.2.4 最常用
17、的数据模型1.2.5 1.2.5 层次模型1.2.6 1.2.6 网状模型1.2.7 1.2.7 关系模型431.2.3 1.2.3 概念模型o信息世界中的基本概念o两个实体型之间的联系o两个以上实体型之间的联系o单个实体型内的联系o概念模型的一种表示方法o一个实例441.2.3 1.2.3 概念模型o概念模型的用途n概念模型用于信息世界的建模n是现实世界到机器世界的一个中间层次n是数据库设计的有力工具n数据库设计人员和用户之间进行交流的语言o对概念模型的基本要求n较强的语义表达能力n能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识n简单、清晰、易于用户理解45一、信息世界中的基本概念(1) 实体（E
18、ntity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2) 属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。(3) 码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。(4) 域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域。46一、信息世界中的基本概念(5) 实体型（Entity Type）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(6) 实体集（Entity Set）同一类型实体的集合称为实体集(7) 联系（Relationship）n现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。n
19、实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系n实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系47二、两个实体型之间的联系48二、两个实体型之间的联系o一对一联系（1:1）n实例一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职n定义： 如果对于实体集A A中的每一个实体，实体集B B中至多有一个（也可以没有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集A A与实体集B B具有一对一联系，记为1:11:149二、两个实体型之间的联系o一对多联系（1：n）n实例一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习n定义： 如果对于实体集A A中的每一个实体，实体集B B中有n n个实体（n n0 0）与之联系，反
20、之，对于实体集B B中的每一个实体，实体集A A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A A与实体集B B有一对多联系，记为1:n1:n50二、两个实体型之间的联系o多对多联系（m:n）n实例课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程n定义： 如果对于实体集A A中的每一个实体，实体集B B中有n n个实体（n n0 0）与之联系，反之，对于实体集B B中的每一个实体，实体集A A中也有m m个实体（m m0 0）与之联系，则称实体集A A与实体B B具有多对多联系，记为m:nm:n51三、两个以上实体型之间的联系o两个以上实体型之间一对多联系n若实体集E1
21、E1，E2E2，.，EnEn存在联系，对于实体集EjEj（j=1j=1，2 2，.，i-1i-1，i+1i+1，.，n n）中的给定实体，最多只和EiEi中的一个实体相联系，则我们说EiEi与E1E1，E2E2，.，Ei-1Ei-1，Ei+1Ei+1，.，EnEn之间的联系是一对多的52三、两个以上实体型之间的联系o实例n课程、教师与参考书三个实体型一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用53三、两个以上实体型之间的联系o多个实体型间的一对一联系o两个以上实体型间的多对多联系o实例n供应商、项目、零件三个实体型一个供应商可以供给多个
22、项目多种零件每个项目可以使用多个供应商供应的零件每种零件可由不同供应商供给54四、单个实体型内的联系o一对多联系o实例n职工实体型内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）“领导”若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系o一对一联系o多对多联系55五、概念模型的一种表示方法o实体联系方法(E-R方法)n用E-R图来描述现实世界的概念模型nE-R方法也称为E-R模型56E-RE-R图o实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。o属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来57E-RE-R图o联系n联系本身： 用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，
23、同时在无向边旁标上联系的类型（1:11:1、1:n1:n或m:nm:n）58联系的表示方法示例59联系的属性o联系的属性：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来60六、一个实例用E-R图表示某个工厂物资管理的概念模型o实体n仓库：仓库号、面积、电话号码n零件：零件号、名称、规格、单价、描述n供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号n项目：项目号、预算、开工日期n职工：职工号、姓名、年龄、职称61六、一个实例o实体之间的联系如下：(1)一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中。仓库和零件具有多对多的联系。用库存量来表示
24、某种零件在某个仓库中的数量。(2)一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作，仓库和职工之间是一对多的联系 (3)职工之间具有领导-被领导关系。即仓库主任领导若干保管员。(4)供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系62六、一个实例完整的实体完整的实体- -联系图联系图631.2 1.2 数据模型1.2.1 1.2.1 两大类数据模型1.2.2 1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 1.2.3 概念模型1.2.4 1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 1.2.5 层次模型1.2.6 1.2.6 网状模型1.2.7 1.2.7 关系模型641.2.4 1.2.4 最常用的
25、数据模型o非关系模型n层次模型(Hierarchical Model)(Hierarchical Model)n网状模型(Network Model)(Network Model)o关系模型(Relational Model)o面向对象模型(Object Oriented Model）o对象关系模型(Object Relational Model)651.2.5 层次模型o层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型o层次数据库系统的典型代表是IBM公司的IMS（Information Management System）数据库管理系统o层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系66一、层次
26、数据模型的数据结构o层次模型n满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型1. 1. 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点2. 2. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点o层次模型中的几个术语n根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点一个层次模型的示例一个层次模型的示例67一、层次数据模型的数据结构o层次模型的特点：n结点的双亲是唯一的n只能直接处理一对多的实体联系n每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为码字段n任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义n没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在68一、层次数据模型的数据结构教员学生层次数据库模型教员学生层次数据库模型6
27、9一、层次数据模型的数据结构教员学生层次数据库的一个值教员学生层次数据库的一个值70二、多对多联系在层次模型中的表示o多对多联系在层次模型中的表示n用层次模型间接表示多对多联系n方法将多对多联系分解成一对多联系n分解方法 冗余结点法 虚拟结点法71三、层次模型的数据操纵与完整性约束o层次模型的数据操纵n查询n插入n删除n更新o层次模型的完整性约束条件n无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值n如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除n更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性72四、层次数据模型的存储结构o邻接法按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次邻接存放，即通过物理空间的
28、位置相邻来实现层次顺序o按邻接法存放图1.20（b）中以根记录A1为首的层次记录实例集图1.20 层次数据库及其实例 A2A2C8C8C6C6C4C4B6B6C9C9C2C2B4B4C14C14C7C7C5C5C3C3B1B1A1A1图1.21 邻接法 73四、层次数据模型的存储结构o链接法n用指引来反映数据之间的层次联系n子女兄弟链接法n层次序列链接法o子女-兄弟链接法每个记录设两类指针，分别指向最左边的子女（每个记录型对应一个）和最近的兄弟74四、层次数据模型的存储结构o层次序列链接法按树的前序穿越顺序链接各记录值75五、层次模型的优缺点o优点n层次模型的数据结构比较简单清晰n查询效率高，
29、性能优于关系模型，不低于网状模型n层次数据模型提供了良好的完整性支持o缺点n多对多联系表示不自然n对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂n查询子女结点必须通过双亲结点n由于结构严密，层次命令趋于程序化761.2 1.2 数据模型1.2.1 1.2.1 两大类数据模型1.2.2 1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 1.2.3 概念模型1.2.4 1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 1.2.5 层次模型1.2.6 1.2.6 网状模型1.2.7 1.2.7 关系模型771.2.6 1.2.6 网状模型o网状数据库系统采用网状模型作为数据的组织方式o典型代表是DBTG系统：n亦称
30、CODASYL系统n70年代由DBTG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o实际系统nCullinet Software Inc.公司的IDMSnUnivac公司的DMS1100nHoneywell公司的IDS/2nHP公司的IMAGE78一一. .网状数据模型的数据结构o网状模型n满足下面两个条件的基本层次联系的集合：1. 1. 允许一个以上的结点无双亲；2. 2. 一个结点可以有多于一个的双亲。o表示方法(与层次数据模型相同)n实体型：用记录类型描述每个结点表示一个记录类型（实体）n属性：用字段描述每个记录类型可包含若干个字段n联系：用结点之间的连线表示记录类型（实体
31、）之间的一对多的父子联系79一一. .网状数据模型的数据结构o网状模型与层次模型的区别n网状模型允许多个结点没有双亲结点n网状模型允许结点有多个双亲结点n网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）n网状模型可以更直接地去描述现实世界n层次模型实际上是网状模型的一个特例80一一. .网状数据模型的数据结构（a）（b）（c）o网状模型中子女结点与双亲结点的联系可以不唯一。要为每个联系命名，并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录81一一. .网状数据模型的数据结构o多对多联系在网状模型中的表示n用网状模型间接表示多对多联系n方法：将多对多联系直接分解成一对多联系82一一. .网状数据模型的数据结
32、构例如：一个学生可以选修若干门课程，某一课程可以被多个学生选修，学生与课程之间是多对多联系o引进一个学生选课的联结记录，由3个数据项组成n学号n课程号n成绩表示某个学生选修某一门课程及其成绩学生学生/ /选课选课/ /课程的网状数据模型课程的网状数据模型83网状数据模型的操纵与完整性约束o网状数据库系统（如DBTG）对数据操纵加了一些限制，提供了一定的完整性约束n码：唯一标识记录的数据项的集合n一个联系中双亲记录与子女记录之间是一对多联系n支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件84三、网状数据模型的存储结构o关键n实现记录之间的联系o常用方法n单向链接n双向链接n环状链接n向首链接85三、网状
33、数据模型的存储结构学生学生/ /选课选课/ /课程的网状数据库实例课程的网状数据库实例86四、网状数据模型的优缺点o优点n能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲n具有良好的性能，存取效率较高o缺点n结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握nDDLDDL、DMLDML语言复杂，用户不容易使用871.2 1.2 数据模型1.2.1 1.2.1 两大类数据模型1.2.2 1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 1.2.3 概念模型1.2.4 1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 1.2.5 层次模型1.2.6 1.2.6 网状模型1.2
34、.7 1.2.7 关系模型881.2.7 1.2.7 关系模型o关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式o1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型o计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型89一、关系数据模型的数据结构o在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。学生登记表学生登记表90一、关系数据模型的数据结构o关系（关系（RelationRelation）一个关系对应通常说的一张表o元组（元组（TupleTuple）表中的一行即为一个元组o属性（属性（AttributeAttribute）表中
35、的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名o主码（主码（KeyKey）表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。o域（域（DomainDomain）属性的取值范围。o分量分量元组中的一个属性值。o关系模式关系模式对关系的描述关系名（属性1，属性2，属性n）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）91一、关系数据模型的数据结构o例1学生、系、系与学生之间的一对多联系：学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）系( (系号，系名，办公地点) )o例2系、系主任、系与系主任间的一对一联系o例3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）课程（课程号，课程
36、名，学分）选修（学号，课程号，成绩）92一、关系数据模型的数据结构o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：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项,不允许表中还有表o图中工资和扣除是可分的数据项, ,不符合关系模型要求一个工资表一个工资表( (表中有表表中有表) )实例实例93一、关系数据模型的数据结构术语对比术语对比94二、关系数据模型的操纵与完整性约束o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n查询n插入n删除n更新o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”o关系的完整性约束条件n实体完整性n参照完整性n用户定义的完整性9
37、5三、关系数据模型的存储结构o实体及实体间的联系都用表来表示o表以文件形式存储n有的DBMS一个表对应一个操作系统文件n有的DBMS自己设计文件结构96四、关系数据模型的优缺点o优点n建立在严格的数学概念的基础上n概念单一 实体和各类联系都用关系来表示 对数据的检索结果也是关系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，更好的安全保密性 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作97四、关系数据模型的优缺点o缺点n存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型n为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化增加了开发DBMS的难度98第一章 绪论1.1 1.1 数据库系统概述1.2 1
38、.2 数据模型1.3 1.3 数据库系统结构1.4 1.4 数据库系统的组成1.5 1.5 小结991.3 1.3 数据库系统结构o从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构o从数据库最终用户角度看（数据库系统外部的体系结构） ，数据库系统的结构分为:n单用户结构n主从式结构n分布式结构n客户服务器n浏览器应用服务器数据库服务器多层结构等1001.3 1.3 数据库系统结构1.3.1 1.3.1 数据库系统模式的概念1.3.2 1.3.2 数据库系统的三级模式结构1.3.3 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性1011.3.1 1.3.1 数据库
39、系统模式的概念o“型” 和“值” 的概念n型(Type)对某一类数据的结构和属性的说明n值(Value)是型的一个具体赋值例如学生记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）一个记录值：（900201，李明，男，计算机，22，江苏）1021.3.1 1.3.1 数据库系统模式的概念o模式（SchemaSchema）n数据库逻辑结构和特征的描述n是型的描述n反映的是数据的结构及其联系n模式是相对稳定的o实例（InstanceInstance）n模式的一个具体值n反映数据库某一时刻的状态n同一个模式可以有很多实例n实例随数据库中的数据的更新而变动1031.3.1 1.3.1 数据库系统模式的概念
40、例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录n2003年的一个学生数据库实例，包含：2003年学校中所有学生的记录学校开设的所有课程的记录所有学生选课的记录n2002年度学生数据库模式对应的实例与2003年度学生数据库模式对应的实例是不同的104数据库系统结构1.3.1 1.3.1 数据库系统模式的概念1.3.2 1.3.2 数据库系统的三级模式结构1.3.3 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性1051.3.2 1.3.2 数据库系统的三级模式结构o模式（Schema）o外模式（External Schema）o内模式（Internal Schema）数据库系统
41、的三级模式结构数据库系统的三级模式结构1061.3.2 1.3.2 数据库系统的三级模式结构107一、模式（Schema）o模式（也称逻辑模式）n数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述n所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求o一个数据库只有一个模式o模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层n与数据的物理存储细节和硬件环境无关n与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关108一、模式o模式的定义n数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）n数据之间的联系n数据有关的安全性、完整性要求109二、外模式（External SchemaExternal Schema）o外模式（也称子
42、模式或用户模式）n数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述n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110二、外模式o外模式的地位：介于模式与应用之间n模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同n外模式与应用的关系：一对多同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用但一个应用程序只能使用一个外模式o外模式的用途n保证数据库安全性的一个有力措施n每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数
43、据111三、内模式（Internal SchemaInternal Schema）o内模式（也称存储模式）n是数据物理结构和存储方式的描述n是数据在数据库内部的表示方式记录的存储方式（顺序存储，按照B B树结构存储，按hashhash方法存储）索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否加密数据存储记录结构的规定o一个数据库只有一个内模式112三、内模式o如果按学号升序存储，则插入一条记录就要找到它应在的位置插入，如图1.29（b）所示o例如学生记录，如果按堆存储，则插入一条新记录总是放在学生记录存储的最后，如右图所示o如果按照学生年龄聚簇存放，假如新插入的S3是16岁，则应插入的位置如图1.29（
44、c）所示（a）（b）（c）记录不同的存储方式示意图113数据库系统结构1.3.1 1.3.1 数据库系统模式的概念1.3.2 1.3.2 数据库系统的三级模式结构1.3.3 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性1141.3.3 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性o三级模式是对数据的三个抽象级别o二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换n外模式模式映像n模式内模式映像115一、外模式模式映象o模式：描述的是数据的全局逻辑结构o外模式：描述的是数据的局部逻辑结构o同一个模式可以有任意多个外模式o每一个外模式，数据库系统都有一个外模式模式映象，定义外模式与模式之间的对应
45、关系o映象定义通常包含在各自外模式的描述中o保证数据的逻辑独立性n当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变n应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。116二、模式内模式映象o模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与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o数据库中模式内模式映象是唯一的o该映象定义通常包含在模式描述中117二、模式内模式映象o保证数据的物理独立性n当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式内模式映象，使模式保持不变n应用程序不受
46、影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。118二、模式内模式映象o数据库模式n即全局逻辑结构是数据库的中心与关键n独立于数据库的其他层次n设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式119二、模式内模式映象o数据库的内模式n依赖于它的全局逻辑结构n独立于数据库的用户视图，即外模式n独立于具体的存储设备n将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以达到较好的时间与空间效率120二、模式内模式映象o数据库的外模式n面向具体的应用程序n定义在逻辑模式之上n独立于存储模式和存储设备n当应用需求发生较大变化，相应外模式不能满足其视图要求时，该外模式就得做
47、相应改动n设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性121二、模式内模式映象o特定的应用程序n在外模式描述的数据结构上编制的n依赖于特定的外模式n与数据库的模式和存储结构独立n不同的应用程序有时可以共用同一个外模式o数据库的二级映像n保证了数据库外模式的稳定性n从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改122二、模式内模式映象o数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去o数据的存取由DBMS管理n用户不必考虑存取路径等细节n简化了应用程序的编制n大大减少了应用程序的维护和修改123第一章 绪论1.1 1.1 数据库系统概述1.2 1.
48、2 数据模型1.3 1.3 数据库系统结构1.4 1.4 数据库系统的组成1.5 1.5 小结1241.4 1.4 数据库系统的组成o数据库o数据库管理系统（及其开发工具）o应用系统o数据库管理员1251.4 1.4 数据库系统的组成o硬件平台及数据库o软件o人员126一、硬件平台及数据库o数据库系统对硬件资源的要求(1) 足够大的内存操作系统DBMS的核心模块数据缓冲区应用程序(2) 足够大的外存磁盘或磁盘阵列数据库光盘、磁带数据备份(3) 较高的通道能力，提高数据传送率127二、软件oDBMSo支持DBMS运行的操作系统o与数据库接口的高级语言及其编译系统o以DBMS为核心的应用开发工具o
49、为特定应用环境开发的数据库应用系统128三、人员o数据库管理员o系统分析员和数据库设计人员o应用程序员o用户129三、人员o不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图，如下图所示各种人员的数据视图各种人员的数据视图1301. 1. 数据库管理员(DBA)(DBA)具体职责：1.决定数据库中的信息内容和结构2.决定数据库的存储结构和存取策略3.定义数据的安全性要求和完整性约束条件4.监控数据库的使用和运行n周期性转储数据库数据文件日志文件n系统故障恢复n介质故障恢复n监视审计文件5.数据库的改进和重组n性能监控和调优n定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能n需求增加和改变时，数据库须
50、需要重构造1312. 2. 系统分析员和数据库设计人员o系统分析员n负责应用系统的需求分析和规范说明n与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置n参与数据库系统的概要设计o数据库设计人员n参加用户需求调查和系统分析n确定数据库中的数据n设计数据库各级模式1323. 3. 应用程序员o设计和编写应用系统的程序模块o进行调试和安装1334. 4. 用户o用户是指最终用户（End User）。最终用户通过应用系统的用户接口使用数据库。1.偶然用户n不经常访问数据库，但每次访问数据库时往往需要不同的数据库信息n企业或组织机构的高中级管理人员2.简单用户n主要工作是查询和更新数据库n银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员3.复杂用户n工程师、科学家、经济学家、科技工作者等n直接使用数据库语言访问数据库，甚至能够基于数据库管理系统的API编制自己的应用程序134第一章 绪论1.1 1.1 数据库系统概述1.2 1.2 数据模型1.3 1.3 数据库系统结构1.4 1.4 数据库系统的组成1.5 1.5 小结1351.5 小结o数据库系统概述n数据库的基本概念n数据管理的发展过程o数据模型n数据模型的三要素n概念模型， E-R 模型n三种主要数据库模型o数据库系统的结构n数据库系统三级模式结构n数据库系统两层映像系统结构o数据库系统的组成
