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1、中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院数据库系统概论数据库系统概论数据库系统概论数据库系统概论 An Introduction to Database SystemsAn Introduction to Database SystemsDepartment of Computer Science, School of Information Renmin University of China2006An Introduction to Database Systems教材及参考书教材及参考书(1)(1) 教材教材萨师煊，王珊：数据库系统概论萨师煊，王珊：数据库系统概论(第四版第四版) 高等
2、教育出版社，高等教育出版社，2006.5 A First Course in Database Systems Jeffrey.D.Ullman, Jennifer Widom Dept. Of Computer Science Stanford University An Introduction to Database Systems教材及参考书教材及参考书(2)(2) 参考书参考书Date C J, An Introduction to Database System (Ed.7), Addison-Wesley,2000 上机软件上机软件KingBase ES 教学版 系统可以从人大金
3、仓公司的网站http:/ An Introduction to Database Systems学习方式学习方式 听课 （启发式、讨论式） 读书 （预习、复习） 报告 （综合练习）An Introduction to Database Systems考试成绩考试成绩v平时成绩 （书面作业、上机练习、综合练习）v期中考试v期末考试An Introduction to Database Systems内容安排内容安排(1) 基础篇第一章 绪论第二章 关系数据库第三章 关系数据库标准语言SQL第四章 数据库安全性第五章 数据库完整性 设计与应用开发篇第六章 关系数据理论数据库设计第七章 数据库设计第
4、八章 数据库编程An Introduction to Database Systems内容安排内容安排(2) 系统篇第九章 关系查询处理和查询优化第十章 数据库恢复技术第十一章 并发控制* 第十二章 数据库管理系统第一至第十一章是本科专业的基本教程（书中有*号的部分除外）第十二至第十七章是高级教程An Introduction to Database Systems数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概
5、述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结An Introduction to Database Systems数据库的地位数据库的地位v数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。v数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。v数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概
6、述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 An Introduction to Database Systems1.1.1 四个基本概念四个基本概念v数据(Data)v数据库(Database)v数据库管理系统(DBMS)v数据库系统(DBS)An Introduction to Database Systems一、数据一、数据v数据(Data)是数据库中存储的基本对象v数据的定义描述事物的符号记录v数据的种类文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等v数据的特点数据
7、与其语义是不可分的An Introduction to Database Systems数据举例数据举例v数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的。例如 93是一个数据语义1：学生某门课的成绩语义2：某人的体重语义3：计算机系2003级学生人数语义4：请同学给出。An Introduction to Database Systems数据举例数据举例v学生档案中的学生记录（李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，1990）语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、 入学时间解释：李明是个大学生，1972年5月出生，江苏南京市人，1990年考入计算机系请给出另一个解释和语义An
8、 Introduction to Database Systems二、数据库二、数据库v数据库的定义数数据据库库(Database,简简称称DB)是是长长期期储储存存在在计计算算机机内内、有有组织组织的、的、可共享可共享的的大量大量数据的集合。数据的集合。v数据库的基本特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享可为各种用户共享冗余度较小冗余度较小数据独立性较高数据独立性较高易扩展易扩展An Introduction to Database Systems三、数据库管理系统三、数据库管理系统v什么是DBMS位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件
9、。是基础软件，是一个大型复杂的软件系统 vDBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据An Introduction to Database Systems硬件平台硬件平台基础软件平台基础软件平台软件基础构架平台软件基础构架平台应用软件平台应用软件平台软件产品软件产品协同软件协同软件办公软件办公软件数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统操作系统操作系统操作系统操作系统 中间件中间件 应用服务器应用服务器数据库在计算机系统中的位置数据库在计算机系统中的位置An Introduction to Database SystemsDBMS的主要功能的主要功能数据定义功能数据定义功能 提供
10、数据定义语言(DDL) 定义数据库中的数据对象数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理 分类组织、存储和管理各种数据 确定组织数据的文件结构和存取方式 实现数据之间的联系 提供多种存取方法提高存取效率An Introduction to Database SystemsDBMS的主要功能的主要功能数据操纵功能数据操纵功能 提供数据操纵语言(DML) 实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改)数据库的事务管理和运行管理数据库的事务管理和运行管理 数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复An Introducti
11、on to Database SystemsDBMS的主要功能的主要功能数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能(实用程序实用程序) 数据库初始数据装载转换 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视分析等其它功能其它功能 DBMS与网络中其它软件系统的通信 两个DBMS系统的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作An Introduction to Database Systems四、数据库系统四、数据库系统v什么是数据库系统（Database System，简简称称DBS） 在计算机系统中引入数据库后的系统构成在计算机系统中引入数据库后的系统构成v数据库系统的构成数据库数据库数
12、据库管理系统（及其开发工具）数据库管理系统（及其开发工具）应用系统应用系统数据库管理员数据库管理员 An Introduction to Database Systems 数据库数据库 应用系统应用系统应用开发工具 操作系统 数数据据库库管管理理系系统统 数据库管理员数据库管理员用户用户用户 数据库系统数据库系统An Introduction to Database Systems1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 An Introduction
13、to Database Systems数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展v什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护数据处理的中心问题数据处理的中心问题v数据管理技术的发展过程人工管理阶段人工管理阶段(20世纪世纪40年代中年代中-50年代中年代中)文件系统阶段文件系统阶段(20世纪世纪50年代末年代末-60年代中年代中)数据库系统阶段数据库系统阶段(20世纪世纪60年代末年代末-现在现在)An Introduction to Database Systems数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展(续续)v数据
14、管理技术的发展动力应用需求的推动应用需求的推动计算机硬件的发展计算机硬件的发展计算机软件的发展计算机软件的发展An Introduction to Database Systems一、人工管理阶段一、人工管理阶段v时期20世纪40年代中-50年代中v产生的背景应用需求科学计算硬件水平无直接存取存储设备软件水平没有操作系统处理方式批处理An Introduction to Database Systems人工管理阶段人工管理阶段(续续)v特点数据的管理者：用户（程序员），数据不保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的结构化：无
15、结构数据控制能力：应用程序自己控制An Introduction to Database Systems应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段人工管理阶段) 应用程序应用程序1数据集数据集1应用程序应用程序2数据集数据集2应用程序应用程序数据集数据集n.人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系 An Introduction to Database Systems二、文件系统阶段二、文件系统阶段v时期20世纪50年代末-60年代中v产生的背景应用需求科学计算、管理硬件水平磁盘、磁鼓软件水平有文件系统处理方式联机实时处理、批处理An Introduction to Dat
16、abase Systems文件系统阶段文件系统阶段(续续)v特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的结构化：记录内有结构,整体无结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须 修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制An Introduction to Database Systems应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(文件系统阶段文件系统阶段)应用程序应用程序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件n存取存取方法方法.文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 An Introduct
17、ion to Database Systems文件系统中数据的结构文件系统中数据的结构v记录内有结构。v数据的结构是靠程序定义和解释的。v数据只能是定长的。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。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。v文件间是独立的，因此数据整体无结构。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间的联系。v数据的最小存取单位是记录。An Introduction to Database Systems三、数据库系统阶段三、数据库系统阶段v时期20世纪60年代
18、末以来v产生的背景应用背景大规模管理硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列软件背景有数据库管理系统处理方式联机实时处理,分布处理,批处理An Introduction to Database Systems1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 An Introduction to Database Systems1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点v数据结构化v数据的共享性高，冗余度低，易扩充v数据独立性高v数据由DBMS统一管理和控制An Intro
19、duction to Database Systems数据结构化数据结构化v整体数据的结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 v整体结构化不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系v数据库中实现的是数据的真正结构化数据的结构用数据的结构用数据模型数据模型描述，无需程序定义和解释描述，无需程序定义和解释数据可以数据可以变长变长数据的最小存取单位是数据的最小存取单位是数据项数据项An Introduction to Database Systems数据的共
20、享性高，冗余度低，易扩充数据的共享性高，冗余度低，易扩充v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、多个应用共享使用。v数据共享的好处减少数据冗余，节约存储空间避免数据之间的不相容性与不一致性 使系统易于扩充An Introduction to Database Systems数据独立性高数据独立性高v物理独立性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。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，应用程序不用改变当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。v逻辑独立性指指用用户户的的应应用用程程序序与与数数据据库库
21、的的逻逻辑辑结结构构是是相相互互独独立立的的。数数据据的的逻逻辑结构改变了，用户程序也可以不变辑结构改变了，用户程序也可以不变。v数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的An Introduction to Database Systems数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制vDBMS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
22、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。An Introduction to Database Systems应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(数据库系统数据库系统)DBMS应用程序应用程序1应用程序应用程序2数据库数据库数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结An Intro
23、duction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems数据模型数据模型v在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。v通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。v数据模型应满足三方面要求能比较能比较真实真实地模
24、拟现实世界地模拟现实世界容易容易为人所为人所理解理解便于在计算机上便于在计算机上实现实现An Introduction to Database Systems 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型v数据模型分为两类（分属两个不同的层次）(1) 概念模型概念模型 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。模，用于数据库设计。 (2) 逻辑模型和物理模型逻辑模型和物理模型 逻逻辑辑模模型型主主要要包包括括网网状状模模型型、层层次次模模型型、关关系系模模型型、面面向向对对象象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于模型等，按
25、计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现实现。物物理理模模型型是是对对数数据据最最底底层层的的抽抽象象，描描述述数数据据在在系系统统内内部部的的表表示示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。An Introduction to Database Systems两大类数据模型两大类数据模型 (续续)v客观对象的抽象过程-两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。An Introduction to Databa
26、se Systems两大类数据模型两大类数据模型 (续续)DBMS支持的数据模型支持的数据模型概念模型概念模型认识认识抽象抽象信息世界信息世界机器世界机器世界现实世界中客观对象的抽象过程现实世界中客观对象的抽象过程现实世现实世界界现实世界现实世界 概念模型概念模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成逻辑模型逻辑模型 物理模型物理模型由由DBMS完成完成概念模型概念模型 逻辑模型逻辑模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模
27、型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素v数据结构 v数据操作 v完整性约束条件An Introduction to Database Systems 一、一、 数据结构数据结构v什么是数据结构描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系v描述的内容与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象v数据结构是对系统静态特性的描述An I
28、ntroduction to Database Systems 二、数据操作二、数据操作 v数据操作对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的 操作操作及有关的操作规则操作规则v数据操作的类型查询更新(包括插入、删除、修改)An Introduction to Database Systems 数据操作数据操作(续续) v数据模型对操作的定义操作的确切含义操作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言v数据操作是对系统动态特性的描述请举例说明An Introduction to Database Systems三、数据的完整性约束条件三、数据的完整性约束条件 v数据的完整性约束条件一组完整性规
29、则的集合。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。An Introduction to Database Systems 数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件(续续)v数据模型对完整性约束条件的定义反映和规定本反映和规定本数据模型数据模型必须遵守的必须遵守的基本的通用的基本的通用的完整完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足性约束条件。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。实体完整性和参照完整性两个条件。提提供供定定义义完完整整性性约约束束条条件件的的机
30、机制制，以以反反映映具具体体应应用用所所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems 1.2.3 概念模型概念模型v信息世界中的基本概念v两个
31、实体型之间的联系v两个以上实体型之间的联系v单个实体型内的联系v概念模型的一种表示方法v一个实例An Introduction to Database Systems概念模型概念模型v概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模概念模型用于信息世界的建模是现实世界到机器世界的一个中间层次是现实世界到机器世界的一个中间层次是数据库设计的有力工具是数据库设计的有力工具数据库设计人员和用户之间进行交流的语言数据库设计人员和用户之间进行交流的语言v对概念模型的基本要求较强的语义表达能力较强的语义表达能力能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识简单、清晰、易于用户理解
32、简单、清晰、易于用户理解An Introduction to Database Systems一、信息世界中的基本概念一、信息世界中的基本概念(1) 实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。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。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。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。唯一标识实体的属性集称为码。An Introduction to Data
33、base Systems信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念(续续)(4) 域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域属性的取值范围称为该属性的域。 (5) 实体型（Entity Type） 用用实实体体名名及及其其属属性性名名集集合合来来抽抽象象和和刻刻画画同同类类实实体体称称为为实实体型体型(6) 实体集（Entity Set） 同一类型实体的集合称为实体集同一类型实体的集合称为实体集An Introduction to Database Systems信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念(续续)(7) 联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在
34、信息世界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。中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。实体内部实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系实体之间实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系的联系通常是指不同实体集之间的联系An Introduction to Database Systems二、两个实体型之间的联系二、两个实体型之间的联系实体型实体型A联系名联系名实体型实体型B111:1联系联系实体型实体型A联系名联系名1n1:n联系联系实体型实体型A实体型实体型B联系名联系名mnm:n联系联系实体型
35、实体型B用图形来表示两个实体型之间的这三类联系用图形来表示两个实体型之间的这三类联系 An Introduction to Database Systems二、两个实体型之间的联系（续）二、两个实体型之间的联系（续） v一对一联系（1:1） 实例一个班级只有一个正班长一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职一个班长只在一个班中任职定义：定义： 如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中至至多多有有一一个个（也也可可以以没没有有）实实体体与与之之联联系系，反反之之亦亦然然，则则称称实实体体集集A与与实实体体集集B具有一对一联系，具有一对一联系，记为记为1
36、:1 班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系An Introduction to Database Systems两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系 (续续)v一对多联系（1：n）实例一个班级中有若干名学生，一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习每个学生只在一个班级中学习定义：如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中中有有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，对于实体）与之联系，反之，对于实体集集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中至多只有一个中至多只有一个实体与之联系，则称实体与之联系，则称实体集实体集A与
37、实体集与实体集B有一对有一对多联系，记为多联系，记为1:n班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系An Introduction to Database Systems两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系 (续续)v多对多联系（m:n）实例课程与学生之间的联系：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一个学生可以同时选修多门课程定义：如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中中有有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，对于实）与之联系，反之，对于实体集体集B中的每一个实体，实体集中的每
38、一个实体，实体集A中也有中也有m个实个实体（体（m0）与之联系，则称实体集）与之联系，则称实体集A与实体与实体B具有多对多联系，记为具有多对多联系，记为m:n课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系An Introduction to Database Systems三、两个以上实体型之间的联系三、两个以上实体型之间的联系v两个以上实体型之间一对多联系若实体集若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实）中的给定实体，最多只和体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说中的一个实体相联系，则我们说Ei与与E1，E
39、2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系之间的联系是一对多的是一对多的An Introduction to Database Systems两个以上实体型之间的联系两个以上实体型之间的联系(续续)v实例 课程、教师与参考书三个实体型课程、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，一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，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每一本参考书只供一门课程使用课程课程讲授讲授教师教师1m两个以上实体型间两个以上实体型间1:n联系联系参考书参考书nAn Introduction to Da
40、tabase Systems两个以上实体型之间的联系两个以上实体型之间的联系(续续)v多个实体型间的一对一联系v两个以上实体型间的多对多联系实例 供应商、项目、零件三个实体型供应商、项目、零件三个实体型一个供应商可以供给多个项目多种零件一个供应商可以供给多个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每种零件可由不同供应商供给供应商供应商供应供应项目项目mp两个以上实体型间两个以上实体型间m:n联系联系零件零件nAn Introduction to Database Systems四、单个实体型内的联系四、单个实体型内的联系v一
41、对多联系实例 职工实体型内部具有领导与被领导的联系职工实体型内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）某一职工（干部）“领导领导”若干名职工若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系这是一对多的联系v一对一联系 请举例职工职工领导领导1n单个实体型内部单个实体型内部1:n联系联系An Introduction to Database Systems单个实体型内的联系单个实体型内的联系实体型实体型1联系名联系名mn单个实体型内的单个实体型内的m:n联系联系v多对多联系请举例An Introduction to Database Systems五、五
42、、 概念模型的一种表示方法概念模型的一种表示方法v实体联系方法(E-R方法)用E-R图来描述现实世界的概念模型E-R方法也称为E-R模型An Introduction to Database SystemsE-R图图v实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。v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学生学生教师教师学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名An Introduction to Database SystemsE-R图图(续续)v联系联系本身： 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，同时在无向边旁标
43、上联系的类与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（型（1:1、1:n或或m:n） An Introduction to Database Systems联系的表示方法联系的表示方法实体型实体型A联系名联系名实体型实体型B111:1联系联系实体型实体型A联系名联系名1n1:n联系联系实体型实体型A实体型实体型B联系名联系名mnm:n联系联系实体型实体型BAn Introduction to Database Systems联系的表示方法示例联系的表示方法示例班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1n1:n联
44、系联系An Introduction to Database Systems联系的属性联系的属性课程课程选修选修学生学生mn成绩成绩v联系的属性：联系本身也是一种实体型，也联系本身也是一种实体型，也 可以有属性。如果一个联系具可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来向边与该联系连接起来 An Introduction to Database Systems六、一个实例六、一个实例用E-R图表示某个工厂物资管理的概念模型v实体仓库： 仓库号、面积、电话号码零件 ：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、帐号项
45、目：项目号、预算、开工日期职工：职工号、姓名、年龄、职称 An Introduction to Database Systems一个实例一个实例v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。职工实体型中具有一对多的联系 (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An Introduction to Database Syst
46、ems一个实例一个实例An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型v非关系模型层次模型层次模型(Hierarchical Model)网状模型网状模型(Network Mod
47、el)v关系模型(Relational Model) v面向对象模型(Object Oriented Model）v对象关系模型(Object Relational Model)An Introduction to Database Systems1.2.5 层次模型层次模型v层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型 v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v层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系 An Introduction to Database Systems一、一、 层次数据模型的数据结构层次
48、数据模型的数据结构v层次模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型1. 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点2. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点根以外的其它结点有且只有一个双亲结点v层次模型中的几个术语根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点An Introduction to Database Systems层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续) 1 根结点根结点 2 兄弟结点兄弟结点 3 叶结点叶结点 4 兄弟结点兄弟结点 5
49、叶结点叶结点 叶结点叶结点图图1.16 一个层次模型的示例一个层次模型的示例An Introduction to Database Systems层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续)v层次模型的特点：结点的双亲是唯一的结点的双亲是唯一的只能直接处理一对多的实体联系只能直接处理一对多的实体联系每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为码字段每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为码字段任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在An I
50、ntroduction to Database Systems层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续)图1.17 教员学生层次数据库模型 根结点根结点记录型系的子女结点记录型系的子女结点记录型教员的双亲结点记录型教员的双亲结点叶结点叶结点叶结点叶结点字段字段An Introduction to Database Systems层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续)图1.18 教员学生层次数据库的一个值 An Introduction to Database Systems二、多对多联系在层次模型中的表示二、多对多联系在层次模型中的表示v多对多联系在层次模型中的表示用层
51、次模型用层次模型间接间接表示多对多联系表示多对多联系方法方法将多对多联系将多对多联系分解分解成一对多联系成一对多联系分解方法分解方法冗余结点法冗余结点法虚拟结点法虚拟结点法An Introduction to Database Systems三、层次模型的数据操纵与完整性约束三、层次模型的数据操纵与完整性约束 v层次模型的数据操纵层次模型的数据操纵查询插入删除更新 An Introduction to Database Systems层次模型的数据操纵与完整性约束（续）层次模型的数据操纵与完整性约束（续）v层次模型的完整性约束条件层次模型的完整性约束条件 无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值
52、如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性An Introduction to Database Systems四、层次数据模型的存储结构四、层次数据模型的存储结构v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，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序An Introduction to Database Systems层次数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）图图1.20 层次数据库及其实例层次数据库及其实例 A1A2C8C6
53、C4B6C9C2B4C14C7C5C3B1A1图图1.21 邻接法邻接法 按邻接法存放图按邻接法存放图1.20（b）中以根记录中以根记录A1为首的层次为首的层次记录实例集记录实例集按邻接法存放图1.20（b）中以根记录A1为首的层次记录实例集 An Introduction to Database Systems层次数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）v链接法用指引来反映数据之间的层次联系用指引来反映数据之间的层次联系子女兄弟链接法子女兄弟链接法层次序列链接法层次序列链接法An Introduction to Database Systems层次数据模型的存储结构（续）层次数据
54、模型的存储结构（续）n子女子女-兄弟链接法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An Introduction to Database Systems层次数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）v层次序列链接法层次序列链接法按树的前序穿越顺序链接各记录值An Introduction to Database Systems五、层次模型的优缺点五、层次模型的优缺点v优点层次模型的数据结构比较简单清晰层次模型的数据结构比较简单清晰 查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型层次数据模型提供了良好
55、的完整性支持层次数据模型提供了良好的完整性支持v缺点多对多联系表示不自然多对多联系表示不自然对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂复杂 查询子女结点必须通过双亲结点查询子女结点必须通过双亲结点由于结构严密，层次命令趋于程序化由于结构严密，层次命令趋于程序化 An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层
56、次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems1.2.6 网状模型网状模型v网状数据库系统采用网状数据库系统采用网状模型网状模型作为数据的组织方式作为数据的组织方式 v典型代表是典型代表是DBTG系统：系统：亦称CODASYL系统70年代由DBTG提出的一个系统方案奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术v实际系统实际系统Cullinet Software Inc.公司的 IDMSUnivac公司的 DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGEAn Introduction to D
57、atabase Systems1.网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构v网状模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合：满足下面两个条件的基本层次联系的集合：1. 允许一个以上的结点无双亲；允许一个以上的结点无双亲；2. 一个结点可以有多于一个的双亲一个结点可以有多于一个的双亲。An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）v表示方法(与层次数据模型相同)实体型实体型：用记录类型描述：用记录类型描述 每个结点表示一个记录类型（实体）每个结点表示一个记录类型（实体）属性属性：用字段描述：用字段描述 每个记录类型
58、可包含若干个字段每个记录类型可包含若干个字段联系联系：用结点之间的连线表示记录类：用结点之间的连线表示记录类型型（实体）之（实体）之 间的间的一对多的父子联系一对多的父子联系An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）v网状模型与层次模型的区别网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许结点有多个双亲结点网状模型允许结点有多个双亲结点网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）网状模型可以更直接地去描述现实世界网状模型可以更直接地去描
59、述现实世界层次模型实际上是网状模型的一个特例层次模型实际上是网状模型的一个特例An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）v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 R1与与R3之间的之间的联系联系L1R2与与R3之间的之间的联系联系L2 An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）网状模型的例子 An Introduction to Database Systems网状数
60、据模型的数据结构（续）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An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）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 n引进一个学生选课的联结记录，由3个数据项组成学号课程号成绩表示某个学生选修某一门课程及其成绩 An Introduction to Database Systems网状数
61、据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）图1.24 学生/选课/课程的网状数据模型 An Introduction to Database Systems网状数据模型的操纵与完整性约束（续）网状数据模型的操纵与完整性约束（续）v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码：唯一标识记录的数据项的集合码：唯一标识记录的数据项的集合 一个联系中双亲记录与子女记录之间是一对多联系一个联系中双亲记录与子女记录之间是一对多联系支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件 An Introduction to Database S
62、ystems三、网状数据模型的存储结构三、网状数据模型的存储结构v关键实现记录之间的联系实现记录之间的联系v常用方法单向链接单向链接双向链接双向链接环状链接环状链接向首链接向首链接An Introduction to Database Systems网状数据模型的存储结构（续）网状数据模型的存储结构（续）图1.25 学生/选课/课程的网状数据库实例 学生记录学生记录课程记录课程记录选课记录选课记录An Introduction to Database Systems四、网状数据模型的优缺点四、网状数据模型的优缺点v优点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能够更为直接地描述现实世
63、界，如一个结点可以有多个双亲具有良好的性能，存取效率较高具有良好的性能，存取效率较高v缺点结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就结构比较复杂，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变得越来越复杂，不利于最终用户掌握DDL、DML语言复杂，用户不容易使用语言复杂，用户不容易使用An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5
64、 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems1.2.7 关系模型关系模型v关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式 v1970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 v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 An Introduction to Database Systems一、关系数据模型的数据结构一、关系数据模型的数据结构 v在在用用户户观观点点下下，关关系系模模型型中中数数据据的的逻逻辑辑结结构构是是一一张张二二维
65、维表表，它它由由行行和和列列组成。组成。学 号姓 名年 龄性 别系 名年 级2005004王小明19女社会学20052005006黄大鹏20男商品学20052005008张文斌18女法律2005学生登记表学生登记表属性属性元组元组An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）关系（关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表元组（元组（Tuple）表中的一行即为一个元组属性（属性（Attribute） 表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名An Introduction to Database
66、 Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）主码（主码（Key）表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。域（域（Domain）属性的取值范围。分量分量元组中的一个属性值。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）An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）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）学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）系系 (系号，系名，办公地点系号，系名，办公地点)
67、例2系、系主任、系与系主任间的一对一联系An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）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）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）An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）v关系必须是规范化的，满足一定的规范条件关系必须是规范化的，满足一定的
68、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 图图1.27中工资和扣除是可分的数据项中工资和扣除是可分的数据项 ,不符合关系模型要求不符合关系模型要求 职工号姓名职 称工 资扣 除实 发基 本津 贴职务房 租水 电86051陈 平讲 师13051200501601122283图图1.27 一个工资表一个工资表(表中有表表中有表)实例实例 An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）关系术语一般表格的术语关系名表名关系模式表头（表格的描述）关系（一张）二维表元组记录或行属性
69、列属性名列名属性值列值分量一条记录中的一个列值非规范关系表中有表（大表中嵌有小表）表表1.2 术语对比术语对比 An Introduction to Database Systems二、关系数据模型的操纵与完整性约束二、关系数据模型的操纵与完整性约束v数据操作是集合操作，数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系操作对象和操作结果都是关系查询插入删除更新v数数据据操操作作是是集集合合操操作作，操操作作对对象象和和操操作作结结果果都都是是关关系系，即即若若干干元元组组的的集合集合v存存取取路路径径对对用用户户隐隐蔽蔽，用用户户只只要要指指出出“干干什什么么”，不不必必详详细细说说明明“怎怎么
70、干么干”An Introduction to Database Systems关系数据模型的操纵与完整性约束（续）关系数据模型的操纵与完整性约束（续）v关系的完整性约束条件 实体完整性参照完整性用户定义的完整性An Introduction to Database Systems三、关系数据模型的存储结构三、关系数据模型的存储结构v实体及实体间的联系都用表来表示v表以文件形式存储有的DBMS一个表对应一个操作系统文件有的DBMS自己设计文件结构An Introduction to Database Systems四、关系数据模型的优缺点四、关系数据模型的优缺点v优点优点建立在严格的数学概念的基
71、础上建立在严格的数学概念的基础上概念单一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关系模型的存取路径对用户透明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An Introduction to Database Systems关系数据模型的优缺点（续）关系数据模型的优缺点（续）v缺点缺点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An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述
72、数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结An Introduction to Database Systems1.3 数据库系统结构数据库系统结构v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 v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:单用户结构主从式结构分布式结构客户服务器浏览器应用服务器数据库服务器多层结构等An Introduction to Database Systems数据库系统结构（续）数据库系统结构（续）1.3.1
73、数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念 1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 An Introduction to Database Systems1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念v“型” 和“值” 的概念型(Type)对某一类数据的结构和属性的说明值(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）An Introduction to Database Systems数据库
74、系统模式的概念数据库系统模式的概念（续）（续）v模式（模式（Schema）数据库逻辑结构和特征的描述数据库逻辑结构和特征的描述是型的描述是型的描述反映的是数据的结构及其联系反映的是数据的结构及其联系模式是相对稳定的模式是相对稳定的v实例（实例（Instance）模式的一个具体值模式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动实例随数据库中的数据的更新而变动An Introduction to Database Systems数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念 （续）（续）例如：在学生选课数据库
75、模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录 2003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 2002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 An Introduction to Database Systems数据库系统结构（续）数据库系统结构（续）1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念 1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 An Introduction to Databas
76、e Systems1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构v模式（Schema） v外模式（External Schema）v内模式（Internal Schema） An Introduction to Database Systems数据库系统的三级模式结构（续）数据库系统的三级模式结构（续）图1.28 数据库系统的三级模式结构 An Introduction to Database Systems一、模式（一、模式（Schema）v模式（也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需
77、求所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求v一个数据库只有一个模式v模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关An Introduction to Database Systems模式（续）模式（续）v模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据之间的联系数据之间的联系数据有关的安全性、完整性要求数据有关的安全性、完整性要求An Introduction to Da
78、tabase Systems二、外模式（二、外模式（External Schema）v外模式（也称子模式或用户模式）数数据据库库用用户户（包包括括应应用用程程序序员员和和最最终终用用户户）使使用用的的局局部部数数据据的逻辑结构和特征的描述的逻辑结构和特征的描述数数据据库库用用户户的的数数据据视视图图，是是与与某某一一应应用用有有关关的的数数据据的的逻逻辑辑表表示示An Introduction to Database Systems外模式（续）外模式（续）v外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集一一个个数数据据库库可可以以有有多多
79、个个外外模模式式。反反映映了了不不同同的的用用户户的的应应用用需需求求、看看待待数据的方式、对数据保密的要求数据的方式、对数据保密的要求对对模模式式中中同同一一数数据据，在在外外模模式式中中的的结结构构、类类型型、长长度度、保保密密级级别别等等都都可以不同可以不同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但一个应用程序只能使用一个外模式An Introduction to Database Systems外模式（续）外模式（续）v外模式的用途n保证数据库安全性的一个有力措施保证数据库安全
80、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据每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据An Introduction to Database Systems三、内模式（三、内模式（Internal Schema）v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，按照记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，树结构存储， 按按hash方法存储）方法存储）索引的组织方式索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否压缩存储数据是否加密数据是否加密数据存储记录结构的规定数
81、据存储记录结构的规定v一个数据库只有一个内模式An Introduction to Database Systems内模式（续）内模式（续）v例如学生记录，如果按堆堆存储，则插入一条新记录总是放在学生记录存储的最后最后，如右图所示An Introduction to Database Systems内模式（续）内模式（续）v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v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（c）所示 图1.29 记录不同的存储方式示意图An Introduction to Database Syst
82、ems数据库系统结构（续）数据库系统结构（续）1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念 1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 An Introduction to Database Systems1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性v三级模式是对数据的三个抽象级别v二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换外模式模式映像模式内模式映像 An Introduction to Database Systems一、外模式模式映象一、外模式
83、模式映象v模式：描述的是数据的全局逻辑结构v外模式：描述的是数据的局部逻辑结构 v同一个模式可以有任意多个外模式 v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关系v映象定义通常包含在各自外模式的描述中An Introduction to Database Systems外模式模式映象（续）外模式模式映象（续）保证数据的逻辑独立性当当模模式式改改变变时时，数数据据库库管管理理员员修修改改有有关关的的外外模模式式模模式映象，使外模式保持不变式映象，使外模式保持不变应应用用程程序序是是依依据据数数据据的的外外模模式式编编写写的的，从从而而应应用用程程序序不不必必修修改
84、改，保保证证了了数数据据与与程程序序的的逻逻辑辑独独立立性性，简简称称数数据的逻辑独立性据的逻辑独立性。An Introduction to Database Systems二、模式内模式映象二、模式内模式映象v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v数据库中模式内模式映象是唯一的v该映象定义通常包含在模式描述中An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）保证数据的物理独立性当当数数据据库库的的存存储储结结构构改改变变了了（例例如如选选用用了了另另一一种种存存储储
85、结结构构），数数据据库库管管理理员员修修改改模模式式内内模模式式映映象象，使使模模式保持不变式保持不变应应用用程程序序不不受受影影响响。保保证证了了数数据据与与程程序序的的物物理理独独立立性性，简称数据的物理独立性。简称数据的物理独立性。An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v数据库模式即全局逻辑结构是数据库的中心与关键 独立于数据库的其他层次 设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v数据库的内模式依赖于它
86、的全局逻辑结构独立于数据库的用户视图，即外模式独立于具体的存储设备 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 An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v数据库的外模式面向具体的应用程序定义在逻辑模式之上独立于存储模式和存储设备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，该外模式就得做相应改动 设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性 An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v特定的应用程序在
87、外模式描述的数据结构上编制的依赖于特定的外模式与数据库的模式和存储结构独立不同的应用程序有时可以共用同一个外模式v数据库的二级映像保证了数据库外模式的稳定性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 An Introduction to Database Systems模式内模式映象（续）模式内模式映象（续）v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 v数据的存取由DBMS管理用户不必考虑存取路径等细节简化了应用程序的编制大大减少了应用程序的维护和修改 An Introduction to Database Systems第一
88、章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结An Introduction to Database Systems1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成v数据库v数据库管理系统（及其开发工具）v应用系统v数据库管理员An Introduction to Database Systems数据库系统的组成（续）数据库系统的组成（续）v硬件平台及数据库 v软件 v人员 An Introduction to Database Systems一、硬件平台及数据库一、硬件平台及数
89、据库v数据库系统对硬件资源的要求 (1) 足够大的内存操作系统操作系统DBMS的核心模块的核心模块数据缓冲区数据缓冲区应用程序应用程序An Introduction to Database Systems硬件平台及数据库（续）硬件平台及数据库（续） (2) 足够大的外存 磁盘或磁盘阵列数据库数据库 光盘、磁带数据备份数据备份(3) 较高的通道能力，提高数据传送率An Introduction to Database Systems二、软件二、软件vDBMSv支持DBMS运行的操作系统v与数据库接口的高级语言及其编译系统v以DBMS为核心的应用开发工具v为特定应用环境开发的数据库应用系统An I
90、ntroduction to Database Systems三、人三、人 员员v数据库管理员v系统分析员和数据库设计人员v应用程序员v用户An Introduction to Database Systems人人 员（续）员（续）图1.30 各种人员的数据视图 v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An Introduction to Database Systems1. 数据库管理员数据库管理员(DBA)具体职责： v1.决定数据库中的信息内容和结构v2.决定数据库的存储结构和存取策略v3.定义数据的安全性要求和完整性约束条件An Introduction to
91、 Database Systems数据库管理员数据库管理员(续续)v4.监控数据库的使用和运行周期性转储数据库数据文件日志文件系统故障恢复介质故障恢复监视审计文件An Introduction to Database Systems数据库管理员数据库管理员(续续)v5. 数据库的改进和重组性能监控和调优定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能 需求增加和改变时，数据库须需要重构造An Introduction to Database Systems2. 系统分析员和数据库设计人员系统分析员和数据库设计人员 v系统分析员 负责应用系统的需求分析和规范说明与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置参
92、与数据库系统的概要设计An Introduction to Database Systems系统分析员和数据库设计人员系统分析员和数据库设计人员（续）（续）v数据库设计人员参加用户需求调查和系统分析确定数据库中的数据设计数据库各级模式An Introduction to Database Systems3. 应用程序员应用程序员v设计和编写应用系统的程序模块v进行调试和安装An Introduction to Database Systems4. 用户用户 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。 v1. 偶然用户不经常访问数据库，但每次访问数据库时往往
93、需要不同的数据库信息 企业或组织机构的高中级管理人员An Introduction to Database Systems用户（续）用户（续）v2. 简单用户主要工作是查询和更新数据库 银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员v3. 复杂用户工程师、科学家、经济学家、科技工作者等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An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小
94、结小结An Introduction to Database Systems1.5 1.5 小结小结v数据库系统概述数据库的基本概念数据管理的发展过程v数据模型数据模型的三要素概念模型， E-R 模型三种主要数据库模型An Introduction to Database Systems小结小结(续续)v数据库系统的结构数据库系统三级模式结构数据库系统两层映像系统结构v数据库系统的组成An Introduction to Database Systems 下课了。下课了。追求追求休息一会儿。休息一会儿。An Introduction to Database SystemsD2A-x*u$qZn
95、WkShPdMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK
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