第1章数据库概论

1、2021/3/261数据库系统教程数据库系统教程（第（第3版）版）2021/3/262目录目录上篇上篇 基础篇基础篇第第1章章 数据库概论数据库概论第第2章章 关系运算理论关系运算理论第第3章章 SQL语言语言第第4章章 规范化设计理论规范化设计理论第第5章章 DBD与与ER模型模型第第6章章 DB的存储结构的存储结构第第7章章 系统实现技术系统实现技术下篇下篇 发展篇发展篇第第8章章 ODBS第第9章章 DDBS第第10章章 ODBC技术技术第第11章章 XML技术技术第第12章章 现代信息现代信息 集成技术集成技术2021/3/263数据库系统教程（第数据库系统教程（第3版）版）v特点特点

2、:理论性强（关系运算理论性强（关系运算,模式设计）模式设计）应用性强（应用性强（SQL,数据库设计）数据库设计）可操作性（有很多题目）可操作性（有很多题目）实用系统实用系统vDBMS:DB2，Sybase，Oracle， SQL server 开源：开源：PostgreSQL、MySQL、HSQLv工具：工具：PB，VB，Delphi2021/3/264第第1章章 数据库概论数据库概论2021/3/265第第1章章 数据库概论数据库概论1.1 引言引言1.2 数据库的由来和发展数据库的由来和发展1.3 数据描述数据描述1.4 数据抽象的级别数据抽象的级别1.5 数据库管理系统（数据库管理系统（

3、DBMS）1.6 数据库系统（数据库系统（DBS）1.7 小结小结2021/3/266本章的重要概念（本章的重要概念（1）（1）DB、DBMS和和DBS的定义的定义（2）数据管理技术的发展阶段）数据管理技术的发展阶段:人工管理、文件系统、数据库和人工管理、文件系统、数据库和高级数据库等各阶段的特点。高级数据库等各阶段的特点。（3）数据描述）数据描述:概念设计、逻辑设计和物理设计等各概念设计、逻辑设计和物理设计等各阶段中数据描述的术语阶段中数据描述的术语,概念设计中概念设计中 实实体间二元联系的描述（体间二元联系的描述（1:1,1:N， M:N）。2021/3/267 本章的重要概念（本章的重要

4、概念（2）（4）数据抽象的级别）数据抽象的级别:数据模型数据模型的定义的定义,概概念模念模 型型,逻辑模型（层次模型、网状模逻辑模型（层次模型、网状模型、关系型、关系 模型和对模型和对 象模型），外部模象模型），外部模型，内部模型。型，内部模型。三层模式和两级映像三层模式和两级映像，数据独立性数据独立性。数据抽象中各个层次中记。数据抽象中各个层次中记录的联系。录的联系。（5） DBMS:DBMS的工作模式和主要功能。的工作模式和主要功能。（6） DBS：DBS的组成，的组成，DBA，DBS的全局的全局结构，结构，DBS结构的分类。结构的分类。 2021/3/268前前 言言 1946年年:第一

5、台计算机第一台计算机ENIAC问世。问世。 60年代末年代末: 数据库技术发展。数据库技术发展。 目前目前:完善完善,完整的理论体系和实用技术。完整的理论体系和实用技术。2021/3/2691.1 引言引言v最早的数据库系统最早的数据库系统:1963年年,Honeywell公司的公司的IDS（Integrated Data Store）。）。(设计者设计者Charles Bachman获获1973年年Turing Award） v20世纪世纪70年代年代:网状系统和层次系统。网状系统和层次系统。 层次系统层次系统：1968年年IBM的的IMS系统系统 网状系统网状系统：1969年年DBTG的报

6、告的报告 关系系统：关系系统：1970年年E.F.Codd 关系模型（关系模型（1981 Turing Award） v20世纪世纪80-90年代年代,关系数据库成为主流。关系数据库成为主流。 v进入进入21世纪世纪：其它类型数据库出现。：其它类型数据库出现。 2021/3/26101.2 数据库的由来和发展数据库的由来和发展v1.2.1 人工管理阶段人工管理阶段v1.2.2 文件系统阶段文件系统阶段v1.2.3 数据库阶段数据库阶段v1.2.4 高级数据库阶段高级数据库阶段2021/3/26111.2 数据库的由来和发展数据库的由来和发展v磁盘容量的发展磁盘容量的发展数据库的发展数据库的发展

7、v内存数据库时间时间1956 1965 1971 1978 1981 1985 1995 2003 2008容量容量/轴轴5MB30MB100MB600MB1.2GB5GB10GB180GB1TB2021/3/26121.2.1 人工管理阶段人工管理阶段v50年代前年代前:v计算机主要用于科学计算。计算机主要用于科学计算。v外部存储器外部存储器,没有磁盘等字节存取存储设备没有磁盘等字节存取存储设备,只有磁只有磁带、卡片和纸带等带、卡片和纸带等v软件只有汇编语言。软件只有汇编语言。v数据处理的方式数据处理的方式:批处理。批处理。v特点：特点： 数据不保存在计算机内。数据不保存在计算机内。 没有专

8、用的软件对数据进行管理。没有专用的软件对数据进行管理。 只有程序（只有程序（program）的概念，）的概念， 没有文件（没有文件（file）的概念。）的概念。 数据面向程序。即一组数据对应一个程序。数据面向程序。即一组数据对应一个程序。2021/3/26131.2.2 文件系统阶段（文件系统阶段（1）v50年代年代末末60年代中年代中:v计算机用于科学计算计算机用于科学计算,还用于还用于信息管理信息管理。v数据结构和数据管理技术迅速发展。数据结构和数据管理技术迅速发展。v磁盘、磁鼓等直接存取存储设备磁盘、磁鼓等直接存取存储设备出现。出现。v高级语言和操作系统。高级语言和操作系统。v数据处理的

9、方式有批处理数据处理的方式有批处理、联机实时处理。、联机实时处理。 2021/3/26141.2.2 文件系统阶段（文件系统阶段（2）v特点特点: 数据以数据以“文件文件”形式可长期保存在外部存储器的磁盘上。形式可长期保存在外部存储器的磁盘上。 数据的逻辑结构与物理结构有了区别数据的逻辑结构与物理结构有了区别,但比较简单。但比较简单。 文件组织已多样化。有索引文件、链接文件和直接存取文件组织已多样化。有索引文件、链接文件和直接存取文件等。文件等。 数据不再属于某个特定的程序数据不再属于某个特定的程序,可以重复使用，即数据可以重复使用，即数据 面向应用。面向应用。 对数据的操作以记录为单位。对数

10、据的操作以记录为单位。v 2021/3/26151.2.2 文件系统阶段（文件系统阶段（2）v v缺陷缺陷: 数据冗余（数据冗余（redundancy） 数据不一致（数据不一致（inconsistency） 数据联系弱（数据联系弱（poor data relationship） 2021/3/2616职工工资文件职工工资文件职工档案文件职工档案文件职工保健文件职工保健文件文件库文件库数据库数据库oooooo2021/3/26171.2.3 数据库阶段（数据库阶段（1）v数据管理技术进入数据库阶段的标志是数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪世纪60年年代末的三件大事代末的三件大事: 196

11、8年美国年美国IBM层次模型的层次模型的IMS系统系统 。1969年美国年美国CODASYL组织发布了组织发布了DBTG报告报告,提出提出网状模型。网状模型。1970年美国年美国IBM公司的公司的E.F.Codd ,提出关系模型。提出关系模型。 2021/3/26181.2.3 数据库阶段（数据库阶段（3）数据库的数据库的整体逻辑结构整体逻辑结构用户的局部用户的局部逻辑结构逻辑结构数据库的数据库的物理结构物理结构逻辑数据逻辑数据独立性独立性物理数据物理数据独立性独立性图图1.2 1.2 数据库系统的结构数据库系统的结构返回返回2021/3/26191.2.3 数据库阶段（数据库阶段（2）v数据

12、库阶段的数据管理具有以下特点数据库阶段的数据管理具有以下特点: 数据模型。数据模型。 高的数据独立性。高的数据独立性。 方便的用户接口。方便的用户接口。 数据控制功能数据控制功能:并发控制并发控制,恢复恢复,完整性和安完整性和安全性。全性。 增加了系统的灵活性增加了系统的灵活性 ，操作单位为，操作单位为数据项数据项。2021/3/2620v程序和数据的联系程序和数据的联系v文件系统阶段文件系统阶段:程序为中心程序为中心1.2.3 数据库阶段（数据库阶段（4）应用程序应用程序n n应用程序应用程序1 1数据库数据库输入输入程序程序输出输出2021/3/2621v数据库阶段信息处理方式的演变数据库

13、阶段信息处理方式的演变 1.2.3 数据库阶段（数据库阶段（5）联机联机终端终端 要求要求报表报表查询处理程序查询处理程序报表生成程序报表生成程序数据库数据库应用程序应用程序应用程序应用程序输入输入输出输出输入输入输出输出2021/3/2622DB、DBMS、DBS、DBT的区别?2021/3/26231.2.3 数据库阶段（数据库阶段（6）v定义定义1.1 数据库数据库（Database,简记为简记为DB）:DB是是长期存储在计算机内长期存储在计算机内、有组织的有组织的、统一统一管理的管理的相关相关数据的集合数据的集合。 DB能为各种用户共享能为各种用户共享,具有较小冗余度、数具有较小冗余度

14、、数据间联系紧密而又有较高的数据独立性等特据间联系紧密而又有较高的数据独立性等特点。点。2021/3/2624问v我们是否直接对DB进行操作和访问?2021/3/26251.2.3 数据库阶段（数据库阶段（7）v定义定义1.2 数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）:DBMS是位于用户与是位于用户与OS之间的一层数据管理软件之间的一层数据管理软件,它为用户或应用程序提供访问它为用户或应用程序提供访问DB的方法的方法,包括包括DB的的建立、查询、更新及各种数据控制。建立、查询、更新及各种数据控制。DBMS总是基总是基于某种于某种数据模型数据模型，可以分为层次型、网状型、关系，可以分为层次型、

15、网状型、关系型和面向对象型等。型和面向对象型等。OS 用户用户DBMS2021/3/26261.2.3 数据库阶段（数据库阶段（8） v定义定义1.3 数据库系统数据库系统（Database System,简记为简记为DBS）: DBS是实现有组织地、动态地存储大量是实现有组织地、动态地存储大量关联数据、方便多用户访问的计算机关联数据、方便多用户访问的计算机硬件、硬件、软件和数据资源组成的系统软件和数据资源组成的系统,即它是采用数即它是采用数据库技术的计算机系统。据库技术的计算机系统。v定义定义1.4 数据库技术（数据库技术（DBT）: 数据库技术是研究数据库的结构、存数据库技术是研究数据库的

16、结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科。储、设计、管理和使用的一门软件学科。2021/3/26271.2.4 高级数据库阶段（高级数据库阶段（1）20世纪世纪80年代的分布式数据库系统（年代的分布式数据库系统（DDBS）20世纪世纪90年代的对象数据库系统（年代的对象数据库系统（ODBS） 开放数据库互联技术（开放数据库互联技术（ODBC）21世纪初的世纪初的 Web数据库系统数据库系统 XML数据库技术数据库技术 现代信息集成现代信息集成(DW、OLAP、DM)2021/3/26281.2.4 高级数据库阶段（高级数据库阶段（2）1. 对象对象数据库系统主要有以下两个特点数据库系统主要有

17、以下两个特点 完整地描述现实世界完整地描述现实世界的数据结构的数据结构,能表达数能表达数据间嵌套、递归的联系。据间嵌套、递归的联系。 具有面向对象技术的具有面向对象技术的封装性封装性（把数据与操作（把数据与操作定义在一起）和定义在一起）和继承性继承性（继承数据结构和（继承数据结构和操作）的特点操作）的特点,提高了软件的可重用性。提高了软件的可重用性。2021/3/2629 1.2.4 高级数据库阶段（高级数据库阶段（3）v分布式数据库系统分布式数据库系统 通信网通信网全局终端全局终端数据库数据库局部处局部处理机理机局部处局部处理机理机局部终端局部终端局部终端局部终端数据库数据库数据库数据库20

18、21/3/26301.2.4 高级数据库阶段（高级数据库阶段（4）2. 分布式分布式数据库系统主要有下面三个特点数据库系统主要有下面三个特点 物理上分布物理上分布,逻辑上是一个整体。逻辑上是一个整体。 既可以执行局部应用既可以执行局部应用,也可以执行全局应用。也可以执行全局应用。 由数据通信网络相联系。由数据通信网络相联系。2021/3/2631 1.2.4 高级数据库阶段（高级数据库阶段（5）3 3开放数据库互联（开放数据库互联（ODBCODBC）技术）技术一个公共的、与一个公共的、与数据库管理系统无关的数据库管理系统无关的应用程序设计接口（应用程序设计接口（APIAPI）。在使用）。在使用

19、APIAPI以后以后, ,同一个应用程序就可以访问不同的数据库服同一个应用程序就可以访问不同的数据库服务器。务器。MicrosoftMicrosoft公司于公司于19921992年推出年推出2021/3/2632 1.2.4 高级数据库阶段（高级数据库阶段（6）4 4XMLXML数据库技术数据库技术XMLXML:Internet:Internet数据交换标准。数据交换标准。半结构化。半结构化。支持嵌套支持嵌套, ,灵活。灵活。 5 5现代信息集成技术现代信息集成技术数据仓库（数据仓库（DWDW）联机分析处理技术（联机分析处理技术（OLAPOLAP）数据挖据（数据挖据（DMDM）2021/3/2

20、6331.3 数据描述数据描述v1.3.1 概念设计中的数据描述概念设计中的数据描述v1.3.2 逻辑设计中的数据描述逻辑设计中的数据描述v1.3.3 物理设计中的数据描述物理设计中的数据描述v1.3.4 数据联系的描述数据联系的描述2021/3/26341.3 数据描述数据描述三个阶段三个阶段 概念概念设计中的数据描述设计中的数据描述 逻辑逻辑设计中的数据描述设计中的数据描述 物理物理设计中的数据描述。设计中的数据描述。2021/3/26351.3.1 概念设计中的数据描述概念设计中的数据描述v实体实体（entity）:客观存在客观存在,可以相互区别的事物。可以相互区别的事物。 v实体集实体

21、集（entity set）:性质相同的同类实体的性质相同的同类实体的集合。集合。v属性属性（attribute）：实体）：实体的特性。的特性。值域值域,数据类型。数据类型。 v实体标识符实体标识符（identifier）：能惟一标识实体的）：能惟一标识实体的属性或属性集。有时也称为关键码（属性或属性集。有时也称为关键码（key），），或简称为键或简称为键。2021/3/26361.3.2 逻辑设计中的数据描述（逻辑设计中的数据描述（1）v字段字段（field）:标记实体属性的命名单位称为标记实体属性的命名单位称为字段字段,或数据项。它是可以命名的最小信息单或数据项。它是可以命名的最小信息单位。

22、位。 v记录记录（record）:字段的有序集合。字段的有序集合。 v文件文件（file）：同一类记录的集合。）：同一类记录的集合。 v关键码关键码（key）：能惟一标识文件中每个记录）：能惟一标识文件中每个记录的字段或字段集（简称为键）。的字段或字段集（简称为键）。2021/3/26371.3.2 逻辑设计中的数据描述（逻辑设计中的数据描述（2）v术语的对应关系术语的对应关系:概念设计概念设计逻辑设计逻辑设计 实体实体 记录记录 属性属性 字段（数据项）字段（数据项） 实体集实体集 文件文件 实体标识符实体标识符 关键码关键码2021/3/26381.3.3 物理设计中的数据描述物理设计中的

23、数据描述(1)v问问:常见的存储介质有哪些常见的存储介质有哪些? 2021/3/26391.3.3 物理设计中的数据描述物理设计中的数据描述(1)（1）高速缓冲存储器（）高速缓冲存储器（cache）（2）主存储器（）主存储器（main memory）（3）快擦写存储器（）快擦写存储器（flash memory）（4）磁盘存储器（）磁盘存储器（magnetic disk）（5）光存储器（）光存储器（optical storage）（6）磁带（）磁带（tape storage）2021/3/26401.3.3 物理设计中的数据描述物理设计中的数据描述(2)高速缓存高速缓存内存内存快闪存储器快闪存储

24、器磁盘存储器磁盘存储器光存储器光存储器磁带存储器磁带存储器图图1.6 1.6 存储介质层次存储介质层次 辅助存储器辅助存储器第三级存储器第三级存储器2021/3/26411.3.3 物理设计中的数据描述物理设计中的数据描述(3)v位位（bit,比特）比特）:一个二进制位称为一个二进制位称为“位位”。一位只。一位只能取能取0或或1两个状态。两个状态。 v字节字节（byte）:8个比特称为一个字节个比特称为一个字节,可以存放一个可以存放一个字符所对应的字符所对应的ASCII码。码。 v字字（word）：若干个字节组成一个字。一个字所含）：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。的

25、二进制位的位数称为字长。 v块块（block）：又称为物理块或物理记录。块是内）：又称为物理块或物理记录。块是内存和外存交换信息的最小单位，每块的大小，通常存和外存交换信息的最小单位，每块的大小，通常为为210214字节。字节。 v桶桶（bucket）：外存的逻辑单位，一个桶可以包含）：外存的逻辑单位，一个桶可以包含一个物理块或多个在空间上不一定连续的物理块。一个物理块或多个在空间上不一定连续的物理块。 v卷（卷（volume）：一个输入输出设备所能装载的全）：一个输入输出设备所能装载的全部有用信息，称为部有用信息，称为“卷卷”。 2021/3/26421.3.4 数据联系的描述（数据联系的描

26、述（1）v定义定义1.5 联系联系（relationship）是实体之间的相互关系。）是实体之间的相互关系。与一个联系有关的实体集个数与一个联系有关的实体集个数,称为联系的称为联系的元数元数。v定义定义1.6 二元联系有以下三种类型二元联系有以下三种类型: 一对一联系一对一联系 1:1 一对多联系一对多联系 1:N 多对多联系多对多联系:M:N乘客和座位什么联系乘客和座位什么联系?学生和班级什么联系学生和班级什么联系?学生和课程什么联系？学生和课程什么联系？2021/3/26431.3.4 数据联系的描述（数据联系的描述（2）v例例1.2 E2E1 E2座位座位E1乘客乘客E1 E2E1E2学

27、生学生课程课程E2E1 E2E1车间车间工人工人2021/3/26441.3.4 数据联系的描述（数据联系的描述（3）v例例1.3 零件零件MN飞机飞机驾驶员驾驶员航行班次航行班次N1M图图1.10 1.10 三元联系三元联系 图图1.11 1.11 一元联系一元联系2021/3/26451.4 数据抽象的级别数据抽象的级别 1.4.1 数据抽象的过程数据抽象的过程 1.4.2 概念模型概念模型 1.4.3 逻辑模型逻辑模型 1.4.4 外部模型外部模型 1.4.5 内部模型内部模型 1.4.6 三层模式和两级映像三层模式和两级映像 1.4.7 高度的数据独立性高度的数据独立性2021/3/2

28、6461.4.1 1.4.1 数据数据抽象的过程（抽象的过程（1）v模型（模型（model）:对现实世界的抽象。对现实世界的抽象。v数据模型数据模型:表示实体类型及其联系的模型表示实体类型及其联系的模型。v从现实世界的信息到数据库存储的数据以及用从现实世界的信息到数据库存储的数据以及用户使用的数据是一个户使用的数据是一个逐步抽象逐步抽象过程。过程。v根据数据抽象的级别定义了四种模型：根据数据抽象的级别定义了四种模型：概念数概念数据模型据模型、逻辑数据模型逻辑数据模型、外部数据模型外部数据模型和和内部内部数据模型数据模型。2021/3/26471.4.1 1.4.1 数据数据抽象的过程（抽象的过

29、程（2）v定义定义1.7 1.7 v表达表达用户需求观点用户需求观点的的数据全局逻辑结构数据全局逻辑结构的模的模型型, ,称为称为“概念模型概念模型”。v表达表达计算机实现观点计算机实现观点的的DBDB全局逻辑结构全局逻辑结构的模的模型型, ,称为称为“逻辑模型逻辑模型”。v表达表达用户使用观点用户使用观点的的DBDB局部逻辑结构局部逻辑结构的模型，的模型，称为称为“外部模型外部模型”。v表达表达DBDB物理结构物理结构的模型，称为的模型，称为“内部模型内部模型”。2021/3/26481.4.1 1.4.1 数据数据抽象的过程（抽象的过程（3）综合综合转换转换应用应用1 1应用应用3应用应用

30、2逻辑模型逻辑模型内部模型内部模型外部模型外部模型3外部模型外部模型2外部模型外部模型1映像映像映像映像DBDB概念模型概念模型用户需求用户需求用户需求用户需求用户用户1用户用户3用户用户2用户需求用户需求图图1.12 1.12 四种模型之间的相互关系四种模型之间的相互关系Dbs结构结构2021/3/26491.4.1 1.4.1 数据数据抽象的过程（抽象的过程（4）v数据抽象的过程数据抽象的过程,具体步骤如下具体步骤如下:v第第1步步:综合综合v第第2步：步：转换转换v第第3步：步：逻辑逻辑-外部映像外部映像v第第4步：步：逻辑逻辑-内部映像。内部映像。2021/3/26501.4.2 1.

31、4.2 概念模型概念模型（1）v特点特点:（1）表达了数据的整体逻辑结构。）表达了数据的整体逻辑结构。（2）从用户需求的观点出发）从用户需求的观点出发,对数据建模。对数据建模。（3）独立于硬件和软件。）独立于硬件和软件。（4）是数据库）是数据库设计人员设计人员与与用户用户之间进行交流的之间进行交流的工具。工具。2021/3/26511.4.2 1.4.2 概念模型概念模型（2）vERER模型模型是是P.P.ChenP.P.Chen（陈品山陈品山）于）于19761976年提出的。年提出的。v定义定义1.8 ER1.8 ER图有三个基本成分图有三个基本成分: :矩形框矩形框, ,表示表示实体类型实

32、体类型（考虑问题的对象）。（考虑问题的对象）。菱形框菱形框, ,表示表示联系类型联系类型（实体间联系）。（实体间联系）。椭圆形框，表示实体类型和联系类型的椭圆形框，表示实体类型和联系类型的属性属性。Peter P. Chen, The Entity-Relationship Model - Toward a Unified View of Data. ACM Transactions on Database Systems (TODS) Volume 1 Number 1: pp 9-36（1976）2021/3/2652ER模型示例v大学教务方面研究课程、教师、任课、学生和选修等。如何构建E

33、R图?2021/3/26531.4.2 1.4.2 概念模型概念模型（3）图图1.13 ER1.13 ER图实例图实例 S#STUDENTSCSNAMEAGEC#SEXCNAMET#TNAMETITLESCORETCCOURSETEACHER1NMN2021/3/26541.4.2 1.4.2 概念模型概念模型（4）v优点优点: :v 简单简单, ,易理解易理解; ;v 计算机无关。计算机无关。v缺点缺点: :v只能说明实体间语义的联系只能说明实体间语义的联系, ,还不能进一步说还不能进一步说明详细的数据结构。明详细的数据结构。2021/3/26551.4.3 1.4.3 逻辑模型逻辑模型v概

34、念模型概念模型要按照选定的要按照选定的DBMS的特点转换成逻辑模型。的特点转换成逻辑模型。v逻辑模型具有下列特点逻辑模型具有下列特点:（1）DB的整体逻辑结构的整体逻辑结构（2）从）从数据库实现的观点数据库实现的观点出发出发,对数据建模。对数据建模。（3）逻辑模型独立于硬件逻辑模型独立于硬件,但依赖于软件但依赖于软件（DBMS）。）。（4）逻辑模型是数据库）逻辑模型是数据库设计人员设计人员与与应用程序员应用程序员之间进之间进行交流的工具。行交流的工具。2021/3/26561. 层次模型（层次模型（1）v树型（层次）结构树型（层次）结构v指针指针v层次模型有两个层次模型有两个缺点缺点:v 一是

35、只能表示一是只能表示1:N联系联系;v 二是数据的查询和更新操作复杂二是数据的查询和更新操作复杂2021/3/26571. 层次模型（层次模型（2）层次模型例子层次模型例子 层次模型的具体实例层次模型的具体实例（树结构）（树结构）COURSESCTEACHERSTUDENTC4，C+C3，OSC2，DBC1，CS1,C1,80S2,C1,85S1,WANG,20,MS2,LIU,18,FT2,C1,SHI,教授教授2021/3/26582. 网状模型（网状模型（1）v有向图结构有向图结构v指针指针v优点优点:M:N联系也容易实现。联系也容易实现。v缺点缺点: 数据结构复杂和编程复杂。数据结构复

36、杂和编程复杂。2021/3/26592. 网状模型（网状模型（2）网状模型例子网状模型例子网状模型的实例（局部）网状模型的实例（局部）（有向图结构）（有向图结构）STUDENTCOURSETEACHERSCT_CC_SCS_SCC1C3C2C4S1,C1,80S1S2S3S4S1,C2,60S1,C3,70S2,C1,85S2,C2,75S4,C4,902021/3/2660v层次模型层次模型（DS是树结构）是树结构）v网状模型网状模型（DS是有向图结构）是有向图结构）DS复杂复杂用指针表示联系用指针表示联系编程复杂编程复杂2021/3/26613. 关系模型（关系模型（1）v用用二维表格二维

37、表格表表示实体集。示实体集。 v关系关系模式模式即即记录类型记录类型,关系模式的实例称关系模式的实例称为为关系关系v每个关系实际上是一张二维表格。每个关系实际上是一张二维表格。 v v关系模型是由若干个关系模式组成的集关系模型是由若干个关系模式组成的集合。合。 2021/3/2662问vER模型如何转换为关系模型?ER模型2021/3/2663ER转换成关系转换成关系 实体转换成一个关系模式实体转换成一个关系模式 1:1 1:1 在任一实体中加入另一实体的键在任一实体中加入另一实体的键 1:N1:N 在在N N端实体中加入端实体中加入1 1端实体的键端实体的键 M:N M:N 联系转换为关系模

38、式联系转换为关系模式2021/3/26643. 关系模型（关系模型（2）v例例1.7 TEACHERTEACHER模式（模式（T#T#, ,TNAMETNAME, ,TITLETITLE）COURSECOURSE模式（模式（C#C#，CNAMECNAME，T#T#）STUDENTSTUDENT模式（模式（S#S#，SNAMESNAME，AGEAGE，SEXSEX）SCSC模式（模式（S#S#，C#C#，SCORESCORE）图图1.18 1.18 关系模型的例子关系模型的例子 2021/3/26653. 关系模型（关系模型（3） TEACHER关系关系 COURSE关系关系T#T#TNAMET

39、NAME TITLETITLEC#C#CNAMECNAMET#T#T2T2SHISHI教授教授C1C1C CT2T2T3T3LILI副教授副教授C2C2DBDBT3T3T1T1DAIDAI讲师讲师C3C3OSOST3T3T4T4GUGU讲师讲师C4C4C+C+T2T2 STUDENT关系关系 SC关系关系S#S#SNAMESNAME AGEAGESEXSEXS#S#C#C#SCORESCORES1S1WANGWANG2020M MS1S1C1C18080S4S4LIULIU1818F FS1S1C2C26060S2S2HUHU1717M MS1S1C3C37070S3S3XIAXIA1919F

40、 FS4S4C4C49090S2S2C1C18585图图1.19 1.19 关系模型的实例关系模型的实例S2S2C2C275752021/3/26663. 关系模型（关系模型（4）关系模型用关系模型用关键码关键码导航数据导航数据。其表格简单其表格简单, ,易懂易懂、易操作、易操作不涉及存储结构、访问技术等细节。不涉及存储结构、访问技术等细节。集合论、数理逻辑可引入到关系模型集合论、数理逻辑可引入到关系模型。2021/3/26674. 对象模型（对象模型（1）v表达复杂的结构表达复杂的结构,如嵌套递归如嵌套递归v对象（对象（object）是现实世界中实体的模型化）是现实世界中实体的模型化v属性集

41、和方法集相同的所有对象组合在一起属性集和方法集相同的所有对象组合在一起,构成了一个类（构成了一个类（class）。）。2021/3/26684. 对象模型（对象模型（2）类类SC PC PS SCORE类类COURSE C# CNAME PT 类类TEACHER T# TNAME TITLE类类STUDENT S# SNAME AGE SEX图图1.20 1.20 对象模型的类层次例子对象模型的类层次例子2021/3/2669四种逻辑模型的比较四种逻辑模型的比较层次模型层次模型网状模型网状模型关系模型关系模型面向对象模型面向对象模型创始创始1968年年IBM公司公司的的IMS系统系统1969年

42、年CODASYL的的DBTG报告报告(1971年通过年通过)1970年年E.F.Codd提出关系模型提出关系模型20世纪世纪80年代年代数据结构数据结构复杂复杂（树结构）（树结构）复杂复杂（有向图结构）（有向图结构）简单简单（二维表）（二维表）复杂复杂(嵌套嵌套、递归递归)数据联系数据联系通过指针通过指针通过指针通过指针通过表间的公通过表间的公共属性共属性通过对象标识通过对象标识查询语言查询语言过程性语言过程性语言过程性语言过程性语言非过程性语言非过程性语言 面向对象语言面向对象语言典型产品典型产品IMSIDS/IMAGE/3000IDMSTOTALOracleSybaseDB2SQL Ser

43、verInformixONTOS DB盛行期盛行期20世纪世纪70年代年代70年代至年代至80年代中年代中期期80年代至现在年代至现在 90年代至现在年代至现在2021/3/26701.4.4 1.4.4 外部模型（外部模型（1 1）v例例1.9 1.9 图图1.181.18所示的关系模型由所示的关系模型由TEACHERTEACHER、COURSECOURSE、STUDENTSTUDENT和和SCSC等四个关系模式组成。等四个关系模式组成。 外部模型中的模式称为外部模型中的模式称为“视图视图”（ViewView）。）。学生视图学生视图 STUDENT_VIEW STUDENT_VIEW（S#S

44、#, ,SNAMESNAME, ,C#C#， CNAME CNAME，SCORESCORE，T#T#，TNAMETNAME）教师视图教师视图 TEACHER_VIEW TEACHER_VIEW（T#T#，TNAMETNAME，C#C#， CNAME CNAME，S#S#，SNAMESNAME，SEXSEX，SCORESCORE）2021/3/26711.4.4 1.4.4 外部模型（外部模型（2 2）v外部模型具有如下的特点外部模型具有如下的特点: :（1 1）外部模型是逻辑模型的一个）外部模型是逻辑模型的一个逻辑子集逻辑子集。（2 2）外部模型独立于硬件外部模型独立于硬件, ,依赖于软件依赖

45、于软件。（3 3）外部模型反映了）外部模型反映了用户使用数据库用户使用数据库的观点。的观点。2021/3/26721.4.5 1.4.5 内部模型内部模型v内部模型又称物理模型内部模型又称物理模型v存储方式存储方式（文件的结构）、（文件的结构）、存取设备存取设备（外存的空（外存的空间分配）和间分配）和存取方法存取方法（主索引和辅助索引）。（主索引和辅助索引）。v内部模型与硬件和软件紧密相连。内部模型与硬件和软件紧密相连。关系模型是以关系模型是以逻辑级逻辑级为目标为目标, ,不必考虑内部级的设不必考虑内部级的设计细节计细节, ,由系统自动实现。由系统自动实现。2021/3/26731.4.6 1

46、.4.6 三层模式和两级映像三层模式和两级映像(1)(1)1. 1. 三层模式体系结构三层模式体系结构定义定义1.9 1.9 从用户（或应用程序）到数据库之间从用户（或应用程序）到数据库之间, ,DBDB的数据结构描述有三个层次的数据结构描述有三个层次: : 外模式外模式: :用户与数据库系统的接口用户与数据库系统的接口, ,是是用户用到用户用到的那部分数据的那部分数据的描述。的描述。 是数据库中是数据库中全部数据的整体逻辑结构全部数据的整体逻辑结构的描述。的描述。逻辑模式逻辑模式 内模式内模式是数据库在是数据库在物理存储方面物理存储方面的描述，定义的描述，定义所有内部记录类型、索引和文件的组

47、织方式，所有内部记录类型、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节。以及数据控制方面的细节。2021/3/26741.4.6 1.4.6 三层模式和两级映像三层模式和两级映像(3)(3)2 2两级映像两级映像v定义定义1.10 1.10 三层模式之间存在着两级映像三层模式之间存在着两级映像: : 外模式逻辑模式映像外模式逻辑模式映像 逻辑模式内模式映像逻辑模式内模式映像v数据库的数据库的三层模式三层模式和和两级映像两级映像结构称为结构称为“数据库的数据库的体系结构体系结构”。2021/3/26751.4.7 1.4.7 高度的数据独立性高度的数据独立性(1)(1)v定义定义1.11 1.1

48、1 数据独立性数据独立性是指应用程序和数据库的数是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立据结构之间相互独立, ,不受影响。在修改数据结构时不受影响。在修改数据结构时, ,尽可能不修改应用程序，则称系统达到了数据独立尽可能不修改应用程序，则称系统达到了数据独立性目标。性目标。 (1) (1)物理数据独立性物理数据独立性: :对内模式的修改尽量不影响逻对内模式的修改尽量不影响逻辑模式、外模式和应用程序。辑模式、外模式和应用程序。 (2) (2)逻辑数据独立性逻辑数据独立性: :对逻辑模式的修改尽量不影响对逻辑模式的修改尽量不影响外模式和应用程序。外模式和应用程序。2021/3/26761.5 数

49、据库管理系统数据库管理系统v1.5.1 DBMS的工作模式的工作模式v1.5.2 DBMS的主要功能的主要功能2021/3/26771.5.1 DBMS的工作模式（的工作模式（1）DB应用程序应用程序数据请求数据请求低层指令低层指令 数据数据(处理结果处理结果) 数据数据(查询结果查询结果)图图1.22 DBMS1.22 DBMS的工作模式的工作模式 2021/3/26781.5.1 DBMS的工作模式（的工作模式（2）图图1.23 用户访问数据的过程用户访问数据的过程应用程序应用程序DB的系统缓冲区的系统缓冲区外模式外模式模式模式内模式内模式DB数数 据据 字字 典典2021/3/26791

50、.5.2 DBMS的主要功能的主要功能 数据库的数据库的定义定义功能（功能（DDL） 数据库的数据库的操纵操纵功能（功能（DML） 过程性过程性:做什么、怎么做做什么、怎么做 非过程性非过程性:做什么做什么 数据库的数据库的保护保护功能功能 恢复恢复,并发控制并发控制,完整性，安全性。完整性，安全性。 数据库的数据库的维护维护功能（功能（Utilities） 数据字典数据字典（DD）2021/3/26801.6 数据库系统数据库系统v1.6.1 DBS的组成的组成v1.6.2 DBS的全局结构的全局结构v1.6.3 DBS结构的分类结构的分类v1.6.4 应用程序的演变应用程序的演变v1.6.5 DBS的效益的效益2021/3/26811.6.1 DBS的组成（的组成（1）vDBS是采用了数据库技术的计算机系统。它是是采用了数据库技术的计算机系统。它是数据数据库库、硬件硬件、软件软件和和数据库管理员数据库管理员的集合体。的集合体。vDB:全部数据的集合全部数据的集合。 v软件软件:DBMS、OS、主语言。主语言。v定义定义1.12 DBA是控制数据整体结构的一组人员是控制数据整体结构的一组人员,负责负责DBS的正常运行的正常运行,承担创建、监控和维护数据库承担创建、监控和维