数据库 第1章绪论(3)资料

1、第一章 绪 论1.1 1.1 概述概述1.2 1.2 数据模型数据模型1.3 1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.3 数据库系统结构1.3.1数据库系统内部的模式结构数据库系统内部的模式结构 从从数据库管理系统数据库管理系统角度看角度看1.3.2数据库系统外部的体系结构数据库系统外部的体系结构从从数据库开发人员数据库开发人员角度看角度看1.3.1 数据库系统的模式结构n数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念n数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构n数据库的二级映象功能与数据独立性数据库的二级映象功能与数据独立性数据库系统模式的概念n“型” 和“值” 的概念n型（Type）对某一

2、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：学生记录例如：学生记录记录型：记录型： （学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）该记录型的一个记录值：该记录型的一个记录值： （900201，李明，男，计算机，李明，男，计算机，22，江苏），江苏）数据库系统模式的概念（续）n模式（Schema）n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n是型的描述是型的描述n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n模式是相对稳定的模式是相对稳定的n模式的一个实例（Instance）n模式的一个具体值模式的一个具体值n反映数据库某一时

3、刻的状态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实例随数据库中的数据的更新而变动1.3.1 数据库系统的模式结构n数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念n数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构n数据库的二级映象功能与数据独立性数据库的二级映象功能与数据独立性数据库系统的三级模式结构 应用应用A A 应用应用B B 应用应用C C 应用应用D D 应用应用E E 外模式外模式1 1 外模式外模式2 2 外模式外模式3 3内模式内模式模式模式模式模式1模式（Schema）n模式（也称逻辑模式）模式（也称逻辑模式）n数据

4、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n所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求n一个数据库只有一个模式一个数据库只有一个模式n模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层模式的地位：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与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关n模式的定义模式的定义n数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）n数据之间的联系数据之

5、间的联系n数据有关的安全性、完整性要求数据有关的安全性、完整性要求数据库系统的三级模式结构 应用应用A A 应用应用B B 应用应用C C 应用应用D D 应用应用E E外模式外模式1 1模式模式内模式内模式数据库数据库外模式外模式2 2外模式外模式3 32. 外模式（External Schema）n外模式（也称子模式或用户模式）n数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部局部数据的逻辑结构和特征的描述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的逻辑表示外模式

6、（续）n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：一对多模式与外模式的关系：一对多n外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集n一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的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、对数据保密的要求应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求n对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、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保密级别等都可以不同n外模式与应用的关系：一对多n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n但一个应用程序只能使

7、用一个外模式但一个应用程序只能使用一个外模式。外模式（续）n外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施。保证数据库安全性的一个有力措施。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数据库系统的三级模式结构 应用应用A A 应用应用B B 应用应用C C 应用应用D D 应用应用E E外模式外模式1 1模式模式内模式内模式数据库数据库外模式外模式2 2外模式外模式3 33内模式（Internal Schema）n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是数据在数据库内部的表示方式

8、n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）n索引的组织方式索引的组织方式n数据是否压缩存储数据是否压缩存储n数据是否加密数据是否加密n数据存储记录结构的规定数据存储记录结构的规定n一个数据库只有一个内模式1.3.1 数据库系统的模式结构n数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念n数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构n数据库的二级映象功能与数据独立性数据库的二级映象功能与数据独立性数据库系统的三级模式结构外模式外模式/ /模式映象模式映象内模式内模式/ /模式映象模式映象 应用应用A A 应用应用B B 应

9、用应用C C 应用应用D D 应用应用E E外模式外模式1 1模式模式内模式内模式数据库数据库外模式外模式2 2外模式外模式3 3三级模式与二级映象n三级模式是对数据的三个抽象级别三级模式是对数据的三个抽象级别n二级映象在二级映象在DBMS内部实现这三个抽象内部实现这三个抽象层次的联系和转换层次的联系和转换数据库系统的三级模式结构外模式外模式/ /模式映象模式映象内模式内模式/ /模式映象模式映象 应用应用A A 应用应用B B 应用应用C C 应用应用D D 应用应用E E外模式外模式1 1模式模式内模式内模式数据库数据库外模式外模式2 2外模式外模式3 31外模式模式映象n定义外模式与模式

10、之间的对应关系定义外模式与模式之间的对应关系n每一个外模式都对应一个外模式模式映象每一个外模式都对应一个外模式模式映象n映象定义通常包含在各自外模式的描述中映象定义通常包含在各自外模式的描述中外模式模式映象的用途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辑独立性，简称数据的逻辑独立性。数据库系统的三

11、级模式结构外模式外模式/ /模式映象模式映象内模式内模式/ /模式映象模式映象 应用应用A A 应用应用B B 应用应用C C 应用应用D D 应用应用E E外模式外模式1 1模式模式内模式内模式数据库数据库外模式外模式2 2外模式外模式3 32模式内模式映象n模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与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录和字段在内部是如何表示的n数据库中模式内模式映象是唯一的数据库中模式内模式映象是唯一的n该映象定义通常包含在模式描述中该映象定义通常包含在模式描述中模式内

12、模式映象的用途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，使模式保持不变内模式映象，使模式保持不变n应用程序不受影响。保证了数据与程序的物应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。理独立性，简称数据的物理独立性。1.3 数据库系统结构n1.3.1数据库系统内部的模式结构数据库系统内部的模式结构 n从数据库管理系统角度看从数据库管理系统角度看n1.3.2数据库系统外部的体系结构数据库系统外部的体系结构n从数据库最终用户角度看从数据库

13、最终用户角度看网络个人电脑PC科学计算机大数据与云计算1.3.2 数据库系统外部的体系结构n单用户结构单用户结构n主从式结构主从式结构nC/S(客户客户/服务器服务器)结构结构nB/S/(浏览器浏览器/数据库服务器数据库服务器)结构结构n分布式结构分布式结构1. 单用户数据库系统n整个数据库系统整个数据库系统( (应用程序、应用程序、DBMSDBMS、数据、数据) )装在一台计算机上，为一个用户独占，装在一台计算机上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据。不同机器之间不能共享数据。n早期的最简单的数据库系统早期的最简单的数据库系统2. 主从式结构的数据库系统n一个主机带多个终端的多用户结构

14、一个主机带多个终端的多用户结构n数据库系统，包括应用程序、数据库系统，包括应用程序、DBMSDBMS、数据，、数据，都集中存放在主机上，所有处理任务都由都集中存放在主机上，所有处理任务都由 主机来完成主机来完成n各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，共享数据资源共享数据资源主从式结构的数据库系统主机主机终终端端主从式结构的数据库系统(续）n优点优点n易于管理、控制与维护。易于管理、控制与维护。n缺点缺点n当终端用户数目增加到一定程度后，主当终端用户数目增加到一定程度后，主机的任务会过分繁重，成为瓶颈，从而机的任务会过分繁重，成为瓶颈，从而使系统性能下降

15、。使系统性能下降。n系统的可靠性依赖主机系统的可靠性依赖主机, ,当主机出现故障当主机出现故障时，整个系统都不能使用。时，整个系统都不能使用。4客户服务器结构的数据库系统n把DBMS功能和应用分开n网络中某个（些）结点上的计算机专门用于执网络中某个（些）结点上的计算机专门用于执行行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，简称服务器n其他结点上的计算机安装其他结点上的计算机安装DBMSDBMS的外围应用开发的外围应用开发工具，用户的应用系统，称为客户机工具，用户的应用系统，称为客户机客户服务器数据库系统的种类n集中的服务器结构 一台数据库服务器，多台客户机一台数

16、据库服务器，多台客户机n分布的服务器结构n在网络中有多台数据库服务器在网络中有多台数据库服务器n分布的服务器结构是客户服务器与分布的服务器结构是客户服务器与 分布式数据库的结合分布式数据库的结合客户服务器结构的优点n客户端的用户请求被传送到数据库服务器，数客户端的用户请求被传送到数据库服务器，数据库服务器进行处理后，只将结果返回给用户，据库服务器进行处理后，只将结果返回给用户，从而显著减少了数据传输量从而显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客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行软件平台上运行n可以使用不同厂商的数据库应用开发工

17、具可以使用不同厂商的数据库应用开发工具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相同的应用程序要重复安装在每一台客户机上，从系统总相同的应用程序要重复安装在每一台客户机上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源。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

18、工具模块，其安装维护代价便不可接受了。浏览器/服务器n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。n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三层结构3. 分布式结构的数据库系统n数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但物理地分布在计算机网络的不同结点上。n网络中的每个结点都可以独立处理本地数据网络中的每个结点都

19、可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用库中的数据，执行局部应用n同时也可以同时存取和处理多个异地数据库同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用中的数据，执行全局应用分布式结构的数据库系统（续）n优点n适应了地理上分散的公司、团体和组织对于适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求。数据库应用的需求。n缺点n数据的分布存放给数据的处理、管理与维护数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难。带来困难。n当用户需要经常访问远程数据时，系统效率当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会明显地受到网络传输的制约。会明显地受到网络传输的制约。智能卡智能卡移动通信移动

20、通信计算机外设计算机外设机顶盒机顶盒零售设备零售设备印刷机印刷机复印机复印机互联网服务器互联网服务器电话交换设备电话交换设备嵌入式数据管理系统的结构1.4 数据库系统的组成n数据库数据库n数据库管理系统（及其开发工具）数据库管理系统（及其开发工具）n应用系统应用系统n数据库管理员数据库管理员n（用户）（用户）一、硬件平台及数据库n数据库系统对硬件资源的要求(1) 足够大的内存n操作系统操作系统nDBMS的核心模块的核心模块n数据缓冲区数据缓冲区n应用程序应用程序数据库系统对硬件资源的要求 (2) 足够大的外存n 磁盘n操作系统操作系统nDBMSn应用程序应用程序n数据库及其备份数据库及其备份n

21、 光盘、磁带、软盘n数据备份数据备份(3) 较高的通道能力，提高数据传送率二、软件nDBMSn操作系统操作系统n与数据库接口的高级语言及其编译系统与数据库接口的高级语言及其编译系统n以以DBMS为核心的应用开发工具为核心的应用开发工具n为特定应用环境开发的数据库应用系统为特定应用环境开发的数据库应用系统三、人员n数据库管理员数据库管理员n系统分析员系统分析员n数据库设计人员数据库设计人员n应用程序员应用程序员n(最终用户最终用户)1. 数据库管理员(DBA)n决定数据库中的信息内容和结构决定数据库中的信息内容和结构n决定数据库的存储结构和存取策略决定数据库的存储结构和存取策略n定义数据的安全性要求和完整性约束定义数据的安全性要求和完整性约束条件条件数据库管理员(续)n监控数据库的使用和运行监控数据库的使用和运行n周期性转储数据库周期性