SQLServer2016数据库原理及应用（微课版） 5教案第一章5 1.5 数据库系统的组成和结构

教案（课时数：2）章节标题：第一章理解数据库1.5数据库系统的组成和结构教学目的：了解数据库的相关概念理解数据库的三级体系结构教学难点：三级结构的划分两级映射的作用教学重点：数据库系统的组成三级结构和两级映射授课方法：理论授课教案类别：新授课√实验课习题课复习提问复问内容学生姓名成绩传统的关系运算有哪几种？专门的关系运算有哪几种？选择、投影、连接的概念作业及预习要求第二章数据库设计教学后记1、学生提出的疑难问题纪录：如何实现两级独立性2、对本课教学的体会及改进办法：内容抽象，可通过列举数据库的实例帮助学生理解相关内容

[组织教学][复习提问]1、传统的关系运算有哪几种？2、专门的关系运算有哪几种？3、选择、投影、连接的概念[讲授新课]1.5数据库系统的组成和结构一、数据库相关概念1.数据库（DB）长期存放在计算机内、有组织的、可共享的相关数据的集合，它将数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性、可被各类用户共享等特点。2.数据库管理系统（DBMS）位于用户与操作系统(OS)之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的创建、查询、更新及各种数据控制，它是数据库系统的核心。流行的DBMS有VisualFoxPro、Access、Sybase、SQLServer、Oracle等数据库管理系统的主要功能包括以下几个方面。1)数据定义功能(DDL)用户通过它可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。2)数据操纵功能(DML)用户可以使用DML操纵数据实现对数据库的基本操作，如查询、插入、删除和修改等。3)数据库的运行管理数据库在创建、运用和维护时由DBMS统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。4)数据库的创建和维护功能数据库的创建和维护功能包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的组织功能和性能监视、分析功能等。这些功能通常是由一些实用程序完成的。3.数据库应用系统凡使用数据库技术管理其数据的系统都称为数据库应用系统(DataBaseApplicationSystem)。数据库应用系统的应用非常广泛，它可以用于事务管理、计算机辅助设计、计算机图形分析和处理及人工智能等系统中。4.数据库系统（DBS）在计算机系统中引入数据库后的系统，它由计算机硬件、数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、数据库应用系统、数据库用户构成。数据库用户包括数据库管理员、系统分析员、数据库设计人员及应用程序开发人员和终端用户。数据库管理员(DBA)是高级用户，他的任务是对使用中的数据库进行整体维护和改进，负责数据库系统的正常运行，他是数据库系统的专职管理和维护人。二、数据库系统的体系结构数据库的体系结构分为三级模式和两级映像DBMS在三级结构之间提供了两级映像(Mapping)：外模式/模式映像，模式/内模式映像。正是这两级映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。1.模式模式、概念模式、逻辑模式，是对数据库中全部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。模式实际上是数据库数据在概念级上的视图，一个数据库只有一个模式。模式通常以某种数据模型为基础，统一综合地考虑了所有用户的需求，并将这些需求有机地结合成一个逻辑整体。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构，例如数据记录由哪些数据项构成，数据项的名称、类型、取值范围等，而且还要定义数据项之间的联系，定义不同记录之间的联系，以及定义与数据有关的完整性、安全性等要求。完整性包括数据的正确性、有效性和相容性。安全性主要指保密性。2.外模式外模式、子模式、用户模式，它是对数据库用户(包括程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，即个别用户涉及的数据的逻辑结构。外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式。外模式是根据用户自己对数据的需要，从局部的角度进行设计，因此如果不同的用户在应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求等方面存在差异，则其外模式描述也不同。一方面即使是模式中的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。另一方面，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。外模式是保证数据库安全性的一个有效措施，每个用户只能看见或访问所对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据是不可见的。3.内模式内模式、存储模式、物理模式，一个数据库只有一个内模式。内模式是对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。例如，记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密；数据的存储记录结构有何规定等。内模式的设计目标是将系统的模式(全局逻辑结构)组织成最优的物理模式，以提高数据的存取效率，改善系统的性能指标。4.外模式/模式映像模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构，对应于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映像，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。5.模式/内模式映像数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式/内模式映像是唯一的，它定义了数据库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。该映像定义通常包含在模式描述中。6.两级数据独立性数据独立性是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。1)逻辑数据独立性当模式改变时(如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等)，由数据库管理员对各个外模式/模式映像作相应改变，可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，因而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简