數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)資料講解(1)8頁

1、111第第 章章導(dǎo)讀數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ) （ 視頻講解：25分鐘）本章主要介紹數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念，包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的簡介、數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型、常見關(guān)系數(shù)據(jù)庫。通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫三級模式結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)庫規(guī)范化等概念，掌握常見的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。通過閱讀本章，您可以：: 了解數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展: 掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成: 掌握數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu): 熟悉數(shù)據(jù)模型: 掌握常見的關(guān)系數(shù)據(jù)庫1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介視頻講解：光盤TMlx1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介.exe數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem，DBS）是由數(shù)據(jù)庫及其管理軟件組成的系統(tǒng)，人們常把與數(shù)據(jù)庫有關(guān)的硬件和軟件系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫系

2、統(tǒng)。1.1.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫技術(shù)是應(yīng)數(shù)據(jù)管理任務(wù)的需求而產(chǎn)生的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對數(shù)據(jù)管理技術(shù)也不斷地提出更高的要求，其先后經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等3個(gè)階段，這3個(gè)階段的特點(diǎn)分別如下所述。（1）人工管理階段20世紀(jì)50年代中期以前，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。當(dāng)時(shí)硬件和軟件設(shè)備都很落后，數(shù)據(jù)基本依賴于人工管理，人工管理數(shù)據(jù)具有如下特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)不保存。 使用應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)不共享。 數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性。（2）文件系統(tǒng)階段20世紀(jì)50年代后期到60年代中期，硬件和軟件技術(shù)都有了進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了磁盤等存儲設(shè)備和專門的數(shù)據(jù)管理軟件即文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： 數(shù)

3、據(jù)可以長期保存。 由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。 共享性差，數(shù)據(jù)冗余大。 數(shù)據(jù)獨(dú)立性差。（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段20世紀(jì)60年代后期以來，計(jì)算機(jī)應(yīng)用于管理系統(tǒng)，而且規(guī)模越來越大，應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)據(jù)量急劇增長，對共享功能的要求越來越強(qiáng)烈。這樣使用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)已經(jīng)不能滿足要求，于是為了解決一系列問題，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)滿足了多用戶、多應(yīng)用共享數(shù)據(jù)的需求，它比文件系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，標(biāo)志著管理技術(shù)的飛躍。1.1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是由數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（軟件）、數(shù)據(jù)庫管理員（人員）、硬件平臺（硬件）和軟件平臺（軟件）5部分構(gòu)成的運(yùn)

4、行實(shí)體。其中，數(shù)據(jù)庫管理員（DataBase Administrator，DBA）是對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)和監(jiān)視等的專業(yè)管理人員，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中起著非常重要的作用。1.2 數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)視頻講解：光盤TMlx1數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu).exe數(shù)據(jù)庫具有一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)，這樣可以有效地組織、管理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)庫的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是三級模式結(jié)構(gòu)。1.2.1 數(shù)據(jù)庫三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)是指模式、外模式和內(nèi)模式。下面分別對它們進(jìn)行介紹。1模式模式也稱邏輯模式或概念模式，它是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有

5、一個(gè)模式，模式處于三級結(jié)構(gòu)的中間層。2外模式外模式也稱用戶模式，它是數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。外模式是模式的子集。一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)外模式。3內(nèi)模式內(nèi)模式也稱存儲模式，一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式。它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。1.2.2 三級模式之間的映射為了能夠在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的3個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在三級模式之間提供了兩層映射。1外模式/模式映射對應(yīng)于同一個(gè)模式可以有任意多個(gè)外模式。對于每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個(gè)外模

6、式/模式映射。當(dāng)模式改變時(shí)，由數(shù)據(jù)庫管理員對各個(gè)外模式/模式映射作相應(yīng)的改變，可以使外模式保持不變。這樣，依據(jù)數(shù)據(jù)外模式編寫的應(yīng)用程序就不用修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性。2模式/內(nèi)模式映射數(shù)據(jù)庫中只有一個(gè)模式和一個(gè)內(nèi)模式，所以模式/內(nèi)模式映射是唯一的，它定義了數(shù)據(jù)庫的全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變時(shí)，由數(shù)據(jù)庫管理員對模式/內(nèi)模式映射作相應(yīng)改變，可以使模式保持不變，應(yīng)用程序相應(yīng)地也不作變動。這樣，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性。1.3 數(shù) 據(jù) 模 型 視頻講解：光盤TMlx1數(shù)據(jù)模型.exe數(shù)據(jù)模型是一種對客觀事物抽象化的表現(xiàn)形式。它對客觀事物加以抽象，通過計(jì)算

7、機(jī)來處理現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物。它客觀地反映了現(xiàn)實(shí)世界，易于理解，與人們對外部事物描述的認(rèn)識相一致。1.3.1 數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心與基礎(chǔ)，是描述數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系、數(shù)據(jù)的語義、數(shù)據(jù)一致性約束的概念性工具的集合。數(shù)據(jù)模型通常是由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束3部分組成的。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是對系統(tǒng)靜態(tài)特征的描述。描述對象包括數(shù)據(jù)的類型、內(nèi)容、性質(zhì)和數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系。 數(shù)據(jù)操作：是對系統(tǒng)動態(tài)特征的描述，是對數(shù)據(jù)庫中各種對象實(shí)例的操作。 完整性約束：是完整性規(guī)則的集合。它定義了給定數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則。1.3.2 常見的數(shù)據(jù)模型常用的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型主要有層次

8、模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型，下面分別對它們進(jìn)行介紹。（1）層次模型：用樹形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體類型及實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為層次模型，它具有以下 特點(diǎn)。 每棵樹有且僅有一個(gè)無雙親節(jié)點(diǎn)，稱為根。 樹中除根外所有節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親。（2）網(wǎng)狀模型：用有向圖結(jié)構(gòu)表示實(shí)體類型及實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為網(wǎng)狀模型。用網(wǎng)狀模型編寫應(yīng)用程序極其復(fù)雜，數(shù)據(jù)的獨(dú)立性較差。（3）關(guān)系模型：以二維表來描述數(shù)據(jù)。在關(guān)系模型中，每個(gè)表有多個(gè)字段列和記錄行，每個(gè)字段列有固定的屬性（數(shù)字、字符、日期等）。關(guān)系模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰、具有很高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，因此是目前主流的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型。關(guān)系模型的基本術(shù)語如下。 關(guān)系：一個(gè)二維表就是一

9、個(gè)關(guān)系。 元組：就是二維表中的一行，即表中的記錄。 屬性：就是二維表中的一列，用類型和值表示。 域：每個(gè)屬性取值的變化范圍，如性別的域?yàn)槟?，女。關(guān)系模型中的數(shù)據(jù)約束如下。 實(shí)體完整性約束：約束關(guān)系的主鍵屬性值不能為空值。 參照完整性約束：關(guān)系之間的基本約束。 用戶定義的完整性約束：它反映了具體應(yīng)用中數(shù)據(jù)的語義要求。1.3.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論認(rèn)為：關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的每一個(gè)關(guān)系都要滿足一定的規(guī)范。根據(jù)滿足規(guī)范的條件不同，可以分為5個(gè)等級：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）第五范式（5NF）。其中，NF是Normal Form的縮寫。一般情況下，只要把數(shù)據(jù)規(guī)范到第三范式標(biāo)準(zhǔn)

10、即可滿足需要。 第一范式（1NF）：在一個(gè)關(guān)系中，消除重復(fù)字段，且各字段都是最小的邏輯存儲單位。 第二范式（2NF）：若關(guān)系模型屬于第一范式，則關(guān)系中每一個(gè)非主關(guān)鍵字段都完全依賴于主關(guān)鍵字段，不能只部分依賴于主關(guān)鍵字的一部分。 第三范式（3NF）：若關(guān)系模型屬于第一范式，且關(guān)系中所有非主關(guān)鍵字段都只依賴于主關(guān)鍵字段。第三范式要求去除傳遞依賴。1.3.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)原則數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指對于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境，根據(jù)用戶的需求，利用數(shù)據(jù)模型和應(yīng)用程序模擬現(xiàn)實(shí)世界中該應(yīng)用環(huán)境的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和處理活動的過程。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)原則如下：（1）數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)組織應(yīng)獲得最大限度的共享、最小的冗余度，消除數(shù)據(jù)

11、及數(shù)據(jù)依賴關(guān)系中的冗余部分，使依賴于同一個(gè)數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)達(dá)到有效的分離。（2）保證輸入、修改數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)的一致性與正確性。（3）保證數(shù)據(jù)與使用數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序之間的高度獨(dú)立性。1.3.5 實(shí)體與關(guān)系實(shí)體是指客觀存在并可相互區(qū)別的事物。實(shí)體既可以是實(shí)際的事物，也可以是抽象的概念或關(guān)系。實(shí)體之間有3種關(guān)系。 一對一關(guān)系：是指表A中的一條記錄確實(shí)在表B中有且只有一條相匹配的記錄。在一對一關(guān)系中，大部分相關(guān)信息都在一個(gè)表中。 一對多關(guān)系：是指表A中的行可以在表B中有許多匹配行，但是表B中的行只能在表A中有一個(gè)匹配行。 多對多關(guān)系：是指關(guān)系中每個(gè)表的行在相關(guān)表中具有多個(gè)匹配行。在數(shù)據(jù)庫中，多對多關(guān)系的建立是

12、依靠第3個(gè)表（稱作連接表）實(shí)現(xiàn)的，連接表包含相關(guān)的兩個(gè)表的主鍵列，然后從兩個(gè)相關(guān)表的主鍵列分別創(chuàng)建與連接表中的匹配列的關(guān)系。1.4 常見關(guān)系數(shù)據(jù)庫視頻講解：光盤TMlx1常見關(guān)系數(shù)據(jù)庫.exe關(guān)系數(shù)據(jù)庫，是建立在關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫，是通過集合代數(shù)等概念和方法來處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。在這里主要介紹Access、SQL Server和Oracle數(shù)據(jù)庫。1.4.1 Access數(shù)據(jù)庫Microsoft Access是當(dāng)前流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一，其核心是Microsoft Jet數(shù)據(jù)庫引擎。通常情況下，安裝Microsoft Office時(shí)選擇“默認(rèn)安裝”，Access數(shù)據(jù)庫即被安裝到計(jì)

13、算機(jī)上。Microsoft Access是一個(gè)非常容易掌握的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，利用它可以創(chuàng)建、修改和維護(hù)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并且可以利用向?qū)硗瓿蓪?shù)據(jù)庫的一系列操作。Access能夠滿足小型企業(yè)客戶/服務(wù)器解決方案的要求，是一種功能較完備的系統(tǒng)，它幾乎包含了數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的所有技術(shù)和內(nèi)容，對于初學(xué)者學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫知識非常有幫助。1.4.2 SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫SQL Server是由微軟公司開發(fā)的一個(gè)大型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它為用戶提供了一個(gè)安全、可靠、易管理和高端的客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫平臺。SQL Server是一種高性能的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以Client/Server為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

14、、支持多個(gè)不同的開發(fā)平臺、支持企業(yè)級的應(yīng)用程序、支持XML等，能夠滿足不同類型的數(shù)據(jù)庫解決方案。SQL Server數(shù)據(jù)庫大大地?cái)U(kuò)展了系統(tǒng)性能、可靠性和易用性。SQL Server 2000是一種高性能的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在SQL Server 7.0的基礎(chǔ)上大大擴(kuò)展了系統(tǒng)的性能、可靠性和易用性，逐漸成為OLTP（在線事務(wù)進(jìn)程）、數(shù)據(jù)倉庫和e商務(wù)應(yīng)用最好的數(shù)據(jù)庫平臺。SQL Server 2000的主要特點(diǎn)包括簡便的操作方式、以Client/Server為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、支持多個(gè)不同的開發(fā)平臺、支持企業(yè)級的應(yīng)用程序、支持XML、數(shù)據(jù)倉庫支持、支持虛擬根、用戶自定義函數(shù)、增加了3種數(shù)據(jù)類型（BIG

15、INT、SQL_VARIANT和TABLE）、提供了語言排序規(guī)則、增加了全文搜索和文檔管理功能、增加了索引視圖功能、增強(qiáng)了分布式查詢功能等。1.4.3 SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫SQL Server 2005是SQL Server 2000的升級版本，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。1統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境SQL Server 2005和Visual Studio 2005擁有一個(gè)統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，使得集成于該環(huán)境的編程模型能夠提供一個(gè)整體的解決方案，并使得程序開發(fā)語言、產(chǎn)品配置環(huán)境和數(shù)據(jù)操作這3種專業(yè)技能緊密地結(jié)合起來，給應(yīng)用程序的可用性、性能、安全性和可伸縮性帶來全面提升。2.NET框架集成

16、SQL Server 2005的核心由.NET Framework 2.0構(gòu)成，數(shù)據(jù)庫的工具整合了開發(fā)環(huán)境，有利于數(shù)據(jù)庫的程序開發(fā)。1.4.4 SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫SQL Server數(shù)據(jù)庫系列歷經(jīng)多次升級已經(jīng)發(fā)展到SQL Server 2008，SQL Server 2008是SQL Server的最新版本，是迄今為止最強(qiáng)大和最全面的SQL Server版本。下面對SQL Server 2008的企業(yè)版、標(biāo)準(zhǔn)版和工作組版進(jìn)行簡要說明。 SQL Server 2008企業(yè)版是一個(gè)全面的數(shù)據(jù)管理和業(yè)務(wù)智能平臺，為關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了企業(yè)級的可擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)倉庫、安全、高級分析和報(bào)表支

17、持，這一版本將為您提供更加堅(jiān)固的服務(wù)器和支持大規(guī)模在線事務(wù)處理。 SQL Server 2008標(biāo)準(zhǔn)版是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)管理和業(yè)務(wù)智能平臺，為部門級應(yīng)用提供了最佳的易用性和可管理性。 SQL Server 2008工作組版是一個(gè)值得信賴的數(shù)據(jù)管理和報(bào)表平臺，用以實(shí)現(xiàn)安全的發(fā)布、遠(yuǎn)程同步和對運(yùn)行分支應(yīng)用的管理能力，這一版本擁有核心的數(shù)據(jù)庫特性，可以很容易地升級到標(biāo)準(zhǔn)版或企業(yè)版。1.4.5 Oracle數(shù)據(jù)庫Oracle是美國ORACLE公司（甲骨文）提供的以分布式數(shù)據(jù)庫為核心的一組軟件產(chǎn)品。Oracle是目前世界上使用最為廣泛的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，它具有完整的數(shù)據(jù)管理功能，包括數(shù)據(jù)的大量性、數(shù)據(jù)保存的持久性、數(shù)據(jù)的共享性、數(shù)據(jù)的可靠性。Oracle在并行處理、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)處理速度方面都有較好的性能。一般情況下，大型企業(yè)選擇Oracle作為后