數(shù)據(jù)庫 02-第二章

1、第第 2 2 章章數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫第第2 2章章 數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫2.1 數(shù)據(jù)庫的常用術語2.2 計算機數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展2.3 數(shù)據(jù)模型2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結構2.5 DBMS的功能2.6 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成2.1 2.1 數(shù)據(jù)庫的常用術語數(shù)據(jù)庫的常用術語2.1.1數(shù)據(jù)與信息2.1.2 數(shù)據(jù)獨立性2.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 2.1.1 2.1.1 數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)與信息(1)(1)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)：描述客觀事物特征或性質的某種符號。描述事物的符號可以是數(shù)值，也可以是文字、圖形、圖像、聲音、語言等多種形式，它們都可以經(jīng)過數(shù)字化處理后存入計算機。 顯然，數(shù)據(jù)

2、的這個描述比平常用于加、減、乘、除運算的數(shù)據(jù)更為寬泛。2.1.1 2.1.1 數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)與信息(2)(2)數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項(Item of Data)：數(shù)據(jù)的基本單元，即最小單位，它是某類客觀事物的某個特征或性質的數(shù)據(jù)抽象。每個數(shù)據(jù)項都有一個名字(數(shù)據(jù)項名)和若干可能的取值(數(shù)據(jù)項值)。 例如，描述一類學生的“姓名”、“性別”、“籍貫”都是數(shù)據(jù)項名，而“李明”、“男”、“江蘇”則分別是以上數(shù)據(jù)項的一個取值。2.1.1 2.1.1 數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)與信息(3)(3)記錄型記錄型(Record Type)：描述一類事物的若干特征或性質的數(shù)據(jù)項名的集合，即數(shù)據(jù)結構。 l例如，描述某校所有學生的記錄型為

3、： l學生(姓名、性別、出生日期、籍貫、所在系別、入學日期)數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄(Record)：按照記錄型的規(guī)定描述一個事物的若干特征或性質的數(shù)據(jù)項值的集合。l例如，描述一個學生李明的記錄為：l(李明，男，1972/08/21，江蘇，計算機系，1990/09/01) 2.1.1 2.1.1 數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)與信息(4)(4)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理(Data Processing)：對數(shù)據(jù)進行各種數(shù)學運算和統(tǒng)計加工的過程總和。信息信息(Information)(Information)：客觀事物之間相互聯(lián)系、：客觀事物之間相互聯(lián)系、相互作用的運動狀態(tài)和特征的抽象描述，是相互作用的運動狀態(tài)和特征的抽象描述，

4、是數(shù)據(jù)處理的結果，且仍以數(shù)據(jù)的形式表示出數(shù)據(jù)處理的結果，且仍以數(shù)據(jù)的形式表示出來。來。 數(shù)據(jù)與信息的關系：信息是數(shù)據(jù)處理的結果，數(shù)據(jù)與信息的關系：信息是數(shù)據(jù)處理的結果，信息也以數(shù)據(jù)作為其表現(xiàn)形式。信息也以數(shù)據(jù)作為其表現(xiàn)形式。 返回 2.1.2 2.1.2 數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)獨立性(Data Independency)是指數(shù)據(jù)與是指數(shù)據(jù)與用戶的應用程序之間是獨立的，它包括：用戶的應用程序之間是獨立的，它包括：1 1、數(shù)據(jù)的、數(shù)據(jù)的物理獨立性物理獨立性：指用戶的應用程序與存：指用戶的應用程序與存儲在磁盤上數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是相互獨立的。即儲在磁盤上數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是相互獨立的。即當數(shù)據(jù)的

5、物理存儲位置改變時，用戶的應用程當數(shù)據(jù)的物理存儲位置改變時，用戶的應用程序不用改變。序不用改變。例如：例如：Student_Mis_dataStudent_Mis_data2 2、數(shù)據(jù)的邏輯獨立性：指用戶的應用程序與、數(shù)據(jù)的邏輯獨立性：指用戶的應用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結構是相互獨立的。即當數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫的邏輯結構是相互獨立的。即當數(shù)據(jù)的邏輯結構改變時，用戶的應用程序不用改變。邏輯結構改變時，用戶的應用程序不用改變。例如：在例如：在StudentsStudents 表中增加HAdress 和HTel兩個屬性后，原演示系統(tǒng)不需要修改仍可運行。 2.1.3 2.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與

6、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是三個既有聯(lián)系又有區(qū)別的重要基本概念。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫(DataBase，簡稱DB)：長期存儲在計算機內的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。其特點是：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有最小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可為各種用戶共享等，它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成部分。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)其英文為DataBase Management System，簡稱DBMS，是位于用戶與操作系統(tǒng)(OS)之間的，使人們能對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行科學地組織、高效地存取和維護管理的一種數(shù)據(jù)管理軟件。它為用戶提供數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫控制、數(shù)據(jù)庫的建立和維護等功能。如

7、圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)其英文為DataBase System，簡稱DBS，是計算機系統(tǒng)、DB、DBMS、應用軟件、數(shù)據(jù)庫管理員(DataBase Administrator，簡稱DBA)和用戶的總和。所以，DBS一般由硬件、軟件(包括開發(fā)工具)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構成。在許多不會引起混淆的情況下，人們又常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。硬件OSDBMS應用系統(tǒng)或其它工具用戶DB數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)返回2.2 2.2 計算機數(shù)據(jù)管理技術的計算機數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展產(chǎn)生和發(fā)展2.2.1人工管理階段1.2.2文件系統(tǒng)階段2.2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段2.2.4 數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展2.2.5 數(shù)據(jù)庫技

8、術的主要研究領域 返回2.2 2.2 計算機數(shù)據(jù)管理技術的計算機數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展產(chǎn)生和發(fā)展計算機數(shù)據(jù)管理：指利用計算機對數(shù)據(jù)進行分類、組織、存儲、維護、檢索和傳輸?shù)囊幌盗胁僮?，它是?shù)據(jù)處理的前提和中心問題。2.2.1 2.2.1 人工管理階段人工管理階段人工管理階段人工管理階段（20世紀50年代中期以前）是計算機數(shù)據(jù)管理技術經(jīng)歷的第一個階段。應用領域：科學計算；硬件：內存小，計算速度低；外存只有磁帶、卡片和紙帶，沒有象磁盤這樣快速的直接存取的存儲設備。軟件：沒有操作系統(tǒng)，更沒有數(shù)據(jù)管理軟件 特點：數(shù)據(jù)不保存，程序員(人工)管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不共享，數(shù)據(jù)和程序不具有獨立性。 返回2.2.1

9、2.2.1 人工管理階段人工管理階段應用程序應用程序1數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集1應用程序應用程序2數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集2應用程序應用程序n數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集n應用程序應用程序1 數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集1應用程序應用程序n 數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集n數(shù)據(jù)在程序的外部數(shù)據(jù)在程序的內部2.2.2 2.2.2 文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段（從20世紀50年代后期到20世紀60年代中期）是計算機數(shù)據(jù)管理技術經(jīng)歷的第二個階段。應用領域:科學計算和數(shù)據(jù)處理；硬件：內存空間增大，計算速度有很大提高，外存有了磁盤、磁鼓等快速的直接存取存儲設備； 軟件：計算機配備了操作系統(tǒng)，其中包含了負責數(shù)據(jù)管理的軟件文件系統(tǒng) 特點：數(shù)據(jù)可以長期保存，文件

10、多樣化和結構化，文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。文件系統(tǒng)比人工管理階段有了很大的改進，但仍存在數(shù)據(jù)冗余度大，數(shù)據(jù)獨立性較差和數(shù)據(jù)聯(lián)系弱等缺點。2.2.2 2.2.2 文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段財務應用程序財務應用程序財務數(shù)據(jù)文件財務數(shù)據(jù)文件銷售應用程序銷售應用程序人事應用程序人事應用程序人事數(shù)據(jù)文件人事數(shù)據(jù)文件銷售數(shù)據(jù)文件銷售數(shù)據(jù)文件文件管文件管理系統(tǒng)理系統(tǒng)2.2.3 2.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(從20世紀60年代后期至今)是計算機數(shù)據(jù)管理技術經(jīng)歷的第三個階段。應用擴大，科學計算比例變小、數(shù)據(jù)管理比例大增；硬件：計算機價格大大下降，計算速度更快且逐漸出現(xiàn)大容量的磁盤、

11、光盤等直接存取設備。軟件軟件：除操作系統(tǒng)和程序設計軟件以外，出現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理的專門軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)。2.2.3 2.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點：（1）整體數(shù)據(jù)的結構化：不僅用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)本身的特征，還描述了數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，且這種聯(lián)系通過存取路徑(指針)來實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結構化。 （2）數(shù)據(jù)獨立性較高：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)與程序的獨立性使得數(shù)據(jù)的定義從程序中分離出去，數(shù)據(jù)的存取由DBMS負責，簡化了應用程序的編制，減少了應用程序的開發(fā)、維護和修改費用。（3）數(shù)據(jù)的共享性好，冗余度低，易擴充：因為數(shù)據(jù)不再面向某個應用而是面向整個系統(tǒng)。 2.2.3 2.2.3 數(shù)

12、據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（4）提供了數(shù)據(jù)的完整性控制功能(第5章) 安全性(Security)保護：防止非法用戶使用數(shù)據(jù)庫造成數(shù)據(jù)的泄密和破壞。 數(shù)據(jù)的完整性(Integrity)：預防合法用戶無意中造成數(shù)據(jù)的錯誤和數(shù)據(jù)之間的不一致性。 并發(fā)控制(Concurrent Control): 保證多個用戶并發(fā)存取、修改數(shù)據(jù)庫時，數(shù)據(jù)的正確性和完整性。 數(shù)據(jù)庫恢復(Recovery)：當計算機硬件、軟件、操作失誤等影響數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)正確性時，把數(shù)據(jù)庫恢復到以前某個正確和一致狀態(tài) 。 2.2.3 2.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段財務應用程序財務應用程序人事應用程序人事應用程序銷售應用程序銷售應用

13、程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)財務信息財務信息人事信息人事信息銷售信息銷售信息學生記錄學生記錄學號學號 姓名姓名 性別性別 所在系所在系 課程號課程號 課程名課程名 學時學時 學分學分 學號學號 課程號課程號 成績成績課程記錄課程記錄成績記錄成績記錄存取路徑存取路徑1存取路徑存取路徑2返回2.2.4 2.2.4 數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展第一代數(shù)據(jù)庫技術，即層次數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫技術；第二代數(shù)據(jù)庫技術，即關系數(shù)據(jù)庫技術；第三代數(shù)據(jù)庫技術，即新一代數(shù)據(jù)庫技術，以面向對象模型為主要特征的數(shù)據(jù)庫技術。第一代數(shù)據(jù)庫技術第一代數(shù)據(jù)庫技術層次數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫技術。這一代的數(shù)據(jù)庫管理系

14、統(tǒng)主要支持層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型。主要特點: 支持三級模式結構； 用存取路徑(指針)來表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系； 數(shù)據(jù)定義語言(Data Definition Language，簡稱DDL)和數(shù)據(jù)操縱語言(Data Manipulation Language，簡稱DML)相對獨立； 數(shù)據(jù)庫語言采用過程性(導航式)語言。第二代數(shù)據(jù)庫技術第二代數(shù)據(jù)庫技術關系數(shù)據(jù)庫技術。這一代的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要支持關系數(shù)據(jù)模型(第3章)，這種模型有嚴格的數(shù)學理論基礎，概念簡單、清晰，易于用戶理解和使用。主要特點： 概念單一化，數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)間的聯(lián)系都用關系來 表示； 以關系代數(shù)關系代數(shù)為理論基礎，數(shù)據(jù)獨立性強； 數(shù)據(jù)庫語言采

15、用說明性語言，大大簡化了用戶的編程難度。第二代數(shù)據(jù)庫技術第二代數(shù)據(jù)庫技術主要年代和人物1970年：IBM公司研究員E. F. Codd提出了關系數(shù)據(jù)模型，奠定了關系數(shù)據(jù)模型的理論基礎。E. F. Codd因此在1981年獲得ACM頒發(fā)的圖靈獎。1974年：IBM公司研制成功System R關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并在IBM System/370機器上運行，以后又推出了SQL/DS和DB2等商品化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。1980年后：RDBMS的產(chǎn)品迅速推出，比如Oracle，Informix，Sybase，dBase，F(xiàn)oxBASE，F(xiàn)oxPro1990年以后: RDBMS產(chǎn)品不斷更新，功能更加強大，支持

16、分布式數(shù)據(jù)庫、C/S數(shù)據(jù)庫以及BS數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)在還支持數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘等(第8章) 第三代數(shù)據(jù)庫技術第三代數(shù)據(jù)庫技術新一代數(shù)據(jù)庫技術：以面向對象模型為主要特征的數(shù)據(jù)庫技術。這一代的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是基于擴展的關系數(shù)據(jù)模型或面向對象數(shù)據(jù)模型的，是尚未完全成熟的一代數(shù)據(jù)庫技術。(第8章)主要特點： 支持包括數(shù)據(jù)、對象和知識的管理； 在保持和繼承第二代數(shù)據(jù)庫技術基礎上引入新技術，如面向對象技術等， 對其它系統(tǒng)開放，有良好的可移植性、可擴充性和可互操作性。2.2.5 2.2.5 數(shù)據(jù)庫技術的數(shù)據(jù)庫技術的主要研究領域主要研究領域數(shù)據(jù)庫技術大致有三個主要研究領域： DBMS軟件的研究:可靠性好、效率高、功能

17、全的DBMS 及DBMS上直接運行的軟件系統(tǒng)：數(shù)據(jù)通信軟件、報表書寫系統(tǒng)、表格系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)等。 DB應用系統(tǒng)設計與開發(fā)：MIS,ERP,OLAP等。 DB理論的研究：數(shù)據(jù)模型、規(guī)范化理論、并發(fā)控制理論等,還有數(shù)據(jù)挖掘方法(第3-6,8章)。 返回2.3 2.3 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型2.3.1 數(shù)據(jù)模型的構成2.3.2 數(shù)據(jù)模型的分類2.3.3 實體-聯(lián)系(E-R)模型2.3.4 常用的結構數(shù)據(jù)模型 返回2.3.1 2.3.1 數(shù)據(jù)模型的構成數(shù)據(jù)模型的構成數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型(Data Model)：客觀事物某些特征的數(shù)據(jù)抽象和模擬，是一組嚴格定義的概念集合，它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)模型的三要素是：

18、數(shù)據(jù)結構集合、數(shù)據(jù)操作集合數(shù)據(jù)結構集合、數(shù)據(jù)操作集合和完整性約束集合完整性約束集合 數(shù)據(jù)結構集合：數(shù)據(jù)結構集合：對計算機數(shù)據(jù)組織方式和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系進行框架描述的集合，是對數(shù)據(jù)庫靜態(tài)特性的描述。 數(shù)據(jù)操作集合數(shù)據(jù)操作集合：對數(shù)據(jù)庫中各種對象類的實例(或取值)所允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作方法及有關的操作規(guī)則等，是對數(shù)據(jù)庫動態(tài)特性的描述。 完整性約束集合：關于完整性約束集合：關于數(shù)據(jù)狀態(tài)和狀態(tài)變化的一組完整性約束條件(規(guī)則)的集合。它保證數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。 2.3.2 2.3.2 數(shù)據(jù)模型的分類數(shù)據(jù)模型的分類一個數(shù)據(jù)模型除了應具備前面的三個要素以外，還應滿足以下三方面的性能要求： 能

19、比較真實地模擬或抽象表示現(xiàn)實世界； 容易為人所理解； 便于在計算機上實現(xiàn)。但目前還沒有找到這樣的數(shù)據(jù)模型。因此，人們常常采取多步抽象的方法，針對不同的抽象層次采用不同的數(shù)據(jù)模型。 2.3.2 2.3.2 數(shù)據(jù)模型的分類數(shù)據(jù)模型的分類現(xiàn)現(xiàn)實實世世界界概念概念數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型模型結構結構數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型模型物理物理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型模型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫現(xiàn)現(xiàn)實實世世界界理想理想數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型模型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫三類數(shù)據(jù)模型三類數(shù)據(jù)模型 概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型(Conceptual Data Model)： 結構數(shù)據(jù)模型結構數(shù)據(jù)模型(Structural Data Model)， 又稱邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型(Logica

20、l Data Model)： 物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型(Physical Data Model)概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型用戶容易理解的、對現(xiàn)實世界特征的數(shù)據(jù)抽象，它與具體的DBMS無關，是數(shù)據(jù)庫設計員與用戶之間進行交流的語言。任何一個數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，如果沒有用戶參與就很難獲得成功。常用的概念數(shù)據(jù)模型是實體聯(lián)系(E-R)模型，簡稱E-R模型。 細節(jié)等會兒介紹。結構數(shù)據(jù)模型結構數(shù)據(jù)模型又稱邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型(Logical Data Model)：是用戶從數(shù)據(jù)庫中所看到的數(shù)據(jù)模型，是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，如網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、層次數(shù)據(jù)模型、關系數(shù)據(jù)模型和面向對象數(shù)據(jù)模型等。 表Repor

21、ts的結構是典型的結構數(shù)據(jù)模型，且是數(shù)據(jù)庫中所看到的數(shù)據(jù)模型。物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)在存儲介質上組織結構的數(shù)據(jù)模型，它不但與具體的DBMS有關，而且還與操作系統(tǒng)和硬件有關，是物理層次的數(shù)據(jù)模型。每一種結構數(shù)據(jù)模型在實現(xiàn)時都有其對應的物理數(shù)據(jù)模型 。商品化DBMS自動完成大部分物理數(shù)據(jù)模型的實現(xiàn)工作，而設計者只設計索引、聚集等特殊結構。 現(xiàn)實世界概念數(shù)據(jù)模型結構數(shù)據(jù)模型 物理數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫三類數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫設計過程中地位和關系返回2.3.3 2.3.3 實體實體- -聯(lián)系聯(lián)系(E-R)模型模型實體-聯(lián)系方法(Entity- Relationship Approach)，簡稱E-R方法

22、或E-R模型， 是一種概念數(shù)據(jù)模型。本節(jié)介紹： E-R模型中的基本概念 E-R圖要點:矩形、菱形、橢圓形，直線 E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(1)實體實體(Entity)：客觀存在并可相互區(qū)別的事物都稱為實體，如，王濤，計算機系等。屬性屬性(Attribute)：實體具有若干特征，每個特征稱為實體的一個屬性。例如，每個學生實體都具有學號、姓名、年齡、性別、系別、年級等屬性。實體型實體型(Entity Type)：對具有相同屬性的一類實體的特征和性質的結構描述。例如，學生(學號，姓名，性別，年齡，系，入學時間)就是一個實體型。E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(2)實體集實體集(E

23、ntity Set)：若干同型實體的集合稱為實體集。例如，信息學院的學生就是一個實體集。關鍵字關鍵字(Key)：能唯一地標識實體集中每個實體的屬性集合稱為關鍵字(碼)。例如，學號可以作為一個學校的學生實體集的關鍵字；一個實體集可以有若干個關鍵字，通常選擇一個作為主關鍵字 (Primary Key)。域域(Domain)：屬性的取值范圍稱作域。例如，性別的域為集合男，女。聯(lián)系聯(lián)系(Relationship)：E-R模型中實體之間的聯(lián)系，它是客觀事物之間聯(lián)系的抽象表示。E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(3)兩個實體集之間的聯(lián)系可以分為三類： 一對一聯(lián)系一對一聯(lián)系(1:1)： 如果對于實體集A

24、中的每一個實體，實體集B中至多有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯(lián)系，記為1:1。 11聯(lián)系名實體集A實體集B11班長實體集A班級實體集B負責E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(4)兩個實體集之間的聯(lián)系可以分為三類： 一對多聯(lián)系一對多聯(lián)系(1: n)。 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體(n0)與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B具有一對多聯(lián)系，記為1: n。n1聯(lián)系名實體集A實體集Bn1班主任實體集A學生實體集B管理 多對多聯(lián)系多對多聯(lián)系(m:n)。如果對于實體集A中的每一個實體

25、，實體集B中有n個實體(n0)與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m個實體(m0)與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B具有多對多聯(lián)系，記為m:n。實體集內部的聯(lián)系也有1:1、1:n和m:n三類聯(lián)系。E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(5)E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(6)mu聯(lián)系名實體集A實體集Bmn學生實體集A課程實體集B選修11公民實體集A婚姻 n1學生實體集A管理 nm零件實體集A裝配 E-R圖要點圖要點(1)E-R圖中的符號約定如下： 實體(集、型)：用矩形表示，矩形框內寫明實體名； 聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關的實體連接起

26、來，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型(1:1, 1:n或m:n)。如果一個聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯(lián)系連接起來。 屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體連接起來。E-R圖要點圖要點(2)一個簡單實例學生實體集與課程實體集及其聯(lián)系的E-R圖。實際應用：集成與分離 學號 nm 課程號 課程名學分學生 選修課程成績姓名出生日期 性別E-R圖要點圖要點(3)集成課程號課程名學分n11nmn1nm教師學生使用/講授選修課程參考書組成班級管理是班長成績姓名出生日期性別職稱職工號書號書名定價內容簡介班級編號系別專業(yè)姓名出生日期性別學號E-R圖要點圖要點(4)分離學生學生學號學號出生日期出

27、生日期姓名姓名性別性別班級班級班級編號班級編號系別系別專業(yè)專業(yè)教師教師姓名姓名出生日期出生日期性別性別職稱職稱職工號職工號參考書參考書書號書號書名書名定價定價內容簡介內容簡介課程課程課程號課程號課程名課程名學分學分E-R圖要點圖要點(5)分離n n1 11 1n nm mn n1 1n nm m教師教師學生學生使用使用/ /講授講授選修選修課程課程參考書參考書組成組成班級班級管理管理是班長是班長成績成績2.3.4 2.3.4 常用的結構數(shù)據(jù)模型常用的結構數(shù)據(jù)模型目前，數(shù)據(jù)庫領域中最常見的結構(邏輯)數(shù)據(jù)模型有四種，它們是： 層次模型(Hierarchical Model) 網(wǎng)狀模型(Netwo

28、rk Model) 關系模型(Relational Model) 面向對象模型(Object Oriented Model) 返回 層次模型層次模型(Hierarchical Model)滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型。 1) 有且只有一個結點沒有雙親(Parent)結點，這個結點稱為根結點； 2) 除根結點以外的其它結點有且只有一個雙親結點與之相連。 問題：每個節(jié)點表示什么？ 學校系處研究所教研室科研究室教師科員研究員層次模型層次模型(Hierarchical Model)層次模型的優(yōu)點主要有： 模型比較簡單，使用較方便。 對于實體間聯(lián)系固定且預先定義好的應用系統(tǒng)，層次模型性

29、能優(yōu)于關系模型，不低于網(wǎng)狀模型。 層次數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持。層次模型的缺點: (1)只能表示1:n聯(lián)系，雖有輔助手段實現(xiàn)m:n聯(lián)系，但方法笨拙和復雜，不易掌握； (2)數(shù)據(jù)的查詢和更新操作也很復雜，導致應用程序編寫困難。 網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型(Network Model)滿足兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合稱為網(wǎng)狀模型： 1) 允許一個以上的結點無雙親； 2) 一個結點可以有兩個或兩個以上的雙親。 在這里每個節(jié)點又表示什么呢？上課有有管理住著學生宿舍專業(yè)系學生教研室教師網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型(Network Model)(2) 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點： 能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界，如一個結點可以有多個

30、雙親。 具有良好的性能，存取效率較高。(3) 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的缺點： 結構比較復雜，不利于最終用戶掌握。 其DDL，DML語言復雜，用戶不容易使用。 應用程序編寫負擔重 。關系模型關系模型(1)(1)關系模型屬于結構數(shù)據(jù)模型，是本書的重點。它的數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)操作涉及的一些概念如下： 數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構：邏輯結構是一張二維表(Table，簡稱表)，由行和列組成。其常用術語有： 關系模式(Relational Schema)：對應一個二維表的表頭，它對應E-R模型中的實體型，是相對穩(wěn)定的。 屬性屬性(Attribute)：二維表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名。它們與E-R模型中實

31、體型的屬性相同。 關系關系(Relation)：對應通常所說的一張二維表，它與E-R模型中的實體集對應。關系模型關系模型(2)(2) 元組元組(Tuple)：二維表中除表頭以外的一非空行即為一個元組，元組與E-R模型中的實體對應。 候選鍵候選鍵(Candidate Key)：二維表中的某些屬性的集合，它可以唯一確定一個元組。一個關系可以有若干個候選鍵，通常選擇一個作為主鍵(Primary Key)。它們分別與E-R模型中的關鍵字和主關鍵字對應。 域域(Domain)；屬性的取值范圍。屬性的域同E-R模型中屬性的域意義相同。 分量分量(Attribute Value)：元組中一個屬性所取的具體值

32、。 問題：為什么這些概念與E-R模型類似？關系模型關系模型(3)(3)表2.3 給出了文件系統(tǒng)、E-R模型和關系模型中常用術語的對照關系 文件系統(tǒng)E-R模型關系模型1記錄型實體型關系模式2數(shù)據(jù)文件實體集關系(表)3記錄實體元組4字段屬性屬性5關鍵字段關鍵字候選鍵 6 主關鍵字段 主關鍵字 主鍵關系模型關系模型(4)(4) 關系數(shù)據(jù)模型的操作關系數(shù)據(jù)模型的操作：包括查詢操作和更新操作，且操作的對象和操作的結果都用關系表示。 關系數(shù)據(jù)模型的存儲結構關系數(shù)據(jù)模型的存儲結構：在關系數(shù)據(jù)模型中，實體及實體間的聯(lián)系都用關系（二維表）來表示。在數(shù)據(jù)庫的物理組織中，通常數(shù)據(jù)庫作為一個操作系統(tǒng)的文件存儲，關系也

33、以文件形式存儲在數(shù)據(jù)庫文件中，其文件結構由DBMS系統(tǒng)自己設計和管理。 如何結合第1章舉例分析這個問題？ Students,Courses,Reports為三個關系，即三個二維表，存儲在文件Student_Mis_Data.MDF中。關系模型關系模型(5)(5) 關系數(shù)據(jù)模型具有下列優(yōu)點關系數(shù)據(jù)模型具有下列優(yōu)點： 關系模型與非關系模型不同，它建立在嚴格的數(shù)學理論數(shù)學理論基礎上。 關系模型的概念單一，無論實體還是實體之間的聯(lián)系都用關系表示。 關系模型的存取路徑對用戶透明存取路徑對用戶透明，有更高的數(shù)據(jù)獨立性、更好的安全保密性。 關系模型中的數(shù)據(jù)操作是集合操作集合操作，即操作的對象和操作的結果都用

34、關系表示。 關系數(shù)據(jù)模型的缺點：查詢效率往往不如非關系數(shù)據(jù)模型。2.4 2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結構 2.4.1 數(shù)據(jù)庫的三級模式 2.4.2 數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性 返回2.4.1 2.4.1 數(shù)據(jù)庫的三級模式數(shù)據(jù)庫的三級模式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式：數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的特征及其聯(lián)系的結構化描述。 三級模式是指數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)中存在的外模式、(邏輯)模式和內模式，它是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行有效組織和管理的方法(圖2.16)。其目的有： 減少數(shù)據(jù)冗余，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享； 提高存取效率，改善性能 提高數(shù)據(jù)的邏輯獨立性和物理獨立性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結

35、構示意圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構示意圖 用戶用戶C2 用戶用戶C1用戶用戶B用戶用戶A2用戶用戶A1外模式外模式A外模式外模式B 外模式外模式C模模 式式 內模式內模式 應用程序應用程序1 應用程序應用程序2應用程序應用程序3應用程序應用程序4應用程序應用程序5外部層外部層 邏輯層邏輯層 內部層內部層數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 OS外模式外模式/模式映像模式映像 模式模式/內模式映像內模式映像 DBMS 概念概念 返回模式模式模式模式(Schema)也稱結構模式或邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述，它與結構數(shù)據(jù)模型對應。DBMS提供模式定義語言(Schema DDL，簡稱模式DDL)來嚴格地

36、定義模式。RDBMS中的模式與E-R模型中實體型對應。SQL Server 中CREATE TABLE創(chuàng)建模式返回外模式外模式 外模式(Extermal Schema)也稱子模式(Subschema)或用戶模式，它是數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述。外模式是與某一具體應用有關的數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述。 SQL Server 中CREATE VIEW創(chuàng)建外模式 返回內模式內模式內模式內模式(Internal Schema)：也稱存儲模式(Storage Schema)，是數(shù)據(jù)庫物理結構和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內部的表示方式。說明：現(xiàn)在的DBMS產(chǎn)品基本上可以自

37、動完成內模式的大部分定義工作，幾乎不需要用戶介入。當用戶使用模式DDL定義模式的同時，DBMS也就自動完成了相應的內模式的定義工作。 返回三級模式舉例三級模式舉例模式模式2.4.2 2.4.2 數(shù)據(jù)庫的二級映象功能數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性與數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在這三級模式之間提供了兩層映象： 外模式外模式/ /模式映象模式映象：存在于外模式與模式之間，用于定義外模式與模式之間的對應關系。其目的是為了提高數(shù)據(jù)與程序之間的邏輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。 模式模式/ /內模式映象：內模式映象：存在于模式與內模式之間，用于定義內模式與模式之間的對應關系，即數(shù)據(jù)庫全局邏輯結構與存儲結構之

38、間的對應關系。其目的是為了提高數(shù)據(jù)與程序之間的物理獨立性，即數(shù)據(jù)的物理獨立性。 返回 二級映象示意圖二級映象示意圖 用戶用戶C2 用戶用戶C1用戶用戶B用戶用戶A2用戶用戶A1外模式外模式A外模式外模式B 外模式外模式C模模 式式 內模式內模式 應用程序應用程序1 應用程序應用程序2應用程序應用程序3應用程序應用程序4應用程序應用程序5外部層外部層 邏輯層邏輯層 內部層內部層數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 OS外模式外模式/模式映像模式映像 模式模式/內模式映像內模式映像 DBMS 概念概念 返回SQL Server SQL Server 支持三級模式支持三級模式SQL命令命令視圖視圖1視圖視圖2基本表基本表1

39、基本表基本表2基本表基本表3基本表基本表4存儲文件存儲文件1存儲文件存儲文件2外模式外模式模模 式式內模式內模式例例2.13: 假設應用程序假設應用程序A，要求從數(shù)據(jù)庫中取出一條記錄，則程序應用數(shù)據(jù)操縱要求從數(shù)據(jù)庫中取出一條記錄，則程序應用數(shù)據(jù)操縱語言語言(DML)向向DBMS提出請求提出請求 . DBMS接收命令后，系統(tǒng)內部將發(fā)生一系列事件接收命令后，系統(tǒng)內部將發(fā)生一系列事件 應用程序應用程序A向向DBMS發(fā)出讀一個記錄的操作命令發(fā)出讀一個記錄的操作命令(一條一條DML語句語句)，命令，命令 中含操作對象和操作條件。當計算機執(zhí)行該中含操作對象和操作條件。當計算機執(zhí)行該DML語句時，立即啟動語

40、句時，立即啟動DBMS，并把讀記錄的命令傳給并把讀記錄的命令傳給DBMS。 DBMS調用應用程序調用應用程序A對應的外模式，檢查存取權限，決定是否執(zhí)行對應的外模式，檢查存取權限，決定是否執(zhí)行A的的操作命令。操作命令。 當確定當確定A的命令是合法之后，的命令是合法之后，DBMS調用模式，并根據(jù)模式與外模式的映調用模式，并根據(jù)模式與外模式的映射關系，確定應讀入哪些模式記錄。射關系，確定應讀入哪些模式記錄。 DBMS根據(jù)模式與內模式的映射，調出內模式得到組織物理記錄的結構和根據(jù)模式與內模式的映射，調出內模式得到組織物理記錄的結構和存取信息。存取信息。 DBMS向向OS申請讀進所需物理記錄。申請讀進所

41、需物理記錄。 OS執(zhí)行讀命令，從存儲介質中將指定記錄讀入系統(tǒng)緩沖區(qū)，并在操作之執(zhí)行讀命令，從存儲介質中將指定記錄讀入系統(tǒng)緩沖區(qū)，并在操作之后向后向DBMS作出應答。作出應答。 DBMS參照模式和外模式的映射，將讀入系統(tǒng)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)轉換為應用程參照模式和外模式的映射，將讀入系統(tǒng)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)轉換為應用程序所需要的記錄形式。序所需要的記錄形式。 DBMS把用戶記錄從系統(tǒng)緩沖區(qū)送到應用程序把用戶記錄從系統(tǒng)緩沖區(qū)送到應用程序A的用戶工作區(qū)。的用戶工作區(qū)。 DBMS將讀記錄操作成功與否的信息作為一種狀態(tài)送給應用程序將讀記錄操作成功與否的信息作為一種狀態(tài)送給應用程序A。 此后，應用程序此后，應用程序A便根據(jù)返回的狀態(tài)信息作出相應的處理；便根據(jù)返回的狀態(tài)信息作出相應的處理； 2.5 DBMS的功能的功能 DBMS的主要功能包括： (1) 數(shù)據(jù)庫定義功能。 (2) 數(shù)據(jù)操縱功能。 (3) 數(shù)據(jù)庫控制功能。 (4) 數(shù)據(jù)庫維護功能。 返回數(shù)據(jù)庫的定義功能數(shù)據(jù)庫的定義功能 DBMS通過提供數(shù)據(jù)定義語言(Data Definition Language - DDL)來對外模式、模式和內模式加以描述和定義，即定義數(shù)據(jù)庫的