數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用PPT課件

1、12主要參考教材n數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用，毛一梅，郭紅主編，高等教育出版社n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論，王瑄，薩師煊主編，高等教育出版社出版3第一章 緒論1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.2 管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1.3 數(shù)據(jù)庫模型1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成41.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.1.1 數(shù)據(jù)1.1.2 數(shù)據(jù)庫1.1.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)1.1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)51.1.1 數(shù)據(jù)n數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對(duì)象n數(shù)據(jù)的定義描述事物的符號(hào)記錄n數(shù)據(jù)的種類數(shù)字、文字、圖形、圖象、聲音n數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)與其語義是不可分的6數(shù)據(jù)舉例n學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄（李明，男，1972，江蘇，計(jì)算機(jī)系，1990）n數(shù)據(jù)的解釋語義：學(xué)生

2、姓名、性別、出生年月、籍貫、所在系別、入學(xué)時(shí)間解釋：李明是個(gè)學(xué)生，1972年出生，江蘇人，1990年考入計(jì)算機(jī)系7數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系n數(shù)據(jù)與信息不同，數(shù)據(jù)指的是用符號(hào)記錄下來的可區(qū)別的一種事物的特征或事實(shí)，信息是反映現(xiàn)實(shí)世界的知識(shí)。n信息是以數(shù)據(jù)的形式表示，即數(shù)據(jù)是信息的載體；n信息是抽象的，而數(shù)據(jù)是具體的，信息不隨數(shù)據(jù)設(shè)備所決定的數(shù)據(jù)形式而改變，信息是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋。而數(shù)據(jù)的表示方式可以是不同的，數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事實(shí)的記錄，也是對(duì)信息的一種描述。81.1.2 數(shù)據(jù)庫學(xué)學(xué)生生登登記記表表學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào)姓姓 名名年年 令令性性 別別系系 名名年年 級(jí)級(jí)95004王王小小明明19女女社社會(huì)會(huì)學(xué)學(xué)9595006

3、黃黃大大鵬鵬20男男商商品品學(xué)學(xué)9595008張張文文斌斌18女女法法律律學(xué)學(xué)95人們收集并抽取出一個(gè)應(yīng)用所需要的大量數(shù)據(jù)之后，應(yīng)將其保存起來以供進(jìn)一步加工處理，進(jìn)一步抽取有用信息。9數(shù)據(jù)庫的定義n數(shù)據(jù)庫(Database,簡稱DB)是長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合10數(shù)據(jù)庫的特征n數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存n可為各種用戶共享可為各種用戶共享n冗余度較小冗余度較小n數(shù)據(jù)獨(dú)立性較高數(shù)據(jù)獨(dú)立性較高n易擴(kuò)展易擴(kuò)展11數(shù)據(jù)庫技術(shù)要解決的主要問題n如何科學(xué)地組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如何高效地獲取、更新和加工處理數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和共

4、享性。 121.1.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)n什么是DBMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System，簡稱DBMS）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)庫管理軟件。nDBMS的用途科學(xué)地組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)13DBMS的主要功能n數(shù)據(jù)定義功能 提供數(shù)據(jù)定義語言提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL) 定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對(duì)象定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對(duì)象n數(shù)據(jù)操縱功能: 提供數(shù)據(jù)操縱語言提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML) 操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的基本操作操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的基本操作 (查詢、插入、刪除和修改查詢、插入、刪除和修改)n數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理 分類組織、存儲(chǔ)和管理各種數(shù)據(jù)。分類組

5、織、存儲(chǔ)和管理各種數(shù)據(jù)。 基本目標(biāo)：提高存儲(chǔ)空間利用率、方便存取?；灸繕?biāo)：提高存儲(chǔ)空間利用率、方便存取。14DBMS的主要功能n數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理和運(yùn)行管理 保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、 多用戶對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)使用多用戶對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)使用 發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)n數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能(實(shí)用程序?qū)嵱贸绦? 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)批量裝載數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)批量裝載 數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲(chǔ) 介質(zhì)故障恢復(fù)介質(zhì)故障恢復(fù) 數(shù)據(jù)庫的重組織數(shù)據(jù)庫的重組織 性能監(jiān)視等性能監(jiān)視等15其它功能nDBMS與其它軟件系統(tǒng)的通信。n一個(gè)DBMS與另一個(gè)DBMS或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換n異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的互訪和互

6、操作功能等。161.1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)n什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database System，DBS）是實(shí)現(xiàn)有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)）是實(shí)現(xiàn)有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問的計(jì)算機(jī)軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源組成的大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問的計(jì)算機(jī)軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源組成的系統(tǒng)，即采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)，即采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從狹義上來講，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要是指數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和用戶。從狹義上來講，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要是指數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和用戶。從廣義上來講，它不僅包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和用戶，還包括計(jì)從廣義上來講，它不僅包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管

7、理系統(tǒng)和用戶，還包括計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)和維護(hù)人員。其中，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)和維護(hù)人員。其中，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和主體，它保證了數(shù)據(jù)庫的獨(dú)立性和共享性。的核心和主體，它保證了數(shù)據(jù)庫的獨(dú)立性和共享性。n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（和用戶）構(gòu)成。員（和用戶）構(gòu)成。171.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)n數(shù)據(jù)獨(dú)立性n數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化n數(shù)據(jù)共享性高、冗余度低、易擴(kuò)充 n數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制18數(shù)據(jù)獨(dú)立性n物理獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫

8、中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。n邏輯獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。數(shù)據(jù)指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。19數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化n整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一。n數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的真正結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型描述，無需程序定義和解釋。描述，無需程序定義和解釋。數(shù)據(jù)可以是數(shù)據(jù)可以是變長變長的。的。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)的最小存

9、取單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)。20數(shù)據(jù)共享性高、冗余度低、易擴(kuò)充n數(shù)據(jù)可被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用程序所共享。n可以方便地增加新的應(yīng)用。21數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制n數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)使每個(gè)用戶只能按指定方式使用和處理指定數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。n數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。22DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能n并發(fā)（Concurrency）控制對(duì)多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果。n數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。231.1小結(jié)

10、n數(shù)據(jù)：對(duì)客觀事實(shí)的記錄n數(shù)據(jù)庫：長期存放的、有組織的、可共享的、大量數(shù)據(jù)的集合。n數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是實(shí)現(xiàn)有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問的計(jì)算機(jī)軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源組成的系統(tǒng)。n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員構(gòu)成241. 2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展n什么是數(shù)據(jù)管理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的中心問題處理的中心問題n數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程人工管理階段人工管理階段(40年代中年代中-50年代中年代中)文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段(50年代末年代末-60年代中

11、年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末年代末-現(xiàn)在現(xiàn)在)251.2.1 人工管理階段人工管理階段n時(shí)間：(40年代中年代中-50年代中年代中)n計(jì)算機(jī)的用途：當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。n設(shè)備條件：當(dāng)時(shí)的外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤等直接存取的存儲(chǔ)設(shè)備，n操作方法：數(shù)據(jù)只是在需要時(shí)輸入，用完后撤走，且沒有專門用于管理硬件設(shè)備的操作系統(tǒng)，沒有管理數(shù)據(jù)的專門軟件，數(shù)據(jù)開發(fā)人員在應(yīng)用程序中自己設(shè)計(jì)、定義和管理數(shù)據(jù)。 261.2.2 文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段n時(shí)間： 50年代末-60年代中n計(jì)算機(jī)的用途：計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍不再局限于科學(xué)計(jì)算 ，可以對(duì)信息進(jìn)行處理n條件：有了磁盤、磁鼓等直

12、接存取的存儲(chǔ)設(shè)備 ，操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了專門的數(shù)據(jù)管理軟件，一般稱為文件系統(tǒng) 。n處理方式：在文件系統(tǒng)階段，數(shù)據(jù)可以以文件的組織方式長期保存在外存上，供應(yīng)用程序反復(fù)進(jìn)行查詢、修改、插入、刪除等操作；程序和數(shù)據(jù)之間有了一定的獨(dú)立性，操作系統(tǒng)提供了文件管理功能和訪問文件的存取方法，程序和數(shù)據(jù)之間有了數(shù)據(jù)存取的接口，數(shù)據(jù)具有一定的共享性， 27文件系統(tǒng)階段的不足之處(13ds1-1)n它的共享性是有一定局限的，當(dāng)不同的應(yīng)用程序使用具有部分相同的數(shù)據(jù)時(shí)，仍必須建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)的冗余度大，不能確保數(shù)據(jù)的一致性。文件系統(tǒng)階段的數(shù)據(jù)與程序之間相互依賴性還是比較強(qiáng)的。 281.2.

13、3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段n數(shù)據(jù)庫是由邏輯上關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)組成的，它存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)“儲(chǔ)藏室”中，數(shù)據(jù)庫在最終用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、訪問和管理方面采用了不同的方式，通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件，人們可以在很大程度上消除在文件系統(tǒng)中存在的數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)依賴和結(jié)構(gòu)依賴等問題。 29數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的主要區(qū)別：n文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的重要組成部分，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是獨(dú)立于操作系統(tǒng)、在操作系統(tǒng)之上實(shí)現(xiàn)的軟件，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的組織和存儲(chǔ)是通過操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的；n文件系統(tǒng)中的文件是為某一特定應(yīng)用服務(wù)的，文件的邏輯結(jié)構(gòu)對(duì)該應(yīng)用程序來說是優(yōu)化的，但要想對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)再增加一些新的應(yīng)用會(huì)

14、很困難，系統(tǒng)不容易擴(kuò)充；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向現(xiàn)實(shí)世界，它共享性高、冗余度小、易擴(kuò)充，具有較高的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性，整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型來描述，由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制能力和數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。30使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：n使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以大大提高應(yīng)用開發(fā)的效率。n使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以減少開發(fā)人員的工作量。n使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以減輕數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理人員維護(hù)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。總之，使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是很多的，既便于數(shù)據(jù)的集中管理，控制數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)的利用率和一致性，又有利于應(yīng)用程序的開發(fā)和維護(hù)。 311.3 數(shù)據(jù)模型 1.3.1數(shù)據(jù)模型的基本概念 1.3.2數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)模型

15、(13ds2-1) 32 1.3.1 數(shù)據(jù)模型的基本概念n數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象，是現(xiàn)實(shí)世界的模擬。n數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。n數(shù)據(jù)庫模型是數(shù)據(jù)庫中用來表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)聯(lián)系的邏輯概述的集合.n數(shù)據(jù)庫模型可以分為兩種類型：概念模型和結(jié)構(gòu)模型。 33數(shù)據(jù)模型的基本要求n能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界n容易為人所理解n便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)34兩類數(shù)據(jù)模型n概念模型：即信息模型，它是按用戶的觀點(diǎn)來對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。n數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型 邏輯模型：邏輯模型包括層次模型、網(wǎng)狀模 型、關(guān)系模型等；物理模型：物理模型是對(duì)數(shù)據(jù)最低層的抽象，是描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存儲(chǔ)方式，是

16、面向計(jì)算機(jī)的。35數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型的組成要素n數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) n數(shù)據(jù)操作 n數(shù)據(jù)完整性約束36 1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)的組成對(duì)象以及對(duì)象之間的聯(lián)系。n兩類對(duì)象與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對(duì)象與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象n數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述37 2.數(shù)據(jù)操作 n數(shù)據(jù)操作對(duì)數(shù)據(jù)庫中各種對(duì)象（型）的實(shí)例（值）允許執(zhí)行的操作及有關(guān)的操作規(guī)則n數(shù)據(jù)操作的類型檢索更新（包括插入、刪除、修改）38數(shù)據(jù)模型對(duì)操作的定義n操作的確切含義n操作符號(hào)n操作規(guī)則（如優(yōu)先級(jí)）n實(shí)現(xiàn)操作的語言n數(shù)據(jù)操作是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述。39 3.數(shù)據(jù)的約束條件 n數(shù)據(jù)的約束條件一組完整性規(guī)則的集合。一組完整性規(guī)則的集

17、合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和儲(chǔ)存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)有的制約和儲(chǔ)存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容效、相容。40數(shù)據(jù)模型對(duì)約束條件的定義n反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。的完整性約束條件。n提供定義完整性約束條件的機(jī)制，以反映具體提供定義完整性約束條件的機(jī)制，以反映具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語義約束應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語義約束條件。

18、條件。411.3.2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)模型n數(shù)據(jù)庫模型的數(shù)據(jù)庫模型的3個(gè)方面內(nèi)容完整地描述了一個(gè)個(gè)方面內(nèi)容完整地描述了一個(gè)數(shù)據(jù)模型，其中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是描述模型性質(zhì)數(shù)據(jù)模型，其中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是描述模型性質(zhì)的重要方面。的重要方面。n因此，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，通常按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)因此，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，通常按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來命名數(shù)據(jù)模型，常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型有層來命名數(shù)據(jù)模型，常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。421、層次模型、層次模型nIBM公司在1968年開發(fā)的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)IMS(Information Management System)是最典型的一種適合其主機(jī)的層次數(shù)據(jù)庫

19、。這是IBM公司首次研制成功的大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件產(chǎn)品。n層次模型采用樹型結(jié)構(gòu)表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，樹的節(jié)點(diǎn)稱為記錄，記錄之間只有簡單的層次關(guān)系。43（1）層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n層次模型 滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型。滿足下面兩個(gè)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(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)2. 根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)n層次模型中的幾個(gè)術(shù)語根結(jié)點(diǎn)，雙親結(jié)點(diǎn)，兄弟結(jié)點(diǎn)，葉結(jié)點(diǎn)根結(jié)點(diǎn)，雙親結(jié)點(diǎn)，兄弟結(jié)點(diǎn)，葉結(jié)點(diǎn)44 1 根結(jié)點(diǎn)根結(jié)點(diǎn) 2 兄弟結(jié)點(diǎn)兄弟結(jié)點(diǎn) 3

20、 葉結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn) 4 兄弟結(jié)點(diǎn)兄弟結(jié)點(diǎn) 5 葉結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn) 葉結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)45記錄型系的子女結(jié)點(diǎn)記錄型系的子女結(jié)點(diǎn) 記錄型教員的雙親結(jié)記錄型教員的雙親結(jié)點(diǎn)點(diǎn)字段字段根節(jié)點(diǎn)根節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)46教師學(xué)生層次數(shù)據(jù)庫的一個(gè)值47層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)點(diǎn)的雙親是唯一的結(jié)點(diǎn)的雙親是唯一的只能直接處理一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)系只能直接處理一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)系每個(gè)記錄類型定義一個(gè)排序字段，也稱為碼字段每個(gè)記錄類型定義一個(gè)排序字段，也稱為碼字段任何記錄值只有按其路徑查看時(shí)，才能顯出它的全任何記錄值只有按其路徑查看時(shí)，才能顯出它的全部意義部意義沒有一個(gè)子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨(dú)立存沒有一個(gè)子女記錄值能夠脫離

21、雙親記錄值而獨(dú)立存在在48層次模型的一個(gè)基本特點(diǎn)層次模型的一個(gè)基本特點(diǎn)n任何一個(gè)給定的記錄值只有按其路徑查看時(shí)，任何一個(gè)給定的記錄值只有按其路徑查看時(shí)，才能顯出它的全部意義，沒有一個(gè)子記錄值能才能顯出它的全部意義，沒有一個(gè)子記錄值能夠脫離其父記錄值而獨(dú)立存在。夠脫離其父記錄值而獨(dú)立存在。49（2）層次模型的數(shù)據(jù)操縱n 查詢n 插入n 刪除n修改50（3） 層次模型的完整性約束n無相應(yīng)的雙親結(jié)點(diǎn)值就不能插入子女結(jié)點(diǎn)值無相應(yīng)的雙親結(jié)點(diǎn)值就不能插入子女結(jié)點(diǎn)值n如果刪除雙親結(jié)點(diǎn)值，則相應(yīng)的子女結(jié)點(diǎn)值也被如果刪除雙親結(jié)點(diǎn)值，則相應(yīng)的子女結(jié)點(diǎn)值也被同時(shí)刪除同時(shí)刪除n更新操作時(shí)，應(yīng)更新所有相應(yīng)記錄，以保證數(shù)

22、據(jù)更新操作時(shí)，應(yīng)更新所有相應(yīng)記錄，以保證數(shù)據(jù)的一致性的一致性51（4）層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)層次數(shù)據(jù)模型簡單，對(duì)具有一對(duì)多的層次關(guān)系的部層次數(shù)據(jù)模型簡單，對(duì)具有一對(duì)多的層次關(guān)系的部門描述自然、直觀，容易理解門描述自然、直觀，容易理解性能優(yōu)于關(guān)系模型，不低于網(wǎng)狀模型性能優(yōu)于關(guān)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數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持n缺點(diǎn)多對(duì)多聯(lián)系表示不自然多對(duì)多聯(lián)系表示不自然對(duì)插入和刪除操作的限制多對(duì)插入和刪除操作的限制多查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過雙親結(jié)點(diǎn)查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過雙親結(jié)點(diǎn)層次命令趨于程序化層次命令趨于程序化52（5） 典型的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)IMS數(shù)據(jù)庫管理系

23、統(tǒng)（Information Management System）第一個(gè)大型商用第一個(gè)大型商用DBMS1968年推出年推出IBM公司研制公司研制532、 網(wǎng)狀模型1961年通用電氣公司年通用電氣公司(General Electric Co.)的的Charles Bachman成功地開發(fā)出世界上第一個(gè)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)成功地開發(fā)出世界上第一個(gè)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)存集成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)儲(chǔ)(Integrated Data Store，IDS)，奠定了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，奠定了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，并在當(dāng)時(shí)得到了廣泛的發(fā)行和應(yīng)用。并在當(dāng)時(shí)得到了廣泛的發(fā)行和應(yīng)用。IDS具有數(shù)據(jù)模式和日志的具有數(shù)據(jù)模式和日志的特征

24、，但它只能在特征，但它只能在GE主機(jī)上運(yùn)行，并且數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)文件，主機(jī)上運(yùn)行，并且數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)文件，數(shù)據(jù)庫中所有的表必須通過手工編碼來生成。數(shù)據(jù)庫中所有的表必須通過手工編碼來生成。 通用電氣公司的一個(gè)客戶通用電氣公司的一個(gè)客戶BF Goodrich Chemical公司最終不公司最終不得不重寫了整個(gè)系統(tǒng)，并將重寫后的系統(tǒng)命名為集成數(shù)據(jù)管理系得不重寫了整個(gè)系統(tǒng)，并將重寫后的系統(tǒng)命名為集成數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)(Integrated Data Management System, IDMS)。 54（1）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為

25、網(wǎng)狀模型。為網(wǎng)狀模型。1. 允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親；允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親；2. 一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。55 1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L3 L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4 R4 R4 R5R5 網(wǎng)狀模型中子女結(jié)點(diǎn)與雙親結(jié)點(diǎn)的聯(lián)系可以不唯一 要為每個(gè)聯(lián)系命名，并指出與該聯(lián)系有關(guān)的雙親記 錄和子女記錄 56 1 L1 L2 R2二個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的多種聯(lián)系57網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別n網(wǎng)狀模型允許多個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)網(wǎng)狀模型允許多個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)n網(wǎng)狀模型允許結(jié)點(diǎn)有多個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)網(wǎng)狀模型允許結(jié)點(diǎn)有多個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)n網(wǎng)狀模型允

26、許兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間有多種聯(lián)系（復(fù)合網(wǎng)狀模型允許兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間有多種聯(lián)系（復(fù)合聯(lián)系）聯(lián)系）n網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實(shí)世界n層次模型實(shí)際上是網(wǎng)狀模型的一個(gè)特例層次模型實(shí)際上是網(wǎng)狀模型的一個(gè)特例58學(xué)生宿舍學(xué)生宿舍學(xué)生學(xué)生教研室教研室系系教師教師59網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型中的多種聯(lián)系父母父母人人子女子女樹樹種種植植砍砍伐伐養(yǎng)養(yǎng)育育贍贍養(yǎng)養(yǎng)60（2）網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱l查詢l插入l刪除l更新61（3）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型一般來說沒有層次模型那樣嚴(yán)格 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（如DBTG）對(duì)數(shù)據(jù)操縱加了一些限制，提供了一定的完整性約束 碼：唯一標(biāo)識(shí)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合碼：唯

27、一標(biāo)識(shí)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合 一個(gè)聯(lián)系中雙親記錄與子女記錄之間是一對(duì)多聯(lián)系一個(gè)聯(lián)系中雙親記錄與子女記錄之間是一對(duì)多聯(lián)系 支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束條件支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束條件62（4）網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界具有良好的性能，存取效率較高具有良好的性能，存取效率較高n缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握DDL、DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用語言復(fù)雜，用戶不容易使用63（5） 典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫

28、系統(tǒng)nDBTG系統(tǒng)，亦稱CODASYL系統(tǒng)由由DBTG提出的一個(gè)系統(tǒng)方案提出的一個(gè)系統(tǒng)方案奠定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、方法和技術(shù)奠定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、方法和技術(shù)70年代推出年代推出n實(shí)際系統(tǒng)Cullinet Software Inc.公司的公司的 IDMSUnivac公司的公司的 DMS1100Honeywell公司的公司的IDS/2HP公司的公司的IMAGE643.關(guān)系模型n1970年，IBM的研究員E.F.Codd博士在刊物Communication of the ACM上發(fā)表了一篇名為A Relational Model of Data for Large Shared Data

29、Banks的論文，提出了關(guān)系模型的概念，它對(duì)用戶和設(shè)計(jì)者來說都 是一個(gè)重大的突破，確立了關(guān)系模型的理論基礎(chǔ)。n關(guān)系模型用二維表格表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，是目前最重要的數(shù)據(jù)模型。n關(guān)系模型建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上，從用戶角度來看，關(guān)系模型由一組關(guān)系組成，每個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一張規(guī)范化的二維表 。65（1）關(guān)系模型的基本概念關(guān)系（Relation）一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)通常說的一張表。元組（Tuple）表中的一行即為一個(gè)元組。屬性（Attribute）表中的一列即為一個(gè)屬性，給每一個(gè)屬性起一個(gè)名稱即屬性名。66主碼（Key）關(guān)系中的某個(gè)屬性或?qū)傩越M，它可以唯一確定一個(gè)元組。域（Domain）屬性的取值范圍。

30、分量元組中的一個(gè)屬性值。關(guān)系模式對(duì)關(guān)系的描述關(guān)系名（屬性1，屬性2，屬性n）學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系，年級(jí)）67（1）關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) n在用戶觀點(diǎn)下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。學(xué)學(xué)生生登登記記表表學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào)姓姓 名名年年 令令性性 別別系系 名名年年 級(jí)級(jí)95004王王小小明明19女女社社會(huì)會(huì)學(xué)學(xué)9595006黃黃大大鵬鵬20男男商商品品學(xué)學(xué)9595008張張文文斌斌18女女法法律律學(xué)學(xué)9568n在關(guān)系模型中，實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來表示的。n關(guān)系必須是規(guī)范化的，滿足一定的規(guī)范條件。最基本的規(guī)范條件：關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)最基本的規(guī)范條件

31、：關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。69關(guān)系術(shù)語與一般表格術(shù)語的對(duì)應(yīng)關(guān)系字段字段70（2）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱n查詢、插入、刪除、修改n數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對(duì)象和操作結(jié)果都是關(guān)系，即若干元組的集合n存取路徑對(duì)用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么”，不必詳細(xì)說明“怎么干”71（3）關(guān)系模型的完整性約束n實(shí)體完整性n參照完整性n用戶定義的完整性72（4）關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上概念單一。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用概念單一。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用n實(shí)體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示。實(shí)體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示。n對(duì)數(shù)

32、據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系。對(duì)數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系。關(guān)系模型的存取路徑對(duì)用戶透明n具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，更好的安全保密性具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，更好的安全保密性n簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作73關(guān)系模型的缺點(diǎn)n存取路徑對(duì)用戶透明導(dǎo)致查詢效率往往不存取路徑對(duì)用戶透明導(dǎo)致查詢效率往往不如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型n為提高性能，必須對(duì)用戶的查詢請(qǐng)求進(jìn)行為提高性能，必須對(duì)用戶的查詢請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)化，增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度優(yōu)化，增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度74（5） 典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)ORACLESYBASEMS SQL ServerINFORM

33、IXDB/2COBASEPBASEEasyBaseOpenBase751.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) n從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)） ，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為: 單用戶結(jié)構(gòu) 主從式結(jié)構(gòu) 分布式結(jié)構(gòu) 客戶服務(wù)器 瀏覽器應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器多層結(jié)構(gòu)等761.4.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念n“型” 和“值” 的概念型（Type）對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明值（Value）是型的一個(gè)具體賦值例如：學(xué)生記錄例如：學(xué)生記錄記錄型：記錄型： （學(xué)號(hào)，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）（學(xué)號(hào)，姓名，性別，系別，年齡，籍

34、貫）該記錄型的一個(gè)記錄值：該記錄型的一個(gè)記錄值： （900201，李明，男，計(jì)算機(jī)，李明，男，計(jì)算機(jī)，22，江蘇），江蘇）77n模式（Schema）數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述是型的描述是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系模式是相對(duì)穩(wěn)定的模式是相對(duì)穩(wěn)定的n模式的一個(gè)實(shí)例（Instance）模式的一個(gè)具體值模式的一個(gè)具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時(shí)刻的狀態(tài)反映數(shù)據(jù)庫某一時(shí)刻的狀態(tài)同一個(gè)模式可以有很多實(shí)例同一個(gè)模式可以有很多實(shí)例實(shí)例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動(dòng)實(shí)例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動(dòng)781.4.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)n模式（Schema） n外模

35、式（External Schema） n內(nèi)模式（Internal Schema）79 應(yīng)應(yīng)用用 A A 應(yīng)應(yīng)用用 B B 應(yīng)應(yīng)用用 C C 應(yīng)應(yīng)用用 D D 應(yīng)應(yīng)用用 E E 外外模模式式 1 1 外外模模式式 2 2 外外模模式式 3 3 外外模模式式/ /模模式式映映象象 模模式式 模模式式/ /內(nèi)內(nèi)模模式式映映象象 內(nèi)內(nèi)模模式式 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫數(shù)據(jù)庫80（1）模式（Schema）n模式（也稱邏輯模式）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)和特征的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求n一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式n模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)