項(xiàng)目1 掌握數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)

1、項(xiàng)目一 掌握數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)項(xiàng)目導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是信息處理的基礎(chǔ)，它不僅反映數(shù)據(jù)本身所代表的基本信息，還反映數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，是相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域發(fā)展最快的學(xué)科之一，目前，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已從第一代的網(wǎng)狀、層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，第二代的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，發(fā)展到以面向?qū)ο竽Ｐ蜑橹饕卣鞯牡谌鷶?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。其中建立在關(guān)系模型基礎(chǔ)上的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是當(dāng)前最流行的、應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)前所開(kāi)發(fā)的基于數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用系統(tǒng)基本上都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，在本項(xiàng)目中，首先對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行初步的討論，然后對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)所使用的平臺(tái)SQL Server 2005再作概況的介紹。項(xiàng)目分析數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是為了解決計(jì)算機(jī)信息處

2、理過(guò)程中大量數(shù)據(jù)有效地組織和存儲(chǔ)的問(wèn)題，在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、保障數(shù)據(jù)安全以及高效地檢索數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的，所以，數(shù)據(jù)庫(kù)是相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。本教材中以學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為教學(xué)案例，以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為基礎(chǔ)，不但需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)理論有一定的了解，同時(shí)還需要掌握一種數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，即數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）的使用方法，才能在開(kāi)發(fā)平臺(tái)上有效地開(kāi)發(fā)出一個(gè)實(shí)用的學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。因此，本項(xiàng)目將包括數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)知識(shí)介紹和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)SQL Server 2005的使用能力訓(xùn)練兩部分內(nèi)容。能力目標(biāo)1. 了解學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)的基本需求；2. 了解數(shù)據(jù)管理技術(shù)的3個(gè)階段；3. 掌

3、握數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念；4. 掌握SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)的基本組成和有關(guān)知識(shí)。知識(shí)目標(biāo)：1. 能根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析和功能設(shè)計(jì)；2. 具備使用數(shù)據(jù)庫(kù)理論分析相關(guān)信息抽象數(shù)據(jù)的能力；3. 了解并掌握數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)SQL Server 2005的概況和基本設(shè)置方法。 任務(wù)1 學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)基本需求任務(wù)要求根據(jù)學(xué)生管理的工作流程，對(duì)學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行整體分析與規(guī)劃。1.分析學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的整體需求，掌握需求分析的基本方法；2.規(guī)劃學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)具備的功能模塊。知識(shí)儲(chǔ)備一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)通常要經(jīng)歷多個(gè)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)單地說(shuō)可以分為對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)

4、前臺(tái)應(yīng)用界面（應(yīng)用層）和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)（數(shù)據(jù)層）設(shè)計(jì)兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)，每一部分的設(shè)計(jì)都是一個(gè)龐大、復(fù)雜的工程，因此，通常都是結(jié)合軟件工程的原理和方法進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的設(shè)計(jì)。從一個(gè)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的角度講，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)如圖1-1所示。圖1-1 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程項(xiàng)目準(zhǔn)備需求分析數(shù)據(jù)庫(kù)基本理論數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施系統(tǒng)維護(hù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施與維護(hù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)表創(chuàng)建索引與視圖ASP.NET應(yīng)用開(kāi)發(fā)案例系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)維護(hù)就數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)來(lái)講，一般設(shè)計(jì)過(guò)程包括：需求分析、數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施及數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)

5、行維護(hù)6個(gè)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)，首先要對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行分析，掌握用戶需求要求，這是整個(gè)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，需求分析的準(zhǔn)確與否，關(guān)系到數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)質(zhì)量，本任務(wù)將主要討論學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的需求分析這個(gè)環(huán)節(jié)。1. 需求分析的任務(wù)需求分析是指在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，收集用戶的功能要求，了解系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，對(duì)需要使用的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，建立起一個(gè)完整數(shù)據(jù)集的過(guò)程。比如系統(tǒng)的使用用戶的種類、相關(guān)應(yīng)用的歷史數(shù)據(jù)、有關(guān)表單資料的查閱以及實(shí)際運(yùn)作流程等，從而得出所開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能運(yùn)行過(guò)程。用戶需求包括數(shù)據(jù)和處理兩部分需求：數(shù)據(jù)需求是指數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；處理需求是指用戶要完成什么處理功能，以及對(duì)這

6、些處理的響應(yīng)時(shí)間、處理方法等有什么要求。需求分析階段的任務(wù)主要包括以下幾個(gè)方面：（1） 分析用戶活動(dòng)，產(chǎn)生業(yè)務(wù)流程圖了解用戶當(dāng)前的業(yè)務(wù)活動(dòng)和職能，理清其處理流程。把用戶業(yè)務(wù)分成若干個(gè)子處理過(guò)程，使每個(gè)處理功能明確、界面清楚，畫(huà)出業(yè)務(wù)流程圖。（2） 確定系統(tǒng)范圍，產(chǎn)生系統(tǒng)范圍圖在和用戶經(jīng)過(guò)充分討論的基礎(chǔ)上，確定計(jì)算機(jī)所能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的范圍，確定哪些工作由人工完成，哪些工作由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成，即確定人機(jī)界面。（3） 分析用戶活動(dòng)所涉及的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)流圖深入分析用戶的業(yè)務(wù)處理，以數(shù)據(jù)流圖形式表示出數(shù)據(jù)庫(kù)的方向和對(duì)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的加工。數(shù)據(jù)流圖有四個(gè)基本成分：數(shù)據(jù)流、加工或處理、文件、外部實(shí)體。（4） 分

7、析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典提供對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間描述的集中，它的功能是存儲(chǔ)和檢索各種數(shù)據(jù)描述，數(shù)據(jù)字典是數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析的主要成果，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中占有很重要地位。2. 需求分析的方法調(diào)查了解了用戶的需求以后，還需要進(jìn)一步分析和表達(dá)用戶的需求，用于需求分析的方法有很多種，主要的方法有自頂向下和自底向上兩種，其中自頂向下的結(jié)構(gòu)化分析方法（Structured Analysis，SA）是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。（1） SA方法SA方法是從最上層的系統(tǒng)組織入手，采用自頂向下、逐層分解的方法分析系統(tǒng)。SA方法把每個(gè)系統(tǒng)都抽象成圖1-2所示的數(shù)據(jù)流圖形式。圖1-2 系統(tǒng)最高層的數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源數(shù)據(jù)輸

8、出處理數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流信息要求處理要求在SA方法中，處理過(guò)程的處理邏輯常常借助判定表和判定樹(shù)來(lái)描述，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)則借助數(shù)據(jù)字典（DD）來(lái)描述。（2） 數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖（Data Flow Diagram，DFD）表達(dá)了數(shù)據(jù)與處理的關(guān)系。數(shù)據(jù)流圖中的基本元素如下： 圓圈符：表示處理，輸入數(shù)據(jù)在此進(jìn)行變換產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)。在其中注明處理的名稱。 矩形符：描述一個(gè)輸入源點(diǎn)或輸出匯點(diǎn)。在其中注明源點(diǎn)或匯點(diǎn)的名稱。 箭頭：命名的箭頭描述一個(gè)數(shù)據(jù)流。內(nèi)容包括被加工的數(shù)據(jù)及其流向，流線上要注明數(shù)據(jù)名稱，箭頭代表數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。 右開(kāi)口矩形框：向右開(kāi)口的矩形框表示文件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，要在其內(nèi)標(biāo)明相應(yīng)的具體名稱。（3） 數(shù)據(jù)

9、字典數(shù)據(jù)流圖表達(dá)了數(shù)據(jù)和處理的關(guān)系，數(shù)據(jù)字典則是系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)描述的集合，是各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性的清單。它與數(shù)據(jù)流圖互為解釋，數(shù)據(jù)字典貫穿于數(shù)據(jù)庫(kù)需求分析直到數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的全過(guò)程，在不同的階段，其內(nèi)容形式和用途各有區(qū)別，在需求分析階段，它通常包含以下五個(gè)部分的內(nèi)容。 數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)是不可再分的數(shù)據(jù)單位，對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)的描述，通常包括數(shù)據(jù)項(xiàng)名、含義、別名、類型、長(zhǎng)度、取值范圍以及與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映了數(shù)據(jù)之間的組合關(guān)系。一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以由若干個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，也可以由若干個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，或有若干個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)混合組成。它包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名、含義及組成該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)項(xiàng)名或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名。

10、數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流可以是數(shù)據(jù)項(xiàng)，也可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，表示某一加工處理過(guò)程的輸入或輸出數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)流的描述應(yīng)包括數(shù)據(jù)流名、說(shuō)明、流出的加工名，流入的加工名以及組成該數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)項(xiàng)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是處理過(guò)程中要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，它可以是手工憑證、手工文檔或計(jì)算機(jī)文檔。對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的描述應(yīng)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名、說(shuō)明、輸入數(shù)據(jù)流、輸出數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)量、存取頻率和存取方式。 處理過(guò)程對(duì)處理過(guò)程的描述包括處理過(guò)程名、說(shuō)明、輸入數(shù)據(jù)流、輸出數(shù)據(jù)流，并簡(jiǎn)要說(shuō)明處理工作、頻度要求、數(shù)據(jù)量及響應(yīng)時(shí)間等。最終形成的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典是“系統(tǒng)需求分析說(shuō)明書(shū)”的主要內(nèi)容，是下一步進(jìn)行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在本任務(wù)中，我們從項(xiàng)目準(zhǔn)備

11、的角度，對(duì)學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)先做一個(gè)整體的概括分析，對(duì)學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)中所需要準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)及其相關(guān)理論進(jìn)行一個(gè)框架層面上的了解，為后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)劃和應(yīng)用開(kāi)發(fā)作好充足的知識(shí)和技能上的準(zhǔn)備。任務(wù)實(shí)施學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，具有不同的用戶群體，不同的用戶群體又對(duì)數(shù)據(jù)有著不同的需求要求，正確地分析相應(yīng)用戶的要求并恰當(dāng)?shù)貙⑵浔磉_(dá)出來(lái)，是學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的起始工作。在本任務(wù)實(shí)施前，首先要對(duì)用戶環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。1. 用戶類型分析學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)通常的用戶為學(xué)生、教師和教學(xué)管理人員。不同的用戶有不同的信息查詢和信息管理要求。學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，要方便應(yīng)用系統(tǒng)的管理員對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的基本信息數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)

12、，教師用戶能夠?qū)拘畔⑦M(jìn)行查詢并對(duì)部分信息進(jìn)行更新管理，學(xué)生對(duì)與自己相關(guān)的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行查詢，對(duì)個(gè)人的基本信息可以進(jìn)行維護(hù)。2. 功能需求分析學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)其主要功能是實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)資料、學(xué)生管理、課程管理和成績(jī)管理四大模塊的管理。其中，基礎(chǔ)資料中又包括院系、班級(jí)、宿舍、教師基本資料的管理，包括了對(duì)其的增加、刪除、修改和查詢；學(xué)生管理中，包括學(xué)生檔案和學(xué)生學(xué)籍的管理，包括了對(duì)其中學(xué)生各個(gè)屬性的增加、刪除、修改和查詢；課程管理中，包括了對(duì)新的課程進(jìn)行設(shè)置，以及對(duì)班級(jí)選課的管理；成績(jī)管理中，包括了對(duì)學(xué)生成績(jī)的錄入和對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行分析。任務(wù)實(shí)踐1. 設(shè)計(jì)完成學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖根據(jù)任務(wù)實(shí)施環(huán)

13、節(jié)對(duì)學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的分析，繪制學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖，如圖1-3所示。管理人員學(xué)生教師管理教師信息管理學(xué)生成績(jī)管理學(xué)生信息有關(guān)人員選課管理授課信息查詢統(tǒng)計(jì)選課信息教師信息教師授課信息學(xué)生信息查詢統(tǒng)計(jì)要求結(jié)果圖1-3 學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖2. 設(shè)計(jì)相關(guān)功能模塊。根據(jù)功能需求分析的情況，確定學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能模塊如下：(1) 基本信息管理：包括院系信息管理和專業(yè)信息管理等功能；(2) 班級(jí)信息管理：包括班級(jí)信息管理和班級(jí)信息瀏覽等功能；(3) 教師信息管理：包括教師信息錄入和管理等功能；(4) 學(xué)生基本信息管理：包括學(xué)生信息的錄入、管理、查詢以及導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能；(

14、5) 系統(tǒng)維護(hù)：主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份、還原和清理功能；(6) 用戶管理：主要用于實(shí)現(xiàn)用戶管理、更改密碼等功能。任務(wù)2 了解數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)任務(wù)要求通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)應(yīng)掌握以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本知識(shí)。知識(shí)儲(chǔ)備1. 數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)的產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代末70年代初，其主要目的是有效地管理和存取大量的數(shù)據(jù)資源。近年來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展相互滲透，相互促進(jìn)，已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)領(lǐng)域發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛的兩大領(lǐng)域，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)不僅應(yīng)用于事務(wù)處理，并且進(jìn)一步應(yīng)用到情報(bào)檢索，人工智能，專家系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域。談數(shù)據(jù)管理技術(shù)，先要講到數(shù)據(jù)處

15、理。所謂數(shù)據(jù)處理，是指對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、加工和傳播的一系列活動(dòng)的總和。縱觀數(shù)據(jù)處理的歷史，可以認(rèn)為，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)萌芽于五十年代后期，形成于六十年代中期,成熟于七十年代，廣泛應(yīng)用于八十年代。2. 數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)主要研究如何存儲(chǔ)、使用和管理數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的新階段,是計(jì)算機(jī)技術(shù)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。數(shù)據(jù)管理的水平是和計(jì)算機(jī)硬件、軟件的發(fā)展相適應(yīng)的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展：人工管理階段；文件系統(tǒng)階段；數(shù)據(jù)系統(tǒng)階段。（1） 人工管理階段（20世紀(jì)50年代）在這一階段，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，硬件設(shè)施方面，外部存儲(chǔ)只有磁帶

16、、卡片和紙帶等，沒(méi)有磁盤(pán)等直接存取設(shè)備。軟件方面，只有匯編語(yǔ)言，沒(méi)有操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理軟件，數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)無(wú)結(jié)構(gòu)，由用戶直接管理，數(shù)據(jù)依賴于特定的應(yīng)用程序，缺乏獨(dú)立性。此階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如圖1-4所示。圖1-4 人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系 應(yīng)用程序1 應(yīng)用程序2 應(yīng)用程序n 數(shù)據(jù)組n 數(shù)據(jù)組2 數(shù)據(jù)組1 人工管理階段的數(shù)據(jù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)不保存當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，一般不需要長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)。每處理一批數(shù)據(jù)，都要特地為這批數(shù)據(jù)編制相應(yīng)的應(yīng)用程序，計(jì)算任務(wù)完成后，用戶作業(yè)退出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)空間隨著程序空間一起被釋放。 沒(méi)有專門(mén)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行

17、管理每個(gè)應(yīng)用程序都要包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入/輸出方式等內(nèi)容的設(shè)計(jì)。一旦數(shù)據(jù)發(fā)生改變，就必須修改應(yīng)用程序，因而數(shù)據(jù)與程序不具有獨(dú)立性。 數(shù)據(jù)不共享一組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)用程序。如果多個(gè)應(yīng)用程序涉及某些相同的數(shù)據(jù)，則必須各自進(jìn)行定義，因此程序間有大量的數(shù)據(jù)冗余。 數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性數(shù)據(jù)的獨(dú)立性包括了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性和數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，必須對(duì)應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改。（2） 文件系統(tǒng)階段（20世紀(jì)50年代后期60年代中期）圖1-5 文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n文件1文件2文件n存取方法文件系統(tǒng)在這一階段，計(jì)算機(jī)已大量用于數(shù)據(jù)的管

18、理。硬件方面，有了磁盤(pán)、磁鼓等直接存取存儲(chǔ)設(shè)備。軟件方面，操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了專門(mén)的管理軟件，一般稱為文件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理方式有批處理，也有聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理。此階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如圖1-5所示。文件系統(tǒng)階段的數(shù)據(jù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)以“文件”形式可長(zhǎng)期保存在外部存儲(chǔ)器的磁盤(pán)上。由于計(jì)算機(jī)大量用于數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)需要長(zhǎng)期保留在外存上反復(fù)進(jìn)行查詢、修改、插入及刪除等操作。 文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)所有的文件由文件管理系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行管理和維護(hù)，數(shù)據(jù)文件可以脫離程序而獨(dú)立存在。文件系統(tǒng)把數(shù)據(jù)組織成相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件，按文件名訪問(wèn)，按記錄進(jìn)行存取，可以對(duì)文件進(jìn)行修改、插入及刪除操作。文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了

19、記錄內(nèi)的結(jié)構(gòu)性，但文件之間整體無(wú)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系要通過(guò)程序去構(gòu)造。程序和數(shù)據(jù)之間由文件系統(tǒng)提供存取方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間有了一定的獨(dú)立性。 數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大由于文件之間缺乏聯(lián)系，造成每個(gè)應(yīng)用程序都有對(duì)應(yīng)的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)的冗余度大，同樣的數(shù)據(jù)有可能在多個(gè)文件中重復(fù)存儲(chǔ)。這往往在進(jìn)行更新操作時(shí)就可能使同樣的數(shù)據(jù)在不同的文件中不一樣，造成數(shù)據(jù)的不一致性。 數(shù)據(jù)獨(dú)立性差文件系統(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(lái)說(shuō)是優(yōu)化的，因此要想對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)增加一些新的應(yīng)用會(huì)很困難，系統(tǒng)不容易擴(kuò)充。一旦數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變，必須修改應(yīng)用程序，修改文

20、件結(jié)構(gòu)的定義。因此數(shù)據(jù)與程序之間仍缺乏獨(dú)立性?？梢?jiàn)，文件系統(tǒng)仍然是一個(gè)不具有彈性的整體無(wú)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合，即文件之間是孤立的，不能反映現(xiàn)實(shí)世界事物之間的內(nèi)在聯(lián)系。（3） 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段（20世紀(jì)60年代后期至今）在此階段，數(shù)據(jù)管理規(guī)模一再擴(kuò)大，數(shù)據(jù)量急劇增加。硬件已有大容量磁盤(pán)，硬件價(jià)格下降，軟件價(jià)格上升。介于這種情況，為了提高系統(tǒng)性能 ，為了解決共享數(shù)據(jù)的需求，從文件系統(tǒng)中分離出了專門(mén)的軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，用來(lái)統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如圖1-6所示。應(yīng)用程序1應(yīng)用程序1應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)n數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)庫(kù)DB圖1-6 數(shù)據(jù)庫(kù)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)

21、之間的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段的數(shù)據(jù)管理具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)在磁盤(pán)等外部存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)集合，是按一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織起來(lái)的。與文件系統(tǒng)相比，文件系統(tǒng)中的文件之間不存在聯(lián)系，因而從總體上看數(shù)據(jù)沒(méi)有結(jié)構(gòu)的；而數(shù)據(jù)庫(kù)中文件是相互聯(lián)系的，并在總體上有一定的結(jié)構(gòu)形式。這就是文件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的最大區(qū)別。數(shù)據(jù)庫(kù)正是通過(guò)文件之間的聯(lián)系反映現(xiàn)實(shí)世界事物間的自然聯(lián)系。 數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是面向整個(gè)系統(tǒng)，是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，不但可以被多個(gè)應(yīng)用共享，而且容易增加新的應(yīng)用，易于修改、易于擴(kuò)充。這樣就大大減少了數(shù)據(jù)冗余，提高了共享性，節(jié)約存儲(chǔ)空間。數(shù)據(jù)共享還能夠避免數(shù)據(jù)之間的不

22、相容性與不一致性。 數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)獨(dú)立是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)努力追求的目標(biāo)，數(shù)據(jù)獨(dú)立性包括數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性兩方面。物理獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上存儲(chǔ)由DBMS管理，用戶程序不需要了解，應(yīng)用程序要處理的只是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改時(shí)，用戶程序也可以不變。在數(shù)據(jù)方式下，用戶不是自建文件，而是取自數(shù)據(jù)庫(kù)中的某個(gè)子集，是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)映射出來(lái)的，所以叫做邏輯文件，但實(shí)際上的物理存儲(chǔ)只出現(xiàn)一次。 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)統(tǒng)一

23、管理和控制。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供了4個(gè)方面的數(shù)據(jù)控制功能，分別是并發(fā)控制、恢復(fù)、完整性和安全性。數(shù)據(jù)庫(kù)中各個(gè)應(yīng)用程序所使用的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)定，按照一定的數(shù)據(jù)模型組織和建立，由系統(tǒng)統(tǒng)一管理和集中控制，以保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性，并在多用戶同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)進(jìn)行并發(fā)控制，在發(fā)生故障后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)。任務(wù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)理論及其應(yīng)用技術(shù)是在人們運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理過(guò)程中產(chǎn)生的一門(mén)有關(guān)數(shù)據(jù)采集、整理、存儲(chǔ)、分類、排序、檢索、維護(hù)、加工、統(tǒng)計(jì)和傳輸?shù)纫幌盗胁僮鬟^(guò)程的知識(shí)和技術(shù)，其中有很多概念性的知識(shí)需要理解。本任務(wù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)的前述知識(shí)，通過(guò)任務(wù)實(shí)踐來(lái)介紹數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念。任務(wù)實(shí)踐1. 數(shù)據(jù)（Da

24、ta）（1） 數(shù)據(jù)的定義數(shù)據(jù)是描述事物的符號(hào)記錄。數(shù)據(jù)的概念包括兩個(gè)方面：一是存儲(chǔ)在某一種媒體上的數(shù)據(jù)形式；二是描述事物特性的數(shù)據(jù)內(nèi)容。（2） 數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的基本對(duì)象。數(shù)據(jù)在大多數(shù)人的第一印象中就是數(shù)字，其實(shí)數(shù)字只是其中一種最簡(jiǎn)單的表現(xiàn)形式，是數(shù)據(jù)的一種傳統(tǒng)和狹義的理解。按廣義的理解來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)的種類有很多，如文字、圖形、圖像、聲音、視頻、語(yǔ)言以及學(xué)校學(xué)生的檔案等，都是數(shù)據(jù)，都可以轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的標(biāo)識(shí)，并以數(shù)字化后的二進(jìn)制形式存入計(jì)算機(jī)。在日常生活中，人們需要描述各種事物，可直接用自然語(yǔ)言描述。在計(jì)算機(jī)中，為了存儲(chǔ)和處理這些事物，就要抽出對(duì)這些事物感興趣的特征組成一個(gè)記

25、錄來(lái)描述。例如：在學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)中，學(xué)生的基本信息情況是學(xué)生的姓名、性別、出生年月，這都說(shuō)明了學(xué)生的基本特征，就可以這樣來(lái)描述一個(gè)學(xué)生：（張三，男，1994/04）。（3） 數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系信息與數(shù)據(jù)既有聯(lián)系，又有區(qū)別。信息是對(duì)數(shù)據(jù)加工處理之后所得到的并可以對(duì)決策產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是信息的表現(xiàn)形式；信息是數(shù)據(jù)有意義的表示?？梢杂脠D1-7表示出數(shù)據(jù)與信息之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理信息圖1-7 數(shù)據(jù)與信息關(guān)系圖（4） 數(shù)據(jù)與其語(yǔ)義學(xué)生記錄就是一個(gè)數(shù)據(jù)。對(duì)于此記錄來(lái)說(shuō)，要表示特定的含義，必須對(duì)它給予解釋說(shuō)明，數(shù)據(jù)解釋的含義稱為數(shù)據(jù)的語(yǔ)義，數(shù)據(jù)與其語(yǔ)義是不可分的?？梢赃@樣認(rèn)為：數(shù)據(jù)是信息的符號(hào)表示或載

26、體，信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對(duì)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義解釋。例如：學(xué)生記錄（張三，男，1994/04）可以解釋為張三是名男同學(xué)，出生年月為1994年4月，這樣它才具有了表述信息的功能。2. 數(shù)據(jù)庫(kù)（DB，DataBase）數(shù)據(jù)庫(kù)是指長(zhǎng)期存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。從字面意思來(lái)說(shuō)就是存放數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，該倉(cāng)庫(kù)建立在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備上，且數(shù)據(jù)是按一定的格式存放的，可供多用戶共享，具有盡可能小的冗余度和較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性。它不僅描述事物的數(shù)據(jù)本身，還包括相關(guān)事物之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫(kù)具有兩個(gè)比較突出的特點(diǎn)。（1） 集成性把在特定的環(huán)境中與某應(yīng)用程序相關(guān)的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系集中在一塊并按照一定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行

27、存儲(chǔ)，即集成性。例如，可以將圖書(shū)館的館藏圖書(shū)和圖書(shū)借閱情況保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便于對(duì)圖書(shū)信息的管理。（2） 共享性數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)能被多個(gè)應(yīng)用程序的用戶所使用，即共享性。例如，學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)即可以給教務(wù)處提供學(xué)生信息，又可以給學(xué)工處等其他部門(mén)提供學(xué)生信息。數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶分為3種： 數(shù)據(jù)庫(kù)管理員：他們使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供的工具軟件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行各種維護(hù)和管理，以便使其更好地為其他用戶服務(wù)。 應(yīng)用程序員：他們使用數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)使用和操縱數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的程序。 非程序員用戶：他們通過(guò)聯(lián)機(jī)終端設(shè)備，使用數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。3. 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS，DataBase Managenen

28、t System）數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)1數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)n數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)庫(kù)使用數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)圖1-8 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心組成部分，是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的大型軟件，用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶通過(guò)DBMS訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理員也通過(guò)DBMS進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)工作。用戶在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的一些操作，如數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理及數(shù)據(jù)控制等都是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖1-8所示。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)功能： 數(shù)據(jù)定義DBMS提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（DDL，Data Definition Language），定義數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，兩級(jí)

29、映像以及定義數(shù)據(jù)的完整性和安全控制等約束。用戶可以方便地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象（包括表、視圖、索引、存儲(chǔ)過(guò)程等）進(jìn)行定義。 數(shù)據(jù)操縱DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言（DML，Data Manipulation Language），用戶可以使用DML操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本操作，如查詢、插入、刪除及修改等。 數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理功能是DBMS的運(yùn)行控制、管理功能，所有數(shù)據(jù)庫(kù)的操作都要在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制下進(jìn)行，以保證事務(wù)的正確運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全性、完整性。這也是DBMS運(yùn)行時(shí)的核心部分，它包括如下內(nèi)容： 數(shù)據(jù)的并發(fā)控制 數(shù)據(jù)的安全性保護(hù) 數(shù)據(jù)的完整性控制 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù) 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字

30、典是一個(gè)自動(dòng)的或手動(dòng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元的定義和屬性的文檔。對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理邏輯、外部實(shí)體等進(jìn)行定義和描述，其目的是對(duì)數(shù)據(jù)流程圖中的各個(gè)元素做出詳細(xì)的說(shuō)明。數(shù)據(jù)字典本身也可以看成是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，只不過(guò)它是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，是一組表和視圖結(jié)構(gòu)，存放在SYSTEM表空間中。4. 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DBS，DataBase System）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理軟件組成的系統(tǒng)，是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)，其構(gòu)成主要有數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及其開(kāi)發(fā)工具、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員和用戶這幾部分，其中，在數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、使用和維護(hù)的過(guò)程要有專門(mén)的人員來(lái)完成，這些人就被稱為數(shù)據(jù)

31、庫(kù)管理員（DBA，DataBase Administrator）。用戶用戶用戶應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）操作系統(tǒng)（OS）數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）圖1-9 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-9所示。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一般由4個(gè)部分組成： 數(shù)據(jù)庫(kù)：是指長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的，有組織，可共享的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)學(xué)模型組織、描述和存儲(chǔ)，具有較小的冗余，較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為各種用戶共享。 硬件：構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種物理設(shè)備，包括存儲(chǔ)所需的外部設(shè)備。硬件的配置應(yīng)滿足整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的需要。 軟件：包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及應(yīng)用程序。 人員：主要有4

32、類。第一類為系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員，系統(tǒng)分析員負(fù)責(zé)應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說(shuō)明，并參與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的確定、數(shù)據(jù)庫(kù)各級(jí)模式的設(shè)計(jì)。第二類為應(yīng)用程序員，負(fù)責(zé)編寫(xiě)使用數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用程序。第三類為最終用戶，他們利用系統(tǒng)的接口或查詢語(yǔ)言訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。第四類為數(shù)據(jù)庫(kù)管理員，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的總體信息控制。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位如圖1-10所示。應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具最終用戶圖1-10 數(shù)據(jù)庫(kù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位編譯系統(tǒng)硬件DBMS應(yīng)用系統(tǒng)操作系統(tǒng)任務(wù)3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)任務(wù)要求1. 了解三級(jí)組織結(jié)構(gòu)描述方法；2. 熟悉模式之間的映射關(guān)系；3. 掌握數(shù)據(jù)模型的概念。知識(shí)儲(chǔ)備

33、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)。雖然各個(gè)廠家、各個(gè)用戶使用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)產(chǎn)品類型和規(guī)模可能相差很大，但它們?cè)隗w系結(jié)構(gòu)上通常都具有相同的特征，即采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，并提供兩種映像功能。1. 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式從數(shù)據(jù)庫(kù)管理角度看，數(shù)據(jù)系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；從數(shù)據(jù)庫(kù)最終用戶角度看，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)外部的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由外模式、概念模式、內(nèi)模式三級(jí)構(gòu)成，如圖1-11所示。應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序3外模式1外模式2外模式/模式映射模式模式/內(nèi)模式映射內(nèi)模式物理數(shù)據(jù)庫(kù)外模式（

34、用戶級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)）模式（概念級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)）內(nèi)模式（物理級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)）圖1-11 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)(1) 內(nèi)模式內(nèi)模式也稱為存儲(chǔ)模式，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)內(nèi)模式，它是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的最底層表示。內(nèi)模式是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)內(nèi)部的表示方式。內(nèi)模式定義的是存儲(chǔ)記錄的類型、存儲(chǔ)記錄的物理順序、索引和存儲(chǔ)路徑等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)組織。DBMS提供了內(nèi)模式描述語(yǔ)言（內(nèi)模式DDL）來(lái)嚴(yán)格定義內(nèi)模式。(2) 模式模式也稱為邏輯模式或概念模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特性的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，它是數(shù)據(jù)庫(kù)模式結(jié)構(gòu)的中間層，既不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境，也與具體的應(yīng)用程序、所使用的應(yīng)用開(kāi)

35、發(fā)工具及高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言無(wú)關(guān)。模式實(shí)際上是數(shù)據(jù)庫(kù)在邏輯上的視圖，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式。定義模式時(shí)，不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)還要定義數(shù)據(jù)記錄由哪些數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，以及數(shù)據(jù)項(xiàng)的名字、類型、取值范圍等，而且要定義數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，定義與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求。DBMS提供了模式描述語(yǔ)言（模式DDL）來(lái)嚴(yán)格地定義模式。(3) 外模式外模式也稱為子模式或用戶模式，它是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）能夠看見(jiàn)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(kù)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。外模式一般是模式的子集。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多個(gè)外模式。這樣，不同的用戶通過(guò)不同的外模式實(shí)現(xiàn)各自的

36、數(shù)據(jù)視圖，也達(dá)到共享數(shù)據(jù)的目的。同一外模式可以被一個(gè)用戶的多個(gè)應(yīng)用程序所使用，但一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式。外模式是保證數(shù)據(jù)庫(kù)安全性的一個(gè)有力措施。每個(gè)用戶只能看見(jiàn)和訪問(wèn)所對(duì)應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的其余數(shù)據(jù)是不可見(jiàn)的。DBMS提供了外模式描述語(yǔ)言（外模式DDL）來(lái)嚴(yán)格地定義外模式。2. 數(shù)據(jù)庫(kù)的兩級(jí)映射數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS管理，使用戶能邏輯地、抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的具體表示方式與存儲(chǔ)方式。為了能夠在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，DBMS在這三級(jí)模式之間提供了兩層映射。(1) 外模式/模式映射。對(duì)應(yīng)于同一個(gè)模

37、式，可以有任意多個(gè)外模式。它定義了某一個(gè)外模式和模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這些映射定義通常包含在各自的外模式中，當(dāng)模式改變時(shí)，該映射要做相應(yīng)的改變，以保證外模式保持不變，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性。(2) 模式/內(nèi)模式映射。它定義了數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的。這樣，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，可相應(yīng)地修改該映射，從而使模式保持不變，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性。正是這兩層映射保證了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。模式是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值。模式的一個(gè)具體值稱為一個(gè)實(shí)例，同一個(gè)

38、模式可以有很多實(shí)例。模式是相對(duì)穩(wěn)定的，而實(shí)例是相對(duì)變動(dòng)的，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是在不斷更新。模式反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系，而實(shí)例反映的是數(shù)據(jù)庫(kù)某一時(shí)刻的狀態(tài)。3. 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實(shí)世界中數(shù)據(jù)特征的抽象。在數(shù)據(jù)庫(kù)中采用數(shù)據(jù)模型來(lái)抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面的要求：（1） 能夠比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；（2） 容易為人所理解；（3） 便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。4. 數(shù)據(jù)模型的分類在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)不同的使用對(duì)象和應(yīng)用目的往往分層次采用不同類型的模型，可以將這些模型分為兩類，一種模型是概念模型；另一種是數(shù)據(jù)模型。（1） 概念模型現(xiàn)實(shí)世界認(rèn)識(shí)抽象信息世界 概念模型

39、機(jī)器世界DBMS的數(shù)據(jù)模型反映現(xiàn)實(shí)世界反映現(xiàn)實(shí)世界轉(zhuǎn)換圖1-12 現(xiàn)實(shí)世界中客觀對(duì)象的抽象過(guò)程也稱信息模型。它從用戶的觀點(diǎn)出發(fā)對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模的，主要用于數(shù)據(jù)庫(kù)的概念級(jí)設(shè)計(jì)。通常人們先將現(xiàn)實(shí)世界抽象為概念世界，然后再將概念世界轉(zhuǎn)為機(jī)器世界。換句話說(shuō)，就是先將現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)象抽象為實(shí)體和聯(lián)系，它并不依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或某個(gè)DBMS系統(tǒng)，這樣的模型就是物理數(shù)據(jù)模型。（2） 數(shù)據(jù)模型是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)建模，主要用于在DBMS中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、操縱、控制等。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，各種機(jī)器上實(shí)現(xiàn)的DBMS軟件都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。為了把現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物抽象、組織為某一DBMS支持的

40、數(shù)據(jù)模型，人們常常首先將現(xiàn)實(shí)世界抽象為信息世界，然后將信息世界轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界。無(wú)論是概念模型還是數(shù)據(jù)模型都要能較好地刻畫(huà)與反映現(xiàn)實(shí)世界，要與現(xiàn)實(shí)世界保持一致。現(xiàn)實(shí)世界中客觀對(duì)象的抽象過(guò)程如圖1-12所示。任務(wù)實(shí)施1. 數(shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)模型是模型中的一種，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象，它描述了系統(tǒng)的三個(gè)方面：靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性和完整性約束條件。因此，數(shù)據(jù)模型通常由三部分組成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性約束。（1） 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對(duì)象類型的集合，用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性，是數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)操作和約束都建立在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有不同的操作和約束。數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主

41、要描述數(shù)據(jù)的類型、內(nèi)容、性質(zhì)以及數(shù)據(jù)間的聯(lián)系等。例如，建立一個(gè)學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)，學(xué)生（對(duì)象）的基本情況（類型）如學(xué)號(hào)、姓名、性別、出生日期、入學(xué)日期、學(xué)制、班號(hào)、宿舍號(hào)等構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫(kù)的基本框架，而每個(gè)學(xué)生的課程信息和成績(jī)信息等對(duì)象與學(xué)生的基本信息存在著數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，這種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)也必須存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)模型按其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同分為層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ汀＃?） 數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象實(shí)例的操作，用于描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。例如，根據(jù)用戶的要求對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除、查詢、修改等各種操作。數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號(hào)、操作規(guī)則（如優(yōu)先級(jí)）以及實(shí)

42、現(xiàn)操作的語(yǔ)言等。（3） 數(shù)據(jù)的完整性約束數(shù)據(jù)的完整性約束是指在給定的數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)所遵守的一組規(guī)則，用以保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的正確性、一致性。例如，學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)中，學(xué)號(hào)作為學(xué)生信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中的唯一標(biāo)志，每個(gè)學(xué)生的學(xué)號(hào)都不能為空值，并且不能有重復(fù)值。此外，數(shù)據(jù)模型還應(yīng)該提供自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(yǔ)義約束條件。例如，在學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫(kù)中規(guī)定學(xué)生的性別只能輸入男或女，輸入的成績(jī)不能超過(guò)100分等，這些系統(tǒng)數(shù)據(jù)的特殊約束要求，用戶能在數(shù)據(jù)模型中自己來(lái)定義并產(chǎn)生制約。2. 概念模型概念模型是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次，是面向數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的實(shí)現(xiàn)

43、世界的模型，主要用來(lái)描述世界的概念化結(jié)構(gòu)，它使數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的初始階段，擺脫計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及DBMS的具體技術(shù)問(wèn)題，集中精力分析數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系等，與具體的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)無(wú)關(guān)。針對(duì)于抽象的信息世界，建立概念模型涉及的一些基本概念。（1） 實(shí)體（Entity）將現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在并可以相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。實(shí)體即可以是具體的事物，例如，一名學(xué)生，一門(mén)課程，也可以是抽象的事件，例如，學(xué)生的選課，老師的授課等都是實(shí)體。（2） 屬性（Attribute）屬性是指實(shí)體所具有的特性，一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性描述。例如，教師實(shí)體可以由教師號(hào)、教師姓名、教師性別、教師職稱等屬性組成。屬性的具體取值稱

44、為屬性值，用來(lái)描述一個(gè)具體實(shí)體。屬性值（10001，張楊，男，講師）具體代表教師實(shí)體的一位教師。（3） 域（Domain）屬性的取值范圍稱為該屬性的域，例如，學(xué)號(hào)的域?yàn)?2位數(shù)字組成的字符編號(hào)集合。（4） 實(shí)體型（Entity Type）用實(shí)體類型名和所有屬性來(lái)共同表示的同一類實(shí)體，稱為實(shí)體型。例如，教師（教師號(hào)、教師姓名、教師性別、教師職稱）就是一個(gè)教師實(shí)體型。（5） 實(shí)體集（Entity Set）同一類型實(shí)體的集合，例如全體學(xué)生就是一個(gè)實(shí)體集，學(xué)生實(shí)體集=張三，李四，張梅。（6） 鍵（Key）鍵是能夠唯一地標(biāo)識(shí)出一個(gè)實(shí)體集中每一個(gè)實(shí)體的屬性或?qū)傩越M合，鍵也被稱為關(guān)鍵字或碼。例如，教師號(hào)在教

45、師實(shí)體中就是鍵。（7） 聯(lián)系（Relationship）實(shí)體集之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為聯(lián)系，它反映了現(xiàn)實(shí)世界事物之間的相互關(guān)聯(lián)，主要指實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系（各屬性之間的聯(lián)系）和實(shí)體間的聯(lián)系。實(shí)體之間的聯(lián)系類型比較復(fù)雜，一般分為一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多三類。 一對(duì)一聯(lián)系（1：1）如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)，反之，實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，也至多有一個(gè)實(shí)體集A的實(shí)體與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對(duì)一聯(lián)系，記作：1：1。例如，每個(gè)班級(jí)只有一個(gè)班長(zhǎng)，班長(zhǎng)和班級(jí)之間是一對(duì)一聯(lián)系。 一對(duì)多聯(lián)系（1：n）如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體與之相對(duì)應(yīng)，反之，如果實(shí)

46、體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之相對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對(duì)多聯(lián)系，記作：1：n。例如，每個(gè)學(xué)生只能屬于一個(gè)班級(jí)，每個(gè)班級(jí)可以有多名學(xué)生，班級(jí)和該班級(jí)中的學(xué)生之間是一對(duì)多聯(lián)系。 多對(duì)多聯(lián)系（m：n）如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n（n0）個(gè)實(shí)體與之相對(duì)應(yīng)，反之，如果實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A也有m（m0）個(gè)實(shí)體與之相對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有多對(duì)多的聯(lián)系，記作：。例如，每個(gè)教師可以上多門(mén)課程，每門(mén)課程又可以被多名教師授課，課程與教師之間是多對(duì)多聯(lián)系。圖1-13 兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系示意圖一對(duì)一一對(duì)多多對(duì)多實(shí)體集A實(shí)體集B實(shí)體集A實(shí)體集A實(shí)

47、體集B實(shí)體集B兩個(gè)實(shí)體型之間的三類聯(lián)系如圖1-13來(lái)表示。任務(wù)實(shí)踐1. 概念模型的表示概念模型的表示方法很多，最常用的是實(shí)體聯(lián)系方法，是由美籍華人陳平山于1976年提出的，它通過(guò)簡(jiǎn)單的圖形方式描述現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)，這種圖稱為實(shí)體聯(lián)系圖，簡(jiǎn)稱E-R圖。E-R圖提供了表示實(shí)體、屬性和聯(lián)系的方法。E-R圖有三個(gè)要素：（1） 實(shí)體用矩形表示實(shí)體，矩形內(nèi)標(biāo)注實(shí)體名稱。（2） 屬性用橢圓表示屬性，橢圓內(nèi)標(biāo)注屬性名稱，并用連線與實(shí)體連接起來(lái)。（3） 實(shí)體之間的聯(lián)系用菱形表示，菱形內(nèi)注明聯(lián)系名稱，并用連線將菱形框分別與相關(guān)實(shí)體相連，并在連線上注明聯(lián)系類型（1：1、1：n或n：m）。屬于學(xué)生學(xué)號(hào)性別姓名出生日期

48、班級(jí)班主任班名班號(hào)1n圖1-15 班級(jí)、學(xué)生的E-R圖班長(zhǎng)班級(jí)學(xué)生班級(jí)教師課程任職所屬授課111nmn（a）1：1聯(lián)系（b）1：n聯(lián)系（c）m：n聯(lián)系圖1-14 兩個(gè)實(shí)體之間的三類聯(lián)系圖1-14所示為兩個(gè)實(shí)體之間的三種聯(lián)系。圖1-15為一個(gè)班級(jí)、學(xué)生的完整E-R圖，班級(jí)實(shí)體型與學(xué)生實(shí)體型之間是一對(duì)多的關(guān)系。2. 層次模型的表示層次模型是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型，用樹(shù)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。現(xiàn)實(shí)世界中很多事物是按層次組織起來(lái)的。層次數(shù)據(jù)模型的提出，首先是為了模擬這種按層次組織起來(lái)的事物，層次數(shù)據(jù)庫(kù)也是按記錄來(lái)存取數(shù)據(jù)的。層次模型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的典型代表是IBM公司

49、的IMS（Information Management System）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，這是一個(gè)曾經(jīng)廣泛使用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。層次模型的表示方法是：樹(shù)的結(jié)點(diǎn)表示實(shí)體集（記錄的型），結(jié)點(diǎn)之間的連線表示相連兩實(shí)體集之間的關(guān)系，這種關(guān)系只能是“1：M”的。通常把表示1的實(shí)體集放在上方，稱為父結(jié)點(diǎn)，表示M的實(shí)體集放在下方，稱為子結(jié)點(diǎn)。（1） 層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次模型有以下兩個(gè)特點(diǎn)： 有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)無(wú)父結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)稱為根節(jié)點(diǎn)。 其他結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)。系教研室教師學(xué)生圖1-16 一個(gè)層次模型的示例在層次模型中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型，記錄之間的聯(lián)系用節(jié)點(diǎn)之間的連線表示這種聯(lián)系是父子之間的一對(duì)多的

50、聯(lián)系。所以層次模型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)只能處理一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)系。每個(gè)記錄類型可包含若干字段，記錄類型描述的是實(shí)體，字段描述的是實(shí)體的屬性。各個(gè)記錄類型及其字段都必須命名，并且名稱要求唯一。若用圖來(lái)表示，層次模型是一棵倒立的樹(shù)。結(jié)點(diǎn)層次從根開(kāi)始定義，根為第一層，根的子女稱為第二層，根稱為其子女的雙親，同一雙親的子女稱為兄弟。圖1-16所示為一個(gè)系的層次模型。層次模型對(duì)具有一對(duì)多層次關(guān)系的描述非常自然、直觀、容易理解，這是層次數(shù)據(jù)庫(kù)的突出優(yōu)點(diǎn)。層次模型中實(shí)體集之間多對(duì)多的聯(lián)系的處理，解決的方法是引入冗余結(jié)點(diǎn)。例如，學(xué)生和課程之間的多對(duì)多的聯(lián)系，引入學(xué)生和課程的冗余結(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換為兩棵樹(shù)：一棵樹(shù)的根是學(xué)生，子結(jié)點(diǎn)

51、是課程，它表現(xiàn)了一個(gè)學(xué)生可以選多門(mén)課程；一棵樹(shù)的根是課程，子結(jié)點(diǎn)是學(xué)生，它反映了一門(mén)課程可以被多個(gè)學(xué)生選。至于冗余結(jié)點(diǎn)可以用虛擬結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)：在冗余結(jié)點(diǎn)處僅存放一個(gè)指針，指向?qū)嶋H結(jié)點(diǎn)。（2） 層次模型的數(shù)據(jù)操作與約束條件 層次模型的樹(shù)是有序樹(shù)（層次順序）。對(duì)任一結(jié)點(diǎn)的所有子樹(shù)都規(guī)定了先后次序，這一限制隱含了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)存取路徑的控制。 樹(shù)中父子結(jié)點(diǎn)之間只存在一種聯(lián)系，因此，對(duì)樹(shù)中的任一結(jié)點(diǎn)，只有一條自根結(jié)點(diǎn)到達(dá)它的路徑。 不能直接表示多對(duì)多的聯(lián)系。 樹(shù)結(jié)點(diǎn)中任何記錄的屬性只能是不可再分的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型。（3） 層次模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)層次數(shù)據(jù)庫(kù)中不僅要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)本身，還要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系，層次模型的數(shù)據(jù)存

52、儲(chǔ)常常是和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的存儲(chǔ)結(jié)合在一起的，常用的實(shí)現(xiàn)方法有兩種。 順序法按照層次順序把所有的記錄鄰接存放，即通過(guò)物理空間的位置相鄰來(lái)實(shí)現(xiàn)層次順序。 指針?lè)ǜ鱾€(gè)記錄存放時(shí)不是按層次順序，而是用指針按層次順序把它們鏈接起來(lái)。（4） 層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)層次模型的優(yōu)點(diǎn)主要如下： 層次模型本身比較簡(jiǎn)單。 對(duì)于實(shí)體間聯(lián)系是固定的，且預(yù)先定義好的應(yīng)用系統(tǒng)，采用層次模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，其性能較優(yōu)。 層次模型提供了良好的完整性支持。層次模型的缺點(diǎn)主要如下： 不能直接實(shí)現(xiàn)多對(duì)多聯(lián)系。 對(duì)插入和刪除限制比較多。 查詢子女節(jié)點(diǎn)必須通過(guò)雙親節(jié)點(diǎn)。 由于結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，層次模型的操作命令趨于程序化。3. 網(wǎng)狀模型及其表示教研室系教師宿舍

53、學(xué)生圖1-17 簡(jiǎn)單的網(wǎng)狀模型在現(xiàn)實(shí)世界中事物之間的聯(lián)系更多的是非層次關(guān)系的。用層次模型表示非樹(shù)形結(jié)構(gòu)是很不直接的，網(wǎng)狀模型則可以克服這一弊病。用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表示實(shí)體類型及其實(shí)體之間聯(lián)系的模型。顧名思義，一個(gè)事物和另外的幾個(gè)都有聯(lián)系這樣構(gòu)成一張網(wǎng)狀圖。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的典型代表是DBTG（Data Base TaskGroup）系統(tǒng)，也稱CODASYL（Conference On Data Systems Language）系統(tǒng)。若用圖表示，網(wǎng)狀模型是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。圖1-17所示為一個(gè)抽象的簡(jiǎn)單的網(wǎng)狀模型。(1) 網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有以下兩個(gè)特征: 允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無(wú)雙親 一個(gè)結(jié)點(diǎn)

54、可以有多于一個(gè)的雙親(2) 網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操作與約束條件網(wǎng)狀模型一般來(lái)講沒(méi)有層次模型那樣嚴(yán)格的完整性的約束條件，但具體的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)操作都加了一些限制，提供了一定的完整性約束。DBTG在模式DDL中提供了定義DBTG數(shù)據(jù)庫(kù)完整性的若干概念和語(yǔ)句，主要如下： 支持記錄碼的概念。例如，學(xué)生記錄的學(xué)號(hào)就是碼，因此數(shù)據(jù)庫(kù)中不允許學(xué)生記錄中學(xué)號(hào)出現(xiàn)重復(fù)值。 保證一個(gè)聯(lián)系中雙親記錄和子女記錄之間是一對(duì)多的聯(lián)系。 可以支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束。例如，有些子女記錄要求雙親記錄存在才能插入、雙親記錄刪除時(shí)也連同刪除。(3) 網(wǎng)狀模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系。具

55、體實(shí)現(xiàn)方法有鏈接法，如：?jiǎn)蜗蜴溄?，雙向鏈接，環(huán)狀鏈接，向首鏈接。(4) 網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)網(wǎng)狀模型的優(yōu)點(diǎn)主要如下： 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。網(wǎng)狀模型的缺點(diǎn)主要如下： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于最終用戶掌握。 其DLL、DML語(yǔ)言復(fù)雜，用戶不容易使用。4. 關(guān)系模型關(guān)系模型是目前最重要的一種模型。關(guān)系模型是由IBM公司的E.F.Codd于1970年首次提出，以后的幾年里陸續(xù)出現(xiàn)了以關(guān)系數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域當(dāng)前的研究工作都是以關(guān)系方法為基礎(chǔ)的。目前廣泛使用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQLServer、Access系列數(shù)據(jù)庫(kù)等。關(guān)系模型是在層次模型和網(wǎng)狀模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，如果說(shuō)層次模型和網(wǎng)狀模型是用“圖”表示實(shí)體及其他聯(lián)系的話，那么關(guān)系模型是用“表”來(lái)表示的，關(guān)系就是二維表格。（1） 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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。每一行稱為