數(shù)據(jù)庫第一章

1、一、1 數(shù)據(jù)2 數(shù)據(jù)庫：長(zhǎng)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)的集合。 特點(diǎn)：較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性、易擴(kuò)展性、用戶共享。3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS） 是一個(gè)系統(tǒng)軟件，位于用戶和操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。 功能：數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)組織存儲(chǔ)和管理、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理和運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)庫的建立 和維護(hù)4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）包括：數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員。二、數(shù)據(jù)管理發(fā)展的三個(gè)階段：人工管理階段、文件系統(tǒng)階段、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。其中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段具有高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。數(shù)據(jù)

2、庫系統(tǒng)的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)的共享性高、冗余度低、易擴(kuò)充、數(shù)據(jù)獨(dú)立性高、數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制。數(shù)據(jù)的獨(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，數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性是指用戶的應(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，數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，也就是說數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)變了，但是用戶程序可以不變。數(shù)據(jù)的獨(dú)立性是由DBMS的二級(jí)映像功能實(shí)現(xiàn)。三、數(shù)據(jù)模型1 數(shù)據(jù)模型是用來描述數(shù)據(jù)、組織數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的，是現(xiàn)實(shí)世界的模擬?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均是基于某種數(shù)據(jù)模型的，數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。2 兩類數(shù)據(jù)模型：第一類：概念模型：按用戶的觀點(diǎn)對(duì)

3、數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。第二類：邏輯模型和物理模型 邏輯模型：按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模，主要用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。包括層次模型、網(wǎng) 狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο蟮哪Ｐ汀?物理模型：描述系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存取方法，是面向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的。物理模型的具體實(shí)現(xiàn)是DBMS的任務(wù)，用戶不用考慮。現(xiàn)實(shí)世界中對(duì)客觀對(duì)象的抽象過程：(1)將現(xiàn)實(shí)世界抽象為信息世界（概念模型）(2)將信息世界轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界（DBMS支持的數(shù)據(jù)模型）3 數(shù)據(jù)模型的3個(gè)組成要素：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、完整性約束數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)庫的組成對(duì)象以及對(duì)象之間的聯(lián)系，是刻畫一個(gè)數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常包括：層次結(jié)構(gòu)、網(wǎng)

4、狀結(jié)構(gòu)、關(guān)系結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述，數(shù)據(jù)操作是對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的描述。4 概念模型概念模型中的主要概念：實(shí)體、屬性、碼、域、實(shí)體型（實(shí)體名+屬性）、實(shí)體集、聯(lián)系。兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系：1:n, n:1, n:m。多個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系單個(gè)實(shí)體型內(nèi)部的聯(lián)系（注意表示方法）概念模型的表示方法：實(shí)體-聯(lián)系模型（ER圖）概念模型的作用：用于信息世界的建模，是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的第一層抽象，是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的有力工具，也是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員和用戶之間進(jìn)行交流的語言。5 關(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。每個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一張規(guī)范的二維表。關(guān)系模型中的術(shù)語：元組、屬

5、性、碼、域、分量、關(guān)系模式其中關(guān)系模式的表示：關(guān)系名（屬性1，屬性2，）在關(guān)系模型中，實(shí)體以及實(shí)體之間的聯(lián)系是用關(guān)系表示，也即在二維表中呈現(xiàn)。關(guān)系模型要求關(guān)系必須是規(guī)范化，每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式模式是數(shù)據(jù)庫中的全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，僅僅涉及型的描述，不涉及具體的值。2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)外模式、模式、內(nèi)模式外模式：用戶模型，是數(shù)據(jù)庫用戶可以看到和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)的特征的描述，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。一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)外模式，同一外模式也可以為某一用戶的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)所使用，但一個(gè)應(yīng)用程序

6、只能使用一個(gè)外模式。模式：一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式內(nèi)模式:物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)模式方式的描述，一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。3 數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映像為了能夠在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換。兩級(jí)映像保證了數(shù)據(jù)庫系統(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。外模式/模式映像：模式描述全局的邏輯結(jié)構(gòu)，外模式描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)。模式：外模式=1：n，對(duì)于每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫都有一個(gè)外模式/模式映像。（如何通過外模式/模式保持?jǐn)?shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性？）當(dāng)模式改變的時(shí)候，DBA可以對(duì)模式/外模式映像做改變，保證外模式不變，應(yīng)用程序是依據(jù)外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不變，保證了數(shù)據(jù)的邏

7、輯獨(dú)立性。模式/內(nèi)模式映像數(shù)據(jù)庫中只有一個(gè)模式，也只有一個(gè)外模式，因而模式/內(nèi)模式映像是唯一的，定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。（如何通過模式/內(nèi)模式保持?jǐn)?shù)據(jù)的物理獨(dú)立性？）數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，DBA對(duì)模式/內(nèi)模式做改變，從而保持模式不變，應(yīng)用程序也不必改變，保證了數(shù)據(jù)和程序的物理獨(dú)立性。4 數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的DBMS為三級(jí)模式結(jié)構(gòu)提供了兩層映像機(jī)制：外模式/模式映像和模式/內(nèi)模式映像。這兩層映像機(jī)制保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。 外模式/模式映像定義了數(shù)據(jù)庫中不同用戶的外模式與數(shù)據(jù)庫邏輯模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 當(dāng)數(shù)據(jù)庫模式發(fā)生變

8、化時(shí)，例如關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中增加新的關(guān)系、改變關(guān)系的屬性數(shù)據(jù)類型等，可以調(diào)整外模式/模式間的映像關(guān)系，保證面向用戶的各個(gè)外模式不變。應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序的邏輯獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。 模式/內(nèi)模式映像定義了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的物理存儲(chǔ)組織結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 當(dāng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，即內(nèi)模式發(fā)生變化，例如定義和選用了另一種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可以調(diào)整模式/內(nèi)模式映像關(guān)系，保持?jǐn)?shù)據(jù)庫模式不變，從而使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外模式和各個(gè)應(yīng)用程序不必隨之改變。這樣就保證了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序間的物理獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性

9、。5 為什么數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)立性？有了數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)的訪問是要通過DBMS進(jìn)行的，程序不能直接操作數(shù)據(jù)本身。而且DBMS提供了兩層映像機(jī)制：外模式/模式映像和模式/內(nèi)模式映像。這兩層映像機(jī)制保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。五、關(guān)系數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)：1）數(shù)據(jù)集中控制，在文件管理方法中，文件是分散的，每個(gè)用戶或每種處理都有各自的文件，這些文件之間一般是沒有聯(lián)系的，因此，不能按照統(tǒng)一的方法來控制、維護(hù)和管理。而數(shù)據(jù)庫則很好地克服了這一缺點(diǎn)，可以集中控制、維護(hù)和管理有關(guān)數(shù)據(jù)。2）數(shù)據(jù)獨(dú)立，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)獨(dú)立于應(yīng)用程序，包括數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性，給數(shù)據(jù)庫的使用、調(diào)整、優(yōu)化和進(jìn)一步擴(kuò)充提供了方便，提高了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3）數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以供多個(gè)用戶使用，每個(gè)用戶只與庫中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)生聯(lián)系；用戶數(shù)據(jù)可以重疊，用戶可以同時(shí)存取數(shù)據(jù)而互不影響，大大提高了數(shù)據(jù)庫的使用效率。4）減少數(shù)據(jù)冗余，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是面向應(yīng)用，而是面向系統(tǒng)。數(shù)據(jù)統(tǒng)一定義、組織和存儲(chǔ)，集中管理，避免了不必要的數(shù)據(jù)冗余，也提高了數(shù)據(jù)的一致性。5）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，整個(gè)數(shù)據(jù)庫按一定的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，