數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)

1、第1章數(shù)據(jù)庫根底視頻講解：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)庫標(biāo)準(zhǔn)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)的開展掌握數(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)簡介問亠視頻講解：光盤數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介.exe數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DataBase System, 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)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的開展數(shù)據(jù)庫技術(shù)是應(yīng)數(shù)據(jù)管理

2、任務(wù)的需求而產(chǎn)生的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，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個階段，這3個階段的特點(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)時硬件和軟件設(shè)備都很落后，數(shù)據(jù)根本依賴于人工管理，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)一步開展，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)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

3、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。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)Y、據(jù)庫管理員人員、硬件平臺硬件和軟件平臺軟件 5局部構(gòu)成的運(yùn)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)

4、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：光盤數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu).exe數(shù)據(jù)庫具有一個嚴(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)。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 模式意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。一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式，模式處于三級結(jié)構(gòu)的中間層。定義模式時不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要定義數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，定義與數(shù)據(jù)有

5、關(guān) 的平安性、完整性要求。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。一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。W說明外模式是保證數(shù)據(jù)平安性的一個有力措施。3 .內(nèi)模式內(nèi)模式也稱存儲模式，一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(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。122 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 了兩層映射。3個抽象層次的聯(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1 .外模式/模式映射對應(yīng)于同一個模式可以有任意多個外

6、模式。對于每一個外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個外模式/模式映射。當(dāng)模式改變時，由數(shù)據(jù)庫管理員對各個外模式 /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)庫中只有一個模式和一個內(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，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

7、式。它對客觀事物加以抽象，通過計(jì)算機(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)的核心與根底，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局部組成的。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)那么的集合。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)那么。132 常見的數(shù)

8、據(jù)模型常用的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型主要有層次模型、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，每個表有多個字段列和記錄行，每個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)系模型的根本術(shù)語如下。關(guān)系

9、：一個二維表就是一個關(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)系之間的根本約束。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)庫的標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)化理論認(rèn)為：關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的每一個關(guān)系都要滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)滿足標(biāo)準(zhǔn) 的條件不同，可以分為 5個等級：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)標(biāo)準(zhǔn)到第三

10、范式標(biāo)準(zhǔn)即可滿足需要。第一范式1NF：在一個關(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：假設(shè)關(guān)系模型屬于第一范式，那么關(guān)系中每一個非主關(guān)鍵字段都完全依賴于主 關(guān)鍵字段，不能只局部依賴于主關(guān)鍵字的一局部。第三范式3NF：假設(shè)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。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)原那么數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指對于一個給定的應(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)原那么如下：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)及數(shù)據(jù)依賴

11、 關(guān)系中的冗余局部，使依賴于同一個數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)到達(dá)有效的別離。2保證輸入、修改數(shù)據(jù)時數(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。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，大局部相關(guān)信息都在一個表中。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 有一個匹配行。多對多關(guān)系：是指關(guān)系中每個表的行在相關(guān)表中具有多個匹配行。在數(shù)據(jù)庫中，多對多關(guān)系 的建立是依靠第 3個表稱

12、作連接表實(shí)現(xiàn)的，連接表包含相關(guān)的兩個表的主鍵列，然后從 兩個相關(guān)表的主鍵列分別創(chuàng)立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)庫模型根底上的數(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時選擇"默認(rèn)安裝 ，Access數(shù)據(jù)庫即被安裝到計(jì)算

13、機(jī)上。Microsoft Access是一個非常容易掌握的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，利用它可以創(chuàng)立、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)的一個大型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它為用戶提供了一個平安、可靠、 易管理和高端的客戶/效勞器數(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)

14、計(jì)結(jié)構(gòu)、支持多個不同的開發(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)庫大大地擴(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的根底上大大擴(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

15、BIGINT、SQL_VARIANT和TABLE 、提供了語言排序規(guī)那么、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)在以下兩個方面。1 .統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境SQL Server 2005和Visual Studio 2005擁有一個統(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、平安性和可伸縮性帶來全面提升。

16、2 . .NET框架集成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 2021 數(shù)據(jù)庫SQL Server數(shù)據(jù)庫系列歷經(jīng)屢次升級已經(jīng)開展到 SQL Server 2021 , SQL Server 2021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 2021的企業(yè)版、標(biāo)準(zhǔn) 版和工作組版進(jìn)行簡要說明。SQL Server 2021企業(yè)版是一個全面的數(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

17、擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)倉庫、平安、高級分析和報表支持，這一版本將為您提供更加鞏固的服 務(wù)器和支持大規(guī)模在線事務(wù)處理。SQL Server 2021標(biāo)準(zhǔn)版是一個完整的數(shù)據(jù)管理和業(yè)務(wù)智能平臺，為部門級應(yīng)用提供了最正確的 易用性和可管理性。SQL Server 2021工作組版是一個值得信賴的數(shù)據(jù)管理和報表平臺，用以實(shí)現(xiàn)平安的發(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。145 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作為后臺