中國石油大學華東數(shù)據(jù)庫課件

1、2021/4/2中國石油大學計算機科學系中國石油大學計算機科學系數(shù)據(jù)庫原理數(shù)據(jù)庫原理第一章第一章 緒論（續(xù)）緒論（續(xù)）2021/4/2第一章第一章 緒論緒論1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.2 數(shù)據(jù)模型1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.5 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域1.6 小結(jié)2021/4/2 1.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 1.2.1 數(shù)據(jù)模型的組成要素 1.2.2 概念模型 1.2.3 最常用的數(shù)據(jù)模型 1.2.4 層次模型 1.2.5 網(wǎng)狀模型 1.2.6 關(guān)系模型2021/4/2 1.2.5 網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型1. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操縱3. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整

2、性約束 4. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu) 5. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點6. 典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2021/4/21.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n網(wǎng)狀模型滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為網(wǎng)狀模型。網(wǎng)狀模型。1. 允許一個以上的結(jié)點無雙親；允許一個以上的結(jié)點無雙親；2. 一個結(jié)點可以有多于一個的雙親一個結(jié)點可以有多于一個的雙親。2021/4/2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1 2R3 L1 L2R1 R1 R2R2 L3 L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4R4 R4 R5R52021/4/2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))n表示方法（與層次數(shù)據(jù)模型相同）實體型實體型：用記錄類型描述。：用記錄類型描述。 每個結(jié)點表示一個記錄類型。每個結(jié)點表示一個記錄類型。屬性屬性：用字段描述。：用字段描述。 每個記錄類型可包含若干個字段。每個記錄類型可包含若干個字段。聯(lián)系聯(lián)系：用結(jié)點之間的連線表示記錄（類）型之：用結(jié)點之間的連線表示記錄（類）型之 間的間的一對多的父子聯(lián)系一對多的父子聯(lián)系。2021/4/2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))n特點n只能直接處理一對多的實體聯(lián)系只能直接處理一對多的實體聯(lián)系n每個記錄類型定義一個排序字段，也稱為碼每個記錄類型定義一個排序字段，也稱為碼字段

4、字段n任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義它的全部意義2021/4/2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))n網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別n網(wǎng)狀模型允許多個結(jié)點沒有雙親結(jié)點網(wǎng)狀模型允許多個結(jié)點沒有雙親結(jié)點n網(wǎng)狀模型允許結(jié)點有多個雙親結(jié)點網(wǎng)狀模型允許結(jié)點有多個雙親結(jié)點n網(wǎng)狀模型允許兩個結(jié)點之間有多種聯(lián)系（復網(wǎng)狀模型允許兩個結(jié)點之間有多種聯(lián)系（復合聯(lián)系）合聯(lián)系）n網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界n層次模型實際上是網(wǎng)狀模型的一個特例層次模型實際上是網(wǎng)狀模型的一個特例2021/4/2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

5、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))1 2R3 L1 L2R1 R1 R2R2 L3 L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4R4 R4 R5R52021/4/2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))1 L1 L2 R22021/4/2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))學生宿舍學生宿舍學生學生教研室教研室系系教師教師2021/4/2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))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)2021/4/2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))多對多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示n用網(wǎng)狀模型用網(wǎng)狀模型間接

6、間接表示多對多聯(lián)系表示多對多聯(lián)系n方法方法 將多對多聯(lián)系將多對多聯(lián)系直接直接分解成一對多聯(lián)系分解成一對多聯(lián)系2021/4/22. 網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱l查詢l插入l刪除l更新2021/4/23.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（如DBTG）對數(shù)據(jù)操縱加了一些限制，提供了一定的完整性約束n碼：唯一標識記錄的數(shù)據(jù)項的集合碼：唯一標識記錄的數(shù)據(jù)項的集合n雙親結(jié)點與子女結(jié)點之間是一對多聯(lián)系雙親結(jié)點與子女結(jié)點之間是一對多聯(lián)系n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2021/4/23. 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型

7、的完整性約束 n完整性約束條件n允許插入尚未確定雙親結(jié)點值的子女結(jié)點值允許插入尚未確定雙親結(jié)點值的子女結(jié)點值n允許只刪除雙親結(jié)點值允許只刪除雙親結(jié)點值2021/4/24.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)n關(guān)鍵n實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系n常用方法n單向鏈接單向鏈接n雙向鏈接雙向鏈接n環(huán)狀鏈接環(huán)狀鏈接n向首鏈接向首鏈接2021/4/25.網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點n優(yōu)點n能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界，如一個結(jié)點可以有能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界，如一個結(jié)點可以有多個雙親多個雙親n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n結(jié)構(gòu)比較復雜，而且隨著應用環(huán)境

8、的擴大，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)比較復雜，而且隨著應用環(huán)境的擴大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復雜，不利于最終用戶掌握的結(jié)構(gòu)就變得越來越復雜，不利于最終用戶掌握nDDL、DML語言復雜，用戶不容易使用語言復雜，用戶不容易使用2021/4/26. 典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)nDBTG系統(tǒng)，亦稱CODASYL系統(tǒng)n由由DBTG提出的一個系統(tǒng)方案提出的一個系統(tǒng)方案n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)n70年代推出年代推出n實際系統(tǒng)nCullinet Software Inc.公司的公司的 IDMSnUnivac公司的公司的 DMS1100nHoneywell公司

9、的公司的IDS/2nHP公司的公司的IMAGE2021/4/2 1.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 1.2.1 數(shù)據(jù)模型的組成要素 1.2.2 概念模型 1.2.3 最常用的數(shù)據(jù)模型 1.2.4 層次模型 1.2.5 網(wǎng)狀模型 1.2.6 關(guān)系模型2021/4/2 1.2.6 關(guān)系模型關(guān)系模型1. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操縱3. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的完整性約束 4. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu) 5. 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點6. 典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 2021/4/2關(guān)系模型關(guān)系模型n最重要的一種數(shù)據(jù)模型。也是目前主要采用的數(shù)據(jù)模型n1970年由美國IBM公司San Jose研究室的研究員E.F

10、.Codd提出n本課程的重點2021/4/2關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) n在用戶觀點下，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。學學生生登登記記表表學學 號號姓姓 名名年年 令令性性 別別系系 名名年年 級級95004王王小小明明19女女社社會會學學9595006黃黃大大鵬鵬20男男商商品品學學9595008張張文文斌斌18女女法法律律學學952021/4/2關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念n關(guān)系（Relation）一個關(guān)系對應通常說的一張表。n元組（Tuple）表中的一行即為一個元組。n屬性（Attribute）表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名

11、稱即屬性名。2021/4/2關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念n主碼（Key）表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。n域（Domain）屬性的取值范圍。n分量元組中的一個屬性值。n關(guān)系模式對關(guān)系的描述關(guān)系名（屬性1，屬性2，屬性n）學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）2021/4/2關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))n實體及實體間的聯(lián)系的表示方法n實體型實體型：直接用關(guān)系（表）表示。：直接用關(guān)系（表）表示。n屬性屬性：用屬性名表示。：用屬性名表示。n一對一聯(lián)系一對一聯(lián)系：隱含在實體對應的關(guān)系中。：隱含在實體對應的關(guān)系中。n一對多聯(lián)系一對多聯(lián)系：隱含在實體對應的關(guān)系中

12、。：隱含在實體對應的關(guān)系中。n多對多聯(lián)系多對多聯(lián)系：直接用關(guān)系表示：直接用關(guān)系表示。2021/4/2關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))例1學生、系、系與學生之間的一對多聯(lián)系：學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）系系 (系號，系名，辦公地點系號，系名，辦公地點)例2系、系主任、系與系主任間的一對一聯(lián)系2021/4/2關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))例3學生、課程、學生與課程之間的多對多聯(lián)系： 學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）課程（課程號，課程名，學分）課程（課

13、程號，課程名，學分）選修（學號，課程號，成績）選修（學號，課程號，成績）2021/4/2關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)續(xù))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)系的每一個分量必須是一個不最基本的規(guī)范條件：關(guān)系的每一個分量必須是一個不可分的數(shù)據(jù)項?？煞值臄?shù)據(jù)項。工工 資資扣扣 除除職職 工工號號姓姓名名職職稱稱基基 本本 工工 齡齡 職職 務務 房房 租租 水水 電電實實發(fā)發(fā)8 8 6 6 0 0 5 5 1 1陳陳 平平講講 師師1 1 0 0 5 59 9 5 51 1 5 56 61 1 2 21 1 1 1 5 5 5 5. . . . . . .

14、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2021/4/22.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱n查詢、插入、刪除、更新n數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對象和操作結(jié)果都是關(guān)系，即若干元組的集合n存取路徑對用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么”，不必詳細說明“怎么干”2021/4/23.關(guān)系模型的完整性約束關(guān)系模型的完整性約束n實體完整性n參照完整性n用戶定義的完整性2021/4/24.關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)n表以文件形式存儲n有的DBMS一個表對應一個操作系統(tǒng)文件n有的DBMS自己設(shè)計文件結(jié)構(gòu)2021/4/25.關(guān)系模型的優(yōu)缺點關(guān)系模型的優(yōu)

15、缺點n優(yōu)點n建立在嚴格的數(shù)學概念的基礎(chǔ)上建立在嚴格的數(shù)學概念的基礎(chǔ)上n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實體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示。實體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示。n對數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系。對數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系。n關(guān)系模型的存取路徑對用戶透明n具有更高的數(shù)據(jù)獨立性，更好的安全保密性具有更高的數(shù)據(jù)獨立性，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2021/4/2關(guān)系模型的優(yōu)缺點關(guān)系模型的優(yōu)缺點(續(xù)續(xù))n缺點存取路徑對用戶透明導致查詢效率往往不如非存取路徑對用戶透明導致查詢效率往往不如

16、非關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型為提高性能，必須對用戶的為提高性能，必須對用戶的查詢請求進行優(yōu)化查詢請求進行優(yōu)化增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度2021/4/26. 典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)nORACLEnSYBASEnINFORMIXnSQL ServernDB/2nCOBASE（北大、人大與中軟）（北大、人大與中軟）nPBASE（中國人民大學）（中國人民大學）nEasyBase（中國人民大學）（中國人民大學）nDM/2（華中理工大學）（華中理工大學）nOpenBase（東大阿爾派）（東大阿爾派）2021/4/2第一章第一章 緒論緒論1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概

17、述1.2 數(shù)據(jù)模型1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.5 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域1.6 小結(jié)2021/4/21.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu) 從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看2021/4/21.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性n小結(jié)2021/4/2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念n“型” 和“值” 的概念n型（Type）對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明n值（Value）是型的一個具體賦值例如：學生

18、記錄例如：學生記錄記錄型：記錄型： （學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）（學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）該記錄型的一個記錄值：該記錄型的一個記錄值： （900201，李明，男，計算機，李明，男，計算機，22，江蘇），江蘇）2021/4/2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念(續(xù)續(xù))n模式（Schema）n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n是型的描述是型的描述n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n模式是相對穩(wěn)定的模式是相對穩(wěn)定的n模式的一個實例（Instance）n模式的一個具體值模式的一個具體值n反映數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)反映數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)

19、n同一個模式可以有很多實例同一個模式可以有很多實例n實例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動實例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動2021/4/2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念(續(xù)續(xù))例如：在學生選課數(shù)據(jù)庫模式中，包含學生記錄、課程記錄和學生選課記錄n2003年的一個學生數(shù)據(jù)庫實例，包含：n2003年學校中所有學生的記錄年學校中所有學生的記錄n學校開設(shè)的所有課程的記錄學校開設(shè)的所有課程的記錄n所有學生選課的記錄所有學生選課的記錄n2002年度學生數(shù)據(jù)庫模式對應的實例與 2003年度學生數(shù)據(jù)庫模式對應的實例是不同的2021/4/21.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的

20、概念n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性n小結(jié)2021/4/2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)2021/4/21模式模式(Schema)n模式（也稱邏輯模式）n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n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一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式n模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層n與數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)與數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)n與具體的應用程序、開發(fā)工具及高級程序設(shè)計語言無關(guān)與具體的應用程序、開發(fā)工具及高級程序設(shè)計語言無關(guān)

21、n模式的定義n數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項的名字、類型、取值范圍等）數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項的名字、類型、取值范圍等）n數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系n數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求2021/4/22. 外模式外模式(External Schema)n外模式（也稱子模式或用戶模式）n數(shù)據(jù)庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的數(shù)據(jù)庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述n數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應用有關(guān)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示的邏輯表示2021/4/2外模式外模式(續(xù)續(xù))n外模

22、式的地位：介于模式與應用之間n模式與外模式的關(guān)系：一對多模式與外模式的關(guān)系：一對多n外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集n一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求的應用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求n對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長度、保密級別等都可以不同度、保密級別等都可以不同n外模式與應用的關(guān)系：一對多n同一外模式也可以為某一用戶的多個應用系統(tǒng)所使同一外模式也可以為某一用戶的多個應用系統(tǒng)所使用，用，n但一個應用程序只能使用一個外

23、模式但一個應用程序只能使用一個外模式。2021/4/2外模式外模式(續(xù)續(xù))n外模式的用途保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個有力措施。保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個有力措施。每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數(shù)據(jù)每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數(shù)據(jù)2021/4/23內(nèi)模式內(nèi)模式(Internal Schema)n內(nèi)模式（也稱存儲模式）n是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述n是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式n記錄的存儲方式（順序存儲，按照記錄的存儲方式（順序存儲，按照B樹結(jié)構(gòu)存儲，樹結(jié)構(gòu)存儲，按按hash方法存儲）方法存儲）n索引的組織方式索引的組織方式n

24、數(shù)據(jù)是否壓縮存儲數(shù)據(jù)是否壓縮存儲n數(shù)據(jù)是否加密數(shù)據(jù)是否加密n數(shù)據(jù)存儲記錄結(jié)構(gòu)的規(guī)定數(shù)據(jù)存儲記錄結(jié)構(gòu)的規(guī)定n一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式2021/4/2內(nèi)模式內(nèi)模式(續(xù)續(xù))n例如學生記錄，如果按堆 存儲，則插入一條新記錄 總是放在學生記錄存儲的 最后，如右圖所示2021/4/2內(nèi)模式內(nèi)模式(續(xù)續(xù))n如果按學號升序存儲，則插入一條記錄就要找到它應在的位置插入，如下圖（b）所示n如果按照學生年齡聚簇存放，假如新插入的S3是16歲，則應插入的位置如下圖（c）所示2021/4/21.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨

25、立性n小結(jié)2021/4/2三級模式與二級映象三級模式與二級映象n三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別n二級映象在DBMS內(nèi)部實現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換u外模式模式映像u模式內(nèi)模式映像2021/4/2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)2021/4/21外模式模式映象外模式模式映象n模式：描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)n外模式：描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)n同一個模式可以有任意多個外模式n每一個外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個外模式模式映象，定義外模式與模式之間的對應關(guān)系n映象定義通常包含在各自外模式的描述中2021/4/2外模式模式映象的用途外模式模式映象的用途保證數(shù)據(jù)的邏輯獨立性n當模式改變時

26、，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外當模式改變時，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外模式模式映象，使外模式保持不變模式模式映象，使外模式保持不變n應用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏應用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。2021/4/22模式內(nèi)模式映象模式內(nèi)模式映象n模式內(nèi)模式映象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應關(guān)系。例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的n數(shù)據(jù)庫中模式內(nèi)模式映象是唯一的n該映象定義通常包含在模式描述中2021/4/2模式內(nèi)模式映象的用途模式內(nèi)模

27、式映象的用途保證數(shù)據(jù)的物理獨立性n當數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另當數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式一種存儲結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式內(nèi)模式映象，使模式保持不變內(nèi)模式映象，使模式保持不變n應用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物應用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性。理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性。2021/4/21.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性n小結(jié)2021/4/2小結(jié)小結(jié)n模式n是數(shù)據(jù)庫的中心與關(guān)鍵n獨立于數(shù)據(jù)庫的

28、其它層次n設(shè)計數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)時應首先確定數(shù)據(jù)庫的邏輯模式2021/4/2小結(jié)小結(jié)(續(xù)續(xù))n內(nèi)模式n依賴于全局邏輯結(jié)構(gòu)，但獨立于數(shù)據(jù)庫的用戶視圖即外模式，也獨立于具體的存儲設(shè)備。n它將全局邏輯結(jié)構(gòu)中所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系按照一定的物理存儲策略進行組織，以達到較好的時間與空間效率。2021/4/2小結(jié)小結(jié)(續(xù)續(xù))n外模式n面向具體的應用程序，定義在邏輯模式之上，但獨立于存儲模式和存儲設(shè)備n設(shè)計外模式時應充分考慮到應用的擴充性。當應用需求發(fā)生較大變化，相應外模式不能滿足其視圖要求時，該外模式就得做相應改動2021/4/2小結(jié)小結(jié)(續(xù)續(xù))n應用程序n在外模式描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上編制的，它依賴于特定的外模

29、式，與數(shù)據(jù)庫的模式和存儲結(jié)構(gòu)獨立。n不同的應用程序有時可以共用同一個外模式。2021/4/2小結(jié)小結(jié)(續(xù)續(xù))n二級映象n保證了數(shù)據(jù)庫外模式的穩(wěn)定性，從而從底層保證了應用程序的穩(wěn)定性，除非應用需求本身發(fā)生變化，否則應用程序一般不需要修改。n數(shù)據(jù)與程序之間的獨立性，使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應用程序中分離出去。n數(shù)據(jù)的存取由DBMS管理 用戶不必考慮存取路徑等細節(jié)，簡化了應用程序的編制，大大減少了應用程序的維護和修改2021/4/21.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu) n從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看n1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)n從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看2021/

30、4/21.3.2 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)外部的體系結(jié)構(gòu)n單用戶結(jié)構(gòu)n主從式結(jié)構(gòu)n分布式結(jié)構(gòu)n客戶/服務器結(jié)構(gòu)n瀏覽器/應用服務器/數(shù)據(jù)庫服務器結(jié)構(gòu)2021/4/21. 單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)n整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(應用程序、DBMS、數(shù)據(jù))裝在一臺計算機上，為一個用戶獨占，不同機器之間不能共享數(shù)據(jù)。n早期的最簡單的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2021/4/22. 2. 主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)n一個主機帶多個終端的多用戶結(jié)構(gòu)n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括應用程序、DBMS、數(shù)據(jù)，都集中存放在主機上，所有處理任務都由 主機來完成n各個用戶通過主機的終端并發(fā)地存取數(shù)據(jù)庫，共享數(shù)據(jù)資源2021

31、/4/2主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主機主機終終端端2021/4/2主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(續(xù)續(xù))n優(yōu)點n易于管理、控制與維護。n缺點n當終端用戶數(shù)目增加到一定程度后，主機的任務會過分繁重，成為瓶頸，從而使系統(tǒng)性能下降。n系統(tǒng)的可靠性依賴主機,當主機出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)都不能使用。2021/4/23. 3. 分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)n數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上是一個整體，但物理地分布在計算機網(wǎng)絡(luò)的不同結(jié)點上。n網(wǎng)絡(luò)中的每個結(jié)點都可以獨立處理本地數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的每個結(jié)點都可以獨立處理本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行局部應用庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行局部應用n同時也

32、可以同時存取和處理多個異地數(shù)據(jù)庫同時也可以同時存取和處理多個異地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行全局應用中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行全局應用2021/4/2分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(續(xù)續(xù))n優(yōu)點n適應了地理上分散的公司、團體和組織對于適應了地理上分散的公司、團體和組織對于數(shù)據(jù)庫應用的需求。數(shù)據(jù)庫應用的需求。n缺點n數(shù)據(jù)的分布存放給數(shù)據(jù)的處理、管理與維護數(shù)據(jù)的分布存放給數(shù)據(jù)的處理、管理與維護帶來困難。帶來困難。n當用戶需要經(jīng)常訪問遠程數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)效率當用戶需要經(jīng)常訪問遠程數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)效率會明顯地受到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹萍s。會明顯地受到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹萍s。2021/4/24 4客戶服務器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)客戶服務器結(jié)

33、構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)n把DBMS功能和應用分開n網(wǎng)絡(luò)中某個（些）結(jié)點上的計算機專門用于網(wǎng)絡(luò)中某個（些）結(jié)點上的計算機專門用于執(zhí)行執(zhí)行DBMSDBMS功能，稱為數(shù)據(jù)庫服務器，簡稱服功能，稱為數(shù)據(jù)庫服務器，簡稱服務器務器n其他結(jié)點上的計算機安裝其他結(jié)點上的計算機安裝DBMSDBMS的外圍應用開的外圍應用開發(fā)工具，用戶的應用系統(tǒng)，稱為客戶機發(fā)工具，用戶的應用系統(tǒng)，稱為客戶機2021/4/2客戶服務器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的種類客戶服務器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的種類n集中的服務器結(jié)構(gòu) 一臺數(shù)據(jù)庫服務器，多臺客戶機一臺數(shù)據(jù)庫服務器，多臺客戶機n分布的服務器結(jié)構(gòu)n在網(wǎng)絡(luò)中有多臺數(shù)據(jù)庫服務器在網(wǎng)絡(luò)中有多臺數(shù)據(jù)庫服務器n分布的服務器結(jié)構(gòu)是

34、客戶服務器與分布的服務器結(jié)構(gòu)是客戶服務器與 分布式數(shù)據(jù)庫的結(jié)合分布式數(shù)據(jù)庫的結(jié)合2021/4/2客戶服務器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點客戶服務器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點n客戶端的用戶請求被傳送到數(shù)據(jù)庫服務器，數(shù)據(jù)庫客戶端的用戶請求被傳送到數(shù)據(jù)庫服務器，數(shù)據(jù)庫服務器進行處理后，只將結(jié)果返回給用戶，從而顯服務器進行處理后，只將結(jié)果返回給用戶，從而顯著減少了數(shù)據(jù)傳輸量著減少了數(shù)據(jù)傳輸量n數(shù)據(jù)庫更加開放數(shù)據(jù)庫更加開放n客戶與服務器一般都能在多種不同的硬件和軟件客戶與服務器一般都能在多種不同的硬件和軟件平臺上運行平臺上運行n可以使用不同廠商的數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)工具可以使用不同廠商的數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)工具2021/4/2客戶服務器結(jié)構(gòu)的缺點客戶

35、服務器結(jié)構(gòu)的缺點“胖客戶”問題：n系統(tǒng)安裝復雜，工作量大。系統(tǒng)安裝復雜，工作量大。n應用維護困難，難于保密，造成安全性差。應用維護困難，難于保密，造成安全性差。n相同的應用程序要重復安裝在每一臺客戶機上，從相同的應用程序要重復安裝在每一臺客戶機上，從系統(tǒng)總體來看，大大浪費了系統(tǒng)資源。系統(tǒng)總體來看，大大浪費了系統(tǒng)資源。系統(tǒng)規(guī)模達到數(shù)百數(shù)千臺客戶機，它們的硬件配置、系統(tǒng)規(guī)模達到數(shù)百數(shù)千臺客戶機，它們的硬件配置、操作系統(tǒng)又常常不同，要為每一個客戶機安裝應用程操作系統(tǒng)又常常不同，要為每一個客戶機安裝應用程序和相應的工具模塊，其安裝維護代價便不可接受了序和相應的工具模塊，其安裝維護代價便不可接受了。20

36、21/4/2瀏覽器瀏覽器/應用服務器應用服務器/數(shù)據(jù)庫服務器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫服務器結(jié)構(gòu)n客戶端： 瀏覽器軟件、用戶界面瀏覽器軟件、用戶界面 瀏覽器的界面統(tǒng)一，廣大用戶容易掌握瀏覽器的界面統(tǒng)一，廣大用戶容易掌握 大大減少了培訓時間與費用。大大減少了培訓時間與費用。n服務器端分為兩部分：nWeb服務器、應用服務器服務器、應用服務器n數(shù)據(jù)庫服務器等數(shù)據(jù)庫服務器等大大減少了系統(tǒng)開發(fā)和維護代價大大減少了系統(tǒng)開發(fā)和維護代價能夠支持數(shù)萬甚至更多的用戶能夠支持數(shù)萬甚至更多的用戶2021/4/2智能卡智能卡移動通信移動通信計算機外設(shè)計算機外設(shè)機頂盒機頂盒零售設(shè)備零售設(shè)備印刷機印刷機復印機復印機互聯(lián)網(wǎng)服務器互聯(lián)網(wǎng)服務器

37、電話交換設(shè)備電話交換設(shè)備嵌入式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)嵌入式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2021/4/2第一章第一章 緒論緒論1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.2 數(shù)據(jù)模型1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.5 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域1.6 小結(jié)2021/4/21.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成n數(shù)據(jù)庫n數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）n應用系統(tǒng)n數(shù)據(jù)庫管理員n（用戶）2021/4/2一、硬件平臺及數(shù)據(jù)庫一、硬件平臺及數(shù)據(jù)庫n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源的要求(1) 足夠大的內(nèi)存n操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)nDBMS的核心模塊的核心模塊n數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)n應用程序應用程序2021/4/2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源的要求數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源的要求 (2) 足夠大的外存n 磁盤或磁盤陣列n操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)nDBMSn應用程序應用程序n數(shù)據(jù)庫及其備份數(shù)據(jù)庫及其備份n 光盤、磁帶n數(shù)據(jù)備份數(shù)據(jù)備份(3) 較高的通道能力，提高數(shù)據(jù)傳送率2021/4/2二、軟件二、軟件nDBMSn操作系統(tǒng)n與數(shù)據(jù)庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng)n以DBMS為核心的應用開發(fā)工具n為特定應用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)2021/4/2三、人員三、人員n數(shù)據(jù)庫管理員n系統(tǒng)分析員n數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員n應用程序員n(最終用戶)2021/4/2人員人員(續(xù)續(xù))n不同的人員涉及不同的數(shù)據(jù)抽象級別，具有不同