數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用(MySQL版)完教學(xué)課件完整版電子教案

1、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識(shí)第1章數(shù)據(jù)庫基本情況介紹數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的有效技術(shù)，是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)向各行各業(yè)的滲透。如今信息已成為各個(gè)部門的重要財(cái)富和資源。建立一個(gè)滿足各級(jí)部門信息處理要求的行之有效的信息系統(tǒng)也成為一個(gè)企業(yè)或組織生存和發(fā)展的重要條件。因此，作為信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫得到越來廣泛的應(yīng)用。 數(shù)據(jù)庫的建設(shè)規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度也已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家信息化 程度的重要標(biāo)志。數(shù)據(jù)庫基本情況介紹數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展成就：經(jīng)歷了3代演變：層次/網(wǎng)狀系統(tǒng)、關(guān)系系統(tǒng)、新一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)造就了4位圖靈獎(jiǎng)得主： C.W. Bachman（查爾斯 巴赫曼）、 E.

2、F.Codd（埃德加 科德）、J. Gray（詹姆斯 格雷）和 Michael Stonebraker（邁克爾 斯通 布雷克）發(fā)展了1門計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)科：數(shù)據(jù)建模和DBMS核心技術(shù)為主，內(nèi)容豐富領(lǐng)域?qū)拸V帶動(dòng)了1個(gè)巨大軟件產(chǎn)業(yè)：DBMS及相關(guān)工具產(chǎn)品、應(yīng)用套件、解決方案今天，隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件技術(shù)的進(jìn) 步以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所管理的數(shù)據(jù)以及應(yīng)用環(huán)境發(fā)生了很大的變化。其 表現(xiàn)為數(shù)據(jù)種類越來越多、數(shù)據(jù)越來越復(fù)雜、數(shù)據(jù)量劇增、應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，可以說數(shù)據(jù)管理無處不需無處不在，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為每個(gè)人生活中不可缺少的一部分。四位圖靈獎(jiǎng)得主詹姆斯格雷（1998）查爾斯巴赫曼 （1973）埃德加科德

3、（1981）邁克爾斯通布雷克（2014）Charles.W.Bachman網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫之父1960年為通用電氣制造了世界上第一個(gè)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)IDS積極推動(dòng)與促成了數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)的制定：DBTG報(bào)告 在數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展與推廣應(yīng)用方面都發(fā)揮了巨大的作用 由于他在數(shù)據(jù)庫方面的杰出成就1973獲圖靈獎(jiǎng)1983年成立自己的公司：Bachman Information SystemEdgar F.Codd 博士關(guān)系數(shù)據(jù)庫之父 美國工程院院士原是英國人，1923生于英格蘭中部波特蘭第二次世界大戰(zhàn)時(shí)應(yīng)征入伍，在皇家空軍服役。1942-1945年間任機(jī)長，參與了許多驚心動(dòng)魄的空戰(zhàn)。英國牛津大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)理學(xué)士及

4、碩士學(xué)位，畢業(yè)后到IBM公司工作從事操作系統(tǒng)和自動(dòng)機(jī)理論研究。年近40重返密歇根大學(xué)進(jìn)修計(jì)算機(jī)與通信專業(yè)，1963年獲得碩士學(xué)位，1965年又獲得博士學(xué)位。60年代后期開始數(shù)據(jù)庫研究, 1970年E.F.Codd 博士提出關(guān)系模型概念(CACM,Vol.13, Vol.6, 1970 )。1981年獲圖靈獎(jiǎng)，84年從IBM公司退休。還創(chuàng)辦了一個(gè)研究所：關(guān)系研究所（The Relational Institute）和一個(gè)公司：Codd & Associations，進(jìn)行關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的研發(fā)、銷售、咨詢等業(yè)務(wù)。James Gray數(shù)據(jù)庫技術(shù)和事務(wù)處理專家1944年生，美國加州大學(xué)伯克利分校計(jì)算機(jī)科

5、學(xué)系博士。先后在貝爾實(shí)驗(yàn)室、IBM、Tandem、DEC等公司工作，研究方向轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域。 由于他在數(shù)據(jù)庫和事務(wù)處理研究方面的原創(chuàng)性貢獻(xiàn)以及在將研究原型轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面的技術(shù)領(lǐng)袖地位，1998年獲獎(jiǎng)(時(shí)任微軟研究員)。2007年1月28日失蹤。 Michael Stonebraker現(xiàn)代主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構(gòu)的奠基人大數(shù)據(jù)之父發(fā)明了許多幾乎所有現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所用的概念，創(chuàng)辦了無數(shù)成功的數(shù)據(jù)庫技術(shù)公司。獲得美國工程院院士、IEEE軟件系統(tǒng)獎(jiǎng)、馮諾依曼獎(jiǎng)和第一屆SIGMOD Edgar F. Codd創(chuàng)新獎(jiǎng)等多個(gè)重量級(jí)榮譽(yù)。2014年獲圖靈獎(jiǎng)。我國的數(shù)據(jù)庫發(fā)展立足應(yīng)用、開發(fā)自主的數(shù)據(jù)庫系

6、統(tǒng)科學(xué)研究與國際研究方向同步產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用集成創(chuàng)21世紀(jì)研究開發(fā)應(yīng)用趕90年代外國專家來華講學(xué)中國專家出國進(jìn)修國家攻關(guān)、863高技術(shù)項(xiàng)目、國家自然基金等等請進(jìn)來走出去學(xué)80年代1976年薩師煊教授將數(shù)據(jù)庫概念引入國內(nèi)，在全國講學(xué)，在人大開設(shè)數(shù)據(jù)庫課引進(jìn)看70年代本章要點(diǎn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫的四個(gè)基本概念數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理的中心問題數(shù)據(jù)處理是指對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、加工和傳播的一系列活動(dòng)的總和數(shù)據(jù)管理是指對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)就是應(yīng)數(shù)據(jù)管理任務(wù)的需要而產(chǎn)生的，是當(dāng)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，在計(jì)算機(jī)軟硬件

7、發(fā)展的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要經(jīng)歷了人工管理、文件管理、數(shù)據(jù)庫管理這三個(gè)階段。人工管理階段（1）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(shí)的硬件狀況是外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤等直接存取設(shè)備；軟件的狀況是沒有操作系統(tǒng)，也沒有管理數(shù)據(jù)的專門軟件；數(shù)據(jù)的處理方式是批處理。人工管理階段有如下幾個(gè)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)不能長期保存應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性人工管理階段（2）人工管理階段，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的一一對應(yīng)關(guān)系文件管理階段（1）20世紀(jì)50年代后期到60年代中期，計(jì)算機(jī)開始大量應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理。硬件方面有了磁盤、磁鼓等直接存取設(shè)備，軟件方面，操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了專門的

8、數(shù)據(jù)管理軟件，一般稱為文件系統(tǒng)；處理方式上不僅有了批處理，還能夠聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理。文件管理階段的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)可以長期保存由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)文件管理也存在一定的缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)的冗余度較大，共享性差數(shù)據(jù)的獨(dú)立性差文件管理階段（2）文件管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理階段（1）20世紀(jì)60年代后期以來，計(jì)算機(jī)管理的對象規(guī)模越來越大，應(yīng)用范圍越來越廣泛，數(shù)據(jù)量急劇增加，同時(shí)多種應(yīng)用、多種語言互相覆蓋地共享數(shù)據(jù)集合的要求越來越強(qiáng)烈。硬件方面，已有大容量磁盤，硬件價(jià)格下降；軟件價(jià)格上升，編制和維護(hù)軟件所需要的成本相對增加；其中維護(hù)的成本會(huì)更多一些；在處理方式上，聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理要求更多，并開始提出和考慮分

9、布處理。在這種背景下，出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)比文件系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，從文件系統(tǒng)到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)標(biāo)志著數(shù)據(jù)管理技術(shù)的飛躍。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的出現(xiàn)使信息系統(tǒng)從以加工數(shù)據(jù)的程序?yàn)橹行霓D(zhuǎn)向圍繞共享的數(shù)據(jù)庫為中心的新階段。這樣既便于數(shù)據(jù)的集中管理，又能簡化應(yīng)用程序的研制和維護(hù)，提高了數(shù)據(jù)的利用率和相容性，提高了決策的可靠性。數(shù)據(jù)庫管理階段（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的四個(gè)基本概念數(shù)據(jù)庫的四個(gè)基本概念與數(shù)據(jù)庫技術(shù)密切相關(guān)的4個(gè)基本概念包括：數(shù)據(jù)（Data）數(shù)據(jù)庫（DB，DataBase）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS，DataBase Manag

10、ement System）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS，DataBase System）數(shù)據(jù)（Data）（1）描述事物的符號(hào)記錄稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對象，它的表現(xiàn)形式可以是數(shù)字，也可以是文字、圖形、圖像、音頻、視頻等，他們都可以經(jīng)過數(shù)字化后存入計(jì)算機(jī)中?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理的對象十分廣泛，表示這些對象的數(shù)據(jù)也變得越來越復(fù)雜。數(shù)據(jù)（Data）（3）需要注意的是僅有數(shù)據(jù)記錄并不能完全表達(dá)它所代表的含義，需要經(jīng)過解釋。數(shù)據(jù)及其語義是不可分的，沒有語義的數(shù)據(jù)是沒有意義和不完整的。例如：109是一個(gè)數(shù)據(jù)語義1：現(xiàn)代漢語詞典的單價(jià)109元語義2：某個(gè)小朋友的身高109厘米語義3：某專業(yè)學(xué)生人數(shù)等等數(shù)據(jù)

11、庫（DB）數(shù)據(jù)庫，簡單的理解就是數(shù)據(jù)的倉庫。只不過這個(gè)倉庫是在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備上，而且數(shù)據(jù)是按一定的格式存放的。嚴(yán)格來講，數(shù)據(jù)庫是長期存儲(chǔ)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。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存，具有較小的冗余度（redundancy）、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性（data independency）和易擴(kuò)展性（scalability），并可為各種用戶共享。數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)永久存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)需要永久存儲(chǔ)，便于人們充分地利用這些數(shù)據(jù)。有組織 數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不僅要能夠表示數(shù)據(jù)本身，還要能夠表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。 可共享 數(shù)據(jù)庫中

12、的數(shù)據(jù)可以為用戶共享，因此冗余度較小、數(shù)據(jù)獨(dú)立性較高且容易擴(kuò)展。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）（1）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶和操作系統(tǒng)之間的一個(gè)專門為數(shù)據(jù)庫的建立、使用、維護(hù)而配置的軟件。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和操作系統(tǒng)一樣是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)軟件，也是一個(gè)大型復(fù)雜的軟件系統(tǒng)。常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有SQL Server、ORACLE、MySQL等。國產(chǎn)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品都有哪些？是由哪些公司開發(fā)的？都應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）（2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能包括：數(shù)據(jù)定義功能數(shù)據(jù)操縱功能數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理數(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)功能其他功能數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）（3）數(shù)據(jù)庫管理

13、系統(tǒng)的主要功能之?dāng)?shù)據(jù)定義功能：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)定義語言（Data Definition Language，DDL），用戶通過它可以方便地對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)對象的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義。CREATE數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）（4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能之?dāng)?shù)據(jù)操縱功能：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)操縱語言（Data Manipulation Language，DML），用戶可以使用該語言操縱數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的基本操作，包括插入(INSERT)、刪除(DELETE)、修改(UPDATE)和查詢(SELECT)等。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）（5）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能之?dāng)?shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理：數(shù)據(jù)庫

14、管理系統(tǒng)要分類組織、存儲(chǔ)和管理各種數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)字典、用戶數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的存取路徑等。要確定以何種文件結(jié)構(gòu)和存取方式在存儲(chǔ)級(jí)上組織這些數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）（6）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能之?dāng)?shù)據(jù)庫的事務(wù)管理和運(yùn)行管理：數(shù)據(jù)庫在建立、運(yùn)用和維護(hù)時(shí)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用和發(fā)生故障之后的系統(tǒng)恢復(fù)。數(shù)據(jù)的安全性是指保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法使用造成的數(shù)據(jù)泄密和破壞。數(shù)據(jù)的完整性是指數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。并發(fā)控制是指當(dāng)多個(gè)用戶的并發(fā)進(jìn)程同時(shí)存取、修改數(shù)據(jù)庫時(shí)，為避免相互干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果或使得數(shù)據(jù)庫的完整性遭到破

15、壞而采用的控制手段。數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)功能是指當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件故障、軟件故障、操作人員的失誤和故意破壞等因素造成數(shù)據(jù)庫部分或者全部數(shù)據(jù)的丟失時(shí)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一個(gè)已知的正確狀態(tài)的功能。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）（7）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能之?dāng)?shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能：數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能是指數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢 復(fù)功能，數(shù)據(jù)庫的重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）（8）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能之其他功能：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)中其他軟件系統(tǒng)的通信功能，一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與另一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，異構(gòu)數(shù)

16、據(jù)庫之間的互訪和互操作功能等。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫管理員（DBA,DataBase Administrator）組成的存儲(chǔ)、管理、處理和維護(hù)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的組織、存取、管理和維護(hù)等基礎(chǔ)功能，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用需求使用數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫管理員負(fù)責(zé)全面管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在一般不引起混淆的情況下，人們常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，這是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一。數(shù)據(jù)的共享性高、冗余度低且易于擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體的角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)

17、據(jù)不再面向某個(gè)應(yīng)用，而是面向整個(gè)系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用共享使用。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)（2）數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)庫的獨(dú)立性是數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性。物理獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)是相互獨(dú)立的數(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)立的數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫安全性保護(hù)、完整性檢查、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）考查數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以有多種不同的層次或者不同的角度從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度來看，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)

18、、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。這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)人員的角度來看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由外模式、模式和內(nèi)模式三級(jí)構(gòu)成。模式（1）模式也稱邏輯模式，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。模式實(shí)際上是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)在邏輯級(jí)上的視圖。數(shù)據(jù)庫模式是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者以某一種數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，統(tǒng)一綜合地考慮了所有用戶的邏輯結(jié)構(gòu)，并將這些需求有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)邏輯整體。模式（2）定義模式時(shí)不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，例如數(shù)據(jù)記錄由哪些數(shù)

19、據(jù)項(xiàng)構(gòu)成，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。一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式。它是由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的模式數(shù)據(jù)定義語言（模式DDL）嚴(yán)格定義。外模式（1）外模式又稱子模式或者用戶模式，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。外模式通常是模式的子集。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，但是一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式。外模式（2）外模式是保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個(gè)有力措施，每個(gè)用戶只能看見和訪問所對應(yīng)

20、的外模式之中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫中的其余數(shù)據(jù)是不可見的。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供外模式數(shù)據(jù)定義語言（外模式DDL）來嚴(yán)格地定義外模式。內(nèi)模式內(nèi)模式也稱存儲(chǔ)模式，一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式。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)庫內(nèi)部的組織方式。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供內(nèi)模式數(shù)據(jù)定義語言（內(nèi)模式DDL）來定義內(nèi)模式。兩級(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，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在這三級(jí)模式之間提供了兩層映像：外模式/模式映像和模式/內(nèi)模式映像。正是這兩層映像保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E外模式1外模式2外模式3模式內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫外模式

21、/模式映像模式/內(nèi)模式映像外模式/模式映像對于每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個(gè)外模式/模式映像，它定義了該外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系。這些映像定義通常包含在各自外模式的描述中。當(dāng)模式改變時(shí)（例如增加新的關(guān)系、新的屬性、改變屬性的數(shù)據(jù)類型等），由數(shù)據(jù)庫管理員對各個(gè)外模式/模式映像作相應(yīng)改變，可以使外模式保持不變，應(yīng)用程序依據(jù)外模式編寫，從而應(yīng)用程序不必改變，保證了數(shù)據(jù)與程序之間的邏輯獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(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)內(nèi)模式，所以模式/內(nèi)模式映像是唯一的，他定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。該映像通常包含在模式描述中當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)

22、（例如選用了另外一種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)），由數(shù)據(jù)庫管理員對模式/內(nèi)模式映像作相應(yīng)改變，可以使模式保持不變，從而應(yīng)用程序也不必改變，保證了數(shù)據(jù)與程序之間的物理獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。三級(jí)模式結(jié)構(gòu)小結(jié)（1）在數(shù)據(jù)庫的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫模式即全局邏輯結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫的中心與關(guān)鍵，因此設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)首先確定數(shù)據(jù)庫的邏輯模式。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式依賴于它的全局邏輯結(jié)構(gòu)，但獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的用戶視圖，即外模式，也獨(dú)立于具體的存儲(chǔ)設(shè)備。數(shù)據(jù)庫的外模式面向具體的應(yīng)用程序，它定義在邏輯模式之上，但獨(dú)立于存儲(chǔ)模式和存儲(chǔ)設(shè)備，設(shè)計(jì)外模式時(shí)應(yīng)充分考慮到應(yīng)用的擴(kuò)充性。三級(jí)模式結(jié)構(gòu)小結(jié)（2）特定的應(yīng)用程序是在外模式描述的數(shù)據(jù)結(jié)

23、構(gòu)上編制的，它依賴于特定的外模式，于數(shù)據(jù)庫的模式和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)獨(dú)立。不同的應(yīng)用程序有時(shí)可以共用同一個(gè)外模式。數(shù)據(jù)與程序之間的獨(dú)立性使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程序中分離出去。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般是由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其應(yīng)用開發(fā)工具）、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫管理員組成。數(shù)據(jù)庫及硬件平臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量都很大，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)豐富的功能使得其自身的規(guī)模也很大，因此整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源提出了較高的要求。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（2）軟件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件主要包括：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、具有與數(shù)據(jù)庫接口的高級(jí)程序語言及其編譯系統(tǒng)、以數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為核心的應(yīng)用開發(fā)工具以及為特定應(yīng)用環(huán)境開發(fā)

24、的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。人員開發(fā)、管理和使用數(shù)據(jù)庫的人員主要包括數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）、系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員、應(yīng)用程序員和最終用戶。不同的人員涉及不同的數(shù)據(jù)抽象級(jí)別，具有不同的數(shù)據(jù)視圖，也具有不同的職責(zé)。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型（1） 數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，了解數(shù)據(jù)模型的基本概念是學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。模型是指對現(xiàn)實(shí)世界中某個(gè)對象特征的模擬和抽象，如飛機(jī)模型、火車模型等。數(shù)據(jù)模型（2） 數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象，也就是說數(shù)據(jù)模型是用來描述數(shù)據(jù)、組織數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面的要求：一是能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界，二是容易為人所理解，三是便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。根據(jù)模型應(yīng)用

25、的不同目的，使用的數(shù)據(jù)模型有：概念模型、邏輯模型和物理模型。數(shù)據(jù)模型（3）概念模型也稱信息模型，它是按用戶的觀點(diǎn)來對數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。邏輯模型是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模，主要用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。物理模型是對數(shù)據(jù)最底層的抽象，它描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存取方法，或在磁盤或磁帶上的存儲(chǔ)方式和存取方法，是面向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的。數(shù)據(jù)模型（4）為了把現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物抽象、組織為某一數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(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。這就是三個(gè)世界的假設(shè)。數(shù)據(jù)模型（5）數(shù)據(jù)模型的組成要素：一般來講，數(shù)據(jù)模型是嚴(yán)格定義的一組概念

26、的集合。這些概念精確地描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動(dòng)態(tài)特性和完整性約束條件。因此數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)的完整性約束條件三部分組成。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所描述的對象類型的集合，是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要描述數(shù)據(jù)庫的組成對象以及對象之間的聯(lián)系。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，人們通常按照其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述。是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象的值允許執(zhí)行的操作的集合。包括操作以及有關(guān)的操作規(guī)則。數(shù)據(jù)庫中主要有查詢和更新（包括插入、刪除和修改）兩類操作。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)則和實(shí)現(xiàn)操作的語言。數(shù)據(jù)完整性約束條件數(shù)據(jù)的完整性約束

27、條件是一組完整性規(guī)則。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)系所具有的制約和依存規(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，來保證數(shù)據(jù)庫正確、有效和相容。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該反映和規(guī)定其必須遵守的基本的和通用的約束條件，還應(yīng)該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條件。概念模型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，主要用于信息世界的建模，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。概念模型中的概念（1）實(shí)體（entity）：客觀存在并相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。實(shí)體可以是具體的人、事、物，也可以是抽象地概念或聯(lián)系。例如學(xué)生、課程、教師、圖書、

28、演出等等屬性（attribute）：實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性學(xué)生的屬性有學(xué)號(hào)、姓名、性別、身份證號(hào)等等碼（key）：唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集稱為碼例如學(xué)生的學(xué)號(hào)、圖書的ISBN號(hào)等等概念模型中的概念（2）實(shí)體型（entity type）：具有相同屬性的實(shí)體必然具有共同的特征和性質(zhì)，用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實(shí)體，稱為實(shí)體型。例如，學(xué)生（學(xué)號(hào)，學(xué)生姓名，性別，出生日期，所屬專業(yè) 編號(hào)，入學(xué)日期，借閱類型編號(hào)）就是一個(gè)實(shí)體型實(shí)體集（entity set）：同一類型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集例如全體學(xué)生的集合就是一個(gè)實(shí)體集。概念模型中的概念（3）聯(lián)系（relationship）：在現(xiàn)實(shí)世界中，

29、事物內(nèi)部以及事物之間是有聯(lián)系的，這些聯(lián)系在信息世界中反映為實(shí)體（型）內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體（型）之間的聯(lián)系。實(shí)體之間的聯(lián)系有一對一、一對多和多對多等多種類型。概念模型的表示方法很多，其中最為常用的是P.P.S.Chen于1976年提出的實(shí)體-聯(lián)系方法（Entity-Relationship approach）。該方法用E-R圖（E-R diagram）來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型，E-R方法也稱為E-R模型。常用的數(shù)據(jù)模型層次模型（1）層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型。層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表是1968年IBM公司推出的第一個(gè)大型商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的IMS（Information Managem

30、ent System）系統(tǒng)。層次模型是用樹形結(jié)構(gòu)來表示現(xiàn)實(shí)世界中各事物之間的聯(lián)系。層次模型（2）現(xiàn)實(shí)世界中許多實(shí)體之間的聯(lián)系呈現(xiàn)出一種很自然的層次關(guān)系，如一個(gè)單位的行政機(jī)構(gòu)、一個(gè)家庭的家族關(guān)系等層次模型具有層次清晰、構(gòu)造簡單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但由于受到上述兩個(gè)條件的限制， 它可以比較方便地表示出一對一和一對多的聯(lián)系，但不能直接表示出多對多的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型（1）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用網(wǎng)狀模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的典型代表是DBTG系統(tǒng)，也稱CODASYL系統(tǒng)。這是20世紀(jì)70年代數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言研究會(huì)（CODASYL，Conference On Data System Language）下屬

31、的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組（DBTG，Data Base Task Group）提出的一個(gè)系統(tǒng)方案。網(wǎng)狀模型用以實(shí)體為結(jié)點(diǎn)的有向圖來表示各實(shí)體及其之間的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型（2）網(wǎng)狀模型可以表示現(xiàn)實(shí)世界中非層次的更復(fù)雜的關(guān)系，適用于表示多對多的關(guān)系，層次模型實(shí)際上是網(wǎng)狀模型的一個(gè)特例。 網(wǎng)狀模型能夠更直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，具有良好的性能，存取效率較高。但是網(wǎng)狀模型比較復(fù)雜，用戶不容易掌握和使用關(guān)系模型關(guān)系模型是最重要的一種數(shù)據(jù)模型。1970年，美國IBM公司San Jose研究室的研究員E.F.Codd首次提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系模型，開創(chuàng)了數(shù)據(jù)庫關(guān)系方法和關(guān)系數(shù)據(jù)理論的研究，為數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)，由于E.F

32、.Codd的杰出工作，他于1981年獲得ACM圖靈獎(jiǎng)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫所謂關(guān)系數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)組織的邏輯結(jié)構(gòu)一定是采用關(guān)系模型。與早期的層次模型和網(wǎng)狀模型不同，關(guān)系模型是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上的。按照數(shù)據(jù)模型的三要素，關(guān)系模型是由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合和關(guān)系完整性約束三部分組成的。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）學(xué)院編號(hào)學(xué)院名稱院長電話地址01管理學(xué)院張華80669318學(xué)院辦公室-管理學(xué)院樓319房間02信息學(xué)院李麗美80665376學(xué)院辦公室-信息學(xué)院樓407房間03機(jī)械學(xué)院王永超80665516學(xué)院辦公室-機(jī)械與紡織學(xué)院樓508房間關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常簡單，只包含單一的數(shù)據(jù)

33、結(jié)構(gòu)關(guān)系。在用戶看來，關(guān)系就是一張規(guī)范化的二維表。在關(guān)系模型中，現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體之間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來表示。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）域（domain）：域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。如表示性別的集合男，女、表示成績的范圍0到100之間正整數(shù)等。笛卡爾積（cartesian product）：笛卡爾積是域上的一種集合運(yùn)算。給定一組域D1，D2，Dn，允許其中某些域是相同的，D1，D2，Dn的笛卡爾積為其中每一個(gè)元素（d1,d2,dn）叫做一個(gè)元組（n-tuple），元素中的每個(gè)值di叫做一個(gè)分量（component）。一個(gè)域允許的不同取值個(gè)數(shù)稱為這個(gè)域的基數(shù)（cartesian n

34、umber）。若Di（i=1，2，n）為有限集，其基數(shù)為mi（i=1，2，n），則D1D2Dn的基數(shù)Mi為關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）笛卡爾積可表示為一張二維表。表中的每行對應(yīng)一個(gè)元組，表中的每一列的值來自個(gè)域。例如，給出如下兩個(gè)域 ： D1= 學(xué)院集合 COLLAGE= 管理學(xué)院，信息學(xué)院，機(jī)械學(xué)院 ，基數(shù)為 3 D2= 院長集合 DEAN= 張華，李麗美，王永超 ，基數(shù)為 3 則 D1、D2 的笛卡爾積為： D1D2=（管理學(xué)院，張華），（管理學(xué)院，李麗美），（管理學(xué)院，王永超）， （信息學(xué)院，張華），（信息學(xué)院，李麗美），（信息學(xué)院，王永超）， （機(jī)械學(xué)院，張華），（機(jī)械學(xué)院，李麗美），（機(jī)

35、械學(xué)院，王永超） 其中，（管理學(xué)院，張華）、（管理學(xué)院，李麗美）等都是元組，管理學(xué)院、張華、李麗美、 機(jī)械學(xué)院等都是分量。 該笛卡爾積的基數(shù)為 33=9，即 D1D2 共有 9 個(gè)元組。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（4）學(xué)院表（COLLAGE, DEAN）關(guān)系（relation）：D1D2Dn的子集叫做在域D1，D2，Dn上的關(guān)系，表示為R(D1，D2，Dn)。這里的R表示關(guān)系的名字，n是關(guān)系的目或度（degree）當(dāng)n=1時(shí)，稱該關(guān)系為單元關(guān)系（unary relation），或一元關(guān)系；當(dāng)n=2時(shí)，稱該關(guān)系為二元關(guān)系（binary relation）關(guān)系是笛卡爾積的子集，所以關(guān)系也是一張二維表關(guān)系模

36、型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（5）元組（tuple）：關(guān)系中每個(gè)元素就是關(guān)系的元組，在二維表上一行即為一個(gè)元組屬性（attribute）：關(guān)系中的每列對應(yīng)于一個(gè)域，由于域可以相同，為了加以區(qū)分，必須給每列起一個(gè)名字，因此表中的一列既是一個(gè)屬性（attribute），n目關(guān)系必然有n個(gè)屬性。給每一個(gè)屬性起的名稱就是屬性名。元組中的每一個(gè)屬性值稱為一個(gè)分量。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（6）學(xué)院編號(hào)學(xué)院名稱院長電話地址01管理學(xué)院張華80669318學(xué)院辦公室-管理學(xué)院樓319房間02信息學(xué)院李麗美80665376學(xué)院辦公室-信息學(xué)院樓407房間03機(jī)械學(xué)院王永超80665516學(xué)院辦公室-機(jī)械與紡織學(xué)院樓508房間（01

37、，管理學(xué)院，張華，80669318，學(xué)院辦公室 - 管理學(xué)院樓 319 房間）就是 一個(gè)元組學(xué)院表有 5 列，即有 5 個(gè)屬性：學(xué)院編號(hào)、學(xué)院名稱、院長、電話和地址。“管理學(xué)院”就是（01，管理學(xué)院， 張華，80669318，學(xué)院辦公室 - 管理學(xué)院樓 319 房間）元組的一個(gè)分量。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（7）碼（key）：若關(guān)系中的某一個(gè)屬性組的值能唯一地表示一個(gè)元組，而其子集不能，則稱該屬性組為候選碼，簡稱碼。若一個(gè)關(guān)系有多個(gè)候選碼，則選定一個(gè)為主碼（Primary Key）。候選碼 中的屬性均稱為主屬性，不包含在任何候選碼中的屬性稱為非主屬性或非碼屬性。在最簡單的情況下，候選碼只包含一個(gè)屬性

38、。在最極端的情況下， 關(guān)系的所有屬性是這個(gè)關(guān)系的候選碼，稱為全碼。如果關(guān)系中某個(gè)屬性或?qū)傩越M并非本關(guān)系的碼，但卻是另外一個(gè)關(guān)系的碼，則稱這樣的屬性或?qū)傩越M為本關(guān)系的外碼（Foreign Key）。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（8）學(xué)院編號(hào)學(xué)院名稱院長電話地址01管理學(xué)院張華80669318學(xué)院辦公室-管理學(xué)院樓319房間02信息學(xué)院李麗美80665376學(xué)院辦公室-信息學(xué)院樓407房間03機(jī)械學(xué)院王永超80665516學(xué)院辦公室-機(jī)械與紡織學(xué)院樓508房間學(xué)院編號(hào)就是該關(guān)系的候選碼，如果學(xué)院名稱沒有重復(fù)的，學(xué)院名稱也可以當(dāng)做一個(gè)候選碼。所以該關(guān)系有兩個(gè)候選碼：學(xué)院編號(hào)和學(xué)院名稱。選擇其中一個(gè)比如學(xué)院編號(hào)

39、作為主碼學(xué)院編號(hào)和學(xué)院名稱都是主屬性，院長、電話和地址都是非主屬性。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（9）關(guān)系可以有三種類型：基本關(guān)系、查詢表和視圖表?；颈硎緦?shí)際存在的表，它是實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯表示；查詢表是查詢結(jié)果對應(yīng)的表；視圖表是由基本表或其他視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對應(yīng)實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（10）基本關(guān)系具有如下6條性質(zhì)：列是同質(zhì)的，即每一類中的分量是同一類型的數(shù)據(jù)，來自通過一個(gè)域不同的列可以出自同一個(gè)域，每一列為一個(gè)屬性，不同的屬性要給予不同的屬性名列的順序無所謂，即列的次序可以任意交換任意兩個(gè)元組的候選碼不能取相同的值行的順序無所謂，即行的次序可以任意交換分量必須取原子值，即每一

40、個(gè)分量都必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。這是關(guān)系模型必須滿足的一條最基本的性質(zhì)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（11 ）關(guān)系模式：關(guān)系模式就是對關(guān)系的描述。關(guān)系是元組的集合，因此關(guān)系模式必須指出這個(gè)元組集合的結(jié)構(gòu)，即它由哪些屬性構(gòu)成買這些屬性來自哪些域，以及屬性與域之間的對應(yīng)關(guān)系。關(guān)系模式可以形式化地表示為：R(U,D,DOM,F)其中，R為關(guān)系名，U為組成該關(guān)系的屬性名集合，D為U中屬性所來自的域，DOM為屬性向域的映像關(guān)系，F(xiàn)為屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系集合。關(guān)系模式通?？梢院営洖镽(U)或R(A1，A2，An)關(guān)系數(shù)據(jù)庫：在一個(gè)給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有關(guān)系的集合構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。因此關(guān)系數(shù)據(jù)庫就是一些相關(guān)的二維表和其

41、他數(shù)據(jù)庫對象的集合。關(guān)系操作關(guān)系操作（1）關(guān)系模型中常用的關(guān)系操作包括查詢（query）操作和修改操作，其中修改操作包括插入（insert）、刪除（delete）、修改（update）。關(guān)系的查詢表達(dá)能力很強(qiáng)，是關(guān)系操作的最主要部分。查詢操作有可以分為選擇（select）、投影（project）、連接（join）、除（divide）、并（union）、差（except）、交（intersection）、廣義笛卡爾積等。其中選擇、投影、并、差、廣義笛卡爾積是5種基本操作。關(guān)系操作的特點(diǎn)是集合操作方式，即操作的對象和結(jié)果都是集合早期的關(guān)系操作通常使用關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算來實(shí)現(xiàn)關(guān)系操作（2）集合運(yùn)算符

42、并-差交廣義笛卡爾積專門的關(guān)系運(yùn)算符選擇投影連接除關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，它用對關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢。關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算對象是關(guān)系，運(yùn)算結(jié)果也是關(guān)系，運(yùn)算符包括兩類：集合運(yùn)算符和專門的關(guān)系運(yùn)算符。傳統(tǒng)的集合運(yùn)算傳統(tǒng)集合運(yùn)算傳統(tǒng)的關(guān)系運(yùn)算是二目運(yùn)算，包括并、差、交和廣義笛卡爾積4種運(yùn)算。設(shè)關(guān)系R和關(guān)系S具有相同的目n（即兩個(gè)關(guān)系都有n個(gè)屬性），且相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域，t是元組變量，tR表示t是R的一個(gè)元組。并并（union）：關(guān)系R與關(guān)系S的并其結(jié)果仍為n目關(guān)系，由屬于R或者屬于S的元組組成。記作：已知關(guān)系R和關(guān)系S，求RS差差（except）：關(guān)系R與關(guān)系S的差結(jié)果仍為n目關(guān)系，由屬于R但

43、是不屬于S的所有元組組成。記作：已知關(guān)系R和關(guān)系S，求R-S交交（intersection）：關(guān)系R與關(guān)系S的交結(jié)果仍為n目關(guān)系，由既屬于R又屬于S的元組組成。記作：關(guān)系的交可以用差來表示：RS=R-(R-S)已知關(guān)系R和關(guān)系S，求RS廣義笛卡爾積（1）廣義笛卡爾積（extended cartesian product）：n目關(guān)系R和m目關(guān)系S的廣義笛卡爾積是一個(gè)（n+m）列的元組的集合。元組的前n列是關(guān)系R的一個(gè)元組，后m列是關(guān)系S中的一個(gè)元組。若R有k1個(gè)元組，S有k2個(gè)元組，則關(guān)系R和關(guān)系S的廣義笛卡爾積有k1k2個(gè)元組。記作：廣義笛卡爾積是關(guān)系上的運(yùn)算，而笛卡爾積是域上的運(yùn)算。傳統(tǒng)的集

44、合運(yùn)算（3）已知關(guān)系R和關(guān)系S，求RS專門的關(guān)系運(yùn)算專門的關(guān)系運(yùn)算（1）專門的關(guān)系運(yùn)算包括選擇、投影、連接、除等。象集給定一個(gè)關(guān)系R(X,Z)，X和Z為屬性組。當(dāng)tX=x時(shí)，x在R中的象集（images set）定義為： ，它表示R中屬性組X上值為x的諸元組在Z上分量的集合。XZx1z1x2z1x1z2x1z3x3z2x2z2x3z3x1z4x1在R中的象集Zx1=z1,z2,z3,z4x2的在R中的象集Zx2=z1,z2 x3在R中的象集Zx3=,z2,z3 投影（1）關(guān)系R上的投影是從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系。記作：投影操作是從列的角度進(jìn)行的運(yùn)算。例:查詢學(xué)生姓名及專業(yè)名。 或者投

45、影（2）投影之后不僅取消了原關(guān)系中的某些列，而且還可能取消某些元組，因?yàn)槿∠四承傩粤兄?，就可能出現(xiàn)重復(fù)行，應(yīng)取消這些完全相同的行。 例:查詢專業(yè)名 連接（1）連接也稱為連接，它是從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。連接運(yùn)算從R和S的廣義笛卡爾積RS中選取R關(guān)系在A屬性組上的值與S關(guān)系在B屬性組上的值滿足比較關(guān)系的元組。連接運(yùn)算中有兩種最為重要也最為常用的連接，一種是等值連接（equijoin），另一種是自然連接（natural join）。等值連接是從關(guān)系R與關(guān)系S的廣義笛卡爾積中選取A、B屬性值相等的那些元組。自然連接是一種特殊的等值連接，它要求兩個(gè)關(guān)系中進(jìn)行比較的分量

46、必須是同名的屬性組，并且在結(jié)果中把重復(fù)的屬性去掉。一般的連接操作是從行的角度進(jìn)行運(yùn)算，但是自然連接會(huì)取消重復(fù)列，所以是同時(shí)從行和列的角度進(jìn)行運(yùn)算。連接（2）已知關(guān)系R和關(guān)系S，分別求R與S等值連接和自然連接的結(jié)果連接（3）查詢每位同學(xué)借閱圖書的情況。Student Borrow除（1）設(shè)關(guān)系R除以關(guān)系S的結(jié)果為關(guān)系T，則T包含所有在R但不在S中的屬性及其值，且T的元組與S的元組的所有組合都在R中。給定關(guān)系R(X,Y)和S(Y,Z)，其中X、Y、Z為屬性組。R中的Y與S中的Y可以有不同的屬性名，但是必須出自相同的域集。R與S的除運(yùn)算得到一個(gè)新的關(guān)系P(X)，P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上

47、的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上的投影的集合。除操作是同時(shí)從行和列角度進(jìn)行運(yùn)算。除（2）【例】已知關(guān)系R和S，求RS。在關(guān)系R中，A的值有4個(gè)a1，a2，a3，a4，其中：a1的象集是b1，b2，b3， a2的象集是b1，b3，a3的象集是b1，b2，a4的象集是b1；關(guān)系S在B列上的投影為b1，b2，b3；只有a1的象集包含了S在B列上的投影，所以RS=a1。關(guān)系代數(shù)綜合應(yīng)用（1）查詢圖書“Python編程”的作者。首先在圖書表 Book 中選擇書名為“Python 編程”的圖書信息，然后再在作者這列上做投影關(guān)系代數(shù)綜合應(yīng)用（2）查詢“張晶晶”同學(xué)借閱的圖書名稱。首先要將學(xué)生

48、表 Student、圖書表 Book 和 借閱表 Borrow 進(jìn)行連接然后在連接的結(jié)果上選擇學(xué)生姓名為“張晶晶”的借閱記錄，最后再在圖書名稱上進(jìn)行投影。 （Student Borrow Book）關(guān)系代數(shù)綜合應(yīng)用（3）查詢借閱了全部圖書的學(xué)生學(xué)號(hào)。查詢借閱了全部圖書的學(xué)生的學(xué)號(hào)就是要查詢哪些學(xué)號(hào)所借圖書的圖書編號(hào)是包含所 有圖書的圖書編號(hào)的，因此使用除法是最好的。首先在借閱表 Borrow 中在學(xué)號(hào)和圖書編號(hào)這兩列上投影，然后讓其除以圖書表上圖書編號(hào)的投影關(guān)系代數(shù)綜合應(yīng)用（4）查詢沒有借閱過圖書的學(xué)生學(xué)號(hào)。所有學(xué)生的學(xué)號(hào)減去借閱過圖書的學(xué)生的學(xué)號(hào)，就是沒有借 閱過圖書的學(xué)生的學(xué)號(hào)使用差運(yùn)算關(guān)

49、系完整性關(guān)系完整性關(guān)系模型中有三類完整性約束：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。實(shí)體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件，被稱作關(guān)系的兩個(gè)不變性，應(yīng)該有關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)支持。用戶定義的完整性是應(yīng)用領(lǐng)域需要遵循的約束條件，體現(xiàn)了具體領(lǐng)域中的語義約束。實(shí)體完整性（1）實(shí)體完整性：關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)元組應(yīng)該是可區(qū)分的，是唯一的。這樣的約束條件用實(shí)體完整性來保證。實(shí)體完整性的規(guī)則：若屬性（一個(gè)或一組屬性）A是基本關(guān)系R的主屬性，則A不能取空值（null value）。所謂的空值就是“不知道”或“不存在”或“無意義”的值。參照完整性（1）參照完整性：現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體之間往往存在某種聯(lián)

50、系，在關(guān)系模型中實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系是用關(guān)系來描述的，不同關(guān)系之間的聯(lián)系都是通過主碼和外碼實(shí)現(xiàn)參照完整性就是定義外碼與主碼之間的引用規(guī)則的。參照完整性規(guī)則：若屬性（或?qū)傩越M）F是基本關(guān)系R的外碼，它與基本關(guān)系S的主碼相對應(yīng)（基本關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系），則對于R中的每個(gè)元組在F上的值必須：或者取空值（F的每個(gè)屬性值均為空值）；或者等于S中某個(gè)元組的主碼值。用戶定義的完整性(1)任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都應(yīng)該支持實(shí)體完整性和參照完整性。這是關(guān)系模型所要求的。除此之外，不同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同，往往還需要一些特殊的約束條件。用戶定義的完整性(2)用戶定義的完整性就是針對某一具體關(guān)系

51、數(shù)據(jù)庫的約束條件，它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。成績的取值范圍可以定義為0100之間，身份證號(hào)和生日要對應(yīng)等等。感謝聆聽MySQL第2章本章要點(diǎn) MySQL的特點(diǎn)MySQL下載安裝MySQL服務(wù)的啟動(dòng)與關(guān)閉Workbench的基本配置2.1MySQL數(shù)據(jù)庫簡介MySQL是一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，由瑞典MySQLAB公司開發(fā)，目前屬于Oracle旗下產(chǎn)品。MySQL是一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個(gè)大倉庫內(nèi)，這樣就增加了速度并提高了靈活性。MySQL所使用的SQL語言是用于訪問數(shù)據(jù)庫的最常用標(biāo)準(zhǔn)化語言。MySQL軟件采用了雙

52、授權(quán)政策，分為社區(qū)版和商業(yè)版，由于其體積小、速度快、總體擁有成本低，尤其是開放源碼這一特點(diǎn)，大量信息系統(tǒng)開發(fā)都選擇MySQL作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫。2.1MySQL數(shù)據(jù)庫簡介MySQL是最流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一，根據(jù)2020年2月DB-Engines發(fā)布的DBMS數(shù)據(jù)庫排行，中MySQL排名第二，見圖2.1圖2.1 MySQL流行度排名資料來源：DB-Engines 數(shù)據(jù)庫流行度排行榜 /en/ranking 2020年3月11日。2.1.1 MySQL的基礎(chǔ)特性（1）MySQL 采用了開源GPL協(xié)議，不需要支付額外的費(fèi)用。你可以修改源碼來開發(fā)自己的 MySQL 系統(tǒng)。需要注意，即使MySQL

53、是開源軟件，但是可以從Oracle購買商業(yè)許可證版本，以獲得高級(jí)支持服務(wù)(特殊企業(yè)用戶需要)。（2）使用C/C+編寫，并使用了多種編譯器進(jìn)行測試，保證源代碼的可移植性。（3）支持類UNIX及Windows等多種操作系統(tǒng)。支持yum、apt等包管理軟件支持。（4）提供C api和C+、.NET、Node.js，Python、PHP、ODBC、JDBC等數(shù)據(jù)庫連接途徑。既能夠作為一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用程序應(yīng)用在客戶端服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，也能夠作為一個(gè)庫而嵌入到其他的軟件中。（5）支持多用戶。優(yōu)化的SQL查詢算法，有效地提高查詢速度。支持多線程，充分利用CPU資源，可以處理擁有上千萬條記錄的大型數(shù)據(jù)庫。（6）

54、提供Workbench等用于管理、檢查、優(yōu)化數(shù)據(jù)庫操作的管理工具。（7）提供多語言支持。（8）支持多種存儲(chǔ)引擎。2.2MySQL的下載與安裝對于不同的操作系統(tǒng)，MySQL提供了相應(yīng)的版本。在Windows操作系統(tǒng)下，MySQL數(shù)據(jù)庫的安裝包分為圖形化界面安裝和免安裝這兩種安裝包。這兩種安裝包的安裝方式不同，配置方式也不同。圖形化界面安裝包有完整的安裝向?qū)В惭b和配置很方便。2.2MySQL的下載與安裝本書以MySQL8.0為例介紹其在Windows10操作系統(tǒng)下的安裝和配置過程。下載地址：/downloads/mysql/2.2MySQL的下載與安裝MySQL提供MSI安裝和Zip壓縮包兩種方

55、式，以MSI安裝方式為例，在位置1選擇Windows平臺(tái)，在位置2進(jìn)入下載鏈接，頁面跳轉(zhuǎn)至圖2.3。2.2MySQL的下載與安裝（3）下載前會(huì)提示是否注冊，可以跳過此步驟，安裝文件名為mysql-installer-community-8.0.X.msi，大約400MB，文件形式見圖2.6。2.2MySQL的下載與安裝進(jìn)入“Choosing a Setup Type（安裝類型選擇）”窗口，根據(jù)右側(cè)的安裝類型描述文件選擇適合自己的安裝類型，這里選擇默認(rèn)的安裝類型（開發(fā)者模式：Developer Default，即全部組件安裝），如圖2.6所示。2.2MySQL的下載與安裝開發(fā)者模式中的安裝組件包

56、括，見圖2.7：MySQL服務(wù)器MySQL核心程序MySQL ShellMySQL的命令行客戶端應(yīng)用程序，可用于管理MySQL服務(wù)器和InnoDB集群實(shí)例。MySQL路由器將安裝在MySQL服務(wù)節(jié)點(diǎn)上的路由器守護(hù)程序，用于InnoDB群集設(shè)置。MySQL工作臺(tái)MySQL的圖形化命令行客戶端應(yīng)用程序，用于開發(fā)和管理服務(wù)器。MySQL for Excel訪問和操作MySQL數(shù)據(jù)的Excel插件。Visual Studio MySQL在Visual Studio開發(fā)環(huán)境中調(diào)用MySQL服務(wù)器的插件。MySQL Conncetors多種MySQL連接器，如網(wǎng)絡(luò)，Java，C / C +，OBDC等。示

57、例和教程幫助用戶開始學(xué)習(xí)MySQL開發(fā)。2.2MySQL的下載與安裝選擇標(biāo)準(zhǔn)MySQL服務(wù)器模式，配置見圖2.12。保持默認(rèn)配置，TCP/IP端口為3306。2.2MySQL的下載與安裝授權(quán)方式選擇推薦配置，采用SHA-256強(qiáng)加密方式，點(diǎn)擊Next，見圖2.13。2.2MySQL的下載與安裝在位置1填寫MySQL根賬戶密碼，此頁面位置2可以添加其他用戶角色，這里暫時(shí)不填寫，在本書十三章有MySQL用戶管理詳細(xì)解釋，見圖2.14。2.2MySQL的下載與安裝在位置1填寫MySQL根賬戶密碼，此頁面位置2可以添加其他用戶角色，這里暫時(shí)不填寫，在本書十三章有MySQL用戶管理詳細(xì)解釋，見圖2.14

58、。2.2MySQL的下載與安裝在此頁面中，將MySQL服務(wù)設(shè)置為Windows系統(tǒng)服務(wù)，默認(rèn)服務(wù)名稱為MySQL80，以系統(tǒng)賬戶為服務(wù)的所有者，見圖2.15。2.2MySQL的下載與安裝確認(rèn)執(zhí)行配置的操作。點(diǎn)擊Execute執(zhí)行配置，成功后出現(xiàn)圖2.7。服務(wù)啟動(dòng)后，Windows10通知欄將出現(xiàn)彈窗提示。在windows任務(wù)管理器中也會(huì)出現(xiàn)MySQL80服務(wù)正在運(yùn)行，見圖2.18。2.2MySQL的下載與安裝安裝程序要求連接服務(wù)，需要在位置1輸入根用戶密碼，點(diǎn)擊Check驗(yàn)證，位置3提示Connection Succeeded表明服務(wù)啟動(dòng)成功，可以正常連接，點(diǎn)擊Next，應(yīng)用配置。2.2MyS

59、QL的下載與安裝路由配置完成后，出現(xiàn)兩個(gè)窗口，一為MySQL Shell8.0，窗口內(nèi)容如下：另一窗口為MySQL圖形化管理工具Workbench，界面見圖2.23：2.2MySQL的下載與安裝進(jìn)入MySQL命令行操作方式為點(diǎn)擊Windows開始菜單 MySQLMySQL 8.0 Command Line Client Unicode，輸入根用戶root的密碼，進(jìn)入MySQL，出現(xiàn)下圖表明已經(jīng)在命令行進(jìn)入MySQL，見圖2.24至此MySQL安裝結(jié)束。2.3MySQL服務(wù)的啟動(dòng)與關(guān)閉在window下，MySQL服務(wù)的啟動(dòng)關(guān)閉可以通過命令行、Window任務(wù)管理器等方式啟動(dòng)與關(guān)閉MySQL服務(wù)。

60、2.3.1命令行方式操作MySQL服務(wù)在命令行中使用操作MySQL，需要確保環(huán)境變量配置正確，如果在命令行啟動(dòng)MySQl不成功，則需要在“計(jì)算機(jī)-屬性-高級(jí)系統(tǒng)設(shè)置-環(huán)境變量-path“中增加MySQL二進(jìn)制文件路徑。MySQL相關(guān)二進(jìn)制文件的默認(rèn)路徑是：2.3.1命令行方式操作MySQL服務(wù)（1）如果MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)，設(shè)置的不是自動(dòng)啟動(dòng)的話，就需要手動(dòng)的開啟服務(wù)和關(guān)閉服務(wù)。開啟MySQL的方法為以管理員身份進(jìn)入命令行，鍵入命令為：net start MySQL服務(wù)名，以默認(rèn)服務(wù)名“mysql80“為例。2.3.1命令行方式操作MySQL服務(wù)（2）服務(wù)關(guān)閉方法為 net stop MySQ