數(shù)據(jù)庫教學(xué)課件第1章

1、第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院陳曉云蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作2數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究的問題是：如何科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù);如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù);如何更廣泛、更安全地共享數(shù)據(jù)。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作3圖書管理系統(tǒng)，包括的主要數(shù)據(jù)項(xiàng)：1）圖書信息：書號、書名、作者姓名、出版日期等2）作者信息：姓名、性別、住址、電話等3）出版社信息：名稱、地址、社長、電話等4）讀者信息：姓名、借書號、借書數(shù)量等管理工作：1）查詢：查看圖書、檢索指定作者的圖書、檢索指定出版社出版的圖書等。2）更新：新書登記、作者信息等應(yīng)用舉例：蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作4數(shù)據(jù)庫的地位數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于六十年代末，是數(shù)據(jù)管

2、理的最新技術(shù)，是計算機(jī)科學(xué)的重要分支數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，它的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了計算機(jī)應(yīng)用向各行各業(yè)的滲透數(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已成為衡量一個國家信息化程度的重要標(biāo)志蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作5本章主要內(nèi)容 1.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本概念1.2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)特點(diǎn)1.3 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)1.4 數(shù)據(jù)模型1.5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作61.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本概念 1.1.1數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象數(shù)據(jù)的定義描述事物的符號記錄數(shù)據(jù)的種類文字、圖形、圖象、聲音數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)與其語義是不可分的蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作7 信息（

3、Information）是關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界事物的存在方式或運(yùn)動狀態(tài)的反映的綜合。為了記載信息，人們使用各種符號和他們的組合來表示信息。 信息和數(shù)據(jù)的關(guān)系：數(shù)據(jù)是信息的載體；信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對數(shù)據(jù)語義的解釋。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作81.1.2數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫示例蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作9 數(shù)據(jù)庫（Database，DB）是按一定結(jié)構(gòu)組織并長期存儲在計算機(jī)內(nèi)的、可共享的大量數(shù)據(jù)的有機(jī)集合。 可以直觀地理解為存放數(shù)據(jù)的倉庫，只不過這個倉庫是在計算機(jī)的大容量存儲器上，如硬盤就是一類最常見的計算機(jī)大容量存儲設(shè)備，而且數(shù)據(jù)必須按照一定的格式存放。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作10數(shù)據(jù)庫的特征數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型

4、組織、描述和儲存可為各種用戶共享冗余度較小數(shù)據(jù)獨(dú)立性較高易擴(kuò)展蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作111.1.3數(shù)據(jù)庫管理系 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Database Management System，DBMS)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。 DBMS的用途 科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作12 DBMS的主要功能數(shù)據(jù)定義功能 DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言（Data Definition Language，DDL），用戶使用該語言可以方便地對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象進(jìn)行定義。數(shù)據(jù)操縱功能 DBMS還提供數(shù)據(jù)操縱語言（Data Manipulation Language，簡稱

5、DML），用戶可以使用DML操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作，如查詢、插入、刪除和修改等。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作13數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理 數(shù)據(jù)庫在建立、運(yùn)用和維護(hù)時由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，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)使用及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)。數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能 包括數(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、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，這些功能通常是由DBMS提供的一些實(shí)用程序完成的。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作141.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database System，DBS）是存儲介質(zhì)、處理對象和管理系統(tǒng)的集合，是指在計算機(jī)系

6、統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)。 一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。 在不引起混淆的情況下常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作15數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBOSDBMS應(yīng)用開發(fā)工具應(yīng)用系統(tǒng)用戶用戶用戶數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)管理蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作16數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的位置硬件應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具D B M S操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作17數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：信息完整和功能通用；程序與數(shù)據(jù)獨(dú)立、數(shù)據(jù)抽象；支持?jǐn)?shù)據(jù)的不同視圖；控制數(shù)據(jù)冗余；支持?jǐn)?shù)據(jù)共享；限制非授權(quán)的存?。惶峁┒喾N用戶界面；表示數(shù)據(jù)之間的復(fù)雜聯(lián)系、

7、完整性約束、數(shù)據(jù)恢復(fù)等。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作181.1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科：是研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲、設(shè)計、管理和使用的一門軟件學(xué)科。在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而且DBMS本身要在操作系統(tǒng)支持下才能工作。與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系密切，不僅用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中鏈表、樹、圖等知識，而且豐富了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容。程序是使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)最基本的方式，系統(tǒng)中大量的應(yīng)用程序都是用高級語言加上數(shù)據(jù)庫的操縱語言編寫的。集合論、數(shù)理邏輯是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作191.1.6 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展 數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷三個發(fā)展階段：人工管理階段(40年代中-50年代中)

8、文件系統(tǒng)階段(50年代末-60年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末-現(xiàn)在)按照數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了三個階段：網(wǎng)狀模型與層次模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ?。?dāng)前已建立的絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都是基于關(guān)系模型的，本書主要講述關(guān)系模型。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作20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)階段應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)間的關(guān)系蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作211.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)特點(diǎn) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)特點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)冗余度小、數(shù)據(jù)共享度高避免了數(shù)據(jù)的不一致性完善的數(shù)據(jù)控制功能事務(wù)功能蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作221.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫和文件系

9、統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別，是按照一定的數(shù)據(jù)模型來組織和存放數(shù)據(jù)，也就是采用復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)反映了數(shù)據(jù)之間的自然聯(lián)系，是實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集中控制和減少數(shù)據(jù)冗余的前提和保證。文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相互獨(dú)立的文件的記錄內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，但記錄之間沒有聯(lián)系實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作232.有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性 獨(dú)立性是數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間不存在緊密的相互依賴關(guān)系，二者之間是一種松散的耦合，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和存儲方法等不因應(yīng)用程序的修改而修改，反之亦然。數(shù)據(jù)獨(dú)立性： 數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作24物理獨(dú)立性是指數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（或存儲結(jié)構(gòu)）

10、的改變，如物理存儲設(shè)備的更換、物理存儲位置的變更、存取方法的改變等，不影響數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，不會引起應(yīng)用程序的修改。邏輯獨(dú)立性是指數(shù)據(jù)庫總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，如修改數(shù)據(jù)的定義、增加新的數(shù)據(jù)項(xiàng)及數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間的聯(lián)系等等，無需修改原來的應(yīng)用程序。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作253.數(shù)據(jù)冗余度小、數(shù)據(jù)共享度高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個應(yīng)用而是面向整個系統(tǒng)系統(tǒng)現(xiàn)有用戶或程序可以共享數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)共享可以減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲空間多用戶或多程序可以在同一時刻共同使用同一數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)彈性大，易于擴(kuò)充 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作264.避免了數(shù)據(jù)的不一致性 不一致性是指同一數(shù)

11、據(jù)不同拷貝的值不一樣。當(dāng)本應(yīng)相同的數(shù)據(jù)項(xiàng)在不同的應(yīng)用中出現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)值時，便出現(xiàn)了數(shù)據(jù)的不一致性。 數(shù)據(jù)庫在理論上可以避免數(shù)據(jù)冗余，因而也可以避免數(shù)據(jù)的不一致性。即使存在某些冗余，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也提供對數(shù)據(jù)的各種控制和檢查，保證在更新數(shù)據(jù)時間更新所有的副本，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作275.完善的數(shù)據(jù)控制功能并發(fā)（concurrency）控制對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯誤的結(jié)果。數(shù)據(jù)的安全性（security）保護(hù)使每個用戶只能按指定方式使用和處理指定數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。數(shù)據(jù)的完整性（integrity）檢查將數(shù)據(jù)

12、控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫故障與恢復(fù)（recovery）及時發(fā)現(xiàn)故障，并迅速地把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到故障以前正確狀態(tài)的措施，如轉(zhuǎn)儲、日志、檢查點(diǎn)等方法。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作286.事務(wù)事務(wù)（transaction）是用戶定義的一個數(shù)據(jù)庫序列，是一個不可分割的工作單位。它與程序是有區(qū)別的，一個程序可以包含多個事務(wù)。事務(wù)處理系統(tǒng)（transaction processing system, TPS）包括一個或多個存儲企業(yè)狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫、用以操作企業(yè)的管理事務(wù)軟件，以及組成應(yīng)用代碼的事務(wù)本身。事務(wù)處理系統(tǒng)要求：高可用性；高可靠性；大吞吐量；響應(yīng)時間短；安全性高。 蘭州大學(xué)I

13、DM實(shí)驗(yàn)室制作291.3數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu) 1.3.1數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的抽象級別1概念模式概念模式簡稱為模式（Schema）或邏輯模式（Logical Schema）是對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。使用DDL進(jìn)行定義。內(nèi)容包括對數(shù)據(jù)庫的記錄型、數(shù)據(jù)型、數(shù)據(jù)項(xiàng)的型、記錄間的聯(lián)系等，以及數(shù)據(jù)的安全性定義、數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的完整性條件和數(shù)據(jù)尋址方式的說明。模式的一個具體值稱為模式的一個實(shí)例（Instance），同一個模式可以有很多實(shí)例。 概念模式是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層，既不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境，也與具體的應(yīng)用程序、與所使用的應(yīng)用開發(fā)工具及高級程序設(shè)計語言無關(guān)。 蘭州大學(xué)

14、IDM實(shí)驗(yàn)室制作302物理模式 物理模式也稱為內(nèi)模式（Internal Schema）或存儲模式（Access Schema），內(nèi)模式是數(shù)據(jù)庫在物理存儲方面的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式，一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。 他定義所有的內(nèi)部記錄類型、索引和文件的組織方式，以及數(shù)據(jù)控制方面的細(xì)節(jié)。 例如，記錄的存儲方式是順序存儲、還是鏈接存儲；索引按照什么方式組織的，是按照B+樹索引，還是hash索引；數(shù)據(jù)是否壓縮存儲，是否加密等。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作313外模式 外模式（External Schema）也稱為子模式（Subschema）或用戶模式（User Schema），是用戶與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

15、的接口，它是數(shù)據(jù)庫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，是用戶用到的那部分?jǐn)?shù)據(jù)的描述。 外模式由若干個外部記錄類型組成，用戶使用數(shù)據(jù)操縱語言DML（Data Manipulation Language）對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，實(shí)際上是對外模式的外部記錄進(jìn)行操作。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作321.3.2兩層映像及數(shù)據(jù)獨(dú)立性 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別，把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS管理，使用戶能夠邏輯地抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的具體表示方式與存儲方式。 為了能夠在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)

16、據(jù)庫管理系統(tǒng)在這三個模式之間提供了兩層映像。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作33圖1-3 三級模式結(jié)構(gòu)與兩層映射 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作341、外模式/模式映像 外模式/模式之間的映像，定義并保證了外模式與數(shù)據(jù)模式之間的關(guān)系。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的外模式與模式之間的映像不僅建立了用戶數(shù)據(jù)庫與邏輯數(shù)據(jù)庫之間的對應(yīng)關(guān)系，使得用戶能夠按子模式進(jìn)行程序設(shè)計，同時也保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作352、模式/內(nèi)模式映像 模式/內(nèi)模式之間的映像，定義并保證了數(shù)據(jù)的邏輯模式與內(nèi)模式之間的對應(yīng)關(guān)系。 當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變時，DBA可以通過修改模式/內(nèi)模式之間的映像使數(shù)據(jù)模式不變化。 模式/內(nèi)模式的映

17、像技術(shù)不僅使用戶或程序能夠按數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)使用數(shù)據(jù)，還提供了內(nèi)模式變化而程序不變的方法，從而保證了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作36三級結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)（1）保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。將模式和內(nèi)模式分開，保證了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性；將外模式和模式分開，保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。（2）簡化了用戶接口。按照外模式編寫應(yīng)用程序或敲入命令，而不需了解數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的存儲結(jié)構(gòu)，方便用戶使用系統(tǒng)。（3）有利于數(shù)據(jù)共享。在不同的外模式下可有多個用戶共享系統(tǒng)中數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)冗余。（4）利于數(shù)據(jù)的安全保密。在外模式下根據(jù)要求進(jìn)行操作，不能對限定的數(shù)據(jù)操作，保證了其他數(shù)據(jù)的安全。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作371.4 數(shù)據(jù)

18、模型 1.4.1數(shù)據(jù)模型的組成要素數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、完整性約束三部分組成。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是刻畫一個數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面。因此在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，人們通常按其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象的實(shí)例允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則。數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。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，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作38最常用數(shù)據(jù)模型層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型面向?qū)ο竽Ｐ徒y(tǒng)稱為非關(guān)系模型 非關(guān)系模型中

19、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的單位是基本層次聯(lián)系。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作391.4.2關(guān)系模型 關(guān)系模型（relational model）用二維表表示數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。每個表有多個列，每列有惟一的列名。 關(guān)系模型是基于記錄模型的一種。基于記錄模型的名稱的由來是由于它用一些固定格式的記錄來描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。關(guān)系數(shù)據(jù)模型是使用最廣泛的數(shù)據(jù)類型。當(dāng)今大量的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都是基于這種關(guān)系模型的。在第3章中詳細(xì)介紹。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作40關(guān)系數(shù)據(jù)庫示例蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作411.4.3層次模型與網(wǎng)狀模型層次模型和網(wǎng)狀模型統(tǒng)稱非關(guān)系模型。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在70年代開始出現(xiàn)，之后發(fā)展迅速，并逐步取代了非關(guān)系模

20、型數(shù)據(jù)系統(tǒng)的統(tǒng)治地位。ABCDEF層次模型有向樹的示意圖學(xué)生課程學(xué)生與課程的網(wǎng)狀模型蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作42現(xiàn)實(shí)世界層次關(guān)系的更多非層次關(guān)系層次模型很不直接網(wǎng)狀模型蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作43 1.層次模型 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)采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。 層次模型用樹型結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。 層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表是IBM公司的IMS（Information Management System）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作44優(yōu)點(diǎn)層次數(shù)據(jù)模型簡單，對具有一對多的層次關(guān)系的部門描述自然、直觀，容易理解性能優(yōu)于關(guān)系模型，不

21、低于網(wǎng)狀模型層次數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持缺點(diǎn)多對多聯(lián)系表示不自然對插入和刪除操作的限制多查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過雙親結(jié)點(diǎn)層次命令趨于程序化蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作45 2.網(wǎng)狀模型 用有向圖結(jié)構(gòu)來組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型稱為網(wǎng)狀模型。這種有向圖結(jié)構(gòu)也稱為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。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)，是20世紀(jì)70年代數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言研究會CODASYL下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組DBTG（Data Base Task Group）提出的一個系統(tǒng)方案。后來不少的系統(tǒng)都采用DBTG模型或者簡化的DBTG模型。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作46優(yōu)點(diǎn)能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世

22、界，如一個結(jié)點(diǎn)可以有多個雙親具有良好的性能，存取效率較高缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握DDL、DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作471.4.4面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟮母拍钭钤绯霈F(xiàn)在程序設(shè)計語言中，隨后迅速滲透到計算機(jī)領(lǐng)域的每一個分支，現(xiàn)已使用在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中。 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫是面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，以滿足一些新的應(yīng)用需要，例如面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計環(huán)境（CASE）、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、多媒體應(yīng)用以及其它非商用領(lǐng)域中的應(yīng)用。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型稱為面

23、向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，它包括以下幾個方面：對象、類、類層次、繼承等。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作481.對象（Object）面向?qū)ο竽Ｐ椭凶罨镜母拍钍菍ο蠛皖?。對象是現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的模型化。一切概念上的實(shí)體都可以稱作對象，如一個數(shù)字、一個人、一本書等。對象是由一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和在這組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作的程序代碼封裝起來的基本單位。對象之間的接口由一組消息定義。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作492.對象標(biāo)識OID（Object IDentifier）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫中的每個對象都有一個惟一不變的標(biāo)識稱為對象標(biāo)識。對象通常與實(shí)際領(lǐng)域的實(shí)體對應(yīng)。在現(xiàn)實(shí)世界中，實(shí)體中的屬性值可能隨著時間的推移會發(fā)生改變，但是每個實(shí)體的標(biāo)

24、識始終保持不變。相應(yīng)地，對象的部分屬性、對象的方法會隨著時間的推移發(fā)生變化，但對象標(biāo)識不會改變。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作503.封裝封裝是對象的外部接口與內(nèi)部實(shí)現(xiàn)之間實(shí)行隔離的一種抽象，外部與對象的通信只能通過消息，這是面向?qū)ο竽Ｐ偷闹饕卣髦?。封裝將對象的實(shí)現(xiàn)與對象應(yīng)用互相隔離，允許對操作的實(shí)現(xiàn)算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，而不影響接口，有利于提高數(shù)據(jù)獨(dú)立性。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作514.類和類層次在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫中相似對象的集合稱為類。每一個對象稱為它所在類的一個實(shí)例。一個類中的所有對象共享一個定義，它們的區(qū)別僅在于屬性的取值不同。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模式是類的集合，一組類可以形成一個類層次。一個

25、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模式可能有多個類層次。在一個類層次，一個類繼承其所有超類的全部屬性、方法和消息。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作525.繼承 有兩種常用的繼承：單繼承與多繼承。 若一個子類只能繼承一個父類的特性稱為單繼承； 若一個子類能繼承多個父類的特性稱為多繼承。 例如，在學(xué)校中實(shí)際上還有“在職研究生”，他們既是老師又是學(xué)生，在職研究生繼承了教職工和學(xué)生兩個父類的所有屬性、方法和消息。 蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作53 繼承性有兩個優(yōu)點(diǎn)： 第一，它是建模的有力工具，提供了對現(xiàn)實(shí)世界簡明而精確的描述。 第二，它提供了信息重用機(jī)制。 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型比網(wǎng)絡(luò)、層次、關(guān)系數(shù)據(jù)模型具有更加豐富的表達(dá)能力。但模型相

26、對復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來較困難。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作541.5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序用戶蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作551.5.1 數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是依照某種數(shù)據(jù)模型組織起來并存放在存儲器中的數(shù)據(jù)集合，1.1.2節(jié)介紹了數(shù)據(jù)庫的概念。1.5.2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，用戶對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的任何操作，包括數(shù)據(jù)庫定義、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行控制等都是在DBMS管理下進(jìn)行的，應(yīng)用程序只有通過DBMS才能和數(shù)據(jù)庫打交道。1.1.3節(jié)對DBMS進(jìn)行了介紹。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作561.5.3 數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)管理

27、是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的核心，1.1.6節(jié)介紹了數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展，第12章將介紹數(shù)據(jù)自動化管理和分布式數(shù)據(jù)管理。1.5.4 應(yīng)用程序 應(yīng)用程序（Application）是指為了完成某項(xiàng)或某幾項(xiàng)特定任務(wù)而被開發(fā)運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上的計算機(jī)程序。它運(yùn)行在用戶模式，它可以和用戶進(jìn)行交互，具有可視的用戶界面。 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序是一個允許用戶插入、修改、刪除并報告數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的計算機(jī)程序。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作571.5.5 用戶 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從建設(shè)到運(yùn)行維護(hù)，期間涉及大量的人員，大致可以分為三大類：開發(fā)人員、管理人員與應(yīng)用人員。1.數(shù)據(jù)庫管理員 對系統(tǒng)進(jìn)行集中控制的人稱為數(shù)據(jù)庫管理員（Database Admi

28、nistrator，記為DBA）。 DBA必須熟悉企業(yè)全部數(shù)據(jù)的性質(zhì)和用途，并對用戶的需求有充分的了解；DBA必須兼有系統(tǒng)分析員和運(yùn)籌學(xué)專家的品質(zhì)和知識，對系統(tǒng)性能非常熟悉。 DBA一般需要參與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計、規(guī)劃。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作58DBA的主要職責(zé)有：模式定義。DBA根據(jù)需求創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的概念模式。存儲結(jié)構(gòu)和存取方法的定義，即定義內(nèi)模式。模式和物理組織的修改。根據(jù)需求或用戶的要求修改數(shù)據(jù)庫的概念模式和內(nèi)模式。數(shù)據(jù)訪問授權(quán)。根據(jù)需求授權(quán)給不同的用戶以不同的方式使用數(shù)據(jù)庫。授權(quán)信息保存在一個特殊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，一旦系統(tǒng)中有訪問數(shù)據(jù)的要求，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)就去查閱這些信息。完整性約束的說明。根據(jù)需求編寫完整性規(guī)則，以監(jiān)督數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行。日常維護(hù)。蘭州大學(xué)IDM實(shí)驗(yàn)室制作59數(shù)據(jù)庫管理員的日常維護(hù)活動有：定期備份數(shù)據(jù)庫，或者在磁帶上或在遠(yuǎn)程服務(wù)器上，以防止像洪水一樣的災(zāi)難發(fā)生時數(shù)據(jù)丟失；確保正常運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的空余磁盤空間，并且在需要時升級磁盤空間；監(jiān)視數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行，并確保數(shù)據(jù)庫的性能不因一些用戶提交了