數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論(第一章)

1教材：王珊薩師煊，《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論（第五版）》

高等教育出版社參考書籍：王珊《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)簡(jiǎn)明教程》高等教育出版社王亞平《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工程師教程》清華大學(xué)出版社數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用2課程時(shí)間安排理論課：16周，共32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課：共八次，每次一個(gè)題目，

考核辦法閉卷筆試3教學(xué)內(nèi)容基本理論應(yīng)用技術(shù)結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言SQL（第3章）安全性與完整性（第4、5章）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)（第7章）

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)編程、事務(wù)管理等（第8、9、10章）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論（第1章）關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（第2章）關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論（第6章）4

1.1

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述

1.2

數(shù)據(jù)模型

1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成第1章緒論5數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在信息化社會(huì)中的重要作用信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用

例如：管理信息系統(tǒng)(MIS)、聯(lián)機(jī)事務(wù)處理(OLTP)、聯(lián)機(jī)分析處理(OLAP)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD／CAM)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)、辦公信息系統(tǒng)(OIS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)…..and…Internet!!!數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的重要地位61.1

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述1.1.1數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)(Data):定義描述事物的符號(hào)記錄種類文字、圖形、圖象、音頻、視頻特點(diǎn)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容，與其語(yǔ)義不可分71.1.1

數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)(Data):例：學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄（李明，1972年5月，江蘇，計(jì)算機(jī)系，1990）如果對(duì)應(yīng)語(yǔ)義：學(xué)生姓名、出生年月、籍貫、所在系別、

入學(xué)時(shí)間則解釋為：學(xué)生李明，1972年5月出生，是江蘇人， 1990年考入計(jì)算機(jī)系

如果對(duì)應(yīng)語(yǔ)義：學(xué)生姓名、畢業(yè)年月、工作地點(diǎn)、所在

系別、電子建檔日期則解釋為：學(xué)生李明，1972年5月畢業(yè)于計(jì)算機(jī)系，現(xiàn)

在江蘇工作，1990年建立電子學(xué)籍檔案8數(shù)據(jù)庫(kù)(DataBase，DB)定義

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)集合特征數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)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9數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)

位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，用于科學(xué)組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，高效獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)。主要功能1.數(shù)據(jù)定義功能2.數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理3.數(shù)據(jù)操縱功能4.數(shù)據(jù)庫(kù)的事物管理和運(yùn)行管理5.數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能6其他功能10數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)1.數(shù)據(jù)定義功能：提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（DataDefinitionlanguage）來定義數(shù)據(jù)對(duì)象。2.數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理：能分類組織、存儲(chǔ)和管理這種數(shù)據(jù)。確定文件結(jié)構(gòu)、存取方式、數(shù)據(jù)關(guān)系。3.數(shù)據(jù)操縱功能：提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言（DataManipulationlanguage）實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)數(shù)據(jù)操作，如對(duì)數(shù)據(jù)的增、刪、改和查詢。11數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)4.數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)管理和運(yùn)行管理：數(shù)據(jù)庫(kù)在建立、運(yùn)用和維護(hù)時(shí)統(tǒng)一由DBMS控制和管理。數(shù)據(jù)的安全性保護(hù)：保護(hù)數(shù)據(jù)，防止泄密和破壞；用戶只能按照規(guī)定，對(duì)某些數(shù)據(jù)以某些方式進(jìn)行使用和處理數(shù)據(jù)的完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。并發(fā)控制：對(duì)多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)：具有將數(shù)據(jù)庫(kù)從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知正確狀態(tài)的功能。12數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)5.數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能：數(shù)據(jù)庫(kù)原始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)功能數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織和性能監(jiān)視、分析功能13數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)6.其他功能DBMS與網(wǎng)絡(luò)中其他軟件系統(tǒng)的通信功能一個(gè)DBMS與另一個(gè)DBMS或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的互訪和互操作功能14數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DataBaseSystem,DBS)定義：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)

組成：數(shù)據(jù)庫(kù) DBMS(以及應(yīng)用開發(fā)工具)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）應(yīng)用系統(tǒng)DB用戶應(yīng)用開發(fā)工具DBMSOS用戶用戶DBA圖1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBS)圖2

數(shù)據(jù)庫(kù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位16數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是應(yīng)數(shù)據(jù)管理任務(wù)的需要而產(chǎn)生的。數(shù)據(jù)處理是指對(duì)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)管理則是指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)，它是數(shù)據(jù)處理的中心問題。數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三個(gè)階段。1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展17

人工管理階段(20世紀(jì)50年代中期以前）背景：應(yīng)用需求：科學(xué)計(jì)算

硬件水平：無直接存取存儲(chǔ)設(shè)備

軟件水平：沒有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)的專門軟件

處理方式：批處理18

人工管理階段(20世紀(jì)50年代中期以前）特點(diǎn)：

1)數(shù)據(jù)不保存

2)應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)需要由應(yīng)用程序自己管理，沒有相應(yīng)的軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理工作。應(yīng)用程序中不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等。因此程序員負(fù)擔(dān)很重。

3)數(shù)據(jù)不共享數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，一組數(shù)據(jù)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)程序。

4)數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，必須對(duì)應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改。19應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集n……人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系20文件系統(tǒng)階段(50年代后期－60年代中期）背景：應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算、管理 硬件水平 磁盤、磁鼓 軟件水平 有文件系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理21

文件系統(tǒng)階段(50年代后期－60年代中期）特點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存

(2)由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)按文件名訪問，按記錄進(jìn)行存取

，實(shí)現(xiàn)記錄內(nèi)的結(jié)構(gòu)性而整體無結(jié)構(gòu)。

(3)數(shù)據(jù)共享性差,冗余度大文件仍然是面向應(yīng)用的。當(dāng)不同的應(yīng)用程序具有部分相同的數(shù)據(jù)時(shí)，也必須建立各自的文件，不能共享相同的數(shù)據(jù)。

(4)數(shù)據(jù)獨(dú)立性差一旦數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變，必須修改應(yīng)用程序，修改文件結(jié)構(gòu)定義；

應(yīng)用程序的改變，也要引起文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變；文件之間互相獨(dú)立，不能反映出現(xiàn)實(shí)世界的內(nèi)在聯(lián)系。22應(yīng)用程序1文件1應(yīng)用程序2文件2應(yīng)用程序n文件n……文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系存取方法23數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段(20世紀(jì)60年代后期－）背景：應(yīng)用背景 大規(guī)模管理 硬件背景大容量磁盤 軟件背景有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)處理方式聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、分布處理、批處理24數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段(20世紀(jì)60年代后期－）特點(diǎn)：

1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫(kù)與文件系統(tǒng)的根本區(qū)別。

文件系統(tǒng)中，盡管其記錄內(nèi)部已有了某些結(jié)構(gòu)，但記錄之間沒有聯(lián)系。數(shù)據(jù)的最小存取單位是記錄。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，描述數(shù)據(jù)時(shí)不僅要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)不再針對(duì)其一應(yīng)用，是面向全組織，具有整體的結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)。學(xué)生、課程、學(xué)生選課文件結(jié)構(gòu)（關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的參照完整性；文件系統(tǒng)只能編寫應(yīng)用程序代碼實(shí)現(xiàn)）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段(20世紀(jì)60年代后期－）

不僅考慮某個(gè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還要考慮整個(gè)組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此描述數(shù)據(jù)時(shí)不僅僅描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。27(2)數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)可以被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用共享使用。共享導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余度低，同時(shí)可避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。通過重新選擇不同的操作子集，易于增加新的應(yīng)用。(3)數(shù)據(jù)獨(dú)立性高物理獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。28應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2…數(shù)據(jù)庫(kù)管理階段程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系DBMS

數(shù)據(jù)庫(kù)(4)數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)的安全性保護(hù)/數(shù)據(jù)的完整性檢查并發(fā)控制/數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)291.2數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫(kù)中如何抽象、表示、處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息呢？數(shù)據(jù)模型（DataModel）這個(gè)工具來對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象的。301.2數(shù)據(jù)模型模型

是現(xiàn)實(shí)世界特征的模擬和抽象。數(shù)據(jù)模型也是一種模型，是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象，表示實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。一個(gè)用于描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)間關(guān)系、數(shù)據(jù)語(yǔ)義和數(shù)據(jù)約束的概念工具的集合。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求：能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；容易為人所理解；便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。31根據(jù)應(yīng)用的不同目的，數(shù)據(jù)模型劃分為兩類：概念模型（信息模型）

按用戶的觀點(diǎn)來對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模；主要用于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)模型（邏輯模型和物理模型）按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模；邏輯模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。物理模型是描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存取方法，由DBMS來具體實(shí)現(xiàn)。

1.2.1兩類數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實(shí)世界

信息世界概念模型機(jī)器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換認(rèn)識(shí)抽象客觀對(duì)象的抽象過程現(xiàn)實(shí)世界概念模型：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員概念模型邏輯模型數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員&數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具邏輯模型物理模型DBMS3233由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分組成

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

是所研究的對(duì)象類型的集合。

與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對(duì)象（例如網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄，關(guān)系模型中的域、屬性、關(guān)系等）。與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象（例如網(wǎng)狀模型中的系型）。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。

1.2.2數(shù)據(jù)模型的組成要素34數(shù)據(jù)操作

是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象(型)的實(shí)例(值)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)庫(kù)主要有檢索和更新(包括插入、刪除、修改)兩大類操作。數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的含義、符號(hào)、規(guī)則（如優(yōu)先級(jí)）以及實(shí)現(xiàn)操作的語(yǔ)言。數(shù)據(jù)操作是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述數(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(kù)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（詳見第五章）。35概念模型是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次概念模型用于信息世界的建模應(yīng)該具有較強(qiáng)的語(yǔ)義表達(dá)能力應(yīng)該簡(jiǎn)單、清晰、易于用戶理解。

1.2.3概念模型1.2數(shù)據(jù)模型

信息世界中的基本概念

(1)實(shí)體(Entity)

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。

(2)屬性(Attribute)

實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來刻畫。例如：

(94002268，張山，男，1976，計(jì)算機(jī)系，1994)(3)碼(Key)

唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集稱為碼（學(xué)號(hào)、訂單號(hào)等）。1.2.3概念模型36(4)域(Domain)

屬性的取值范圍稱為該屬性的域。例如，學(xué)號(hào)的域?yàn)?位整數(shù)，姓名的域?yàn)樽址?，性別的域?yàn)?男，女)。

(5)實(shí)體型(EntityType)

用實(shí)體名及其屬性集合來抽象和刻畫同類實(shí)體，稱為實(shí)體型。

學(xué)生(學(xué)號(hào)，姓名，出生年份，系，入學(xué)時(shí)間)(6)實(shí)體集(EntitySet)

同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。1.2.3概念模型37(7)聯(lián)系(Relationship)

在現(xiàn)實(shí)世界中，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)體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實(shí)體的各屬性之間的聯(lián)系。實(shí)體之間的聯(lián)系通常是指不同實(shí)體集之間的聯(lián)系。

1.2.3概念模型38實(shí)體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法Ｅ-Ｒ模型的三要素：實(shí)體、屬性、實(shí)體間的聯(lián)系．

1.2.3概念模型表示屬性表示實(shí)體間聯(lián)系表示實(shí)體39實(shí)體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法實(shí)體型之間的聯(lián)系：一對(duì)一聯(lián)系（１：１）、一對(duì)多聯(lián)系（１：N）、多對(duì)多聯(lián)系（Ｍ：Ｎ）

1.2.3概念模型班長(zhǎng)任職班級(jí)1140實(shí)體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法1.2.3概念模型411:n班級(jí)學(xué)習(xí)學(xué)生1n學(xué)生選修課程nmn:m42

1.2.3概念模型實(shí)體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法職工領(lǐng)導(dǎo)1n課程講授教師1m多個(gè)實(shí)體型間的1:n聯(lián)系參考書n單個(gè)實(shí)體型間的1:n聯(lián)系

例：

假設(shè)一個(gè)學(xué)生可選多門課程，而一門課程又有多個(gè)學(xué)生選修，每個(gè)學(xué)生每選一門課只有一個(gè)成績(jī)，一個(gè)教師只能講一門課程，一門課程也可有多個(gè)教師講授，一門課使用多本參考書。畫出E－R圖。431.2.3概念模型實(shí)體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法教師課程學(xué)生參考書講授選修課程號(hào)學(xué)號(hào)姓名性別民族成績(jī)課程名學(xué)分職工號(hào)姓名職稱性別書號(hào)書名價(jià)格摘要1nmnm使用1教學(xué)E-R圖（另：P219工廠物資管理實(shí)例）44數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域中最常用的數(shù)據(jù)模型有四種層次模型(HierarchicalModel),如IBM的IMS系統(tǒng)網(wǎng)狀模型(NetworkModel),如DBTG系統(tǒng)關(guān)系模型(RelationalModel)，如Oracle，Sybase

面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel)1.2.4最常用的數(shù)據(jù)模型45層次模型定義滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型。1.有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)2.根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。1.2.5層次模型（樹型結(jié)構(gòu)）46表示方法實(shí)體型：用記錄類型描述。每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型。屬性：用字段描述。每個(gè)記錄類型可包含若干個(gè)字段。聯(lián)系：用結(jié)點(diǎn)之間的連線表示記錄（類型）之間的一對(duì)

多的聯(lián)系1.2.5層次模型47特點(diǎn)結(jié)點(diǎn)的雙親是唯一的只能直接處理一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)系每個(gè)記錄類型定義一個(gè)排序字段，也稱為碼字段任何記錄值只有按其路徑查看時(shí)，才能顯出它的全部意義沒有一個(gè)子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨(dú)立存在1.2.5層次模型48多對(duì)多聯(lián)系在層次模型中的表示用層次模型間接表示多對(duì)多聯(lián)系，將多對(duì)多聯(lián)系分解成一對(duì)多聯(lián)系。分解方法：冗余結(jié)點(diǎn)法虛擬結(jié)點(diǎn)法1.2.5層次模型49冗余結(jié)點(diǎn)法：增設(shè)冗余結(jié)點(diǎn)，將多對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為兩個(gè)一對(duì)多聯(lián)系優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)清晰，允許結(jié)點(diǎn)改變存儲(chǔ)位置缺點(diǎn)：需要額外占用存儲(chǔ)空間，有潛在的不一致性50虛擬結(jié)點(diǎn)法：將冗余結(jié)點(diǎn)換成虛擬結(jié)點(diǎn)，虛擬結(jié)點(diǎn)為一個(gè)指針，指向替代的節(jié)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：減少對(duì)存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)，避免產(chǎn)生潛在的不一致性缺點(diǎn)：結(jié)點(diǎn)改變存儲(chǔ)位置可能引起虛擬結(jié)點(diǎn)中指針的修改51層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束數(shù)據(jù)操縱：查詢、插入、刪除、更新完整性約束：無相應(yīng)的雙親結(jié)點(diǎn)值就不能插入子女結(jié)點(diǎn)值如果刪除雙親結(jié)點(diǎn)值，則相應(yīng)的子女結(jié)點(diǎn)值也被同時(shí)刪除1.2.5層次模型52層次數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（鄰接法和鏈接法）鄰接法：按照層次樹前序遍歷的順序把所有記錄值依次鄰接存放，即通過物理空間的位置相鄰來實(shí)現(xiàn)層次順序。1.2.5層次模型53層次數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（鄰接法和鏈接法）鏈接法：用指針反映數(shù)據(jù)之間的層次關(guān)系。1.2.5層次模型子女-兄弟鏈接法：每個(gè)記錄設(shè)兩個(gè)指針，分別指向最左邊的子女和最近的兄弟54層次數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（鄰接法和鏈接法）鏈接法：用指針反映數(shù)據(jù)之間的層次關(guān)系。層次序列鏈接法：按樹的前序遍歷順序鏈接各記錄值55層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明晰數(shù)據(jù)庫(kù)查詢效率高良好的完整性支持缺點(diǎn)：多對(duì)多聯(lián)系表示不自然對(duì)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1.2.5層次模型56典型的層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)IMS數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)第一個(gè)大型商用DBMS1968年推出IBM公司研制1.2.5層次模型57定義滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為網(wǎng)狀模型。1.允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親；2.一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。層次模型中子女結(jié)點(diǎn)和雙親結(jié)點(diǎn)的聯(lián)系是唯一的，而網(wǎng)狀模型中這種聯(lián)系則不唯一。因此要為每個(gè)聯(lián)系命名，指出與該聯(lián)系有關(guān)的雙親記錄和子女記錄。1.2.6網(wǎng)狀模型58網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別網(wǎng)狀模型允許多個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)網(wǎng)狀模型允許結(jié)點(diǎn)有多個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)網(wǎng)狀模型允許兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間有多種聯(lián)系（復(fù)合聯(lián)系）網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實(shí)世界層次模型實(shí)際上是網(wǎng)狀模型的一個(gè)特例59多對(duì)多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示

用網(wǎng)狀模型間接表示多對(duì)多聯(lián)系

方法：將多對(duì)多聯(lián)系直接分解成一對(duì)多聯(lián)系網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的操縱和完整性約束

操縱：查詢、插入、刪除、更新

完整性約束：支持記錄碼的概念（唯一標(biāo)識(shí)、不許重復(fù)）保證一個(gè)記錄中雙親記錄與子女記錄之間是一對(duì)多聯(lián)系支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束條件，比如允許插入尚未確定雙親結(jié)點(diǎn)值的子女結(jié)點(diǎn)值；允許只刪除雙親結(jié)點(diǎn)值等。1.2.6網(wǎng)狀模型60網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵：實(shí)現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系

常用方法單向鏈接雙向鏈接環(huán)狀鏈接向首鏈接1.2.6網(wǎng)狀模型61單向鏈接法62網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，如一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)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(kù)的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握。數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（DDL）、數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言（DML）復(fù)雜，用戶不容易使用。1.2.6網(wǎng)狀模型63典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)DBTG系統(tǒng)，亦稱CODASYL系統(tǒng)。由DBTG提出的一個(gè)系統(tǒng)方案，奠定了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念、方法和技術(shù)。70年代推出。實(shí)際系統(tǒng)CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE1.2.6網(wǎng)狀模型64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1970年由美國(guó)IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.Codd提出本課程的重點(diǎn)1.2.7關(guān)系模型65關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（I）在用戶觀點(diǎn)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。1.2.7關(guān)系模型66關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（II）關(guān)系（Relation）

一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)通常說的一張表。元組（Tuple）

表中的一行即為一個(gè)元組。屬性（Attribute）

表中的一列即為一個(gè)屬性，給每一個(gè)屬性起一個(gè)名稱即屬性名。1.2.7關(guān)系模型67關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（III）主碼（Key）

表中的某個(gè)屬性組，它可以唯一確定一個(gè)元組。域（Domain）

屬性的取值范圍。分量

元組中的一個(gè)屬性值。1.2.7關(guān)系模型68關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（IV）關(guān)系模式

對(duì)關(guān)系的描述

關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）

學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系別，年級(jí)）69實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的表示方法實(shí)體型：直接用關(guān)系（表）表示。屬性：用屬性名表示。一對(duì)一聯(lián)系：隱含在實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系中。一對(duì)多聯(lián)系：隱含在實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系中。多對(duì)多聯(lián)系：直接用關(guān)系表示。1.2.7關(guān)系模型70實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的表示方法（例）例1：學(xué)生、系、系與學(xué)生之間的一對(duì)多聯(lián)系：

學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系號(hào)，年級(jí)）系(系號(hào)，系名，辦公地點(diǎn))例2：系、系主任、系與系主任間的一對(duì)一聯(lián)系：

系(系號(hào)，系名，系主任姓名)例3：學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對(duì)多聯(lián)系：

學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系號(hào)，年級(jí)）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）

選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）1.2.7關(guān)系模型71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(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。1.2.7關(guān)系模型72關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱查詢、插入、刪除、更新數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對(duì)象和操作結(jié)果都是關(guān)系，即若干元組的集合存取路徑對(duì)用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么”，不必詳細(xì)說明“怎么干”關(guān)系模型的完整性約束實(shí)體完整性/參照完整性/用戶定義的完整性（第5章）1.2.7關(guān)系模型73關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都用表來表示。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的物理組織中，有的DBMS一個(gè)表對(duì)應(yīng)一個(gè)操作系統(tǒng)文件，有的DBMS從操作系統(tǒng)獲得若干大的文件，自己設(shè)計(jì)表、索引等存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。1.2.7關(guān)系模型74關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上概念單一，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰，用戶易懂易用。實(shí)體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示。對(duì)數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系。關(guān)系模型的存取路徑對(duì)用戶透明具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，更好的安全保密性簡(jiǎn)化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)建立的工作1.2.7關(guān)系模型75關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：存取路徑對(duì)用戶透明導(dǎo)致查詢效率往往不如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型。為提高性能，必須對(duì)用戶的查詢請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)化，增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的難度。（第9章）1.2.7關(guān)系模型76典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)ORACLESYBASEINFORMIXDB/2COBASEPBASEEasyBaseDM/2OpenBase1.2.7關(guān)系模型77數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)角度看：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)；從數(shù)據(jù)庫(kù)最終用戶角度看：數(shù)據(jù)庫(kù)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)、客戶/服務(wù)器、瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器多層結(jié)構(gòu)等。1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)78數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)“型”和“值”的概念型（Type）對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明值（Value）是型的一個(gè)具體賦值例如：學(xué)生記錄記錄型：（學(xué)號(hào)，姓名，性別，系別，籍貫）記錄值：（900201，李明，男，計(jì)算機(jī)，江蘇）1.3.1

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式的概念79“型”和“值”的區(qū)別模式（Schema）數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系模式是相對(duì)穩(wěn)定的模式的一個(gè)實(shí)例（Instance）模式的一個(gè)具體值反映數(shù)據(jù)庫(kù)某一時(shí)刻的狀態(tài)同一個(gè)模式可以有很多實(shí)例實(shí)例隨數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的更新而變動(dòng)1.3.1

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式的概念80數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由外模式、模式和內(nèi)模式三級(jí)構(gòu)成1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)81模式（Schema）模式（也稱邏輯模式）數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式模式的地位：是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層與數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言無關(guān)模式的定義：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項(xiàng)的名字、類型、取值范圍等）數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)82外模式（ExternalSchema）外模式（也稱子模式或用戶模式）數(shù)據(jù)庫(kù)用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示模式與外模式的關(guān)系：一對(duì)多通常是模式的子集；一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多個(gè)外模式外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對(duì)多同一外模式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)用程序只能使用一個(gè)外模式1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)83外模式（ExternalSchema）外模式是保證數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)內(nèi)模式（InternalSchema）內(nèi)模式（也稱存儲(chǔ)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(kù)內(nèi)部的表示方式記錄的存儲(chǔ)方式（順序存儲(chǔ)，按照B樹結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，按hash方法存儲(chǔ)）/索引的組織方式/數(shù)據(jù)是否壓縮存儲(chǔ)/數(shù)據(jù)是否加密/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)的規(guī)定一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)內(nèi)模式1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)84三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別，二級(jí)映象在DBMS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換。1.3.3數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性85外模式/模式映像一個(gè)模式可以定義任意多個(gè)外模式對(duì)每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都有一個(gè)外模式/模式映射，定義該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系映象定義通常包含在各自外模式的描述中保證數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性當(dāng)模式改變時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理員修改有關(guān)的外模式／模式映象，使外模式保持不變應(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)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。1.3.3數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性86模式/內(nèi)模式映像定義數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的數(shù)據(jù)庫(kù)中模式／內(nèi)模式映象是唯一的該映象定義通常包含在模式描述中保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫(kù)管理員修改模式／內(nèi)模式映象，使模式保持不變應(yīng)用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。1.3.3數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用C外模式2外模式1外模式3模式內(nèi)模式DB123外模式/模式映象模式/內(nèi)模式映象圖1-24數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)8788優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象保證了數(shù)據(jù)庫(kù)外模式的穩(wěn)定性，從而從底層保證了應(yīng)用程序的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)和程序之間的獨(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。另外，由于數(shù)據(jù)的存取由DBMS管理，用戶不必考慮存取路徑等細(xì)節(jié)，從而簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序的編制，大大減少了應(yīng)用程序的維護(hù)和修改。1.3.3數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性89數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員組成。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)硬件資源的要求足夠大的內(nèi)存，存放操作系統(tǒng)、DBMS的