X-第二篇 第3講 管理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)之數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理概述(2)-20141011

數(shù)據(jù)庫第二篇第3講管理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)之數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理概述(2)深圳大學機電與控制工程學院主講人王貴斌第2章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述2.1概述2.2數(shù)據(jù)模型2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成2.5本章小結(jié)2.2數(shù)據(jù)模型2.2.1概述2.2.2信息的三種世界及其描述2.2.3數(shù)據(jù)模型的組成要素2.2.4概念模型2.2.5常用數(shù)據(jù)模型2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）網(wǎng)狀模型用有向圖（網(wǎng)絡(luò)）結(jié)構(gòu)表示實體類型及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為網(wǎng)狀模型（NetworkModel）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)操縱網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一個基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型的

數(shù)據(jù)庫實例都薇哈爾濱道理區(qū)友誼路李金寶哈爾濱南崗區(qū)學府路孫文雋哈爾濱南崗區(qū)學府路陳慶奎哈爾濱道外區(qū)上游路楊燕哈爾濱道外區(qū)南馬路2410000852000045100003610000系姓名城市區(qū)街道帳號存款余額儲蓄戶記錄集合帳戶記錄集合

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型的核心是記錄和系。記錄表示數(shù)據(jù)，一個記錄有多個數(shù)據(jù)域，每個域表示一個數(shù)據(jù)項；數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系由“系”表示，可視為一個指針2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀模型滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為網(wǎng)狀模型允許一個以上的結(jié)點無雙親(左圖R1R2)一個結(jié)點可以有多于一個的雙親(右圖R3)

Ｒ1

Ｒ2

R3L1L2

R1

R2L3L1L2

R3L4

R4

R5

2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）表示方法（與層次數(shù)據(jù)模型相同）實體型用記錄類型描述每個結(jié)點表示一個記錄類型屬性用字段描述每個記錄類型可包含若干個字段聯(lián)系用結(jié)點之間的連線表示記錄（類）型之間的一對多的父子聯(lián)系特點只能直接處理一對多的實體聯(lián)系每個記錄類型定義一個排序字段，也稱為碼字段任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別網(wǎng)狀模型允許多個結(jié)點沒有雙親結(jié)點網(wǎng)狀模型允許結(jié)點有多個雙親結(jié)點網(wǎng)狀模型允許兩個結(jié)點之間有多種聯(lián)系（復合聯(lián)系）網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界層次模型實際上是網(wǎng)狀模型的一個特例2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）

Ｒ1

Ｒ2

R3L1L2

R1

R2L3L1L2

R3L4

R4

R5

2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）

Ｒ1

L1L2

R22.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）學生宿舍學生教研室系教師父母人子女樹種植砍伐養(yǎng)育贍養(yǎng)2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）多對多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示用網(wǎng)狀模型間接表示多對多聯(lián)系方法將多對多聯(lián)系直接分解成一對多聯(lián)系2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱查詢插入刪除更新2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）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

DatabaseTaskGroup，數(shù)據(jù)庫任務(wù)組。指能夠處理模糊數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫）對數(shù)據(jù)操縱加了一些限制，提供了一定的完整性約束支持記錄碼的概念，碼即唯一標識記錄的數(shù)據(jù)項的集合雙親結(jié)點與子女結(jié)點之間是一對多聯(lián)系屬籍類別加入類別(自動的，手工的)移出類別(固定的，必須的，隨意的)完整性約束條件允許插入尚未確定雙親結(jié)點值的子女結(jié)點值允許只刪除雙親結(jié)點值2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)關(guān)鍵實現(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2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點優(yōu)點能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界，如一個結(jié)點可以有多個雙親具有良好的性能，存取效率較高缺點結(jié)構(gòu)比較復雜，而且隨著應(yīng)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DDL、DML語言復雜，用戶不容易使用2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBTG系統(tǒng)，亦稱CODASYL系統(tǒng)由DBTG提出的一個系統(tǒng)方案奠定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、方法和技術(shù)70年代推出實際系統(tǒng)CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）關(guān)系模型(重點理解和掌握的內(nèi)容)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IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.Codd提出在美國計算機學會會刊《CommunicationoftheACM》上發(fā)表題為“ARelationalModelofDataforSharedDataBanks”的論文目前主流的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)大都是基于關(guān)系數(shù)據(jù)模型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)80年代以來推出的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)幾乎都支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系理論的確立標志著關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究接近頂峰，而且關(guān)系數(shù)據(jù)庫已經(jīng)占據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的市場2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）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)模型的操縱關(guān)系數(shù)據(jù)模型的完整性約束關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立在嚴格的數(shù)學概念基礎(chǔ)之上關(guān)系數(shù)據(jù)模型是由若干個關(guān)系模式組成的集合，其主要特征是用二維表格結(jié)構(gòu)表達實體集，用外鍵表示實體間聯(lián)系其邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，由行和列組成2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）關(guān)系模型的基本概念關(guān)系（Relation）一個關(guān)系對應(yīng)通常說的一張表元組（Tuple）表中的一行即為一個元組，很多系統(tǒng)稱之為記錄屬性（Attribute）表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名同一張表中的屬性具有不同是屬性名碼（Key）表中的某個屬性或?qū)傩越M，它（們）的值可以唯一確定一個元組，且屬性中不含多余的屬性2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）域（Domain）屬性的取值范圍分量（Element）元組中的一個屬性值關(guān)系模式(Relationmode)關(guān)系的型，是對關(guān)系的描述，實際上就是記錄類型關(guān)系模式僅是對數(shù)據(jù)特性的描述它的一般表示，包括模式名，屬性名，值域名以及模式的主鍵（碼），如下

關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n） 例如：學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）關(guān)系模型中的數(shù)據(jù)要全部用關(guān)系表示在關(guān)系模型中，實體集以及實體間的聯(lián)系都用關(guān)系來表示例如，在關(guān)系模型中，學生、課程、學生與課程之間的聯(lián)系表示為

學生（學號，姓名，性別，年齡，所在系）； 課程（課程號，課程名，先行課）；選修（學號，課程號，成績）.2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）關(guān)系實例就是一個關(guān)系，即一張二維表格超鍵（碼）在關(guān)系中能唯一標識元組的屬性集稱為關(guān)系模式的超鍵(注意，超鍵是一個屬性集)通常選取一個碼作為主鍵，也稱主碼（PrimaryKey）候選鍵（碼）（SecondaryKey）不含有多余屬性的超鍵稱為候選鍵外鍵某個關(guān)系的主鍵相應(yīng)的屬性在另一關(guān)系中出現(xiàn)，此時該主鍵在就是另一關(guān)系的外鍵，如有兩個關(guān)系S和SC,其中S#是關(guān)系S的主鍵，相應(yīng)的屬性S#在關(guān)系SC中也出現(xiàn)，此時S#就是關(guān)系SC的外鍵一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫實例2410000852000045100003610000帳號存款余額帳戶關(guān)系姓名城市區(qū)街道儲蓄戶關(guān)系帳號都薇哈爾濱道理區(qū)友誼路85李金寶哈爾濱南崗區(qū)學府路24孫文雋哈爾濱南崗區(qū)學府路85陳慶奎哈爾濱道外區(qū)上游路24陳慶奎哈爾濱道外區(qū)上游路36楊燕哈爾濱道外區(qū)南馬路452.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）實體及實體間的聯(lián)系的表示方法實體型直接用關(guān)系（表）表示屬性用屬性名表示一對一聯(lián)系隱含在實體對應(yīng)的關(guān)系中一對多聯(lián)系隱含在實體對應(yīng)的關(guān)系中多對多聯(lián)系直接用關(guān)系表示2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（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）;

系(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）;

課程（課程號，課程名，學分）;

選修（學號，課程號，成績）.2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）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可分的數(shù)據(jù)項2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）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用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么”，不必詳細說明“怎么干”關(guān)系模型把存取路徑向用戶隱蔽起來，使數(shù)據(jù)的獨立性提高關(guān)系語言的高度非過程化，使得用戶對關(guān)系的操作容易2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）關(guān)系模型的完整性約束實體完整性這條規(guī)則要求關(guān)系中元組在組成主鍵的屬性上不能有空值。如果出現(xiàn)空值，那么主鍵值就起不了唯一標識元組的作用。參照完整性這條規(guī)則要求“不引用不存在的實體”其形式定義如下:如果屬性集K是關(guān)系模式R1的主鍵，K也是關(guān)系模式R2的外鍵，那么R2的關(guān)系中，K的取值只允許有兩種可能，或者為空值，或者等于R1關(guān)系中某個主鍵值2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）這條規(guī)則在使用時有三點應(yīng)注意:1)外鍵和相應(yīng)的主鍵可以不同名，只要定義在相同值域上即可；2)R1和R2也可以是同一個關(guān)系模式，表示了屬性之間的聯(lián)系；3)外鍵值是否允許空應(yīng)視具體問題而定。用戶定義的完整性2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)在關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中、實體及實體間的聯(lián)系都用表來表示在數(shù)據(jù)庫的物理組織中，表以文件形式存儲一些小型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)RDBMS采用直接的操作系統(tǒng)文件的方式實現(xiàn)關(guān)系存儲一個關(guān)系對應(yīng)一個數(shù)據(jù)文件許多RDBMS自己設(shè)計文件結(jié)構(gòu)、文件格式和數(shù)據(jù)存取機制2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）關(guān)系模型的優(yōu)缺點優(yōu)點建立在嚴格的數(shù)學概念的基礎(chǔ)上概念單一，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用實體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示對數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一、使數(shù)據(jù)操作方法統(tǒng)一關(guān)系模型的存取路徑對用戶透明具有更高的數(shù)據(jù)獨立性，更好的安全保密性簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作缺點存取路徑對用戶透明導致查詢效率往往不如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)聯(lián)系是靠數(shù)據(jù)冗余實現(xiàn)的，所以不可能消除數(shù)據(jù)冗余，使得關(guān)系空間效率和時間效率比較低為提高性能，必須對用戶的查詢請求進行優(yōu)化增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度2.2.5常用數(shù)據(jù)模型（續(xù)）典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)ORACLESYBASEINFORMIXDB/2COBASEPBASEEasyBaseDM/2OpenBase第2章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述2.1概述2.2數(shù)據(jù)模型2.3

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)

2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成2.5本章小結(jié)2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級數(shù)據(jù)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型用數(shù)據(jù)描述語言給出精確的描述，這稱為數(shù)據(jù)模式，它是數(shù)據(jù)庫的框架從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三級模式結(jié)構(gòu)，包括以下三種數(shù)據(jù)模式外模式邏輯模式內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念“型”和“值”的概念型（Type）對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明值（Value）是型的一個具體賦值例如：學生記錄記錄型：（學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）該記錄型的一個記錄值：（900201，李明，男，計算機，22，江蘇）2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）模式（Schema）數(shù)據(jù)庫邏輯結(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)系模式是相對穩(wěn)定的是數(shù)據(jù)庫全體數(shù)據(jù)的邏輯整體結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅涉及到型的描述，而不涉及到具體值模式的一個實例（Instance）模式的一個具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)同一個模式可以有很多實例實例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動 模式反映的是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其關(guān)系，而實例反映的是數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)抽象與數(shù)據(jù)庫的三種模式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要目的之一就是為用戶提供一個數(shù)據(jù)抽象視圖，以隱藏數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法等細節(jié)邏輯模式2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）概念抽象外模式/模式映象物理抽象模式/內(nèi)模式映象現(xiàn)實世界外模式邏輯模式內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用n視圖1視圖2視圖n視圖抽象2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）邏輯模式（LogicalSchema）及概念數(shù)據(jù)庫也稱為模式(Schema)是對數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述是一個對所有用戶數(shù)據(jù)進行綜合抽象而得到的全局公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求用模式描述語言DDL

(DataDefinitionLanguage)來定義描述的數(shù)據(jù)庫中的實體和屬性的名字及他們之間的關(guān)系，是個可以放進數(shù)據(jù)項值的框架，主要包括數(shù)據(jù)庫的記錄型、數(shù)據(jù)項的型（結(jié)構(gòu)）、記錄間的聯(lián)系數(shù)據(jù)安全性定義，保密方式、級別和使用權(quán)限完整性約束數(shù)據(jù)訪問方式2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只能有一個邏輯模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、減少數(shù)據(jù)冗余模式的地位是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層與數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及高級程序設(shè)計語言無關(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、完整性要求以邏輯模式為框架的數(shù)據(jù)庫稱為概念數(shù)據(jù)庫2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）外模式（ExternalSchema）及用戶數(shù)據(jù)庫也稱子模式（Subschema）是對各個用戶或應(yīng)用程序所涉及數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)特征的描述，是用戶自己所關(guān)注局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述用子模式模式描述語言DDL進行定義子模式的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)域、數(shù)據(jù)構(gòu)造規(guī)則及數(shù)據(jù)安全性和完整性的描述可與邏輯模式不同2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）子模式是完全按照用戶對數(shù)據(jù)的需要、站在局部的角度進行設(shè)計，數(shù)據(jù)庫有多個用戶，則可以有多個子模式用戶不必考慮與自己無關(guān)的數(shù)據(jù)，使得用戶使用數(shù)據(jù)和設(shè)計程序的工作簡化用戶只能對自己需要的數(shù)據(jù)進行操作，數(shù)據(jù)庫的其它數(shù)據(jù)與用戶隔離，有利于數(shù)據(jù)的安全和保密可使用子模式，同一模式可派生出多個模式，有利于數(shù)據(jù)的獨立性和共享性數(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)的邏輯表示只有相同的數(shù)據(jù)視圖的用戶，共享一個子模式一個子模式可以為多個用戶使用，它是模式的邏輯子集，一個數(shù)據(jù)庫可有多個外模式（子模式）2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）外模式的地位：介于模式與應(yīng)用之間模式與外模式的關(guān)系：一對多外模式通常是模式的子集一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求對模式中同一數(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外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對多同一外模式也可以為某一用戶的多個應(yīng)用系統(tǒng)所使用但一個應(yīng)用程序只能使用一個外模式外模式的用途保證數(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(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）內(nèi)模式(InternalSchema)及物理數(shù)據(jù)庫也稱存儲模式（AccessSchema）或物理模式（PhysicalSchema）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)部的表示方式或底層描述，用內(nèi)模式DDL(InternalSchemaDDL)進行定義數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項、記錄、數(shù)據(jù)集、索引和存取路徑的物理組織方式數(shù)據(jù)的優(yōu)化性能、響應(yīng)時間和存儲空間需求數(shù)據(jù)的記錄位置、塊的大小與數(shù)據(jù)溢出區(qū)等2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式無論哪一級的模式都只能是處理數(shù)據(jù)的一個框架，而按照這些框架填入的數(shù)據(jù)才是數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容（模型、模式、具體值是三個不同的概念）其目的是將系統(tǒng)的全局邏輯模式組織成自有的物理模式，以提高存取效率，改善系統(tǒng)性能以物理模式（內(nèi)模式）為框架的數(shù)據(jù)庫為物理數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中只有物理數(shù)據(jù)庫才是真實存在的（計算機外存的實際數(shù)據(jù)文件），概念數(shù)據(jù)庫和用戶數(shù)據(jù)庫在計算機外存上是不存在的觀念數(shù)據(jù)庫是物理數(shù)據(jù)庫的邏輯抽象形式物理數(shù)據(jù)庫是概念數(shù)據(jù)庫的具體實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)庫是概念數(shù)據(jù)庫的子集，也是物理數(shù)據(jù)庫子集的邏輯描述2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性1972年，ANSI/SPARCDBMS研究組提出的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)—三級模式結(jié)構(gòu)，一個重要的目標是將用戶應(yīng)用與物理數(shù)據(jù)庫分離2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）三級模式與二級映象三級模式是對數(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，是用戶能邏輯地抽象地處理數(shù)據(jù)，不用關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機中的具體表示和存放為了能夠在內(nèi)部實現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在這三級模式之間提供了兩層映象：外模式/（邏輯）模式映象和（邏輯）模式/（物理）內(nèi)模式映象這兩層映象保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）外模式／（邏輯）模式映象定義外模式與（邏輯）模式之間的對應(yīng)關(guān)系，一個（邏輯）模式可以有多個外模式，對于每一個外模式，都有一個外模式/（邏輯）模式映象，它定義該外模式與（邏輯）模式之間的對應(yīng)關(guān)系映象定義通常包含在各自外模式的描述中外模式／（邏輯）模式映象的用途，是保證數(shù)據(jù)的邏輯獨立性2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）當（邏輯）模式改變（增加新的關(guān)系、新的屬性、屬性的類型等）時，由數(shù)據(jù)庫管理員DBA對各個外模式/（邏輯）模式的映象作相應(yīng)的改變，可以使外模式保持不變應(yīng)用程序依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫，從而程序不需做變動，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯性獨立，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性邏輯數(shù)據(jù)獨立性，由邏輯模式與外模式之間的映射實現(xiàn)，是指當概念數(shù)據(jù)庫模式發(fā)生改變時，數(shù)據(jù)庫的外模式不變，保證建在外模式上的應(yīng)用程序不需要修改，只需要修改概念模式與外模式之間的映象2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）（邏輯）模式／（物理）內(nèi)模式映象數(shù)據(jù)庫中此映象是唯一的，定義了數(shù)據(jù)庫全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系，通常包含在模式的描述中，例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的模式／內(nèi)模式映象的用途保證數(shù)據(jù)的物理獨立性當數(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DBA只對此模式／內(nèi)模式映象做相應(yīng)變動，使模式保持不變應(yīng)用程序不受影響，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）物理數(shù)據(jù)獨立性，由內(nèi)模式與（邏輯）模式之間的映射實現(xiàn)，是指在數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式（物理存儲結(jié)構(gòu)）發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)不變；可以保證用戶編寫的應(yīng)用程序不便，需修改內(nèi)模式與邏輯模式間的映射2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式小結(jié)模式是數(shù)據(jù)庫的中心與關(guān)鍵獨立于數(shù)據(jù)庫的其它層次設(shè)計數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)時應(yīng)首先確定數(shù)據(jù)庫的邏輯模式內(nèi)模式依賴于全局邏輯結(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外模式面向具體的應(yīng)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)備設(shè)計外模式時應(yīng)充分考慮到應(yīng)用的擴充性。當應(yīng)用需求發(fā)生較大變化，相應(yīng)外模式不能滿足其視圖要求時，該外模式就得做相應(yīng)改動2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫中的邏輯模式是中心和關(guān)鍵應(yīng)用程序在外模式描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上編制的，它依賴于特定的外模式，與數(shù)據(jù)庫的模式和存儲結(jié)構(gòu)獨立不同的應(yīng)用程序有時可以共用同一個外模式二級映象保證了數(shù)據(jù)庫外模式的穩(wěn)定性，從而從底層保證了應(yīng)用程序的穩(wěn)定性，除非應(yīng)用需求本身發(fā)生變化，否則應(yīng)用程序一般不需要修改數(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(yīng)用程序中分離出去2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）模型分類-數(shù)據(jù)庫的建模過程邏輯數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）邏輯數(shù)據(jù)模型-

數(shù)據(jù)模型的發(fā)展反映了數(shù)據(jù)庫的發(fā)展文件系統(tǒng)層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫對象數(shù)據(jù)庫商務(wù)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用（查詢要求，集成的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共享）DBMS技術(shù)商務(wù)數(shù)據(jù)處理迅速發(fā)展，普及（簡單結(jié)構(gòu)，非過程化查詢）關(guān)系數(shù)據(jù)理論數(shù)據(jù)庫應(yīng)用領(lǐng)域擴大，新應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)應(yīng)用新需求（復雜對象，對象的復雜行為）面向?qū)ο蠹夹g(shù)2.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）2.3.2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：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主從式結(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)客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu)2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)（續(xù)）單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(應(yīng)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)早期的最簡單的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)（續(xù)）主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一個主機帶多個終端的多用戶結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括應(yīng)用程序、DBMS、數(shù)據(jù)，都集中存放在主機上，所有處理任務(wù)都由主機來完成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)資源優(yōu)點易于管理、控制與維護缺點當終端用戶數(shù)目增加到一定程度后，主機的任務(wù)會過分繁重，成為瓶頸，從而使系統(tǒng)性能下降系統(tǒng)的可靠性依賴主機,當主機出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)都不能使用主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主機終端2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)（續(xù)）分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)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(yīng)用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(yīng)用優(yōu)點適應(yīng)了地理上分散的公司、團體和組織對于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的需求缺點數(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s2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)（續(xù)）2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)（續(xù)）客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)NetworkRequestResultaclient,aserver,andnetworkClientServerClientmachineServermachine2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)（續(xù)）把DBMS功能和應(yīng)用分開網(wǎng)絡(luò)中某個（些）結(jié)點上的計算機專門用于執(zhí)行DBMS功能，稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，簡稱服務(wù)器其他結(jié)點上的計算機安裝DBMS的外圍應(yīng)用開發(fā)工具，用戶的應(yīng)用系統(tǒng)，稱為客戶機客戶／服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的種類集中的服務(wù)器結(jié)構(gòu)一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，多臺客戶機分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)中有多臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)是客戶／服務(wù)器與分布式數(shù)據(jù)庫的結(jié)合2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)（續(xù)）客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點客戶端的用戶請求被傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)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)傳輸量數(shù)據(jù)庫更加開放客戶與服務(wù)器一般都能在多種不同的硬件和軟件平臺上運行可以使用不同廠商的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)工具2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)（續(xù)）客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的缺點系統(tǒng)安裝復雜，工作量大應(yīng)用維護困難，難于保密，造成安全性差相同的應(yīng)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)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(yīng)用程序和相應(yīng)的工具模塊，其安裝維護代價過高2.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)（續(xù)）瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu)客戶端瀏覽器軟件、用戶界面瀏覽器的界面統(tǒng)一，廣大用戶容易掌握，大大減少了培訓時間與費用服務(wù)器端分為Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等大大減少了系統(tǒng)開發(fā)和維護代價能夠支持數(shù)萬甚至更多的用戶第2章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述2.1概述2.2數(shù)據(jù)模型2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成2.5本章小結(jié)2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(Database

System,DBS)是指一個計算機存儲記錄的系統(tǒng)，即它是一個計算機系統(tǒng),該系統(tǒng)的目標是存儲信息并支持用戶檢索和更新所需的信息，主要包括：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員（用戶）DBMSApplication存儲元數(shù)據(jù)存儲業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)UserSQL結(jié)構(gòu)化查詢語言Result一個簡化的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)環(huán)境2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）硬件平臺及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源的要求足夠大的內(nèi)存操作系統(tǒng)DBMS的核心模塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)應(yīng)用程序足夠大的外存磁盤操作系統(tǒng)DBMS應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫及其備份光盤、磁帶、軟盤數(shù)據(jù)備份較高的通道能力，提高數(shù)據(jù)傳送率2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）軟件DBMS操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng)以DBMS為核心的應(yīng)用開發(fā)工具為特定應(yīng)用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）人員數(shù)據(jù)庫管理員系統(tǒng)分析員數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)用程序員(最終用戶)2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據(jù)庫管理員(DBA)決定數(shù)據(jù)庫中的信息內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，決定數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)和存取策略定義概念模式定義內(nèi)模式與用戶聯(lián)絡(luò)，定義外模式定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的使用和運行周期性轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件日志文件系統(tǒng)故障恢復介質(zhì)故障恢復監(jiān)視審計文件數(shù)據(jù)庫的改進和重組性能監(jiān)控和調(diào)優(yōu)數(shù)據(jù)重組數(shù)據(jù)庫重構(gòu)2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）系統(tǒng)分析員負責應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明與用戶及DBA協(xié)商，確定系統(tǒng)的硬軟件配置參與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概要設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員參加用戶需求調(diào)查和系統(tǒng)分析確定數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)庫各級模式應(yīng)用程序員設(shè)計和編寫應(yīng)用系統(tǒng)的程序模塊進行調(diào)試和安裝2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）用戶偶然用戶企業(yè)或組織機構(gòu)的高中級管理人員簡單用戶銀行的職員、機票預定人員、旅館總臺服務(wù)員復雜用戶工程師、科學家、經(jīng)濟學家、科技工作者等直接使用數(shù)據(jù)庫語言訪問數(shù)據(jù)庫，甚至能夠基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的API編制自己的應(yīng)用程序2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典和DBMS是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中使用的兩個主要工具，它們在數(shù)據(jù)資源的管理和使用中相互補充數(shù)據(jù)字典定義是關(guān)于數(shù)據(jù)描述信息的庫，存儲有關(guān)數(shù)據(jù)的來源、描述、與其他數(shù)據(jù)的關(guān)系、用途、責任和格式等信息它本身就是個數(shù)據(jù)庫，存儲“關(guān)于”數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)庫提供了“路線圖”而不是“原始數(shù)據(jù)”2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據(jù)字典可以在非數(shù)據(jù)庫環(huán)境下使用，但由于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)量大、關(guān)系復雜、多用戶共享等原因，使數(shù)據(jù)字典在數(shù)據(jù)庫中使用中尤為重要數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容包括數(shù)據(jù)元、數(shù)據(jù)元組、導出數(shù)據(jù)元、同義異名或別名、同名異義詞、概念模式描述、邏輯模式描述、外模式描述、內(nèi)模式描述2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據(jù)字典的任務(wù)及用途任務(wù)描述或定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的所有對象和屬性；對象之間的聯(lián)系；登記所有對象、屬性的自然語言定義；保留數(shù)據(jù)字典的變化歷史，以供需要時查閱；注意數(shù)據(jù)字典本身也需要用數(shù)據(jù)模型來描述用途幫助DBMS快速查找有關(guān)對象便于DBA掌握整個系統(tǒng)的運行情況主要由DBMS使用，用戶也可以使用DBMS可通過數(shù)據(jù)庫字典了解數(shù)據(jù)庫中每個文件的結(jié)構(gòu)、每個數(shù)據(jù)項的存儲格式和數(shù)據(jù)類型等信息2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據(jù)字典與DBMSDBMS直接與數(shù)據(jù)的計算機處理有關(guān)，數(shù)據(jù)字典和一個組織全部數(shù)據(jù)的收集、規(guī)范說明和管理有關(guān)在數(shù)據(jù)環(huán)境中，數(shù)據(jù)字典可以被看成是存儲數(shù)據(jù)庫信息的“數(shù)據(jù)庫”有時稱管理數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)庫的軟件為數(shù)據(jù)字典2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的工作流程第一階段DBA建立并維護數(shù)據(jù)庫第二階段用戶編寫應(yīng)用程序第三階段應(yīng)用程序在DBMS支持下運行，當模式、物理模式、子模