數(shù)據(jù)庫(kù)原理第1章

總課時(shí)：90（54+36）課程性質(zhì)：考試數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用1數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用

教學(xué)內(nèi)容及目的本課的內(nèi)容是將數(shù)據(jù)庫(kù)基本原理和具體數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的介紹合二為一。

在數(shù)據(jù)庫(kù)基本原理部分，重點(diǎn)介紹關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)；

在實(shí)際數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)部分，介紹VFP6.0的操作及其應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。本課程的目的是掌握數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需的數(shù)據(jù)庫(kù)理論知識(shí)，又能使用一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行小型數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

別忘了你們的任務(wù)??！2課程的學(xué)習(xí)方法勤于思考，善于消化

掌握教材中重要的例題和習(xí)題重視上機(jī)實(shí)習(xí)環(huán)境重視數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)3本課程教學(xué)參考書1、《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論》薩師煊，王珊主編高等教育出版社2、《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理與應(yīng)用》苗雷蘭等編著

機(jī)械工業(yè)出版社3、《VFP程序設(shè)計(jì)教程》劉瑞新等編著機(jī)械工業(yè)出版社結(jié)束4目錄

第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述

第2章關(guān)系模型

第3章關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言

第4章關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論

第5章數(shù)據(jù)庫(kù)安全保護(hù)

第6章數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

第7章數(shù)據(jù)表單的設(shè)計(jì)

第8章數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

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第1章

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述6本章概要在本章中，首先介紹數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)的主要概念，然后回顧數(shù)據(jù)管理技術(shù)的三個(gè)發(fā)展階段。要求了解數(shù)據(jù)庫(kù)的三個(gè)發(fā)展階段及各階段的主要特點(diǎn)，掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中的有關(guān)的基本概念、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成及各部分的主要功能。重點(diǎn)掌握實(shí)體、屬性定義和實(shí)體型之間的聯(lián)系類型及特點(diǎn)。了解三種數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)及區(qū)別，為后面各章的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。了解面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的基本特征。71.1信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1.1.1數(shù)據(jù)與信息1.1.1.1信息（Information）信息的定義信息：向人們（或機(jī)器）提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事物的知識(shí)?；蛘哒f(shuō)信息是關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界事物的存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反映的綜合。說(shuō)明：具體說(shuō)信息是一種被加工為特定形式的數(shù)據(jù)。

如“2000年碩士研究生將擴(kuò)招30%”，對(duì)接受者有意義，使接受者據(jù)此作出決策。82.信息的特征信息源于物質(zhì)和能量如，一個(gè)人的存在，同時(shí)就有關(guān)于這個(gè)人的信息的存在。如信息可以通過(guò)報(bào)紙、電臺(tái)、電視、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞。信息是可以感知的如報(bào)紙上刊登的信息通過(guò)視覺(jué)器官感知，電臺(tái)中廣播的信息通過(guò)聽(tīng)覺(jué)器官感知。信息是可存儲(chǔ)、加工、傳遞和再生的。91.1.1.2數(shù)據(jù)(Data)1.

數(shù)據(jù)的定義數(shù)據(jù)：是用于載荷信息的物理符號(hào)?；蛘哒f(shuō)

數(shù)據(jù)是用來(lái)記錄信息的可識(shí)別的符號(hào)，是信息的具體表現(xiàn)形式。2.

數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式數(shù)據(jù)形式：數(shù)字、文字、圖形、圖象和聲音等。

說(shuō)明：可用多種不同的數(shù)據(jù)表示同一信息，而信息不隨數(shù)據(jù)形式的不同而改變。

如“2000年碩士研究生將擴(kuò)招30%”，其中的數(shù)據(jù)可改為漢字形式“兩千年”、“百分之三十”。10

1.1.1.3數(shù)據(jù)與信息的聯(lián)系數(shù)據(jù)是信息的符號(hào)表示或載體，信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對(duì)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義解釋。如上例中的數(shù)據(jù)2000、30%被賦予了特定的語(yǔ)義，它們就具有了傳遞信息的功能。

1.1.2數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理：是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過(guò)程，包括對(duì)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、加工、檢索、傳輸?shù)纫幌盗谢顒?dòng)。

信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理的關(guān)系：

信息=數(shù)據(jù)+數(shù)據(jù)處理111.2數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展與研究領(lǐng)域

1.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展

1.2.1.1人工管理階段

時(shí)間：50年代中期以前

應(yīng)用范圍:主要用于科學(xué)計(jì)算。硬件：外存只有卡片、紙帶、磁帶，沒(méi)有磁盤等直接存取設(shè)備。軟件：匯編語(yǔ)言，沒(méi)有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)的軟件。數(shù)據(jù)處理的方式：基本上是批處理。12人工管理階段的特點(diǎn)：1.數(shù)據(jù)不保存2.系統(tǒng)沒(méi)有專用的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理3.數(shù)據(jù)不共享4.數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性在人工管理階段，程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2數(shù)據(jù)集3應(yīng)用程序313

1.2.1.2文件系統(tǒng)階段

時(shí)間：50年代后期至60年代中期應(yīng)用范圍:計(jì)算機(jī)不僅用于科學(xué)計(jì)算，還大量用于信息管理。需求：大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)成為緊迫的需求。硬件：有了磁盤、磁鼓等直接存儲(chǔ)設(shè)備。軟件：出現(xiàn)了高級(jí)語(yǔ)言和操作系統(tǒng)；操作系統(tǒng)中有了專門管理數(shù)據(jù)的軟件，一般稱為文件系統(tǒng)。處理方式：有批處理，也有聯(lián)機(jī)處理。14文件管理數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：1.數(shù)據(jù)以文件形式可長(zhǎng)期保存下來(lái)2.文件系統(tǒng)可對(duì)數(shù)據(jù)的存取進(jìn)行管理3.文件形式多樣化4.程序與數(shù)據(jù)間有一定獨(dú)立性15在文件系統(tǒng)階段,程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系:文件n應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n文件1文件2文件系統(tǒng)……程序A程序B程序C文件A文件B文件C16存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下三方面：

1.數(shù)據(jù)冗余度大各數(shù)據(jù)文件之間沒(méi)有有機(jī)的聯(lián)系，一個(gè)文件基本上對(duì)應(yīng)于一個(gè)應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)不能共享。

2.數(shù)據(jù)獨(dú)立性低數(shù)據(jù)和程序相互依賴，一旦改變數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，必須修改相應(yīng)的應(yīng)用程序。而應(yīng)用程序發(fā)生變化，如改用另一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)編寫程序，也需修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3.數(shù)據(jù)一致性差由于相同數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)、各自管理，在進(jìn)行更新操作時(shí)，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性。17

1.2.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段

時(shí)間:60年代末開(kāi)始應(yīng)用范圍:計(jì)算機(jī)應(yīng)用于管理的規(guī)模更加龐大，數(shù)據(jù)量急劇增加；硬件:出現(xiàn)了大容量磁盤，使計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)存取大量數(shù)據(jù)成為可能；軟件:為解決多用戶、多個(gè)應(yīng)用程序共享數(shù)據(jù)的需求，出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門軟件系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。18數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：

1.數(shù)據(jù)共享性高、冗余少

2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

例：要建立學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)包含三個(gè)文件:學(xué)生（學(xué)號(hào)、姓名、性別、年齡、系別）課程（課號(hào)、課程名、課時(shí)）成績(jī)（學(xué)號(hào)、課號(hào)、成績(jī)）等數(shù)據(jù)19學(xué)生學(xué)號(hào)姓名性別年齡系別S1趙亦女17計(jì)算機(jī)S2錢爾男18信息S3孫珊女20信息S4李思男21自動(dòng)化S5周武男19計(jì)算機(jī)S6吳麗女20自動(dòng)化課號(hào)課程名課時(shí)C1程序設(shè)計(jì)60C2微機(jī)原理80C3數(shù)字邏輯60C4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)80C5數(shù)據(jù)庫(kù)60C6編譯原理60C7操作系統(tǒng)60課程學(xué)號(hào)課號(hào)成績(jī)S1C190S1C285S2C557S2C680S2C7

S2C570S3C10S3C270S3C485S4C193S4C285S4C383S5C289選課20

3.數(shù)據(jù)獨(dú)立性高

數(shù)據(jù)的獨(dú)立性:是指邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。邏輯獨(dú)立性:是指當(dāng)數(shù)據(jù)的總體邏輯結(jié)構(gòu)改變時(shí)，數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)不變。物理獨(dú)立性:是指當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)不變，從而應(yīng)用程序也不必改變。21

4.有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能（1）數(shù)據(jù)的安全性（security）控制

防止不合法使用數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)的泄露和破壞，保證數(shù)據(jù)的安全和機(jī)密；（2）數(shù)據(jù)的完整性(integrity)控制

系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置一些完整性規(guī)則以確保數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。

正確性:是指數(shù)據(jù)的合法性，如年齡屬于數(shù)值型數(shù)據(jù)，只能含0,1,…9，不能含字母或特殊符號(hào)；

有效性:是指數(shù)據(jù)是否在其定義的有效范圍，如月份只能用1~12之間的正整數(shù)表示；

相容性:是指表示同一事實(shí)的兩個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)相同，否則就不相容，如一個(gè)人不能有兩個(gè)性別。22（3）并發(fā)（concurrency）控制

多用戶同時(shí)存取或修改數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，防止相互干擾而提供給用戶不正確的數(shù)據(jù)。（4）數(shù)據(jù)恢復(fù)（recovery）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段，程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)23文件系統(tǒng)管理與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理比較:在文件系統(tǒng)階段，人們關(guān)注的是系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)，因此程序設(shè)計(jì)處于主導(dǎo)地位，數(shù)據(jù)服從于程序設(shè)計(jì)；而在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為信息系統(tǒng)首先關(guān)心的問(wèn)題。24

1.2.2數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)科的研究范圍主要包括以下三個(gè)領(lǐng)域:1.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件的研制

2.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

3.數(shù)據(jù)庫(kù)理論251.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)

1.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DBS）:

是指帶有數(shù)據(jù)庫(kù)并利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DBS）的組成：由數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）及支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的軟硬件環(huán)境，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)管理人員等組成。

261.3.1.1數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù):是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)有組織的共享的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)：

1.集成性

2.共享性27

1.3.1.2用戶用戶:是指使用數(shù)據(jù)庫(kù)的人，即對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)、維護(hù)和檢索等操作。用戶分類：

1.第一類用戶，終端用戶（EndUser）

2.第二類用戶，應(yīng)用程序員（ApplicationProgrammer）

3.第三類用戶，數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DadabaseAdministrator，簡(jiǎn)稱DBA）28

DBA職責(zé)：（1）DBA應(yīng)參與數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（2）DBA應(yīng)參與決定數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取策略的工作（3）DBA要負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性條件（4）監(jiān)督和控制數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的使用和運(yùn)行（5）改進(jìn)與重組數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

29

1.3.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：是應(yīng)用程序（用戶）與數(shù)據(jù)庫(kù)的接口軟件。作用：類似于倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中的管理機(jī)構(gòu)。功能：數(shù)據(jù)庫(kù)定義、數(shù)據(jù)裝入、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)。

1.3.1.4硬件和軟件支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的軟、硬件環(huán)境1.3.1.5應(yīng)用程序

應(yīng)用程序：是用戶按照自己的業(yè)務(wù)編寫使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)程序。30編譯系統(tǒng)OS硬件應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具DBMS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖：31

1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從不同的角度考查數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的角度看，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)；從數(shù)據(jù)庫(kù)最終用戶的角度看，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)。1.3.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)模式（Schema）:是數(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?；蛘哒f(shuō)是用數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言給出精確描述的數(shù)據(jù)庫(kù)的框架。例如：學(xué)生記錄定義為（學(xué)號(hào)、姓名、性別、系別、年齡），稱為記錄型，而（001101，張立，男，計(jì)算機(jī)，20）則是該記錄型的一個(gè)記錄值。模式只是對(duì)記錄型的描述，而與具體的值無(wú)關(guān)。三級(jí)模式的組成：由內(nèi)模式、模式和外模式組成。32應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用n……子模式1……子模式m子模式/模式映象模式模式/內(nèi)模式映象內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)33

1.模式模式：是數(shù)據(jù)庫(kù)中全部數(shù)據(jù)的一個(gè)邏輯表示。和內(nèi)模式的區(qū)別是:不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)細(xì)節(jié)。和外模式的區(qū)別是：與具體的應(yīng)用程序及使用的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言無(wú)關(guān)。模式的定義描述：用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)模式描述語(yǔ)言（DDL）來(lái)定義。

特點(diǎn)：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的描述，它是裝填數(shù)據(jù)的框架。反映數(shù)據(jù)庫(kù)的總體觀。

2.內(nèi)模式內(nèi)模式（存儲(chǔ)模式）：具體描述數(shù)據(jù)在外存儲(chǔ)器上如何組織存儲(chǔ)。

定義：用內(nèi)模式DDL來(lái)定義。

特點(diǎn)：反映數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)觀。343、外模式

外模式：是個(gè)別用戶的數(shù)據(jù)視圖，與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)邏輯表示。

說(shuō)明：外模式是模式的一個(gè)子集，稱為外模式是子模式。

定義：用外模式DDL定義。

說(shuō)明：外模式DDL和用戶適用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言具有相容的語(yǔ)法。

特點(diǎn)：反映了數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶觀。

4、三者的關(guān)系

模式是內(nèi)模式的邏輯表示，內(nèi)模式是模式的物理實(shí)現(xiàn)；外模式則是模式的部分抽取。35

5.三級(jí)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(kāi)，保證了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性；將外模式和模式分開(kāi)，保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。

（2）簡(jiǎn)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(kù)內(nèi)部的存儲(chǔ)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(gè)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(duì)限定的數(shù)據(jù)操作，保證了其他數(shù)據(jù)的安全。361.3.2.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的二級(jí)映象模式/外模式映射：是定義某個(gè)外模式和模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)模式發(fā)生變化時(shí)，只要改變其映射就可以使外模式保持不變（這是DBA的責(zé)任）。模式/內(nèi)模式：定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，改變模式/內(nèi)模式映射，就能使模式不變。371.4數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：

是提供建立、管理、維護(hù)和控制數(shù)據(jù)庫(kù)功能的一組計(jì)算機(jī)軟件。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)通常由三個(gè)部分組成：

數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言（DDL）及其編譯程序、數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言（DML）或查詢語(yǔ)言及其編譯或解釋程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理例行程序。38

1.4.1DBMS的主要功能

1.數(shù)據(jù)定義

DBMS提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言DDL（DataDefineLanguage），定義數(shù)據(jù)的模式、外模式和內(nèi)模式三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，定義模式/內(nèi)模式和外模式/模式二級(jí)映象，定義有關(guān)的約束條件。

例如，為保證數(shù)據(jù)庫(kù)安全而定義的用戶口令和存取權(quán)限，為保證正確語(yǔ)義而定義完整性規(guī)則。

2.數(shù)據(jù)操縱

DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言DML（DataManipulationLanguage）實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本操作，包括檢索、插入、修改、刪除等。SQL語(yǔ)言就是DML的一種。39

3.數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行管理DBMS對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的控制主要通過(guò)四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：數(shù)據(jù)的安全性控制數(shù)據(jù)的完整性控制多用戶環(huán)境下的并發(fā)控制數(shù)據(jù)庫(kù)的恢復(fù)以確保數(shù)據(jù)正確有效和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。404.數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能包括數(shù)據(jù)庫(kù)的初始數(shù)據(jù)的裝入，數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)、重組織，系統(tǒng)性能監(jiān)視、分析等功能。5.數(shù)據(jù)通信DBMS提供與其他軟件系統(tǒng)進(jìn)行通信的功能。實(shí)現(xiàn)用戶程序與DBMS之間的通信，通常與操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成。411.4.2DBMS的組成1.語(yǔ)言編譯處理程序（1）數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言DDL及其編譯程序模式轉(zhuǎn)換為目標(biāo)模式的過(guò)程：三種目標(biāo)模式外模式模式內(nèi)模式模式翻譯程序數(shù)據(jù)字典42（2）數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言DML及其編譯程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本操作。

DML的兩種形式：

（1）宿主型DML

宿主型DML：只能嵌入在其他高級(jí)語(yǔ)言中使用，而不能單獨(dú)使用。

主語(yǔ)言：被DDL嵌入的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言稱為主語(yǔ)言。如：C、FORTRAN或COBOL等。分工：DML語(yǔ)句只完成有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)存取操作功能，而其他功能由主語(yǔ)言完成。

（2）自主型DML

自主型DML：可以嵌入到主語(yǔ)言中使用，也可以單獨(dú)使用。工作方法：作為交互式命令與用戶對(duì)話，執(zhí)行其獨(dú)立的單條語(yǔ)句功能。43DML的語(yǔ)言處理有兩種方法：

（1）預(yù)編譯方法：預(yù)編譯方法采用分兩步編譯處理的方法處理應(yīng)用程序，即在對(duì)程序編譯時(shí)，先對(duì)源程序掃描，發(fā)現(xiàn)DML語(yǔ)句時(shí)將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的主語(yǔ)言語(yǔ)句，最后使用主語(yǔ)言的編譯程序進(jìn)行統(tǒng)一的編譯處理。預(yù)編譯處理過(guò)程：源程序（主語(yǔ)言+DML）源程序（標(biāo)準(zhǔn)主語(yǔ)言）目標(biāo)代碼預(yù)編譯程序主語(yǔ)言編譯程（2）增強(qiáng)編譯方法：擴(kuò)展主語(yǔ)言編譯程序，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充，使它能夠編譯數(shù)據(jù)庫(kù)DML44

2.系統(tǒng)運(yùn)行控制程序主要包括以下幾部分：系統(tǒng)總控程序：是DBMS運(yùn)行程序的核心，用于控制和協(xié)調(diào)各程序的活動(dòng)；安全性控制程序：防止未被授權(quán)的用戶存取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)；完整性控制程序：檢查完整性約束條件，確保進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性；并發(fā)控制程序：協(xié)調(diào)多用戶、多任務(wù)環(huán)境下各應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的并行操作，保證數(shù)據(jù)的一致性；數(shù)據(jù)存取和更新程序：實(shí)施對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的檢索、插入、修改、刪除等操作；通信控制程序：實(shí)現(xiàn)用戶程序與DBMS間的通信。

45

3.系統(tǒng)建立、維護(hù)程序主要包括以下幾部分：

裝配程序：完成初始數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)裝入；

重組程序：當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)性能變壞時(shí)（如查詢速度變慢），需要重新組織數(shù)據(jù)庫(kù)，重新裝入數(shù)據(jù)；

系統(tǒng)恢復(fù)程序：當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)受到破壞時(shí)，將數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)恢復(fù)到以前某個(gè)正確的狀態(tài)。

4.數(shù)據(jù)字典(DataDictionary,簡(jiǎn)稱DD)

用來(lái)描述數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)信息的數(shù)據(jù)目錄；

包括數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式、數(shù)據(jù)類型、用戶名、用戶權(quán)限等有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的信息；

起著系統(tǒng)狀態(tài)的目錄表的作用；

幫助用戶,DBA,DBMS本身使用和管理數(shù)據(jù)庫(kù)。461.4.3DBMS的數(shù)據(jù)存取的過(guò)程

DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的存取通常需要以下四步：

1.用戶使用某種特定的數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言向DBMS發(fā)出存取請(qǐng)求；

2.DBMS接受請(qǐng)求并解釋；

3.DBMS依次檢查外模式、外模式/模式映象、模式、模式/內(nèi)模式映象及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)定義；

4.DBMS對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行必要的存取操作；471.5數(shù)據(jù)模型1.5.1數(shù)據(jù)模型的組成要素

數(shù)據(jù)模型:是模型的一種，是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。或者說(shuō)是表示實(shí)體類型及實(shí)體間聯(lián)系的模型。數(shù)據(jù)模型組成:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)的約束條件三個(gè)要素組成。

1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):是描述系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的框架（靜態(tài)）。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型:層次結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和關(guān)系結(jié)構(gòu)。

2.數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（動(dòng)態(tài)特性）。如數(shù)據(jù)的檢索、插入、刪除和修改等。說(shuō)明：數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作規(guī)則以及實(shí)現(xiàn)操作的語(yǔ)言。48

3.數(shù)據(jù)的約束條件數(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。說(shuō)明：數(shù)據(jù)模型還應(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(yǔ)義約束條件。例如，在學(xué)生數(shù)據(jù)庫(kù)中，學(xué)生的年齡不得超過(guò)40歲。491.5.2數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系1.5.2.1三個(gè)世界的劃分現(xiàn)實(shí)世界：是存在于人們頭腦之外的客觀世界，事物及其相互聯(lián)系用概念模型描述。

信息世界：是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映，客觀事物在信息世界中稱為實(shí)體。

數(shù)據(jù)世界（計(jì)算機(jī)世界）：數(shù)據(jù)是信息世界中信息的數(shù)據(jù)化?，F(xiàn)實(shí)世界中的事物及聯(lián)系在這里用數(shù)據(jù)模型描述。50數(shù)據(jù)處理的抽象和轉(zhuǎn)換過(guò)程現(xiàn)實(shí)世界信息世界認(rèn)識(shí)抽象計(jì)算機(jī)世界511.5.1.2信息世界中的基本概念

1.實(shí)體（Entity）客觀存在并且可以相互區(qū)別的“事物”稱為實(shí)體。實(shí)體可以是可觸及的對(duì)象，如一個(gè)學(xué)生，一本書，一輛汽車；也可以是抽象的事件，如一堂課，一次比賽等。

2.屬性(Attributes)實(shí)體所具有的特性稱為屬性。如學(xué)生實(shí)體有學(xué)號(hào)、姓名、年齡、性別、系等方面的屬性。屬性有"型"和“值”之分，"型"即為屬性名，如姓名、年齡、性別是屬性的型；“值”即為屬性的具體內(nèi)容，如（990001,張立，20，男，計(jì)算機(jī)）這些屬性值的集合表示了一個(gè)學(xué)生實(shí)體。523.實(shí)體型（EntityType）若干個(gè)屬性型組成的集合可以表示一個(gè)實(shí)體的類型，簡(jiǎn)稱實(shí)體型。如學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系）就是一個(gè)實(shí)體型。4.實(shí)體集(EntitySet)同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。如所有的學(xué)生、所有的課程等。5.鍵（Key）能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)實(shí)體的屬性或?qū)傩约Q為實(shí)體的鍵。如學(xué)生的學(xué)號(hào)，學(xué)生的姓名可能有重名，不能作為學(xué)生實(shí)體的鍵。536.域（Domain）屬性值的取值范圍稱為該屬性的域。如學(xué)號(hào)的域?yàn)?位整數(shù)，姓名的域?yàn)樽址?，年齡的域?yàn)樾∮?0的整數(shù)，性別的域?yàn)椋?，女）?.聯(lián)系（Relationship）

聯(lián)系：是實(shí)體之間的相互聯(lián)系。

聯(lián)系的元素：與一個(gè)聯(lián)系有關(guān)的實(shí)體集個(gè)數(shù)。

聯(lián)系種類：在信息世界中將被抽象為實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(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。反映實(shí)體型及其聯(lián)系的結(jié)構(gòu)形式稱為實(shí)體模型，也稱作信息模型，它是現(xiàn)實(shí)世界及其聯(lián)系的抽象表示。54（1）一對(duì)一聯(lián)系（1:1）定義：實(shí)體集A中的一個(gè)實(shí)體至多與實(shí)體集B中的一個(gè)實(shí)體相對(duì)應(yīng)，反之亦然，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B為一對(duì)一的聯(lián)系。記作1:1。如：班級(jí)與班長(zhǎng)，觀眾與座位，病人與床位。一對(duì)一對(duì)應(yīng)關(guān)系圖一對(duì)多對(duì)應(yīng)關(guān)系圖兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系有如下三種類型：（2）一對(duì)多聯(lián)系（1:n）定義：實(shí)體集A中的一個(gè)實(shí)體與實(shí)體集B中的多個(gè)實(shí)體相對(duì)應(yīng)，反之，實(shí)體集B中的一個(gè)實(shí)體至多與實(shí)體集A中的一個(gè)實(shí)體相對(duì)應(yīng)。記作1:n。如：班級(jí)與學(xué)生、公司與職員、省與市。55（3）多對(duì)多（m:n）定義：實(shí)體集A中的一個(gè)實(shí)體與實(shí)體集B中的多個(gè)實(shí)體相對(duì)應(yīng)，反之，實(shí)體集B中的一個(gè)實(shí)體與實(shí)體集A中的多個(gè)實(shí)體相對(duì)應(yīng)。記作（m:n）。如：教師與學(xué)生,學(xué)生與課程，工廠與產(chǎn)品。多對(duì)多對(duì)應(yīng)關(guān)系圖：561.5.1.3計(jì)算機(jī)世界中的基本概念信息世界中的實(shí)體抽象為計(jì)算機(jī)世界中的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。

1.字段（Field）對(duì)應(yīng)于屬性的數(shù)據(jù)稱為字段，也稱為數(shù)據(jù)項(xiàng)。字段的命名往往和屬性名相同。如學(xué)生有學(xué)號(hào)、姓名、年齡、性別、系等字段。

2.記錄（Record）對(duì)應(yīng)于每個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)稱為記錄。如一個(gè)學(xué)生（990001,張立,20,男,計(jì)算機(jī)）為一個(gè)記錄。

3.文件（File）對(duì)應(yīng)于實(shí)體集的數(shù)據(jù)稱為文件。如所有學(xué)生的記錄組成了一個(gè)學(xué)生文件。57實(shí)體聯(lián)系類型：實(shí)體間的聯(lián)系和實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系。

實(shí)體型內(nèi)部的聯(lián)系抽象為同一記錄內(nèi)部各字段間的聯(lián)系，實(shí)體型之間的聯(lián)系抽象為記錄與記錄之間的聯(lián)系。

實(shí)體模型和數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實(shí)世界事物及其聯(lián)系的兩級(jí)抽象。而數(shù)據(jù)模型是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的根據(jù)。

三個(gè)世界術(shù)語(yǔ)對(duì)照：

現(xiàn)實(shí)世界信息世界計(jì)算機(jī)世界 事物總體實(shí)體集文件 事物個(gè)體實(shí)體記錄 特征屬性字段 事物間聯(lián)系實(shí)體模型數(shù)據(jù)模型581.5.3數(shù)據(jù)模型的分類

數(shù)據(jù)模型分類：層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。

三種數(shù)據(jù)模型的根區(qū)別：在于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，即數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的表示方式不同。層次模型用“樹(shù)結(jié)構(gòu)”來(lái)表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；網(wǎng)狀模型是用“圖結(jié)構(gòu)”來(lái)表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；關(guān)系模型是用“二維表”來(lái)表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。591.5.3.1層次模型

層次模型中實(shí)體及其聯(lián)系:表現(xiàn)為樹(shù)結(jié)構(gòu)。如：家族關(guān)系，行政機(jī)構(gòu)等。層次模型用一棵“有向樹(shù)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。60層次模型結(jié)構(gòu)：ABCDEF1.層次模型的特點(diǎn)

(1）有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)無(wú)雙親，該結(jié)點(diǎn)稱根；

(2）其他結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。（3）任何一個(gè)給定的記錄值只有按其路徑查看時(shí)，才能顯出它的全部意義。61例如：TS數(shù)據(jù)庫(kù)模型記錄型R（教研室）:R#（教研室編號(hào)）、RN（教研室名）記錄型S（學(xué)生）:S#（學(xué)號(hào)）、SN（姓名）、SS（成績(jī)）記錄型T（教師）:T#（職工號(hào)）、TN（姓名）、TD（研究方向）記錄型D（系）:D#（系編號(hào)）、DN（系名）、DL（系地點(diǎn)）D#DNDLR#RNS#SNSST#TNTDＴＳ教研室R學(xué)生S系D教師T62對(duì)應(yīng)上述數(shù)據(jù)模型的一個(gè)值:該值是D02系（計(jì)算機(jī)系）記錄值及其所有后代記錄值組成的一棵樹(shù)，D02系有3個(gè)教研室子記錄值：R01、R02、R03和3個(gè)學(xué)生記錄值：S63871、S63874、S63876，教研室R01有3個(gè)教師記錄值：T2101、T17090、T3501.632.層次模型的數(shù)據(jù)操縱與數(shù)據(jù)完整性約束

層次模型的數(shù)據(jù)操縱主要有查詢、插入、刪除和修改，

進(jìn)行插入、刪除和修改操作時(shí)要滿足層次模型的完整性約束條件。

進(jìn)行插入操作時(shí)，如果沒(méi)有相應(yīng)的雙親結(jié)點(diǎn)值就不能插入子女結(jié)點(diǎn)值；進(jìn)行刪除操作時(shí)，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；

修改操作時(shí)，應(yīng)修改所有相應(yīng)的記錄，以保證數(shù)據(jù)的一致性。643.層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

（1）比較簡(jiǎn)單，只需很少幾條命令就能操縱數(shù)據(jù)庫(kù)，比較容易使用。（2）結(jié)構(gòu)清晰，結(jié)點(diǎn)間聯(lián)系簡(jiǎn)單，只要知道每個(gè)結(jié)點(diǎn)的雙親結(jié)點(diǎn)，就可知道整個(gè)模型結(jié)構(gòu)。

如表示行政層次，家族關(guān)系很方便。（3）它提供了良好的數(shù)據(jù)完整性支持。缺點(diǎn):

（1）不能直接表示兩個(gè)以上的實(shí)體型間的復(fù)雜的聯(lián)系和實(shí)體型間的多對(duì)多聯(lián)系。（2）對(duì)數(shù)據(jù)的插入和刪除的操作限制太多。（3）查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過(guò)雙親結(jié)點(diǎn)。651.5.3.2網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型:用“圖結(jié)構(gòu)”來(lái)表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

1.特點(diǎn)

1）有一個(gè)以上結(jié)點(diǎn)無(wú)雙親；

2）至少有一個(gè)結(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)的雙親。N1N2N3N4網(wǎng)狀模型圖例66如：學(xué)生和課程間的關(guān)系。一個(gè)學(xué)生可以選修多門課程，一門課程可以由多個(gè)學(xué)生選修。學(xué)生課程672.網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱主要包括查詢、插入、刪除和修改數(shù)據(jù)。插入數(shù)據(jù)時(shí)，允許插入尚未確定雙親結(jié)點(diǎn)值的子女結(jié)點(diǎn)值，如可增加一名尚未分配到某個(gè)教研室的新教師，也可增加一些剛來(lái)報(bào)到，還未分配宿舍的學(xué)生。刪除數(shù)據(jù)時(shí)，允許只刪除雙親結(jié)點(diǎn)值，如可刪除一個(gè)教研室，而該教研室所有教師的信息仍保留在數(shù)據(jù)庫(kù)中。修改數(shù)據(jù)時(shí)，可直接表示非樹(shù)形結(jié)構(gòu)，而無(wú)需像層次模型那樣增加冗余結(jié)點(diǎn)，因此，修改操作時(shí)只需更新指定記錄即可。68

3.網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

（1）能更為直接地描述客觀世界，可表示實(shí)體間的多種復(fù)雜聯(lián)系。（2）具有良好的性能和存儲(chǔ)效率缺點(diǎn):

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其DDL語(yǔ)言極其復(fù)雜。（2）數(shù)據(jù)獨(dú)立性差，由于實(shí)體間的聯(lián)系本質(zhì)上是通過(guò)存取路徑表示的，因此應(yīng)用程序在訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)要指定存取路徑。691.5.3.3關(guān)系模型

1.關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)“二維表框架”組成的集合，每個(gè)二維表又可稱為關(guān)系，所以關(guān)系模型是“關(guān)系框架”的集合。關(guān)系模型與層次模型、網(wǎng)狀模型不同，它是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念之上的。工號(hào)姓名職稱840307李朝講師820502王依林副教授教師表70有關(guān)關(guān)系模型的術(shù)語(yǔ)：關(guān)系：一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)一張二維表；

元組：表中的一行稱為一個(gè)元組；屬性：表中的一列稱為一個(gè)屬性；屬性名：每一列的名稱；域：屬性的取值范圍；

關(guān)鍵字：能夠唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組的屬性或最小屬性組；分量：元組中的一個(gè)屬性值；

關(guān)系模式：對(duì)關(guān)系的描述；關(guān)系模式的表示：關(guān)系名（屬性名1、屬性名2、

……、屬性名N）71用關(guān)系模式表示實(shí)體與實(shí)體間的聯(lián)系對(duì)應(yīng)關(guān)系：實(shí)體——關(guān)系實(shí)體名——關(guān)系名實(shí)體屬性——關(guān)系屬性

舉例：用關(guān)系表示教師和學(xué)生實(shí)體

教師實(shí)體:教師（工號(hào)、姓名、職稱）學(xué)生實(shí)體:學(xué)生（學(xué)號(hào)、姓名、性別、年齡）教師表工號(hào)姓名職稱840307李朝講師820502王依林副教授學(xué)生表學(xué)號(hào)姓名性別年齡99035趙剛男1998733張江男2098756武志遠(yuǎn)男1800554侗亮女2172用關(guān)系模式表示教師—學(xué)生實(shí)體間的聯(lián)系關(guān)系模式：教師—學(xué)生（工號(hào)，學(xué)號(hào)）

關(guān)系表示：工號(hào)學(xué)號(hào)840307990358