第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應(yīng)用

第3版第1章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論本課程解決的問題：

如何有效的組織、管理計算機系統(tǒng)中的大量的數(shù)據(jù)？

主要內(nèi)容

：

●數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的三個階段

●數(shù)據(jù)描述及數(shù)據(jù)模型

●數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

●數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重點：●數(shù)據(jù)模型

●數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)1.1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷的三個階段：

●

人工管理階段（20世紀(jì)50年代中期以前）

●

文件系統(tǒng)管理階段（20世紀(jì)50年代后期至 60年代中期）

●

數(shù)據(jù)庫管理階段（20世紀(jì)60年代末開始）一.人工管理階段存儲介質(zhì)：磁帶、卡片、紙帶（無磁盤）。應(yīng)用：主要用于科學(xué)計算。特點：數(shù)據(jù)量小、計算復(fù)雜。數(shù)據(jù)管理的特點：

（1）數(shù)據(jù)不保存在計算機中。（2）只有程序的概念，無文件的概念。（3）沒有專用的軟件對數(shù)據(jù)進行管理。（4）數(shù)據(jù)面向應(yīng)用，程序與數(shù)據(jù)不具有獨立性。二文件系統(tǒng)管理階段存儲介質(zhì)：出現(xiàn)了磁盤和磁鼓。應(yīng)用：由科學(xué)計算轉(zhuǎn)向于信息管理。特點：計算簡單，數(shù)據(jù)量大。數(shù)據(jù)管理的特點：（1）數(shù)據(jù)要求長期保存在磁盤上。（2）數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，可重復(fù)使用。（3）數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)有區(qū)別；程序與數(shù)據(jù)之間具 有“設(shè)備獨立”。（4）文件組織呈現(xiàn)多樣化：索引文件，鏈接文件和散列文 件等。

·文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的缺點：

（1）數(shù)據(jù)冗余大。（2）數(shù)據(jù)操作具有不一致性。

(3)數(shù)據(jù)缺乏獨立性。（4）數(shù)據(jù)之間聯(lián)系弱。（5）數(shù)據(jù)管理無法實施統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。三.數(shù)據(jù)庫管理階段1、特點：(1)采用了復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(2)有較高的數(shù)據(jù)獨立性。數(shù)據(jù)的邏輯獨立：當(dāng)數(shù)據(jù)整體邏輯結(jié)構(gòu)改變時，盡量不影響用戶的邏輯結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)的物理獨立：當(dāng)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)改變時，不影響整體的邏輯結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用程序。(3)減少了數(shù)據(jù)的無控冗余。(4)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供了方便的用戶接口來使用數(shù)據(jù)庫。(5)數(shù)據(jù)操作的基本單位是數(shù)據(jù)項而不是記錄，增強了系統(tǒng)的靈活性。(6)系統(tǒng)提供了4個方面的數(shù)據(jù)控制功能：數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)的安全性。2、4個重要的概念（1）數(shù)據(jù)庫（Database---DB）:能為多個用戶所共享，具有最小冗余度，數(shù)據(jù)間聯(lián)系密切，而又有較高數(shù)據(jù)獨立性的數(shù)據(jù)存儲庫。（2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）：位于用戶與OS之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它能為用戶或應(yīng)用程序提供訪問DB的方法，包括DB的建立、查詢、更新及各種數(shù)據(jù)控制。（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）:實現(xiàn)有組織地，動態(tài)地存儲大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問計算機軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源組成的系統(tǒng).（4）數(shù)據(jù)庫技術(shù)：是一門研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲、管理和使用的軟件科學(xué)。數(shù)據(jù)描述及聯(lián)系一.三個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)描述從事物的特性到計算機中的數(shù)據(jù)表示要經(jīng)歷三個領(lǐng)域：現(xiàn)實世界、信息世界和計算機世界。1.現(xiàn)實世界：人們頭腦之外的客觀世界。用文字和符號記載客觀世界中的各事物的特性的數(shù)據(jù)。2.信息世界：通過歸納、整理、分類等，用表格、報表、圖表

等格式，記錄實現(xiàn)世界中相關(guān)數(shù)據(jù)。常用術(shù)語：

實體（entity）：客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體。

實體集：同類、性質(zhì)相同的實體的集合。

屬性（attribute）:實體的某種特性。

實體標(biāo)識符：能唯一標(biāo)識每一個實體的屬性或?qū)傩约?.計算機世界：信息世界的信息在機內(nèi)的數(shù)據(jù)存放形式。常用術(shù)語：字段（field）：標(biāo)記實體屬性的命名單位。記錄（record）：字段的有序集合。文件（file）：同類記錄的匯集。關(guān)鍵字（key）：能唯一標(biāo)識文件中每個記錄的字段或字段集。

信息世界與計算機世界的術(shù)語對應(yīng)關(guān)系信息世界計算機世界實體記錄實體集文件屬性字段實體標(biāo)識符關(guān)鍵字現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)整理、歸納分類計算機世界的數(shù)據(jù)信息世界的數(shù)據(jù)編碼、輸入存儲三個世界中的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系：

二.數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述

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數(shù)據(jù)聯(lián)系的表現(xiàn)形式：

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實體（集）間的聯(lián)系：指記錄（元組）之間的聯(lián)系。

●

實體內(nèi)部的聯(lián)系：記錄（元組）內(nèi)部字段（屬性）間的聯(lián)系。

●

數(shù)據(jù)聯(lián)系的類型：

1對1的聯(lián)系。

三類：

1對多的聯(lián)系。

多對多的聯(lián)系。數(shù)據(jù)聯(lián)系的類型是用來表達數(shù)據(jù)之間的語義關(guān)系。1、1對1聯(lián)系

如果實體集E1中每個實體至多與實體集E2中一個實體有聯(lián)系，反之亦然，則E1對E2稱為“1對1”的聯(lián)系，記為：1:1。E1E2圖形表示為：E1E2E1E2或11例如：夫妻之間的生活關(guān)系；汽車與駕駛員的駕駛關(guān)系等都是1:1聯(lián)系的實例。2、1對多的聯(lián)系

如果實體集E1中每個實體與實體集E2中任意個（零個或多個）實體有聯(lián)系，而E2中每個實體至多和E1中一個實體有聯(lián)系，則稱E1與E2的聯(lián)系為“1對多”聯(lián)系，記為：1:n。E1E2圖形表示為：E1E1E2E2或1n例如：校長與師生管理的關(guān)系；部門與職工的聘用關(guān)系等都是1:n聯(lián)系的實例。3、多對多的聯(lián)系如果實體集E1中每個實體與實體集E2中任意個（零個或多個）實體有聯(lián)系，反之亦然，則稱E1與E2的聯(lián)系是“多對多”的聯(lián)系，記為n:m。E1E2圖形表示為：E1E2E2E1或n例如：課程與學(xué)生的選課關(guān)系；教師與學(xué)生授課的關(guān)系等都是n:m聯(lián)系的實例。m

注：三種聯(lián)系的關(guān)系：②根據(jù)與之相聯(lián)系的實體集的個數(shù)，將聯(lián)系分為：一元聯(lián)系、二元聯(lián)系（如前面例子）和三元聯(lián)系等。

實體集之間的復(fù)雜聯(lián)系（三元聯(lián)系）：1:11:nn:m一元聯(lián)系：一個零件由若干個子零件組成，而一個零件又是其他零件的子零件。供應(yīng)者工程零件Mmnk零件組裝mn1.2數(shù)據(jù)模型

表示實體類型及實體間聯(lián)系的模型。注：數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)是以數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)構(gòu)建的。一、數(shù)據(jù)模型的分類（1）概念模型（語義模型）：獨立于計算機，用來描述特定組織關(guān)心的信息結(jié)構(gòu)，著重信息之間的語義表達，如：實體聯(lián)系模型（ER模型）。（2）結(jié)構(gòu)模型：面向DB邏輯結(jié)構(gòu)的模型，如：層次、網(wǎng)狀、關(guān)系和面向?qū)ο竽Ｐ?。兩大類：結(jié)構(gòu)模型的組成（模型3要素）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：實體類型和聯(lián)系表達與實現(xiàn)；數(shù)據(jù)操作：檢索與更新操作；數(shù)據(jù)完整性約束：數(shù)據(jù)及聯(lián)系應(yīng)具有的約束和依賴規(guī)則。應(yīng)用需求1應(yīng)用需求2應(yīng)用需求n概念模型邏輯模型層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型內(nèi)部模型外部模型1外部模型2外部模型nDBMSDBDB應(yīng)用程序員現(xiàn)實世界要求完成應(yīng)用需求綜合與抽象構(gòu)造轉(zhuǎn)換映像映像·········支持支持支持支持1.概念模型與結(jié)構(gòu)模型的關(guān)系：2.模型的特點（1）概念模型特點：

●

表達了系統(tǒng)用戶對應(yīng)用項目所涉及數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)；

●概念模型是從用戶需求的觀點出發(fā)，對數(shù)據(jù)的建模；

●概念模型獨立于計算機硬件和軟件；

●概念模型是DB設(shè)計人員與用戶進行交流的工具。（2）邏輯模型特點：

●邏輯模型表達了DB整體邏輯結(jié)構(gòu)；

●邏輯模型是從數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的觀點出發(fā)，對數(shù)據(jù)的建模；

●

邏輯模型獨立于計算機硬件，依賴于軟件；

●

邏輯模型是DB設(shè)計人員與應(yīng)用程序員進行交流的工具。邏輯模型主要有三種：網(wǎng)狀、層次、關(guān)系。

（3）外部模型特點：

●外部模型是邏輯模型的邏輯子集；

●獨立于計算機硬件，依賴于軟件；

●表達單個用戶使用數(shù)據(jù)庫的觀點。

劃分外部模型的優(yōu)點：

●簡化了用戶的觀點；

●有助于DB的安全和保護；

●外部模型是對概念模型的支持。（4）內(nèi)部模型特點：

●內(nèi)部模型（物理模型）是DB最低層的抽象。描述數(shù)據(jù)在磁盤或磁帶上的存儲方式。包括：存儲設(shè)備。存取方法的細(xì)節(jié)；

●內(nèi)部模型依賴于軟件和硬件；注意：●對于層次和網(wǎng)狀DB，需要精心設(shè)計內(nèi)部模型。對于關(guān)系DB不必考慮內(nèi)部模型的設(shè)計細(xì)節(jié)，由DBMS自動完成。

●

物理DB是DB唯一的物理實體。二、E-R模型E-R模型：E-R圖表示現(xiàn)實世界中實體及實體間聯(lián)系的模型。用途：用于DB概念設(shè)計階段，描述DB概念模型。構(gòu)成：矩形框：其內(nèi)寫上實體名，表示實體類型；菱形框：其內(nèi)寫上聯(lián)系名，表示聯(lián)系類型；橢圓框：其內(nèi)寫上屬性名，表示實體或聯(lián)系的屬性；直線：連接實體，聯(lián)系及屬性框，旁邊可標(biāo)注聯(lián)系的聯(lián)系（1:1,1:n或n:m）。例：有語義：“一個部門擁有多個倉庫，倉庫中存放了多種零件，多種零件存放在不同的倉庫中?！碑嫵鲈撜Z義的E-R圖。部門號部門名電話號倉庫名地址電話號碼零件號零件名數(shù)量型號部門擁有儲存?zhèn)}庫零件1nnm注意：實體間聯(lián)系表達了實體間的語義關(guān)系，是ER模型的重要部分。例：某學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)，涉及的部分信息如下：學(xué)生：學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)，班級。寢室：寢室號，房間電話。管理員：員工號，姓名，聯(lián)系電話。其中：每個寢室可同時住宿多名學(xué)生，每名學(xué)生只分配一個寢室；每個寢室指定其中一名學(xué)生擔(dān)當(dāng)寢室長；每個管理員同時管理多個寢室，但每個寢室只有一名管理員。建立一個反映上述局部應(yīng)用的E-R模型。解：

E-R模型如下：學(xué)生寢室管理員聯(lián)系電話姓名員工號管理居住負(fù)責(zé)寢室號房間電話學(xué)號姓名性別專業(yè)班級1n111n語義（概念）模型描述的優(yōu)點：在高層上直接表達實體間聯(lián)系的語義，容易理解；易于與用戶交流。不涉及數(shù)據(jù)組織的具體結(jié)構(gòu)，與計算機無關(guān)。三、結(jié)構(gòu)模型層次模型傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型：網(wǎng)狀模型關(guān)系模型用樹型結(jié)構(gòu)或森林表表示實體及實體聯(lián)系的模型。層次模型樹型結(jié)構(gòu)：樹的結(jié)點是記錄類型，有且僅有一個無父的結(jié)點（樹根），其它結(jié)點僅有一個父結(jié)點；父子結(jié)點之間只能是1對多或則1對1的聯(lián)系，不能是多對多。1、層次模型系號系名電話…課號課名學(xué)時…室號室名…姓名性別職稱…A系B教研室C教員D課程模型樹1.表示實體集之間的聯(lián)系2.表示實體集的定義01計算機7541…02自控…2應(yīng)用…1軟件…張三男教授…李四女副教授…1DB50…2OS48…3C60…a1Bb1b2Cc1c2Dd1d2d3a2值集樹相當(dāng)于模型樹的各結(jié)點的具體值組成例：層次模型樹結(jié)構(gòu)典型的層次DB系統(tǒng)：IMS。特點：

層次性：實體之間的聯(lián)系是單向的，樹任一結(jié)點只有唯一一條自根到達它的路徑；

有序性：從左到右的順序規(guī)則了任一結(jié)點所有子樹的先后次序；

原子性：結(jié)點中記錄的任何屬性均不可再分的簡單類型數(shù)據(jù)；

父子結(jié)點之間至多是1對多（或1對1）的聯(lián)系。優(yōu)點：層次模型的DB中，結(jié)點記錄之間是通過指針聯(lián)系，查詢效率高。缺點：①結(jié)點之間的聯(lián)系只能是1對多，因此，對于多對多聯(lián)系需要轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換較為復(fù)雜。②由于樹的層次性和順序性的要求，引起數(shù)據(jù)查詢和更新操作較為復(fù)雜。2、網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型DB的結(jié)構(gòu)（DBTG報告中的網(wǎng)狀模型，簡單模型）用記錄類型為結(jié)點的網(wǎng)狀來表示實體與實體間1對多聯(lián)系的模型。例：有多個無父結(jié)點。一個結(jié)點可能有多個父結(jié)點父子結(jié)點之間至多是1：m的聯(lián)系，不能直接表達n:m聯(lián)系。所以，層次DB模型是DBTG中網(wǎng)狀模型的特殊形式。職稱性別姓名分?jǐn)?shù)課號學(xué)號出生年月姓名學(xué)號學(xué)時課名課號1M1M1M教學(xué)管理系統(tǒng)優(yōu)點：記錄之間用指針連接，查詢效率高.缺點：編寫應(yīng)用程序復(fù)雜，程序員必須熟知DB的邏輯結(jié)構(gòu)。典型網(wǎng)狀DBS：TOTALDMS1100IDMSIDS/Ⅱ3、關(guān)系模型用二維表格結(jié)構(gòu)表達實體集，用外關(guān)鍵字表示實體間聯(lián)系的模型。關(guān)系模型：關(guān)系模式組成的集合。1、關(guān)系模型的物理概念關(guān)系就是俗稱的二維表：學(xué)號姓名性別系名專業(yè)名2001120012..王一張三

..男女

..計算機物理

..軟件地球物理

..學(xué)生登記表屬性（字段）元組（記錄值）屬性值集表頭：稱為關(guān)系的框架，即為屬性集。構(gòu)成模式：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，系名，專業(yè)名）關(guān)系模型的數(shù)學(xué)概念：笛卡爾積中有意義的子集稱為關(guān)系。必須滿足下列條件的二維表：表中的每一列是不可再分的基本數(shù)據(jù)項（初等項）。每列指定一個相異的名稱，類型相同。各行相異不允許重復(fù)（無重復(fù)的元組）。列行次序無關(guān)緊要。主要的關(guān)系DBMS產(chǎn)品：Oracle、DB2、Sybase、SQLServer、MySQL等?！?2.1李芳0008男82.10王立0001性別出生年月姓名學(xué)號學(xué)生關(guān)系課程關(guān)系………40OS250DB1學(xué)時數(shù)課名課號學(xué)習(xí)關(guān)系………851000880200019010001分?jǐn)?shù)課號學(xué)號直接表達n:m聯(lián)系:通過關(guān)系或外關(guān)鍵字聯(lián)系。關(guān)系之間的聯(lián)系2、關(guān)系模型與層次模型，網(wǎng)狀模型的差別：用關(guān)鍵字而不是用指針導(dǎo)航數(shù)據(jù)（建立聯(lián)系）；關(guān)系模型具有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和操作的代數(shù)性質(zhì)，網(wǎng)狀、層次無；簡單靈活地表達實體間的復(fù)雜關(guān)系；表格簡單、易懂，編程方便，不涉及到存儲結(jié)構(gòu)和訪問的細(xì)節(jié)。四.E-R模型與結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換關(guān)系E-R模型屬于語義模型，獨立于機器，用于信息世界描述實體及實體之間的聯(lián)系。E-R模型很方便地轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)模型中之一個模型：關(guān)系模型E-R模型：E1E2R層次模型網(wǎng)狀模型面向?qū)ο竽Ｐ娃D(zhuǎn)換規(guī)則1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)最終用戶所看到的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用方式下的結(jié)構(gòu)形式，可分為：

集中式、分布式、客戶機∕服務(wù)器等。集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可分為：單用戶和多用戶系統(tǒng)。（1）單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在單用戶系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫、DBMS和應(yīng)用程序都裝在一臺計算機上，由一個用戶獨占，并且系統(tǒng)一次只能處理一個用戶的請求。（2）多用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)多用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)指在一個主機中集中存放數(shù)據(jù)庫、DBMS和應(yīng)用程序，供多個與之相聯(lián)系的終端用戶并發(fā)地共同使用數(shù)據(jù)庫，由一個處理機同時處理多個用戶事務(wù)的活動。DBMSOSDB主機●●●終端1終端n

集中式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)2.分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指數(shù)據(jù)庫被劃分邏輯關(guān)聯(lián)而物理分布在計算機網(wǎng)絡(luò)不同場地（又稱結(jié)點）的計算機中，并具有整體操作與分布控制數(shù)據(jù)能力的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。︰場地1通信網(wǎng)絡(luò)●●●

︰場地2︰場地3分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一般每個場地是一個集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它們都有獨立處理能力并能完成局部應(yīng)用；而每一個場地的系統(tǒng)也參與全局應(yīng)用程序的執(zhí)行，全局應(yīng)用程序可通過網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)中多個場地的數(shù)據(jù)。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點：·分布性：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分布地存儲在不同的場地。（有別于集中式數(shù)據(jù)庫）·自治性：每個場地是一個自主獨立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，即為集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。（有別于分散式數(shù)據(jù)庫）·全局性：各自治站點協(xié)同工作使數(shù)據(jù)庫邏輯上成為一個整體，以支持各用戶的全局應(yīng)用。（有別于網(wǎng)絡(luò)的分散式數(shù)據(jù)庫）客戶機∕服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)客戶機∕服務(wù)器（client∕Server，簡稱C∕S）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將DBMS功能管理程序單獨存放到網(wǎng)絡(luò)中某個或某些場地的計算機中，而將用戶應(yīng)用程序安裝到其余場地的計算機中。安裝DBMS功能管理程序系統(tǒng)的計算機稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，簡稱服務(wù)器；存儲用戶應(yīng)用程序的計算機稱為客戶機。在客戶機∕服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，客戶機通過計算機網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器提出計算請求，服務(wù)器經(jīng)過計算，將結(jié)果返回客戶機，減少了網(wǎng)上數(shù)據(jù)的傳輸量，提高了系統(tǒng)的性能、吞吐量和負(fù)載能力。

客戶機表格處理圖形接口報告生成應(yīng)用工具接口通信網(wǎng)絡(luò)查詢處理事務(wù)處理存儲管理DB服務(wù)器客戶機∕服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)三級模式和兩級變換結(jié)構(gòu)模式是由結(jié)構(gòu)模型用語句定義而來：外模式、模式和內(nèi)模式。兩級變換：外模式/模式、模式/內(nèi)模式。·、、、、………………外模式1外模式2外模式n模式內(nèi)模式DBMSOSDB外模式/模式映象1外模式/模式映象2外模式/模式映象n模式/內(nèi)模式映象…………I/O視圖DBA建立和維護DB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、三級模式結(jié)構(gòu)外模式（子模式，用戶模式）：由外部模型定義而來。概念模式（模式）：由邏輯模型定義而來。內(nèi)模式（物理模式，存儲模式）：由內(nèi)部模型定義而來。外模式（externalschema）外模式：是用戶與DBS的接口，是單個用戶所使用的那一部分?jǐn)?shù)據(jù)視圖的描述?！绦騿T表現(xiàn)形式：DB局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，由若干外部記錄類型組成。（I/O與視圖區(qū)別：數(shù)據(jù)，命名，組合，次序，種類等不同）外模式通過“外模式DDL”定義，并通過數(shù)據(jù)庫操縱語言DML操縱。一個DB由若干個子模式,為多個應(yīng)用程序共享。概念模式（conceptualschema）概念模式（conceptualschema）:DB中全部的整體數(shù)據(jù)邏輯視圖的描述?！璂BA表現(xiàn)形式：DB全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯描述：數(shù)據(jù)名、類型、記錄間的聯(lián)系，操作，完整性，安全性要求。概念模式通過“模式DDL”定義：子模式是模式的邏輯子集；DBS中只有一個模式它是子模式的合成。均不涉及存儲結(jié)構(gòu)及訪問技術(shù)等細(xì)節(jié)。子模式與模式可能有若干差別：數(shù)據(jù)名，次序，數(shù)據(jù)的類型等。模式/子模式之間映象由DBMS完成。內(nèi)模式（internalschema）內(nèi)模式：DB在物理存儲方面的描述，是物理存儲數(shù)據(jù)視圖的描述。表現(xiàn)形式：DB內(nèi)部記錄類型，索引和文件組織方式及控制的的描述細(xì)節(jié)。內(nèi)模式通過“內(nèi)模式DDL”定義。內(nèi)模式只有一個，內(nèi)模式/模式映象由DBMS完成。2、兩級變換外模式/模式映象：DBMS定義外模式與概念模式間的對應(yīng)性（內(nèi)部記錄與外部記錄的對應(yīng)性）

模式/內(nèi)模式映象：定義模式與內(nèi)模式之間的對應(yīng)性。由于數(shù)據(jù)中記錄類型，字段類型，命名組成可能不一樣，需要說明概念記錄和內(nèi)部記錄的對應(yīng)關(guān)系。

三級模式和兩級變換結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點：提供了數(shù)據(jù)獨立性。二、數(shù)據(jù)兩級獨立性

數(shù)據(jù)的物理獨立性

數(shù)據(jù)的邏輯獨立性分為：1、數(shù)據(jù)的物理獨立性DBS中對DB的內(nèi)模式的修改盡量不影響概念模式的修改，稱數(shù)據(jù)具有物理獨立性。如：DB的存儲設(shè)備和存取方法有所變化，使模式/內(nèi)模式映象進行相應(yīng)修改，但概念模式盡可能保持不變。2、數(shù)據(jù)的邏輯獨立性對DB的概念模式的修改，盡量不影響外模式和應(yīng)用程序的變化，稱數(shù)據(jù)具有邏輯獨立性。概念模式修改如增加記錄類型或數(shù)據(jù)項，外模式/概念模式映象隨之相應(yīng)修改，但使外模式盡可能保持不變。三、用戶界面I/O視圖是用戶的界面，通過數(shù)據(jù)操縱語言（DML）編寫的程序而完成的圖表等數(shù)據(jù)顯示或打印形式。自含型DML：編程語言本身含有DML語句，DML兩種方式：如：FoxPro。宿主型DML：DML嵌入到高級語言（如C等）中使用，如：SQL語言。一、DBS的組成數(shù)據(jù)庫（DB）：存放在磁盤中的物理數(shù)據(jù)庫。硬件：DBS的物理支持。

DBMS：DBS管理功能的體現(xiàn)其它軟件（OS等）：DBS的軟件支持終端用戶：使用程序的非計算機人員。人員：專業(yè)人員：數(shù)據(jù)庫設(shè)計的上層人員如系統(tǒng)分析員程序員：編寫應(yīng)用程序的人員。數(shù)據(jù)庫管理員（DBA：databaseadministrator）:DBS責(zé)任的承擔(dān)者。

軟件：DBS的組成：1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1、DB一個組織中,與各項應(yīng)用有關(guān)的全部數(shù)據(jù)集合。應(yīng)用數(shù)據(jù)的集合，稱為物理庫。各項數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，稱為描述庫，由DD系統(tǒng)管理。磁盤中存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：5種：

數(shù)據(jù)文件：應(yīng)用數(shù)據(jù)的DB文件。

數(shù)據(jù)字典：存儲DB三級模式及數(shù)據(jù)完整性約束。

索引：優(yōu)化查詢提高速度而設(shè)置的排序文件。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)：存儲DBS運行時統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)。供查詢分析器有效處理查詢。

日志：存儲DBS運行時對DB的操作情況。供查詢DB使用情況和數(shù)據(jù)恢復(fù)。組成：2、硬件包括：CPU、內(nèi)存、外存、I/O設(shè)備、數(shù)據(jù)通訊設(shè)備等。DBS關(guān)注的是：內(nèi)存、外存、I/O存取速度，可支持終端數(shù)和性能穩(wěn)定 性等指標(biāo)。3、軟件OS：支持DBMS存取數(shù)據(jù)。宿主語言及對應(yīng)的編譯系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通訊軟件。用戶開發(fā)的應(yīng)用程序。集成的DB管理軟件：報表生成器，DB輔助設(shè)計工具軟件，數(shù)據(jù)庫測試工具，圖形系統(tǒng)，I/O交換設(shè)施等。

DBMS系統(tǒng)（下面介紹）包括：關(guān)系：DB及硬件OSDBMS/編譯系統(tǒng)集成的DB管理軟件應(yīng)用程序4、人員（1）DBA承擔(dān)創(chuàng)建，監(jiān)控和維護整個DB結(jié)構(gòu)的責(zé)任：模式定義內(nèi)模式定義修改DB的模式和內(nèi)模式對DB訪問的授權(quán)完整性約束的說明通過一系列使用程序完成：DBMS裝載、重組、日志、恢復(fù)、統(tǒng)計分析。通過DD系統(tǒng)，掌握系統(tǒng)的工作情況。

DBA與DBMS的界面是數(shù)據(jù)庫模式。DBA：（2）專業(yè)用戶：使用專用的DB查詢語言操作數(shù)據(jù)。

專業(yè)用戶與DBMS的界面是數(shù)據(jù)庫查詢工具。（3）應(yīng)用程序員：使用DML編寫應(yīng)用程序。應(yīng)用程序語言：C，C++，JAVA等?；蛘哕浖_發(fā)工具：Delphi、PowerBuilder（PB）、VisualBasic（VB）或VC、·NET等。

應(yīng)用程序員與DBMS的界面是應(yīng)用程序。（4）終端用戶：使用程序人員。

終端用戶與DBMS的界面是應(yīng)用程序運行后的I/O界面。

二、DBMS1、DBMS的主要功能DBMS是DBS中重要的核心軟件。DBMS的主要功能：（1）DB的定義功能DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言（DDL）：

●定義DB的三級模式：外模式，概念模式，內(nèi)模式及相互之間的映像。

●定義數(shù)據(jù)完整性、安全性約束。

●定義索引文件。

（2）DB的操縱功能

DBMS提供數(shù)據(jù)操作語言DML，實現(xiàn)對DB中的數(shù)據(jù)操縱。（需要DML編譯程序或解釋程序）

查詢更新（插入，刪除，修改）過程性DML（指出“做什么”和“如何做”）：層次和網(wǎng)狀DB中用。非過程性DML（只指出“做什么”）：關(guān)系DB中采用。DML的使用方式分為：自含型和宿主型（嵌入型）（3）DB的保護功能DB的恢復(fù):DB被破壞，則利用DBMS提供的恢復(fù)子系統(tǒng)，將DB恢復(fù)到正確狀態(tài)。DB的并發(fā)控制：解決多個用戶對DB中數(shù)據(jù)操作的共享問題。DB的完整性控制：保證DB中數(shù)據(jù)及語義的正確性和有效性。DB的安全性控制：防止未授權(quán)的用戶竊取數(shù)據(jù)?；静僮鞣譃椋篋ML分為：（4）DB的存取管理把各種DML語句轉(zhuǎn)換成低層的文件系統(tǒng)命令，交OS存取磁盤中DB的數(shù)據(jù)。（5）DB的維護和通信功能數(shù)據(jù)的裝載數(shù)據(jù)的備份文件重組性能的監(jiān)控通信功能：實現(xiàn)用戶程序與DBMS之間的通信，與OS協(xié)調(diào)完成。維護功能：2、DBMS組成

DBMS由一些功能程序組成。

查詢處理器

存儲管理器DBMS分為兩大部分：（1）查詢處理器組成

DDL翻譯程序：把源模式翻譯成目標(biāo)模式：即編譯或解釋DDL語句，并把它們登錄到數(shù)據(jù)字典中。

DML處理程序：

DML預(yù)編譯程序。查詢運行的核心程序：執(zhí)行由DML編譯器產(chǎn)生的低層指令。把程序中的DML語句翻譯成可執(zhí)行程序。（2）存儲管理器的組成

授權(quán)和完整性管理器：測試訪問是否滿足完整性約束，檢查用戶訪問數(shù)據(jù)是否合法。

事務(wù)管理器：負(fù)責(zé)并發(fā)事務(wù)的正確執(zhí)行，保證DB一致性。

文件管理器：負(fù)責(zé)磁盤空間的分配，管理物理文件的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。

緩沖區(qū)管理器：為應(yīng)用程序開辟DB的系統(tǒng)緩沖區(qū)，負(fù)責(zé)從磁盤讀取數(shù)據(jù)通過緩沖區(qū)進入內(nèi)存。3、用戶訪問數(shù)據(jù)的過程例如：應(yīng)用程序從DB中讀取一個記錄的過程。應(yīng)用程序A狀態(tài)字工作區(qū)系統(tǒng)緩