第1章數(shù)據(jù)庫基本概念-2數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)-3數(shù)據(jù)模型

第一章數(shù)據(jù)庫基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)退出本章導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫學(xué)習(xí)目標(biāo)相關(guān)概念數(shù)據(jù)完整性、獨(dú)立性，數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)不一致、數(shù)據(jù)共享等基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)的組成與功能學(xué)習(xí)目標(biāo)數(shù)據(jù)：是用來表示信息的一組符號。數(shù)據(jù)庫就是計(jì)算機(jī)內(nèi)存放數(shù)據(jù)的倉庫。是長期存儲在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠?yàn)閿?shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)庫定義，數(shù)據(jù)庫管理，數(shù)據(jù)庫維護(hù)等功數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)的收集、整理、組織、存儲、查詢、維護(hù)和傳送等各種操作數(shù)據(jù)庫技術(shù)所研究的問題：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)。第一章數(shù)據(jù)庫基本概念 數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段人工管理階段（50年代中期以前）文件系統(tǒng)階段（50年代后期---60年代中期）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（60年代后期開始）1.1數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段--人工管理階段計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算軟件采用機(jī)器語言編寫數(shù)據(jù)量小數(shù)據(jù)不需要共享有了磁盤、磁鼓等直接存取設(shè)備出現(xiàn)了操作系統(tǒng)及高級語言出現(xiàn)了文件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用也從單純科學(xué)計(jì)算、控制，擴(kuò)大到電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)人們利用文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從程序中分離出來形成專門的數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段--文件系統(tǒng)階段R輸入數(shù)據(jù)處理程序輸出數(shù)據(jù)輸入文件輸出文件數(shù)據(jù)處理全過程如下圖：數(shù)據(jù)文件的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立即數(shù)據(jù)與程序分離，分別采用兩個(gè)文件各自存放數(shù)據(jù)與程序。這就使程序設(shè)計(jì)變得簡單，而且可對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行管理，單獨(dú)對數(shù)據(jù)進(jìn)行使用或維護(hù)。

缺點(diǎn)是如果要使用和維護(hù)數(shù)據(jù)，必須知道數(shù)據(jù)存放的格式，即要知道數(shù)據(jù)存取的邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)和程序之間缺少邏輯獨(dú)立性。同一數(shù)據(jù)在多個(gè)地方同時(shí)存放，那么同一數(shù)據(jù)在不同存放地的值可能不相同，稱為數(shù)據(jù)不一致，這將會降低信息價(jià)值，甚至造成重大損失。數(shù)據(jù)共享是指同一數(shù)據(jù)能為同一用戶或不同用戶的相同或不同程序所使用。數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段--3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段計(jì)算機(jī)管理的數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜，共享性要求強(qiáng)（多種應(yīng)用、不同語言共享數(shù)據(jù)）外存有了大容量磁盤，光盤為解決多用戶、多應(yīng)用共享數(shù)據(jù)的需求，使數(shù)據(jù)為盡可能多的應(yīng)用服務(wù)，就出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫技術(shù)出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門軟件系統(tǒng)：DBMS1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、支持?jǐn)?shù)據(jù)庫運(yùn)行的軟硬件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。要盡可能減少數(shù)據(jù)冗余。所謂數(shù)據(jù)冗余是指同一數(shù)據(jù)在多個(gè)不同的地方存放。另外，如果一組數(shù)據(jù)在一個(gè)表中多次重復(fù)，也是冗余。數(shù)據(jù)冗余不僅導(dǎo)致數(shù)據(jù)量的增加，使系統(tǒng)處理速度變慢，效率降低，而且易發(fā)生錯誤。要增強(qiáng)數(shù)據(jù)的共享性、盡量減少數(shù)據(jù)冗余，還需要進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。

美國ANSI/X3/SPARC（美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會的計(jì)算機(jī)與信息處理委員會中的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃與需求委員會）數(shù)據(jù)庫小組關(guān)于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)：外部級，概念級，內(nèi)部級劃分視圖層次的方案見圖1.5。數(shù)據(jù)庫的視圖層次程序A程序B程序C程序D子模式子模式子模式概念模式存儲模式

物理

數(shù)據(jù)

組織I/O視圖外部視圖概念視圖內(nèi)部視圖物理視圖

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E子模式1子模式2子模式3概念模式存儲模式數(shù)據(jù)庫DBMSOS控制外模式/模式映象模式/內(nèi)模式映象用戶層概念層物理層1.概念模式：是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。2.子模式：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)和特征描述。3存儲模式：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)部的表示方式子模式/概念模式映象：邏輯獨(dú)立性（邏輯映像）概念模式/存儲模式映像：物理獨(dú)立性（物理映像）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還應(yīng)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能，包括數(shù)據(jù)的安全性控制和數(shù)據(jù)的完整性控制。數(shù)據(jù)的安全性指不同用戶各自在一定權(quán)限范圍內(nèi)控制使用數(shù)據(jù)。其目的是防止數(shù)據(jù)遭到人為破壞或泄密。數(shù)據(jù)的完整性指數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。數(shù)據(jù)的完整性控制指在數(shù)據(jù)庫的使用過程中，防止錯誤或不恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem簡稱DBMS）是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分。任何數(shù)據(jù)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統(tǒng)一管理下進(jìn)行的。Oracle,SQLServer,Sybase，DB2,MySQL,Access,VisualFoxPro等。1.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS的功能主要包括以下7個(gè)方面。1、數(shù)據(jù)定義和映射2、數(shù)據(jù)操縱3、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行控制4、數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)5、數(shù)據(jù)組織、存儲和管理6、程序設(shè)計(jì)語言：7、數(shù)據(jù)通信接口DBMS的組成DBMS通常由以下4部分組成：1、數(shù)據(jù)定義語言及其翻譯處理程序2、數(shù)據(jù)操縱語言，機(jī)器編譯（或解釋）程序3、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行控制程序4、實(shí)用程序（數(shù)據(jù)初始裝入程序、轉(zhuǎn)儲程序、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)程序、性能監(jiān)視程序）1.4小結(jié)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展過程數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性、數(shù)據(jù)冗余等基本概念。介紹了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）等的組成與主要功能。第2章數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及存儲結(jié)構(gòu)

索引文件組織退出本章導(dǎo)航基本文件組織B+樹文件三種數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

學(xué)習(xí)目標(biāo)順序文件組織:在順序文件中，記錄被物理地按地址順序排列，具體排列順序可按某一碼值的升或降序，也可按記錄錄入的先后次序。2.1基本文件組織鏈表結(jié)構(gòu)文件組織:數(shù)據(jù)在物理上可以任意存放，每個(gè)數(shù)據(jù)都包括一到多個(gè)地址數(shù)據(jù)（視為指針），利用指針表現(xiàn)數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系。隨機(jī)存取文件組織（Hash文件組織）:隨機(jī)存取文件的基本思想就是數(shù)據(jù)可以根據(jù)空閑區(qū)域的情況隨機(jī)地存放數(shù)據(jù)，為了能找到數(shù)據(jù)，可以在記錄的關(guān)鍵字值與其地址之間建立某種聯(lián)系，文件的記錄按這種聯(lián)系進(jìn)行存取。（19,14,23,01,68,20,84,27,55,11,10,79）01234567891011121314H(19)=19%13=619H(14)=14%13=114H(23)=23%13=1023H(01)=01%13=1H1=(1+1)%15=21H(68)=68%13=368H(20)=20%13=720H(84)=84%13=6H1=(6+1)%15=7H2=(6+2)%15=884H(27)=27%13=1H1=(1+1)%15=2H2=(1+2)%15=3H3=(1+3)%15=427H(55)=55%13=3H1=(3+1)%15=4H2=(3+2)%15=555H(11)=11%13=1111H1=(10+1)%15=11H2=(10+2)%15=12H(10)=10%13=1010H3=(1+3)%15=4H1=(1+1)%15=2H2=(1+2)%15=3H(79)=79%13=1H4=(1+4)%15=5H5=(1+5)%15=6H6=(1+6)%15=7H7=(1+7)%15=8H8=(1+8)%15=9792.2數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及存儲結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫有三類：層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫這種層次結(jié)構(gòu)形式的查詢只能從頭順著鏈向后走層次數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)系代號系名電話課程號課程名電話室代號室名員工名姓名研究方向項(xiàng)目號項(xiàng)目名經(jīng)費(fèi)系研究室員工課程項(xiàng)目 指針結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，給數(shù)據(jù)維護(hù)帶來不便，且靈活性也不夠。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)工人設(shè)備使用保養(yǎng)T-TCC-TC教師教師號姓名系別課程課程號課程名學(xué)分授課教師號課程號教學(xué)效果關(guān)系模型的本質(zhì)是一張二維表一張二維表就稱為一個(gè)關(guān)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)第2章小結(jié)順序文件組織、鏈表結(jié)構(gòu)文件組織、隨機(jī)存取文件組織數(shù)據(jù)庫種類：層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫第三章數(shù)據(jù)模型因?yàn)橛?jì)算機(jī)不能直接處理現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物

所以必須把具體事物轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)

即用數(shù)據(jù)模型來抽象，表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中具體的事物一、數(shù)據(jù)模型概念設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時(shí)，一般先用圖或表的形式抽象地反映數(shù)據(jù)彼此之間的關(guān)系，稱為建立數(shù)據(jù)模型。常用的數(shù)據(jù)模型一般可分為兩類:一是語義數(shù)據(jù)模型，如實(shí)體_聯(lián)系模型(E-R模型)，面向?qū)ο竽Ｐ偷?；二是?jīng)典數(shù)據(jù)模型，如層次模型，網(wǎng)狀模型，關(guān)系模型。3.1數(shù)據(jù)模型幾個(gè)術(shù)語：實(shí)體（Entity）： 客觀存在并可相互區(qū)別的事物屬性： 實(shí)體所具有的某一特性。關(guān)鍵字： 能唯一地標(biāo)識實(shí)體的屬性的集合稱為關(guān)鍵字（或主碼）域： 屬性的取值范圍稱作域（成績：0－100）實(shí)體型： 一類實(shí)體所具有的共同特征或?qū)傩缘募戏Q為實(shí)體型 例如：學(xué)生（學(xué)號、姓名、專業(yè)名、性別、出生日期、身高）

實(shí)體集： 同型實(shí)體的集合叫實(shí)體集（例如:全體學(xué)生）一、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系1、一對一聯(lián)系(1:1)若對于實(shí)體集A中每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，反之對于實(shí)體集B中每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系。則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B之間具有一對一聯(lián)系，記為1:1。3.2E-R數(shù)據(jù)模型

AB班長集班級集校長集學(xué)校集2、一對多聯(lián)系（1:N）若對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系。而對于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B有一對多的聯(lián)系，記為1:N。

AB班級集學(xué)生集學(xué)校集教師集3、多對多聯(lián)系（M:N）若對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反過來對于實(shí)體B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中有m個(gè)實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B之間有多對多聯(lián)系，記為M:N。

AB學(xué)生集課程集教師集學(xué)生集二、實(shí)體－聯(lián)系模型（Entity-RelationshipModel）

E-R模型是P.PS.Chen于1976年提出的一種概念模型，用E-R圖來描述一個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)及其之間關(guān)系。E-R圖：（1）實(shí)體集（2）屬性（3）聯(lián)系作E-R圖的步驟：1、確定實(shí)體2、確定實(shí)體之間的聯(lián)系及聯(lián)系的類型3、給實(shí)體和聯(lián)系加上屬性【例1】根據(jù)以下描述設(shè)計(jì)關(guān)于該學(xué)校數(shù)據(jù)庫的E_R圖。某學(xué)校有以下實(shí)體:系、課程、學(xué)生。系可以開設(shè)若干課程，課程可以被不同的系開設(shè)；每個(gè)系有若干學(xué)生，每個(gè)學(xué)生只屬于一個(gè)系；每個(gè)學(xué)生可以選修若干課程，每門課程可以被若干學(xué)生所選修。系的屬性有系名；課程的屬性有課程號、課程名；學(xué)生的屬性有學(xué)號、姓名。

注意：實(shí)體：具有相關(guān)屬性；實(shí)體與實(shí)體之間具有聯(lián)系屬性：是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)；不與其他實(shí)體具有聯(lián)系聯(lián)系：發(fā)生在實(shí)體集之間的行為【例題】假設(shè)某公司的業(yè)務(wù)規(guī)則如下:每個(gè)部門承擔(dān)多個(gè)工程項(xiàng)目，每個(gè)工程項(xiàng)目屬于一個(gè)部門；每個(gè)部門有多名職工，每一名職工只能屬于一個(gè)部門；一個(gè)職工可能參與多個(gè)工程項(xiàng)目，且每個(gè)工程項(xiàng)目有多名職工參與施工。工程項(xiàng)目有工程號、工程名；部門有部門號、部門名；職工有職工號、姓名。根據(jù)職工在工程項(xiàng)目中完成的情況發(fā)放酬金。聯(lián)系的屬性：和聯(lián)系中所有實(shí)體都有關(guān)的屬性作為聯(lián)系的屬性學(xué)校系統(tǒng)的E-R圖如右圖所示：要注意的幾個(gè)問題：1、某些聯(lián)系也具有屬性2、對于三個(gè)實(shí)體m:n:p的聯(lián)系的老師、學(xué)生、課程間聯(lián)系可如圖2.3所示描述。3、E-R圖可以表現(xiàn)一個(gè)實(shí)體內(nèi)部－部分成員和另一部分成員間的聯(lián)系稱為自回路。4、E-R圖可以表現(xiàn)二個(gè)實(shí)體集間多類聯(lián)系。一、關(guān)系數(shù)據(jù)模型基本概念用二維表格數(shù)據(jù)（即集合論中的關(guān)系）來表示實(shí)體