數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課件

第1章緒論

1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1.1.1數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)

返回本章首頁1.1.1數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)返回本節(jié)首頁定義

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

數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對(duì)象。按廣義的理解來說，數(shù)據(jù)的種類有很多，如文字、圖像、聲音、等等都可以轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的標(biāo)識(shí)，可以以數(shù)字化后的二進(jìn)制形式存入計(jì)算機(jī)。在日常生活中人們可以對(duì)事務(wù)直接用自然語言描述。在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和處理時(shí)，就要抽出對(duì)這些事物感興趣的特征組成一個(gè)記錄來描述。與信息的聯(lián)系

數(shù)據(jù)解釋的含義稱為數(shù)據(jù)的語義(即信息)，數(shù)據(jù)與其語義是不可分的?？梢赃@樣認(rèn)為：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)的語義解釋。數(shù)據(jù)（Data）返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫（DataBase，簡(jiǎn)稱DB）數(shù)據(jù)庫

從字面意思來說就是存放數(shù)據(jù)的倉庫。具體而言就是長(zhǎng)期存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的有組織的可共享的數(shù)據(jù)集合，可供多用戶共享，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存，具有盡可能小的冗余度和較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)張性。數(shù)據(jù)庫具有兩個(gè)比較突出的特點(diǎn)

①把在特定的環(huán)境中與某應(yīng)用程序相關(guān)的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系集中在一塊并按照一定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行存儲(chǔ)，即集成性。

②數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能被多個(gè)應(yīng)用程序的用戶所使用，即共享性。返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，簡(jiǎn)稱DBMS）

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分，是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的大型系統(tǒng)軟件，用戶在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一些操作都是由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。功能：數(shù)據(jù)定義

DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionLanguage,簡(jiǎn)稱DDL），用戶通過它可以方便地對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對(duì)象（包括表、視圖、索引、存儲(chǔ)過程等）進(jìn)行定義。定義相關(guān)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和有關(guān)的約束條件。數(shù)據(jù)操縱

DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語言(DataManipulationLanguage,簡(jiǎn)稱DML)，通過DML操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的一些基本操作，如查詢，插入，刪除和修改等等。其中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫操作語言——SQL語言就是DML的一種。

返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，簡(jiǎn)稱DBMS）數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理這一功能是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的核心所在。DBMS通過數(shù)據(jù)庫在建立、運(yùn)用和維護(hù)時(shí)統(tǒng)一管理和控制，以保證數(shù)據(jù)安全、正確、有效的正常運(yùn)行。DBMS主要通過數(shù)據(jù)的安全性控制、完整性控制、多用戶應(yīng)用環(huán)境的并發(fā)性控制和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的系統(tǒng)備份與恢復(fù)四個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一控制功能的。數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能

數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能包括數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能、數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)功能、重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等。

返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem，簡(jiǎn)稱DBS）

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成，主要有數(shù)據(jù)庫（及相關(guān)硬件）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及開發(fā)工具）（及相關(guān)軟件）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶這幾部分。其中，在數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護(hù)的過程要有專門的人員來完成，這些人被稱為數(shù)據(jù)庫管理員(DataBaseAdministrator,簡(jiǎn)稱DBA)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以用圖1.1表示。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位如圖1.2所示。返回本節(jié)首頁圖1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)返回本節(jié)首頁

圖1.2數(shù)據(jù)庫在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位

返回本節(jié)首頁1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

談數(shù)據(jù)管理技術(shù)，先要講到數(shù)據(jù)處理，所謂數(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)管理則是數(shù)據(jù)處理的中心問題，為此，數(shù)據(jù)管理是指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)的管理活動(dòng)總稱。就用計(jì)算機(jī)來管理數(shù)據(jù)而言，數(shù)據(jù)管理是指數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的一系列活動(dòng)的總和。數(shù)據(jù)管理技術(shù)已經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個(gè)發(fā)展階段。這三個(gè)階段的特點(diǎn)及其比較如表1.1所示。人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段返回本節(jié)首頁表1.1數(shù)據(jù)管理三個(gè)階段的比較人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用背景科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算、管理大規(guī)模管理背硬件背景無直接存取存儲(chǔ)設(shè)備磁盤、磁鼓大容量磁盤景軟件背景沒有操作系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理方式批處理聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、分布處理、批處理數(shù)據(jù)的管理者用戶(程序員)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)面向的對(duì)象某一應(yīng)用程序某一應(yīng)用現(xiàn)實(shí)世界特?cái)?shù)據(jù)的共享程度無共享，冗余度極大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小數(shù)據(jù)的獨(dú)立性不獨(dú)立，完全依賴于程序獨(dú)立性差具有高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性點(diǎn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化無結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)、整體無結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)控制能力應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序自己控制由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力返回本節(jié)首頁

人工管理階段

20世紀(jì)50年代中期以前，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。硬件設(shè)施方面：外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤等直接存取設(shè)備；軟件方面：沒有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)的軟件；數(shù)據(jù)處理方式是批處理。人工管理數(shù)據(jù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)不保存應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)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。如果多個(gè)應(yīng)用程序涉及某些相同的數(shù)據(jù)，則由于必須各自進(jìn)行定義，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)的參照，因此程序間有大量的冗余數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性

數(shù)據(jù)的獨(dú)立性包括了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性和數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，必須對(duì)應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改。在人工管理階段，程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用圖1.3表示。返回本節(jié)首頁圖1.3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)系返回本節(jié)首頁

文件系統(tǒng)階段

20世紀(jì)50年代后期到60年代中期，這時(shí)計(jì)算機(jī)已大量用于數(shù)據(jù)的管理。硬件方面：有了磁盤、磁鼓等直接存取存儲(chǔ)設(shè)備；軟件方面：操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了專門的管理軟件，一般稱為文件系統(tǒng)；處理方式有批處理、聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理。特點(diǎn)如下：數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大數(shù)據(jù)獨(dú)立性差在文件系統(tǒng)階段，程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如圖1.4所示。返回本節(jié)首頁圖1.4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)系返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

20世紀(jì)60年代后期以來，計(jì)算機(jī)用于管理的規(guī)模更為龐大，數(shù)據(jù)量急劇增長(zhǎng)，硬件已有大容量磁盤，硬件價(jià)格下降；軟件則價(jià)格上升，使得編制、維護(hù)軟件及應(yīng)用程序成本相對(duì)增加；處理方式上，聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理要求更多，分布處理也在考慮之中。介于這種情況，文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理滿足不了應(yīng)用的需求，為解決共享數(shù)據(jù)的需求，隨之從文件系統(tǒng)中分離出了專門軟件系統(tǒng)——數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用來統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用圖1.5表示。返回本節(jié)首頁圖1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系返回本節(jié)首頁結(jié)論

綜上所述，如圖1.6所示，隨著數(shù)據(jù)管理技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用程序不斷從底層的、低級(jí)的、物理的數(shù)據(jù)管理工作中解脫出來，能獨(dú)立的、較高邏輯級(jí)別地輕松處理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。從而能極大地提高了應(yīng)用軟件的生產(chǎn)力。目前關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已逐漸淘汰了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫和層次數(shù)據(jù)庫，成為當(dāng)今最流行的商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。返回本節(jié)首頁

1.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)

主要特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制結(jié)論返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的根本區(qū)別。在文件系統(tǒng)中，相互獨(dú)立的文件的記錄內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。傳統(tǒng)文件的最簡(jiǎn)單形式是等長(zhǎng)同格式的記錄集合。例如：一個(gè)教師人事記錄文件。

每個(gè)記錄都有如圖1.7的記錄格式：圖1.7教師記錄格式示例圖1.8(a)主記錄——詳細(xì)記錄格式示例圖1.8(b)教師王名記錄示例返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化返回本節(jié)首頁圖1.7教師記錄格式示例圖1.8(a)主記錄——詳細(xì)記錄格式示例圖1.8(b)教師王名記錄示例數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化返回本節(jié)首頁圖1.9教師數(shù)據(jù)組織這樣就可以節(jié)省許多存儲(chǔ)空間，靈活性也相對(duì)提高。但這樣建立的文件還有局限性，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)上的靈活性只是針對(duì)一個(gè)應(yīng)用而言。而圖1.9教師數(shù)據(jù)組織，這種數(shù)據(jù)組織方式為各部分的管理提供了必要的記錄，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化了。這就要求在描述數(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。在文件系統(tǒng)中，盡管其記錄內(nèi)已經(jīng)有了某些結(jié)構(gòu)，但記錄之間沒有聯(lián)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)不再針對(duì)某一應(yīng)用，而是面向全組織，是整體結(jié)構(gòu)化的。不僅數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，而且存取數(shù)據(jù)的方式也是很靈活的，可以存取數(shù)據(jù)庫中的某一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)（或字段）、一組數(shù)據(jù)項(xiàng)、一個(gè)記錄或是一組記錄。而在文件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的最小單位是記錄（一次一記錄的讀寫），粒度不能細(xì)到數(shù)據(jù)項(xiàng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個(gè)應(yīng)用而是面向整個(gè)系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用共享使用。數(shù)據(jù)共享可以大大的減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲(chǔ)空間。數(shù)據(jù)共享還能夠避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。所謂數(shù)據(jù)的不一致性是指同一數(shù)據(jù)不同拷貝的值不一樣。采用人工管理或文件系統(tǒng)管理時(shí)，由于數(shù)據(jù)被重復(fù)存儲(chǔ)，當(dāng)不同的應(yīng)用使用和修改不同的拷貝時(shí)就容易造成數(shù)據(jù)的不一致。在數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)共享，減少了由于數(shù)據(jù)冗余造成的不一致現(xiàn)象。返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充

由于數(shù)據(jù)面向整個(gè)系統(tǒng)，是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，不僅可以被多個(gè)應(yīng)用共享使用，而且容易增加新的應(yīng)用，這就使得數(shù)據(jù)系統(tǒng)彈性大，易于擴(kuò)充，可以適應(yīng)各種用戶的要求?？梢匀≌w數(shù)據(jù)的各種子集用于不同的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)應(yīng)用需求改變或增加時(shí)，只要重新選取不同的子集或加上一部分?jǐn)?shù)據(jù)便可以滿足新的需求。返回本節(jié)首頁

數(shù)據(jù)獨(dú)立性高

數(shù)據(jù)獨(dú)立性包括了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性兩方面。物理獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。也就是說，數(shù)據(jù)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中怎樣存儲(chǔ)是由DBMS管理的，用戶程序不需要了解，應(yīng)用程序要處理的只是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變時(shí)，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的整體邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，也就是說，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不需修改的。返回本節(jié)首頁

數(shù)據(jù)獨(dú)立性高

數(shù)據(jù)獨(dú)立性是由DBMS的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)與二級(jí)映象功能來保證的，將在后面介紹。數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)立，把數(shù)據(jù)的定義從程序中分離出去，加上數(shù)據(jù)的存取又由DBMS負(fù)責(zé)，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。返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)庫是長(zhǎng)期在計(jì)算機(jī)內(nèi)有組織的大量的可共享的數(shù)據(jù)集合

,數(shù)據(jù)庫的共享是并發(fā)的共享，即多個(gè)用戶可以同時(shí)存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)甚至可以同時(shí)存取數(shù)據(jù)庫中的同一塊數(shù)據(jù)。

DBMS提供以下幾方面的數(shù)據(jù)控制功能：（1）數(shù)據(jù)的安全性控制（2）數(shù)據(jù)的完整性約束（3）并發(fā)控制（4）數(shù)據(jù)庫恢復(fù)

返回本節(jié)首頁結(jié)論目前，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為現(xiàn)代信息系統(tǒng)的不可分離的重要組成部分。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的出現(xiàn)使信息系統(tǒng)從以加工數(shù)據(jù)的程序?yàn)橹行霓D(zhuǎn)向圍繞共享的數(shù)據(jù)庫為中心的新階段。這樣既便于數(shù)據(jù)的集中管理，又有利于應(yīng)用程序的研制和維護(hù)，提高了數(shù)據(jù)的利用率和相容性，提高了決策的可靠性。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中發(fā)展最快的技術(shù)之一，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展是沿著數(shù)據(jù)模型的主線展開的。返回本節(jié)首頁1.2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，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面的要求：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)。根據(jù)模型應(yīng)用的不同目的，分為兩類。第一類模型是概念模型，也稱信息模型。一般應(yīng)具有以下能力：（1）具有對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象與表達(dá)能力（2）完整、精確的語義表達(dá)力（3）易于理解和修改。（4）易于向DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換

返回本章首頁1.2數(shù)據(jù)模型

另一類模型是數(shù)據(jù)模型，包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型等，它是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)建模，主要用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，各種機(jī)器上實(shí)現(xiàn)的DBMS軟件都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。返回本章首頁為了把現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物抽象、組織為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，人們常常首先將現(xiàn)實(shí)世界抽象為信息世界，然后將信息世界轉(zhuǎn)換（或數(shù)據(jù)化）為機(jī)器世界。這一過程如圖1.11所示。數(shù)據(jù)模型的組成要素1.2數(shù)據(jù)模型返回本章首頁1.2.1數(shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)模型描述了系統(tǒng)的三個(gè)方面：靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性和完整性約束條件。一般由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分組成，是嚴(yán)格定義的一組概念的集合。返回本節(jié)首頁1.2.1數(shù)據(jù)模型的組成要素

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性，是所研究的對(duì)象類型的集合。二、數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作用于描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，是指對(duì)數(shù)據(jù)庫中各種對(duì)象及對(duì)象的實(shí)例允許執(zhí)行的操作的集合。三、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。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。數(shù)據(jù)模型還應(yīng)該提供自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義約束條件。返回本節(jié)首頁圖1.12數(shù)據(jù)模型的三要素示意圖

要說明的是圖1.11是簡(jiǎn)單化、邏輯示意的圖，數(shù)據(jù)模型的三要素在數(shù)據(jù)庫中都是嚴(yán)格定義的一組概念的集合。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫可以簡(jiǎn)單理解為：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是表結(jié)構(gòu)定義及其它數(shù)據(jù)庫對(duì)象定義的命令集；數(shù)據(jù)操作是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)操作（操作命令、語法規(guī)定、參數(shù)說明等）命令集；數(shù)據(jù)完整性約束是各關(guān)系表約束的定義及操作約束規(guī)則等的集合。1.2.2概念模型概念模型是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次。信息世界中的基本概念概念模型的表示層次模型概述返回本節(jié)首頁信息世界中的基本概念主要有：實(shí)體：實(shí)體是指客觀存在并可以相互區(qū)別的事物。屬性：屬性是指實(shí)體所具有的某一特性。碼：碼是指唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集。域：域是指屬性的取值范圍，具有相同的數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)集合。實(shí)體型：具有相同屬性的實(shí)體必然具有共同的特征和性質(zhì)。實(shí)體集：實(shí)體集是指同型實(shí)體的集合。聯(lián)系：在現(xiàn)實(shí)世界中，事物內(nèi)部以及事物之間是有關(guān)聯(lián)的。兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系有以下三種：一對(duì)一聯(lián)系；一對(duì)多聯(lián)系；多對(duì)多聯(lián)系。兩個(gè)實(shí)體型之間的三類聯(lián)系可以用如圖1.12、1.13所示來表示。返回本節(jié)首頁圖1.13兩個(gè)實(shí)體型之間的三類聯(lián)系示意圖返回本節(jié)首頁圖1.14兩個(gè)實(shí)體型之間的三類聯(lián)系返回本節(jié)首頁

單個(gè)或多個(gè)實(shí)體型之間也有類似于兩個(gè)實(shí)體型之間的三種聯(lián)系類型。例如，對(duì)于教師、課程與參考書三個(gè)實(shí)體型，如果一門課程可以有若干個(gè)教師講授，使用若干本參考書，而每個(gè)教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用，則課程與教師、參考書三者間的聯(lián)系是一對(duì)多的，如圖1.15（a）所示。要注意的是三個(gè)實(shí)體型之間多對(duì)多聯(lián)系與三個(gè)實(shí)體型兩兩之間的多對(duì)多聯(lián)系（共有三個(gè)）的語義及E-R圖是不同的。信息世界中的基本概念返回本節(jié)首頁圖1.15兩個(gè)實(shí)體型之間的三類聯(lián)系返回本節(jié)首頁

同一個(gè)實(shí)體型對(duì)應(yīng)的實(shí)體集內(nèi)的各實(shí)體之間也可以存在一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的聯(lián)系的（可以把一個(gè)實(shí)體集邏輯上看成兩個(gè)與原來一樣的實(shí)體集來理解）。例如：同學(xué)實(shí)體集內(nèi)部同學(xué)與同學(xué)之間老朋友的關(guān)系可能是多對(duì)多的（如圖1.16所示），這是因?yàn)槊课煌瑢W(xué)的老朋友往往有多位。信息世界中的基本概念返回本節(jié)首頁圖1.16一個(gè)實(shí)體型實(shí)體之間的多對(duì)多聯(lián)系返回本節(jié)首頁概念模型的表示最常用的是實(shí)體—聯(lián)系方法。該方法用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型。E-R圖提供了表示實(shí)體型、屬性和聯(lián)系的方法。實(shí)體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名。屬性：用橢圓表示，橢圓形內(nèi)寫明屬性名。并用無向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體連接起來。聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實(shí)體連接起來，同時(shí)在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1：1、1：n或m：n）。返回本節(jié)首頁如圖1.17所示就是一個(gè)班級(jí)、學(xué)生的概念模型（用E-R圖表示），班級(jí)實(shí)體型與學(xué)生實(shí)體型之間很顯然是一對(duì)多關(guān)系。應(yīng)用時(shí)應(yīng)針對(duì)某實(shí)際情況，試著設(shè)計(jì)反映實(shí)際內(nèi)容的實(shí)體及實(shí)體聯(lián)系的E-R圖。概念模型的表示返回本節(jié)首頁層次模型概述

在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中，有四種最常用的數(shù)據(jù)模型，它們是：被稱為非關(guān)系模型的層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ?。本章?jiǎn)要介紹層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型。層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多對(duì)多聯(lián)系在層次模型中的表示層次模型的數(shù)據(jù)操縱與約束條件層次模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)返回本節(jié)首頁層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)庫中，對(duì)滿足以下兩個(gè)條件的數(shù)據(jù)模型稱為層次模型。（1）有且僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)無雙親，這個(gè)節(jié)點(diǎn)稱為“根節(jié)點(diǎn)”。（2）其他節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親。一個(gè)層次模型在理論上可以包含任意有限個(gè)記錄型和字段，但任何實(shí)際的系統(tǒng)都會(huì)因?yàn)榇鎯?chǔ)容量或?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜度而限制層次模型中包含的記錄型個(gè)數(shù)和字段的個(gè)數(shù)。若用圖來表示，層次模型是一棵倒立的樹。節(jié)點(diǎn)層次（Level）從根開始定義，根為第一層，根的子女稱為第二層，根稱為其子女的雙親，同一雙親的子女稱為兄弟。返回本節(jié)首頁層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖1.18

給出了一個(gè)系的層次模型。層次模型對(duì)具有一對(duì)多的層次關(guān)系的描述非常自然、直觀、容易理解，這是層次數(shù)據(jù)庫的突出優(yōu)點(diǎn)。

圖1.19

是圖1.18的具體化，成為一個(gè)教師-學(xué)生層次數(shù)據(jù)庫。

圖1.20

是圖1.19數(shù)據(jù)模型的一個(gè)值。返回本節(jié)首頁

圖1.18一個(gè)層次模型的示例

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圖1.19教師-學(xué)生數(shù)據(jù)庫模型

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圖1.20教師-學(xué)生數(shù)據(jù)庫的一個(gè)值返回本節(jié)首頁層次模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

層次數(shù)據(jù)庫中不僅要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)本身，還要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系。方法：（1）鄰接法按照層次樹前序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體現(xiàn)層次順序。例如對(duì)于圖1.21（a）的數(shù)據(jù)庫，按鄰接法存放圖1.21(b)中以記錄A1為首的層次記錄實(shí)例集，則應(yīng)如圖1.22所示存放。返回本節(jié)首頁層次模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

（2）鏈接法用指引元來反映數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系。則如圖1.23所示，其中圖1.23（a）每個(gè)記錄設(shè)兩類指引元，分別指向最左邊的子女和最近的兄弟，這種鏈接方法稱為子女-兄弟鏈接法；圖1.23（b）按樹的前序順序鏈接各記錄值，這種鏈接方法稱為層次序列鏈接法。返回本節(jié)首頁層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

(1)層次模型本身比較簡(jiǎn)單

(2)實(shí)體間聯(lián)系是固定的(3)良好的完整性支持

缺點(diǎn)

：

(1)層次模型表示非層次性的方法很笨拙

(2)對(duì)插入和刪除操作的限制太多

(3)查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過雙親結(jié)點(diǎn)，缺乏快速定位機(jī)制。

(4)由于結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，層次命令趨于程序化。返回本節(jié)首頁1.2.4網(wǎng)狀模型

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的典型代表是DBTG系統(tǒng)，也稱CODASYL系統(tǒng)，它是20世紀(jì)70年代數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言研究會(huì)CODASYL（ConferenceOnDataSystemsLanguage）下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組（DataBaseTaskGroup，簡(jiǎn)稱DBTG）提出的一個(gè)系統(tǒng)方案。圖1.23給出了一個(gè)抽象的簡(jiǎn)單的網(wǎng)狀模型。

返回本節(jié)首頁圖1.24簡(jiǎn)單的網(wǎng)狀模型

返回本節(jié)首頁一、網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)庫中，把滿足以下兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系集合稱為網(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。它去掉了層次模型的兩個(gè)限制，此外它還許兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間有多種聯(lián)系。因此網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實(shí)世界。以教師授課為例，看看網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模式是怎樣組織數(shù)據(jù)的。

返回本節(jié)首頁按照常規(guī)語義，一個(gè)教師可以講授若干門課程，一門課程可以由多個(gè)教師講授，因此教師與課程之間是多對(duì)多聯(lián)系。這里引進(jìn)一個(gè)教師授課的連結(jié)記錄，它由兩個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，即教師號(hào)、課程號(hào)，表示某個(gè)教師講授一門課程。圖1.25為教師授課數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模式。

一、網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁圖1.25為教師授課數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模式。

返回本節(jié)首頁二、網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操作與完整性約束

DBTG在模式DDL中提供了定義DBTG數(shù)據(jù)庫完整性的若干概念和語句，主要有：

(1)支持記錄碼的概念，碼即唯一標(biāo)識(shí)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合。(2)保證一個(gè)聯(lián)系中雙親記錄和子女記錄之間是一對(duì)多的聯(lián)系。(3)可以支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束條件。

返回本節(jié)首頁三、網(wǎng)狀模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

常用的方法是鏈接法，包括單向鏈接、雙向鏈接、環(huán)狀鏈接、向首鏈接等，此外其他實(shí)現(xiàn)方法，如指引元陣列法、二進(jìn)制陣列法、索引法等,依具體系統(tǒng)不同而不同。教師任課數(shù)據(jù)庫中，記錄之間的聯(lián)系用單向環(huán)狀鏈接法實(shí)現(xiàn)，如圖1.26所示。返回本節(jié)首頁圖1.26教師/授課/課程的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫實(shí)例

返回本節(jié)首頁四、網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界

（2）具有良好的性能，存取效率較高。缺點(diǎn)主要有：（1）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)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜.（2）其DDL、DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用。

返回本節(jié)首頁1.2.5關(guān)系模型

關(guān)系模型是目前最重要的一種模型。美國(guó)IBM公司的研究員E.F.Codd于1970年發(fā)表題為“大型共享系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模型”的論文，文中首次提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系模型。數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域當(dāng)前的研究工作都是以關(guān)系方法為基礎(chǔ)的。

數(shù)據(jù)模型的三個(gè)組成要素，主要體現(xiàn)如下：一、關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱與約束條件

三、關(guān)系模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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。每一行稱為一個(gè)元組，每一列稱為一個(gè)屬性（或字段）

通過圖1.27所示的教師登記表，介紹關(guān)系模型中的相關(guān)的術(shù)語關(guān)系：一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)一張二維表，圖1.27表示的就是一張教師登記表元組：二維表中的一行稱為一個(gè)元組屬性：二維表中的一列稱為一個(gè)屬性，對(duì)應(yīng)每一個(gè)屬性的名字稱為屬性名

主碼：二維表中的某個(gè)屬性或是屬性組可以唯一確定一個(gè)元組，則稱為主碼，也稱為關(guān)系鍵

返回本節(jié)首頁域：屬性的取值范圍稱為域

分量：元組中的一個(gè)屬性值

關(guān)系模式：表現(xiàn)為關(guān)系名和屬性集的集合，是對(duì)關(guān)系的具體描述。一般表示為：關(guān)系名（屬性1，屬性2,…,屬性N）關(guān)系模型要求關(guān)系必須是規(guī)范化的，即要求關(guān)系必須滿足一定規(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)，不允許表中還有表.例如:圖1.27

中出產(chǎn)日期是可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，出產(chǎn)日期有可以分為年，月，日。因此，圖1.25的表就不符合關(guān)系模型要求。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁圖1.27關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及術(shù)語返回本節(jié)首頁圖1.28表中有表的示例返回本節(jié)首頁二、關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱與約束條件

關(guān)系模型的操作主要包括查詢、插入、刪除和修改數(shù)據(jù)。這些操作必須滿足關(guān)系的完整性約束條件，即實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義完整性。

在非關(guān)系模型中，操作對(duì)象是單個(gè)記錄，而關(guān)系模型中的數(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

.關(guān)系模型把對(duì)數(shù)據(jù)的存取路徑向用戶隱蔽起來，從而大大地提高了數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。返回本節(jié)首頁

在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，實(shí)體及實(shí)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(chǔ)，每一個(gè)表通常對(duì)應(yīng)一種文件結(jié)構(gòu)，也有多個(gè)表對(duì)應(yīng)一種文件結(jié)構(gòu)。三、關(guān)系模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)返回本節(jié)首頁

關(guān)系模型優(yōu)點(diǎn)：（1）有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論根據(jù)。（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰，用戶易懂易用。（3）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。關(guān)系模型具有查詢效率不如非關(guān)系模型效率高缺點(diǎn)。為了提高性能，必須對(duì)用戶的查詢進(jìn)行優(yōu)化，增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。四、關(guān)系模型的優(yōu)缺點(diǎn)

返回本節(jié)首頁表1.2層次、網(wǎng)狀、關(guān)系模型比較表比較項(xiàng)層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型創(chuàng)始1968年IBM公司的IMS系統(tǒng)1969年CODASYL的DBTG報(bào)告（1971年通過）1970年E.F.Codd提出關(guān)系模型典型產(chǎn)品IMSIDS/Ⅱ，IMAGE/3000，IDMS等Oracle，Sybase，DB2，SQLServer等盛行時(shí)期20世紀(jì)70年代20世紀(jì)70年代到80年代中期20世紀(jì)80年代至今數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜（樹形結(jié)構(gòu)），要加樹形限制復(fù)雜（有向圖結(jié)構(gòu)），結(jié)構(gòu)上無需嚴(yán)格限制簡(jiǎn)單（二維表），無需嚴(yán)格限制數(shù)據(jù)聯(lián)系通過指針連接記錄型，聯(lián)系單一通過指針連接記錄型，聯(lián)系多樣，較復(fù)雜通過聯(lián)系表（含外碼），聯(lián)系多樣查詢語言過程式，一次一記錄。查詢方式單一（雙親到子女）過程式，一次一記錄。查詢方式多樣非過程式，一次一集合。查詢方式多樣實(shí)現(xiàn)難易在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)較方便在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)較困難在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)較方便數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)樹（研究不規(guī)范，不透徹）無向圖（研究不規(guī)范，不透徹）關(guān)系理論（關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算），研究深入、透徹、返回本節(jié)首頁表1.3現(xiàn)實(shí)世界、信息世界、機(jī)器世界/關(guān)系數(shù)據(jù)庫間術(shù)語對(duì)照表現(xiàn)實(shí)世界信息世界機(jī)器世界/關(guān)系數(shù)據(jù)庫事物實(shí)體記錄/元組（或行）若干同類事物實(shí)體集記錄集（即文件）/元組集（即關(guān)系）若干特征刻畫的事物實(shí)體型記錄型/二維表框架（即關(guān)系模式）事物的特征屬性字段（或數(shù)據(jù)項(xiàng)）/屬性（或列）事物之間的關(guān)聯(lián)實(shí)體型（或?qū)嶓w）之間的聯(lián)系記錄型之間的聯(lián)系/聯(lián)系表（外碼）事物某特征的所有可能值域字段類型/域事物某特征的一個(gè)具體值一個(gè)屬性值字段值/分量可區(qū)分同類事物的特征或若干特征碼關(guān)鍵字段/關(guān)系鍵（或主碼）返回本節(jié)首頁1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

可以有多種不同的層次或不同的角度來考查數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)庫外部的體系結(jié)構(gòu)看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器和并行結(jié)構(gòu)等。

1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)

1.3.2數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

1.3.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的工作過程返回本章首頁數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)是指外模式、模式和內(nèi)模式。如圖1.29

一、外模式（ExternalSchema）

外模式也稱子模式（SubSchema）或用戶模式，是三級(jí)模式的最外層，它是數(shù)據(jù)庫用戶能夠看到和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。把普通用戶看到和使用的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容稱為視圖。視圖集也稱為用戶級(jí)數(shù)據(jù)庫，它對(duì)應(yīng)于外模式。外模式通常是模式的子集。一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)外模式。同一外模式也可以為某一用戶的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)所用，但一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式。

返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁圖1.29數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)二、模式（Schema）模式又稱概念模式，也稱邏輯模式，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，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，是數(shù)據(jù)視圖的全部。它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層。概念模式實(shí)際上是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)在邏輯級(jí)上的視圖。一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式。定義模式時(shí)不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要定義數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系、定義與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁三、內(nèi)模式（InternalSchema）

內(nèi)模式也稱為存儲(chǔ)模式，一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式。它是數(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)庫內(nèi)部的表示方式。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級(jí)模式結(jié)構(gòu)概念比較，請(qǐng)參見表1.4

比較

外模式

模式

內(nèi)模式

定義

也稱子模式或用戶模式，還稱用戶級(jí)模式

也稱邏輯模式，還稱概念級(jí)模式

也稱存儲(chǔ)模式，還稱物理級(jí)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)和特征的描述

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，它包括：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求。

它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述。

特點(diǎn)1

是各個(gè)具體用戶所看到的數(shù)據(jù)視圖,是用戶與DB的接口。

是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。一般只有DBA能看到全部

數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。特點(diǎn)2

可以有多個(gè)外模式

只有一個(gè)模式

只有一個(gè)內(nèi)模式返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級(jí)模式結(jié)構(gòu)概念比較，請(qǐng)參見表1.4比較

外模式

模式

內(nèi)模式

特點(diǎn)3

針對(duì)不同用戶，有不同的外模式描述。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)，數(shù)據(jù)庫中其余數(shù)據(jù)是不可見的。所以外模式是保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個(gè)有力措施。

數(shù)據(jù)庫模式以某一種數(shù)據(jù)模型(層狀、網(wǎng)狀、關(guān)系)為基礎(chǔ)，統(tǒng)一綜合地考慮所有用戶的需求，并將這些需求有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)邏輯整體。以前由DBA定義，現(xiàn)基本由DBMS定義。

特點(diǎn)4

面向應(yīng)用程序或最終用戶。由DBA定義與管理。

由DBA定義或由DBMS預(yù)先設(shè)置。

DDL

DBMS提供三種模式的描述語言（DDL）來嚴(yán)格定義三種模式。如：子模式DDL、模式DDL和內(nèi)模式DDL。子模式DDL和用戶選用的程序設(shè)計(jì)語言具有相容的語法。如：Cobol子模式DDL。關(guān)系數(shù)據(jù)庫三種模式的描述語言統(tǒng)一于SQL語言中。

返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

為了能夠在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在這三級(jí)模式之間提供了兩層映象：外模式/模式映象，模式/內(nèi)模式映象。

這兩層映象保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。一、外模式/模式映象

模式描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)，外模式描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個(gè)外模式/模式映象，它定義了該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)模式改變時(shí)，由數(shù)據(jù)庫管理員對(duì)各個(gè)外模式/模式映象作相應(yīng)改變，可以使外模式保持不變。應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)邏輯獨(dú)立性。

返回本節(jié)首頁二、模式/內(nèi)模式映象

數(shù)據(jù)庫中只有一個(gè)模式，也只有一個(gè)內(nèi)模式，所以模式/內(nèi)模式映象是唯一的，它定義了數(shù)據(jù)庫全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了，由數(shù)據(jù)庫管理員對(duì)模式/內(nèi)模式映象作相應(yīng)改變，可以使模式保持不變，從而應(yīng)用程序也不必改變。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)物理獨(dú)立性。在數(shù)據(jù)庫的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫模式即全局邏輯結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫的中心與關(guān)鍵，它獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的其他層次。

數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式依賴于它的全局邏輯結(jié)構(gòu)，但獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的用戶視圖即外模式，也獨(dú)立于具體的存儲(chǔ)設(shè)備。數(shù)據(jù)庫的外模式面向具體的應(yīng)用程序，它定義在邏輯模式之上，但獨(dú)立于內(nèi)模式和存儲(chǔ)設(shè)備。數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象保證了數(shù)據(jù)庫外模式的穩(wěn)定性，從而根本上保證了應(yīng)用程序的穩(wěn)定性，使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有較高的數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫的三級(jí)模式與二級(jí)映象使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程序中分離出去。

數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

返回本節(jié)首頁1.3.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的工作過程

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)控制的數(shù)據(jù)操作過程基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)與二級(jí)映象功能，總體操作過程能從其讀或?qū)懸粋€(gè)用戶記錄的過程大體反映出來。下面就以應(yīng)用程序從數(shù)據(jù)庫中讀取一個(gè)用戶記錄的過程（如圖1.27所示）來說明。按照步驟解釋運(yùn)行過程如下：（1）應(yīng)用程序A向DBMS發(fā)出從數(shù)據(jù)庫中讀用戶數(shù)據(jù)記錄的命令；（2）DBMS對(duì)該命令進(jìn)行語法檢查、語義檢查，并調(diào)用應(yīng)用程序A對(duì)應(yīng)的子模式，檢查A的存取權(quán)限，決定是否執(zhí)行該命令。如果拒絕執(zhí)行，則轉(zhuǎn)（10）向用戶返回錯(cuò)誤信息返回本節(jié)首頁1.3.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的工作過程

返回本節(jié)首頁圖1.30DBMS讀取用戶記錄的過程示意圖1.3.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的工作過程

（3）在決定執(zhí)行該命令后，DBMS調(diào)用模式，依據(jù)子模式/模式映象的定義，確定應(yīng)讀入模式中的哪些記錄；（4）DBMS調(diào)用內(nèi)模式，依據(jù)模式/內(nèi)模式映象的定義，決定應(yīng)從哪個(gè)文件、用什么存取方式、讀入哪個(gè)或哪些物理記錄；（5）DBMS向操作系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行讀取所需物理記錄的命令；返回本節(jié)首頁（6）操作系統(tǒng)執(zhí)行從物理文件中讀數(shù)據(jù)的有關(guān)操作；（7）操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)區(qū)送至系統(tǒng)緩沖區(qū)；（8）DBMS依據(jù)內(nèi)模式/模式（模式/內(nèi)模式映象的反方向看待，并不是另一種新映象，模式/子模式映象也是類似情況）、模式/子模式映象的定義，導(dǎo)出應(yīng)用程序A所要讀取的記錄格式；1.3.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的工作過程

返回本節(jié)首頁（9）DBMS將數(shù)據(jù)記錄從系統(tǒng)緩沖區(qū)傳送到應(yīng)用程序A的用戶工作區(qū)；（10）DBMS向應(yīng)用程序A返回命令執(zhí)行情況的狀態(tài)信息。至此，DBMS就完成了一次讀用戶數(shù)據(jù)記錄的過程。DBMS向數(shù)據(jù)庫寫一個(gè)用戶數(shù)據(jù)記錄的過程經(jīng)歷的環(huán)節(jié)類似于讀，只是過程基本是相反而已。由DBMS控制的大量用戶數(shù)據(jù)的存取操作，可以理解為就是由許許多多這樣的讀或?qū)懙幕具^程組合完成的。

1.3.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的工作過程

返回本節(jié)首頁

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的整個(gè)人機(jī)系統(tǒng)。為此，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)由計(jì)算機(jī)硬件、數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)軟件及各類人員組成。一、硬件平臺(tái)二、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是存放數(shù)據(jù)的地方，是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)有組織的大量可共享的數(shù)據(jù)集合，具有盡可能少的冗余和較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，有完整的自我保護(hù)能力和數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。返回本章首頁

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

三、軟件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件主要包括：（1）支持DBMS運(yùn)行的操作系統(tǒng)；（2）DBMS：DBMS可以通過操作系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取、管理和維護(hù)；（3）具有與數(shù)據(jù)庫接口的高級(jí)語言及其編譯系統(tǒng)；（4）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)。

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四、用戶進(jìn)行管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人員——數(shù)據(jù)庫管理員；具體職責(zé)包括：（1）決定數(shù)據(jù)庫中的信息內(nèi)容和結(jié)構(gòu)（2）決定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取策略（3）定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件（4）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫的使用和運(yùn)行（5）數(shù)據(jù)庫的改進(jìn)和重組重構(gòu)

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

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數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的人員——系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員；具體開發(fā)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人員——數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序員；使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人員——最終用戶。

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

返回本章首頁1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展*

1.5.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域十分廣泛，概括地而言包括以下三方面：

1、DBMS系統(tǒng)軟件的研制

2、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)的研制

3、數(shù)據(jù)庫理論的研究

1.5.2數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代中期，由于其在商業(yè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用，在20世紀(jì)80年代后，得到迅速推廣，新的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)庫技術(shù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理方面提出了更高的要求，從而進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展。返回本章首頁1、數(shù)據(jù)模型的發(fā)展和三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)模型的發(fā)展帶動(dòng)著數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代。數(shù)據(jù)模型的發(fā)展可以分為三個(gè)階段:第一階段為格式化數(shù)據(jù)模型，包括層次數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型第二階段為關(guān)系數(shù)據(jù)模型第三階段則是以面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型為代表的非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁據(jù)上述的數(shù)據(jù)模型三個(gè)發(fā)展階段，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也可以相應(yīng)地劃分為三代：第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為層次與網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)新一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（即第三代）的發(fā)展呈現(xiàn)百花齊放的局面1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁2、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與其他相關(guān)技術(shù)的結(jié)合

將數(shù)據(jù)庫技術(shù)與其他相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，是當(dāng)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的主要特征之一

(1)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁(2)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。(3)并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)就是在并行計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的具有并行處理能力的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與并行計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁(4)多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。(5)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主動(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

(6)模糊數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模糊數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與模糊技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁3、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的新應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，也導(dǎo)致了一些新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的出現(xiàn)，這些應(yīng)用領(lǐng)域往往無法直接使用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來管理和處理其中的數(shù)據(jù)對(duì)象。(1)數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)(2)工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

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1.6小結(jié)

本章概述了數(shù)據(jù)庫的基本概念，介紹了數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，說明了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。本章介紹了組成數(shù)據(jù)模型的三要素及其內(nèi)涵、概念模型和三種主要的數(shù)據(jù)庫模型。概念模型也稱信息模型，用于信息世界的建模，E-R模型是這類模型的典型代表，E-R方法簡(jiǎn)單、清晰，應(yīng)用十分廣泛。數(shù)據(jù)模型包括非關(guān)系模型（層次模型和網(wǎng)狀模型）和關(guān)系模型。本章簡(jiǎn)要地講解了層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型，而關(guān)系模型將在后續(xù)章節(jié)中作更詳細(xì)的介紹。返回本章首頁

1.6小結(jié)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括三級(jí)模式和兩層映象。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級(jí)模式和兩層映象的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中能夠具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不僅是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而且是一個(gè)人-機(jī)系統(tǒng)，人的作用特別是DBA的作用最為重要。返回本章首頁習(xí)題一、選擇題1、（）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。數(shù)據(jù)庫在建立、使用和維護(hù)時(shí)由其統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制。

A．DBMSB．DBC．DBSD．DBA2、文字、圖形、圖像、聲音、學(xué)生的檔案記錄、貨物的運(yùn)輸情況等，這些都是（）

A．DATAB．DBSC．DBD．其他3、目前（）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已逐漸淘汰了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫和層次數(shù)據(jù)庫，成為當(dāng)今最為流行的商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

A．關(guān)系B．面向?qū)ο驝．分布D．對(duì)象-關(guān)系4、（）是刻畫一個(gè)數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面。因此在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，人們通常按它的類型來命名數(shù)據(jù)模型。

A．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B．?dāng)?shù)據(jù)操縱C．完整性約束D．?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)系5、()屬于信息世界的模型，實(shí)際上是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次。

A．?dāng)?shù)據(jù)模型B．概念模型C．非關(guān)系模型D．關(guān)系模型返回本章首頁習(xí)題6、當(dāng)數(shù)據(jù)庫的()改變了，由數(shù)據(jù)庫管理員對(duì)()映象作相應(yīng)改變，可以使()保持不變，從而保證了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。

(1)模式(2)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)(3)外模式/模式(4)用戶模式(5)模式/內(nèi)模式

A．(1)和(3)和(4)B．(1)和(5)和(3)C．(2)和(5)和(1)D．(1)和(2)和(4)7、數(shù)據(jù)庫的三級(jí)體系結(jié)構(gòu)即子模式、模式與內(nèi)模式是對(duì)()的三個(gè)抽象級(jí)別。

A．信息世界B．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)

C．?dāng)?shù)據(jù)D．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)8、英文縮寫DBA代表()A．?dāng)?shù)據(jù)庫管理員B．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

C．?dāng)?shù)據(jù)定義語言D．?dāng)?shù)據(jù)操縱語言9、模式和內(nèi)模式()。

A．只能各有一個(gè)B．最多只能有一個(gè)

C．至少兩個(gè)D．可以有多個(gè)返回本章首頁10、在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的是()。

A．?dāng)?shù)據(jù)B．信息C．?dāng)?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系D．?dāng)?shù)據(jù)模型的定義二、填空題1、數(shù)據(jù)庫就是長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)_________、_________的數(shù)據(jù)集合。2、數(shù)據(jù)管理技術(shù)已經(jīng)歷了人工管理階段、___________和___________三個(gè)發(fā)展階段。3、數(shù)據(jù)模型通常都是由_________、_________和__________三個(gè)要素組成。4、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：___________________、數(shù)據(jù)冗余度小、具有較高的數(shù)據(jù)程序獨(dú)立性、具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能等。5、用二維表結(jié)構(gòu)表示實(shí)體以及實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為_____________數(shù)據(jù)模型。6、在數(shù)據(jù)庫的三級(jí)模式體系結(jié)構(gòu)中，外模式與模式之間的映象，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的____________獨(dú)立性。7、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是以____為中心的系統(tǒng)。8、E-R圖表示的概念模型比________更一般、更抽象、更接近現(xiàn)實(shí)世界。習(xí)題返回本章首頁9、外模式，亦稱為子模式或用戶模式，是__________能夠看到和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。10、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件主要包括支持__________運(yùn)行的操作系統(tǒng)以及_________本身。三、簡(jiǎn)答題1、簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段。2、常用的三種數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各有什么特點(diǎn)？3、試述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)。4、試述數(shù)據(jù)模型的概念、數(shù)據(jù)模型的作用和數(shù)據(jù)模型的三要素。5、試述概念模型的作用。6、定義并理解概念模型中的以下術(shù)語：實(shí)體、實(shí)體型、實(shí)體集、屬性、碼、實(shí)體聯(lián)系圖（E-R圖）、三種聯(lián)系類型7、學(xué)校有若干個(gè)系，每個(gè)系有若干班級(jí)和教研室，每個(gè)教研室有若干教師，每個(gè)教師只教一門課，每門課可由多個(gè)教師教；每個(gè)班有若干學(xué)生，每個(gè)學(xué)生選修若干課程，每門課程可由若干學(xué)生選修。請(qǐng)用E-R圖畫出該學(xué)校的概念模型，注明聯(lián)系類型。習(xí)題返回本章首頁2.1關(guān)系模型

關(guān)系模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合和關(guān)系完整性約束三部分組成。

關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

關(guān)系操作集合

關(guān)系完整性返回本章首頁1、關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——關(guān)系

關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：非常單一，在用戶看來，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。但關(guān)系模型的這種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠表達(dá)豐富的語義，描述出現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體間的各種聯(lián)系。BACK2、關(guān)系操作關(guān)系操作包括：選擇（select）、投影(project)、連接(join)、除(divide)、并(union)、交(intersection)、差(difference)等查詢(query)操作和增加(insert)、刪除(delete)、修改(update)等更新操作兩大部分。查詢的表達(dá)能力是其中最主要的部分。關(guān)系操作表示方式：代數(shù)方式→關(guān)系代數(shù)邏輯方式→關(guān)系演算：元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算關(guān)系數(shù)據(jù)語言可以分成三類：關(guān)系代數(shù)：用對(duì)關(guān)系的集合運(yùn)算表達(dá)查詢要求，例如ISBL。關(guān)系演算：用謂詞表達(dá)查詢要求，可分為兩類：①元組關(guān)系演算：謂詞變?cè)幕緦?duì)象是元組變量，例如APLHA、QUEL；②域關(guān)系演算：謂詞變?cè)幕緦?duì)象是域變量，例如QBE。關(guān)系數(shù)據(jù)語言，例如SQL。BACK3、關(guān)系的三類完整性約束關(guān)系模型提供了豐富的完整性控制機(jī)制，允許定義三類完整性：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶自定義的完整性。其中實(shí)體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件，應(yīng)該由關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)支持。用戶自定義的完整性是應(yīng)用領(lǐng)域特殊要求而需要遵循的約束條件，體現(xiàn)了具體領(lǐng)域中的語義約束。下面將從數(shù)據(jù)模型的三要素出發(fā)，逐步介紹關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（包括關(guān)系的形式化定義及有關(guān)概念）、關(guān)系的三類完整性約束、關(guān)系代數(shù)與關(guān)系演算操作等。BACK2.2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其形式化定義

2.2.1

關(guān)系

2.2.2

關(guān)系模式

2.2.3

關(guān)系數(shù)據(jù)庫

在關(guān)系模型中，無論是實(shí)體還是實(shí)體之間的聯(lián)系均由單一的結(jié)構(gòu)類型即關(guān)系（二維表）來表示關(guān)系模型是建立在集合代數(shù)的基礎(chǔ)上的，這里我們從集合論角度給出關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式化定義。返回本章首頁2.2.1

關(guān)系⒈域（Domain）定義2.1

域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。又稱為值域(用D表示)。域中所包含的值的個(gè)數(shù)稱為域的基數(shù)（用m表示）。在關(guān)系中就是用域來表示屬性的取值范圍的。

例如，自然數(shù)、整數(shù)、實(shí)數(shù)、長(zhǎng)度小于10字節(jié)的字符串集合、1-16之間的整數(shù)都是域，又如：

D1={張三，李四}

D1的基數(shù)m1為2D2={男，女}D2的基數(shù)m2為2D3={19，20，21}D3的基數(shù)m3為3BACK⒉笛卡爾積（CartesianProduct）定義2.2

給定一組域D1、D2、…Dn(這些域中可以包含相同的元素,即可以完全不同,也可以部分或全部相同),D1、D2、…Dn

的笛卡爾積為：D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜di∈Di，i＝1，2，…，n｝由定義可以看出，笛卡爾積也是一個(gè)集合。其中：(1)其中每一個(gè)元素（d1，d2，…，dn）叫作一個(gè)n元組（n-tuple），或簡(jiǎn)稱為元組（Tuple）。但元組不是di的集合，元組由di按序排列而成。(2)元素中的每一個(gè)值di叫作一個(gè)分量（Component）。分量來自相應(yīng)的域（di∈Di）。(3)若Di（i＝1，2，…，n）為有限集，其基數(shù)（Cardinalnumber）為mi（i＝1，2，…，n），則D1×D2×…×Dn

的基數(shù)為n個(gè)域的基數(shù)累乘之積，即M=(4)笛卡爾積可表示為一個(gè)二維表。表中的每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組，表中的每列對(duì)應(yīng)一個(gè)域。BACK例如D1與D2的笛卡爾積：姓名性別張三男張三女李四男李四女D1×D2={（張三，男），（張三，女），（李四，男），（李四，女）}可以表示成二維表，如下表2.1所示：表2.1笛卡爾積D1×D2D1×D2×D3={（張三，男，19），（張三，男，20），（張三，男，21），（張三，女，19），（張三，女，20），（張三，女，21），（李四，男，19），（李四，男，20），（李四，男，21），（李四，女，19），（李四，女，20），（李四，女，21）}BACK⒊關(guān)系（Relation）定義2.3D1×D2×…×Dn的任一子集叫作在域D1,D2,…,Dn

上的關(guān)系，用R(D1,D2,…Dn)表示。如上例中D1×D2

笛卡爾積的子集可以構(gòu)成關(guān)系T1，如下表2.3所示：姓名性別張三男李四女表2.3D1×D2笛卡爾積的子集（關(guān)系T1）R表示關(guān)系的名字，n是關(guān)系的目或度（Degree）。當(dāng)n=1時(shí)，稱為單元關(guān)系。當(dāng)n=2時(shí)，稱為二元關(guān)系?！?dāng)n=m時(shí)，稱為m元關(guān)系。關(guān)系中的每個(gè)元素是關(guān)系中的元組，通常用t表示。BACK基本概念：關(guān)系：是笛卡爾積的子集，所以關(guān)系也是一個(gè)二維表。元組：對(duì)應(yīng)表的每行域：對(duì)應(yīng)表的每列屬性（Attribute）：由于域可以相同，為了加以區(qū)分，必須對(duì)每列起一個(gè)唯一的名字。候選碼（Candidatekey）：若關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組，則稱該屬性組為候選碼。關(guān)系至少含有一個(gè)候選碼。主碼（Primarykey）：若一個(gè)關(guān)系有多個(gè)候選碼，則選定其中一個(gè)為主控使用者稱為主碼。主屬性（Primeattribute）：候選碼中的諸屬性。非主屬性（Non-keyattribute）：不包含在任何侯選碼中的屬性。在最簡(jiǎn)單的情況下，侯選碼只包含一個(gè)屬性。全碼（All-key）：關(guān)系模式的所有屬性組是這個(gè)關(guān)系模式的侯選碼，稱為全碼（All-key）。BACK基本關(guān)系的性質(zhì)：①列是同質(zhì)的（Homogeneous），即每一列中的分量是同一類型的數(shù)據(jù)，來自同一個(gè)域。②不同的列可出自同一個(gè)域，稱其中的每一列為一個(gè)屬性，不同的屬性要給予不同的屬性名。③列的順序無所謂，即列的次序可以任意交換。④任意兩個(gè)元組不能完全相同。⑤行的順序無所謂，即行的次序可以任意交換。⑥分量必須取原子值，即每一個(gè)分量都必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。BACK表2.4課程關(guān)系C課程名學(xué)時(shí)理論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫5220C語言4520數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5530課程名理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)據(jù)庫5220C語言4520數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5530

如表2.4的關(guān)系就不規(guī)范，存在“表中有表”現(xiàn)象，可將它進(jìn)行規(guī)范化為表2.5所示的關(guān)系。

關(guān)系模型要求關(guān)系必須是規(guī)范化的，即要求關(guān)系模式必須滿足一定的規(guī)范條件。這些規(guī)范條件中最基本的一條就是，關(guān)系的每一個(gè)分量必須是不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。規(guī)范化的關(guān)系稱為范式。例如：BACK表2.5課程關(guān)系C2.2.2關(guān)系模式關(guān)系模式是一個(gè)5元組:

定義2.4

關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式（RelationSchema）。一個(gè)關(guān)系模式應(yīng)當(dāng)是一個(gè)五元組。它可以形式化地表示為：R（U,D,dom,F）。其中R為關(guān)系名，U為組成該關(guān)系的屬性名集合，D為屬性組U中屬性所來自的域的集合，dom為屬性向域的映象集合，F(xiàn)為屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系集合。關(guān)系模式通?？梢院?jiǎn)記為：R(A1,A2,…,An)或R(U)。其中R為關(guān)系名，A1,A2,…,An為屬性名。而域名及屬性向域的映象常常直接說明為屬性的類型、長(zhǎng)度。關(guān)系實(shí)際上就是關(guān)系模式在某一時(shí)刻的狀態(tài)或內(nèi)容。也就是說，關(guān)系模式是型，關(guān)系是它的值。關(guān)系模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的，而關(guān)系是動(dòng)態(tài)的、隨時(shí)間不斷變化的，因?yàn)殛P(guān)系操作在不斷地更新著數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。把關(guān)系模式和關(guān)系統(tǒng)稱為關(guān)系。BACK2.2.2關(guān)系模式BACK關(guān)系模式的五元組可以如圖2.1來說明，通過這五個(gè)方面，一個(gè)關(guān)系被充分地刻畫、描述出來了。圖2.1關(guān)系模式的五元組示意圖2.2.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫

在關(guān)系模型中，實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來表示。例如學(xué)生實(shí)體、課程實(shí)體、學(xué)生與課程之間的多對(duì)多選課聯(lián)系都可以分別用一個(gè)關(guān)系（或二維表）來表示。在一個(gè)給定的現(xiàn)實(shí)世界領(lǐng)域中，所有實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系的關(guān)系的集合構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。關(guān)系數(shù)據(jù)庫也有型和值之分。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型也稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，是對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的描述，是關(guān)系模式的集合。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值也稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫，是關(guān)系的集合。關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式與關(guān)系數(shù)據(jù)庫通常統(tǒng)稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫。BACK2.3關(guān)系的完整性

關(guān)系模型的完整性規(guī)則是對(duì)關(guān)系的某種約束條件。關(guān)系模型中可以有三類完整性約束：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。

實(shí)體完整性

參照完整性

自定義完整性返回本章首頁

規(guī)則2.1

實(shí)體完整性規(guī)則：若屬性組（或?qū)傩裕㎏是基本關(guān)系R的主碼（或稱主關(guān)鍵字），則所有元組K的取值唯一，并且K中屬性不能全部或部分取空值。例如：在課程關(guān)系T中，若“課程名”屬性為主碼，則“課程名”屬性不能取空值，并且課程名要唯一。對(duì)于實(shí)體完整性規(guī)則說明如下：實(shí)體完整性規(guī)則是針對(duì)基本關(guān)系而言的。一個(gè)基本表通常對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)實(shí)體集。關(guān)系模型中以主碼作為其唯一性標(biāo)識(shí)，主碼中屬性即主屬性不能取空值。BACK一、實(shí)體完整性（EntityIntegrity）二、參照完整性（Referentialintegrity）[例1]學(xué)生實(shí)體和專業(yè)實(shí)體可以用下面的關(guān)系表示，其中主碼用下劃線標(biāo)識(shí)：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，系別號(hào)）系別（系別號(hào)，系名）

定義2.5

設(shè)F是基本關(guān)系R的一個(gè)或一組屬性，但不是關(guān)系R的碼，如果F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng)，則稱F是基本關(guān)系R的外碼（Foreignkey），并稱基本關(guān)系R為參照關(guān)系（Referencingrelation），基本關(guān)系S為被參照關(guān)系（Referencedrelation）或目標(biāo)關(guān)系（Targetrelation）。關(guān)系R和S可能是相同的關(guān)系，即自身參照。

目標(biāo)關(guān)系S的主碼Ks和參照關(guān)系的外碼F必須定義在同一個(gè)（或一組）域上。參照完整性規(guī)則就是定義外碼與主碼之間的引用規(guī)則。BACK[例２]學(xué)生，課程，學(xué)生與課程之間的多對(duì)多聯(lián)系可以如下三個(gè)關(guān)系表示：

學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，系別號(hào)）

課程（課程號(hào)，課程名，課時(shí)）

選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）

例1中，學(xué)生關(guān)系的“系別號(hào)”與系別關(guān)系的“系別號(hào)”相對(duì)應(yīng)，因此，“系別號(hào)”屬性是學(xué)生關(guān)系的外碼，是系別關(guān)系的主碼。這里系別關(guān)系是被參照關(guān)系，學(xué)生關(guān)系為參照關(guān)系。例2中，選修關(guān)系的“學(xué)號(hào)”屬性與學(xué)生關(guān)系的“學(xué)號(hào)”屬性相對(duì)應(yīng)，“課程號(hào)”屬性與課程關(guān)系的“課程號(hào)”屬性相對(duì)應(yīng)，因此“學(xué)號(hào)”和“課程號(hào)”屬性是選修關(guān)系的外碼，這里學(xué)生關(guān)系和課程關(guān)系均為被參照關(guān)系，選修關(guān)系為參照關(guān)系。BACK規(guī)則2.2

參照完整性規(guī)則：若屬性（或?qū)傩越M）F是基本關(guān)系R的外碼，它與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng)（基本關(guān)系R和S可能是相同的關(guān)系），則對(duì)于R中每個(gè)元組在F上的值必須為：或者取空值（F的每個(gè)屬性值均為空值）；或者等于S中某個(gè)元組的主碼值。例如，例1中學(xué)生關(guān)系中的每個(gè)元組的“系別號(hào)”屬性只能取下面兩類值：空值，表示尚未給該學(xué)生分配系別非空值，這是該值必須是系別關(guān)系中某個(gè)元組的“系別號(hào)”的值，表示該學(xué)生不可能分配到一個(gè)不存在的系中。即被參照關(guān)系“系別”中一定存在一個(gè)元組，它的主碼值等于該參照關(guān)系“學(xué)生”中的外碼值。對(duì)于例2，按照參照完整性規(guī)則，“學(xué)號(hào)”和“課程號(hào)”屬性也可以取兩類值：空值或目標(biāo)關(guān)系中已經(jīng)存在的值。但由于“學(xué)號(hào)”和“課程號(hào)”是選修關(guān)系中的主屬性，按照實(shí)體完整性規(guī)則，它們均不能取空值。所以選修關(guān)系中的“學(xué)號(hào)”和“課程號(hào)”屬性實(shí)際上只能取相應(yīng)被參照關(guān)系中已經(jīng)存在的主碼值。BACK三、用戶定義完整性（User-definedintegrity）

實(shí)體完整性和參照性適用于任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。除此之外，不同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同，往往還需要能制定一些特殊的約束條件。用戶定義的完整性就是針對(duì)某一具體應(yīng)用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫所制定約束條件，它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。關(guān)系模型應(yīng)提供定義和檢驗(yàn)這類完整性的機(jī)制，以便用統(tǒng)一的系統(tǒng)的方法處理它們，而不要由應(yīng)用程序承擔(dān)這一功能。BACK關(guān)系完整性約束示意圖BACK圖2.2關(guān)系完整性約束示意圖2.4關(guān)系代數(shù)

關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)關(guān)系操作，關(guān)系代數(shù)是研究關(guān)系數(shù)據(jù)操作語言的一種較好的數(shù)學(xué)工具。

集合運(yùn)算

關(guān)系運(yùn)算返回本章首頁2.4關(guān)系代數(shù)返回本章首頁

關(guān)系代數(shù)以一個(gè)或兩個(gè)關(guān)系為輸入（或稱為操作對(duì)象），產(chǎn)生一個(gè)新的關(guān)系作為其操作結(jié)果。即其運(yùn)算對(duì)象是關(guān)系，運(yùn)算結(jié)果亦為關(guān)系。關(guān)系代數(shù)用到的運(yùn)算符包括四類：集合運(yùn)算符、專門的關(guān)系運(yùn)算符、算術(shù)比較符和邏輯運(yùn)算符，如表2.6所示，各運(yùn)算操作示意圖如圖2.3所示。運(yùn)算符含義運(yùn)算符含義集合運(yùn)算符∪∩-并交差比較運(yùn)算符＞≥＜≤＝≠大于大于等于小于小于等于等于不等于專門的關(guān)系運(yùn)算符×σ∏÷∞廣義笛卡爾積選取投影除連接邏輯運(yùn)算符∧∨?與或非表2.6關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算符2.4關(guān)系代數(shù)返回本章首頁圖2.3關(guān)系代數(shù)運(yùn)算操作示意圖2.4.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算BACK

傳統(tǒng)的集合運(yùn)算是二目運(yùn)算，包括并、交、差、廣義笛卡爾積四種運(yùn)算，其關(guān)系操作示意如圖2.4所示。圖2.4傳統(tǒng)集合運(yùn)算關(guān)系操作示意圖2.4.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算

設(shè)關(guān)系R和關(guān)系S具有相同的目n（即兩個(gè)關(guān)系都有n個(gè)屬性），且相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域，則關(guān)系R與關(guān)系S的并由屬于R或?qū)儆赟的所有元組組成。記作：R∪S={t|tR∨tS}，其結(jié)果關(guān)系仍為n目關(guān)系，由屬于R或?qū)儆赟的元組組成。關(guān)系的并操作對(duì)應(yīng)于關(guān)系的插入或添加記錄的操作，俗稱“+”操作，是關(guān)系代數(shù)的基本操作。⒈并（Union）

XYZx1y1z1x1y3z2x2y3z3XYZx1y1z2x1y3z2x2y3z3XYZx1y1z1x1y3z2x1y1z2

x2y3z3RRUSSBACK⒉差（Difference）設(shè)關(guān)系R和關(guān)系S具有相同的目n，且相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域，則關(guān)系R與關(guān)系S的差由屬于R而不屬于S的所有元組組成。記作：R－S={t|