數(shù)據(jù)庫原理課件

數(shù)據(jù)庫原理2024/3/92本章內(nèi)容提要概述數(shù)據(jù)庫的基本概念，闡述數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的背景，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)。本章介紹三種常用的數(shù)據(jù)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方法簡單、清晰，應(yīng)用十分廣泛。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式和兩層映象系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2024/3/93本章重點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫的基本概念；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)；數(shù)據(jù)模型及其三要素；概念模型與E-R方法；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)本章難點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)2024年3月9日4今天需要掌握的內(nèi)容：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)的概念。文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有什么不同？什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)的冗余度、數(shù)據(jù)獨(dú)立性、數(shù)據(jù)的完整性？2024/3/91.1.1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)一、數(shù)據(jù)（DATA）

數(shù)據(jù)：描述事物的符號記錄。

數(shù)據(jù)的語義：數(shù)據(jù)的含義。

數(shù)據(jù)和關(guān)于數(shù)據(jù)的解釋是不可分的。例：學(xué)生檔案（姓名、性別、出生年月、籍貫、所在系別、入學(xué)時(shí)間）張強(qiáng)男1982/01重慶計(jì)算機(jī)20012024年3月9日61.1.1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)二、數(shù)據(jù)庫（DATABASE，簡稱DB）

數(shù)據(jù)庫是長期存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性、并可為各用戶共享。2024/3/91.1.1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)三、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DATABASEMANAGEMENTSYSTEM，簡稱DBMS）

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶和操作系統(tǒng)之間的一層管理軟件。它為用戶和應(yīng)用程序提供訪問數(shù)據(jù)庫（DB）的方法。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)有的功能：

1、數(shù)據(jù)定義功能

(數(shù)據(jù)定義語言DataDefinitionLanguageDDL)

2、數(shù)據(jù)操縱功能

(數(shù)據(jù)操縱語言DataManipulationLanguageDML)

3、

數(shù)據(jù)庫運(yùn)行管理

4、

數(shù)據(jù)庫的建立和運(yùn)行管理

2024/3/91.1.1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)

四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DATABASESYSTEM，簡稱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)。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成：

數(shù)據(jù)庫（DB）、

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）（DBMS）

應(yīng)用系統(tǒng)、

人員（數(shù)據(jù)庫管理員DBA和用戶）

2024年3月9日9相互有關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)的集合DBDBMS管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件完成某一功能的應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序nDBAP1DBAP2DBAPnComputerSystemDBA2024年3月9日10數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)示意圖

2024年3月9日11硬件操作系統(tǒng)DBMS應(yīng)工發(fā)開用具應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位2024/3/91.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

數(shù)據(jù)庫技術(shù)是應(yīng)數(shù)據(jù)管理任務(wù)的需要而產(chǎn)生的。

數(shù)據(jù)處理------是指對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲、加工和傳播的一系列活動的總和。

數(shù)據(jù)管理------是對數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、儲存、檢索和維護(hù)。是數(shù)據(jù)處理的中心問題。數(shù)據(jù)管理隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展而不斷發(fā)展。2024/3/91.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)階段：

人工管理階段（20世紀(jì)50年代中期以前）文件系統(tǒng)階段（20世紀(jì)50年代后期到60年代中期）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（20世紀(jì)60年代后期以來）2024/3/91.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展一、

人工管理階段特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)不保存

(2）應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)不共享--數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，有大量冗余數(shù)據(jù)

(4)數(shù)據(jù)不具獨(dú)立性2024年3月9日15訪問訪問訪問數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序1程序2程序n人工管理階段2024年3月9日16

1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展二、文件系統(tǒng)階段特點(diǎn)：(1）數(shù)據(jù)可以長期保存（2）由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)共享性差,冗余度大—文件是面向應(yīng)用的（4）數(shù)據(jù)獨(dú)立性差—是不具有彈性的無結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合，文件之間是孤立的，不能反映事物間聯(lián)系。2024年3月9日17數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n存取方式程序1程序2程序n文件系統(tǒng)階段2024年3月9日18

三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)1統(tǒng)一存取數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序2程序1程序n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段2024年3月9日191.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展三者在以下特點(diǎn)的比較數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共享度數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)管理者人工管理階段無結(jié)構(gòu)無共享、冗余度極大不獨(dú)立，完全依賴于程序用戶（程序員）文件系統(tǒng)階段記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)、整體無結(jié)構(gòu)共享性差，冗余度大獨(dú)立性差文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段整體結(jié)構(gòu)化共享性高，冗余度小數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2024/3/91.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)一、

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是面向全組織的。

整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫與文件系統(tǒng)的根本區(qū)別二、

數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充三、

數(shù)據(jù)的獨(dú)立性高（數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性）四、

數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制

DBMS提供以下幾個(gè)方面的數(shù)據(jù)控制功能：（1）

數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)（2）

數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查（3）

并發(fā)（Concurrency）控制（4）數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）

2024年3月9日21學(xué)號姓名性別系別年齡家庭出身籍貫政治面貌日期地點(diǎn)學(xué)歷名課程號學(xué)號學(xué)分日期獎懲條目姓名與本人關(guān)系詳細(xì)情況課程號課程

學(xué)生基本記錄學(xué)生人事記錄學(xué)生學(xué)籍記錄學(xué)生選課記錄獎懲情況記錄家庭成員記錄課程記錄學(xué)生數(shù)據(jù)的組織2024年3月9日22今天需要掌握的內(nèi)容：實(shí)體間聯(lián)系的種類？數(shù)據(jù)模型的三要素概念模型及E-R表示方法2024年3月9日23模型：是現(xiàn)實(shí)世界特征的模擬和抽象。數(shù)據(jù)模型(DataModel)：是一種模型，它是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。數(shù)據(jù)模型的作用： 在數(shù)據(jù)庫中用這個(gè)工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。

數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實(shí)世界的模擬。2024年3月9日24數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足的要求：

一是能較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；二是容易為人理解；三是便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

兩類(兩層)模型：

概念模型(信息模型)：是按用戶的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)模型：是按計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模，主要用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。

2024年3月9日25信息世界計(jì)算機(jī)世界現(xiàn)實(shí)世界問題概念模型數(shù)據(jù)模型抽象轉(zhuǎn)換注意相應(yīng)世界的術(shù)語現(xiàn)實(shí)世界中客觀對象的抽象過程2024年3月9日261.2.1數(shù)據(jù)模型的組成要素一般講數(shù)據(jù)模型是嚴(yán)格的一組概念的集合。這些概念精確地描述了： 系統(tǒng)的靜態(tài)特征 系統(tǒng)的動態(tài)特性 完整性約束條件

數(shù)據(jù)模型的組成要素：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)的完整性約束

2024年3月9日271.2.1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)是所研究的對象類型的集合。這些對象是數(shù)據(jù)庫的組成部分，一般可分為兩類： 與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象； 與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中通常按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型。2024年3月9日28二、數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作是對數(shù)據(jù)庫中各種對象的實(shí)例允許的操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則。

數(shù)據(jù)庫主要有檢索和更新（包括插入、修改刪除）兩大類操作。

數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)性特性的描述。2024年3月9日29三、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。

l

完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型及其聯(lián)系所具有的制約和依存法則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)的變化，以確保數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。

l

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。(通用) l

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義約束條件。

(專用)2024年3月9日301.2.2概念模型

概念模型用于信息世界的建模，是現(xiàn)實(shí)世界的第一層抽象。

一、

信息世界的基本概念（1）

實(shí)體（Entity）客觀存在的并可區(qū)別的事物稱為實(shí)體。（2）

屬性（Attribute）實(shí)體具有的某一特性稱為屬性。

（3）碼（Key）唯一標(biāo)識實(shí)體的屬性集稱為碼。

（4）

域(Domain)

屬性的取值范圍稱為該屬性的域。

2024年3月9日311.2.2概念模型（5）實(shí)體型（EntityType） 具有相同屬性的實(shí)體具有的共同的特征和性質(zhì)。即:用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實(shí)體如：學(xué)生（學(xué)號、姓名、性別、出生年月、系、入學(xué)時(shí)間）（6）實(shí)體集（EntitySet）同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。如全體學(xué)生即一個(gè)實(shí)體集。

注意區(qū)分：實(shí)體型屬性 實(shí)體值屬性值2024年3月9日321.2.2概念模型（7）聯(lián)系（Relationship）現(xiàn)實(shí)世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實(shí)體（型）內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體（型）之間的聯(lián)系實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系通常指組成實(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。2024年3月9日331.2.2概念模型兩實(shí)體之間的聯(lián)系分為三類：1）

一對一聯(lián)系(1:1)2）

一對多聯(lián)系（1：N）3）

多對多聯(lián)系（M：N）2024年3月9日34

實(shí)際上，一對一聯(lián)系是一對多聯(lián)系的特例，而一對多聯(lián)系又是多對多聯(lián)系的特例。一對一

一對多多對多三種聯(lián)系的關(guān)系2024年3月9日351.2.2概念模型兩個(gè)以上的實(shí)體之間也存在三類聯(lián)系：1）

一對一聯(lián)系(1:1)2）

一對多聯(lián)系（1：N）3）

多對多聯(lián)系（M：N）講授課程教員參考書1mn三個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系2024年3月9日36供應(yīng)供應(yīng)商項(xiàng)目零件mnp供應(yīng)商項(xiàng)目零件nmmmnn

三個(gè)實(shí)體型之間多對多的聯(lián)系和三個(gè)實(shí)體型兩兩之間的多對多的語義不同2024年3月9日371.2.2概念模型同一個(gè)實(shí)體集內(nèi)的各實(shí)體之間之間也存在三類聯(lián)系：1）

一對一聯(lián)系(1:1)2）

一對多聯(lián)系（1：N）3）

多對多聯(lián)系（M：N）職工領(lǐng)導(dǎo)1N2024年3月9日381.2.2概念模型二、概念模型的表示方法概念模型的表示方法中最著名也是最常用的是實(shí)體-聯(lián)系方法（Entity–RelationshipApproach簡稱E-R圖法）

E-R圖的繪制：（1）

實(shí)體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名（2）

屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體聯(lián)接起來（3）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)體聯(lián)接起來，同時(shí)在并無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1：1，1：N，M：N）特別注意：如果一個(gè)聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯(lián)系連接起來。

2024年3月9日39例：某個(gè)工廠物資管理E-R圖

(P19)供應(yīng)供應(yīng)商供應(yīng)商號姓名電話號地址賬號倉庫倉庫號面積電話號職工職工號姓名年齡職稱庫存量m零件零件號規(guī)格描述名稱單價(jià)庫存領(lǐng)導(dǎo)供應(yīng)量項(xiàng)目開工日期預(yù)算項(xiàng)目號工作1n1mnnnp2024年3月9日401.2.3最常用的數(shù)據(jù)模型按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型.常用的有四種：l

層次模型（HierarchicalModel）l

網(wǎng)狀模型（NetworkModel）l

關(guān)系模型（RelationalModel）l

面向?qū)ο笮湍Ｐ停∣bjectOrientedModel）

非關(guān)系模型2024年3月9日41在非關(guān)系模型中，實(shí)體用記錄表示，實(shí)體的屬性對應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)（或字段）。實(shí)體之間的聯(lián)系在非關(guān)系模型中轉(zhuǎn)換成記錄之間的兩兩聯(lián)系。

非關(guān)系模型中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的單位是基本層次聯(lián)系。所謂基本層次聯(lián)系是指兩個(gè)記錄以及它們之間一對多（包括一對一）的聯(lián)系。聯(lián)系的起點(diǎn)叫做雙親節(jié)點(diǎn)（Parent），聯(lián)系的終點(diǎn)叫做子女節(jié)點(diǎn)（Child）。

RiRjLij雙親節(jié)點(diǎn)子女節(jié)點(diǎn)一對多(包括一對一)的聯(lián)系名2024年3月9日421.2.4層次模型層次模型是用樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。一、層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)庫中定義滿足以下兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合稱為層次模型。（1）

有且只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有雙親節(jié)點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)稱為根節(jié)點(diǎn)；（2）

根以外的其他節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親節(jié)點(diǎn)。2024年3月9日43在層次模型中，同一雙親的子女結(jié)點(diǎn)稱為兄弟結(jié)點(diǎn)，沒有子女結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)稱為葉結(jié)點(diǎn)。圖中工廠結(jié)點(diǎn)為根結(jié)點(diǎn)，分廠、處、研究所為兄弟結(jié)點(diǎn)，是工廠結(jié)點(diǎn)的子女結(jié)點(diǎn)，班組、科、室均為葉結(jié)點(diǎn)。層次模型象一棵倒立的樹，樹中實(shí)體間的聯(lián)系是單向的，由父結(jié)點(diǎn)指向子結(jié)點(diǎn)，且一對父子之間只有一種聯(lián)系，且是父對子的一對多聯(lián)系。工廠處研究所分廠科室車間班組層次模型示例2024年3月9日44在層次模型中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型,記錄（類型）之間的聯(lián)系用結(jié)點(diǎn)之間的連線（有向邊）表示，這種聯(lián)系是父子間的一對多類型。因此，層次模型使得層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只能處理一對多的實(shí)體聯(lián)系。每個(gè)記錄類型可包含若干個(gè)字段，記錄類型描述的是實(shí)體，而字段描述的是實(shí)體的屬性。層次模型的基本特點(diǎn)：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，沒有一個(gè)子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨(dú)立存在。2024年3月9日45二、多對多聯(lián)系在層次模型中的表示l

用層次模型表示多對多聯(lián)系，必須先將其分解成一對多的聯(lián)系。l

分解方法有兩種：

冗余節(jié)點(diǎn)法:

優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)清晰,允許結(jié)點(diǎn)改變存儲位置.

缺點(diǎn):需額外占用存儲空間，有潛在的不一致性.

虛擬節(jié)點(diǎn)法:

優(yōu)點(diǎn):減少對存儲空間的浪費(fèi),避免產(chǎn)生潛在的數(shù)據(jù)不一致性.

缺點(diǎn):結(jié)點(diǎn)改變存儲位置，可能引起虛擬結(jié)點(diǎn)中指針的修改.2024年3月9日46用層次模型表示多對多聯(lián)系V.C學(xué)號姓名成績課程號課程名V.SCSCS(c)虛擬節(jié)點(diǎn)法學(xué)生S學(xué)號姓名成績S-C課程號課程名課程Cmn(a)多對多聯(lián)系學(xué)號姓名成績課程號課程名CS學(xué)號姓名成績課程號課程名SC(b)冗余節(jié)點(diǎn)法2024年3月9日47二、層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束l

層次模型的數(shù)據(jù)操縱主要有查詢、插入、刪除和修改。l

在進(jìn)行數(shù)據(jù)操縱時(shí)，要滿足層次模型的完整性約束條件。（1）插入節(jié)點(diǎn)時(shí)，必須知道該節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)（根節(jié)點(diǎn)除外）；（2）刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)，則相應(yīng)的子女節(jié)點(diǎn)也將刪除；（3）修改節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)修改所有相應(yīng)記錄以保證數(shù)據(jù)的一致性；2024年3月9日48三、層次數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)l

層次數(shù)據(jù)庫中不僅要存儲數(shù)據(jù)本身，還要存儲數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系。其方法有：

1、鄰接法:按照層次樹前序穿越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)（或隱含）層次順序。

2、鏈接法:用指引元來反映數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系。

2024年3月9日49四、層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、層次數(shù)據(jù)模型本身比較簡單；記錄間的聯(lián)系通過指針,實(shí)現(xiàn)容易,查詢效率高。2、對于實(shí)體聯(lián)系是固定的，且預(yù)先定義好的應(yīng)用系統(tǒng)，采用層次模型來實(shí)現(xiàn)，其性能優(yōu)于關(guān)系模型，不低于網(wǎng)狀模型。3、層次數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持。缺點(diǎn)：1、在處理非層次聯(lián)系的事物時(shí)顯得很笨拙；2、對插入和刪除操作的限制比較多；3、查詢子女節(jié)點(diǎn)必須通過雙親節(jié)點(diǎn)；4、由于結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，層次命令趨于程序化。

2024年3月9日501.2.5網(wǎng)狀模型

網(wǎng)狀模型是用叢結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。一、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)庫中，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)以上的節(jié)點(diǎn)無雙親；（2）

一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。2024年3月9日51例：多對多的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型學(xué)號姓名系別學(xué)號課程號成績課程課程號課程名學(xué)分學(xué)生

學(xué)生/選課/課程的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模式選課S-SCC-SC2024年3月9日52二、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型沒有層次模型那樣嚴(yán)格的完整性約束條件。三、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)關(guān)鍵在于如何實(shí)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、向首鏈接等。

2024年3月9日53四、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、可以更直接地描述現(xiàn)實(shí)世界；2、具有良好的性能，存取效率高。缺點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，特別是當(dāng)環(huán)境變大時(shí),數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)會變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握。2、其DDL、DML語言復(fù)雜，用戶不容易掌握注：DDL（DataDefinitionLanguage)DML（DataManipulationLanguage)3、記錄之間的聯(lián)系是通過存取路徑實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用程序在訪問數(shù)據(jù)時(shí)必須選擇適當(dāng)?shù)拇嫒÷窂剑@樣用戶必須了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，加重了編寫應(yīng)用程序的負(fù)擔(dān)。2024年3月9日541.2.6關(guān)系模型關(guān)系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型。關(guān)系模型是用關(guān)系（二維表）結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。一、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的常用術(shù)語：l

關(guān)系（Relation）：一個(gè)關(guān)系通常對應(yīng)一張表；l

元組（Tuple）：表中的一行即為一個(gè)元組；l

屬性（Attribute）：表中的一列即為一個(gè)屬性，給每一個(gè)屬性起一個(gè)名稱即屬性名；

2024年3月9日551.2.6關(guān)系模型l

主碼（Key）：表中的某個(gè)屬性組，它可以唯一確定一個(gè)元組；l

域（Domain）：屬性的取值范圍；l

分量：元組中的一個(gè)屬性值；l

關(guān)系模式：對關(guān)系的描述，一般表示為：

關(guān)系名（屬性1，屬性2，……屬性n）注意：關(guān)系模型要求關(guān)系必須是規(guī)范化的，最基本的一條就是關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，即不允許表中有表。2024年3月9日56學(xué)號姓名年齡性別系名年級95004王小明19女社會學(xué)9595006黃小明20男心理學(xué)9595008張小明18女法律學(xué)95………………元組關(guān)系屬性列分量

主碼

關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，性別，系，年級）2024年3月9日57二、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束l

關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操作主要有：查詢、插入、刪除和修改數(shù)據(jù)。l

關(guān)系的完整性約束包括三大類：實(shí)體完整性、參照完整性、用戶定義完整性。三、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)l

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。2024年3月9日58四、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、

建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念基礎(chǔ)上；2、概念單一，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用；3、存取路徑對用戶透明，具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性、更好的安全保密性，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(diǎn)：由于存取路徑對用戶透明，查詢效率往往不如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型。

2024年3月9日59今天要掌握的內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三層模式結(jié)構(gòu)2024年3月9日60

從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)看，常常采用三級模式結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；從數(shù)據(jù)庫最終用戶看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為集中式結(jié)構(gòu)（包括單用戶結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu)）、分布式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和并發(fā)結(jié)構(gòu)。這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)。

2024年3月9日611.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：特點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)裝在一臺機(jī)上，由一個(gè)用戶獨(dú)占，不同機(jī)間不能共享數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大量冗余。

2024年3月9日62主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：一個(gè)主機(jī)多個(gè)終端，事務(wù)由主機(jī)完成，終端共享數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)易于管理和維護(hù)。缺點(diǎn)：當(dāng)終端用戶數(shù)目增加到一定程度后，主機(jī)的任務(wù)會過于繁重，使性能大大下降，系統(tǒng)的可靠性不高。2024年3月9日63分布式結(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)是指數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上是一個(gè)整體，但物理地分布在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同接點(diǎn)上。優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)了地理上分散的公司、團(tuán)體和組織對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的需求缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)的分散存放，給數(shù)據(jù)的處理、管理與維護(hù)帶來困難。進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問時(shí)，系統(tǒng)效率明顯會受到網(wǎng)絡(luò)交通的限制。

2024年3月9日64客戶/服務(wù)器結(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)可分為集中的服務(wù)器結(jié)構(gòu)和分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)。集中的服務(wù)器結(jié)構(gòu)分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：減少了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量，提高了系統(tǒng)的性能、吞吐量和負(fù)載能力；更開放、可移植性高。

2024年3月9日651.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念l

數(shù)據(jù)模型中有“型”和“值”的概念。型是指對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明；值是型的一個(gè)具體賦值。例如：（學(xué)號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）——型（900201，李明，男，計(jì)算機(jī)，22，江蘇）——值2024年3月9日661.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念模式（Schema）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，它僅僅涉及到型的描述，不涉及具體的值。模式的一個(gè)具體值稱為模式的一個(gè)實(shí)例（Instance）。同一模式可以有很多實(shí)例。模式是相對穩(wěn)定的，而實(shí)例是相對變動的。模式反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系，而實(shí)例反映的是數(shù)據(jù)庫某一時(shí)刻的狀態(tài)。

2024年3月9日671.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由外模式、模式和內(nèi)模式三級構(gòu)成。如圖所示：數(shù)據(jù)庫模式內(nèi)模式應(yīng)用A應(yīng)用B外模式1應(yīng)用C外模式2應(yīng)用D應(yīng)用E外模式3外模式/模式映象內(nèi)模式/模式映象

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)2024年3月9日68一、模式（Schema）模式（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。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

2024年3月9日69二、外模式（ExternalSchema）外模式（子模式Subschema）或用戶模式,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)和特征的表述，是數(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。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。外模式是保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個(gè)有力措施。每個(gè)用戶只能看見和訪問所對應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫中的其余數(shù)據(jù)是不可見的。

2024年3月9日70三、內(nèi)模式（InternalSchema）內(nèi)模式（存儲模式StorageSchema）,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。一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式。2024年3月9日711.3.3數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式是對數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級別，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS管理，使用戶能邏輯地抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的具體表示方式與存儲方式。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在三級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(dú)立性和物理獨(dú)立性。

2024年3月9日72一、外模式/模式映象對應(yīng)于同一個(gè)模式可以有多個(gè)外模式。對于每一個(gè)外模式，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應(yīng)關(guān)系。當(dāng)模式改變時(shí)，由數(shù)據(jù)庫管理員對各個(gè)外模式/模式的映象作相應(yīng)改變，可以使外模式保持不變。從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。

2024年3月9日73二、模式/內(nèi)模式映象模式/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)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變時(shí)，由數(shù)據(jù)庫管理員對各個(gè)模式/內(nèi)模式的映象作相應(yīng)改變，可以使模式保持不變。從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。

2024年3月9日74數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫模式即全局邏輯結(jié)構(gòu)模式是數(shù)據(jù)庫的中心與關(guān)鍵，獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的其他層次。因此，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)時(shí)，首先確定邏輯模式。內(nèi)模式依賴于邏輯結(jié)構(gòu)模式，獨(dú)立于外模式，也獨(dú)立于具體的存儲形式。外模式面向具體的應(yīng)用程序，定義在邏輯模式之上，獨(dú)立于內(nèi)模式和存儲設(shè)備。特定的應(yīng)用程序在外模式描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上編制依賴于特定的外模式，獨(dú)立于模式和內(nèi)模式。

2024年3月9日75數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成部分有：

硬件平臺及數(shù)據(jù)庫 軟件

人員

2024年3月9日76一、硬件平臺及數(shù)據(jù)庫（1）要有足夠大的內(nèi)存，存放操作系統(tǒng)、DBMS的核心模塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和應(yīng)用程序。（2）

要有足夠大的硬盤等直接存取設(shè)備，存放數(shù)據(jù)庫、有足夠的磁盤作數(shù)據(jù)備份；（3）系統(tǒng)有較高的通道能力，以提高數(shù)據(jù)傳送率。

2024年3月9日77二、軟件（1）DBMS。DBMS是為數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護(hù)配置的軟件。（2）支持DBMS運(yùn)行的操作系統(tǒng)。（3）具有與數(shù)據(jù)庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng)，便于開發(fā)應(yīng)用程序。（4）以DBMS為核心的應(yīng)用開發(fā)工具。（5）為特定應(yīng)用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。

2024年3月9日78三、人員

開發(fā)、管理和使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人員主要有：數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）、系統(tǒng)分析員、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員、應(yīng)用程序員和最終用戶。用戶應(yīng)用系統(tǒng)DBMSOS數(shù)據(jù)表示外模式模式內(nèi)模式DBDBA，系統(tǒng)分析員圖1.30

各種人員的數(shù)據(jù)視圖應(yīng)用程序員軟件系統(tǒng)層次數(shù)據(jù)抽象級別2024年3月9日79有三方面：一、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件的研制二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)三、數(shù)據(jù)庫理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。關(guān)系模型組成:

關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、 關(guān)系操作集合、關(guān)系完整性約束。一、單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——關(guān)系二、關(guān)系操作1.常用的關(guān)系操作包括：查詢操作:選擇、投影、連接、除交、并、差更新操作：增加、刪除、修改2.關(guān)系操作的特點(diǎn) 集合操作方式。即操作的對象和結(jié)果都是集合。3.關(guān)系數(shù)據(jù)語言關(guān)系代數(shù)語言如ISBL

關(guān)系演算語言如APLHAQBE

具有關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算雙重特點(diǎn)的語言SQL三、關(guān)系的三類完整性實(shí)體完整性， 參照完整性， 用戶自定義完整性通用專用2.2.1關(guān)系1.域（Domain）

定義2.1

域（Domain）是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。2.笛卡兒積（CartesianProduct）

定義2.2

給定一組域D1，D2，…，Dn，這些域中可以有相同的。D1，D2，…，Dn的笛卡兒積（CartesianProduct）為：D1×D2×…×Dn={(d1,d2,…,dn)|di∈

Di,I=1,2,…,n,}其中每一個(gè)元素叫做一個(gè)n元組，或簡稱為元組。元素中每一個(gè)值di叫做一個(gè)分量。若Di(i=1,2,…,n)為有限集，其基數(shù)為mi(i=1,2,…,n)，則D1×D2×…×Dn的基數(shù)M為M=m1×m2×…×mn例1：設(shè)D1={1，2，3}D2={A，B}D1×D2={（1，A），（1，B），（2，A），（2，B），（3，A），（3，B）}

基數(shù)為3×2=6

寫成二維表的形式為：

D1×D2=D1D21A1B2A2B3A3B123AB2.2.1關(guān)系3.關(guān)系（Relation)定義2.3D1×D2×…×Dn的子集叫做在域D1，D2，…，Dn上的關(guān)系，用R(D1,D2,…Dn)表示。這里R表示關(guān)系的名字。n是關(guān)系的目或度。關(guān)系中的每個(gè)元素是關(guān)系中的元組，通常用

t表示當(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。關(guān)系是一個(gè)二維表，表的每行對應(yīng)一個(gè)元組，表的每列對應(yīng)一個(gè)域。由于域可以相同，為了加以區(qū)分，對每列起一個(gè)名字，稱為屬性。n目關(guān)系必有n個(gè)屬性。

若關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識一個(gè)元組，則稱該屬為候選碼（Candidatekey)。若一個(gè)關(guān)系有多個(gè)候選碼，則選定其中一個(gè)為主碼（Primarykey)。主碼的諸屬性稱為主屬性(Primeattribute)。不包含在任何候選碼中的屬性稱為非主屬性（Non-key

attribute)在數(shù)據(jù)庫中我們要求關(guān)系的每一個(gè)分量必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。并把這樣的關(guān)系稱為規(guī)范化的關(guān)系，簡稱為范式。關(guān)系可以有三種類型：基本關(guān)系（又稱為基本表或基表。它是實(shí)際存在的表）查詢表（是查詢結(jié)果對應(yīng)的表）視圖表（是由基本表和其它視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對應(yīng)實(shí)際存儲的數(shù)據(jù)）對關(guān)系的限定和擴(kuò)充：（1）無限關(guān)系在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中是無意義的。限定關(guān)系數(shù)據(jù)模型中的關(guān)系必須是有限集合。（2）通過為關(guān)系的每個(gè)列附加一個(gè)屬性名的方法取消元組的有序性。即（d1,d2,…di,dj,…dn)=（d1,d2,…dj,di,…dn)基本關(guān)系有以下性質(zhì)：1.

列是同質(zhì)的，即每一列中的分量是同一類型的數(shù)據(jù)，來自同一域。2.

不同的列可出自同一域，每一列稱為屬性，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)元組不能全同。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，

每一分量必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。2.2.2關(guān)系模式關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，關(guān)系模式是型，關(guān)系是值。關(guān)系是元組的集合。因此關(guān)系模式必須指出這個(gè)元組集合的結(jié)構(gòu)，即它由哪些屬性構(gòu)成，這些屬性來自哪些域，以及屬性與域之間的映象關(guān)系。定義2.4關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式(RelationSchema)。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；

dom為屬性向域的映象集合；

F為屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系集合。關(guān)系是關(guān)系模式在某一時(shí)刻的狀態(tài)或內(nèi)容。關(guān)系模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的。關(guān)系是動態(tài)的、隨時(shí)間不斷變化的。在實(shí)際中，常常把關(guān)系模式和關(guān)系統(tǒng)稱為關(guān)系，可以從上下文中加以區(qū)別。2.2.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫：在一個(gè)給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有實(shí)體及實(shí)體之間聯(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，包括若干域的定義以及在這些域上定義的若干關(guān)系模式。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值：是這些關(guān)系模式在某一時(shí)刻對應(yīng)的關(guān)系的集合，通常稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫。關(guān)系模型的完整性規(guī)則是對關(guān)系的某種約束條件。關(guān)系模型有三類完整性約束：實(shí)體完整性、參照完整性、用戶定義的完整性。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，被稱作是關(guān)系的兩個(gè)不變性。

一、實(shí)體完整性（EntityIntegrity)規(guī)則2.1

實(shí)體完整性規(guī)則設(shè)屬性A是基本關(guān)系R的主屬性，則屬性A不能取空值。對實(shí)體完整性規(guī)則的說明：1.

實(shí)體完整性規(guī)則是針對基本關(guān)系而言的。一個(gè)基本關(guān)系通常對應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)實(shí)體集。2.

現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體是可區(qū)分的，即他們具有某種唯一性標(biāo)識。3.

關(guān)系中由主碼作為唯一性標(biāo)識。主屬性不能取空值?？罩凳恰安恢馈被颉盁o意義”的值。例2：學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，班級，所屬系，專業(yè)號）學(xué)生選課（學(xué)號，課程號，成績）二、參照完整性（ReferentialIntegrity)

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，基本關(guān)系S為被參照關(guān)系或目標(biāo)關(guān)系。關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系。

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)則是定義外碼與主碼之間的引用規(guī)則。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相對應(yīng)（基本關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系），則對于R中每一個(gè)元組在F上的值必須為：（1）或者取空值（2）或者等于S中某個(gè)元組的主碼值。例3：學(xué)生R（學(xué)號，姓名，出生日期，班級，所屬系，專業(yè)號）專業(yè)S（專業(yè)號，專業(yè)名）被參照關(guān)系或目標(biāo)關(guān)系例4：學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，班級，所屬系，專業(yè)號）課程（課程號，課程名，學(xué)分）選修（學(xué)號，課程號，成績）例5：學(xué)生2（學(xué)號，姓名，出生日期，班級，所屬系，班長）三、用戶定義的完整性(User-definedIntegrity)

用戶定義的完整性是針對某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫的約束條件。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)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，是關(guān)系數(shù)據(jù)操縱的一種傳統(tǒng)表達(dá)方式。關(guān)系代數(shù)是用對關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢的。運(yùn)算的三要素：運(yùn)算對象、運(yùn)算符、運(yùn)算結(jié)果關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算對象：關(guān)系關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算結(jié)果：關(guān)系關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算符：集合運(yùn)算符專門的關(guān)系運(yùn)算符算術(shù)比較符邏輯運(yùn)算符關(guān)系代數(shù)運(yùn)算按運(yùn)算符分類：傳統(tǒng)的集合運(yùn)算專門的關(guān)系運(yùn)算集合運(yùn)算符∪－∩并差交專門的關(guān)系運(yùn)算符σ∏∞÷×選擇投影連接除廣義笛卡耳積算術(shù)比較符＞≥＜≤＝≠邏輯運(yùn)算符∧∨非與或2.4.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算定義2.6

關(guān)系相容設(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，則稱關(guān)系R和關(guān)系S是關(guān)系相容的。設(shè)關(guān)系R和關(guān)系S是關(guān)系相容的，則可以定義以下基本操作：

1.

并（Union)

關(guān)系R和關(guān)系S的并記為:R∪S={t|t∈R∨t∈S}

其結(jié)果仍為n目關(guān)系。由屬于R或?qū)儆赟的元組組成。

2.差

(Difference)

關(guān)系R和關(guān)系S的差記為:R-S={t|t∈R∧t

S}

其結(jié)果仍為n目關(guān)系。由屬于R而不屬于S的元組組成。

3.交

(Intersection)

關(guān)系R和關(guān)系S的交記為：R∩S={t|t∈R∧t∈S}

其結(jié)果仍為n目關(guān)系。由既屬于R又屬于S的元組組成。關(guān)系的交可由關(guān)系的差表示，即R∩S=R-（R-S）2.4.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算

4.

廣義笛卡爾積兩個(gè)分別為n目和m目的關(guān)系R和關(guān)系S的廣義笛卡爾積是一個(gè)元組（n+m)列的元組的集合。元組的前n列是R的一個(gè)元組，后m列是關(guān)系是的一個(gè)元組。如R有k1個(gè)元組,S有k2個(gè)元組，則關(guān)系R和關(guān)系S的廣義笛卡爾積有k1×k2個(gè)元組。記作：

R×S={trts|tr∈R∧ts∈S}2.4.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算傳統(tǒng)的集合運(yùn)算是二目運(yùn)算，包括并、交、差、廣義笛卡爾集運(yùn)算。它將關(guān)系看成元組的集合，其運(yùn)算是從關(guān)系的“水平”方向，即行的角度來進(jìn)行的。RSRSRSR×SRSR∩SR-SR∪S2.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算專門的關(guān)系運(yùn)算包括選擇、投影、連接和除等。幾個(gè)記號。1.

設(shè)關(guān)系模式為R（A1,A2,…AN)，它的一個(gè)關(guān)系設(shè)為R。t∈R表示t是R的一個(gè)元組，t[Ai]則表示元組t中相應(yīng)于屬性Ai的一個(gè)分量。2.若A={Ai1,Ai2,…,Aik}，其中Ai1,Ai2,…,Aik是A1,A2,…AN中的一部分，則A稱為屬性列或域列。則t[A]=(t[Ai1],t[Ai2],…,t[Aik])表示元組t在屬性列A上諸分量的集合。?則表示{A1,A2,…AN}中去掉{Ai1,Ai2,…,Aik}后剩下的屬性組。3.R為

n目的關(guān)系，S為m目關(guān)系。tr∈R，ts∈S，trts

稱為元組的連串。它是一個(gè)n+m列的元組，前n個(gè)分量為R中的一個(gè)n元組，后m個(gè)分量為S中的一個(gè)m元組。2.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算幾個(gè)記號。4.給定一個(gè)關(guān)系R(X,Z),X和Z為屬性組，定義，當(dāng)t[X]=x時(shí)，x在R中的象集為：Zx={t[Z]|t∈R，t[X]=x},表示R中屬性組X上的值為x的諸元組在Z上分量的集合。例6：設(shè)有關(guān)系R（學(xué)號，姓名，性別）學(xué)號姓名性別0001張萍女0002王飛男0003李強(qiáng)男記：X為學(xué)號

Z為姓名，性別當(dāng)t[X]=x=‘0001’時(shí)Zx=t[Z]={‘張萍’,‘女’}2.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算1.選擇（Selection)

選擇又稱為限制。它是在關(guān)系R中選擇滿足給定條件的諸元組，記作：σF（R）={t|t∈R∧F(t)=‘真’}

其中F表示選擇條件，它是一個(gè)邏輯表達(dá)式，取邏輯值“真”或“假”。

F由邏輯運(yùn)算符

、∧、∨連接各算術(shù)表達(dá)式組成。算術(shù)表達(dá)式的基本形式為：X1θY1。其中θ表示比較運(yùn)算符，X1，Y1等是屬性名，或?yàn)槌Ａ浚驗(yàn)楹唵魏瘮?shù)。

屬性名也可以用它的序號來代替。

2.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算選擇運(yùn)算是從關(guān)系R中選取使邏輯表達(dá)式F為真的元組，這是從行的角度進(jìn)行的運(yùn)算。σ2.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算2.投影（Projection)

關(guān)系R上的投影是從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系。記作：

ΠA（R）={t[A]|t∈R}

其中A為R中的屬性列。投影操作是從列的角度進(jìn)行的運(yùn)算。2.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算投影操作是從列的角度進(jìn)行的運(yùn)算。它不僅涉及到列，還涉及到行。Π2.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算3.連接（Join)

連接也稱為θ連接。它是從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。記作：

R∞S={trts|tr∈R∧ts∈S∧tr[A]θts[B]}

AθB

其中：A和B分別是R和S上度數(shù)相等且可比的屬性組。

等值連接

R∞S={trts|tr∈R∧ts∈S∧tr[A]=ts[B]}

A=B

自然連接

R∞S={trts|tr∈R∧ts∈S∧tr[B]=ts[B]}RS∞θθ連接RS∞自然連接相同屬性2.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算

4.除（Division)

給定關(guān)系R(X,Y)和S（Y，Z），其中X，Y，Z為屬性列。R中的Y與S中的Y可以有不同的屬性名，但必須出自相同的域集。R與S的除運(yùn)算得到一個(gè)新的關(guān)系P（X），P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。除法結(jié)果是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：記作：

R÷S={tr[X]|tr∈R∧ΠY（S）

Yx}

其中Yx為x在R中的象集，x=tr[X]

在以上介紹的八種運(yùn)算中基本的運(yùn)算是五種：

并、差、笛卡爾積、投影、選擇其他的運(yùn)算均可用這五種基本運(yùn)算來表達(dá)。引進(jìn)他們并不增加語言的能力，但可以簡化表達(dá)。

SQL歷史SQL:StructuredQueryLanguang1974年，由Boyce和Chamberlin提出1975-1979年，在SystemR上實(shí)現(xiàn)，由IBM的SanJose研究室研制

由于它功能豐富受到廣泛歡迎，經(jīng)不斷修改、擴(kuò)充和完善，SQL語言最終發(fā)展成為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言。SQL標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)組織ANSI(AmericanNaturalStandardInstitute)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局ISO(InternationalOrganizationforStandardization)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)SQL-86(1986年10月ANSI的數(shù)據(jù)庫委員會X3H2,87年ISO通過）“數(shù)據(jù)庫語言SQL”SQL-89“具有完整性增強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫語言SQL”，增加了對完整性約束的支持SQL-92(SQL-2)“數(shù)據(jù)庫語言SQL”，是SQL-89的超集，增加了許多新特性，如新的數(shù)據(jù)類型，更豐富的數(shù)據(jù)操作，更強(qiáng)的完整性、安全性支持等。SQL-99(SQL-3)

正在討論中的新的標(biāo)準(zhǔn)，將增加對面向?qū)ο竽Ｐ偷闹С忠饬x：

自SQL成為國際標(biāo)準(zhǔn)語言后，各個(gè)數(shù)據(jù)庫廠家紛紛推出各自的SQL軟件或與SQL的接口軟件，這就使得大多數(shù)數(shù)據(jù)庫均用SQL作為共同的數(shù)據(jù)存取語言和標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的互操作有了共同的基礎(chǔ)。這個(gè)意義十分重大。SQL成為國際標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)庫以外的領(lǐng)域也產(chǎn)生了很大影響。SQL已成為數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中的一個(gè)主流語言。3.1.1SQL特點(diǎn)

SQL語言的英語意義是結(jié)構(gòu)查詢語言（StructuredQueryLanguage）。實(shí)際上它的功能豐富。SQL功能：數(shù)據(jù)查詢（DataQUERY）；數(shù)據(jù)操縱（DataMANIPULATION）；數(shù)據(jù)定義（DataDEFINITION）；數(shù)據(jù)控制（DataCONTROL）SQL的主要特點(diǎn)是:1.綜合統(tǒng)一（一體化的特點(diǎn)）

2.高度非過程化

3.面向集合的操作方式

4.以同一種語法結(jié)構(gòu)提供兩種使用方式

5.語言簡潔,易學(xué)易用SQL語言的動詞SQL功能動詞數(shù)據(jù)查詢SELECT數(shù)據(jù)定義CREATEDROPALTER數(shù)據(jù)操縱INSERTUPDATEDELETE數(shù)據(jù)控制GRANTREVOKE3.1.2SQL語言的基本概念SQL語言支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫三級模式結(jié)構(gòu)。SQL視圖1視圖2基本表1基本表2基本表3基本表4存儲文件1存儲文件2外模式模式內(nèi)模式SQL的數(shù)據(jù)定義功能包括三部分:定義基本表,定義視圖和定義索引。視圖是基于基本表的虛表，索引是依附于基本表的。因此SQL通常不提供修改視圖和索引定義的操作。SQL的數(shù)據(jù)定義語句操作對象操作方式創(chuàng)建刪除修改表CREATETABLEDROPTABLEALTERTABLE視圖CREATEVIEWDROPVIEW索引CREATEINDEXDROPINDEX3.2.1定義、刪除、與修改基本表一、定義基本表語句格式為:CREATETABLE<表名>(<列名><數(shù)據(jù)類型>[列級完整性約束][，<列名><數(shù)據(jù)類型>[列級完整性約束]]…[,表級完整性約束]）；

功能：定義一個(gè)基本表，同時(shí)定義與該表有關(guān)的完整性約束條件。說明：(1)<表名>是所要定義的基本表的名字。

(2)一個(gè)表可以由一個(gè)或幾個(gè)屬性（列）組成。DB2SQL支持以下數(shù)據(jù)類型;INTEGER或INT全字長(31bits精度)的二進(jìn)制整數(shù)SMALLINT半字長(精度為15bits)的二進(jìn)制整數(shù)DECIMAL(p[,q])或DEC(p[,q])壓縮十進(jìn)制數(shù),共p位,小數(shù)點(diǎn)后有q位.15>=p>=q>=0,q=0時(shí)可省略.FLOAT雙字長的浮點(diǎn)數(shù)CHARTER(N)或CHAR(N)長度為n的定長字符串VARCHAR(N)變長字符串,最大長度為nGRAPHIC（N）長度為n的定長圖形字符串VARGRAPHIC（N）變長圖形字符串,最大長度為nDATE日期型，格式為YYYY-MM-DDTIME時(shí)間型，格式為HH.MM.SSTIMESTAMP日期加時(shí)間

例1：建立一個(gè)學(xué)生表Student,它由學(xué)號Sno，姓名Sname,性別Ssex,年齡Sage,所在系Sdept五個(gè)屬性組成。其中學(xué)號不能為空，值是唯一的，且姓名取值也唯一。

CREATETABLEStudent(SnoCHAR(5)NOTNULLUNIQUE,Snamechar(8)UNIQUE,SsexCHAR(1),SageSMALLINT,SdeptCHAR(15));

系統(tǒng)執(zhí)行上面的CREATETABLE語句后，就在數(shù)據(jù)庫中建立一個(gè)新的空的“學(xué)生”表Student,并將有關(guān)“學(xué)生”表的定義及有關(guān)約束條件存放在數(shù)據(jù)字典中。例2：CREATETABLEs( snochar(6)notnull, snamechar(8)unique,ssexchar(2)default'男', sagesmallint, sdeptchar(2), sbirthdaydate,

primarykey(sno));列級完整性約束條件表級完整性約束條件3.2.1定義、刪除、與修改基本表二、修改基本表語句格式為:ALTERTABLE<表名>[ADD<列名><類型>[完整性約束]][DROP<完整性約束名[(列名)]>|<列名>][MODIFY<列名><類型>]；功能：修改指定的基本表。

ADD子句：用于增加新列和新的完整性約束條件；

DROP子句：用于刪除指定的完整性約束條件；

MODIFY子句：用于修改原有的列定義（列名和數(shù)據(jù)類型）說明：不論基本表中原來是否有數(shù)據(jù)，新增加的列一律為空值。

SQL沒有提供刪除屬性列的語句。例3：向S表增加：“入學(xué)時(shí)間”列，數(shù)據(jù)類型為日期型。

ALTERTABELSADDSCOMEDATE；

注意：新增加的屬性列不能指定為NOTNULL。將年齡的數(shù)據(jù)類型改為半字長整數(shù)。

ALTERTABELSMODIFYSAGESMALLINT；

注意：修改原有的屬性列定義有可能破壞已有數(shù)據(jù)。 刪除姓名上的唯一值約束。

altertablesdropunique(sname);3.2.1定義、刪除、與修改基本表三、刪除基本表語句格式為：

DROPTABLE<表名>；功能：刪除指定的基本表，同時(shí)表中的數(shù)據(jù)和在此表上建立的索引都將自動被刪除掉。建立在此表上的視圖雖仍然保留，但已無法引用。注意：執(zhí)行刪除操作一定要格外小心！3.2.2建立與刪除索引

在基本表上建立索引是為了加快查詢速度。一、建立索引語句格式為：

CREATE[UNIQUE][CLUSTER]INDEX索引名

on基本表名（列名[次序][，列名[次序]]....）[其他參數(shù)];

說明：索引可以建在一列或幾列上,圓括號內(nèi)是索引列的順序說明表。（1）次序，指定了索引值排序的次序。可取ASC(升序)或DESC(降序)，缺省值為升序。（2）UNIQUE表示每一索引值只對應(yīng)唯一的數(shù)據(jù)記錄,

（3）CLUSTER表示要建立的索引是聚簇索引，所謂聚簇索引是指索引項(xiàng)的順序與表中記錄的物理順序一致的索引組織。例：CREATECLUSTERINDEXStusnameonStudent(Sname);

此類索引可以提高查詢效率，聚簇索引可以在最常查詢的列上建立，對于經(jīng)常更新的列不宜建立。一個(gè)基本表上最多只能建立一個(gè)聚簇索引。例4為學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫中的Student,Couse,SC三個(gè)表建立索引。其中Student表按學(xué)號升序建唯一索引，Couse表按課程號升序建唯一索引，SC表按學(xué)號升序和課程號降序建唯一索引。

CREATEUNIQUEINDEXStusnoONStudent(Sno);CREATEUNIQUEINDEXCoucnoONCouse(Cno);CREATEUNIQUEINDEXSnoONSC(SnoASC,CnoDESC);二、刪除索引語句格式為:DROPINDEX索引名;

功能：刪除索引，同時(shí)把有關(guān)索引的描述也從數(shù)據(jù)字典中刪去。例5：DROPINDEXXSNO;SQL的更新語句包括修改,刪除和插入三類語句。

3.3.1.插入一.插入單個(gè)元組語句格式為:INSERTINTO表名[(字段名[,字段名]....)]VALUES(常量[,常量].......)；功能：將新元組插入指定表中。說明：（1）在INTO中沒有出現(xiàn)的屬性列，將被置為空值；（2）在表定義時(shí)說明了NOTNULL的屬性列不能取空值；（3）如果INTO子句沒有指明任何列名，則新插入的記錄必須在每個(gè)屬性列上均有值。例6將一個(gè)新學(xué)生記錄（95020，陳東，男，IS，18）插入到S表

INSERTINTOSVALUES('95020'，'陳東'，'男'，'IS'，18);或

INSERTINTOS(sno,sname,ssex,sdept,sage)VALUES('95020'，'陳東'，'男'，'IS'，18);空值的插入例7插入一條學(xué)生選課記錄('95020'，'1')到SC表

INSERTINTOSC(sno,cno)VALUES('95020'，'1');或

INSERTINTOSC(sno,cno,grade)VALUES('95020'，'1',null);

3.3.1.插入二.插入子查詢結(jié)果語句格式為:INSERTINTO表名[(字段名[,字段名].......)]

子查詢；例8對于一個(gè)系,求學(xué)生的平均年齡,并把結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中。

CREATETABLEDEPTAGE(SDEPTCHAR(15),AVGAGESMALLINT);INSERTINTODEPTAGE(SDEPT,AVGAGE)

（SELECTSD,AVG(SA)FROMSGROUPBYSD）;3.3.2.修改數(shù)據(jù)

語句格式為:UPDATE表名

SET字段=表達(dá)式[,字段=表達(dá)式]....[WHERE謂詞];

功能：修改指定表中滿足謂詞的元組；把這些元組按SET子句中的表達(dá)式修改相應(yīng)字段上的值。一、單記錄修改例9.

把學(xué)生S1的姓名改為WANGPINGUPDATESSETSName='WANGPING'WHERESNO='S1';

例10.多記錄修改.

把所有學(xué)生的年齡增加1歲

UPDATESSETSage=Sage+1;二、多表的修改例11.

把學(xué)生S2的學(xué)號改為S9UPDATESSETSNO='S9'WHERESNO='S2';UPDATESCSETSNO='S9'WHERESNO='S2';

注意：修改多表數(shù)據(jù)時(shí)要保證數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的一致性。三、帶子查詢的修改例12.

將計(jì)算機(jī)系全體學(xué)生的成績置零

UPDATESCSETGRADE=0WHERE'CS‘=

（SELECTSDEPTFROMSWHERES.SNO=SC.SNO）；3.3.3.刪除數(shù)據(jù)

語句格式為:DELETEFROM表名

[WHERE謂詞];

功能：刪除指定表中的數(shù)據(jù)。說明：沒有WHERE子句時(shí)表示刪除此表中的全部記錄,但此表的定義仍在數(shù)據(jù)字典中。一、單記錄刪除把學(xué)生‘S9’刪除

DELETEFROMSWHERESNO='S9';

會產(chǎn)生什么問題嗎？二、多記錄刪除刪除所有學(xué)生選課記錄

DELETEFROMSC;SC成為一個(gè)空表三、帶子查詢的刪除將計(jì)算機(jī)系全體學(xué)生的選課記錄

DELETEFROMSCWHERE'CS'=(SELECTSDEPTFROMSTUDEN