第1章 -1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

PrincipleandApplicationofDatabaseSystemAnQingNormalUniversity

DepartmentofComputer&Information數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用PrincipleandApplicationofDatabaseSystem安慶師范學(xué)院計算機與信息學(xué)院吳自文Telq:314630610

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生

數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于六十年代末，是數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，是計算機科學(xué)的重要分支。產(chǎn)生到今天僅僅50余年，但取得輝煌成就：經(jīng)歷了三代演變：層次/網(wǎng)狀系統(tǒng)、關(guān)系系統(tǒng)、新一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)家族造就了三位圖靈獎turingaward得主：C.W.Bachman、E.F.Codd和JamesGray發(fā)展了一門計算機基礎(chǔ)學(xué)科：以數(shù)據(jù)模型和DBMS核心技術(shù)為主，內(nèi)容豐富、領(lǐng)域?qū)拸V形成了一個巨大的軟件產(chǎn)業(yè)：DBMS及其相關(guān)工具產(chǎn)品、應(yīng)用解決方案PrincipleandApplicationofDatabaseSystem1973年圖靈獎得主：C.W.Bachman（查爾斯·巴赫曼）——網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫之父1981年圖靈獎得主：E.F.Codd（埃德加·科德）——關(guān)系數(shù)據(jù)庫之父1998年圖靈獎得主：JamesGray（詹姆斯·格雷）——數(shù)據(jù)庫技術(shù)和“事務(wù)處理”專家PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫技術(shù)的重要性當前，在大、中、小、微型計算機上都有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在運行。信息資源已成為各部門的重要財富和資源，各行各業(yè)均需應(yīng)用信息系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫技術(shù)的重要性數(shù)據(jù)庫是其它很多系統(tǒng)的核心或重要組成部分，如：MIS（ManagementInformationSystem）管理信息系統(tǒng)DSS（DecisionSupportSystem）決策支持系統(tǒng)，知識庫，規(guī)則庫，專家系統(tǒng)，智能數(shù)據(jù)庫計算機輔助設(shè)計與制造工程數(shù)據(jù)庫計算機集成制造PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫技術(shù)的重要性數(shù)據(jù)庫技術(shù)與其他學(xué)科相結(jié)合，涌現(xiàn)出各種新型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如：分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識庫系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模糊數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)PrincipleandApplicationofDatabaseSystem學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫課程的重要性鑒于數(shù)據(jù)庫技術(shù)重要的學(xué)術(shù)地位和廣泛的實際應(yīng)用范圍，我們必須系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的理論、技術(shù)和方法。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem國外高等學(xué)校較早地在計算機科學(xué)系、計算機應(yīng)用與信息系統(tǒng)系都開設(shè)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方面的課程。1983年教育部將數(shù)據(jù)庫概論列為高等學(xué)校計算機軟件專業(yè)四年制本科的必修的重要課程。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem教材及參考書薩師煊，王珊著：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論(第5版)

，高等教育出版社，20141.葉明全，伍長榮：數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用（第一版）

安徽大學(xué)出版社，20132.AbrahamSilberschatz,HenryFKorth著,楊冬青李紅燕唐世渭等譯.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念（原書第6版）.機械工業(yè)出版社,2012年.3.J.D.Ullman,J.Widom.AFirstCourseInDatabaseSystem.第2版（影印版）.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem教材及參考書4.楊冬青,唐世渭,徐其鈞,等譯.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn).北京：機械工業(yè)出版社，2006.5.王珊,李盛恩編著.數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）.北京：人民郵電出版社，2009.6.何玉潔,黃婷兒,等譯.數(shù)據(jù)庫設(shè)計教程(第2版).北京：機械工業(yè)出版社，2005.PrincipleandApplicationofDatabaseSystem

SQLServer2005相關(guān)書籍

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)書籍

上機軟件MicrosoftSQLServer2005DeveloperEditionPrincipleandApplicationofDatabaseSystem課程學(xué)習(xí)方法理論學(xué)習(xí)掌握基本概念，多看例題，多做習(xí)題重視數(shù)據(jù)庫設(shè)計實踐學(xué)習(xí)勤思考，重實踐，多動手重視上機實踐環(huán)境堅持自學(xué)PrincipleandApplicationofDatabaseSystem考試成績平時成績（30%）（考勤、書面作業(yè)、上機實驗、課堂表現(xiàn)）期末考試（70%）PrincipleandApplicationofDatabaseSystem安慶師范學(xué)院

計算機與信息學(xué)院

數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用PrincipleandApplicationofDatabaseSystem第1章數(shù)據(jù)庫概述第1章數(shù)據(jù)庫概述1.1四個基本概念1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.4數(shù)據(jù)模型組成要素1.5概念模型1.6幾種常見的數(shù)據(jù)模型PrincipleandApplicationofDatabaseSystemPrincipleandApplicationofDatabaseSystem§1.1四個基本概念數(shù)據(jù)(Data)數(shù)據(jù)庫(Database)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)PrincipleandApplicationofDatabaseSystem一、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象數(shù)據(jù)的定義描述事物的符號記錄數(shù)據(jù)的種類數(shù)字、文字、圖形、圖象、聲音PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)與語義數(shù)據(jù)的形式不能完全表達其內(nèi)容，必須經(jīng)過解釋，數(shù)據(jù)的解釋即對數(shù)據(jù)語義的說明數(shù)據(jù)：（李明，男，1972，江蘇，計算機系，1990）李明是個大學(xué)生，男，1972年出生，江蘇人，1990年考入計算機系思考：給出另外的語義說明？李明是位老師，男，1972年參加工作，江蘇人，計算機系，1990年晉升為教授

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、數(shù)據(jù)庫人們收集并抽取出一個應(yīng)用所需要的大量數(shù)據(jù)之后，應(yīng)將其保存起來以供進一步加工處理，進一步抽取有用信息。數(shù)據(jù)庫的定義數(shù)據(jù)庫(Database,簡稱DB)，是長期儲存在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、數(shù)據(jù)庫（舉例）PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫的特征數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲可為各種用戶共享冗余度較小易擴展數(shù)據(jù)獨立性較高PrincipleandApplicationofDatabaseSystem三、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，簡稱DBMS）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS的主要功能數(shù)據(jù)定義功能

提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL)

定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)操縱功能:

提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML)操縱數(shù)據(jù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作(查詢、插入、刪除和修改)PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS的主要功能數(shù)據(jù)組織、存儲和管理功能

DBMS要分類組織、存儲和管理各種數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)字典，元數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲路徑、索引數(shù)據(jù)等；要確定以何種文件結(jié)構(gòu)和存取方法來組織和存儲這些數(shù)據(jù)。PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS的主要功能數(shù)據(jù)庫的運行管理

安全性控制完整性控制 多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用時的并發(fā)控制

PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS的主要功能數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能(實用程序)

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)批量裝載 數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲 故障恢復(fù) 數(shù)據(jù)庫的重組織 性能監(jiān)視、分析等PrincipleandApplicationofDatabaseSystem四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，簡稱DBS）是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）構(gòu)成。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成圖數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)工具數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 應(yīng)用系統(tǒng)

操作系統(tǒng)用戶

用戶

用戶

數(shù)據(jù)庫管理員

圖1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位

硬件

操作系統(tǒng)DBMS編譯系統(tǒng)

應(yīng)用開發(fā)工具 應(yīng)用系統(tǒng)圖1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位 PrincipleandApplicationofDatabaseSystem§1.2

數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展什么是數(shù)據(jù)管理對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程

在應(yīng)用需求的推動下，在計算機硬件、軟件發(fā)展的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了下面三個階段：人工管理階段(40年代中--50年代中)文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)PrincipleandApplicationofDatabaseSystem一、人工管理時期40年代中--50年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計算 硬件水平 無直接存取存儲設(shè)備 軟件水平 沒有操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理方式 批處理 PrincipleandApplicationofDatabaseSystem人工管理特點數(shù)據(jù)不保存應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)無共享、冗余度極大數(shù)據(jù)不獨立，完全依賴于程序PrincipleandApplicationofDatabaseSystem應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(人工管理)

應(yīng)用程序１數(shù)據(jù)集１應(yīng)用程序２數(shù)據(jù)集２應(yīng)用程序ｎ數(shù)據(jù)集n...…...…PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、文件系統(tǒng)時期50年代末--60年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理 硬件水平 磁盤、磁鼓 軟件水平 有文件系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機實時處理、批處理

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem文件系統(tǒng)特點數(shù)據(jù)可長期保存數(shù)據(jù)由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的共享性差、冗余度大文件（一組數(shù)據(jù)記錄集合）內(nèi)有結(jié)構(gòu)，整體無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)獨立性差，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變必須修改應(yīng)用程序PrincipleandApplicationofDatabaseSystem應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(文件系統(tǒng))應(yīng)用程序１文件１應(yīng)用程序２文件2應(yīng)用程序ｎ文件n存取方法...…...…PrincipleandApplicationofDatabaseSystem三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時期60年代末以來產(chǎn)生的背景應(yīng)用背景 大規(guī)模管理 硬件背景 大容量磁盤 軟件背景 有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機實時處理、分布處理 PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一。在文件系統(tǒng)中每個文件內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，即文件由記錄構(gòu)成，每個記錄由若干個屬性組成。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem學(xué)號姓名性別年齡系別學(xué)生文件Student課程號課程名學(xué)分學(xué)時先行課課程文件Course學(xué)號課程號學(xué)期成績學(xué)生選課成績文件SCPrincipleandApplicationofDatabaseSystem文件系統(tǒng)中，文件記錄之間沒有聯(lián)系。如Student文件、Course文件和SC文件是獨立的3個文件，文件記錄之間沒有聯(lián)系。但實際上，這3個文件的記錄之間是有聯(lián)系的，SC的學(xué)號必須是Student文件中某個學(xué)生的學(xué)號，課程號必須是Course文件中某門課程的課程號。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度小，易擴充降低數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)省存儲空間避免數(shù)據(jù)間的不一致性使系統(tǒng)易于擴充PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)獨立性高物理獨立性指用戶的應(yīng)用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨立的。當數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨立性指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨立的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS對數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護使每個用戶只能按指定方式使用和處理指定數(shù)據(jù)，保護數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。PrincipleandApplicationofDatabaseSystemDBMS對數(shù)據(jù)的控制功能并發(fā)（Concurrency）控制對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯誤的結(jié)果或破壞數(shù)據(jù)庫的完整性數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫…PrincipleandApplicationofDatabaseSystem§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看PrincipleandApplicationofDatabaseSystem

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性PrincipleandApplicationofDatabaseSystem一、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

應(yīng)用A

應(yīng)用B

應(yīng)用C

應(yīng)用D

應(yīng)用E

外模式1

外模式2

外模式3

外模式/模式映象

模式

模式/內(nèi)模式映象

內(nèi)模式

數(shù)據(jù)庫

PrincipleandApplicationofDatabaseSystem1.模式（Schema）模式（也稱邏輯模式、數(shù)據(jù)庫模式、概念模式）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層與數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及高級程序設(shè)計語言無關(guān)一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式PrincipleandApplicationofDatabaseSystem模式的定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項的名字、類型、取值范圍等）數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系有關(guān)數(shù)據(jù)的安全性、完整性要求PrincipleandApplicationofDatabaseSystem2.外模式（ExternalSchema）外模式（也稱子模式或用戶模式）數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)的描述數(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PrincipleandApplicationofDatabaseSystem外模式（續(xù)）外模式的地位：介于模式與應(yīng)用之間模式與外模式的關(guān)系：一對多外模式通常是模式的子集一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長度、保密級別等都可以不同外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對多同一外模式也可以為某一用戶的多個應(yīng)用系統(tǒng)所使用，但一個應(yīng)用程序只能使用一個外模式。PrincipleandApplicationofDatabaseSystem外模式（續(xù)）外模式的用途保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個有力措施。每個用戶只能看見和訪問所對應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)PrincipleandApplicationofDatabaseSystem3．內(nèi)模式（InternalSchema）內(nèi)模式（也稱存儲模式）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)部的表示方式記錄的存儲方式（順序存儲？升（降）序存儲？聚簇存儲？B+樹結(jié)構(gòu)存儲？按hash方法存儲？）索引的組織方式（B+樹索引？hash索引？）數(shù)據(jù)是否加數(shù)據(jù)密是否壓縮存儲一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式PrincipleandApplicationofDatabaseSystem二、三級模式與二級映象三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別二級映象在DBMS內(nèi)部實現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換PrincipleandApplicationofDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

應(yīng)用A

應(yīng)用B

應(yīng)用C

應(yīng)用D

應(yīng)用E

外模式1

外模式2

外模式3

外模式/模式映象

模式

模式/內(nèi)模式映象

內(nèi)模式

數(shù)據(jù)庫PrincipleandApplicationofDatabaseSystem1．外模式／模式映象定義外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系每一