第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域

第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域第一節(jié)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述基本概念數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展早期的人工數(shù)據(jù)管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫技術(shù)的術(shù)語數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫階段的數(shù)據(jù)管理特點基本概念數(shù)據(jù)：是對客觀事物的記載，由一些可以鑒別的文字、符號、圖像和聲音組成。信息：是經(jīng)過加工的、能對接收者的行為和決策產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理（信息處理）：對各種類型的數(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：對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)，它是數(shù)據(jù)處理的中心問題。

早期的人工數(shù)據(jù)管理階段（20世紀(jì)50年代中期前）數(shù)據(jù)直接輸入、輸出，沒有專門的軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)不保存。數(shù)據(jù)不共享。數(shù)據(jù)與程序不具有獨立性。（一個程序?qū)?yīng)一組數(shù)據(jù)）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)需長期保留。程序和數(shù)據(jù)之間有軟件提供存取方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，有共同的數(shù)據(jù)查詢修改的管理模塊。文件類型已多樣化。數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位。缺點：數(shù)據(jù)冗余度大（數(shù)據(jù)還是面向應(yīng)用的）；數(shù)據(jù)和程序的獨立性不高。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生數(shù)據(jù)管理技術(shù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的標(biāo)志是20世紀(jì)60年代末的三件大事:IBM研制：IMS(InformationManagementsystem)層次結(jié)構(gòu)。美國：Codasyl組織的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組（DBTG）發(fā)表了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)文本。IBM公司高級研究員E.F.Codd于1970年6月發(fā)表了題為“ARelationalModelforLargeSharedDataBank”的論文，提出了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本思想和概念，具有劃時代的意義，建立起數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展史上的第三個里程碑--關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

80年代以來關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品逐步投入市場,并逐步取代層次、網(wǎng)狀產(chǎn)品，成為主流產(chǎn)品，開發(fā)成功了許多關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle，Informix,Sybase,FoxPro等。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的術(shù)語數(shù)據(jù)庫（DataBase，簡稱DB）DB是長期存儲在計算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS)DBMS是對DB進(jìn)行管理的系統(tǒng)軟件，為用戶或應(yīng)用程序提供訪問DB的方法。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem，簡稱DBS)

在計算機(jī)系統(tǒng)中引入了數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫、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。數(shù)據(jù)庫技術(shù)：是研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲、設(shè)計、管理和使用的一門軟件學(xué)科。說明說明所謂數(shù)據(jù)庫，一般地說是數(shù)據(jù)的集合，形象地說是存儲數(shù)據(jù)的“倉庫”。但是僅僅有了大批數(shù)據(jù)還不夠，還應(yīng)當(dāng)有一個維護(hù)數(shù)據(jù)并負(fù)責(zé)用戶訪問數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)。以圖書館為例，圖書館是存儲圖書和負(fù)責(zé)借閱圖書的部門，書庫是各類圖書的集合，不能簡單地將圖書館和書庫等同起來。圖書館若要很好地為讀者服務(wù)，首先要由圖書館管理員收集圖書并對每本圖書建立完善的書卡。書卡的內(nèi)容通常包括有：書號、書名、作者名、出版單位、出版時間、內(nèi)容摘要和其它項目等；其次要按照一定的順序和規(guī)則分別存放不同類別的圖書；最后規(guī)定圖書的借還手續(xù)，即管理員對讀者訪問的響應(yīng)過程。這一整套圖書管理功能就相當(dāng)于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能。說明書庫中圖書的組織應(yīng)當(dāng)是有結(jié)構(gòu)的，如果把書籍雜亂無章地堆放在書庫中，要想從數(shù)以百萬計的浩瀚書海中查找讀者要借閱的一本書出來，就會象大海撈針一樣困難。因此必須有一套完善的藏書模型，如果以書卡作為圖書館藏書模型，則可以將圖書按序按類存放于對應(yīng)的書架上，使書卡與書架建立對應(yīng)關(guān)系。這樣不僅圖書管理員可以高效、快速地查找到所需圖書，還能夠最大限度地利用“書庫”的空間。對于數(shù)據(jù)庫來說，也要建立數(shù)據(jù)模型，設(shè)計數(shù)據(jù)的物理存儲方法，并建立數(shù)據(jù)模型到物理存儲的對照表，使數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠按照用戶的訪問請求，找到被訪問數(shù)據(jù)的存儲位置，使用戶對數(shù)據(jù)的應(yīng)用與數(shù)據(jù)的存放位置和存儲結(jié)構(gòu)無關(guān)。正像改變圖書的存放位置并不影響讀者按書卡借書一樣。說明綜上所述，數(shù)據(jù)庫是存儲在計算機(jī)內(nèi)的有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一個數(shù)據(jù)庫管理軟件，它的職能是維護(hù)數(shù)據(jù)庫，接受和完成用戶程序或命令提出的訪問數(shù)據(jù)的各種請求。而數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)則是由計算機(jī)系統(tǒng)中引進(jìn)數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和用戶構(gòu)成。用戶使用數(shù)據(jù)庫是目的；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是幫助達(dá)到這一目的的工具和手段。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成硬件平臺：足夠的內(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。足夠的外存。系統(tǒng)有較高的通道能力，以提高數(shù)據(jù)傳送率。軟件：DBMS支持DBMS運行的操作系統(tǒng)（OS）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。以DBMS為核心的應(yīng)用開發(fā)工具。人員：數(shù)據(jù)庫管理員DBA系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)用程序員最終用戶數(shù)據(jù)庫階段的數(shù)據(jù)管理特點數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，采用數(shù)據(jù)模型表示復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)冗余度小、容易擴(kuò)充，即數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。不同應(yīng)用程序共享數(shù)據(jù)多用戶共享數(shù)據(jù)具有較高的數(shù)據(jù)和程序的獨立性數(shù)據(jù)和程序的物理獨立性數(shù)據(jù)和程序的邏輯獨立性統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和控制功能安全性保護(hù)完整性檢查并發(fā)控制數(shù)據(jù)庫恢復(fù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供了方便的用戶接口。增加了系統(tǒng)的靈活性：對數(shù)據(jù)的操作不一定以記錄為單位，可以以數(shù)據(jù)項為單位。第二節(jié)數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型概述信息結(jié)構(gòu)的三個世界信息世界的基本概念機(jī)器世界的基本概念數(shù)據(jù)模型的組成要素

三種基本數(shù)據(jù)模型層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型關(guān)系的性質(zhì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本操作數(shù)據(jù)模型概述在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。數(shù)據(jù)模型的好壞直接影響數(shù)據(jù)庫的性能。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)模型應(yīng)滿足的要求：能比較真實地模擬現(xiàn)實世界；容易為人所理解；便于在計算機(jī)上實現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型是按計算機(jī)系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，主要用于DBMS的實現(xiàn)。主要包括網(wǎng)狀、層次、關(guān)系三種數(shù)據(jù)模型。信息結(jié)構(gòu)的三個世界現(xiàn)實世界：存在于人們頭腦之外的客觀世界。信息世界：是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映，人們把它用文字和符號記載下來。機(jī)器世界：信息世界的信息經(jīng)過加工編碼就進(jìn)入機(jī)器世界，以數(shù)據(jù)的形式存在。轉(zhuǎn)換過程抽象化：現(xiàn)實→（概念化）→信息→（數(shù)據(jù)化）→數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)的三個世界為了將現(xiàn)實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，人們常常將現(xiàn)實世界抽象為信息世界，然后將信息世界轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界。也就是說，首先把現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為某一種信息結(jié)構(gòu)，這種信息結(jié)構(gòu)并不依賴于具體的計算機(jī)系統(tǒng)，不是某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，而是概念級的模型；然后再把概念模型轉(zhuǎn)換為計算機(jī)上某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。信息世界的基本概念實體：客觀存在并且可以相互區(qū)別的東西。

如：一個學(xué)生，一輛汽車、一次訂貨、學(xué)生的一次選課屬性：實體又是由若干屬性組成，屬性是事物某一方面的特征，一個實體可由若干個屬性來刻畫。

如：學(xué)生實體有屬性：學(xué)號，姓名，年齡，性別，系，年級實體集：性質(zhì)相同的同類實體的集合如：全體學(xué)生主關(guān)鍵字：能唯一標(biāo)識實體集中每個實體的屬性或?qū)傩约Q為實體的主關(guān)鍵字。如：學(xué)號機(jī)器世界的基本概念記錄：一個記錄描述一個實體，這是字段的有序集合（實體）字段：標(biāo)記實體屬性的符號，稱字段或數(shù)據(jù)項（屬性）文件：同一類記錄匯集→實體集主關(guān)鍵字：能唯一標(biāo)識文件中每個記錄的字段或字段集數(shù)據(jù)模型的組成要素數(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，包括：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)是刻畫一個數(shù)據(jù)模型性質(zhì)的最重要方面。人們通常按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作指對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則。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。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及其狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。層次模型定義：用樹結(jié)構(gòu)（層次）表示實體之間聯(lián)系的模型結(jié)點：表示實體集連線：表示相連兩實體之間的聯(lián)系特點：①除根結(jié)結(jié)點外，任何結(jié)點只有一個父結(jié)點而且都與一個并且只與一個父結(jié)點相連②樹的最高位置上的結(jié)點為根：只有一個③只能表1：N，1：1聯(lián)系，不能直接表示M：N聯(lián)系④記錄間聯(lián)系通過指針來實現(xiàn)舉例：①父親與子女②上級與下級的關(guān)系網(wǎng)狀模型定義：用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來表示實體之間聯(lián)系的模型結(jié)點：表示實體集連線：表示實體間的聯(lián)系特點：取消了兩個限制可以直接表示M：N聯(lián)系：（1：1是特例）：

所以說：層次模型是網(wǎng)絡(luò)模型的特殊形式網(wǎng)絡(luò)模型是層次模型的一般形式記錄間聯(lián)系也是通過指針實現(xiàn)，但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜：70年代廣泛應(yīng)用例：供應(yīng)商←→零件←→項目關(guān)系模型定義：用表格結(jié)構(gòu)來表示實體間聯(lián)系（用一張二維表，即關(guān)系）表的行：一個記錄即實體（每行也叫元組）表的列：一個數(shù)據(jù)項，即屬性特點：（三者區(qū)別）①前兩者是格式化模型，關(guān)系模型是數(shù)學(xué)化的模型。②前兩者用指針來表示實體間的聯(lián)系，而關(guān)系模型是通過存放兩個實體的關(guān)鍵字來實現(xiàn)。基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。關(guān)系的性質(zhì)關(guān)系的每一列都有不同的名字；關(guān)系的每一列屬同一類型的值域；關(guān)系的任意兩行不能全同；關(guān)系的每一項(行列交叉點上的數(shù)據(jù))都是不可再分的數(shù)據(jù)單位；關(guān)系的行列次序無關(guān)；每個關(guān)系都有一個主關(guān)鍵字唯一標(biāo)識它的各個元組。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本操作關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)具有篩選、投影和連接三種基本操作。所謂“篩選”就是從表中篩選出符合條件的記錄。所謂“投影”是指只對記錄中的某些指定的數(shù)據(jù)項進(jìn)行操作。所謂“連接”是指從兩個表中選取滿足連接條件的指定數(shù)據(jù)項組成一個新表。數(shù)據(jù)庫技