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

第一章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究領(lǐng)域第一節(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)技術(shù)的產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫(kù)階段的數(shù)據(jù)管理特點(diǎn)基本概念數(shù)據(jù)：是對(duì)客觀事物的記載，由一些可以鑒別的文字、符號(hào)、圖像和聲音組成。信息：是經(jīng)過(guò)加工的、能對(duì)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(duì)各種類(lèi)型的數(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：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)，它是數(shù)據(jù)處理的中心問(wèn)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(méi)有專(zhuān)門(mén)的軟件系統(tǒng)對(duì)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(dú)立性。（一個(gè)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(zhǎng)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(lèi)型已多樣化。數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位。缺點(diǎn)：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(dú)立性不高。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的產(chǎn)生數(shù)據(jù)管理技術(shù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)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(guó)：Codasyl組織的數(shù)據(jù)庫(kù)任務(wù)組（DBTG）發(fā)表了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)文本。IBM公司高級(jí)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(kù)的基本思想和概念，具有劃時(shí)代的意義，建立起數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)發(fā)展史上的第三個(gè)里程碑--關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。

80年代以來(lái)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品逐步投入市場(chǎng),并逐步取代層次、網(wǎng)狀產(chǎn)品，成為主流產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)成功了許多關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：Oracle，Informix,Sybase,FoxPro等。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)（DataBase，簡(jiǎn)稱DB）DB是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)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(kù)管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，簡(jiǎn)稱DBMS)DBMS是對(duì)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(wèn)DB的方法。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DataBaseSystem，簡(jiǎn)稱DBS)

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入了數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員和用戶構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)：是研究數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)、設(shè)計(jì)、管理和使用的一門(mén)軟件學(xué)科。說(shuō)明說(shuō)明所謂數(shù)據(jù)庫(kù)，一般地說(shuō)是數(shù)據(jù)的集合，形象地說(shuō)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的“倉(cāng)庫(kù)”。但是僅僅有了大批數(shù)據(jù)還不夠，還應(yīng)當(dāng)有一個(gè)維護(hù)數(shù)據(jù)并負(fù)責(zé)用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)。以圖書(shū)館為例，圖書(shū)館是存儲(chǔ)圖書(shū)和負(fù)責(zé)借閱圖書(shū)的部門(mén)，書(shū)庫(kù)是各類(lèi)圖書(shū)的集合，不能簡(jiǎn)單地將圖書(shū)館和書(shū)庫(kù)等同起來(lái)。圖書(shū)館若要很好地為讀者服務(wù)，首先要由圖書(shū)館管理員收集圖書(shū)并對(duì)每本圖書(shū)建立完善的書(shū)卡。書(shū)卡的內(nèi)容通常包括有：書(shū)號(hào)、書(shū)名、作者名、出版單位、出版時(shí)間、內(nèi)容摘要和其它項(xiàng)目等；其次要按照一定的順序和規(guī)則分別存放不同類(lèi)別的圖書(shū)；最后規(guī)定圖書(shū)的借還手續(xù)，即管理員對(duì)讀者訪問(wèn)的響應(yīng)過(guò)程。這一整套圖書(shū)管理功能就相當(dāng)于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能。說(shuō)明書(shū)庫(kù)中圖書(shū)的組織應(yīng)當(dāng)是有結(jié)構(gòu)的，如果把書(shū)籍雜亂無(wú)章地堆放在書(shū)庫(kù)中，要想從數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的浩瀚書(shū)海中查找讀者要借閱的一本書(shū)出來(lái)，就會(huì)象大海撈針一樣困難。因此必須有一套完善的藏書(shū)模型，如果以書(shū)卡作為圖書(shū)館藏書(shū)模型，則可以將圖書(shū)按序按類(lèi)存放于對(duì)應(yīng)的書(shū)架上，使書(shū)卡與書(shū)架建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣不僅圖書(shū)管理員可以高效、快速地查找到所需圖書(shū)，還能夠最大限度地利用“書(shū)庫(kù)”的空間。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，也要建立數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)方法，并建立數(shù)據(jù)模型到物理存儲(chǔ)的對(duì)照表，使數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)能夠按照用戶的訪問(wèn)請(qǐng)求，找到被訪問(wèn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置，使用戶對(duì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用與數(shù)據(jù)的存放位置和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。正像改變圖書(shū)的存放位置并不影響讀者按書(shū)卡借書(shū)一樣。說(shuō)明綜上所述，數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，它的職能是維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，接受和完成用戶程序或命令提出的訪問(wèn)數(shù)據(jù)的各種請(qǐng)求。而數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)則是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)構(gòu)成。一般數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和用戶構(gòu)成。用戶使用數(shù)據(jù)庫(kù)是目的；數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)系統(tǒng)的組成硬件平臺(tái)：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(yùn)行的操作系統(tǒng)（OS）具有與數(shù)據(jù)庫(kù)接口的高級(jí)語(yǔ)言及其編譯系統(tǒng)，便于開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。以DBMS為核心的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具。人員：數(shù)據(jù)庫(kù)管理員DBA系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員應(yīng)用程序員最終用戶數(shù)據(jù)庫(kù)階段的數(shù)據(jù)管理特點(diǎn)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(gè)系統(tǒng)，實(shí)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(dú)立性數(shù)據(jù)和程序的物理獨(dú)立性數(shù)據(jù)和程序的邏輯獨(dú)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(kù)恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)數(shù)據(jù)的操作不一定以記錄為單位，可以以數(shù)據(jù)項(xiàng)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(gè)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(kù)管理系統(tǒng)的基本操作數(shù)據(jù)模型概述在數(shù)據(jù)庫(kù)中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來(lái)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)模型的好壞直接影響數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫(kù)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(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)。數(shù)據(jù)模型是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模，主要用于DBMS的實(shí)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(gè)世界現(xiàn)實(shí)世界：存在于人們頭腦之外的客觀世界。信息世界：是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映，人們把它用文字和符號(hào)記載下來(lái)。機(jī)器世界：信息世界的信息經(jīng)過(guò)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(guò)程抽象化：現(xiàn)實(shí)→（概念化）→信息→（數(shù)據(jù)化）→數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)的三個(gè)世界為了將現(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，人們常常將現(xiàn)實(shí)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(shuō)，首先把現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)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(jì)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(jí)的模型；然后再把概念模型轉(zhuǎn)換為計(jì)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(shí)體：客觀存在并且可以相互區(qū)別的東西。

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

如：學(xué)生實(shí)體有屬性：學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系，年級(jí)實(shí)體集：性質(zhì)相同的同類(lèi)實(shí)體的集合如：全體學(xué)生主關(guān)鍵字：能唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體集中每個(gè)實(shí)體的屬性或?qū)傩约?，稱為實(shí)體的主關(guān)鍵字。如：學(xué)號(hào)機(jī)器世界的基本概念記錄：一個(gè)記錄描述一個(gè)實(shí)體，這是字段的有序集合（實(shí)體）字段：標(biāo)記實(shí)體屬性的符號(hào)，稱字段或數(shù)據(jù)項(xiàng)（屬性）文件：同一類(lèi)記錄匯集→實(shí)體集主關(guān)鍵字：能唯一標(biāo)識(shí)文件中每個(gè)記錄的字段或字段集數(shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對(duì)象類(lèi)型的集合。這些對(duì)象是數(shù)據(jù)庫(kù)的組成部分，包括：與數(shù)據(jù)類(lèi)型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對(duì)象；與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是刻畫(huà)一個(gè)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(lèi)型來(lái)命名數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象（型）的實(shí)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(kù)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(shù)結(jié)構(gòu)（層次）表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型結(jié)點(diǎn)：表示實(shí)體集連線：表示相連兩實(shí)體之間的聯(lián)系特點(diǎn)：①除根結(jié)結(jié)點(diǎn)外，任何結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)而且都與一個(gè)并且只與一個(gè)父結(jié)點(diǎn)相連②樹(shù)的最高位置上的結(jié)點(diǎn)為根：只有一個(gè)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(guò)指針來(lái)實(shí)現(xiàn)舉例：①父親與子女②上級(jí)與下級(jí)的關(guān)系網(wǎng)狀模型定義：用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型結(jié)點(diǎn)：表示實(shí)體集連線：表示實(shí)體間的聯(lián)系特點(diǎn)：取消了兩個(gè)限制可以直接表示M：N聯(lián)系：（1：1是特例）：

所以說(shuō)：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(guò)指針實(shí)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(xiàng)目關(guān)系模型定義：用表格結(jié)構(gòu)來(lái)表示實(shí)體間聯(lián)系（用一張二維表，即關(guān)系）表的行：一個(gè)記錄即實(shí)體（每行也叫元組）表的列：一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，即屬性特點(diǎn)：（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(lái)表示實(shí)體間的聯(lián)系，而關(guān)系模型是通過(guò)存放兩個(gè)實(shí)體的關(guān)鍵字來(lái)實(shí)現(xiàn)?；陉P(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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(lèi)型的值域；關(guān)系的任意兩行不能全同；關(guān)系的每一項(xiàng)(行列交叉點(diǎn)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(wú)關(guān)；每個(gè)關(guān)系都有一個(gè)主關(guān)鍵字唯一標(biāo)識(shí)它的各個(gè)元組。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的基本操作關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)記錄中的某些指定的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行操作。所謂“連接”是指從兩個(gè)表中選取滿足連接條件的指定數(shù)據(jù)項(xiàng)組成一個(gè)新表。數(shù)據(jù)庫(kù)技