數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理第一章

參考教材介紹自學(xué)教材《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理》，全國(guó)高等教育自學(xué)考試指導(dǎo)委員會(huì)組編，丁寶康主編，經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社2007年版。本教材共分為9章，詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本原理、方法和應(yīng)用技術(shù)。內(nèi)容安排基礎(chǔ)篇第一章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基本概念第二章數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和ER模型第三章關(guān)系模式設(shè)計(jì)理論第四章關(guān)系運(yùn)算第五章SQL語(yǔ)言第六章數(shù)據(jù)庫(kù)管理設(shè)計(jì)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)篇第七章SQLServer2000簡(jiǎn)介及應(yīng)用第八章PowerBuilder9.0簡(jiǎn)介及應(yīng)用第九章數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫(kù)的地位數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，它的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用向各行各業(yè)的滲透。數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)規(guī)模、數(shù)據(jù)庫(kù)信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個(gè)國(guó)家信息化程度的重要標(biāo)志?！稊?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理》課程地位圖示B/S結(jié)構(gòu)C/S結(jié)構(gòu)瀏覽器端：HTML/CSS/JavaScript/VBScript服務(wù)器端：ASP(.NET)/PHP/JSPC/S結(jié)構(gòu)：VB/VC/VC#/Delphi/Java/.NET系列數(shù)據(jù)庫(kù)支持：SQLServer/Oracle/Sybase/MySQL/Informix/Access兩大語(yǔ)法體系：Basic系：VB/VBScript/VBAC系：Java/JavaScript/C++/C#四個(gè)基本概念數(shù)據(jù)(Data)數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBS)一、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)是描述事物的符號(hào)記錄比如：文本、圖形、圖像、音頻、視頻、學(xué)生的檔案記錄、貨物的運(yùn)輸情況等學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄（李明，男，1972，江蘇，計(jì)算機(jī)系，1990）數(shù)據(jù)的解釋語(yǔ)義：學(xué)生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在系別、入學(xué)時(shí)間解釋：李明是個(gè)大學(xué)生，1972年出生，江蘇人，1990年考入計(jì)算機(jī)系二、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)的定義數(shù)據(jù)庫(kù)(Database,簡(jiǎn)稱DB)是長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。三、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)什么是DBMS位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。是基礎(chǔ)軟件，是一個(gè)大型復(fù)雜的軟件系統(tǒng)

DBMS的用途科學(xué)地組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)硬件平臺(tái)基礎(chǔ)軟件平臺(tái)軟件基礎(chǔ)構(gòu)架平臺(tái)應(yīng)用軟件平臺(tái)軟件產(chǎn)品協(xié)同軟件辦公軟件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)操作系統(tǒng)

中間件應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置四、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)什么是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DatabaseSystem，簡(jiǎn)稱DBS）

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（及其開(kāi)發(fā)工具）應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員

數(shù)據(jù)庫(kù)

應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具

操作系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理員用戶用戶用戶

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)四、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)第一章數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)目的與要求：本章屬于基礎(chǔ)知識(shí)，主要是對(duì)一些概念的理解和記憶。

本章沒(méi)有難點(diǎn)，相對(duì)的重點(diǎn)是:數(shù)據(jù)模型的四個(gè)層次數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的全局結(jié)構(gòu)

考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展階段（識(shí)記）1.2數(shù)據(jù)描述的術(shù)語(yǔ)（領(lǐng)會(huì)）1.3數(shù)據(jù)抽象的級(jí)別（領(lǐng)會(huì)）1.4數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)(領(lǐng)會(huì))1.5數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DBS）（領(lǐng)會(huì)）1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展時(shí)期20世紀(jì)40年代中--50年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算 硬件水平 無(wú)直接存取存儲(chǔ)設(shè)備軟件水平 沒(méi)有操作系統(tǒng) 處理方式 批處理1.人工管理階段（20世紀(jì)50年代中期以前）人工管理階段(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：用戶（程序員），數(shù)據(jù)不保存在機(jī)器中數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：無(wú)共享、冗余度極大數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：不獨(dú)立，完全依賴于程序數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：無(wú)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制只有程序的概念，沒(méi)有文件的概念；應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(人工管理階段)

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...…...…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)系二、文件系統(tǒng)階段時(shí)期20世紀(jì)50年代末--60年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算、管理 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(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理

文件系統(tǒng)階段(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：共享性差、冗余度大數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu),整體無(wú)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：獨(dú)立性差，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變必須修改應(yīng)用程序數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(文件系統(tǒng)階段)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...…...…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

文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)的操作以記錄為單位。數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)是靠程序定義和解釋的。數(shù)據(jù)只能是定長(zhǎng)的?？梢蚤g接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變長(zhǎng)要求，但訪問(wèn)相應(yīng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序復(fù)雜了。文件間是獨(dú)立的，因此數(shù)據(jù)整體無(wú)結(jié)構(gòu)?？梢蚤g接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整體的有結(jié)構(gòu)，但必須在應(yīng)用程序中對(duì)描述數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)的最小存取單位是記錄。文件系統(tǒng)三個(gè)缺陷（1）數(shù)據(jù)冗余：因?yàn)槊總€(gè)應(yīng)用程序都有對(duì)應(yīng)的

文件，同樣的數(shù)據(jù)會(huì)在多個(gè)文件中重復(fù)存儲(chǔ)。（2）數(shù)據(jù)不一致：由于數(shù)據(jù)冗余，在更新操作

時(shí)，可能遺漏，人為造成不一致性。（3）數(shù)據(jù)聯(lián)系弱：因?yàn)槲募g相互獨(dú)立，缺

乏聯(lián)系。三、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段時(shí)期20世紀(jì)60年代末以來(lái)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、磁盤陣列 軟件背景 有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理,分布處理,批處理 1.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(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(kù)的主要特征之一整體結(jié)構(gòu)化不再僅僅針對(duì)某一個(gè)應(yīng)用，而是面向全組織不僅數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)化，整體是結(jié)構(gòu)化的，數(shù)據(jù)之間具有聯(lián)系數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的真正結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)模型描述，無(wú)需程序定義和解釋數(shù)據(jù)可以變長(zhǎng)數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)面向整個(gè)系統(tǒng)，可以被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用共享使用。數(shù)據(jù)共享的好處減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲(chǔ)空間避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性使系統(tǒng)易于擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性高物理獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)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。數(shù)據(jù)獨(dú)立性是由DBMS的二級(jí)映像功能來(lái)保證的數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制DBMS提供的數(shù)據(jù)控制功能(1)數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)保護(hù)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。(2)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。(3)并發(fā)（Concurrency）控制對(duì)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(cuò)誤的結(jié)果。(4)數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫(kù)從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng))DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫(kù)…數(shù)據(jù)庫(kù)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4.高級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)階段：１）面向?qū)ο蟮母拍罱＃含F(xiàn)實(shí)世界存在許多具有更復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，例如多媒體數(shù)據(jù)、多維表格數(shù)據(jù)、CAD數(shù)據(jù)等應(yīng)用問(wèn)題，需要更高級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)不斷滲透，經(jīng)歷了從實(shí)體聯(lián)系圖、對(duì)象聯(lián)系圖到UML類圖的發(fā)展歷程，以適應(yīng)具有面向?qū)ο筇卣鞯臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的需要。２）開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連技術(shù)：“開(kāi)放數(shù)據(jù)互聯(lián)”技術(shù)，為開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)公共的、與DBMS型號(hào)無(wú)關(guān)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)接口。

這兩部分內(nèi)容將在第九章介紹。數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的基本對(duì)象數(shù)據(jù)的定義描述事物的符號(hào)記錄數(shù)據(jù)的種類文本、圖形、圖像、音頻、視頻、學(xué)生的檔案記錄、貨物的運(yùn)輸情況等數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)與其語(yǔ)義是不可分的1.2數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)舉例數(shù)據(jù)的含義稱為數(shù)據(jù)的語(yǔ)義，數(shù)據(jù)與其語(yǔ)義是不可分的。例如93是一個(gè)數(shù)據(jù)語(yǔ)義1：學(xué)生某門課的成績(jī)語(yǔ)義2：某人的體重語(yǔ)義3：計(jì)算機(jī)系2013級(jí)學(xué)生人數(shù)語(yǔ)義4：請(qǐng)同學(xué)給出。。。數(shù)據(jù)舉例學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄（李明，男，199505，江蘇南京市，計(jì)算機(jī)系，2014）語(yǔ)義：學(xué)生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在院系、入學(xué)時(shí)間解釋：李明是個(gè)大學(xué)生，1995年5月出生，江蘇南京市人，2014年考入計(jì)算機(jī)系請(qǐng)給出另一個(gè)解釋和語(yǔ)義1.2數(shù)據(jù)描述在數(shù)據(jù)處理中，數(shù)據(jù)描述將涉及不同的范疇。從事物的特性到計(jì)算機(jī)中的具體表示，數(shù)據(jù)描述經(jīng)歷了三個(gè)階段：概念設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)1.概念設(shè)計(jì)中的的數(shù)據(jù)描述(1)實(shí)體（Entity）

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念。(2)屬性（Attribute）實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來(lái)刻畫。

(3)實(shí)體標(biāo)識(shí)符：碼（Key）唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集稱為碼。1.概念設(shè)計(jì)中的的數(shù)據(jù)描述(續(xù))(4)域（Domain）屬性的取值范圍稱為該屬性的域。(5)實(shí)體集（EntitySet）同一類型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集(1)字段：數(shù)據(jù)項(xiàng)，比如學(xué)號(hào)、姓名(2)記錄：字段的有序集合(3)文件：同一類字段的集合(4)關(guān)鍵碼：能唯一標(biāo)識(shí)文件中每個(gè)記錄的字段或者字段集。2.邏輯設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)描述物理存儲(chǔ)介質(zhì)層次１）高速緩沖存儲(chǔ)器：Cache，由CPU直接管理。２）主存儲(chǔ)器：內(nèi)存３）快擦寫存儲(chǔ)器：FlashMemory４）磁盤存儲(chǔ)器：硬盤５）光盤存儲(chǔ)器：CD、DVD６）磁帶：物理存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)描述位、字節(jié)、字、塊、桶和卷。3.物理設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)描述聯(lián)系及元數(shù)定義：二元聯(lián)系有以下三種類型：

1：1的聯(lián)系：如果實(shí)體集E1中的每個(gè)實(shí)體最多只能和實(shí)體集E2中的一個(gè)實(shí)體有聯(lián)系，反之亦然，好么實(shí)體集E1對(duì)E2的聯(lián)系稱為“一對(duì)一聯(lián)系”，記為“1：1”。

1：N聯(lián)系：如果實(shí)體集E1中每個(gè)實(shí)體與實(shí)體集E2中任意個(gè)（零個(gè)或多個(gè)）實(shí)體有聯(lián)系，而E2中每個(gè)實(shí)體至多和E1中的一個(gè)實(shí)體有聯(lián)系，那么E1對(duì)E2的聯(lián)系是“一對(duì)多聯(lián)系”，記為“1：N”。

M：N聯(lián)系：如果實(shí)體集E1中每個(gè)實(shí)體與實(shí)體集E2中任意個(gè)（零個(gè)或多個(gè)）實(shí)體有聯(lián)系，反之亦然，那么E1對(duì)E2的聯(lián)系是“多對(duì)多聯(lián)系”，記為“M：N”。4.數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述實(shí)體型A聯(lián)系名實(shí)體型B111:1聯(lián)系實(shí)體型A聯(lián)系名1n1:n聯(lián)系實(shí)體型A實(shí)體型B聯(lián)系名mnm:n聯(lián)系實(shí)體型B用圖形來(lái)表示兩個(gè)實(shí)體型之間的這三類聯(lián)系4.數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述一對(duì)一聯(lián)系（1:1）

實(shí)例一個(gè)班級(jí)只有一個(gè)正班長(zhǎng)一個(gè)班長(zhǎng)只在一個(gè)班中任職定義：如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)（也可以沒(méi)有）實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對(duì)一聯(lián)系，記為1:1

班級(jí)班級(jí)-班長(zhǎng)班長(zhǎng)111:1聯(lián)系4.數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述一對(duì)多聯(lián)系（1：n）實(shí)例一個(gè)班級(jí)中有若干名學(xué)生，每個(gè)學(xué)生只在一個(gè)班級(jí)中學(xué)習(xí)定義：如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B有一對(duì)多聯(lián)系，記為1:n班級(jí)組成學(xué)生1n1:n聯(lián)系4.數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述多對(duì)多聯(lián)系（m:n）實(shí)例課程與學(xué)生之間的聯(lián)系：一門課程同時(shí)有若干個(gè)學(xué)生選修一個(gè)學(xué)生可以同時(shí)選修多門課程定義：如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B具有多對(duì)多聯(lián)系，記為m:n課程選修學(xué)生mnm:n聯(lián)系4.數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述1.3數(shù)據(jù)抽象的級(jí)別1.數(shù)據(jù)抽象的過(guò)程數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型指對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中客觀事物及其聯(lián)系的數(shù)據(jù)描述，是能表示實(shí)體類型與實(shí)體間聯(lián)系的模型，具有描述數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聯(lián)系兩方面的功能。數(shù)據(jù)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的模擬和抽象。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該滿足三個(gè)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；便于計(jì)算機(jī)處理.1.數(shù)據(jù)抽象的過(guò)程根據(jù)數(shù)據(jù)抽象的級(jí)別定義了四種模型：概念數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型外部數(shù)據(jù)模型內(nèi)部數(shù)據(jù)模型概念模型表達(dá)用戶需求觀點(diǎn)的數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)的模型獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和DBMS主要用于數(shù)據(jù)庫(kù)的概念設(shè)計(jì)邏輯模型表達(dá)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)觀點(diǎn)的DB全局邏輯結(jié)構(gòu)的模型外部模型表達(dá)用戶使用觀點(diǎn)的DB局部邏輯結(jié)構(gòu)的模型內(nèi)部模型表達(dá)DB物理結(jié)構(gòu)的模型對(duì)數(shù)據(jù)最底層的抽象，是面向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的。物理模型的具體實(shí)現(xiàn)是DBMS的任務(wù)，用戶一般不必考慮物理級(jí)的細(xì)節(jié)1.數(shù)據(jù)抽象的過(guò)程四種模型之間的相互關(guān)系1.數(shù)據(jù)抽象的過(guò)程用戶需求DB用戶需求用戶需求概念模型外部模型外部模型外部模型邏輯模型內(nèi)部模型用戶1用戶3用戶2應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用3綜合轉(zhuǎn)換映像映像數(shù)據(jù)抽象的步驟：第1步：根據(jù)用戶需求，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型，這是一個(gè)綜合的過(guò)程第2步：根據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則，把概念模型轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模型，這是一個(gè)轉(zhuǎn)換的過(guò)程第3步：根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)不同的外部模型，給程序員使用。也就是應(yīng)用程序使用的時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的外部模型，外部模型與邏輯模型之間的對(duì)應(yīng)性稱為映像第4步：數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，要根據(jù)邏輯模型設(shè)計(jì)其內(nèi)部模型。內(nèi)部模型和邏輯模型之間的對(duì)應(yīng)性稱為映像1.數(shù)據(jù)抽象的過(guò)程第1步成為DB的概念設(shè)計(jì)，第2、3步稱為DB的邏輯設(shè)計(jì)，第4步稱為DB的物理設(shè)計(jì)這四種模型中，概念模型的抽象級(jí)別最高其特點(diǎn)是：表達(dá)了數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)，它是系統(tǒng)用戶對(duì)整個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目涉及的數(shù)據(jù)的全面描述從用戶需求的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)建模概念模型獨(dú)立于硬件和軟件是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員與用戶之間進(jìn)行交流的工具2.概念模型ER模型基本概念：(1)實(shí)體（Entity）客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念。(2)屬性（Attribute）實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來(lái)刻畫。2.概念模型(3)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)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系實(shí)體型間聯(lián)系一對(duì)一聯(lián)系（1:1）一對(duì)多聯(lián)系（1:n）多對(duì)多聯(lián)系（m:n）2.概念模型ER圖有四個(gè)基本成分：（1）矩形框——表示實(shí)體型；（2）菱形框——表示聯(lián)系型；（3）橢圓形框——表示實(shí)體型或聯(lián)系型的屬性（4）直線——用來(lái)連接上述三種圖框。做圖時(shí)，把相應(yīng)的命名記入框中；對(duì)組成關(guān)鍵字的屬性，標(biāo)記下劃線；在菱形框的引出線上要標(biāo)上聯(lián)系的方式（如1:N等）。2.概念模型建立ER圖過(guò)程：（1）確定實(shí)體型（2）確定聯(lián)系型（3）對(duì)實(shí)體型和聯(lián)系型用連線組合（4）確定實(shí)體型和聯(lián)系型的屬性，確定并標(biāo)記鍵。1.兩個(gè)不同實(shí)體型之間的聯(lián)系例1.1分別畫出學(xué)校與教師聯(lián)系、學(xué)生與課程聯(lián)系的ER圖。2.概念模型１學(xué)校聘任學(xué)校名校址校長(zhǎng)年薪教工號(hào)姓名專長(zhǎng)教師（１）學(xué)校與教師聯(lián)系的ER圖學(xué)生Ｎ課程選修必修ＭＮＯＰ學(xué)號(hào)姓名年齡課程號(hào)課程名學(xué)分（2）學(xué)生與課程聯(lián)系的ER圖性別成績(jī)成績(jī)ＯＮＭＰ2.概念模型2.多個(gè)不同實(shí)體型之間的聯(lián)系例1.2假設(shè)廠家供應(yīng)零件，倉(cāng)庫(kù)負(fù)責(zé)采購(gòu)并管理零件的入庫(kù)、出庫(kù)，多個(gè)工程項(xiàng)目所需的零件在倉(cāng)庫(kù)領(lǐng)取。畫出倉(cāng)庫(kù)管理的ER圖。工程項(xiàng)目廠家零件采購(gòu)需求有三個(gè)實(shí)體型：工程項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)，項(xiàng)目名，負(fù)責(zé)人）零件（零件號(hào)，零件名，單價(jià)，重量）廠家（編號(hào)，廠名，廠址）有兩個(gè)聯(lián)系型：需求（需求量）采購(gòu)（購(gòu)進(jìn)數(shù)）3.邏輯模型邏輯模型的特點(diǎn):(p13)（1）邏輯模型表達(dá)了DB的整體邏輯結(jié)構(gòu)，但它是設(shè)計(jì)人員對(duì)整個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)的全面描述（2）邏輯模型從數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)建模（3）邏輯模型獨(dú)立于硬件，但是依賴于軟件（DBMS）（4）邏輯模型是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員與應(yīng)用程序之間進(jìn)行交流的工具邏輯模型的分類：１）層次模型２）網(wǎng)狀模型３）關(guān)系模型１）層次模型層次模型：用樹(shù)形結(jié)構(gòu)來(lái)表示各類實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。層次模型要滿足下面兩個(gè)條件：1.有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒(méi)有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)。2.根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。層次模型的一般表示：節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)4節(jié)點(diǎn)5根節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)層次模型學(xué)校學(xué)院管理機(jī)構(gòu)學(xué)生教師根節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)層次模型實(shí)例兄弟結(jié)點(diǎn)系的組織機(jī)構(gòu)上圖中層次模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)值層次模型有兩個(gè)缺點(diǎn)只能表示1：N聯(lián)系由于層次順序的嚴(yán)格和復(fù)雜，引起數(shù)據(jù)的查詢和更新操作很復(fù)雜，因此應(yīng)用程序的編寫也比較復(fù)雜２）網(wǎng)狀模型滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為網(wǎng)狀模型。允許多個(gè)的結(jié)點(diǎn)無(wú)雙親；一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。2.4.2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀模型可以看作是層次模型的一種擴(kuò)展。它采用有向圖結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及其之間的聯(lián)系。一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以沒(méi)有父節(jié)點(diǎn)；也可以有多于一個(gè)的父節(jié)點(diǎn)。兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間有多種聯(lián)系（復(fù)合聯(lián)系）。聯(lián)系通過(guò)指針鏈表實(shí)現(xiàn)。節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)4節(jié)點(diǎn)3（a）（b）網(wǎng)狀模型的幾個(gè)例子學(xué)生/選課/課程的網(wǎng)狀模型的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀模型的例子：

Ｒ1

L1L2

R2

R1

R2

L3

L1L2

R3

L4

R4L5

R5

專業(yè)

社團(tuán)

學(xué)生擁有

參加

R1

R2

R3

L1L2

工人

使用維護(hù)

機(jī)器

學(xué)院

辦公室辦公開(kāi)設(shè)下屬教研室聘用課程講授

教師

學(xué)生宿舍學(xué)生教研室系教師網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，如一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)雙親具有良好的性能，存取效率較高缺點(diǎn)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(kù)的結(jié)構(gòu)就變得越來(lái)越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握３）關(guān)系模型關(guān)系模型是目前應(yīng)用最多、也最為重要的一種數(shù)據(jù)模型。關(guān)系模型建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念基礎(chǔ)上，采用二維表格結(jié)構(gòu)來(lái)表示實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系。在用戶觀點(diǎn)下，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。教師信息表信息學(xué)院教授男薛智永856基礎(chǔ)部講師女李奇805DEPT(系別)TITLE(職稱)GENDER(性別)NAME(姓名)TNO(教師編號(hào))85664數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)00513280540微機(jī)基礎(chǔ)005067TNO(主講老師編號(hào))PERIOD(學(xué)時(shí))DESCP(課程名稱)CNO(課程編號(hào))課程信息表例學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對(duì)多聯(lián)系：

學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系號(hào)，年級(jí)）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）（a）學(xué)生關(guān)系信息學(xué)院18男王小鵬236機(jī)電學(xué)院19女李小瑩235系別年齡性別姓名學(xué)號(hào)464數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)005132640微機(jī)基礎(chǔ)005067學(xué)分學(xué)時(shí)課程名稱課程編號(hào)（b）課程關(guān)系用選修關(guān)系表示學(xué)生與課程的聯(lián)系（c）選修關(guān)系7600513280587005067805成績(jī)課程編號(hào)學(xué)號(hào)7600513285680005067856關(guān)系數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)：概念清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)體、實(shí)體聯(lián)系和查詢結(jié)果都采用關(guān)系表示，用戶比較容易理解。關(guān)系模型的存取路徑對(duì)用戶是透明的，程序員不用關(guān)心具體的存取過(guò)程，減輕了程序員的工作負(fù)擔(dān)，具有較好的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和安全保密性。

一般只處理格式化的數(shù)據(jù)，對(duì)于多媒體數(shù)據(jù)如圖像、圖形、聲音等，處理效果不好。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，不能描述許多復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

4.外部模型外部模型的特點(diǎn):（1）外部模型是邏輯模型的一個(gè)邏輯子集（2）外部模型獨(dú)立于硬件，依賴于軟件（3）外部模型反映了用戶使用數(shù)據(jù)庫(kù)的觀點(diǎn)4.外部模型外部模型的優(yōu)點(diǎn):（1）簡(jiǎn)化了用戶的觀點(diǎn)。外部模型是針對(duì)具體用戶應(yīng)用需要的數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的，與該用戶無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)不必放入，這樣用戶就能比較簡(jiǎn)便地使用數(shù)據(jù)庫(kù)。（2）有助于數(shù)據(jù)庫(kù)的安全保護(hù)。用戶不能看的數(shù)據(jù)，不放入外部模型，這樣就提高了系統(tǒng)的安全性（3）外部模型是對(duì)概念模型的支持。如果用戶使用外部模型得心應(yīng)手，那么說(shuō)明當(dāng)初根據(jù)用戶需求綜合成的概念模型是正確的、完善的

5.內(nèi)部模型是數(shù)據(jù)庫(kù)最底的抽象，它描述數(shù)據(jù)在磁盤或磁帶上的存儲(chǔ)方式、存取設(shè)備和存取方法。

6.三層模式和兩級(jí)映象在用戶到數(shù)據(jù)庫(kù)之間，DB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有三個(gè)層次：外部模型、邏輯模型和內(nèi)部模型。這三個(gè)層次要用DB的數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言定義，定義以后的內(nèi)容成為模式。

6.三層模式和兩級(jí)映象三層模式體系結(jié)構(gòu)１）外模式：是用戶與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的接口，是用戶用到的那部分?jǐn)?shù)據(jù)的描述。２）邏輯模式：是數(shù)據(jù)庫(kù)中全部數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)的描述。３）內(nèi)模式：是數(shù)據(jù)庫(kù)在物理存儲(chǔ)方面的描述，定義所有內(nèi)部記錄類型、索引和文件的組織方式，以及數(shù)據(jù)控制方面的細(xì)節(jié)。

6.三層模式和兩級(jí)映象三層模式體系結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：（1）用戶使用DB的數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言語(yǔ)句對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，實(shí)際上是對(duì)外模式的外部記錄進(jìn)行操作（2）邏輯模式必須不涉及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、訪問(wèn)技術(shù)等細(xì)節(jié)（3）內(nèi)模式不涉及物理設(shè)備的約束

6.三層模式和兩級(jí)映象兩級(jí)映象外模式/邏輯模式映象：用于定義概念模式和內(nèi)模式之間的對(duì)應(yīng)性。一般在內(nèi)模式中描述。邏輯模式/內(nèi)模式映象：用于定義外模式和概念模式間的對(duì)應(yīng)性。一般在外模式中描述。

7.高度的數(shù)據(jù)獨(dú)立性什么叫數(shù)據(jù)獨(dú)立性？是指應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互獨(dú)立，不受影響。在修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，盡可能不修改應(yīng)用程序，則稱系統(tǒng)達(dá)到了數(shù)據(jù)獨(dú)立性目標(biāo)。數(shù)據(jù)獨(dú)立性分為物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性和邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性：物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性：修改內(nèi)模式時(shí)盡量不影響概念模式及外模式，則達(dá)到物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性。邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性：修改概念模式時(shí)盡量不影響外模式和應(yīng)用程序。用戶（應(yīng)用程序）外模式外模式/邏輯模式映像內(nèi)模式邏輯模式外模式/邏輯模式映像DB…用戶記錄…邏輯記錄…外部記錄…內(nèi)部記錄…物理記錄結(jié)構(gòu)一致，只是數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題結(jié)構(gòu)一致，只是數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題結(jié)構(gòu)不一致，除了數(shù)據(jù)傳輸，還需要各式轉(zhuǎn)換1.4數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）1.DBMS的目標(biāo)與任務(wù)：目標(biāo)友好的用戶界面可靠、易用、立即反饋、多樣功能完備效率高結(jié)構(gòu)清晰開(kāi)放性—符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范1.4數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）DBMS工作模式如下：（1）接受應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)請(qǐng)求和處理請(qǐng)求（2）將用戶的數(shù)據(jù)請(qǐng)求（高級(jí)指令）轉(zhuǎn)換成復(fù)雜的機(jī)器代碼（低層指令）（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作（4）從數(shù)據(jù)庫(kù)的操作中接受查詢結(jié)果（5）對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行處理（格式轉(zhuǎn)換）（6）將處理結(jié)果返回給用戶1.4數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）應(yīng)用程序DBMSDB數(shù)據(jù)請(qǐng)求低層指令數(shù)據(jù)（處理結(jié)果）數(shù)據(jù)（查詢結(jié)果）DBMS的工作模式1.4數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）應(yīng)用程序DB的系統(tǒng)緩沖區(qū)DBOSDBMS外模式模式內(nèi)模式用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)的過(guò)程3.DBMS的主要功能：１）數(shù)據(jù)庫(kù)的定義功能２）數(shù)據(jù)庫(kù)的操縱功能３）數(shù)據(jù)庫(kù)的保護(hù)功能（數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制、數(shù)據(jù)庫(kù)完整性和數(shù)據(jù)庫(kù)安全性）４）數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)功能５）數(shù)據(jù)字典1.5數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBS)1.DBS由四部分組成：數(shù)據(jù)庫(kù)、硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員。2.數(shù)據(jù)庫(kù)管理員定義及職責(zé)。(素質(zhì)+職責(zé))3.DBS的全局結(jié)構(gòu)及DBS的效益。（數(shù)據(jù)庫(kù)用戶+界面+DBMS+磁盤+DBS的效益）本章結(jié)束1.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫(kù)硬件軟件數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（1）數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）DB是一個(gè)企業(yè)組織各項(xiàng)應(yīng)用有關(guān)的全部數(shù)據(jù)的集合DB分成兩類：一類是應(yīng)用數(shù)據(jù)的集合，稱為物理數(shù)據(jù)庫(kù)，它是數(shù)據(jù)庫(kù)的主體一類是各級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，稱為描述數(shù)據(jù)庫(kù)（2）硬件包括中央處理機(jī)、內(nèi)存、外存、輸入輸出設(shè)備等數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)硬件資源的要求1)足夠大的內(nèi)存操作系統(tǒng)DBMS的核心模塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)應(yīng)用程序2