數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論第一章

教材：王珊薩師煊，《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（第五版）》

高等教育出版社參考書籍：王珊《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡明教程》高等教育出版社王亞平《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工程師教程》清華大學(xué)出版社數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用1目前一頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點課程時間安排理論課：16周，共32學(xué)時實驗課：共八次，每次一個題目，

考核辦法閉卷筆試2目前二頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點教學(xué)內(nèi)容基本理論應(yīng)用技術(shù)結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL（第3章）安全性與完整性（第4、5章）數(shù)據(jù)庫設(shè)計（第7章）

數(shù)據(jù)庫設(shè)計編程、事務(wù)管理等（第8、9、10章）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（第1章）關(guān)系數(shù)據(jù)庫（第2章）關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論（第6章）3目前三頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點

1.1

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1.2

數(shù)據(jù)模型

1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成第1章緒論4目前四頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，是計算機科學(xué)的重要分支數(shù)據(jù)庫技術(shù)在信息化社會中的重要作用信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用

例如：管理信息系統(tǒng)(MIS)、聯(lián)機事務(wù)處理(OLTP)、聯(lián)機分析處理(OLAP)、計算機輔助設(shè)計與制造(CAD／CAM)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)、辦公信息系統(tǒng)(OIS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)…..and…Internet!!!數(shù)據(jù)庫技術(shù)的重要地位5目前五頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點1.1

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.1.1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)

數(shù)據(jù)(Data):定義描述事物的符號記錄種類文字、圖形、圖象、音頻、視頻特點數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式不能完全表達其內(nèi)容，與其語義不可分6目前六頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點1.1.1

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)

數(shù)據(jù)(Data):例：學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄（李明，1972年5月，江蘇，計算機系，1990）如果對應(yīng)語義：學(xué)生姓名、出生年月、籍貫、所在系別、

入學(xué)時間則解釋為：學(xué)生李明，1972年5月出生，是江蘇人， 1990年考入計算機系

如果對應(yīng)語義：學(xué)生姓名、畢業(yè)年月、工作地點、所在

系別、電子建檔日期則解釋為：學(xué)生李明，1972年5月畢業(yè)于計算機系，現(xiàn)

在江蘇工作，1990年建立電子學(xué)籍檔案7目前七頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫(DataBase，DB)定義

長期儲存在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的

大量數(shù)據(jù)集合特征數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存可為各種用戶共享冗余度較小數(shù)據(jù)獨立性較高易擴展8目前八頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)

位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，用于科學(xué)組織和存儲數(shù)據(jù)，高效獲取和維護數(shù)據(jù)。主要功能1.數(shù)據(jù)定義功能2.數(shù)據(jù)組織、存儲和管理3.數(shù)據(jù)操縱功能4.數(shù)據(jù)庫的事物管理和運行管理5.數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能6其他功能9目前九頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)1.數(shù)據(jù)定義功能：提供數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionlanguage）來定義數(shù)據(jù)對象。2.數(shù)據(jù)組織、存儲和管理：能分類組織、存儲和管理這種數(shù)據(jù)。確定文件結(jié)構(gòu)、存取方式、數(shù)據(jù)關(guān)系。3.數(shù)據(jù)操縱功能：提供數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationlanguage）實現(xiàn)用戶對數(shù)據(jù)操作，如對數(shù)據(jù)的增、刪、改和查詢。10目前十頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)4.數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理和運行管理：數(shù)據(jù)庫在建立、運用和維護時統(tǒng)一由DBMS控制和管理。數(shù)據(jù)的安全性保護：保護數(shù)據(jù)，防止泄密和破壞；用戶只能按照規(guī)定，對某些數(shù)據(jù)以某些方式進行使用和處理數(shù)據(jù)的完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。并發(fā)控制：對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫恢復(fù)：具有將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知正確狀態(tài)的功能。11目前十一頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)5.數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能：數(shù)據(jù)庫原始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲、恢復(fù)功能數(shù)據(jù)庫的重組織和性能監(jiān)視、分析功能12目前十二頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)6.其他功能DBMS與網(wǎng)絡(luò)中其他軟件系統(tǒng)的通信功能一個DBMS與另一個DBMS或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的互訪和互操作功能13目前十三頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DataBaseSystem,DBS)定義：在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)

組成：數(shù)據(jù)庫 DBMS(以及應(yīng)用開發(fā)工具)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）14目前十四頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點應(yīng)用系統(tǒng)DB用戶應(yīng)用開發(fā)工具DBMSOS用戶用戶DBA圖1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)圖2

數(shù)據(jù)庫在計算機系統(tǒng)中的地位目前十五頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(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)管理則是指對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護，它是數(shù)據(jù)處理的中心問題。數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個階段。1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展16目前十六頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點

人工管理階段(20世紀(jì)50年代中期以前）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)和管理數(shù)據(jù)的專門軟件

處理方式：批處理17目前十七頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點

人工管理階段(20世紀(jì)50年代中期以前）特點：

1)數(shù)據(jù)不保存

2)應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)需要由應(yīng)用程序自己管理，沒有相應(yīng)的軟件系統(tǒng)負責(zé)數(shù)據(jù)的管理工作。應(yīng)用程序中不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計物理結(jié)構(gòu)，包括存儲結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等。因此程序員負擔(dān)很重。

3)數(shù)據(jù)不共享數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，一組數(shù)據(jù)只能對應(yīng)一個程序。

4)數(shù)據(jù)不具有獨立性數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，必須對應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改。18目前十八頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點應(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)之間的對應(yīng)關(guān)系19目前十九頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點文件系統(tǒng)階段(50年代后期－60年代中期）背景：應(yīng)用需求 科學(xué)計算、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)機實時處理、批處理20目前二十頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點

文件系統(tǒng)階段(50年代后期－60年代中期）特點：

(1)數(shù)據(jù)可長期保存

(2)由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)按文件名訪問，按記錄進行存取

，實現(xiàn)記錄內(nèi)的結(jié)構(gòu)性而整體無結(jié)構(gòu)。

(3)數(shù)據(jù)共享性差,冗余度大文件仍然是面向應(yīng)用的。當(dāng)不同的應(yīng)用程序具有部分相同的數(shù)據(jù)時，也必須建立各自的文件，不能共享相同的數(shù)據(jù)。

(4)數(shù)據(jù)獨立性差一旦數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變，必須修改應(yīng)用程序，修改文件結(jié)構(gòu)定義；

應(yīng)用程序的改變，也要引起文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變；文件之間互相獨立，不能反映出現(xiàn)實世界的內(nèi)在聯(lián)系。21目前二十一頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點應(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……文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系存取方法22目前二十二頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(20世紀(jì)60年代后期－）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、批處理23目前二十三頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(20世紀(jì)60年代后期－）特點：

1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

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。

文件系統(tǒng)中，盡管其記錄內(nèi)部已有了某些結(jié)構(gòu)，但記錄之間沒有聯(lián)系。數(shù)據(jù)的最小存取單位是記錄。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，描述數(shù)據(jù)時不僅要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)不再針對其一應(yīng)用，是面向全組織，具有整體的結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項。24目前二十四頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點學(xué)生、課程、學(xué)生選課文件結(jié)構(gòu)（關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的參照完整性；文件系統(tǒng)只能編寫應(yīng)用程序代碼實現(xiàn)）目前二十五頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(20世紀(jì)60年代后期－）

不僅考慮某個應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還要考慮整個組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此描述數(shù)據(jù)時不僅僅描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。目前二十六頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點(2)數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充數(shù)據(jù)可以被多個用戶、多個應(yīng)用共享使用。共享導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余度低，同時可避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。通過重新選擇不同的操作子集，易于增加新的應(yīng)用。(3)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(dāng)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。27目前二十七頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2…數(shù)據(jù)庫管理階段程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系DBMS

數(shù)據(jù)庫(4)數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)的安全性保護/數(shù)據(jù)的完整性檢查并發(fā)控制/數(shù)據(jù)庫恢復(fù)28目前二十八頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點1.2數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫中如何抽象、表示、處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息呢？數(shù)據(jù)模型（DataModel）這個工具來對現(xiàn)實世界進行抽象的。29目前二十九頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點1.2數(shù)據(jù)模型模型

是現(xiàn)實世界特征的模擬和抽象。數(shù)據(jù)模型也是一種模型，是現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象，表示實體以及實體間的聯(lián)系。一個用于描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)間關(guān)系、數(shù)據(jù)語義和數(shù)據(jù)約束的概念工具的集合。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求：能比較真實地模擬現(xiàn)實世界；容易為人所理解；便于在計算機上實現(xiàn)。30目前三十頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點根據(jù)應(yīng)用的不同目的，數(shù)據(jù)模型劃分為兩類：概念模型（信息模型）

按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模；主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計。數(shù)據(jù)模型（邏輯模型和物理模型）按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模；邏輯模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，用于DBMS的實現(xiàn)。物理模型是描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存取方法，由DBMS來具體實現(xiàn)。

1.2.1兩類數(shù)據(jù)模型31目前三十一頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點現(xiàn)實世界

信息世界概念模型機器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換認識抽象客觀對象的抽象過程現(xiàn)實世界概念模型：數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員概念模型邏輯模型數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員&數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具邏輯模型物理模型DBMS32目前三十二頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分組成

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

是所研究的對象類型的集合。

與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象（例如網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)項、記錄，關(guān)系模型中的域、屬性、關(guān)系等）。與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象（例如網(wǎng)狀模型中的系型）。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。

數(shù)據(jù)模型的組成要素33目前三十三頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)操作

是指對數(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)庫主要有檢索和更新(包括插入、刪除、修改)兩大類操作。數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的含義、符號、規(guī)則（如優(yōu)先級）以及實現(xiàn)操作的語言。數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述數(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)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容（詳見第五章）。34目前三十四頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點概念模型是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次概念模型用于信息世界的建模應(yīng)該具有較強的語義表達能力應(yīng)該簡單、清晰、易于用戶理解。

概念模型1.2數(shù)據(jù)模型35目前三十五頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點

信息世界中的基本概念

(1)實體(Entity)

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體。

(2)屬性(Attribute)

實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。例如：

(94002268，張山，男，1976，計算機系，1994)(3)碼(Key)

唯一標(biāo)識實體的屬性集稱為碼（學(xué)號、訂單號等）。概念模型36目前三十六頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點(4)域(Domain)

屬性的取值范圍稱為該屬性的域。例如，學(xué)號的域為8位整數(shù)，姓名的域為字符串集合，性別的域為(男，女)。

(5)實體型(EntityType)

用實體名及其屬性集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。

學(xué)生(學(xué)號，姓名，出生年份，系，入學(xué)時間)(6)實體集(EntitySet)

同型實體的集合稱為實體集。概念模型37目前三十七頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點(7)聯(lián)系(Relationship)

在現(xiàn)實世界中，事物內(nèi)部以及事物之間是有聯(lián)系的，這些聯(lián)系在信息世界中反映為實體(型)內(nèi)部的聯(lián)系和實體(型)之間的聯(lián)系。實體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實體的各屬性之間的聯(lián)系。實體之間的聯(lián)系通常是指不同實體集之間的聯(lián)系。

概念模型38目前三十八頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點實體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法Ｅ-Ｒ模型的三要素：實體、屬性、實體間的聯(lián)系．

概念模型表示屬性表示實體間聯(lián)系表示實體39目前三十九頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點實體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法實體型之間的聯(lián)系：一對一聯(lián)系（１：１）、一對多聯(lián)系（１：N）、多對多聯(lián)系（Ｍ：Ｎ）

概念模型班長任職班級1140目前四十頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點實體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法概念模型1:n班級學(xué)習(xí)學(xué)生1n學(xué)生選修課程nmn:m41目前四十一頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點

概念模型實體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法職工領(lǐng)導(dǎo)1n課程講授教師1m多個實體型間的1:n聯(lián)系參考書n單個實體型間的1:n聯(lián)系

例：

假設(shè)一個學(xué)生可選多門課程，而一門課程又有多個學(xué)生選修，每個學(xué)生每選一門課只有一個成績，一個教師只能講一門課程，一門課程也可有多個教師講授，一門課使用多本參考書。畫出E－R圖。42目前四十二頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點概念模型實體聯(lián)系模型（Ｅ-Ｒ模型）表示方法教師課程學(xué)生參考書講授選修課程號學(xué)號姓名性別民族成績課程名學(xué)分職工號姓名職稱性別書號書名價格摘要1nmnm使用1教學(xué)E-R圖（另：P219工廠物資管理實例）43目前四十三頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中最常用的數(shù)據(jù)模型有四種層次模型(HierarchicalModel),如IBM的IMS系統(tǒng)網(wǎng)狀模型(NetworkModel),如DBTG系統(tǒng)關(guān)系模型(RelationalModel)，如Oracle，Sybase

面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel)最常用的數(shù)據(jù)模型44目前四十四頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點層次模型定義滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型。1.有且只有一個結(jié)點沒有雙親結(jié)點，該結(jié)點稱為根結(jié)點2.根以外的其它結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點。層次模型（樹型結(jié)構(gòu)）45目前四十五頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點表示方法實體型：用記錄類型描述。每個結(jié)點表示一個記錄類型。屬性：用字段描述。每個記錄類型可包含若干個字段。聯(lián)系：用結(jié)點之間的連線表示記錄（類型）之間的一對

多的聯(lián)系層次模型46目前四十六頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點特點結(jié)點的雙親是唯一的只能直接處理一對多的實體聯(lián)系每個記錄類型定義一個排序字段，也稱為碼字段任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義沒有一個子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨立存在層次模型47目前四十七頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點多對多聯(lián)系在層次模型中的表示用層次模型間接表示多對多聯(lián)系，將多對多聯(lián)系分解成一對多聯(lián)系。分解方法：冗余結(jié)點法虛擬結(jié)點法層次模型48目前四十八頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點冗余結(jié)點法：增設(shè)冗余結(jié)點，將多對多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為兩個一對多聯(lián)系優(yōu)點：結(jié)構(gòu)清晰，允許結(jié)點改變存儲位置缺點：需要額外占用存儲空間，有潛在的不一致性49目前四十九頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點虛擬結(jié)點法：將冗余結(jié)點換成虛擬結(jié)點，虛擬結(jié)點為一個指針，指向替代的節(jié)點。優(yōu)點：減少對存儲空間的浪費，避免產(chǎn)生潛在的不一致性缺點：結(jié)點改變存儲位置可能引起虛擬結(jié)點中指針的修改50目前五十頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束數(shù)據(jù)操縱：查詢、插入、刪除、更新完整性約束：無相應(yīng)的雙親結(jié)點值就不能插入子女結(jié)點值如果刪除雙親結(jié)點值，則相應(yīng)的子女結(jié)點值也被同時刪除層次模型51目前五十一頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點層次數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)（鄰接法和鏈接法）鄰接法：按照層次樹前序遍歷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實現(xiàn)層次順序。層次模型52目前五十二頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點層次數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)（鄰接法和鏈接法）鏈接法：用指針反映數(shù)據(jù)之間的層次關(guān)系。層次模型子女-兄弟鏈接法：每個記錄設(shè)兩個指針，分別指向最左邊的子女和最近的兄弟53目前五十三頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點層次數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)（鄰接法和鏈接法）鏈接法：用指針反映數(shù)據(jù)之間的層次關(guān)系。層次序列鏈接法：按樹的前序遍歷順序鏈接各記錄值54目前五十四頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點層次模型的優(yōu)缺點優(yōu)點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單明晰數(shù)據(jù)庫查詢效率高良好的完整性支持缺點：多對多聯(lián)系表示不自然對插入和刪除操作的限制多查詢子女結(jié)點必須通過雙親結(jié)點層次命令趨于程序化層次模型55目前五十五頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點典型的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)IMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)第一個大型商用DBMS1968年推出IBM公司研制層次模型56目前五十六頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點定義滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為網(wǎng)狀模型。1.允許一個以上的結(jié)點無雙親；2.一個結(jié)點可以有多于一個的雙親。層次模型中子女結(jié)點和雙親結(jié)點的聯(lián)系是唯一的，而網(wǎng)狀模型中這種聯(lián)系則不唯一。因此要為每個聯(lián)系命名，指出與該聯(lián)系有關(guān)的雙親記錄和子女記錄。網(wǎng)狀模型57目前五十七頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別網(wǎng)狀模型允許多個結(jié)點沒有雙親結(jié)點網(wǎng)狀模型允許結(jié)點有多個雙親結(jié)點網(wǎng)狀模型允許兩個結(jié)點之間有多種聯(lián)系（復(fù)合聯(lián)系）網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界層次模型實際上是網(wǎng)狀模型的一個特例58目前五十八頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點多對多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示

用網(wǎng)狀模型間接表示多對多聯(lián)系

方法：將多對多聯(lián)系直接分解成一對多聯(lián)系網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的操縱和完整性約束

操縱：查詢、插入、刪除、更新

完整性約束：支持記錄碼的概念（唯一標(biāo)識、不許重復(fù)）保證一個記錄中雙親記錄與子女記錄之間是一對多聯(lián)系支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束條件，比如允許插入尚未確定雙親結(jié)點值的子女結(jié)點值；允許只刪除雙親結(jié)點值等。網(wǎng)狀模型59目前五十九頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)關(guān)鍵：實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系

常用方法單向鏈接雙向鏈接環(huán)狀鏈接向首鏈接網(wǎng)狀模型60目前六十頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點單向鏈接法61目前六十一頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點優(yōu)點：能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界，如一個結(jié)點可以有多個雙親。具有良好的性能，存取效率較高。缺點結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握。數(shù)據(jù)定義語言（DDL）、數(shù)據(jù)操作語言（DML）復(fù)雜，用戶不容易使用。網(wǎng)狀模型62目前六十二頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBTG系統(tǒng)，亦稱CODASYL系統(tǒng)。由DBTG提出的一個系統(tǒng)方案，奠定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、方法和技術(shù)。70年代推出。實際系統(tǒng)CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE網(wǎng)狀模型63目前六十三頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點最重要的一種數(shù)據(jù)模型。也是目前主要采用的數(shù)據(jù)模型1970年由美國IBM公司SanJose研究室的研究員提出本課程的重點關(guān)系模型64目前六十四頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（I）在用戶觀點下，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。1.2.7關(guān)系模型65目前六十五頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（II）關(guān)系（Relation）

一個關(guān)系對應(yīng)通常說的一張表。元組（Tuple）

表中的一行即為一個元組。屬性（Attribute）

表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名。1.2.7關(guān)系模型66目前六十六頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（III）主碼（Key）

表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。域（Domain）

屬性的取值范圍。分量

元組中的一個屬性值。1.2.7關(guān)系模型67目前六十七頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（IV）關(guān)系模式

對關(guān)系的描述

關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）

學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，性別，系別，年級）68目前六十八頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點實體及實體間聯(lián)系的表示方法實體型：直接用關(guān)系（表）表示。屬性：用屬性名表示。一對一聯(lián)系：隱含在實體對應(yīng)的關(guān)系中。一對多聯(lián)系：隱含在實體對應(yīng)的關(guān)系中。多對多聯(lián)系：直接用關(guān)系表示。1.2.7關(guān)系模型69目前六十九頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點實體及實體間聯(lián)系的表示方法（例）例1：學(xué)生、系、系與學(xué)生之間的一對多聯(lián)系：

學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，性別，系號，年級）系(系號，系名，辦公地點)例2：系、系主任、系與系主任間的一對一聯(lián)系：

系(系號，系名，系主任姓名)例3：學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對多聯(lián)系：

學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，性別，系號，年級）課程（課程號，課程名，學(xué)分）

選修（學(xué)號，課程號，成績）1.2.7關(guān)系模型70目前七十頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點關(guān)系必須是規(guī)范化的，滿足一定的規(guī)范條件最基本的規(guī)范條件：關(guān)系的每一個分量必須是一個不可分的數(shù)據(jù)項。1.2.7關(guān)系模型71目前七十一頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱查詢、插入、刪除、更新數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對象和操作結(jié)果都是關(guān)系，即若干元組的集合存取路徑對用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么”，不必詳細說明“怎么干”關(guān)系模型的完整性約束實體完整性/參照完整性/用戶定義的完整性（第5章）1.2.7關(guān)系模型72目前七十二頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)

實體及實體間的聯(lián)系都用表來表示。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的物理組織中，有的DBMS一個表對應(yīng)一個操作系統(tǒng)文件，有的DBMS從操作系統(tǒng)獲得若干大的文件，自己設(shè)計表、索引等存儲結(jié)構(gòu)。1.2.7關(guān)系模型73目前七十三頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點優(yōu)點：建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上概念單一，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用。實體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示。對數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系。關(guān)系模型的存取路徑對用戶透明具有更高的數(shù)據(jù)獨立性，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1.2.7關(guān)系模型74目前七十四頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點缺點：存取路徑對用戶透明導(dǎo)致查詢效率往往不如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型。為提高性能，必須對用戶的查詢請求進行優(yōu)化，增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度。（第9章）1.2.7關(guān)系模型75目前七十五頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)ORACLESYBASEINFORMIXDB/2COBASEPBASEEasyBaseDM/2OpenBase1.2.7關(guān)系模型76目前七十六頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(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)獨立性從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級模式結(jié)構(gòu)；從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為單用戶結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器、瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器多層結(jié)構(gòu)等。1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)77目前七十七頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)“型”和“值”的概念型（Type）對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明值（Value）是型的一個具體賦值例如：學(xué)生記錄記錄型：（學(xué)號，姓名，性別，系別，籍貫）記錄值：（900201，李明，男，計算機，江蘇）

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念78目前七十八頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點“型”和“值”的區(qū)別模式（Schema）數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系模式是相對穩(wěn)定的模式的一個實例（Instance）模式的一個具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)同一個模式可以有很多實例實例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念79目前七十九頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由外模式、模式和內(nèi)模式三級構(gòu)成1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)80目前八十頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點模式（Schema）模式（也稱邏輯模式）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式模式的地位：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)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)系數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)81目前八十一頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點外模式（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)和特征的描述數(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)的邏輯表示模式與外模式的關(guān)系：一對多通常是模式的子集；一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對多同一外模式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1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)82目前八十二頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點外模式（ExternalSchema）外模式是保證數(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)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，按照B樹結(jié)構(gòu)存儲，按hash方法存儲）/索引的組織方式/數(shù)據(jù)是否壓縮存儲/數(shù)據(jù)是否加密/數(shù)據(jù)存儲記錄結(jié)構(gòu)的規(guī)定一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)83目前八十三頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點三級模式是對數(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。1.3.3數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨立性84目前八十四頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點外模式/模式映像一個模式可以定義任意多個外模式對每一個外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個外模式/模式映射，定義該外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系映象定義通常包含在各自外模式的描述中保證數(shù)據(jù)的邏輯獨立性當(dāng)模式改變時，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外模式／模式映象，使外模式保持不變應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。1.3.3數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨立性85目前八十五頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點模式/內(nèi)模式映像定義數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的數(shù)據(jù)庫中模式／內(nèi)模式映象是唯一的該映象定義通常包含在模式描述中保證數(shù)據(jù)的物理獨立性當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式／內(nèi)模式映象，使模式保持不變應(yīng)用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性。1.3.3數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨立性86目前八十六頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用C外模式2外模式1外模式3模式內(nèi)模式DB123外模式/模式映象模式/內(nèi)模式映象圖1-24數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)87目前八十七頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點優(yōu)點：數(shù)據(jù)庫的二級映象保證了數(shù)據(jù)庫外模式的穩(wěn)定性，從而從底層保證了應(yīng)用程序的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)和程序之間的獨立性使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程序中分離出去。另外，由于數(shù)據(jù)的存取由DBMS管理，用戶不必考慮存取路徑等細節(jié)，從而簡化了應(yīng)用程序的編制，大大減少了應(yīng)用程序的維護和修改。1.3.3數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨立性88目前八十八頁\總數(shù)一百零一頁\編于十四點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般由數(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)和數(shù)據(jù)庫管理員組成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源的要求足夠大的內(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。足夠大的外存，存放數(shù)據(jù)庫以及做數(shù)據(jù)備份較高的通道能力，提高數(shù)據(jù)傳送率1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成89目前八十九頁\總數(shù)