數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課件

第1章緒論

1.1資料庫系統(tǒng)概述

1.1.1數(shù)據(jù)，資料庫，資料庫管理系統(tǒng)，資料庫系統(tǒng)1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.3資料庫系統(tǒng)的特點

返回本章首頁1.1.1數(shù)據(jù)，資料庫，資料庫管理系統(tǒng)，資料庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料庫資料庫管理系統(tǒng)資料庫系統(tǒng)返回本節(jié)首頁定義

數(shù)據(jù)是用來記錄資訊的可識別的符號，是資訊的具體表現(xiàn)形式。表現(xiàn)形式

數(shù)據(jù)是資料庫中存儲的基本對象。按廣義的理解來說，數(shù)據(jù)的種類有很多，如文字、圖像、聲音、等等都可以轉(zhuǎn)化為電腦可以識別的標(biāo)識，可以以數(shù)位化後的二進(jìn)位形式存入電腦。在日常生活中人們可以對事務(wù)直接用自然語言描述。在電腦中存儲和處理時，就要抽出對這些事物感興趣的特徵組成一個記錄來描述。與資訊的聯(lián)繫

數(shù)據(jù)解釋的含義稱為數(shù)據(jù)的語義(即資訊)，數(shù)據(jù)與其語義是不可分的?？梢赃@樣認(rèn)為：數(shù)據(jù)是資訊的符號表示或載體，資訊則是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對數(shù)據(jù)的語義解釋。數(shù)據(jù)（Data）返回本節(jié)首頁資料庫（DataBase，簡稱DB）資料庫

從字面意思來說就是存放數(shù)據(jù)的倉庫。具體而言就是長期存放在電腦內(nèi)的有組織的可共用的數(shù)據(jù)集合，可供多用戶共用，資料庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有盡可能小的冗餘度和較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)張性。資料庫具有兩個比較突出的特點

①把在特定的環(huán)境中與某應(yīng)用程式相關(guān)的數(shù)據(jù)及其聯(lián)繫集中在一塊並按照一定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行存儲，即集成性。

②資料庫中的數(shù)據(jù)能被多個應(yīng)用程式的用戶所使用，即共用性。返回本節(jié)首頁資料庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS）

資料庫管理系統(tǒng)是資料庫系統(tǒng)的核心組成部分，是對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的大型系統(tǒng)軟體，用戶在資料庫系統(tǒng)中的一些操作都是由資料庫管理系統(tǒng)來實現(xiàn)的。功能：數(shù)據(jù)定義

DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionLanguage,簡稱DDL），用戶通過它可以方便地對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象（包括表、視圖、索引、存儲過程等）進(jìn)行定義。定義相關(guān)的資料庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和有關(guān)的約束條件。數(shù)據(jù)操縱

DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語言(DataManipulationLanguage,簡稱DML)，通過DML操縱數(shù)據(jù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的一些基本操作，如查詢，插入，刪除和修改等等。其中，國際標(biāo)準(zhǔn)資料庫操作語言——SQL語言就是DML的一種。

返回本節(jié)首頁資料庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS）資料庫的運(yùn)行管理這一功能是資料庫管理系統(tǒng)的核心所在。DBMS通過資料庫在建立、運(yùn)用和維護(hù)時統(tǒng)一管理和控制，以保證數(shù)據(jù)安全、正確、有效的正常運(yùn)行。DBMS主要通過數(shù)據(jù)的安全性控制、完整性控制、多用戶應(yīng)用環(huán)境的併發(fā)性控制和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的系統(tǒng)備份與恢復(fù)四個方面來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一控制功能的。資料庫的建立和維護(hù)功能

資料庫的建立和維護(hù)功能包括資料庫初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能、資料庫的轉(zhuǎn)儲、恢復(fù)功能、重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等。

返回本節(jié)首頁資料庫系統(tǒng)（DataBaseSystem，簡稱DBS）

資料庫系統(tǒng)是指在電腦系統(tǒng)中引入資料庫後的系統(tǒng)構(gòu)成，主要有數(shù)據(jù)庫（及相關(guān)硬體）、資料庫管理系統(tǒng)（及開發(fā)工具）（及相關(guān)軟體）、應(yīng)用系統(tǒng)、資料庫管理員和用戶這幾部分。其中，在資料庫的建立、使用和維護(hù)的過程要有專門的人員來完成，這些人被稱為資料庫管理員(DataBaseAdministrator,簡稱DBA)。資料庫系統(tǒng)可以用圖1.1表示。資料庫系統(tǒng)在整個電腦系統(tǒng)中的地位如圖1.2所示。返回本節(jié)首頁圖1.1資料庫系統(tǒng)返回本節(jié)首頁

圖1.2資料庫在電腦系統(tǒng)中的地位

返回本節(jié)首頁1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

談數(shù)據(jù)管理技術(shù)，先要講到數(shù)據(jù)處理，所謂數(shù)據(jù)處理是指對各種數(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)管理則是數(shù)據(jù)處理的中心問題，為此，數(shù)據(jù)管理是指對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)的管理活動總稱。就用電腦來管理數(shù)據(jù)而言，數(shù)據(jù)管理是指數(shù)據(jù)在電腦內(nèi)的一系列活動的總和。數(shù)據(jù)管理技術(shù)已經(jīng)曆了人工管理、檔系統(tǒng)及資料庫系統(tǒng)三個發(fā)展階段。這三個階段的特點及其比較如表1.1所示。人工管理階段檔系統(tǒng)階段資料庫系統(tǒng)階段返回本節(jié)首頁表1.1數(shù)據(jù)管理三個階段的比較人工管理階段檔系統(tǒng)階段資料庫系統(tǒng)階段應(yīng)用背景科學(xué)計算科學(xué)計算、管理大規(guī)模管理背硬體背景無直接存取存儲設(shè)備磁片、磁鼓大容量磁片景軟體背景沒有操作系統(tǒng)有檔系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理方式批處理聯(lián)機(jī)即時處理、批處理聯(lián)機(jī)即時處理、分佈處理、批處理數(shù)據(jù)的管理者用戶(程式員)檔系統(tǒng)資料庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)面向的對象某一應(yīng)用程式某一應(yīng)用現(xiàn)實世界特數(shù)據(jù)的共用程度無共用，冗餘度極大共用性差，冗餘度大共用性高，冗餘度小數(shù)據(jù)的獨(dú)立性不獨(dú)立，完全依賴於程式獨(dú)立性差具有高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性點數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化無結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)、整體無結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)控制能力應(yīng)用程式自己控制應(yīng)用程式自己控制由資料庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、併發(fā)控制和恢復(fù)能力返回本節(jié)首頁

人工管理階段

20世紀(jì)50年代中期以前，電腦主要用於科學(xué)計算。硬體設(shè)施方面：外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁片等直接存取設(shè)備；軟體方面：沒有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)的軟體；數(shù)據(jù)處理方式是批處理。人工管理數(shù)據(jù)具有以下幾個特點：數(shù)據(jù)不保存應(yīng)用程式管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不共用

數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，一組數(shù)據(jù)只能對應(yīng)一個程式。如果多個應(yīng)用程式涉及某些相同的數(shù)據(jù)，則由於必須各自進(jìn)行定義，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)的參照，因此程式間有大量的冗餘數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性

數(shù)據(jù)的獨(dú)立性包括了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性和數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，必須對應(yīng)用程式做相應(yīng)的修改。在人工管理階段，程式與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)係可用圖1.3表示。返回本節(jié)首頁圖1.3人工管理階段應(yīng)用程式與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)係返回本節(jié)首頁

檔系統(tǒng)階段

20世紀(jì)50年代後期到60年代中期，這時電腦已大量用於數(shù)據(jù)的管理。硬體方面：有了磁片、磁鼓等直接存取存儲設(shè)備；軟體方面：操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了專門的管理軟體，一般稱為檔系統(tǒng)；處理方式有批處理、聯(lián)機(jī)即時處理。特點如下：數(shù)據(jù)長期保存檔系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)共用性差，冗餘度大數(shù)據(jù)獨(dú)立性差在檔系統(tǒng)階段，程式與數(shù)據(jù)之間的關(guān)係如圖1.4所示。返回本節(jié)首頁圖1.4檔系統(tǒng)階段應(yīng)用程式與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)係返回本節(jié)首頁資料庫系統(tǒng)階段

20世紀(jì)60年代後期以來，電腦用於管理的規(guī)模更為龐大，數(shù)據(jù)量急劇增長，硬體已有大容量磁片，硬體價格下降；軟體則價格上升，使得編制、維護(hù)軟體及應(yīng)用程式成本相對增加；處理方式上，聯(lián)機(jī)即時處理要求更多，分佈處理也在考慮之中。介於這種情況，檔系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理滿足不了應(yīng)用的需求，為解決共用數(shù)據(jù)的需求，隨之從檔系統(tǒng)中分離出了專門軟體系統(tǒng)——資料庫管理系統(tǒng)，用來統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)。資料庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程式與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)係可用圖1.5表示。返回本節(jié)首頁圖1.5資料庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程式與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)係返回本節(jié)首頁結(jié)論

綜上所述，如圖1.6所示，隨著數(shù)據(jù)管理技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用程式不斷從底層的、低級的、物理的數(shù)據(jù)管理工作中解脫出來，能獨(dú)立的、較高邏輯級別地輕鬆處理資料庫數(shù)據(jù)。從而能極大地提高了應(yīng)用軟體的生產(chǎn)力。目前關(guān)係資料庫系統(tǒng)已逐漸淘汰了網(wǎng)狀資料庫和層次資料庫，成為當(dāng)今最流行的商用資料庫系統(tǒng)。返回本節(jié)首頁

1.1.3資料庫系統(tǒng)的特點

主要特點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的共用性高，冗餘度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制結(jié)論返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是資料庫系統(tǒng)與檔系統(tǒng)的根本區(qū)別。在檔系統(tǒng)中，相互獨(dú)立的檔的記錄內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。傳統(tǒng)檔的最簡單形式是等長同格式的記錄集合。例如：一個教師人事記錄檔。

每個記錄都有如圖1.7的記錄格式：圖1.7教師記錄格式示例圖1.8(a)主記錄——詳細(xì)記錄格式示例圖1.8(b)教師王名記錄示例返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化返回本節(jié)首頁圖1.7教師記錄格式示例圖1.8(a)主記錄——詳細(xì)記錄格式示例圖1.8(b)教師王名記錄示例數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化返回本節(jié)首頁圖1.9教師數(shù)據(jù)組織這樣就可以節(jié)省許多存儲空間，靈活性也相對提高。但這樣建立的檔還有局限性，因為這種結(jié)構(gòu)上的靈活性只是針對一個應(yīng)用而言。而圖1.9教師數(shù)據(jù)組織，這種數(shù)據(jù)組織方式為各部分的管理提供了必要的記錄，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化了。這就要求在描述數(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)繫。在檔系統(tǒng)中，儘管其記錄內(nèi)已經(jīng)有了某些結(jié)構(gòu)，但記錄之間沒有聯(lián)繫。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化返回本節(jié)首頁資料庫系統(tǒng)實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，是資料庫的主要特徵之一，也是資料庫系統(tǒng)與檔系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。在資料庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)不再針對某一應(yīng)用，而是面向全組織，是整體結(jié)構(gòu)化的。不僅數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，而且存取數(shù)據(jù)的方式也是很靈活的，可以存取資料庫中的某一個資料項目（或字段）、一組資料項目、一個記錄或是一組記錄。而在檔系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的最小單位是記錄（一次一記錄的讀寫），粒度不能細(xì)到資料項目。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)的共用性高，冗餘度低，易擴(kuò)充資料庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個應(yīng)用而是面向整個系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個用戶、多個應(yīng)用共用使用。數(shù)據(jù)共用可以大大的減少數(shù)據(jù)冗餘，節(jié)約存儲空間。數(shù)據(jù)共用還能夠避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。所謂數(shù)據(jù)的不一致性是指同一數(shù)據(jù)不同拷貝的值不一樣。採用人工管理或檔系統(tǒng)管理時，由於數(shù)據(jù)被重複存儲，當(dāng)不同的應(yīng)用使用和修改不同的拷貝時就容易造成數(shù)據(jù)的不一致。在資料庫中數(shù)據(jù)共用，減少了由於數(shù)據(jù)冗餘造成的不一致現(xiàn)象。返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)的共用性高，冗餘度低，易擴(kuò)充

由於數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，不僅可以被多個應(yīng)用共用使用，而且容易增加新的應(yīng)用，這就使得數(shù)據(jù)系統(tǒng)彈性大，易於擴(kuò)充，可以適應(yīng)各種用戶的要求?？梢匀≌w數(shù)據(jù)的各種子集用於不同的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)應(yīng)用需求改變或增加時，只要重新選取不同的子集或加上一部分?jǐn)?shù)據(jù)便可以滿足新的需求。返回本節(jié)首頁

數(shù)據(jù)獨(dú)立性高

數(shù)據(jù)獨(dú)立性包括了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性兩方面。物理獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程式與存儲在磁片上的資料庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。也就是說，數(shù)據(jù)在磁片上的資料庫中怎樣存儲是由DBMS管理的，用戶程式不需要瞭解，應(yīng)用程式要處理的只是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲改變時，應(yīng)用程式不用改變。邏輯獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程式與資料庫的整體邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，也就是說，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程式也可以不需修改的。返回本節(jié)首頁

數(shù)據(jù)獨(dú)立性高

數(shù)據(jù)獨(dú)立性是由DBMS的三級模式結(jié)構(gòu)與二級映象功能來保證的，將在後面介紹。數(shù)據(jù)與程式的獨(dú)立，把數(shù)據(jù)的定義從程式中分離出去，加上數(shù)據(jù)的存取又由DBMS負(fù)責(zé)，從而簡化了應(yīng)用程式的編制，大大減少了應(yīng)用程式的維護(hù)和修改。返回本節(jié)首頁數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制資料庫是長期在電腦內(nèi)有組織的大量的可共用的數(shù)據(jù)集合

,資料庫的共用是併發(fā)的共用，即多個用戶可以同時存取資料庫中的數(shù)據(jù)甚至可以同時存取資料庫中的同一塊數(shù)據(jù)。

DBMS提供以下幾方面的數(shù)據(jù)控制功能：（1）數(shù)據(jù)的安全性控制（2）數(shù)據(jù)的完整性約束（3）併發(fā)控制（4）資料庫恢復(fù)

返回本節(jié)首頁結(jié)論目前，資料庫已經(jīng)成為現(xiàn)代資訊系統(tǒng)的不可分離的重要組成部分。

資料庫系統(tǒng)的出現(xiàn)使資訊系統(tǒng)從以加工數(shù)據(jù)的程式為中心轉(zhuǎn)向圍繞共用的資料庫為中心的新階段。這樣既便於數(shù)據(jù)的集中管理，又有利於應(yīng)用程式的研製和維護(hù)，提高了數(shù)據(jù)的利用率和相容性，提高了決策的可靠性。資料庫技術(shù)是電腦領(lǐng)域中發(fā)展最快的技術(shù)之一，資料庫技術(shù)的發(fā)展是沿著數(shù)據(jù)模型的主線展開的。返回本節(jié)首頁1.2數(shù)據(jù)模型

模型是現(xiàn)實世界特徵的模擬和抽象。數(shù)據(jù)模型也是一種模型，它能實現(xiàn)對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特徵的抽象。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面的要求：比較真實地模擬現(xiàn)實世界；容易為人所理解；便於在電腦上實現(xiàn)。根據(jù)模型應(yīng)用的不同目的，分為兩類。第一類模型是概念模型，也稱資訊模型。一般應(yīng)具有以下能力：（1）具有對現(xiàn)實世界的抽象與表達(dá)能力（2）完整、精確的語義表達(dá)力（3）易於理解和修改。（4）易於向DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換

返回本章首頁1.2數(shù)據(jù)模型

另一類模型是數(shù)據(jù)模型，包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)係模型等，它是按電腦系統(tǒng)對數(shù)據(jù)建模，主要用於DBMS的實現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型是資料庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，各種機(jī)器上實現(xiàn)的DBMS軟體都是基於某種數(shù)據(jù)模型的。返回本章首頁為了把現(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，人們常常首先將現(xiàn)實世界抽象為資訊世界，然後將資訊世界轉(zhuǎn)換（或數(shù)據(jù)化）為機(jī)器世界。這一過程如圖1.11所示。數(shù)據(jù)模型的組成要素1.2數(shù)據(jù)模型返回本章首頁1.2.1數(shù)據(jù)模型的組成要素數(shù)據(jù)模型描述了系統(tǒng)的三個方面：靜態(tài)特性、動態(tài)特性和完整性約束條件。一般由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分組成，是嚴(yán)格定義的一組概念的集合。返回本節(jié)首頁1.2.1數(shù)據(jù)模型的組成要素

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用於描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性，是所研究的對象類型的集合。二、數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作用於描述系統(tǒng)的動態(tài)特性，是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象及對象的實例允許執(zhí)行的操作的集合。三、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。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。數(shù)據(jù)模型還應(yīng)該提供自定義完整性約束條件的機(jī)制，以反映具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語義約束條件。返回本節(jié)首頁圖1.12數(shù)據(jù)模型的三要素示意圖

要說明的是圖1.11是簡單化、邏輯示意的圖，數(shù)據(jù)模型的三要素在資料庫中都是嚴(yán)格定義的一組概念的集合。在關(guān)係資料庫可以簡單理解為：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是表結(jié)構(gòu)定義及其它資料庫對象定義的命令集；數(shù)據(jù)操作是資料庫管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)操作（操作命令、語法規(guī)定、參數(shù)說明等）命令集；數(shù)據(jù)完整性約束是各關(guān)係表約束的定義及操作約束規(guī)則等的集合。1.2.2概念模型概念模型是現(xiàn)實世界到機(jī)器世界的一個中間層次。資訊世界中的基本概念概念模型的表示層次模型概述返回本節(jié)首頁資訊世界中的基本概念主要有：實體：實體是指客觀存在並可以相互區(qū)別的事物。屬性：屬性是指實體所具有的某一特性。碼：碼是指唯一標(biāo)識實體的屬性集。域：域是指屬性的取值範(fàn)圍，具有相同的數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)集合。實體型：具有相同屬性的實體必然具有共同的特徵和性質(zhì)。實體集：實體集是指同型實體的集合。聯(lián)繫：在現(xiàn)實世界中，事物內(nèi)部以及事物之間是有關(guān)聯(lián)的。兩個實體型之間的聯(lián)繫有以下三種：一對一聯(lián)繫；一對多聯(lián)繫；多對多聯(lián)繫。兩個實體型之間的三類聯(lián)繫可以用如圖1.12、1.13所示來表示。返回本節(jié)首頁圖1.13兩個實體型之間的三類聯(lián)繫示意圖返回本節(jié)首頁圖1.14兩個實體型之間的三類聯(lián)繫返回本節(jié)首頁

單個或多個實體型之間也有類似於兩個實體型之間的三種聯(lián)繫類型。例如，對於教師、課程與參考書三個實體型，如果一門課程可以有若干個教師講授，使用若干本參考書，而每個教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用，則課程與教師、參考書三者間的聯(lián)繫是一對多的，如圖1.15（a）所示。要注意的是三個實體型之間多對多聯(lián)繫與三個實體型兩兩之間的多對多聯(lián)繫（共有三個）的語義及E-R圖是不同的。資訊世界中的基本概念返回本節(jié)首頁圖1.15兩個實體型之間的三類聯(lián)繫返回本節(jié)首頁

同一個實體型對應(yīng)的實體集內(nèi)的各實體之間也可以存在一對一、一對多、多對多的聯(lián)繫的（可以把一個實體集邏輯上看成兩個與原來一樣的實體集來理解）。例如：同學(xué)實體集內(nèi)部同學(xué)與同學(xué)之間老朋友的關(guān)係可能是多對多的（如圖1.16所示），這是因為每位同學(xué)的老朋友往往有多位。資訊世界中的基本概念返回本節(jié)首頁圖1.16一個實體型實體之間的多對多聯(lián)繫返回本節(jié)首頁概念模型的表示最常用的是實體—聯(lián)繫方法。該方法用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型。E-R圖提供了表示實體型、屬性和聯(lián)繫的方法。實體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。屬性：用橢圓表示，橢圓形內(nèi)寫明屬性名。並用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來。聯(lián)繫：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)繫名，並用無向邊分別與有關(guān)實體連接起來，同時在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1：1、1：n或m：n）。返回本節(jié)首頁如圖1.17所示就是一個班級、學(xué)生的概念模型（用E-R圖表示），班級實體型與學(xué)生實體型之間很顯然是一對多關(guān)係。應(yīng)用時應(yīng)針對某實際情況，試著設(shè)計反映實際內(nèi)容的實體及實體聯(lián)繫的E-R圖。概念模型的表示返回本節(jié)首頁層次模型概述

在資料庫領(lǐng)域中，有四種最常用的數(shù)據(jù)模型，它們是：被稱為非關(guān)係模型的層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)係模型和麵向?qū)ο竽Ｐ汀１菊潞喴榻B層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)係模型。層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多對多聯(lián)繫在層次模型中的表示層次模型的數(shù)據(jù)操縱與約束條件層次模型的存儲結(jié)構(gòu)層次模型的優(yōu)缺點返回本節(jié)首頁層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在資料庫中，對滿足以下兩個條件的數(shù)據(jù)模型稱為層次模型。（1）有且僅有一個節(jié)點無雙親，這個節(jié)點稱為“根節(jié)點”。（2）其他節(jié)點有且僅有一個雙親。一個層次模型在理論上可以包含任意有限個記錄型和字段，但任何實際的系統(tǒng)都會因為存儲容量或?qū)崿F(xiàn)複雜度而限制層次模型中包含的記錄型個數(shù)和字段的個數(shù)。若用圖來表示，層次模型是一棵倒立的樹。節(jié)點層次（Level）從根開始定義，根為第一層，根的子女稱為第二層，根稱為其子女的雙親，同一雙親的子女稱為兄弟。返回本節(jié)首頁層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖1.18

給出了一個系的層次模型。層次模型對具有一對多的層次關(guān)係的描述非常自然、直觀、容易理解，這是層次資料庫的突出優(yōu)點。

圖1.19

是圖1.18的具體化，成為一個教師-學(xué)生層次資料庫。

圖1.20

是圖1.19數(shù)據(jù)模型的一個值。返回本節(jié)首頁

圖1.18一個層次模型的示例

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圖1.19教師-學(xué)生資料庫模型

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圖1.20教師-學(xué)生資料庫的一個值返回本節(jié)首頁層次模型的存儲結(jié)構(gòu)

層次資料庫中不僅要存儲數(shù)據(jù)本身，還要存儲數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)繫。方法：（1）鄰接法按照層次樹前序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體現(xiàn)層次順序。例如對於圖1.21（a）的資料庫，按鄰接法存放圖1.21(b)中以記錄A1為首的層次記錄實例集，則應(yīng)如圖1.22所示存放。返回本節(jié)首頁層次模型的存儲結(jié)構(gòu)

（2）鏈接法用指引元來反映數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)繫。則如圖1.23所示，其中圖1.23（a）每個記錄設(shè)兩類指引元，分別指向最左邊的子女和最近的兄弟，這種鏈接方法稱為子女-兄弟鏈接法；圖1.23（b）按樹的前序順序鏈接各記錄值，這種鏈接方法稱為層次序列鏈接法。返回本節(jié)首頁層次模型的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

(1)層次模型本身比較簡單

(2)實體間聯(lián)繫是固定的(3)良好的完整性支持

缺點

：

(1)層次模型表示非層次性的方法很笨拙

(2)對插入和刪除操作的限制太多

(3)查詢子女結(jié)點必須通過雙親結(jié)點，缺乏快速定位機(jī)制。

(4)由於結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，層次命令趨於程式化。返回本節(jié)首頁1.2.4網(wǎng)狀模型

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的典型代表是DBTG系統(tǒng)，也稱CODASYL系統(tǒng)，它是20世紀(jì)70年代數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言研究會CODASYL（ConferenceOnDataSystemsLanguage）下屬的資料庫任務(wù)組（DataBaseTaskGroup，簡稱DBTG）提出的一個系統(tǒng)方案。圖1.23給出了一個抽象的簡單的網(wǎng)狀模型。

返回本節(jié)首頁圖1.24簡單的網(wǎng)狀模型

返回本節(jié)首頁一、網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在資料庫中，把滿足以下兩個條件的基本層次聯(lián)繫集合稱為網(wǎng)狀模型：（1）

允許一個以上的結(jié)點無雙親；（2）

一個結(jié)點可以有多於一個的雙親。它去掉了層次模型的兩個限制，此外它還許兩個結(jié)點之間有多種聯(lián)繫。因此網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界。以教師授課為例，看看網(wǎng)狀資料庫模式是怎樣組織數(shù)據(jù)的。

返回本節(jié)首頁按照常規(guī)語義，一個教師可以講授若干門課程，一門課程可以由多個教師講授，因此教師與課程之間是多對多聯(lián)繫。這裏引進(jìn)一個教師授課的連結(jié)記錄，它由兩個數(shù)據(jù)項組成，即教師號、課程號，表示某個教師講授一門課程。圖1.25為教師授課資料庫的網(wǎng)狀資料庫模式。

一、網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁圖1.25為教師授課資料庫的網(wǎng)狀資料庫模式。

返回本節(jié)首頁二、網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操作與完整性約束

DBTG在模式DDL中提供了定義DBTG資料庫完整性的若干概念和語句，主要有：

(1)支持記錄碼的概念，碼即唯一標(biāo)識記錄的資料項目的集合。(2)保證一個聯(lián)繫中雙親記錄和子女記錄之間是一對多的聯(lián)繫。(3)可以支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束條件。

返回本節(jié)首頁三、網(wǎng)狀模型的存儲結(jié)構(gòu)

常用的方法是鏈接法，包括單向鏈接、雙向鏈接、環(huán)狀鏈接、向首鏈接等，此外其他實現(xiàn)方法，如指引元陣列法、二進(jìn)位陣列法、索引法等,依具體系統(tǒng)不同而不同。教師任課資料庫中，記錄之間的聯(lián)繫用單向環(huán)狀鏈接法實現(xiàn)，如圖1.26所示。返回本節(jié)首頁圖1.26教師/授課/課程的網(wǎng)狀資料庫實例

返回本節(jié)首頁四、網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點

優(yōu)點主要有：

（1）能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界

（2）具有良好的性能，存取效率較高。缺點主要有：（1）結(jié)構(gòu)比較複雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，資料庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越複雜.（2）其DDL、DML語言複雜，用戶不容易使用。

返回本節(jié)首頁1.2.5關(guān)係模型

關(guān)係模型是目前最重要的一種模型。美國IBM公司的研究員E.F.Codd於1970年發(fā)表題為“大型共用系統(tǒng)的關(guān)係資料庫的關(guān)係模型”的論文，文中首次提出了資料庫系統(tǒng)的關(guān)係模型。資料庫領(lǐng)域當(dāng)前的研究工作都是以關(guān)係方法為基礎(chǔ)的。

數(shù)據(jù)模型的三個組成要素，主要體現(xiàn)如下：一、關(guān)係模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、關(guān)係模型的數(shù)據(jù)操縱與約束條件

三、關(guān)係模型的存儲結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁關(guān)係模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

關(guān)係模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。每一行稱為一個元組，每一列稱為一個屬性（或字段）

通過圖1.27所示的教師登記表，介紹關(guān)係模型中的相關(guān)的術(shù)語關(guān)係：一個關(guān)係對應(yīng)一張二維表，圖1.27表示的就是一張教師登記表元組：二維表中的一行稱為一個元組屬性：二維表中的一列稱為一個屬性，對應(yīng)每一個屬性的名字稱為屬性名

主碼：二維表中的某個屬性或是屬性組可以唯一確定一個元組，則稱為主碼，也稱為關(guān)係鍵

返回本節(jié)首頁域：屬性的取值範(fàn)圍稱為域

分量：元組中的一個屬性值

關(guān)係模式：表現(xiàn)為關(guān)係名和屬性集的集合，是對關(guān)係的具體描述。一般表示為：關(guān)係名（屬性1，屬性2,…,屬性N）關(guān)係模型要求關(guān)係必須是規(guī)範(fàn)化的，即要求關(guān)係必須滿足一定規(guī)範(fàn)條件，關(guān)係的每一個分量必須是一個不可分的資料項目，不允許表中還有表.例如:圖1.27

中出產(chǎn)日期是可分的資料項目，出產(chǎn)日期有可以分為年，月，日。因此，圖1.25的表就不符合關(guān)係模型要求。關(guān)係模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁圖1.27關(guān)係模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及術(shù)語返回本節(jié)首頁圖1.28表中有表的示例返回本節(jié)首頁二、關(guān)係模型的數(shù)據(jù)操縱與約束條件

關(guān)係模型的操作主要包括查詢、插入、刪除和修改數(shù)據(jù)。這些操作必須滿足關(guān)係的完整性約束條件，即實體完整性、參照完整性和用戶定義完整性。

在非關(guān)係模型中，操作對象是單個記錄，而關(guān)係模型中的數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對象和操作結(jié)果都是關(guān)係，即若幹元組的集合

.關(guān)係模型把對數(shù)據(jù)的存取路徑向用戶隱蔽起來，從而大大地提高了數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。返回本節(jié)首頁

在關(guān)係數(shù)據(jù)模型中，實體及實體間的聯(lián)繫都用表來表示。在資料庫的物理組織中，表以檔形式存儲，每一個表通常對應(yīng)一種檔結(jié)構(gòu)，也有多個表對應(yīng)一種檔結(jié)構(gòu)。三、關(guān)係模型的存儲結(jié)構(gòu)返回本節(jié)首頁

關(guān)係模型優(yōu)點：（1）有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論根據(jù)。（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用。（3）關(guān)係模型的存取路徑對用戶透明，具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性、更好的安全保密性。關(guān)係模型具有查詢效率不如非關(guān)係模型效率高缺點。為了提高性能，必須對用戶的查詢進(jìn)行優(yōu)化，增加了開發(fā)資料庫管理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。四、關(guān)係模型的優(yōu)缺點

返回本節(jié)首頁表1.2層次、網(wǎng)狀、關(guān)係模型比較表比較項層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)係模型創(chuàng)始1968年IBM公司的IMS系統(tǒng)1969年CODASYL的DBTG報告（1971年通過）1970年E.F.Codd提出關(guān)係模型典型產(chǎn)品IMSIDS/Ⅱ，IMAGE/3000，IDMS等Oracle，Sybase，DB2，SQLServer等盛行時期20世紀(jì)70年代20世紀(jì)70年代到80年代中期20世紀(jì)80年代至今數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)複雜（樹形結(jié)構(gòu)），要加樹形限制複雜（有向圖結(jié)構(gòu)），結(jié)構(gòu)上無需嚴(yán)格限制簡單（二維表），無需嚴(yán)格限制數(shù)據(jù)聯(lián)繫通過指針連接記錄型，聯(lián)繫單一通過指針連接記錄型，聯(lián)繫多樣，較複雜通過聯(lián)繫表（含外碼），聯(lián)繫多樣查詢語言過程式，一次一記錄。查詢方式單一（雙親到子女）過程式，一次一記錄。查詢方式多樣非過程式，一次一集合。查詢方式多樣實現(xiàn)難易在電腦中實現(xiàn)較方便在電腦中實現(xiàn)較困難在電腦中實現(xiàn)較方便數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)樹（研究不規(guī)範(fàn)，不透徹）無向圖（研究不規(guī)範(fàn)，不透徹）關(guān)係理論（關(guān)係代數(shù)、關(guān)係演算），研究深入、透徹、返回本節(jié)首頁表1.3現(xiàn)實世界、資訊世界、機(jī)器世界/關(guān)係資料庫間術(shù)語對照表現(xiàn)實世界資訊世界機(jī)器世界/關(guān)係資料庫事物實體記錄/元組（或行）若干同類事物實體集記錄集（即檔）/元組集（即關(guān)係）若干特徵刻畫的事物實體型記錄型/二維表框架（即關(guān)係模式）事物的特徵屬性字段（或資料項目）/屬性（或列）事物之間的關(guān)聯(lián)實體型（或?qū)嶓w）之間的聯(lián)繫記錄型之間的聯(lián)繫/聯(lián)繫表（外碼）事物某特徵的所有可能值域字段類型/域事物某特徵的一個具體值一個屬性值字段值/分量可區(qū)分同類事物的特徵或若干特徵碼關(guān)鍵字段/關(guān)係鍵（或主碼）返回本節(jié)首頁1.3資料庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

可以有多種不同的層次或不同的角度來考查資料庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。從資料庫管理系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，資料庫系統(tǒng)通常採用三級模式結(jié)構(gòu)。從資料庫外部的體系結(jié)構(gòu)看，資料庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為集中式結(jié)構(gòu)、分佈式結(jié)構(gòu)、客戶/伺服器和並行結(jié)構(gòu)等。

1.3.1資料庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

1.3.2資料庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

1.3.3資料庫管理系統(tǒng)的工作過程返回本章首頁資料庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

資料庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)是指外模式、模式和內(nèi)模式。如圖1.29

一、外模式（ExternalSchema）

外模式也稱子模式（SubSchema）或用戶模式，是三級模式的最外層，它是資料庫用戶能夠看到和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特徵的描述。把普通用戶看到和使用的資料庫內(nèi)容稱為視圖。視圖集也稱為用戶級數(shù)據(jù)庫，它對應(yīng)於外模式。外模式通常是模式的子集。一個資料庫可以有多個外模式。同一外模式也可以為某一用戶的多個應(yīng)用系統(tǒng)所用，但一個應(yīng)用程式只能使用一個外模式。

返回本節(jié)首頁資料庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁圖1.29資料庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)二、模式（Schema）模式又稱概念模式，也稱邏輯模式，是資料庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特徵的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，是數(shù)據(jù)視圖的全部。它是資料庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層。概念模式實際上是資料庫數(shù)據(jù)在邏輯級上的視圖。一個資料庫只有一個模式。定義模式時不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要定義數(shù)據(jù)之間的聯(lián)繫、定義與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求。資料庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁三、內(nèi)模式（InternalSchema）

內(nèi)模式也稱為存儲模式，一個資料庫只有一個內(nèi)模式。它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在資料庫內(nèi)部的表示方式。

資料庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

返回本節(jié)首頁資料庫系統(tǒng)三級模式結(jié)構(gòu)概念比較，請參見表1.4

比較

外模式

模式

內(nèi)模式

定義

也稱子模式或用戶模式，還稱用戶級模式

也稱邏輯模式，還稱概念級模式

也稱存儲模式，還稱物理級模式

是資料庫用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特徵的描述

是資料庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特徵的描述，它包括：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)繫和與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求。

它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述。

特點1

是各個具體用戶所看到的數(shù)據(jù)視圖,是用戶與DB的介面。

是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。一般只有DBA能看到全部

數(shù)據(jù)在資料庫內(nèi)部的表示方式。特點2

可以有多個外模式

只有一個模式

只有一個內(nèi)模式返回本節(jié)首頁資料庫系統(tǒng)三級模式結(jié)構(gòu)概念比較，請參見表1.4比較

外模式

模式

內(nèi)模式

特點3

針對不同用戶，有不同的外模式描述。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)，資料庫中其餘數(shù)據(jù)是不可見的。所以外模式是保證資料庫安全性的一個有力措施。

資料庫模式以某一種數(shù)據(jù)模型(層狀、網(wǎng)狀、關(guān)係)為基礎(chǔ)，統(tǒng)一綜合地考慮所有用戶的需求，並將這些需求有機(jī)地結(jié)合成一個邏輯整體。以前由DBA定義，現(xiàn)基本由DBMS定義。

特點4

面向應(yīng)用程式或最終用戶。由DBA定義與管理。

由DBA定義或由DBMS預(yù)先設(shè)置。

DDL

DBMS提供三種模式的描述語言（DDL）來嚴(yán)格定義三種模式。如：子模式DDL、模式DDL和內(nèi)模式DDL。子模式DDL和用戶選用的程式設(shè)計語言具有相容的語法。如：Cobol子模式DDL。關(guān)係資料庫三種模式的描述語言統(tǒng)一於SQL語言中。

返回本節(jié)首頁資料庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

為了能夠在內(nèi)部實現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)繫和轉(zhuǎn)換，資料庫管理系統(tǒng)在這三級模式之間提供了兩層映象：外模式/模式映象，模式/內(nèi)模式映象。

這兩層映象保證了資料庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。一、外模式/模式映象

模式描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)，外模式描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)。資料庫系統(tǒng)都有一個外模式/模式映象，它定義了該外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)係。當(dāng)模式改變時，由資料庫管理員對各個外模式/模式映象作相應(yīng)改變，可以使外模式保持不變。應(yīng)用程式是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，保證了數(shù)據(jù)與程式的邏輯獨(dú)立性，簡稱為數(shù)據(jù)邏輯獨(dú)立性。

返回本節(jié)首頁二、模式/內(nèi)模式映象

資料庫中只有一個模式，也只有一個內(nèi)模式，所以模式/內(nèi)模式映象是唯一的，它定義了資料庫全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)係。當(dāng)資料庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了，由資料庫管理員對模式/內(nèi)模式映象作相應(yīng)改變，可以使模式保持不變，從而應(yīng)用程式也不必改變。保證了數(shù)據(jù)與程式的物理獨(dú)立性，簡稱為數(shù)據(jù)物理獨(dú)立性。在資料庫的三級模式結(jié)構(gòu)中，資料庫模式即全局邏輯結(jié)構(gòu)是資料庫的中心與關(guān)鍵，它獨(dú)立於資料庫的其他層次。

資料庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

返回本節(jié)首頁資料庫的內(nèi)模式依賴於它的全局邏輯結(jié)構(gòu)，但獨(dú)立於資料庫的用戶視圖即外模式，也獨(dú)立於具體的存儲設(shè)備。資料庫的外模式面向具體的應(yīng)用程式，它定義在邏輯模式之上，但獨(dú)立於內(nèi)模式和存儲設(shè)備。資料庫的二級映象保證了資料庫外模式的穩(wěn)定性，從而根本上保證了應(yīng)用程式的穩(wěn)定性，使得資料庫系統(tǒng)具有較高的數(shù)據(jù)與程式的獨(dú)立性。資料庫的三級模式與二級映象使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程式中分離出去。

資料庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

返回本節(jié)首頁1.3.3資料庫管理系統(tǒng)的工作過程

資料庫管理系統(tǒng)控制的數(shù)據(jù)操作過程基於資料庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)與二級映象功能，總體操作過程能從其讀或?qū)懸粋€用戶記錄的過程大體反映出來。下麵就以應(yīng)用程式從資料庫中讀取一個用戶記錄的過程（如圖1.27所示）來說明。按照步驟解釋運(yùn)行過程如下：（1）應(yīng)用程式A向DBMS發(fā)出從資料庫中讀用戶數(shù)據(jù)記錄的命令；（2）DBMS對該命令進(jìn)行語法檢查、語義檢查，並調(diào)用應(yīng)用程式A對應(yīng)的子模式，檢查A的存取許可權(quán)，決定是否執(zhí)行該命令。如果拒絕執(zhí)行，則轉(zhuǎn)（10）向用戶返回錯誤資訊返回本節(jié)首頁1.3.3資料庫管理系統(tǒng)的工作過程

返回本節(jié)首頁圖1.30DBMS讀取用戶記錄的過程示意圖1.3.3資料庫管理系統(tǒng)的工作過程

（3）在決定執(zhí)行該命令後，DBMS調(diào)用模式，依據(jù)子模式/模式映象的定義，確定應(yīng)讀入模式中的哪些記錄；（4）DBMS調(diào)用內(nèi)模式，依據(jù)模式/內(nèi)模式映象的定義，決定應(yīng)從哪個檔、用什麼存取方式、讀入哪個或哪些物理記錄；（5）DBMS向操作系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行讀取所需物理記錄的命令；返回本節(jié)首頁（6）操作系統(tǒng)執(zhí)行從物理檔中讀數(shù)據(jù)的有關(guān)操作；（7）操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從資料庫的存儲區(qū)送至系統(tǒng)緩衝區(qū)；（8）DBMS依據(jù)內(nèi)模式/模式（模式/內(nèi)模式映象的反方向看待，並不是另一種新映象，模式/子模式映象也是類似情況）、模式/子模式映象的定義，導(dǎo)出應(yīng)用程式A所要讀取的記錄格式；1.3.3資料庫管理系統(tǒng)的工作過程

返回本節(jié)首頁（9）DBMS將數(shù)據(jù)記錄從系統(tǒng)緩衝區(qū)傳送到應(yīng)用程式A的用戶工作區(qū)；（10）DBMS向應(yīng)用程式A返回命令執(zhí)行情況的狀態(tài)資訊。至此，DBMS就完成了一次讀用戶數(shù)據(jù)記錄的過程。DBMS向資料庫寫一個用戶數(shù)據(jù)記錄的過程經(jīng)歷的環(huán)節(jié)類似於讀，只是過程基本是相反而已。由DBMS控制的大量用戶數(shù)據(jù)的存取操作，可以理解為就是由許許多多這樣的讀或?qū)懙幕具^程組合完成的。

1.3.3資料庫管理系統(tǒng)的工作過程

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1.4資料庫系統(tǒng)的組成

資料庫系統(tǒng)是指電腦系統(tǒng)中引入資料庫後的整個人機(jī)系統(tǒng)。為此，資料庫系統(tǒng)應(yīng)由電腦硬體、資料庫、電腦軟體及各類人員組成。一、硬體平臺二、資料庫資料庫是存放數(shù)據(jù)的地方，是存儲在電腦內(nèi)有組織的大量可共用的數(shù)據(jù)集合，具有盡可能少的冗餘和較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，有完整的自我保護(hù)能力和數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。返回本章首頁

1.4資料庫系統(tǒng)的組成

三、軟體資料庫系統(tǒng)的軟體主要包括：（1）支持DBMS運(yùn)行的操作系統(tǒng)；（2）DBMS：DBMS可以通過操作系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取、管理和維護(hù)；（3）具有與資料庫介面的高級語言及其編譯系統(tǒng)；（4）以DBMS為核心的應(yīng)用開發(fā)工具，為特定應(yīng)用環(huán)境開發(fā)的資料庫應(yīng)用系統(tǒng)。

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四、用戶進(jìn)行管理和維護(hù)資料庫系統(tǒng)的人員——資料庫管理員；具體職責(zé)包括：（1）決定資料庫中的資訊內(nèi)容和結(jié)構(gòu)（2）決定資料庫的存儲結(jié)構(gòu)和存取策略（3）定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件（4）監(jiān)控資料庫的使用和運(yùn)行（5）資料庫的改進(jìn)和重組重構(gòu)

1.4資料庫系統(tǒng)的組成

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資料庫應(yīng)用系統(tǒng)分析設(shè)計的人員——系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員；具體開發(fā)資料庫系統(tǒng)的人員——資料庫應(yīng)用程式員；使用資料庫系統(tǒng)的人員——最終用戶。

1.4資料庫系統(tǒng)的組成

返回本章首頁1.5資料庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展*

1.5.1資料庫技術(shù)的研究領(lǐng)域資料庫技術(shù)的研究領(lǐng)域十分廣泛，概括地而言包括以下三方面：

1、DBMS系統(tǒng)軟體的研製

2、資料庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的研製

3、資料庫理論的研究

1.5.2資料庫技術(shù)的發(fā)展資料庫技術(shù)產(chǎn)生於20世紀(jì)60年代中期，由於其在商業(yè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用，在20世紀(jì)80年代後，得到迅速推廣，新的應(yīng)用對數(shù)據(jù)庫技術(shù)在數(shù)據(jù)存儲和管理方面提出了更高的要求，從而進(jìn)一步推動了資料庫技術(shù)的發(fā)展。返回本章首頁1、數(shù)據(jù)模型的發(fā)展和三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型是資料庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)模型的發(fā)展帶動著數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代。數(shù)據(jù)模型的發(fā)展可以分為三個階段:第一階段為格式化數(shù)據(jù)模型，包括層次數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型第二階段為關(guān)係數(shù)據(jù)模型第三階段則是以面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型為代表的非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型1.5資料庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁據(jù)上述的數(shù)據(jù)模型三個發(fā)展階段，資料庫系統(tǒng)也可以相應(yīng)地劃分為三代：第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為層次與網(wǎng)狀資料庫系統(tǒng)第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為關(guān)係資料庫系統(tǒng)新一代資料庫系統(tǒng)（即第三代）的發(fā)展呈現(xiàn)百花齊放的局面1.5資料庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁2、資料庫技術(shù)與其他相關(guān)技術(shù)的結(jié)合

將資料庫技術(shù)與其他相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，是當(dāng)代資料庫技術(shù)發(fā)展的主要特徵之一

(1)面向?qū)ο筚Y料庫系統(tǒng)面向?qū)ο筚Y料庫系統(tǒng)是資料庫技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。1.5資料庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁(2)分佈式資料庫系統(tǒng)分佈式資料庫系統(tǒng)是資料庫技術(shù)與電腦網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。(3)並行資料庫系統(tǒng)並行資料庫系統(tǒng)就是在並行電腦上運(yùn)行的具有並行處理能力的資料庫系統(tǒng)，它是資料庫技術(shù)與並行電腦技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。1.5資料庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁(4)多媒體資料庫系統(tǒng)多媒體資料庫系統(tǒng)是資料庫技術(shù)與多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。(5)主動資料庫系統(tǒng)主動資料庫系統(tǒng)是資料庫技術(shù)與人工智慧技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

(6)模糊資料庫系統(tǒng)模糊資料庫系統(tǒng)是資料庫技術(shù)與模糊技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

1.5資料庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

返回本章首頁3、資料庫技術(shù)的新應(yīng)用資料庫技術(shù)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，也導(dǎo)致了一些新型資料庫系統(tǒng)的出現(xiàn)，這些應(yīng)用領(lǐng)域往往無法直接使用傳統(tǒng)資料庫系統(tǒng)來管理和處理其中的數(shù)據(jù)對象。(1)數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)(2)工程資料庫系統(tǒng)1.5資料庫技術(shù)的研究領(lǐng)域及其發(fā)展

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1.6小結(jié)

本章概述了資料庫的基本概念，介紹了數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的三個階段及各自的優(yōu)缺點，說明了資料庫系統(tǒng)的優(yōu)點。數(shù)據(jù)模型是資料庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。本章介紹了組成數(shù)據(jù)模型的三要素及其內(nèi)涵、概念模型和三種主要的資料庫模型。概念模型也稱資訊模型，用於資訊世界的建模，E-R模型是這類模型的典型代表，E-R方法簡單、清晰，應(yīng)用十分廣泛。數(shù)據(jù)模型包括非關(guān)係模型（層次模型和網(wǎng)狀模型）和關(guān)係模型。本章簡要地講解了層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)係模型，而關(guān)係模型將在後續(xù)章節(jié)中作更詳細(xì)的介紹。返回本章首頁

1.6小結(jié)

資料庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括三級模式和兩層映象。資料庫系統(tǒng)三級模式和兩層映象的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保證了資料庫系統(tǒng)中能夠具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。資料庫系統(tǒng)不僅是一個電腦系統(tǒng)，而且是一個人-機(jī)系統(tǒng)，人的作用特別是DBA的作用最為重要。返回本章首頁習(xí)題一、選擇題1、（）是位於用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟體。資料庫在建立、使用和維護(hù)時由其統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制。

A．DBMSB．DBC．DBSD．DBA2、文字、圖形、圖像、聲音、學(xué)生的檔案記錄、貨物的運(yùn)輸情況等，這些都是（）

A．DATAB．DBSC．DBD．其他3、目前（）資料庫系統(tǒng)已逐漸淘汰了網(wǎng)狀資料庫和層次資料庫，成為當(dāng)今最為流行的商用資料庫系統(tǒng)。

A．關(guān)係B．面向?qū)ο驝．分佈D．對象-關(guān)係4、（）是刻畫一個數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面。因此在資料庫系統(tǒng)中，人們通常按它的類型來命名數(shù)據(jù)模型。

A．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B．?dāng)?shù)據(jù)操縱C．完整性約束D．?dāng)?shù)據(jù)聯(lián)繫5、()屬於資訊世界的模型，實際上是現(xiàn)實世界到機(jī)器世界的一個中間層次。

A．?dāng)?shù)據(jù)模型B．概念模型C．非關(guān)係模型D．關(guān)係模型返回本章首頁習(xí)題6、當(dāng)資料庫的()改變了，由資料庫管理員對()映象作相應(yīng)改變，可以使()保持不變，從而保證了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。

(1)模式(2)存儲結(jié)構(gòu)(3)外模式/模式(4)用戶模式(5)模式/內(nèi)模式

A．(1)和(3)和(4)B．(1)和(5)和(3)C．(2)和(5)和(1)D．(1)和(2)和(4)7、資料庫的三級體系結(jié)構(gòu)即子模式、模式與內(nèi)模式是對()的三個抽象級別。

A．資訊世界B．資料庫系統(tǒng)

C．?dāng)?shù)據(jù)D．資料庫管理系統(tǒng)8、英文縮寫DBA代表()A．資料庫管理員B．資料庫管理系統(tǒng)

C．?dāng)?shù)據(jù)定義語言D．?dāng)?shù)據(jù)操縱語言9、模式和內(nèi)模式()。

A．只能各有一個B．最多只能有一個

C．至少兩個D．可以有多個返回本章首頁10、在資料庫中存儲的是()。

A．?dāng)?shù)據(jù)B．資訊C．?dāng)?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)繫D．?dāng)?shù)據(jù)模型的定義二、填空題1、資料庫就是長期儲存在電腦內(nèi)_________、_________的數(shù)據(jù)集合。2、數(shù)據(jù)管理技術(shù)已經(jīng)曆了人工管理階段、___________和___________三個發(fā)展階段。3、數(shù)據(jù)模型通常都是由_________、_________和__________三個要素組成。4、資料庫系統(tǒng)的主要特點：___________________、數(shù)據(jù)冗餘度小、具有較高的數(shù)據(jù)程式獨(dú)立性、具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能等。5、用二維表結(jié)構(gòu)表示實體以及實體間聯(lián)繫的數(shù)據(jù)模型稱為_____________數(shù)據(jù)模型。6、在資料庫的三級模式體系結(jié)構(gòu)中，外模式與模式之間的映象，實現(xiàn)了資料庫的____________獨(dú)立性。7、資料庫系統(tǒng)是以____為中心的系統(tǒng)。8、E-R圖表示的概念模型比________更一般、更抽象、更接近現(xiàn)實世界。習(xí)題返回本章首頁9、外模式，亦稱為子模式或用戶模式，是__________能夠看到和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特徵的描述。10、資料庫系統(tǒng)的軟體主要包括支持__________運(yùn)行的操作系統(tǒng)以及_________本身。三、簡答題1、簡述電腦數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的三個階段。2、常用的三種數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各有什麼特點？3、試述資料庫系統(tǒng)的特點。4、試述數(shù)據(jù)模型的概念、數(shù)據(jù)模型的作用和數(shù)據(jù)模型的三要素。5、試述概念模型的作用。6、定義並理解概念模型中的以下術(shù)語：實體、實體型、實體集、屬性、碼、實體聯(lián)繫圖（E-R圖）、三種聯(lián)繫類型7、學(xué)校有若干個系，每個系有若干班級和教研室，每個教研室有若干教師，每個教師只教一門課，每門課可由多個教師教；每個班有若干學(xué)生，每個學(xué)生選修若干課程，每門課程可由若干學(xué)生選修。請用E-R圖畫出該學(xué)校的概念模型，注明聯(lián)繫類型。習(xí)題返回本章首頁2.1關(guān)係模型

關(guān)係模型由關(guān)係數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)係操作集合和關(guān)係完整性約束三部分組成。

關(guān)係數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

關(guān)係操作集合

關(guān)係完整性返回本章首頁1、關(guān)係模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——關(guān)係

關(guān)係模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：非常單一，在用戶看來，關(guān)係模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。但關(guān)係模型的這種簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠表達(dá)豐富的語義，描述出現(xiàn)實世界的實體以及實體間的各種聯(lián)繫。BACK2、關(guān)係操作關(guān)係操作包括：選擇（select）、投影(project)、連接(join)、除(divide)、並(union)、交(intersection)、差(difference)等查詢(query)操作和增加(insert)、刪除(delete)、修改(update)等更新操作兩大部分。查詢的表達(dá)能力是其中最主要的部分。關(guān)係操作表示方式：代數(shù)方式→關(guān)係代數(shù)邏輯方式→關(guān)係演算：元組關(guān)係演算和域關(guān)係演算關(guān)係數(shù)據(jù)語言可以分成三類：關(guān)係代數(shù)：用對關(guān)係的集合運(yùn)算表達(dá)查詢要求，例如ISBL。關(guān)係演算：用謂詞表達(dá)查詢要求，可分為兩類：①元組關(guān)係演算：謂詞變元的基本對象是元組變數(shù)，例如APLHA、QUEL；②域關(guān)係演算：謂詞變元的基本對象是域變數(shù)，例如QBE。關(guān)係數(shù)據(jù)語言，例如SQL。BACK3、關(guān)係的三類完整性約束關(guān)係模型提供了豐富的完整性控制機(jī)制，允許定義三類完整性：實體完整性、參照完整性和用戶自定義的完整性。其中實體完整性和參照完整性是關(guān)係模型必須滿足的完整性約束條件，應(yīng)該由關(guān)係系統(tǒng)自動支持。用戶自定義的完整性是應(yīng)用領(lǐng)域特殊要求而需要遵循的約束條件，體現(xiàn)了具體領(lǐng)域中的語義約束。下麵將從數(shù)據(jù)模型的三要素出發(fā)，逐步介紹關(guān)係模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（包括關(guān)係的形式化定義及有關(guān)概念）、關(guān)係的三類完整性約束、關(guān)係代數(shù)與關(guān)係演算操作等。BACK2.2關(guān)係數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其形式化定義

2.2.1

關(guān)係

2.2.2

關(guān)係模式

2.2.3

關(guān)係資料庫

在關(guān)係模型中，無論是實體還是實體之間的聯(lián)繫均由單一的結(jié)構(gòu)類型即關(guān)係（二維表）來表示關(guān)係模型是建立在集合代數(shù)的基礎(chǔ)上的，這裏我們從集合論角度給出關(guān)係數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式化定義。返回本章首頁2.2.1

關(guān)係⒈域（Domain）定義2.1

域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。又稱為值域(用D表示)。域中所包含的值的個數(shù)稱為域的基數(shù)（用m表示）。在關(guān)係中就是用域來表示屬性的取值範(fàn)圍的。

例如，自然數(shù)、整數(shù)、實數(shù)、長度小於10位元組的字串集合、1-16之間的整數(shù)都是域，又如：

D1={張三，李四}

D1的基數(shù)m1為2D2={男，女}D2的基數(shù)m2為2D3={19，20，21}D3的基數(shù)m3為3BACK⒉笛卡爾積（CartesianProduct）定義2.2

給定一組域D1、D2、…Dn(這些域中可以包含相同的元素,即可以完全不同,也可以部分或全部相同),D1、D2、…Dn

的笛卡爾積為：D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜di∈Di，i＝1，2，…，n｝由定義可以看出，笛卡爾積也是一個集合。其中：(1)其中每一個元素（d1，d2，…，dn）叫作一個n元組（n-tuple），或簡稱為元組（Tuple）。但元組不是di的集合，元組由di按序排列而成。(2)元素中的每一個值di叫作一個分量（Component）。分量來自相應(yīng)的域（di∈Di）。(3)若Di（i＝1，2，…，n）為有限集，其基數(shù)（Cardinalnumber）為mi（i＝1，2，…，n），則D1×D2×…×Dn

的基數(shù)為n個域的基數(shù)累乘之積，即M=(4)笛卡爾積可表示為一個二維表。表中的每行對應(yīng)一個元組，表中的每列對應(yīng)一個域。BACK例如D1與D2的笛卡爾積：姓名性別張三男張三女李四男李四女D1×D2={（張三，男），（張三，女），（李四，男），（李四，女）}可以表示成二維表，如下表2.1所示：表2.1笛卡爾積D1×D2D1×D2×D3={（張三，男，19），（張三，男，20），（張三，男，21），（張三，女，19），（張三，女，20），（張三，女，21），（李四，男，19），（李四，男，20），（李四，男，21），（李四，女，19），（李四，女，20），（李四，女，21）}BACK⒊關(guān)係（Relation）定義2.3D1×D2×…×Dn的任一子集叫作在域D1,D2,…,Dn

上的關(guān)係，用R(D1,D2,…Dn)表示。如上例中D1×D2

笛卡爾積的子集可以構(gòu)成關(guān)係T1，如下表2.3所示：姓名性別張三男李四女表2.3D1×D2笛卡爾積的子集（關(guān)係T1）R表示關(guān)係的名字，n是關(guān)係的目或度（Degree）。當(dāng)n=1時，稱為單元關(guān)係。當(dāng)n=2時，稱為二元關(guān)係?！?dāng)n=m時，稱為m元關(guān)係。關(guān)係中的每個元素是關(guān)係中的元組，通常用t表示。BACK基本概念：關(guān)係：是笛卡爾積的子集，所以關(guān)係也是一個二維表。元組：對應(yīng)表的每行域：對應(yīng)表的每列屬性（Attribute）：由於域可以相同，為了加以區(qū)分，必須對每列起一個唯一的名字。候選碼（Candidatekey）：若關(guān)係中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識一個元組，則稱該屬性組為候選碼。關(guān)係至少含有一個候選碼。主碼（Primarykey）：若一個關(guān)係有多個候選碼，則選定其中一個為主控使用者稱為主碼。主屬性（Primeattribute）：候選碼中的諸屬性。非主屬性（Non-keyattribute）：不包含在任何侯選碼中的屬性。在最簡單的情況下，侯選碼只包含一個屬性。全碼（All-key）：關(guān)係模式的所有屬性組是這個關(guān)係模式的侯選碼，稱為全碼（All-key）。BACK基本關(guān)係的性質(zhì)：①列是同質(zhì)的（Homogeneous），即每一列中的分量是同一類型的數(shù)據(jù)，來自同一個域。②不同的列可出自同一個域，稱其中的每一列為一個屬性，不同的屬性要給予不同的屬性名。③列的順序無所謂，即列的次序可以任意交換。④任意兩個元組不能完全相同。⑤行的順序無所謂，即行的次序可以任意交換。⑥分量必須取原子值，即每一個分量都必須是不可分的資料項目。BACK表2.4課程關(guān)係C課程名學(xué)時理論實驗資料庫5220C語言4520數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5530課程名理論學(xué)時實驗學(xué)時資料庫5220C語言4520數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5530

如表2.4的關(guān)係就不規(guī)範(fàn)，存在“表中有表”現(xiàn)象，可將它進(jìn)行規(guī)範(fàn)化為表2.5所示的關(guān)係。

關(guān)係模型要求關(guān)係必須是規(guī)範(fàn)化的，即要求關(guān)係模式必須滿足一定的規(guī)範(fàn)條件。這些規(guī)範(fàn)條件中最基本的一條就是，關(guān)係的每一個分量必須是不可再分的資料項目。規(guī)範(fàn)化的關(guān)係稱為範(fàn)式。例如：BACK表2.5課程關(guān)係C2.2.2關(guān)係模式關(guān)係模式是一個5元組:

定義2.4

關(guān)係的描述稱為關(guān)係模式（RelationSchema）。一個關(guān)係模式應(yīng)當(dāng)是一個五元組。它可以形式化地表示為：R（U,D,dom,F）。其中R為關(guān)係名，U為組成該關(guān)係的屬性名集合，D為屬性組U中屬性所來自的域的集合，dom為屬性向域的映象集合，F(xiàn)為屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)係集合。關(guān)係模式通?？梢院営洖椋篟(A1,A2,…,An)或R(U)。其中R為關(guān)係名，A1,A2,…,An為屬性名。而功能變數(shù)名稱及屬性向域的映象常常直接說明為屬性的類型、長度。關(guān)係實際上就是關(guān)係模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容。也就是說，關(guān)係模式是型，關(guān)係是它的值。關(guān)係模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的，而關(guān)係是動態(tài)的、隨時間不斷變化的，因為關(guān)係操作在不斷地更新著數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。把關(guān)系模式和關(guān)係統(tǒng)稱為關(guān)係。BACK2.2.2關(guān)係模式BACK關(guān)係模式的五元組可以如圖2.1來說明，通過這五個方面，一個關(guān)係被充分地刻畫、描述出來了。圖2.1關(guān)係模式的五元組示意圖2.2.3關(guān)係資料庫

在關(guān)係模型中，實體以及實體間的聯(lián)繫都是用關(guān)係來表示。例如學(xué)生實體、課程實體、學(xué)生與課程之間的多對多選課聯(lián)繫都可以分別用一個關(guān)係（或二維表）來表示。在一個給定的現(xiàn)實世界領(lǐng)域中，所有實體及實體之間的聯(lián)繫的關(guān)係的集合構(gòu)成一個關(guān)係資料庫。關(guān)係資料庫也有型和值之分。關(guān)係資料庫的型也稱為關(guān)係資料庫模式，是對關(guān)係資料庫的描述，是關(guān)係模式的集合。關(guān)係資料庫的值也稱為關(guān)係資料庫，是關(guān)係的集合。關(guān)係資料庫模式與關(guān)係資料庫通常統(tǒng)稱為關(guān)係資料庫。BACK2.3關(guān)係的完整性

關(guān)係模型的完整性規(guī)則是對關(guān)係的某種約束條件。關(guān)係模型中可以有三類完整性約束：實體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。

實體完整性

參照完整性

自定義完整性返回本章首頁

規(guī)則2.1

實體完整性規(guī)則：若屬性組（或?qū)傩裕㎏是基本關(guān)係R的主碼（或稱主關(guān)鍵字），則所有元組K的取值唯一，並且K中屬性不能全部或部分取空值。例如：在課程關(guān)係T中，若“課程名”屬性為主碼，則“課程名”屬性不能取空值，並且課程名要唯一。對於實體完整性規(guī)則說明如下：實體完整性規(guī)則是針對基本關(guān)係而言的。一個基本表通常對應(yīng)現(xiàn)實世界的一個實體集。關(guān)係模型中以主碼作為其唯一性標(biāo)識，主碼中屬性即主屬性不能取空值。BACK一、實體完整性（EntityIntegrity）二、參照完整性（Referentialintegrity）[例1]學(xué)生實體和專業(yè)實體可以用下麵的關(guān)係表示，其中主碼用下劃線標(biāo)識：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，年齡，系別號）系別（系別號，系名）

定義2.5

設(shè)F是基本關(guān)係R的一個或一組屬性，但不是關(guān)係R的碼，如果F與基本關(guān)係S的主碼Ks相對應(yīng)，則稱F是基本關(guān)係R的外碼（Foreignkey），並稱基本關(guān)係R為參照關(guān)係（Referencingrelation），基本關(guān)係S為被參照關(guān)係（Referencedrelation）或目標(biāo)關(guān)係（Targetrelation）。關(guān)係R和S可能是相同的關(guān)係，即自身參照。

目標(biāo)關(guān)系S的主碼Ks和參照關(guān)係的外碼F必須定義在同一個（或一組）域上。參照完整性規(guī)則就是定義外碼與主碼之間的引用規(guī)則。BACK[例２]學(xué)生，課程，學(xué)生與課程之間的多對多聯(lián)繫可以如下三個關(guān)係表示：

學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，年齡，系別號）

課程（課程號，課程名，課時）

選修（學(xué)號，課程號，成績）

例1中，學(xué)生關(guān)係的“系別號”與系別關(guān)係的“系別號”相對應(yīng)，因此，“系別號”屬性是學(xué)生關(guān)係的外碼，是系別關(guān)係的主碼。這裏系別關(guān)係是被參照關(guān)係，學(xué)生關(guān)係為參照關(guān)係。例2中，選修關(guān)係的“學(xué)號”屬性與學(xué)生關(guān)係的“學(xué)號”屬性相對應(yīng)，“課程號”屬性與課程關(guān)係的“課程號”屬性相對應(yīng)，因此“學(xué)號”和“課程號”屬性是選修關(guān)係的外碼，這裏學(xué)生關(guān)係和課程關(guān)係均為被參照關(guān)係，選修關(guān)係為參照關(guān)係。BACK規(guī)則2.2

參照完整性規(guī)則：若屬性（或?qū)傩越M）F是基本關(guān)係R的外碼，它與基本關(guān)係S的主碼Ks相對應(yīng)（基本關(guān)係R和S可能是相同的關(guān)係），則對於R中每個元組在F上的值必須為：或者取空值（F的每個屬性值均為空值）；或者等於S中某個元組的主碼值。例如，例1中學(xué)生關(guān)係中的每個元組的“系別號”屬性只能取下麵兩類值：空值，表示尚未給該學(xué)生分配系別非空值，這是該值必須是系別關(guān)係中某個元組的“系別號”的值，表示該學(xué)生不可能分配到一個不存在的系中。即被參照關(guān)係“系別”中一定存在一個元組，它的主碼值等於該參照關(guān)係“學(xué)生”中的外碼值。對於例2，按照參照完整性規(guī)則，“學(xué)號”和“課程號”屬性也可以取兩類值：空值或目標(biāo)關(guān)係中已經(jīng)存在的值。但由於“學(xué)號”和“課程號”是選修關(guān)係中的主屬性，按照實體完整性規(guī)則，它們均不能取空值。所以選修關(guān)係中的“學(xué)號”和“課程號”屬性實際上只能取相應(yīng)被參照關(guān)係中已經(jīng)存在的主碼值。BACK三、用戶定義完整性（User-definedintegrity）

實體完整性和參照性適用於任何關(guān)係資料庫系統(tǒng)。除此之外，不同的關(guān)係資料庫系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同，往往還需要能制定一些特殊的約束條件。用戶定義的完整性就是針對某一具體應(yīng)用的關(guān)係資料庫所制定約束條件，它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。關(guān)係模型應(yīng)提供定義和檢驗這類完整性的機(jī)制，以便用統(tǒng)一的系統(tǒng)的方法處理它們，而不要由應(yīng)用程式承擔(dān)這一功能。BACK關(guān)係完整性約束示意圖BACK圖2.2關(guān)係完整性約束示意圖2.4關(guān)係代數(shù)

關(guān)係代數(shù)是一種抽象的查詢語言，用對關(guān)係的運(yùn)算來表達(dá)關(guān)係操作，關(guān)係代數(shù)是研究關(guān)係數(shù)據(jù)操作語言的一種較好的數(shù)學(xué)工具。

集合運(yùn)算

關(guān)係運(yùn)算返回本章首頁2.4關(guān)係代數(shù)返回本章首頁

關(guān)係代數(shù)以一個或兩個關(guān)係為輸入（或稱為操作對象），產(chǎn)生一個新的關(guān)係作為其操作結(jié)果。即其運(yùn)算對象是關(guān)係，運(yùn)算結(jié)果亦為關(guān)係。關(guān)係代數(shù)用到的運(yùn)算符包括四類：集合運(yùn)算符、專門的關(guān)係運(yùn)算符、算術(shù)比較符和邏輯運(yùn)算符，如表2.6所示，各運(yùn)算操作示意圖如圖2.3所示。運(yùn)算符含義運(yùn)算符含義集合運(yùn)算符∪∩-並交差比較運(yùn)算符＞≥＜≤＝≠大於大於等於小於小於等於等於不等於專門的關(guān)系運(yùn)算符×σ∏÷∞廣義笛卡爾積選取投影除連接邏輯運(yùn)算符∧∨?與或非表2.6關(guān)係代數(shù)的運(yùn)算符2.4關(guān)係代數(shù)返回本章首頁圖2.3關(guān)係代數(shù)運(yùn)算操作示意圖2.4.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算BACK

傳統(tǒng)的集合運(yùn)算是二目運(yùn)算，包括並、交、差、廣義笛卡爾積四種運(yùn)算，其關(guān)係操作示意如圖2.4所示。圖2.4傳統(tǒng)集合運(yùn)算關(guān)係操作示意圖2.4.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算

設(shè)關(guān)係R和關(guān)係S具有相同的目n（即兩個關(guān)係都有n個屬性），且相應(yīng)的屬性取自同一個域，則關(guān)係R與關(guān)係S的並由屬於R或?qū)凫禨的所有元組組成。記作：R∪S={t|tR∨tS}，其結(jié)果關(guān)係仍為n目關(guān)係，由屬於R或?qū)凫禨的元組組成。關(guān)係的並操作對應(yīng)於關(guān)係的插入或添加記錄的操作，俗稱“+”操作，是關(guān)係代數(shù)的基本操作。⒈並（Union）

XYZx1y1z1x1y3z2x2y3z3XYZx1y1z2x1y3z2x2y3z3XYZx1y1z1x1y3z2x1y1z2

x2y3z3RRUSSBACK⒉差（Difference）設(shè)關(guān)係R和關(guān)係S具有相同的目n，且相應(yīng)的屬性取自同一個域，則關(guān)係R與關(guān)係S的差由屬於R而不屬於S的所有元組組成。記作：R－S={t|tR∧tS}其結(jié)果關(guān)係仍為n目關(guān)係，由屬於R而不屬於S的所有元