數(shù)據(jù)庫原理及應用教程（第5版） （微課版）課件 第1章　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

北京林業(yè)大學數(shù)據(jù)庫原理與應用信息時代面對大量的信息和數(shù)據(jù)，如何有效地對數(shù)據(jù)進行收集、組織、存儲、加工、傳播、管理和使用，是數(shù)據(jù)管理必需解決的問題。數(shù)據(jù)庫就是一種數(shù)據(jù)管理技術，可以幫助我們科學地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和處理數(shù)據(jù)，更廣泛、更安全地共享數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫技術是計算機相關專業(yè)的重要專業(yè)核心課程。數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成本章目錄CONTENTS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構與外部體系結(jié)構三個世界及其有關概念數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述信息、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生與發(fā)展CONTENTS本節(jié)目錄數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生與發(fā)展信息、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理信息及其特征信息是人腦對現(xiàn)實世界事物的存在方式、運動狀態(tài)以及事物之間聯(lián)系的抽象反映。學號：S1姓名：趙亦性別：女年齡：17歲所在系：計算機是該同學當前存在狀態(tài)的反映信息及其特征源于物質(zhì)和能量可以感知可存儲、加工、傳遞和再生信息的特征數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是用來記錄信息的可識別的符號組合，是信息的具體表現(xiàn)形式。S1趙亦女17歲計算機例如，數(shù)據(jù)：（趙亦，計算機）數(shù)據(jù)和它的語義是不可分割的，給數(shù)據(jù)賦予不同的語義，對數(shù)據(jù)有不同的解釋。當給數(shù)據(jù)賦予特定語義后，它們就轉(zhuǎn)換為可傳遞的信息。數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式可用多種不同的數(shù)據(jù)形式表示同一信息，而信息不隨數(shù)據(jù)形式的不同而改變。數(shù)字文字圖形圖象聲音等如：“2000年碩士研究生將擴招30%”，其中的數(shù)據(jù)可改為漢字形式“兩千年”、“百分之三十”，而表達的信息是一致的。數(shù)據(jù)與信息的聯(lián)系如，上例中的數(shù)據(jù)“2000”、“30%”被賦予了特定的語義，此處的2000表示的是“2000年”，30%表示的是“研究生將擴招30%”。它們具有了傳遞信息的功能。數(shù)據(jù)是信息的符號表示信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對數(shù)據(jù)的語義解釋信息=數(shù)據(jù)+語義數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理將數(shù)據(jù)加工并轉(zhuǎn)換成信息的過程，包括數(shù)據(jù)的收集、管理、加工利用（計算）、傳播等一系列活動的總和數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)是原料，是輸入，而信息是產(chǎn)出，是輸出結(jié)果。數(shù)據(jù)＋數(shù)據(jù)處理=信息（１）是從大量的原始數(shù)據(jù)中抽取和推導出有價值的信息，作為決策的依據(jù)；（２）是借助計算機科學地保存和管理大量復雜的數(shù)據(jù)，以便人們能夠方便地充分利用這些信息資源。數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理的核心，指數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、存儲、檢索、維護等工作。數(shù)據(jù)管理對數(shù)據(jù)管理技術的優(yōu)劣，直接影響數(shù)據(jù)處理的效果。數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫技術正是瞄準這一目標而研究、發(fā)展并完善起來的專門技術。數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生與發(fā)展隨著計算機硬件和軟件的發(fā)展，數(shù)據(jù)管理技術經(jīng)歷了從低級到高級的發(fā)展階段，即：人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫管理階段文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段（50年代后期至60年代中期）計算機不僅用于科學計算，還大量用于信息管理。隨著數(shù)據(jù)量的增加，數(shù)據(jù)的存儲、檢索和維護成為緊迫的需要硬件有了磁盤、磁鼓等直接存儲設備軟件方面，出現(xiàn)了高級語言和操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)中有了專門管理數(shù)據(jù)的軟件，稱為文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)階段的特點數(shù)據(jù)可以文件形式長期保存在外部存儲器的磁盤上，可被多次反復使用，應用程序?qū)ξ募M行查詢、修改和插入操作。文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理。數(shù)據(jù)組織成具有一定結(jié)構的記錄，并以文件的形式存儲在存儲設備上，程序只需用文件名就可與數(shù)據(jù)打交道，不必關心數(shù)據(jù)的物理存儲（位置、結(jié)構等），由文件系統(tǒng)提供存取方法（讀/寫）。文件系統(tǒng)階段的特點文件系統(tǒng)階段應用程序與數(shù)據(jù)之間的對應關系應用程序1應用程序2文件1文件2應用程序n文件n文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)階段的特點數(shù)據(jù)和程序有了一定的獨立性。文件系統(tǒng)在程序與數(shù)據(jù)文件之間的存取轉(zhuǎn)換作用。應用程序1應用程序2文件1文件2應用程序n文件n文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)階段的特點文件組織形式多樣化，便于存儲和查找數(shù)據(jù)，如順序文件、索引文件等。數(shù)據(jù)具有一定的共享性。數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，可以重復使用。文件系統(tǒng)階段還存在如下一些問題（1）數(shù)據(jù)共享性差、冗余度大。一個文件基本上對應于一個應用程序，即文件仍然是面向應用的，文件間相互獨立，缺乏聯(lián)系。（2）數(shù)據(jù)不一致性。這通常是由數(shù)據(jù)冗余造成的。文件系統(tǒng)階段還存在如下一些問題文件結(jié)構的設計仍然基于特定的應用，一旦改變數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構，必須修改相應的應用程序。而應用程序發(fā)生變化，如改用另一種程序設計語言來編寫程序，也需修改數(shù)據(jù)結(jié)構，程序與數(shù)據(jù)間的依賴關系并未根本改變。（3）數(shù)據(jù)獨立性差（4）數(shù)據(jù)間的聯(lián)系弱。文件與文件之間是獨立的，文件間的聯(lián)系必須通過程序來構造。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（60年代中期以后）硬件方面出現(xiàn)了大容量、存取快速的磁盤，使計算機聯(lián)機存取大量數(shù)據(jù)成為可能。硬件價格下降和軟件價格上升，使開發(fā)和維護系統(tǒng)軟件的成本相對增加。計算機應用于管理的規(guī)模更加龐大，數(shù)據(jù)量急劇增加，文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法已無法適應各種應用的需要。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段計算機技術的發(fā)展、數(shù)據(jù)管理的需求迫切性，共同促使人們研究一種新的數(shù)據(jù)管理技術——數(shù)據(jù)庫技術。數(shù)據(jù)庫技術是把一批相關數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)庫，并對其進行集中、統(tǒng)一的管理，實施很強的安全性和完整性控制的技術。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點（1）數(shù)據(jù)的結(jié)構化。數(shù)據(jù)及其聯(lián)系按照數(shù)據(jù)模型組織到結(jié)構化的數(shù)據(jù)庫中，且面向全組織的所有應用。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點（2）數(shù)據(jù)共享性高、冗余度低。數(shù)據(jù)庫中的一組數(shù)據(jù)集合可為多個應用和多個用戶共同使用。映射映射映射應用程序1應用程序2應用程序n邏輯文件1邏輯文件2邏輯文件nDBMS數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，DBMS）實現(xiàn)各應用程序?qū)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的共享數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點（3）數(shù)據(jù)獨立性高。即數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與應用程序間相互獨立，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構、存儲結(jié)構以及存取方式的改變不影響應用程序。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點映射映射用戶邏輯結(jié)構…數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構用戶…在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，整個數(shù)據(jù)庫的結(jié)構可分成三級：用戶邏輯結(jié)構、數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構和物理結(jié)構。數(shù)據(jù)獨立性分兩級：物理獨立性和邏輯獨立性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點數(shù)據(jù)的物理獨立性是指當數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構（如存儲結(jié)構、存取方式、外部存儲設備等）改變時，通過修改映射，使數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構不受影響，進而用戶邏輯結(jié)構以及應用程序不用改變。數(shù)據(jù)的邏輯獨立性是指當數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構（如修改數(shù)據(jù)定義、增加新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間的關系等）發(fā)生改變時，通過修改映射，使用戶邏輯結(jié)構以及應用程序不用改變。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點（4）數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制，有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和控制功能。

數(shù)據(jù)控制功能包括：數(shù)據(jù)的安全性控制、完整性控制、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)恢復。安全性控制：防止不合法使用數(shù)據(jù)庫造成數(shù)據(jù)的泄露和破壞。合法用戶只能操作有權限的數(shù)據(jù)，不合法的用戶禁止訪問。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點完整性控制：通過設置一些完整性規(guī)則等約束條件，確保數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。并發(fā)控制：多個用戶同時存取或修改數(shù)據(jù)庫時，系統(tǒng)可防止由于相互干擾而提供給用戶不正確的數(shù)據(jù)，并防止數(shù)據(jù)庫受到破壞。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點數(shù)據(jù)恢復：由于計算機系統(tǒng)的軟硬件故障、操作員的誤操作及其他故意的破壞等原因，造成數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不正確或數(shù)據(jù)丟失時，系統(tǒng)有能力將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復到最近某一時刻的正確狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)之間的關系人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)的管理者人文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)面向的對象某一應用程序某一應用程序整個應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享程度無共享,冗余度極大共享性差,冗余度大共享性高，冗余度小數(shù)據(jù)的獨立性不獨立，完全依賴于程序獨立性差具有高度的物理獨立性和邏輯獨立性數(shù)據(jù)的結(jié)構化無結(jié)構記錄內(nèi)有結(jié)構，整體無結(jié)構整體結(jié)構化，用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)控制能力應用程序自己控制應用程序自己控制由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復能力數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點思考題：（1）數(shù)據(jù)管理技術發(fā)展過程經(jīng)過人工管理、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個階段，其中數(shù)據(jù)獨立性最高的階段是哪個？（2）畫出人工管理、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個階段中數(shù)據(jù)和程序間的關系圖。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成本章目錄CONTENTS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構與外部體系結(jié)構三個世界及其有關概念數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述是以計算機軟硬件為工具，把數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)庫形式并對其進行存儲、管理、處理和維護數(shù)據(jù)的高效能的信息處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem,簡稱DBS）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成由計算機硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、軟件系統(tǒng)（含操作系統(tǒng)、應用程序開發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）、數(shù)據(jù)庫用戶組成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）計算機硬件系統(tǒng)指存儲和運行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的硬件設備。包括CPU、內(nèi)存、大容量的存儲設備、輸入/輸出設備和外部設備等。1、硬件（Hardware）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成是存儲在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)對象的集合，這種集合按一定的數(shù)據(jù)模型（或結(jié)構）組織、描述并長期存儲，同時能以安全和可靠的方法進行數(shù)據(jù)的檢索和存儲。2、數(shù)據(jù)庫（DataBase，DB）（1）集成性將某特定應用環(huán)境中的各種應用相關的數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系全部集中地并按照一定的結(jié)構形式進行存儲。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成（2）共享性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可為多個不同的用戶所共享，可同時存取數(shù)據(jù)庫，甚至同時存取數(shù)據(jù)庫中的同一數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫的兩個特點非計算機專業(yè)人員利用已編寫好的應用程序接口使用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成第一類用戶：最終用戶（EndUser）即使用數(shù)據(jù)庫的人，對數(shù)據(jù)庫進行存儲、維護和檢索等操作。3、數(shù)據(jù)庫用戶為最終用戶設計和編制應用程序并進行調(diào)試和安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成第二類用戶：應用程序員（ApplicationProgrammer）負責設計、建立、管理和維護數(shù)據(jù)庫以及協(xié)調(diào)用戶對數(shù)據(jù)庫要求的個人或工作團隊第三類用戶：數(shù)據(jù)庫管理員（DataBaseAdministrator，DBA）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成DBA的主要職責如下：參與數(shù)據(jù)庫設計的全過程，決定整個數(shù)據(jù)庫的結(jié)構和內(nèi)容。01決定數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構和存取策略，以獲得較高的存取效率和存儲空間利用率。02幫助應用程序員使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如培訓、解答應用程序員日常使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時遇到的問題等。03改進和重構數(shù)據(jù)庫，DBA負責監(jiān)視數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行期間的空間利用率、處理效率等性能指標。06定義數(shù)據(jù)的安全性和完整性，負責分配各個應用程序?qū)?shù)據(jù)庫的存取權限。04監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的使用和運行，DBA負責定義和實施適當?shù)臄?shù)據(jù)庫備份和恢復策略；當數(shù)據(jù)庫的結(jié)構需要改變時，完成對數(shù)據(jù)結(jié)構的修改。05數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成軟件系統(tǒng)主要包括操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS）、應用程序開發(fā)工具和數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)等。4、軟件（Software）系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成DBMS是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心軟件。5、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：（DataBaseManagementSystem,DBMS）DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言（DataDefineLanguage，DDL）定義數(shù)據(jù)的模式、外模式和內(nèi)模式三級模式結(jié)構；定義模式/內(nèi)模式和外模式/模式二級映像；定義有關的約束條件。（1）

數(shù)據(jù)定義功能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成如：定義用戶口令和存取權限、定義完整性規(guī)則；DBMS提供的結(jié)構化查詢語言（SQL）提供Create、Drop、Alter等語句可分別用來建立、刪除和修改數(shù)據(jù)庫。DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationLanguage，DML）實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作，包括檢索、更新（包括插入、修改和刪除）等。（2）

數(shù)據(jù)操縱功能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成DBMS提供的結(jié)構化查詢語言SQL提供INSERT、DELETE、UPDATE、SELECT可分別實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等操作。例如DML有兩類：一類是自主型的或自含型的，可單獨使用另一類是宿主型的，需要嵌入在高級語言中，不能單獨使用是DBMS的核心部分。DBMS通過對數(shù)據(jù)庫的控制以確保數(shù)據(jù)正確、有效和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運行。（3）數(shù)據(jù)庫運行管理功能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成DBMS對數(shù)據(jù)庫的控制主要有4個方面：數(shù)據(jù)的安全性控制數(shù)據(jù)的完整性控制多用戶環(huán)境下的數(shù)據(jù)并發(fā)性控制數(shù)據(jù)庫的恢復（4）數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成由DBMS的各個實用程序完成相關功能：數(shù)據(jù)庫的建立包括數(shù)據(jù)庫的初始數(shù)據(jù)的裝入與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。數(shù)據(jù)庫的維護包括數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲、恢復、重組織與重構造、系統(tǒng)性能監(jiān)視與分析等。（5）數(shù)據(jù)組織、存儲和管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成DBMS負責對需要存放的各種數(shù)據(jù)的組織、存儲和管理工作，確定以何種文件結(jié)構和存取方式物理地組織這些數(shù)據(jù)，以提高存儲空間利用率和對數(shù)據(jù)庫進行增、刪、查、改的效率。（6）

數(shù)據(jù)通信接口數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成DBMS提供與其他軟件系統(tǒng)進行通信的功能。DBMS提供了與其他DBMS或文件系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)用戶程序與DBMS、DBMS與DBMS、DBMS與文件系統(tǒng)之間的通信與數(shù)據(jù)交換。通常這些功能要與操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成DBMS在操作系統(tǒng)支持下工作，應用程序在DBMS支持下才能使用數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在整個計算機系統(tǒng)中的地位編譯系統(tǒng)OS硬件應用系統(tǒng)應用開發(fā)工具DBMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成教學管理系統(tǒng)主要涉及學生、教師、課程、選課、授課等信息的管理。主要的數(shù)據(jù)項如下：典型的操作包括學生成績統(tǒng)計、學生選課信息統(tǒng)計、教師授課信息統(tǒng)計等。學生信息：學號、姓名、性別、年齡、系等教師信息：教師號、姓名、性別、年齡、職稱、工資、津貼、系等課程信息：課程號、課程名稱、學時等選課信息：學號、課程號、成績等授課信息：教師號、課程號數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成思考題：1、數(shù)據(jù)庫（DB）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）之間的關系是（）。A）DB包含DBS和DBMSB）DBMS包含DB和DBSC）DBS包含DB和DBMSD）沒有任何關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成思考題：2、在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)語言中，負責數(shù)據(jù)的查詢及增、刪、改等操作的是（）。A）數(shù)據(jù)定義語言

B）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換語言C）數(shù)據(jù)控制語言

D）數(shù)據(jù)操縱語言數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成本章目錄CONTENTS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構與外部體系結(jié)構三個世界及其有關概念數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構從DBMS角度來看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級模式結(jié)構，這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構。應用1應用2應用n外模式1…外模式m…外模式/模式映象模式模式/內(nèi)模式映象內(nèi)模式用戶級概念級物理級數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構和二級映像功能示意圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構又稱概念模式，處于中間層，是對數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫的整體邏輯，即概念視圖、概念級數(shù)據(jù)庫。1、模式（Schema）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構對下層：不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境；對上層：與具體的應用程序、所使用的應用開發(fā)工具及程序設計語言無關。一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式。外模式1…外模式m外模式/模式映象模式模式/內(nèi)模式映象內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構又稱子模式或用戶模式，處于最外層，是對數(shù)據(jù)庫用戶能看到并允許使用的那部分局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構和特征的描述，是與某一應用有關的數(shù)據(jù)的邏輯表示，即用戶視圖、用戶數(shù)據(jù)庫。2、外模式（ExternalSchema）外模式是模式的子集，可有多個，同一個外模式可以為多個應用程序使用。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構又稱為存儲模式或物理模式，處于最內(nèi)層，也是靠近物理存儲的一層，是對整個數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式，又叫物理級數(shù)據(jù)庫、物理視圖。3、內(nèi)模式（InternalSchema）一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。模式模式/內(nèi)模式映象內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構小結(jié)：內(nèi)模式：物理視圖，物理級數(shù)據(jù)庫，是整個數(shù)據(jù)庫實際存儲的表示。模式：概念視圖，概念級數(shù)據(jù)庫，是整個數(shù)據(jù)庫實際存儲的抽象表示。外模式：用戶視圖，用戶級數(shù)據(jù)庫，是概念模式的某一部分的抽象表示。一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實際存在的只是物理級數(shù)據(jù)庫，即內(nèi)模式，是數(shù)據(jù)訪問的基礎。概念數(shù)據(jù)庫只不過是物理級數(shù)據(jù)庫的一種抽象描述用戶級數(shù)據(jù)庫是用戶與數(shù)據(jù)庫的接口。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構小結(jié)：用戶根據(jù)外模式進行的操作，通過外模式到模式的映射與概念級數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來，又通過模式到內(nèi)模式的映射與物理級數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來。DBMS在三級模式之間提供了二級映象功能，保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨立性與物理獨立性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的二級映象與數(shù)據(jù)獨立性外模式/模式映象保證了數(shù)據(jù)與程序間的邏輯獨立性模式/內(nèi)模式映象確保了數(shù)據(jù)的物理獨立性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式與二級映像的優(yōu)點保證數(shù)據(jù)的獨立性簡化了用戶接口有利于數(shù)據(jù)共享有利于數(shù)據(jù)的安全保密數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式與二級映像優(yōu)點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構從最終用戶角度來看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構單用戶結(jié)構主從式結(jié)構分布式結(jié)構客戶/服務器結(jié)構瀏覽器/服務器結(jié)構這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構。又稱桌面型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將應用程序、DBMS和數(shù)據(jù)庫都裝在一臺計算機上，由一個用戶獨占使用。適合未聯(lián)網(wǎng)用戶、個人用戶等。1、單用戶結(jié)構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構DBMS提供較弱的數(shù)據(jù)庫管理和較強的應用程序和界面開發(fā)工具，既是數(shù)據(jù)庫管理工具，同時又是數(shù)據(jù)庫應用程序和界面的前端工具。如：MicrosoftAcess,VisualFoxpro等是大型主機帶多終端的多用戶結(jié)構的系統(tǒng)，又稱主機/終端模式2、主從式結(jié)構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構主機終端數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構結(jié)構簡單，易于管理、控制與維護。優(yōu)點當終端數(shù)目太多時，主機的任務會過分繁重，成為系統(tǒng)瓶頸。系統(tǒng)的可靠性依賴主機，當主機出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)都不能使用。缺點是分布式網(wǎng)絡技術與數(shù)據(jù)庫技術相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)據(jù)庫分布存儲在計算機網(wǎng)絡的不同結(jié)點上。3、分布式結(jié)構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構多臺服務器并發(fā)的處理數(shù)據(jù)，提高效率優(yōu)點數(shù)據(jù)的分布式存儲給數(shù)據(jù)處理任務協(xié)調(diào)與維護帶來困難。缺點（1）數(shù)據(jù)在物理上是分布的（2）所有數(shù)據(jù)在邏輯上是一個整體（3）結(jié)點上分布存儲的數(shù)據(jù)相對獨立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構（Client/Server，C/S結(jié)構）把DBMS的功能與應用程序分開。分為：數(shù)據(jù)庫服務器（簡稱服務器，Server）客戶機（Client）4、客戶/服務器結(jié)構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構優(yōu)點網(wǎng)絡運行效率大大提高缺點維護升級很不方便胖客戶機結(jié)構，兩層結(jié)構。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構（Browser/Server，B/S結(jié)構）針對客戶機/服務器結(jié)構的不足而提出的。客戶機僅安裝通用的瀏覽器軟件，實現(xiàn)輸入/輸出應用程序安裝在應用服務器上，充當了中介5、瀏覽器/服務器結(jié)構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構瘦客戶機結(jié)構，三層結(jié)構。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構思考題：1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構中，下列不屬于三級模式的是（）。A）內(nèi)模式B）抽象模式C）外模式D）概念模式2、在數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構中，描述數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構和特征的是（）。A）外模式

B）內(nèi)模式C）存儲模式

D）模式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構思考題：數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成本章目錄CONTENTS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構與外部體系結(jié)構三個世界及其有關概念數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述三個世界及其概念三個世界及其有關概念數(shù)據(jù)庫管理的對象(數(shù)據(jù))存在于現(xiàn)實世界中，即現(xiàn)實世界中的事物及其各種聯(lián)系。從現(xiàn)實世界的事物到存儲到計算機的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，要數(shù)經(jīng)歷現(xiàn)實世界、信息世界和計算機世界三個不同的世界，經(jīng)歷兩級抽象和轉(zhuǎn)換完成。三個世界及其有關概念現(xiàn)實世界概念模型認識抽象DBMS支持的數(shù)據(jù)模型信息世界計算機世界現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)處理的抽象和轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換三個世界及其有關概念1、現(xiàn)實世界即客觀存在的世界，由客觀存在的事物及其聯(lián)系所組成。人們總是選用感興趣的最能表征一個事物的若干特征來描述該事物，例如，選用學號、姓名、性別、年齡、系等來描述學生，有了這些特征，就能區(qū)分不同的學生?？陀^世界中，事物之間是相互聯(lián)系的，但人們只選擇那些感興趣的聯(lián)系。如可以選擇“學生選修課程”這一聯(lián)系表示學生和課程之間的關系。是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映，經(jīng)過人腦的分析、歸納和抽象，形成信息，人們把這些信息進行記錄、整理、歸類和格式化后，就構成了信息世界。信息世界是對客觀事物及其聯(lián)系的一種抽象描述。如：學生信息、教師信息等2、信息世界（概念世界）三個世界及其有關概念三個世界及其有關概念從現(xiàn)實世界到概念世界是通過概念模型來表達的。如：E-R模型概念模型：又叫信息模型，是按用戶的觀點對數(shù)據(jù)和信息建模，不依賴于具體的計算機系統(tǒng)，只是用來描述某個特定組織所關心的信息結(jié)構?？陀^事物在信息世界中的抽象表示，如：學生、教師信息世界（概念世界）三個世界及其有關概念教師教師名年齡專業(yè)性別教師號職稱學生學號年齡性別姓名系三個世界及其有關概念客觀事物之間的聯(lián)系在信息世界中的抽象表示。如，學生和課程間的聯(lián)系信息世界（概念世界）在現(xiàn)實世界中事物、事物的屬性以及事物之間的聯(lián)系，抽象到信息世界對應的就是實體、實體的屬性以及實體之間的聯(lián)系。信息世界（概念世界）三個世界及其有關概念三個世界及其有關概念信息世界及其有關基本概念實體客觀存在并且可以相互區(qū)別的“事物”稱為實體實體可以是具體的人、事、物，也可以是抽象的事件

屬性實體所具有的某一特性稱為屬性具體值型值屬性名如學生實體由學號、姓名、性別、年齡、系等方面的屬性組成。（990001、張立、20、男、計算機），這些屬性值的集合表示了一個學生實體。三個世界及其有關概念三個世界及其有關概念實體型實體集具有相同屬性的實體必然具有共同的特征同型實體的集合稱為實體集用實體名及其屬性名集合來抽象和描述同類實體，稱為實體型，如：學生（學號，姓名，年齡，性別，系）同型實體的集合稱為實體集。如所有的學生、所有的課程等。三個世界及其有關概念能唯一標識一個實體的屬性或?qū)傩约Q為實體的碼某一屬性的取值范圍稱為該屬性的域碼域如：學生的學號就是學生實體的碼。如：性別的域為男或女三個世界及其有關概念聯(lián)系客觀事物內(nèi)部以及事物之間是聯(lián)系的，它們分別被抽象為：單個實體型內(nèi)部的聯(lián)系，是指組成實體的各屬性之間的聯(lián)系實體型之間的聯(lián)系，是指不同實體集之間的聯(lián)系三個世界及其有關概念兩個實體型間的聯(lián)系兩個實體型之間的聯(lián)系是指兩個不同的實體集間的聯(lián)系，有三種類型：一對一聯(lián)系、一對多聯(lián)系、多對多聯(lián)系。AB一對一聯(lián)系一對一聯(lián)系（1:1）實體集A中的一個實體至多與實體集B中的一個實體相對應，反之，實體集B中的一個實體至多與實體集A中的一個實體相對應，則稱實體集A與實體集B為一對一的聯(lián)系，記作1:1。如，班級與班長。三個世界及其有關概念AB

一對多聯(lián)系一對多聯(lián)系（1:n）實體集A中的一個實體與實體集B中的n（n≥0）個實體相聯(lián)系，反之，實體集B中的一個實體至多與實體集A中的一個實體相聯(lián)系，記作1:n。例如，班級與學生、公司與職員、省與市之間的聯(lián)系。三個世界及其有關概念AB

多對多聯(lián)系多對多聯(lián)系（m:n）實體集A中的一個實體與實體集B中的n（n≥0）個實體相聯(lián)系，反之，實體集B中的一個實體與實體集A中的m（m≥0）個實體相聯(lián)系，記作m:n。如，教師與學生、學生與課程、工廠與產(chǎn)品之間的聯(lián)系。三個世界及其有關概念又叫數(shù)據(jù)世界，是對現(xiàn)實世界的第二層抽象，即對信息世界中信息的數(shù)據(jù)化，將信息用字符和數(shù)值等數(shù)據(jù)表示，使用計算機存儲并管理概念世界中描述的實體集、實體、屬性和聯(lián)系的數(shù)據(jù)3、計算機世界信息世界到數(shù)據(jù)世界，使用數(shù)據(jù)模型來描述，數(shù)據(jù)庫中存放數(shù)據(jù)的結(jié)構是由數(shù)據(jù)模型決定的三個世界及其有關概念計算機世界的概念標記實體屬性的命名單位稱為字段，字段名往往和屬性名相同。如學生有學號、姓名、年齡、性別和系等字段。一個記錄描述一個實體，字段的有序集合稱為記錄。如，一個學生（990001，張立，20，男，計算機）為一個記錄。字段Field記錄Record三個世界及其有關概念計算機世界的概念能唯一標識文件中每個記錄的字段或字段集，稱為記錄的關鍵字。文件是用來描述實體集的。同一類記錄的集合稱為文件。如，所有學生的記錄組成了一個學生文件。文件File關鍵字Key三個世界及其有關概念

三個世界各術語的對應關系現(xiàn)實世界 信息世界計算機世界事物總體 實體集文件事物個體 實體記錄特征 屬性字段事物間聯(lián)系 實體模型數(shù)據(jù)模型三個世界及其有關概念思考題（1）“商品”與“顧客”兩個實體集之間聯(lián)系一般是（）。A）一對一B）一對多C）多對一D）多對多（2）對現(xiàn)實世界進行第一層抽象的模型，稱為

模型；對現(xiàn)實世界進行第二層抽象的模型，稱為

模型。數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成本章目錄CONTENTS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構與外部體系結(jié)構三個世界及其有關概念數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述現(xiàn)實世界中的事物及其聯(lián)系，經(jīng)過兩級抽象和轉(zhuǎn)換后形成了計算機世界中的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系，而數(shù)據(jù)模型就是用來描述數(shù)據(jù)及其聯(lián)系的。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫中存放數(shù)據(jù)的結(jié)構是由數(shù)據(jù)模型決定的，數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫的框架，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)聯(lián)系、數(shù)據(jù)的語義和完整性約束的概念集合，由數(shù)據(jù)結(jié)構、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三要素組成。數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的組成要素（1）數(shù)據(jù)結(jié)構即數(shù)據(jù)組織的結(jié)構，用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征，描述數(shù)據(jù)庫的組成對象以及對象間的聯(lián)系。即：一是描述數(shù)據(jù)對象的類型、內(nèi)容、性質(zhì)等；二是描述數(shù)據(jù)對象間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的組成要素常用的數(shù)據(jù)結(jié)構有：層次結(jié)構----層次模型----層次數(shù)據(jù)庫網(wǎng)狀結(jié)構----網(wǎng)狀模型----網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫關系結(jié)構----關系模型----關系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的組成要素（2）數(shù)據(jù)操作對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及相應的操作規(guī)則（優(yōu)先級）等，描述了數(shù)據(jù)庫的動態(tài)特性。一類是查詢操作一類是更新操作（含插入、刪除和修改）數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的組成要素（3）數(shù)據(jù)的完整性約束一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是數(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。數(shù)據(jù)模型常用的數(shù)據(jù)模型（1）層次模型（2）網(wǎng)狀模型（3）關系模型數(shù)據(jù)模型（1）層次模型層次模型是采用樹型結(jié)構（有根樹）來表示實體及其實體間的聯(lián)系的模型。樹形結(jié)構中的結(jié)點表示實體型，實體型間的聯(lián)系用指針表示。采用層次模型的數(shù)據(jù)庫的典型代表是IBM公司1968年推出的IMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)學校生物學院管理學院工學院信息學院計算機專業(yè)網(wǎng)絡工程專業(yè)機械專業(yè)自動化專業(yè)數(shù)據(jù)模型（1）層次模型有且僅有一個結(jié)點沒有雙親，根結(jié)點根以外的其他結(jié)點有且僅有一個雙親結(jié)點父子結(jié)點之間的聯(lián)系是一對多（1:n）的聯(lián)系特點任何一個給定的記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義學校生物學院管理學院工學院信息學院計算機專業(yè)網(wǎng)絡工程專業(yè)機械專業(yè)自動化專業(yè)無雙親，根節(jié)點數(shù)據(jù)模型（1）層次模型層次模型的數(shù)據(jù)操縱與數(shù)據(jù)完整性約束進行插入操作時，如果沒有相應的雙親結(jié)點值就不能插入子女結(jié)點值。進行刪除操作時，如果刪除雙親結(jié)點值，則相應的子女結(jié)點值也被同時刪除。修改操作時，應修改所有相應的記錄，以保證數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)據(jù)模型（1）層次模型結(jié)構簡單，層次分明查詢效率高，從根結(jié)點到樹中任一結(jié)點均存在一條唯一的層次路徑提供良好的數(shù)據(jù)完整性支持優(yōu)點不能直接表示多對多聯(lián)系插入和刪除數(shù)據(jù)限制太多查詢子女結(jié)點必須通過雙親結(jié)點缺點數(shù)據(jù)模型（2）網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構網(wǎng)狀模型是采用有向圖結(jié)構表示實體以及實體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。每個結(jié)點表示一個實體型。結(jié)點間的帶箭頭的連線（或有向邊）表示記錄型間的1：n的父子聯(lián)系。比較有代表性的系統(tǒng)是，20世紀70年代，數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言研究會CODASYL提出的DBTG系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型（2）網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)模型（2）網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型的特點：有一個以上的結(jié)點沒有雙親結(jié)點允許結(jié)點有多個雙親結(jié)點允許兩個結(jié)點之間有多種聯(lián)系（復合聯(lián)系）數(shù)據(jù)模型（2）網(wǎng)狀模型