數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)????數(shù)據(jù)模型概念層數(shù)據(jù)模型組織層數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第一頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)模型?模型是現(xiàn)實(shí)世界感興趣的內(nèi)容的抽象特征的模擬和抽象。（是理解系統(tǒng)的思維工具）?數(shù)據(jù)模型是用來抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息的。（如：數(shù)據(jù)庫、文件）?數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三個(gè)條件：?能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界?容易被人們理解?便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)第二頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)模型分類?不同的數(shù)據(jù)模型實(shí)際上是提供給我們模型化數(shù)據(jù)和信息的不同工具。?第一類是概念層模型：從數(shù)據(jù)的語義視角來抽取模型，此模型是按用戶的觀點(diǎn)來對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行建模。?第二類是組織層模型：從數(shù)據(jù)的組織層次來描述數(shù)據(jù)，主要包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型以及對(duì)象-關(guān)系模型。此模型是從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，主要用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。第三頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)模型?數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。?DBMS都基于某種數(shù)據(jù)模型。?為了把現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物抽象、組織為某一具體DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，通常首先將現(xiàn)實(shí)世界抽象為信息世界(概念層模型），然后再將信息世界轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界（組織層模型）。?概念層模型與DBMS無關(guān)，組織層模型與DBMS有關(guān)第四頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分?，F(xiàn)實(shí)世界客觀事物的抽象過程現(xiàn)實(shí)世界人的認(rèn)識(shí)抽象信息世界：概念模型轉(zhuǎn)換機(jī)器世界：具體DBMS支持的數(shù)據(jù)模型第五頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)的兩個(gè)特征?靜態(tài)特性：包括數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)間的聯(lián)系和數(shù)據(jù)中的約束。?動(dòng)態(tài)特征：指定義在數(shù)據(jù)上的操作。比如對(duì)學(xué)生的基本信息可以查詢、修改和增加新記錄等。第六頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。概念層數(shù)據(jù)模型?概念層次模型實(shí)際上是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次?概念層次模型：抽象現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有應(yīng)用價(jià)值的元素及其關(guān)聯(lián)，反映現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有應(yīng)用價(jià)值的信息結(jié)構(gòu)，不依賴于數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)?概念模型用于信息世界的建模，是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的第一層抽象?是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員和用戶之間進(jìn)行交流的工具?是面向用戶、面向現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)模型，是與DBMS無關(guān)?常用的概念模型：實(shí)體-聯(lián)系模型、語義對(duì)象模型第七頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?陳品山博士于1976年3月ACMTransactionsonDatabaseSystems上發(fā)表了《TheEntity-RelationshipModel--TowardaUnifiedViewofData》一文。由于大眾廣泛使用實(shí)體聯(lián)系模型，而這篇文章已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)38篇被廣泛引用的論文中之一。且被譽(yù)為全世界最具計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)的16位科學(xué)家之一。?實(shí)體?屬性?聯(lián)系第八頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?實(shí)體?具有公共性質(zhì)的可相互區(qū)分的現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的集合。?可以是具體的事物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系?具體的事物：學(xué)生、課程、職工第九頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?實(shí)體的表示方式?在E-R圖中用矩形框表示實(shí)體，把實(shí)體名寫在框內(nèi)，比如學(xué)生實(shí)體可以表示為：學(xué)生第十頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?屬性：實(shí)體所具有的特征或性質(zhì)。????身高年齡性別體重第十一頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?聯(lián)系：是數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)集合，是客觀存在的應(yīng)用語義鏈?實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系：一個(gè)實(shí)體內(nèi)屬性之間的聯(lián)系?職工實(shí)體內(nèi)部的職工號(hào)和此職工的部門經(jīng)理號(hào)?實(shí)體之間的聯(lián)系：不同實(shí)體之間的聯(lián)系?課程實(shí)體和學(xué)生實(shí)體之間存在選課聯(lián)系第十二頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?聯(lián)系的表示方式?實(shí)體之間的聯(lián)系用菱形框表示，框內(nèi)寫上聯(lián)系名，并用連線與有關(guān)的實(shí)體相連實(shí)體1聯(lián)系名實(shí)體2第十三頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?聯(lián)系的種類?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)第十四頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?一對(duì)一聯(lián)系(1:1)?如果實(shí)體A中的每個(gè)實(shí)例在實(shí)體B中至多有一個(gè)（也可以沒有）實(shí)例與之關(guān)聯(lián)，反之亦然，則稱實(shí)體A與實(shí)體B具有一對(duì)一聯(lián)系，記作：1:1。第十五頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?一對(duì)一聯(lián)系的例子?部門和正經(jīng)理（假設(shè)一個(gè)部門只有一個(gè)正經(jīng)理，一個(gè)人只當(dāng)一個(gè)部門的經(jīng)理）、系和正系主任（假設(shè)一個(gè)系只有一個(gè)正主任，一個(gè)人只當(dāng)一個(gè)系的主任）都是一對(duì)一聯(lián)系。經(jīng)理1管理1部門第十六頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?一對(duì)多的聯(lián)系(1:n)?如果實(shí)體A與實(shí)體B之間存在聯(lián)系，并且對(duì)于實(shí)體A中的一個(gè)實(shí)例，實(shí)體B中有多個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)；而對(duì)實(shí)體B中的任意一個(gè)實(shí)例，在實(shí)體A中都只有一個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體A到實(shí)體B的聯(lián)系是一對(duì)多的，記為1:n。第十七頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?一對(duì)多聯(lián)系的例子?有部門和職工兩個(gè)實(shí)體，并且有語義：一個(gè)部門可以有多名職工，但是一個(gè)職工只在一個(gè)部門工作。則部門和職工之間的聯(lián)系是一對(duì)多的，我們把這種聯(lián)系命名為工作。部門1工作n職工第十八頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?多對(duì)多的聯(lián)系(m:n)?如果實(shí)體A與實(shí)體B之間存在聯(lián)系，并且對(duì)于實(shí)體A中的一個(gè)實(shí)例，實(shí)體B中有多個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)；而對(duì)實(shí)體B中的一個(gè)實(shí)例，在實(shí)體A中也有多個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體A到實(shí)體B的聯(lián)系是多對(duì)多的，記為m:n。第十九頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?多對(duì)多聯(lián)系的例子?有學(xué)生和課程兩個(gè)實(shí)體，并且有語義：一個(gè)學(xué)生可以修多門課程，一門課程可以被多個(gè)學(xué)生修。那么學(xué)生和課程之間的聯(lián)系就是多對(duì)多的，我們把這種聯(lián)系命名為選課。學(xué)生m選課n課程第二十頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?關(guān)聯(lián)多個(gè)實(shí)體的聯(lián)系?顧客購買商品：?每個(gè)顧客可以從多個(gè)售貨員那里購買商品，并且可以購買多種商品；?每個(gè)售貨員可以向多名顧客銷售商品，并且可以銷售多種商品；?每種商品可由多個(gè)售貨員銷售，并且可以銷售給多名顧客。第二十一頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。實(shí)體-聯(lián)系模型?關(guān)聯(lián)多個(gè)實(shí)體的聯(lián)系?顧客購買商品售貨員銷售商品mnp顧客第二十二頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。組織層數(shù)據(jù)模型?層次數(shù)據(jù)模型?網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型?關(guān)系數(shù)據(jù)模型第二十三頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。層次數(shù)據(jù)模型?采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。?典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是該公司1968年推出的第一個(gè)大型商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。?層次模型用樹形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系。?構(gòu)成層次模型的樹由結(jié)點(diǎn)和連線組成，結(jié)點(diǎn)表示實(shí)體，連線表示相連的兩個(gè)實(shí)體間的聯(lián)系，這種聯(lián)系是一對(duì)多的。通常把表示“一”的實(shí)體放在上方，稱為父結(jié)點(diǎn)；把表示“多”的實(shí)體放在下方，稱為子結(jié)點(diǎn)。第二十四頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。層次模型的兩點(diǎn)限制?有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)無父結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)即為樹的根?其他結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)第二十五頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。層次結(jié)構(gòu)示意圖學(xué)校編號(hào)學(xué)校名稱所在城市系名系主任系人數(shù)處名處長辦公地點(diǎn)教研室室主任室人數(shù)學(xué)號(hào)姓名性別年齡教師號(hào)教師名職稱第二十六頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。層次模型對(duì)多對(duì)多關(guān)系的表示學(xué)號(hào)姓名性別1:m年齡課程號(hào)課程名1:n學(xué)分學(xué)號(hào)課程號(hào)成績學(xué)號(hào)姓名性別1:n年齡課程號(hào)課程名1:m學(xué)分學(xué)號(hào)課程號(hào)成績學(xué)號(hào)課程號(hào)成績第二十七頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型?用圖形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型就稱為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型。?去掉了層次模型中的兩點(diǎn)限制。?可以直接表示多對(duì)多的聯(lián)系。?同樣使用父結(jié)點(diǎn)和子結(jié)點(diǎn)這樣的術(shù)語，并且同樣一般把父結(jié)點(diǎn)放置在子結(jié)點(diǎn)的上方。?典型代表是CODASYL系統(tǒng)，它是CODASYL組織的標(biāo)準(zhǔn)建議的具體實(shí)現(xiàn)。第二十八頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖學(xué)號(hào)姓名性別年齡S-G課程號(hào)課程名C-G學(xué)分學(xué)號(hào)課程號(hào)成績C-C教師號(hào)教師名職稱T-C課程號(hào)教師號(hào)授課學(xué)時(shí)第二十九頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。關(guān)系數(shù)據(jù)模型?把數(shù)據(jù)看成是二維表中的元素，而這個(gè)二維表就是關(guān)系?用關(guān)系（表格數(shù)據(jù)）表示實(shí)體和實(shí)體之間聯(lián)系的模型稱為關(guān)系數(shù)據(jù)模型?示例：學(xué)生基本信息表第三十頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?三級(jí)模式結(jié)構(gòu)?二級(jí)映象功能?數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)第三十一頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?三級(jí)模式結(jié)構(gòu)?模式描述了數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征。?只涉及到型的描述，不涉及具體的值。?關(guān)系模式是關(guān)系的“型”或元組結(jié)構(gòu)共性的描述。第三十二頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?關(guān)系模式表頭（關(guān)系模式）元組屬性1屬性2…屬性n第三十三頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?三級(jí)模式結(jié)構(gòu)(單個(gè)用戶視圖)外模式1外模式2…外模式n(公共用戶視圖)概念模式(存儲(chǔ)視圖)內(nèi)模式第三十四頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?概念模式是關(guān)系的。?外模式也是關(guān)系的或接近關(guān)系的，其內(nèi)容來自概念模式，它最接近用戶。?內(nèi)模式不是關(guān)系的，它是數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)方式。第三十五頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?外模式?也稱為用戶模式、子模式。?用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中感興趣整體的局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述。?是DB整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的子集或局部重構(gòu)。?用外模式定義語言表達(dá)。例，對(duì)RDB，定義視圖結(jié)構(gòu)。?是保證數(shù)據(jù)庫安全的一個(gè)措施。第三十六頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?概念模式?也稱為邏輯模式或模式，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)描述。?是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中間層。?用模式定義語言表達(dá)。例，對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，定義：表頭結(jié)構(gòu)、屬性取值范圍、…。第三十七頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?二級(jí)映象功能?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS管理，使用戶能邏輯地、抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的具體表示方式與存儲(chǔ)方式。?為了能夠在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在三級(jí)模式之間提供了兩層映象：?外模式/模式映象?模式/內(nèi)模式映象第三十八頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?模式間的映象（DBMS基本功能之一）?維持DB數(shù)據(jù)與DB應(yīng)用程序相互獨(dú)立，從而使DB應(yīng)用程序不隨DB數(shù)據(jù)的邏輯或存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的變動(dòng)而變動(dòng)。第三十九頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?模式/內(nèi)模式映象?當(dāng)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，可（由DBA）用內(nèi)模式定義語句，調(diào)整內(nèi)模式定義，從而保持模式不變。?數(shù)據(jù)和程序物理獨(dú)立（存儲(chǔ)獨(dú)立）第四十頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?外模式/模式映象?當(dāng)模式改變時(shí)，可用外模式/模式定義語句，調(diào)整外模式/模式映象定義，從而保持外模式不變。?數(shù)據(jù)和程序邏輯獨(dú)立（概念獨(dú)立）第四十一頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)?DBMS是處理數(shù)據(jù)庫訪問的系統(tǒng)軟件。?處理過程:?用戶使用數(shù)據(jù)庫語言發(fā)出一個(gè)訪問請(qǐng)求；?DBMS接受請(qǐng)求并分析；?DBMS檢查用戶外模式、相應(yīng)的外模式／概念模式間的映象、概念模式、概念模式／內(nèi)模式間的映象和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)定義。第四十二頁，編輯于星期一：二十點(diǎn)四十二分。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)－功能與組成源模式和映象DDL處理器計(jì)劃