1、数据库原理及应用,课程信息,课程名称： 软件技术基础（数据库原理及应用） 理论学时： 28 实验学时： 4 上课周次： 17 上课时间：星期一5、6或7、8节；星期四1、2或3、4节辅导时间和地点： 星期四5、6节（科技楼136）,教材及参考书, 教材 王珊、萨师煊：数据库系统概论(第五版) ， 高等教育出版社， 参考书 施伯乐等：数据库系统教程（第三版），高等教育出版社 张俊兰等编：软件工程，西安交通大学出版社， 2009.04,课程信息,考核方式：作业、考勤、实验和考试 成绩构成：考试成绩（60）实验成绩（30）平时成绩（10） 平时成绩：作业（60%）、考勤（40%） 考试方式：开卷,课
2、程内容,本课程介绍软件技术中最基础的数据库原理及技术。数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心。 数据库技术研究和解决了计算机信息处理过程中大量数据有效地组织和存储的问题，在数据库系统中减少数据存储冗余、实现数据共享、保障数据安全以及高效地检索数据和处理数据。 随着计算机技术与网络通信技术的发展，数据库技术已成为信息社会中对大量数据进行组织与管理的重要技术手段及软件技术，是网络信息化管理系统的基础。,课程意义,随着信息技术的发展，计算机应用的不断扩大，软件技术基础中的数据库技术和软件工程思想已经成为各行各业人士、各学科、各专业学生学习的计算机基础必修课
3、程。通过本课程的学习，掌握数据库系统的基本概念、基本原理；掌握软件工程的概念，以及进行软件开发的基本方法，并学会采用软件工程方法进行数据库应用系统开发分析；提高对复杂问题进行程序设计的能力；提高人们运用计算机软件技术解决专业技术问题的能力。,课程内容（章节内容）, 基础篇 第一章：绪论 第二章：关系数据库 第三章：关系数据库标准语言SQL 系统篇 第四章：数据库安全性 第五章：数据库完整性 设计篇（软件工程思想） 第七章：数据库设计 软件工程概述,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构 1.4 数据库系统的组成 1.5 数据库技术的研究领域 1.6 小结
4、,1.1 数据库系统概述,1.1.1 数据库的地位1.1.2 四个基本概念1.1.3 数据管理技术的产生与发展,数据库的地位,数据库技术产生于20世纪60年代中期，至今仅仅50多年，已历经三代演变，造就了C.W.Bachman、E.F.Codd和James Gray三位图灵奖得主，发展了以数据建模和数据库系统核心技术（如物理和逻辑独立性、描述性查询和基于代价的优化等）为主，内容丰富的一门学科，带动了一个巨大的软件产业，成果可谓辉煌。更重要的是，这些技术的进步使第一代智能应用成为可能，并为现在的大数据管理和分析奠定了基础。 是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。是计算机科学技术中发展最快
5、的领域之一，也是应用最为广泛的技术之一。已成为计算机信息系统与智能应用系统的核心技术和重要基础，极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志,1.1 数据库系统概述,1.1.1 数据库的地位1.1.2 四个基本概念1.1.3 数据管理技术的产生与发展,1.1.3 数据管理技术的产生和发展,什么是数据管理和数据处理 数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题 数据的处理是对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。 数据管理技术的发展过程 人工管理阶段(40年代中-50年
6、代中) 文件系统阶段(50年代末-60年代中) 数据库系统阶段(60年代末-现在),数据管理技术的产生和发展(续),数据管理技术的发展动力 应用需求的推动 计算机硬件的发展 计算机软件的发展,一、人工管理,时期 40年代中-50年代中产生的背景 应用需求 科学计算 硬件水平 无直接存取存储设备 软件水平 没有操作系统 处理方式 批处理,人工管理(续),特点 数据的管理者：应用程序，数据不保存。 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序 数据的结构化：无结构 数据控制能力：应用程序自己控制,应用程序与数据的对应关系(人工管理),二、文
7、件系统,时期 50年代末-60年代中产生的背景 应用需求 科学计算、管理 硬件水平 磁盘、磁鼓 软件水平 有文件系统 处理方式 联机实时处理、批处理,文件系统(续),特点 数据的管理者：文件系统，数据可长期保存 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大 数据的结构化：记录内有结构，整体无结构 数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序 数据控制能力：应用程序自己控制,应用程序与数据的对应关系(文件系统),三、数据库系统,时期 60年代末以来产生的背景 应用背景 大规模管理 硬件背景 大容量磁盘 软件背景 有数据库管理系统 处理方式 联机实时处理,分布处理
8、,批处理,数据库系统(续),特点 数据的管理者：DBMS 数据面向的对象：现实世界 数据的共享程度：共享性高 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性 数据的结构化：整体结构化 数据控制能力：由DBMS统一管理和控制 以数据的共享为中心,应用程序与数据的对应关系(数据库系统),四 数据库系统的特点 1、数据结构化,数据的结构化是数据库的主要特征之一 数据是整体结构化的数据库中实现的是数据的真正结构化 数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释 数据可以变长 数据的最小存取单位是数据项,3、数据独立性高,物理独立性 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理
9、存储改变了（由DBMS负责），应用程序不用改变 逻辑独立性 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变,2、数据共享性高，冗余度低，易扩充数据共享能够避免数据之间的不相容性和不一致性,4、DBMS对数据统一控制和管理,数据的安全性（Security）保护 使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏数据的完整性（Integrity）检查 数据完整性是指数据的正确性、有效性和相容性 将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系,4、DBMS对数据统一控制和管理,并发（Concurrency）控
10、制 对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果数据库恢复（Recovery） 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态,数据库系统的总结,数据库是长期存储在计算机内有组织、大量、共享的数据集合。它可以供各种用户共享，具有较小冗余度和较高的数据独立性。 数据库管理系统在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性和安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对数据库进行恢复。 数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的程序为中心转向围绕共享的数据库为中心的新阶段。既便于数据的集中管理，又能简化应用程序的研制和维护，提高了数据的利用率和相容性
11、，提高了决策的可靠性。目前，数据库已成为现代信息系统的重要组成部分。,1.1 数据库系统概述,1.1.1 数据库的地位1.1.2 四个基本概念1.1.3 数据管理技术的产生与发展,1.1.2 四个基本概念,数据(Data) 数据库(Database) 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS),一、数据,数据(Data)是数据库中存储的基本对象 数据的定义 描述事物的符号记录 数据的种类 文字、图形、图象、声音等 数据的特点 数据与其语义是不可分的 有些数据是有结构的。 记录是计算机中表示和存储数据的一个格式或一种方法。,数据举例,学生档案中的学生记录 （李明，男，1972，江苏，计算机
12、系，1990） 数据的形式不能完全表达其内容 数据的解释 语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间 解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系,二、数据库（举例）,二、数据库(续),人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息数据库的定义 数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合,二、数据库(续),数据库的特征 数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享 冗余度较小 数据独立性较高 易扩展 概括而言，数据库具有永久存储、有组织和可共享三个基
13、本特点。,三、数据库管理系统,什么是DBMS 数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。 DBMS的用途 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据,DBMS的主要功能,数据定义功能提供数据定义语言(DDL)，定义数据库中的数据对象 数据组织、存储和管理 分类组织、存储和管理各种数据（包括数据字典、数据的存取 路径等）；确定以何种文件结构和存取方式在存储级上组织这些数据，如何实现数据之间的联系；提高存储空间利用率和方便存取，提供多种存取方法（如索引查找、hash查找、顺序查找等）来提高存取效率。,DBMS的主
14、要功能,数据操纵功能提供数据操纵语言(DML)，用户可操纵数据实现对数据库的基本 操作(查询、插入、删除和修改)。数据库的事务管理和运行管理在建立、运用和维护时由DBMS统一管理和控制；保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用；保证发生故障后的系统恢复,DBMS的主要功能,数据库的建立和维护功能(实用程序或管理工具)数据库初始数据的输入、转换功能；数据批量装载；数据库转储；故障恢复；数据库的重组织；性能监视和分析等 其他功能网络通信、数据转换、异构数据库之间的互访和互操 作等。,四、数据库系统,什么是数据库系统 数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系统中
15、引入数据库后的系统构成。 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。 数据库系统的构成 由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。,四、数据库系统,数据库系统的示意图（图1.1）,四、数据库系统,计算机系统的层次结构（图1.2）,通常将数据库系统简称为数据库,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构 1.4 数据库系统的组成 1.5 数据库技术的研究领域 1.6 小结,数据模型,在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。 是用来描述数据、组织数据和对数
16、据进行操作的。是数据库系统的核心和基础。 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 要能数字化，便于在计算机上实现,数据模型(续),按照模型应用的不同目的，数据模型分为： 概念模型：也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计 逻辑模型：主要包括网状模型、层次模型、关系模型、 面向对象数据模型、对象关系数据模型、半结构化数据模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS的实现。 物理模型：是对数据最底层的抽象，它描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，或在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法，是面向计算机系统的。物理模型的具体实现是DBMS的任
17、务，设计人员只要了解即可，不必深究其细节。,数据模型(续),客观对象的抽象过程-两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型。即将现实世界抽象为信息世界，也就是说把现实世界中客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个DBMS支持的数据模型。 把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型 现实世界中客观对象的抽象过程示意图参见图1.7 概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次,1.2 数据模型,1.2.1 数据模型的组成要素1.2.2 概念模型1.2.3 常用数据模型1.2.4 层次模型1.2.5 网状模型1.2.6 关系模型,1.2.1 数据模型的组成要素
18、,数据模型的组成要素： 数据结构 数据操作 数据的完整性约束条件,1. 数据结构,什么是数据结构 描述数据库的组成对象及对象之间的联系。 是对象类型的集合包含两类内容 与数据对象类型、内容、性质有关的对象 与数据之间联系有关的对象数据结构是对系统静态特性的描述,2.数据操作,数据操作 对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则 数据操作的类型 检索（索引） 更新（包括插入、删除、修改）,数据操作(续),数据模型对操作的定义 操作的确切含义 操作符号 操作规则（如优先级） 实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述,3.数据的完整性约束条件,数据的完整性约束条件 一组完
19、整性规则的集合 完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容,数据的完整性约束条件(续),数据模型对约束条件的定义 反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件 提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件,4.常用的数据模型,层次模型 网状模型 关系模型 面向对象数据模型 对象关系数据模型 半结构化数据模型,1.2.2 概念模型,1. 概念模型 2. 信息世界中的基本概念 3. 概
20、念模型的表示方法,1. 概念模型,概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模 是现实世界到机器世界的一个中间层次 是数据库设计的有力工具 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言 对概念模型的基本要求 较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识 简单、清晰、易于用户理解,2. 信息世界中的基本概念,实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体 可以是具体的人、事、物或抽象的概念 属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性 一个实体可以由若干个属性来刻画 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码,信息世界中的基本概念(续),域（Domain） 属性的取值
21、范围称为该属性的域 实体型（Entity Type） 同类实体称为实体型 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集,信息世界中的基本概念(续),联系（Relationship） 实体内部的联系：现实世界中事物内部之间的联系，指实体的各属性之间的联系 实体之间的联系：现实世界中事物之间的联系，指不同实体集之间的联系 实体型间联系 一对一联系（1:1） 一对多联系（1:n） 多对多联系（m:n）,两个实体型间的联系 (续),一对一联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系
22、。记为1:1。 实例 班级与班长之间的联系： 一个班级只有一个正班长 一个班长只在一个班中任职,两个实体型间的联系 (续),一对多联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系，记为1:n 实例 班级与学生之间的联系： 一个班级中有若干名学生， 每个学生只在一个班级中学习,两个实体型间的联系 (续),多对多联系（m:n） 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系
23、，则称实体集A与实体B具有多对多联系，记为m:n 实例 课程与学生之间的联系： 一门课程同时有若干个学生选修 一个学生可以同时选修多门课程,多个实体型间的联系,多个实体型间也存在一对一、一对多、多对多联系 实例1课程、教师与参考书三个实体型 如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干 本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本 参考书只供一门课程使用 课程与教师、参考书之间的联系是一对多的,多个实体型间的联系(续),实例2供应商、项目、零件三个实体一个供应商供应多个项目多种零件，每个项目可以使用多个供应商供应的零件，每个零件可由不同供应商供应，则形成多对多联系,同一实体集内各实体间的联系,一对
24、多联系 一对一联系 多对多联系 实例职工实体集内部具有领导与被领导的联系 某一职工（干部）“领导”若干名职工 一个职工仅被另外一个职工直接领导 这是一对多的联系,3. 概念模型的表示方法,概念模型的表示方法很多实体联系方法(E-R方法) 1976年由P.P.S.Chen提出 用E-R图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为E-R模型 E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法,E-R图,实体型 用矩形表示，矩形框内写明实体名。,学生,教师,E-R图(续),属性 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来,E-R图(续),联系 联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与
25、有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n） 联系的属性：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来,联系的表示方法,联系的表示方法(续),联系的表示方法示例,联系的表示方法示例(续),联系属性的表示方法,E-R图(续),E-R图实例： 某工厂物资管理E-R图 （1）实体及属性图 （2）实体及其联系图 （3）完整的实体联系图,1.2.3 常用数据模型,非关系模型 层次模型（Hierarchical Model） 网状模型(Network Model )数据结构：以基本层次联系为基本单位基本层次联系：两个记录以及
26、它们之间的一对多（包括一对一)的联系,常用数据模型(续),关系模型(Relational Model) 数据结构：表面向对象模型(Object Oriented Model） 数据结构：对象,1.2 数据模型,1.2.1 数据模型的组成要素1.2.2 概念模型1.2.3 常用数据模型1.2.4 层次模型1.2.5 网状模型1.2.6 关系模型,1.2.4 层次模型,1. 层次数据模型的数据结构 2. 层次数据模型的数据操纵 3. 层次数据模型的完整性约束 4. 层次数据模型的存储结构 5. 层次数据模型的优缺点 6. 典型的层次数据库系统,1. 层次数据模型的数据结构,层次模型满足下面两个条件
27、的基本层次联系的集合为层次模型。 1. 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点 2. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点 层次模型中的几个术语 根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点,层次数据模型的数据结构(续）,5. 层次模型的优缺点,优点 层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观，容易理解 性能优于关系模型，不低于网状模型 层次数据模型提供了良好的完整性支持 缺点 多对多联系表示不自然 对插入和删除操作的限制多 查询子女结点必须通过双亲结点 层次命令趋于程序化,6. 典型的层次数据库系统,IMS数据库管理系统 第一个大型商用DBMS 1968年推出 IBM公司研
28、制,1.2.5 网状模型,1. 网状数据模型的数据结构 2. 网状数据模型的数据操纵 3. 网状数据模型的完整性约束 4. 网状数据模型的存储结构 5. 网状数据模型的优缺点 6. 典型的网状数据库系统,1.网状数据模型的数据结构,网状模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型 1. 允许一个以上的结点无双亲 2. 一个结点可以有多于一个的双亲,网状数据模型的数据结构,5.网状模型的优缺点,优点 能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲 具有良好的性能，存取效率较高 缺点 结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握 DDL、DM
29、L语言复杂，用户不容易使用,6. 典型的网状数据库系统,DBTG系统，亦称CODASYL系统 由DBTG提出的一个系统方案 奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术 70年代推出 实际系统 Cullinet Software Inc.公司的 IDMS Univac公司的 DMS1100 Honeywell公司的IDS/2 HP公司的IMAGE,1.2 数据模型,1.2.1 概念模型1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 最常用的数据模型1.2.4 层次模型1.2.5 网状模型1.2.6 关系模型,1.2.6 关系模型,1. 关系数据模型的数据结构 2. 关系数据模型的操纵 3. 关系数据模型的
30、完整性约束 4. 关系数据模型的存储结构 5. 关系数据模型的优缺点 6. 典型的关系数据库系统,关系模型,最重要的一种数据模型，建立在严格的数学概念基础上。也是目前主要采用的数据模型 1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd提出 本课程的重点,关系数据模型的数据结构,在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,关系模型的基本概念,关系（Relation） 一个关系对应通常说的一张表。 元组（Tuple） 表中的一行即为一个元组。 属性（Attribute） 表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。,关系模型的基本概念,
31、主码（Key） 表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。 域（Domain） 属性的取值范围。 分量 元组中的一个属性值。 关系模式 对关系的描述，其形式表示为： 关系名（属性1，属性2，属性n） 实例： 学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）,关系数据模型的数据结构(续）,实体及实体间的联系的表示方法 实体型：直接用关系（表）表示。 属性：用属性名表示。 一对一联系：隐含在实体对应的关系（表）中。 一对多联系：隐含在实体对应的关系（表）中。 多对多联系：直接用关系（表）表示。,关系数据模型的数据结构(续）,例1 学生、系、系与学生之间的一对多联系：学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级
32、） 系 (系号，系名，系主任，办公地点)例2 系、系主任、系与系主任间的一对一联系,关系数据模型的数据结构(续）,例3 学生、课程、学生与课程之间的多对多联系：学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级） 课程（课程号，课程名，学分） 选修（学号，课程号，成绩）,关系数据模型的数据结构(续）,关系必须是规范化的，满足一定的规范条件 最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不 可分的数据项。,2.关系模型的数据操纵,查询、插入、删除、更新 数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合 存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”,3.关系模型的完整性约
33、束,实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性,4.关系数据模型的存储结构,表以文件形式存储有的DBMS一个表对应一个操作系统文件有的DBMS自己设计文件结构,5.关系模型的优缺点,优点 建立在严格的数学概念的基础上 概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用 实体和各类联系都用关系来表示 对数据的检索结果也是关系 关系模型的存取路径对用户透明 具有更高的数据独立性，更好的安全保密性 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作,关系模型的优缺点（续）,缺点 存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非 关系数据模型为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化 增加了开发数据库管理系统的难度,6. 典型的关
34、系数据库系统,ORACLE SYBASE INFORMIX SQL Server DB2 PostgreSQL MySQL FOXPRO DBASE ACCESS,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构 1.4 数据库系统的组成 1.5 数据库技术的研究领域 1.6 小结,1.3 数据库系统结构,数据库系统内部的模式结构 从数据库管理系统(DBMS)角度看，数据库系统采用三级模式结构数据库系统外部的体系结构 从数据库最终用户角度看，数据库系统结构分为： 单用户结构、分布式、客户/服务器（C/S）、 浏览器/应用服务器（B/S）等,1.3.1 数据库系统模
35、式的概念,“型” 和“值” 的概念 型（Type） 对某一类数据的结构和属性的说明 值（Value） 是型的一个具体赋值 例如：学生记录 记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯） 该记录型的一个记录值：（900201，李明，男，计算机，22，江苏）,数据库系统模式的概念（续）,模式（Schema） 数据库全体数据的逻辑结构和特征的描述 是型的描述，不涉及具体值。 反映的是数据的结构及其联系 模式是相对稳定的 模式的一个实例（Instance） 模式的一个具体值 反映数据库某一时刻的状态 同一个模式可以有很多实例 动态的，实例随数据库中的数据的更新而变动,1.3.2 数据库系统的三级模式结
36、构,1模式（Schema）,模式（也称逻辑模式） 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述 所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求 一个数据库只有一个模式 模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层 与数据的物理存储细节和硬件环境无关 与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关 定义模式需要定义 数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等） 数据之间的联系 数据有关的安全性、完整性要求,2. 外模式（External Schema）,外模式（也称子模式或用户模式） 数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述 数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数
37、据的逻辑表示,外模式（续）,外模式的地位：介于模式与应用之间 模式与外模式的关系：一对多 外模式通常是模式的子集 一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求 对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同 外模式与应用的关系：一对多 同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用 但一个应用程序只能使用一个外模式,外模式（续）,外模式的用途 保证数据库安全性的一个有力措施。 每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据,3内模式（Internal Schema）,内模式（也称存储模式） 是数据物理结构和存储方式的描述 是数据在
38、数据库内部的表示方式 记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储） 索引的组织方式 数据是否压缩存储 数据是否加密 数据存储记录结构的规定 一个数据库只有一个内模式,1.3.3 数据库的二级映象功能与数据独立性,三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换 外模式/模式映像 模式/内模式映像,1外模式模式映象,定义外模式与模式之间的对应关系 每一个外模式都对应一个外模式模式映象 映象定义通常包含在各自外模式的描述中,外模式模式映象的用途,保证数据的逻辑独立性 当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变 应用程序
39、是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性,2模式内模式映象,模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的 数据库中模式内模式映象是唯一的 该映象定义通常包含在模式描述中,模式内模式映象的用途,保证数据的物理独立性 当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式内模式映象，使模式保持不变 应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构 1.4 数据库系
40、统的组成 1.5 数据库技术的研究领域 1.6 小结,1.4 数据库系统的组成,数据库 数据库管理系统（及其开发工具） 应用系统 数据库管理员（DBA） 用户,一、硬件平台及数据库,数据库系统对硬件资源的要求 足够大的内存 存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区、应用程序 足够大的外存 存储数据库，数据备份 较高的通道能力 提高数据传送率,二、软件,数据库软件系统主要包括： DBMS 操作系统 与数据库接口的高级语言及其编译系统 以DBMS为核心的应用开发工具 为特定应用环境开发的数据库应用系统,三、人员,人员主要包括： 数据库管理员（DBA） 系统分析员 数据库设计人员 应用程序员 最
41、终用户,1. 数据库管理员(DBA),决定数据库中的信息内容和结构 决定数据库的存储结构和存取策略 定义数据的安全性要求和完整性约束条件,数据库管理员(续),监控数据库的使用和运行 周期性转储数据库 数据文件 日志文件 系统故障恢复 介质故障恢复 监视审计文件,数据库管理员(续),数据库的改进和重组 性能监控和调优 数据重组 数据库重构,2. 系统分析员,负责应用系统的需求分析和规范说明 与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置 参与数据库系统的概要设计,3. 数据库设计人员,参加用户需求调查和系统分析 确定数据库中的数据 设计数据库各级模式,4. 应用程序员,设计和编写应用系统的程序模块 进
42、行调试和安装,5. 用户,最终用户，包括： 偶然用户 企业或组织机构的高中级管理人员 简单用户 银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员 复杂用户 工程师、科学家、经济学家、科技工作者等 直接使用数据库语言访问数据库，甚至能够基于数据库管理系统的API编制自己的应用程序,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构 1.4 数据库系统的组成 1.5 数据库技术的研究领域 1.6 小结,1.5 数据库技术的研究领域,数据库管理系统软件的研制 数据库设计 数据库理论,数据库管理系统软件的研制,DBMS核心 一组相互联系的软件系统 工具软件 中间件,数据库设计,数据库设计方法 设计工具 设计理论 数据模型和数据建模,数据库理论,关系的规范化理论 关系数据理论,作业：教材第34页,第1题 第7题 第8题 第9题 第13题 第15题 第16题,不交，自己看书完成,END,1.3.2 数据库系统的三级模式结构,1.3.2 数据库系统的三级模式结构,1.3.2 数据库系统的三级模式结构,1.3.2 数据库系统的三级模式结构,1.3.2 数据库系统的三级模式结构,典型的数据库设计案例,典型的数据库设计案例,
