1、1,第一章 绪论,1.1 数据库系统概述(重点) 1.2 数据模型(重点) 1.3 数据库系统结构(重点) 1.4 数据库系统的组成 1.5 小结,2,1.1 数据库系统概述,1.1.1 四个基本概念1.1.2 数据管理技术的产生与发展,3,1.1.1 四个基本概念（重点）,数据(Data) 数据库(Database) 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS),4,一、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 数据的特点 数据与其语义是不可分的,5,数据举例,学生档案中的学生记录 （李明，男，1972，江苏，计算
2、机系，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 请给出另一个解释和语义,6,二、数据库,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。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。,7,数据库（举例）,8,三、数据库管理系统,什么是DB
3、MS 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,9,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 数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML)操纵数据实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改),10,DBMS的主要功能,数据库的运行管理保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复数据库的建立和维护功能(实用程序)数据库数据批量装载数据库转储介质故障恢复数据库的重组织性能监视等,11,DB
4、MS举例,IBM公司的DB2 ；Oracle公司的Oracle；Sybase公司的Sybase；微软公司的SQL Server等关系数据库管理系统,12,四、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引入数据库后的系统构成。 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。,13,数据库系统(续),数据库系统构成图示. P6图1.1数据库系统在计算机系统中的位置图示P6图1.2 数据库系统举例,14,DB,DBMS,应用程序,数据请求,数据 处理结果,操作指令,数据 查询结果,Ora
5、cle,DB2, SQLSERVER2000, Sybase FoxPro,Access,产品,数据库应用开发工具（VB，PB，FoxPro） 主语言（C,C+,Java）,提供访问DB的方法，包括DB的建立，查询，更新和控制,DB,DBMS,应用程序,数据请求,数据 处理结果,操作指令,数据 查询结果,产品,数据库应用开发工具（VB，PB，FoxPro） 主语言（C,C+,Java）,提供访问DB的方法，包括DB的建立，查询，更新和控制,用户使用,DBA使用,学习DBMS的基本功能、SQL语言,学习如何设计一个性能良好的数据库,15,1.1.2 数据管理技术的产生和发展,什么是数据管理 对数
6、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 数据管理技术的发展过程 人工管理阶段(40年代中-50年代中) 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),16,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,17,一、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,18,人工管理(续),特点： 数据不进行保存 没有专门的数据管理软件 数据面向应用，不共享 数据不具有独立性 应用程序都包括数据的
7、存储结构 存取方法 输入输出方式,一组数据对应一个程序.,19,应用程序与数据的对应关系(人工管理),20,二、文件系统,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,21,文件系统(续),特点数据以“文件”形式可以长期保存在磁盘上;文件系统提供数据与程序之间的存取方法;文件之间缺乏联系，相互孤立;数据共享性差,冗余度大;数据独立性差;,22,应用程序与数据的对应关系(文件系统),23,文件系统中数据的结构,记录内有结构。 数据的结构是靠程序定义和解释的。 数据只能是定长的。 可以间接实现数据变长要
8、求，但访问相应数据的应用程序复杂了。 文件间是独立的，因此数据整体无结构。 可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系。 数据的最小存取单位是记录。,24,三、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,批处理,25,数据库系统(续),特点 数据的结构化：整体结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据的独立性高 数据控制能力：由DBMS统一管理和控制,26,数据库系统阶段应用程序与数据的对应关系,27,数据的高共享性的好处,降低数据的冗余度，节省存储空间 避免数
9、据间的不一致性 使系统易于扩充,28,数据独立性,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。当数据的物理存储改变了，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。,29,数据结构化,整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。(p10 图1.6)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。,30,DBMS对数据的控制功能,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
10、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 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。,31,DBMS对数据的控制功能,并发（Concurrency）控制 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。,32,数据的高共享性的好处,降低数据的冗余度，节省存储空间 避免数据间的不一致性 使系统易于扩充,33,二、数据管理技术的产生和发展(4 0f 4),三个阶段的比较,34,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
11、.4 数据库系统的组成 1.5 小结,35,数据模型知识点,数据库技术的发展主线数据模型的发展数据库管理系统的发展和数据模型的发展是紧密相关的 每个数据库管理系统都支持一种数据模型 层次数据模型 网状数据模型 关系数据模型 面向对象数据模型 对象关系数据模型 XML数据模型,36,数据模型与数据库系统发展,37,能力培养,数据模型的重要性 数据建模的方法 数据抽象与建模能力 理解数据库系统中数据抽象、数据模型的意义与作用 理解不同数据模型的特点和适应范围 具有利用某种数据模型构建实际应用中逻辑模型的能力,38,模型的例子,常见的模型： 一张地图 一组建筑设计沙盘 一架精致的航模飞机 什么是模型
12、： 对现实世界中某个对象的某些特征的模拟和抽象 航模飞机： 飞机的一种模拟和抽象。抽象了飞机的基本特征机头、机身、机翼、机尾 ；模拟飞机的起飞、飞行和降落。,39,1.2数据模型,通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。 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。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 便于在计算机上实现,40,客观对象的抽象过程- 两步抽象,DBMS支持的数据模型,概念模型,认识 抽象,信息世界,机器世界,现实世界中客观对象的抽象过程,现实世界,41,模型的分类,模型,概念模型:也称信息模型，用于数据库设计 （如：E-R方法
13、，UML，IDEFx）,逻辑模型,网状模型,层次模型,关系模型,用于DBMS的实现,面向对象模型,物理模型,42,1.2 数据模型,1.2.1 两大类数据模型1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 概念模型1.2.4 常用数据模型1.2.5 层次模型1.2.6 网状模型1.2.7 关系模型,43,1.2.2 数据模型的组成要素,数据结构 数据操作 数据的约束条件,44,1. 数据结构,什么是数据结构 数据库的组成对象以及对象之间的联系两类对象 与数据类型、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,45,2.数据操作,数据操作 对数据库中各种对象（型）的实例
14、（值）允许执行的操作及有关的操作规则 数据操作的类型 查询 更新（包括插入、删除、修改）,46,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。,47,3.数据的约束条件,数据的约束条件 一组完整性规则的集合。 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。,48,数据的约束条件(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
15、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。,49,完整性约束条件的定义,1. 隐含 数据模型遵守的基本的通用的完整性约束条件 例如关系模型必须满足实体完整性和参照完整性 2. 需要显式定义 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,50,完整性约束条件的检查,讨论问题？ 1. 谁来查DBMS 2. 查什么数据变化时是否满足约束条件 3. 怎么查数据变化前数据变化后立即查延迟查。,51,1.2.3 概念模型,1. 概念模型 2. 信息世界中的基本概念 3. 概念模型的表示方法,52,1. 概念模型,概念模型的用途 概念
16、模型用于信息世界的建模 是现实世界到机器世界的第一层抽象 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。,53,实例：工厂物资管理,从整体到部分 初步认识ER图,54,2. 信息世界中的基本概念,(1) 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。 (2) 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。 (3) 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。,55,信息世界中
17、的基本概念(续),(4) 域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域。 (5) 实体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体 同类实体称为实体型 (6) 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集,56,信息世界中的基本概念(续),(7) 联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界 中反映为实体内部的联系和实体之间的联系 实体型间联系 两个实体型 一对一联系（1:1） 三个实体型 一对多联系（1:n） 一个实体型 多对多联系（m:n）,57,两个实体型间的联系,58,两个实体型间的联系,一对一联系 如果对
18、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。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,59,两个实体型间的联系 (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,60,两个实体型间的联系 (续),多对多联系（m:n） 如果对于实体集A中的每一
19、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，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,61,多个实体型间的联系(续),多个实体型间的一对多联系 若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ei与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对多的。,62,多个实体型间的联系(续),实例课程、教师与参考书三个实体
20、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 多个实体型间的一对一联系 多个实体型间的多对多联系,63,注意：三个实体型之间多对多的联系和三个实体型两两之间（三个）多对多联系的语义是不同的。 三元关系表示供应商给工程提供零件。 三个二元关系表示“供应商供应零件”，“零件用于工程”，“工程由供应商供应”。,64,如A“张三给大学城项目提供水泥”所提供的信息要多于下面三个语句。 B张三供应水泥； C水泥用于大学城项目； D大学城项目由张三供应 知道了B，C，D，我们不能有效地推断出A。更精
21、确地说，如果已知B,C,D，我们就可以推断出张三给给某项工程（如工程X）供应水泥，某个供应商（如Y）供应水泥给大学城项目，张三给大学城项目提供某种材料（如Z）。但是，我们不能推出Y是张三，X就是大学城项目，Z就是水泥。,65,同一实体集内各实体间的联系,一对多联系 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 一对一联系 多对多联系,66,3. 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) 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,67,E-R图,实体型 用矩形表示
22、，矩形框内写明实体名。,学生,教师,68,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,69,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）,70,联系的表示方法,71,联系属性的表示方法,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 .,72,联系的表示方法示例,73,联系的表示方法(续),74,联系的表示方法示例(续),75,如何画E-R图,76,回到实例：工厂物资管理,用E-R图表示某个工厂物
23、资管理的概念模型 实体 仓库： 仓库号、面积、电话号码 零件 ：零件号、名称、规格、单价、描述 供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号 项目：项目号、预算、开工日期 职工：职工号、姓名、年龄、职称,77,一个实例,78,1 按照问题的描述一步一步画出每一句话中涉及的实体 2 根据给出的实际语义，画出实体之间的联系对实体之间联系的语义描述有时不是直截了当的从对现实世界的整体描述中进行分析，导出实体之间的某种联系例如，零件和仓库的联系是多对多联系？一对多联系？描述零件按所属的不同产品分别放在仓库中一个产品由多种零件组成的 一个仓库中放多种零件反过来一种零件是放在一个仓库还是多个仓库中呢？一种
24、零件可以用在多种产品上，这些零件按所属的不同产品分别放在仓库中 一种零件可以放在多个仓库中所以零件和仓库之间是多对多的联系,如何画E-R图,79,12学校中有若干系，每个系有若干班级和教研室，每个教研室有若干教员，其中有的教授和副教授每人各带若干研究生，每个班有若干学生，每个学生选修若干课程，每门课可由若干学生选修。请用E-R图画出此学校的概念模型。 13某工厂生产若干产品，每种产品由不同的零件组成，有的零件可用在不同的产品上。这些零件由不同的原材料制成，不同零件所用的材料可以相同。这些零件按所属的不同产品分别放在仓库中，原材料按照类别放在若干仓库中。请用E-R图画出此工厂库存管理系统中产品，
25、零件，材料，仓库的概念模型。,第12题，13题 的解析,80,1.2 数据模型,1.2.1 两大类数据模型1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 概念模型1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 层次模型1.2.6 网状模型1.2.7 关系模型,81,1.2.4 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：两个记录以及它们之间的一对多（包括一对一)的联系,82,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 Orien
26、ted Model） 数据结构：对象,83,1.2.5 层次模型,层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型 层次数据库系统的典型代表是IBM公司的IMS（Information Management System）数据库管理系统 层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系,84,1.2.5 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,85,1. 层次数据模型的数据结构,层次模型满足下面两个条件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
27、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,86,层次数据模型的数据结构(续）,图1.16 一个层次模型的示例,87,层次数据模型的数据结构(续）,表示方法 实体型：用记录类型描述。每个结点表示一个记录类型。 属性：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。 联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的一对多的联系 实例：教员-学生数据模型（P23）,88,层次数据模型的数据结构(续),图1.17 教员学生层次数据库模型,根结点,记录型系的子女结点 记录型教员的双亲结点,叶结点,叶结点,字段,89,层次数据模型的数据结构(续),
28、图1.18 教员学生层次数据库的一个值,90,层次数据模型的数据结构(续）,特点 结点的双亲是唯一的 只能直接处理一对多的实体联系 每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段 任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义 没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在,91,层次数据模型的数据结构(续）,多对多联系在层次模型中的表示 用层次模型间接表示多对多联系 方法 将多对多联系分解成一对多联系 分解方法 冗余结点法 虚拟结点法,92,2. 层次模型的数据操纵,查询插入删除更新,93,3. 层次模型的完整性约束,无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值 如果删除双亲结点值，则相应的子女结
29、点值也被同时删除 更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性,94,4.层次数据模型的存储结构,邻接法 按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次邻接存 放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序 链接法 用指引元来反映数据之间的层次联系 子女兄弟链接法 P26 层次序列链接法 P26,95,层次数据模型的存储结构（续）,图1.20 层次数据库及其实例,按邻接法存放图1.20（b） 中以根记录A1为首的层次 记录实例集,按邻接法存放图1.20（b）中以根记录A1为首的层次记录实例集,96,5. 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
30、 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,97,1.2 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,98,1.2.6 网状模型,网状数据库系统采用网状模型作为数据的组织方式 典型代表是DBTG系统： 亦称CODASYL系统 70年代由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 实际系统 Cullinet Software Inc.公司
31、的 IDMS Univac公司的 DMS1100 Honeywell公司的IDS/2 HP公司的IMAGE,99,1.2.5 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,100,1.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。,101,网状数据模型的数据结构（续）,网状模型中子女结点与双亲结点的联系可以不唯一 要为每个联系命名，并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录,R
32、1与R3之间的联系L1,R2与R3之间的联系L2,102,网状数据模型的数据结构,网状模型的例子,103,网状数据模型的数据结构(续）,表示方法（与层次数据模型相同） 实体型：用记录类型描述。每个结点表示一个记录类型。 属性：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。 联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的一对多的父子联系。,104,网状数据模型的数据结构(续）,特点 只能直接处理一对多的实体联系 每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段 任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义,105,网状数据模型的数据结构（续）,例如：一个学生可以选修若干门课程，某一课程可以被多个学生选
33、修，学生与课程之间是多对多联系 引进一个学生选课的联结记录，由3个数据项组成 学号 课程号 成绩 表示某个学生选修某一门课程及其成绩,106,网状数据模型的数据结构（续）,图1.24 学生/选课/课程的网状数据模型,107,网状数据模型的数据结构(续）,网状模型与层次模型的区别 网状模型允许多个结点没有双亲结点 网状模型允许结点有多个双亲结点 网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系） 网状模型可以更直接地去描述现实世界 层次模型实际上是网状模型的一个特例,108,网状数据模型的数据结构(续）,109,网状数据模型的数据结构(续）,110,网状数据模型的数据结构(续）,多对多联系在网状模型
34、中的表示 用网状模型间接表示多对多联系 方法将多对多联系直接分解成一对多联系,111,2. 网状模型的数据操纵,查询 插入 删除 更新,112,3.网状数据模型的完整性约束,网状数据库系统（如DBTG）对数据操纵加 了一些限制，提供了一定的完整性约束 支持码的概念 保证双亲结点与子女结点之间是一对多联系 支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件,113,3. 网状数据模型的完整性约束,完整性约束条件 允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值 允许只删除双亲结点值,114,4.网状数据模型的存储结构,关键 实现记录之间的联系 常用方法 单向链接 双向链接 环状链接 向首链接,115,5.网状模型的优
35、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、DML语言复杂，用户不容易使用,116,1.2 数据模型,1.2.1 两大类数据模型1.2.2数据模型的组成要素1.2.3概念模型1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 层次模型1.2.6 网状模型1.2.7 关系模型,117,1.2.7 关系模型,关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式 1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型 计算
36、机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型,118,典型的关系数据库管理系统,ORACLE SYBASE INFORMIX DB2 Microsoft SQL Server ACCESS FOXPRO,119,1.2.7 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,120,一、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。,学生登记表,属性,元组,121,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
37、（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。,122,关系模型的基本概念,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 关系名（属性1，属性2，属性n） 学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）,123,124,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。,125,关系数据模型的数据结构（续）,表1.2 术语对比,126,2
38、.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”,127,3.关系模型的完整性约束,实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性,128,三、关系数据模型的存储结构,实体及实体间的联系都用表来表示 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,129,四.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
39、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,130,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,131,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 小结,132,1.3 数据库系统结构,1.3.2数据库系统内部的模式结构 从数据库管理系统角度看:通常采用三级模式结构1.3.2数据库系统外部的体系结构 从数据库最终用户角度看单用户结构，主从式结构，客户服务器，浏览器应
40、用服务器数据库服务器多层结构,133,数据库系统模式的概念,“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）,134,数据库系统模式的概念（续）,模式（Schema） 数据库逻辑结构和特征的描述 是型的描述 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 实例随数据库中的数据的更新而变动,135,数
41、据库系统模式的概念 （续）,例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录2003年的一个学生数据库实例，包含： 2003年学校中所有学生的记录 学校开设的所有课程的记录 所有学生选课的记录 2002年度学生数据库模式对应的实例与2003年度学生数据库模式对应的实例是不同的,136,1.3.2 数据库系统的模式结构,数据库系统模式的概念 数据库系统的三级模式结构 数据库的二级映象功能与数据独立性 小结,137,1.3.2 数据库系统的三级模式结构,模式（Schema）外模式（External Schema）内模式（Internal Schema）,138,数据库系统的三级模
42、式结构,139,一 模式（续）,模式的定义 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,140,二、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据的逻辑表示,141,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
43、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,142,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,143,三、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,144,内模式（续）,例如学生记录，如果按堆存
44、储，则插入一条新记录总是放在学生记录存储的最后，如右图所示,145,内模式（续）,如果按学号升序存储，则插入一条记录就要找到它应在的位置插入，如图1.29（b）所示 如果按照学生年龄聚簇存放，假如新插入的S3是16岁，则应插入的位置如图1.29（c）所示,图1.29 记录不同的存储方式示意图,146,数据库系统结构（续）,1.3.1 数据库系统模式的概念 1.3.2 数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性,147,1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性,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
45、内模式映像,148,一、外模式模式映象,模式：描述的是数据的全局逻辑结构 外模式：描述的是数据的局部逻辑结构 同一个模式可以有任意多个外模式 每一个外模式，数据库系统都有一个外模式模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系 映象定义通常包含在各自外模式的描述中,149,外模式模式映象（续）,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。,150,二、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
46、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,151,模式内模式映象（续）,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。,152,模式内模式映象（续）,数据库模式 即全局逻辑结构是数据库的中心与关键 独立于数据库的其他层次 设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式,153,模式内模式映象（续）,数据库的内模式 依赖于它的全局逻辑结构 独立于数据库的用户视图，即外模式 独立于具体的存储设备 将全局
47、逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以达到较好的时间与空间效率,154,模式内模式映象（续）,数据库的外模式 面向具体的应用程序 定义在逻辑模式之上 独立于存储模式和存储设备 当应用需求发生较大变化，相应外模式不能满足其视图要求时，该外模式就得做相应改动 设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性,155,模式内模式映象（续）,特定的应用程序 在外模式描述的数据结构上编制的 依赖于特定的外模式 与数据库的模式和存储结构独立 不同的应用程序有时可以共用同一个外模式 数据库的二级映像 保证了数据库外模式的稳定性 从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应
48、用程序一般不需要修改,156,模式内模式映象（续）,数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去 数据的存取由DBMS管理 用户不必考虑存取路径等细节 简化了应用程序的编制 大大减少了应用程序的维护和修改,157,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 小结,158,1.4 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,159,数据库系统的组成（续）,硬件平台及数据库 软件 人员,160,一、硬件平台及数据库,数据库系统对硬件资源的要求(1) 足够大的内存 操作
49、系统 DBMS的核心模块 数据缓冲区 应用程序,161,硬件平台及数据库（续）,(2) 足够大的外存磁盘或磁盘阵列 数据库光盘、磁带 数据备份 (3) 较高的通道能力，提高数据传送率,162,二、软件,DBMS 支持DBMS运行的操作系统 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,163,三、人 员,数据库管理员 系统分析员和数据库设计人员 应用程序员 用户,164,人 员（续）,图1.30 各种人员的数据视图,不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图，如下图所示,165,1. 数据库管理员(DBA),具体职责： 1.决定数据库中的信息内容和结构 2.决定数据库的存储结构和存取策略 3.定义数据的安全性要求和完整性约束条件,166,数据库管理员(续),4.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,167,数据库管理员(续),5. 数据库的改进和重组 性能监控和调优 定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能 需求增加和改变时，数据库须需要重构造,
