數(shù)據庫第二篇第3講管理信息系統(tǒng)設計與開發(fā)之數(shù)據庫系統(tǒng)原理概述(2)深圳大學機電與控制工程學院主講人王貴斌第2章數(shù)據庫系統(tǒng)概述2.1概述2.2數(shù)據模型2.3數(shù)據庫系統(tǒng)結構2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成2.5本章小結2.2數(shù)據模型2.2.1概述2.2.2信息的三種世界及其描述2.2.3數(shù)據模型的組成要素2.2.4概念模型2.2.5常用數(shù)據模型2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）網狀模型用有向圖（網絡）結構表示實體類型及實體間聯(lián)系的數(shù)據模型稱為網狀模型（NetworkModel）網狀數(shù)據模型的數(shù)據結構網狀數(shù)據模型的數(shù)據操縱網狀數(shù)據模型的完整性約束網狀數(shù)據模型的存儲結構網狀數(shù)據模型的優(yōu)缺點典型的網狀數(shù)據庫系統(tǒng)一個基于網絡數(shù)據模型的

數(shù)據庫實例都薇哈爾濱道理區(qū)友誼路李金寶哈爾濱南崗區(qū)學府路孫文雋哈爾濱南崗區(qū)學府路陳慶奎哈爾濱道外區(qū)上游路楊燕哈爾濱道外區(qū)南馬路2410000852000045100003610000系姓名城市區(qū)街道帳號存款余額儲蓄戶記錄集合帳戶記錄集合

網絡數(shù)據模型的核心是記錄和系。記錄表示數(shù)據，一個記錄有多個數(shù)據域，每個域表示一個數(shù)據項；數(shù)據之間的聯(lián)系由“系”表示，可視為一個指針2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）網狀數(shù)據模型的數(shù)據結構網狀模型滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為網狀模型允許一個以上的結點無雙親(左圖R1R2)一個結點可以有多于一個的雙親(右圖R3)

Ｒ1

Ｒ2

R3L1L2

R1

R2L3L1L2

R3L4

R4

R5

2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）表示方法（與層次數(shù)據模型相同）實體型用記錄類型描述每個結點表示一個記錄類型屬性用字段描述每個記錄類型可包含若干個字段聯(lián)系用結點之間的連線表示記錄（類）型之間的一對多的父子聯(lián)系特點只能直接處理一對多的實體聯(lián)系每個記錄類型定義一個排序字段，也稱為碼字段任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義網狀模型與層次模型的區(qū)別網狀模型允許多個結點沒有雙親結點網狀模型允許結點有多個雙親結點網狀模型允許兩個結點之間有多種聯(lián)系（復合聯(lián)系）網狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實世界層次模型實際上是網狀模型的一個特例2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）

Ｒ1

Ｒ2

R3L1L2

R1

R2L3L1L2

R3L4

R4

R5

2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）

Ｒ1

L1L2

R22.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）學生宿舍學生教研室系教師父母人子女樹種植砍伐養(yǎng)育贍養(yǎng)2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）多對多聯(lián)系在網狀模型中的表示用網狀模型間接表示多對多聯(lián)系方法將多對多聯(lián)系直接分解成一對多聯(lián)系2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）網狀模型的數(shù)據操縱查詢插入刪除更新2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）網狀數(shù)據模型的完整性約束網狀數(shù)據庫系統(tǒng)（如DBTG

DatabaseTaskGroup，數(shù)據庫任務組。指能夠處理模糊數(shù)據的數(shù)據庫）對數(shù)據操縱加了一些限制，提供了一定的完整性約束支持記錄碼的概念，碼即唯一標識記錄的數(shù)據項的集合雙親結點與子女結點之間是一對多聯(lián)系屬籍類別加入類別(自動的，手工的)移出類別(固定的，必須的，隨意的)完整性約束條件允許插入尚未確定雙親結點值的子女結點值允許只刪除雙親結點值2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）網狀數(shù)據模型的存儲結構關鍵實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系常用方法單向鏈接雙向鏈接環(huán)狀鏈接向首鏈接2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）網狀模型的優(yōu)缺點優(yōu)點能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界，如一個結點可以有多個雙親具有良好的性能，存取效率較高缺點結構比較復雜，而且隨著應用環(huán)境的擴大，數(shù)據庫的結構就變得越來越復雜，不利于最終用戶掌握DDL、DML語言復雜，用戶不容易使用2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）典型的網狀數(shù)據庫系統(tǒng)DBTG系統(tǒng)，亦稱CODASYL系統(tǒng)由DBTG提出的一個系統(tǒng)方案奠定了數(shù)據庫系統(tǒng)的基本概念、方法和技術70年代推出實際系統(tǒng)CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系模型(重點理解和掌握的內容)最重要的一種數(shù)據模型，也是目前主要采用的數(shù)據模型1970年由美國IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.Codd提出在美國計算機學會會刊《CommunicationoftheACM》上發(fā)表題為“ARelationalModelofDataforSharedDataBanks”的論文目前主流的數(shù)據庫系統(tǒng)大都是基于關系數(shù)據模型的關系數(shù)據庫系統(tǒng)80年代以來推出的數(shù)據庫管理系統(tǒng)幾乎都支持關系數(shù)據模型關系理論的確立標志著關系數(shù)據庫系統(tǒng)的基礎研究接近頂峰，而且關系數(shù)據庫已經占據數(shù)據庫系統(tǒng)的市場2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系數(shù)據模型的數(shù)據結構關系數(shù)據模型的操縱關系數(shù)據模型的完整性約束關系數(shù)據模型的存儲結構關系數(shù)據模型的優(yōu)缺點典型的關系數(shù)據庫系統(tǒng)2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系數(shù)據模型的數(shù)據結構建立在嚴格的數(shù)學概念基礎之上關系數(shù)據模型是由若干個關系模式組成的集合，其主要特征是用二維表格結構表達實體集，用外鍵表示實體間聯(lián)系其邏輯結構是一張二維表，由行和列組成2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系模型的基本概念關系（Relation）一個關系對應通常說的一張表元組（Tuple）表中的一行即為一個元組，很多系統(tǒng)稱之為記錄屬性（Attribute）表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名同一張表中的屬性具有不同是屬性名碼（Key）表中的某個屬性或屬性組，它（們）的值可以唯一確定一個元組，且屬性中不含多余的屬性2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）域（Domain）屬性的取值范圍分量（Element）元組中的一個屬性值關系模式(Relationmode)關系的型，是對關系的描述，實際上就是記錄類型關系模式僅是對數(shù)據特性的描述它的一般表示，包括模式名，屬性名，值域名以及模式的主鍵（碼），如下

關系名（屬性1，屬性2，…，屬性n） 例如：學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系模型中的數(shù)據要全部用關系表示在關系模型中，實體集以及實體間的聯(lián)系都用關系來表示例如，在關系模型中，學生、課程、學生與課程之間的聯(lián)系表示為

學生（學號，姓名，性別，年齡，所在系）； 課程（課程號，課程名，先行課）；選修（學號，課程號，成績）.2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系實例就是一個關系，即一張二維表格超鍵（碼）在關系中能唯一標識元組的屬性集稱為關系模式的超鍵(注意，超鍵是一個屬性集)通常選取一個碼作為主鍵，也稱主碼（PrimaryKey）候選鍵（碼）（SecondaryKey）不含有多余屬性的超鍵稱為候選鍵外鍵某個關系的主鍵相應的屬性在另一關系中出現(xiàn)，此時該主鍵在就是另一關系的外鍵，如有兩個關系S和SC,其中S#是關系S的主鍵，相應的屬性S#在關系SC中也出現(xiàn)，此時S#就是關系SC的外鍵一個關系數(shù)據庫實例2410000852000045100003610000帳號存款余額帳戶關系姓名城市區(qū)街道儲蓄戶關系帳號都薇哈爾濱道理區(qū)友誼路85李金寶哈爾濱南崗區(qū)學府路24孫文雋哈爾濱南崗區(qū)學府路85陳慶奎哈爾濱道外區(qū)上游路24陳慶奎哈爾濱道外區(qū)上游路36楊燕哈爾濱道外區(qū)南馬路452.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）實體及實體間的聯(lián)系的表示方法實體型直接用關系（表）表示屬性用屬性名表示一對一聯(lián)系隱含在實體對應的關系中一對多聯(lián)系隱含在實體對應的關系中多對多聯(lián)系直接用關系表示2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）例1

學生、系、系與學生之間的一對多聯(lián)系：

學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）;

系(系號，系名，辦公地點).例2

系、系主任、系與系主任間的一對一聯(lián)系例3 學生、課程、學生與課程之間的多對多聯(lián)系：

學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）;

課程（課程號，課程名，學分）;

選修（學號，課程號，成績）.2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系必須是規(guī)范化的，滿足一定的規(guī)范條件 最基本的規(guī)范條件：關系的每一個分量必須是一個不可分的數(shù)據項2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系模型的數(shù)據操縱查詢、插入、刪除、更新數(shù)據操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系，即若干元組的集合存取路徑對用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么”，不必詳細說明“怎么干”關系模型把存取路徑向用戶隱蔽起來，使數(shù)據的獨立性提高關系語言的高度非過程化，使得用戶對關系的操作容易2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系模型的完整性約束實體完整性這條規(guī)則要求關系中元組在組成主鍵的屬性上不能有空值。如果出現(xiàn)空值，那么主鍵值就起不了唯一標識元組的作用。參照完整性這條規(guī)則要求“不引用不存在的實體”其形式定義如下:如果屬性集K是關系模式R1的主鍵，K也是關系模式R2的外鍵，那么R2的關系中，K的取值只允許有兩種可能，或者為空值，或者等于R1關系中某個主鍵值2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）這條規(guī)則在使用時有三點應注意:1)外鍵和相應的主鍵可以不同名，只要定義在相同值域上即可；2)R1和R2也可以是同一個關系模式，表示了屬性之間的聯(lián)系；3)外鍵值是否允許空應視具體問題而定。用戶定義的完整性2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系數(shù)據模型的存儲結構在關系數(shù)據結構中、實體及實體間的聯(lián)系都用表來表示在數(shù)據庫的物理組織中，表以文件形式存儲一些小型關系數(shù)據庫管理系統(tǒng)RDBMS采用直接的操作系統(tǒng)文件的方式實現(xiàn)關系存儲一個關系對應一個數(shù)據文件許多RDBMS自己設計文件結構、文件格式和數(shù)據存取機制2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）關系模型的優(yōu)缺點優(yōu)點建立在嚴格的數(shù)學概念的基礎上概念單一，數(shù)據結構簡單、清晰，用戶易懂易用實體和各類聯(lián)系都用關系來表示對數(shù)據的檢索結果也是關系數(shù)據結構單一、使數(shù)據操作方法統(tǒng)一關系模型的存取路徑對用戶透明具有更高的數(shù)據獨立性，更好的安全保密性簡化了程序員的工作和數(shù)據庫開發(fā)建立的工作缺點存取路徑對用戶透明導致查詢效率往往不如非關系數(shù)據模型關系數(shù)據庫中的數(shù)據聯(lián)系是靠數(shù)據冗余實現(xiàn)的，所以不可能消除數(shù)據冗余，使得關系空間效率和時間效率比較低為提高性能，必須對用戶的查詢請求進行優(yōu)化增加了開發(fā)數(shù)據庫管理系統(tǒng)的難度2.2.5常用數(shù)據模型（續(xù)）典型的關系數(shù)據庫系統(tǒng)ORACLESYBASEINFORMIXDB/2COBASEPBASEEasyBaseDM/2OpenBase第2章數(shù)據庫系統(tǒng)概述2.1概述2.2數(shù)據模型2.3

數(shù)據庫系統(tǒng)結構2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構

2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成2.5本章小結2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構數(shù)據庫系統(tǒng)的三級數(shù)據模式結構數(shù)據模型用數(shù)據描述語言給出精確的描述，這稱為數(shù)據模式，它是數(shù)據庫的框架從數(shù)據庫管理系統(tǒng)角度看：數(shù)據庫系統(tǒng)結構分為三級模式結構，包括以下三種數(shù)據模式外模式邏輯模式內模式數(shù)據庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據庫系統(tǒng)的三級模式結構數(shù)據庫的二級映象功能與數(shù)據獨立性2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）數(shù)據庫系統(tǒng)模式的概念“型”和“值”的概念型（Type）對某一類數(shù)據的結構和屬性的說明值（Value）是型的一個具體賦值例如：學生記錄記錄型：（學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）該記錄型的一個記錄值：（900201，李明，男，計算機，22，江蘇）2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）模式（Schema）數(shù)據庫邏輯結構和特征的描述是型的描述反映的是數(shù)據的結構及其聯(lián)系模式是相對穩(wěn)定的是數(shù)據庫全體數(shù)據的邏輯整體結構和特征的描述，它僅涉及到型的描述，而不涉及到具體值模式的一個實例（Instance）模式的一個具體值反映數(shù)據庫某一時刻的狀態(tài)同一個模式可以有很多實例實例隨數(shù)據庫中的數(shù)據的更新而變動 模式反映的是數(shù)據結構及其關系，而實例反映的是數(shù)據庫某一時刻的狀態(tài)2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）數(shù)據抽象與數(shù)據庫的三種模式數(shù)據庫系統(tǒng)的主要目的之一就是為用戶提供一個數(shù)據抽象視圖，以隱藏數(shù)據的存儲結構和存取方法等細節(jié)邏輯模式2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）概念抽象外模式/模式映象物理抽象模式/內模式映象現(xiàn)實世界外模式邏輯模式內模式數(shù)據庫應用1應用2應用n視圖1視圖2視圖n視圖抽象2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）邏輯模式（LogicalSchema）及概念數(shù)據庫也稱為模式(Schema)是對數(shù)據庫中所有數(shù)據的整體邏輯結構和特征的描述是一個對所有用戶數(shù)據進行綜合抽象而得到的全局公共數(shù)據視圖，綜合了所有用戶的需求用模式描述語言DDL

(DataDefinitionLanguage)來定義描述的數(shù)據庫中的實體和屬性的名字及他們之間的關系，是個可以放進數(shù)據項值的框架，主要包括數(shù)據庫的記錄型、數(shù)據項的型（結構）、記錄間的聯(lián)系數(shù)據安全性定義，保密方式、級別和使用權限完整性約束數(shù)據訪問方式2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）一個數(shù)據庫系統(tǒng)只能有一個邏輯模式，實現(xiàn)數(shù)據共享、減少數(shù)據冗余模式的地位是數(shù)據庫系統(tǒng)模式結構的中間層與數(shù)據的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關與具體的應用程序、開發(fā)工具及高級程序設計語言無關模式的定義數(shù)據的邏輯結構（數(shù)據項的名字、類型、取值范圍等）數(shù)據之間的聯(lián)系數(shù)據有關的安全性、完整性要求以邏輯模式為框架的數(shù)據庫稱為概念數(shù)據庫2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）外模式（ExternalSchema）及用戶數(shù)據庫也稱子模式（Subschema）是對各個用戶或應用程序所涉及數(shù)據邏輯結構和數(shù)據特征的描述，是用戶自己所關注局部數(shù)據的邏輯結構和特征的描述用子模式模式描述語言DDL進行定義子模式的結構、數(shù)據域、數(shù)據構造規(guī)則及數(shù)據安全性和完整性的描述可與邏輯模式不同2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）子模式是完全按照用戶對數(shù)據的需要、站在局部的角度進行設計，數(shù)據庫有多個用戶，則可以有多個子模式用戶不必考慮與自己無關的數(shù)據，使得用戶使用數(shù)據和設計程序的工作簡化用戶只能對自己需要的數(shù)據進行操作，數(shù)據庫的其它數(shù)據與用戶隔離，有利于數(shù)據的安全和保密可使用子模式，同一模式可派生出多個模式，有利于數(shù)據的獨立性和共享性數(shù)據庫用戶的數(shù)據視圖是與某一應用有關的數(shù)據的邏輯表示只有相同的數(shù)據視圖的用戶，共享一個子模式一個子模式可以為多個用戶使用，它是模式的邏輯子集，一個數(shù)據庫可有多個外模式（子模式）2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）外模式的地位：介于模式與應用之間模式與外模式的關系：一對多外模式通常是模式的子集一個數(shù)據庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應用需求、看待數(shù)據的方式、對數(shù)據保密的要求對模式中同一數(shù)據，在外模式中的結構、類型、長度、保密級別等都可以不同外模式與應用的關系：一對多同一外模式也可以為某一用戶的多個應用系統(tǒng)所使用但一個應用程序只能使用一個外模式外模式的用途保證數(shù)據庫安全性的一個有力措施每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數(shù)據2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）內模式(InternalSchema)及物理數(shù)據庫也稱存儲模式（AccessSchema）或物理模式（PhysicalSchema）是數(shù)據物理結構和存儲方式的描述是數(shù)據在數(shù)據庫內部的表示方式或底層描述，用內模式DDL(InternalSchemaDDL)進行定義數(shù)據的數(shù)據項、記錄、數(shù)據集、索引和存取路徑的物理組織方式數(shù)據的優(yōu)化性能、響應時間和存儲空間需求數(shù)據的記錄位置、塊的大小與數(shù)據溢出區(qū)等2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）一個數(shù)據庫只有一個內模式無論哪一級的模式都只能是處理數(shù)據的一個框架，而按照這些框架填入的數(shù)據才是數(shù)據庫的內容（模型、模式、具體值是三個不同的概念）其目的是將系統(tǒng)的全局邏輯模式組織成自有的物理模式，以提高存取效率，改善系統(tǒng)性能以物理模式（內模式）為框架的數(shù)據庫為物理數(shù)據庫在數(shù)據庫系統(tǒng)中只有物理數(shù)據庫才是真實存在的（計算機外存的實際數(shù)據文件），概念數(shù)據庫和用戶數(shù)據庫在計算機外存上是不存在的觀念數(shù)據庫是物理數(shù)據庫的邏輯抽象形式物理數(shù)據庫是概念數(shù)據庫的具體實現(xiàn)用戶數(shù)據庫是概念數(shù)據庫的子集，也是物理數(shù)據庫子集的邏輯描述2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）數(shù)據庫的二級映象功能與數(shù)據獨立性1972年，ANSI/SPARCDBMS研究組提出的數(shù)據庫管理系統(tǒng)的體系結構—三級模式結構，一個重要的目標是將用戶應用與物理數(shù)據庫分離2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）三級模式與二級映象三級模式是對數(shù)據的三個抽象級別，把數(shù)據的具體組織留給DBMS管理，是用戶能邏輯地抽象地處理數(shù)據，不用關心數(shù)據在計算機中的具體表示和存放為了能夠在內部實現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)系和轉換，數(shù)據庫系統(tǒng)在這三級模式之間提供了兩層映象：外模式/（邏輯）模式映象和（邏輯）模式/（物理）內模式映象這兩層映象保證了數(shù)據庫系統(tǒng)中的數(shù)據能夠具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）外模式／（邏輯）模式映象定義外模式與（邏輯）模式之間的對應關系，一個（邏輯）模式可以有多個外模式，對于每一個外模式，都有一個外模式/（邏輯）模式映象，它定義該外模式與（邏輯）模式之間的對應關系映象定義通常包含在各自外模式的描述中外模式／（邏輯）模式映象的用途，是保證數(shù)據的邏輯獨立性2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）當（邏輯）模式改變（增加新的關系、新的屬性、屬性的類型等）時，由數(shù)據庫管理員DBA對各個外模式/（邏輯）模式的映象作相應的改變，可以使外模式保持不變應用程序依據數(shù)據的外模式編寫，從而程序不需做變動，保證了數(shù)據與程序的邏輯性獨立，簡稱數(shù)據的邏輯獨立性邏輯數(shù)據獨立性，由邏輯模式與外模式之間的映射實現(xiàn)，是指當概念數(shù)據庫模式發(fā)生改變時，數(shù)據庫的外模式不變，保證建在外模式上的應用程序不需要修改，只需要修改概念模式與外模式之間的映象2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）（邏輯）模式／（物理）內模式映象數(shù)據庫中此映象是唯一的，定義了數(shù)據庫全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關系，通常包含在模式的描述中，例如，說明邏輯記錄和字段在內部是如何表示的模式／內模式映象的用途保證數(shù)據的物理獨立性當數(shù)據庫的存儲結構改變了（例如選用了另一種存儲結構），數(shù)據庫管理員DBA只對此模式／內模式映象做相應變動，使模式保持不變應用程序不受影響，保證了數(shù)據與程序的物理獨立性，簡稱數(shù)據的物理獨立性2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）物理數(shù)據獨立性，由內模式與（邏輯）模式之間的映射實現(xiàn)，是指在數(shù)據庫的內模式（物理存儲結構）發(fā)生變化時，數(shù)據的邏輯結構不變；可以保證用戶編寫的應用程序不便，需修改內模式與邏輯模式間的映射2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）數(shù)據庫系統(tǒng)模式小結模式是數(shù)據庫的中心與關鍵獨立于數(shù)據庫的其它層次設計數(shù)據庫模式結構時應首先確定數(shù)據庫的邏輯模式內模式依賴于全局邏輯結構，但獨立于數(shù)據庫的用戶視圖即外模式，也獨立于具體的存儲設備它將全局邏輯結構中所定義的數(shù)據結構及其聯(lián)系按照一定的物理存儲策略進行組織，以達到較好的時間與空間效率外模式面向具體的應用程序，定義在邏輯模式之上，但獨立于存儲模式和存儲設備設計外模式時應充分考慮到應用的擴充性。當應用需求發(fā)生較大變化，相應外模式不能滿足其視圖要求時，該外模式就得做相應改動2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）數(shù)據庫中的邏輯模式是中心和關鍵應用程序在外模式描述的數(shù)據結構上編制的，它依賴于特定的外模式，與數(shù)據庫的模式和存儲結構獨立不同的應用程序有時可以共用同一個外模式二級映象保證了數(shù)據庫外模式的穩(wěn)定性，從而從底層保證了應用程序的穩(wěn)定性，除非應用需求本身發(fā)生變化，否則應用程序一般不需要修改數(shù)據與程序之間的獨立性，使得數(shù)據的定義和描述可以從應用程序中分離出去2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）模型分類-數(shù)據庫的建模過程邏輯數(shù)據模型物理數(shù)據模型2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）邏輯數(shù)據模型-

數(shù)據模型的發(fā)展反映了數(shù)據庫的發(fā)展文件系統(tǒng)層次和網狀數(shù)據庫關系數(shù)據庫對象-關系數(shù)據庫對象數(shù)據庫商務數(shù)據處理應用（查詢要求，集成的數(shù)據，數(shù)據共享）DBMS技術商務數(shù)據處理迅速發(fā)展，普及（簡單結構，非過程化查詢）關系數(shù)據理論數(shù)據庫應用領域擴大，新應用領域，傳統(tǒng)應用新需求（復雜對象，對象的復雜行為）面向對象技術2.3.1數(shù)據庫系統(tǒng)內部的模式結構（續(xù)）2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構從數(shù)據庫最終用戶角度看：數(shù)據庫系統(tǒng)結構分為單用戶數(shù)據庫系統(tǒng)主從式結構的數(shù)據庫系統(tǒng)分布式結構的數(shù)據庫系統(tǒng)客戶/服務器結構的數(shù)據庫系統(tǒng)瀏覽器/應用服務器/數(shù)據庫服務器結構2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構（續(xù)）單用戶數(shù)據庫系統(tǒng)整個數(shù)據庫系統(tǒng)(應用程序、DBMS、數(shù)據)裝在一臺計算機上，為一個用戶獨占，不同機器之間不能共享數(shù)據早期的最簡單的數(shù)據庫系統(tǒng)2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構（續(xù)）主從式結構的數(shù)據庫系統(tǒng)一個主機帶多個終端的多用戶結構數(shù)據庫系統(tǒng)，包括應用程序、DBMS、數(shù)據，都集中存放在主機上，所有處理任務都由主機來完成各個用戶通過主機的終端并發(fā)地存取數(shù)據庫，共享數(shù)據資源優(yōu)點易于管理、控制與維護缺點當終端用戶數(shù)目增加到一定程度后，主機的任務會過分繁重，成為瓶頸，從而使系統(tǒng)性能下降系統(tǒng)的可靠性依賴主機,當主機出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)都不能使用主從式結構的數(shù)據庫系統(tǒng)主機終端2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構（續(xù)）分布式結構的數(shù)據庫系統(tǒng)數(shù)據庫中的數(shù)據在邏輯上是一個整體，但物理地分布在計算機網絡的不同結點上網絡中的每個結點都可以獨立處理本地數(shù)據庫中的數(shù)據，執(zhí)行局部應用同時也可以同時存取和處理多個異地數(shù)據庫中的數(shù)據，執(zhí)行全局應用優(yōu)點適應了地理上分散的公司、團體和組織對于數(shù)據庫應用的需求缺點數(shù)據的分布存放給數(shù)據的處理、管理與維護帶來困難當用戶需要經常訪問遠程數(shù)據時，系統(tǒng)效率會明顯地受到網絡傳輸?shù)闹萍s2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構（續(xù)）2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構（續(xù)）客戶／服務器結構的數(shù)據庫系統(tǒng)NetworkRequestResultaclient,aserver,andnetworkClientServerClientmachineServermachine2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構（續(xù)）把DBMS功能和應用分開網絡中某個（些）結點上的計算機專門用于執(zhí)行DBMS功能，稱為數(shù)據庫服務器，簡稱服務器其他結點上的計算機安裝DBMS的外圍應用開發(fā)工具，用戶的應用系統(tǒng)，稱為客戶機客戶／服務器數(shù)據庫系統(tǒng)的種類集中的服務器結構一臺數(shù)據庫服務器，多臺客戶機分布的服務器結構在網絡中有多臺數(shù)據庫服務器分布的服務器結構是客戶／服務器與分布式數(shù)據庫的結合2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構（續(xù)）客戶／服務器結構的優(yōu)點客戶端的用戶請求被傳送到數(shù)據庫服務器，數(shù)據庫服務器進行處理后，只將結果返回給用戶，從而顯著減少了數(shù)據傳輸量數(shù)據庫更加開放客戶與服務器一般都能在多種不同的硬件和軟件平臺上運行可以使用不同廠商的數(shù)據庫應用開發(fā)工具2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構（續(xù)）客戶／服務器結構的缺點系統(tǒng)安裝復雜，工作量大應用維護困難，難于保密，造成安全性差相同的應用程序要重復安裝在每一臺客戶機上，從系統(tǒng)總體來看，大大浪費了系統(tǒng)資源系統(tǒng)規(guī)模達到數(shù)百數(shù)千臺客戶機，它們的硬件配置、操作系統(tǒng)又常常不同，要為每一個客戶機安裝應用程序和相應的工具模塊，其安裝維護代價過高2.3.2數(shù)據庫系統(tǒng)外部的體系結構（續(xù)）瀏覽器/應用服務器/數(shù)據庫服務器結構客戶端瀏覽器軟件、用戶界面瀏覽器的界面統(tǒng)一，廣大用戶容易掌握，大大減少了培訓時間與費用服務器端分為Web服務器、應用服務器、數(shù)據庫服務器等大大減少了系統(tǒng)開發(fā)和維護代價能夠支持數(shù)萬甚至更多的用戶第2章數(shù)據庫系統(tǒng)概述2.1概述2.2數(shù)據模型2.3數(shù)據庫系統(tǒng)結構2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成2.5本章小結2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成數(shù)據庫系統(tǒng)(Database

System,DBS)是指一個計算機存儲記錄的系統(tǒng)，即它是一個計算機系統(tǒng),該系統(tǒng)的目標是存儲信息并支持用戶檢索和更新所需的信息，主要包括：數(shù)據庫數(shù)據庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）應用系統(tǒng)數(shù)據庫管理員（用戶）DBMSApplication存儲元數(shù)據存儲業(yè)務數(shù)據UserSQL結構化查詢語言Result一個簡化的數(shù)據庫系統(tǒng)環(huán)境2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）硬件平臺及數(shù)據庫數(shù)據庫系統(tǒng)對硬件資源的要求足夠大的內存操作系統(tǒng)DBMS的核心模塊數(shù)據緩沖區(qū)應用程序足夠大的外存磁盤操作系統(tǒng)DBMS應用程序數(shù)據庫及其備份光盤、磁帶、軟盤數(shù)據備份較高的通道能力，提高數(shù)據傳送率2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）軟件DBMS操作系統(tǒng)與數(shù)據庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng)以DBMS為核心的應用開發(fā)工具為特定應用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據庫應用系統(tǒng)2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）人員數(shù)據庫管理員系統(tǒng)分析員數(shù)據庫設計人員應用程序員(最終用戶)2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據庫管理員(DBA)決定數(shù)據庫中的信息內容和結構，決定數(shù)據庫的存儲結構和存取策略定義概念模式定義內模式與用戶聯(lián)絡，定義外模式定義數(shù)據的安全性要求和完整性約束條件2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）監(jiān)控數(shù)據庫的使用和運行周期性轉儲數(shù)據庫數(shù)據文件日志文件系統(tǒng)故障恢復介質故障恢復監(jiān)視審計文件數(shù)據庫的改進和重組性能監(jiān)控和調優(yōu)數(shù)據重組數(shù)據庫重構2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）系統(tǒng)分析員負責應用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明與用戶及DBA協(xié)商，確定系統(tǒng)的硬軟件配置參與數(shù)據庫系統(tǒng)的概要設計數(shù)據庫設計人員參加用戶需求調查和系統(tǒng)分析確定數(shù)據庫中的數(shù)據設計數(shù)據庫各級模式應用程序員設計和編寫應用系統(tǒng)的程序模塊進行調試和安裝2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）用戶偶然用戶企業(yè)或組織機構的高中級管理人員簡單用戶銀行的職員、機票預定人員、旅館總臺服務員復雜用戶工程師、科學家、經濟學家、科技工作者等直接使用數(shù)據庫語言訪問數(shù)據庫，甚至能夠基于數(shù)據庫管理系統(tǒng)的API編制自己的應用程序2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據字典數(shù)據字典和DBMS是數(shù)據庫系統(tǒng)中使用的兩個主要工具，它們在數(shù)據資源的管理和使用中相互補充數(shù)據字典定義是關于數(shù)據描述信息的庫，存儲有關數(shù)據的來源、描述、與其他數(shù)據的關系、用途、責任和格式等信息它本身就是個數(shù)據庫，存儲“關于”數(shù)據的數(shù)據，為數(shù)據庫提供了“路線圖”而不是“原始數(shù)據”2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據字典可以在非數(shù)據庫環(huán)境下使用，但由于數(shù)據庫中數(shù)據量大、關系復雜、多用戶共享等原因，使數(shù)據字典在數(shù)據庫中使用中尤為重要數(shù)據字典的內容包括數(shù)據元、數(shù)據元組、導出數(shù)據元、同義異名或別名、同名異義詞、概念模式描述、邏輯模式描述、外模式描述、內模式描述2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據字典的任務及用途任務描述或定義數(shù)據庫系統(tǒng)的所有對象和屬性；對象之間的聯(lián)系；登記所有對象、屬性的自然語言定義；保留數(shù)據字典的變化歷史，以供需要時查閱；注意數(shù)據字典本身也需要用數(shù)據模型來描述用途幫助DBMS快速查找有關對象便于DBA掌握整個系統(tǒng)的運行情況主要由DBMS使用，用戶也可以使用DBMS可通過數(shù)據庫字典了解數(shù)據庫中每個文件的結構、每個數(shù)據項的存儲格式和數(shù)據類型等信息2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據字典與DBMSDBMS直接與數(shù)據的計算機處理有關，數(shù)據字典和一個組織全部數(shù)據的收集、規(guī)范說明和管理有關在數(shù)據環(huán)境中，數(shù)據字典可以被看成是存儲數(shù)據庫信息的“數(shù)據庫”有時稱管理數(shù)據字典數(shù)據庫的軟件為數(shù)據字典2.4數(shù)據庫系統(tǒng)的組成（續(xù)）數(shù)據庫系統(tǒng)的工作流程第一階段DBA建立并維護數(shù)據庫第二階段用戶編寫應用程序第三階段應用程序在DBMS支持下運行，當模式、物理模式、子模