數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)及應(yīng)用第1章數(shù)據(jù)庫(kù)的基本知識(shí)1.1數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.3數(shù)據(jù)模型1.4數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)1.1數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)信息(Information)是現(xiàn)實(shí)世界事物的存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在人們頭腦中的反映，是對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)。它具有可感知、可存儲(chǔ)、可加工、可傳遞和可再生等自然特性。數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的基本對(duì)象，是描述現(xiàn)實(shí)世界中各種具體事物或抽象概念的、可存儲(chǔ)并具有明確意義的信息，是信息的載體，符號(hào)化了的信息。數(shù)據(jù)庫(kù)(DataBase，DB)，顧名思義就是存放數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，是長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、相關(guān)聯(lián)且可共享的數(shù)據(jù)集合。1.1數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)可被各種用戶共享

具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性

數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲(chǔ)

具有較小的冗余度

1.1數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)1234數(shù)據(jù)定義功能：用戶可以通過(guò)DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言(DataDefinitionLanguage，DDL)方便地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行定義。數(shù)據(jù)操縱功能：通過(guò)DBMS提供的數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言(DataManipulationLanguage，DML)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行基本操作，如插入、刪除、修改及查詢等基本操作。

數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理：實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)安全性、完整性、一致性的保障。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的初始化、運(yùn)行維護(hù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，由一組計(jì)算機(jī)程序組成，它能幫助用戶創(chuàng)建、維護(hù)和使用數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有效的管理。1.1數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DataBaseSystem，DBS)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的硬件、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員(DataBaseAdministrator，DBA)和用戶構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)(DataBaseApplicationsystem)主要是指實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的應(yīng)用程序，有時(shí)簡(jiǎn)稱為應(yīng)用系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)用戶應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)圖1-1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)1.1數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)高級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)階段

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段

文件系統(tǒng)階段

人工管理階段

數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

1.1數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與模糊技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了模糊數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與分布處理技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了分布式數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與并行處理技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了并行數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與人工智能相結(jié)合，出現(xiàn)了演繹數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和主動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與多媒體處理技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)呈現(xiàn)出的一些新特點(diǎn)

1.1數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(ComputerSystem)是指用于數(shù)據(jù)庫(kù)管理的計(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)(DataBase，DB)是統(tǒng)一管理相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。這些數(shù)據(jù)以一定的結(jié)構(gòu)存放在磁盤中。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)是在操作系統(tǒng)支持下工作的管理數(shù)據(jù)的軟件，是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心。用戶即與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)打交道的人員。

圖1-5數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成圖數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具應(yīng)用系統(tǒng)用戶用戶用戶數(shù)據(jù)庫(kù)管理員1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫(kù)最終用戶角度出發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可分為單用戶結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)等

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)角度出發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單用戶結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、DBMS、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)都安裝在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，由一個(gè)用戶獨(dú)占，各計(jì)算機(jī)之間沒(méi)有直接的聯(lián)系，數(shù)據(jù)庫(kù)相互獨(dú)立，不同機(jī)器中的數(shù)據(jù)不共享。此種結(jié)構(gòu)容易造成數(shù)據(jù)大量冗余。DBDBDB圖1-6單用戶結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)示意圖1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-7所示為主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)示意圖，這種結(jié)構(gòu)一般是采用大型主機(jī)和終端相結(jié)合。在這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)和資源都放在主機(jī)上，所有的數(shù)據(jù)庫(kù)處理任務(wù)由主機(jī)完成，終端只是作為一種輸入/輸出設(shè)備，用戶通過(guò)終端并發(fā)地存取主機(jī)數(shù)據(jù)，用戶界面放在各終端上。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)的冗余現(xiàn)象大大減少，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的局部共享，數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理更加方便，但對(duì)主機(jī)性能要求比較高。DB終端主機(jī)終端終端終端終端圖1-7主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)示意圖1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組織將所需的若干節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，在邏輯上使數(shù)據(jù)形成一個(gè)整體，物理上數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組織被其他節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)所共享。分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主要特征在于它的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)。作為其組成部分的節(jié)點(diǎn)，都配有各自的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。在處理數(shù)據(jù)時(shí)由本地計(jì)算機(jī)訪問(wèn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)完成局部應(yīng)用；當(dāng)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有處理的數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)處理異地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)DB主機(jī)DB主機(jī)DB主機(jī)1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server，C/S)結(jié)構(gòu)是目前非常流行的一種結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)(些)節(jié)點(diǎn)上的計(jì)算機(jī)專門用于執(zhí)行DBMS功能，稱為服務(wù)器。其他節(jié)點(diǎn)上的計(jì)算機(jī)安裝DBMS的外圍應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具以及用戶的應(yīng)用程序，稱為客戶機(jī)?？蛻魴C(jī)只需向服務(wù)器提出請(qǐng)求，不處理具體事務(wù)，服務(wù)器接受客戶機(jī)的請(qǐng)求，并對(duì)相應(yīng)事務(wù)進(jìn)行處理，把結(jié)果返回給客戶機(jī)。因此，基于客戶機(jī)/服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由于只須將用戶的請(qǐng)求和服務(wù)器處理的結(jié)果在網(wǎng)上進(jìn)行傳輸，大大減少了網(wǎng)上數(shù)據(jù)的流量，提高了系統(tǒng)的性能、吞吐量和負(fù)載能力。數(shù)據(jù)庫(kù)更加開(kāi)放，可移植性高。同時(shí)，由于客戶機(jī)和服務(wù)器的分離，使系統(tǒng)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)工具軟件在整個(gè)系統(tǒng)中的適應(yīng)性更寬。1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)需要配置和維護(hù)多個(gè)客戶機(jī)端支撐軟件，而且客戶機(jī)上的應(yīng)用程序維護(hù)很不方便。因此，人們提出了一種改進(jìn)的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)——瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B/S)結(jié)構(gòu)。特別是Internet網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，此種結(jié)構(gòu)已成為目前最為流行的數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)。1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)角度出發(fā)來(lái)看，其體系結(jié)構(gòu)一般采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由外模式、模式和內(nèi)模式組成。如圖1-12所示。1.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足條件比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界容易為人所理解便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)1.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)的約束條件稱為數(shù)據(jù)模型三要素。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于描述現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的靜態(tài)特性，是所研究的對(duì)象類型的集合，這些對(duì)象一般分為兩類：一類與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容和性質(zhì)有關(guān)，另一類與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)。數(shù)據(jù)操作用于描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象允許執(zhí)行的操作的集合，在數(shù)據(jù)庫(kù)中主要有存儲(chǔ)、檢索、插入、刪除、修改等操作。數(shù)據(jù)的約束條件是完整性規(guī)則的集合，完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和規(guī)則，用于限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證完整性的兩個(gè)約束條件，同時(shí)數(shù)據(jù)模型還應(yīng)能提供定義完整性約束條件，用以反映某一應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)所必須遵守的特定的約束條件。1.3數(shù)據(jù)模型建立概念模型時(shí)需要用到的幾個(gè)基本概念實(shí)體(Entity)實(shí)體型(EntitySet)屬性(Attribute)域(Domain)鍵(Key)聯(lián)系(RelationShip)用橢圓表示，框內(nèi)標(biāo)注屬性名。并用無(wú)方向箭頭線連接屬性框與實(shí)體框用矩形框表示，并在框內(nèi)標(biāo)注實(shí)體名用菱形框表示，菱形框內(nèi)標(biāo)注聯(lián)系名，并用無(wú)方向箭頭線連接菱形框和實(shí)體框，同時(shí)，在無(wú)向線旁標(biāo)注聯(lián)系的類型1.3數(shù)據(jù)模型實(shí)體屬性實(shí)體之間的聯(lián)系實(shí)體聯(lián)系數(shù)據(jù)模型(Entity-RelationshipDataModel)，簡(jiǎn)稱E-R圖，是建立和表示概念模型的使用方法，于1976年由P.Chen提出。三要素1.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是按一定的邏輯結(jié)構(gòu)存放的，這種結(jié)構(gòu)是用數(shù)據(jù)模型來(lái)表示的。按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和關(guān)系對(duì)象模型四種。層次模型是數(shù)據(jù)庫(kù)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型。層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的典型代表就是IBM公司的IMS(InformationManagementSystem)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。在現(xiàn)實(shí)世界中，有很多事物是按層次組織起來(lái)的。例如，一個(gè)單位的行政關(guān)系。網(wǎng)狀模型中結(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系不受層次限制，各數(shù)據(jù)實(shí)體之間建立的往往是一種層次不清的一對(duì)一、一對(duì)多或多對(duì)多的聯(lián)系，即各數(shù)據(jù)實(shí)體之間可以任意發(fā)生聯(lián)系。1.3數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型是以集合論中的關(guān)系(Relation)概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的數(shù)據(jù)模型。它是目前使用最為廣泛的數(shù)據(jù)模型，也是最重要的一種數(shù)據(jù)模型。關(guān)系對(duì)象模型是考慮到關(guān)系模型本身所存在的一些嚴(yán)重缺陷，而在1995年后逐漸提出的一種數(shù)據(jù)模型。它一方