數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

第一章緒論（續(xù)）

西華師范大學計算機學院

第一章緒論

1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1.2數(shù)據(jù)模型

1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

1.5數(shù)據(jù)庫技術的研究領域

1.6小結

1.2數(shù)據(jù)模型

1.2.1概念模型

1.2.2數(shù)據(jù)模型的組成要素

1.2.3最常用的數(shù)據(jù)模型

124層次模型

1.2.6關系模型

1.2.5網(wǎng)狀模型

1.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構

2.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操縱

3.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束

4.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結構

5.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點

6.典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

1.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構

?網(wǎng)狀模型

滿足下面兩個條件的基

本層次聯(lián)系的集合為

網(wǎng)狀模型。

1.允許一個以上的結點

無雙親；

2.一個結點可以有多于

一個的雙親。

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

表示方法（與層次數(shù)據(jù)模型相同）

:用記錄類型描述。

每個結點表示一個記錄類型。

:用字段描述。

每個記錄類型可包含若干個字段。

:用結點之間的連線表示記錄（類）型之

間的。

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

■特點

-只能直接處理一對多的實體聯(lián)系

-支持記錄碼的概念，碼唯一標識記錄的數(shù)據(jù)

項的集合

-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(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

?網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別

-網(wǎng)狀模型允許多個結點沒有雙親結點E

-網(wǎng)狀模型允許結點有多個雙親結點B

-網(wǎng)狀模型允許兩個結點之間有多種聯(lián)系（復

合聯(lián)素）g

-網(wǎng)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(wǎng)狀模型的一個特例

口

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

人父母

種砍養(yǎng)贍

植伐育養(yǎng)

____y____________

樹子女

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

多對多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示

-用網(wǎng)狀模型表示多對多聯(lián)系

-方法

引進聯(lián)結記錄

學生課程

圖1.25學生/選課/課程的網(wǎng)狀教據(jù)庫模式j

2-網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱

?查詢

?插入

?刪除

?更新

3.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（如DBTG）對數(shù)據(jù)操縱加

了一些限制，提供了一定的完整性約束

-碼

-一個聯(lián)系中雙親結點與子女結點之間是一對多聯(lián)系

-屬籍類別

-加入類另11（自動的，手工的）

?移出類別（固定的，必須的，隨意的）

3.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束

?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

4.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存娛構

[SiClA

SI

?關鍵SIC2ACl

-實現(xiàn)記錄之間的聯(lián)系

S2ClA

?常用方法S2

S2C3B

-單向鏈接

-雙向鏈接SjClB[C2]

S3

-環(huán)狀鏈接S3C2B

-向首鏈接

S4ClA

例：P29C3

S4S4C2A

S4C3B

5.網(wǎng)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(jù)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

-記錄之間的聯(lián)系通過存取路徑實現(xiàn)，編寫應用程序如需訪問

數(shù)據(jù)就必須考慮選擇適當?shù)拇嫒÷窂揭垣@得較高的查詢效率

6.典型的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)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(jù)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IDMS

-Univac公司的DMS1100

-Honeywell公司的IDS/2

-HP公司的IMAGE

1.2數(shù)據(jù)模型

1.2.1概念模型

1.2.2數(shù)據(jù)模型的組成要素

1.2.3最常用的數(shù)據(jù)模型

1.2.4層次模型

1.2.5網(wǎng)狀模型

126關系模型

1.關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構

2.關系數(shù)據(jù)模型的操縱

3.關系數(shù)據(jù)模型的完整性約束

4.關系數(shù)據(jù)模型的存儲結構

5.關系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點

6.典型的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

關系模型

?最重要的一種數(shù)據(jù)模型。也是目前主要

采用的數(shù)據(jù)模型

?1970年由美國IBM公司SanJose研究室的

研究員E.F.Codd提出

?本課程的重點

關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構

?在用戶觀點下，關系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結構是一張二

維表，它由行和列組成。

學生登記表

學號姓名年齡性別系名年級

95004王小明19女社會學95

95006黃大鵬20男商品學95

95008張文斌18女法律學95

??????????????????

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。

-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。

關系模型的基本概念

-主碼（Key）

表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。

-域（Domain）

屬性的取值范圍。

-分量

元組中的一個屬性值。

-關系模式

對關系的描述

關系名（屬性1,屬性2,…，屬性n）

學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）

關系

表

屬性

列

關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

?實體及實體間的聯(lián)系的表示方法

:直接用關系（表）表示。

-屬性：用屬性名表示。

:隱含在實體對應的關系中。

:隱含在實體對應的關系中。

:直接用關系表示。

關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（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

關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

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）

關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（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(jù)項，不允許表中還有表。

職工姓職工資扣除實

號名說基本工齡職務房租水電龍

86051除平?師1059.515612115.5

***■**■**

?**?**■?*

■?*?■?■?*

2.關系模型的數(shù)據(jù)操縱

?查詢、插入、刪除、更新

?數(shù)據(jù)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”

3.關系模型的完整性約束

?實體完整性

?參照完整性

?用戶定義的完整性

4.關系數(shù)據(jù)模型的存儲結構

-表以文件形式存儲

?有的DBMS一個表對應一個操作系統(tǒng)文

件

?有的DBMS自己設計文件結構

5.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(jù)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(jù)的檢索結果也是關系。

-關系模型的存取路徑對用戶透明

-具有更高的數(shù)據(jù)獨立性，更好的安全保密性

?簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作

關系模型的優(yōu)缺點（續(xù)）

?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(jù)模型

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(jù)庫管理系統(tǒng)的難度

6.典型的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

(RDBMS)

-ORACLE

?Oracle軟件系統(tǒng)有限公司的產(chǎn)品.Oracle成立于1977年，總部設在加利福

尼亞,是一家世界性的計算機軟件供應商，向全球百余個國家的用戶提供

大量的軟件產(chǎn)品和電子化信息服務.ORACLE系列產(chǎn)品在數(shù)據(jù)庫領域

一直居領先地位,它在我國的銷售份額占50%以上.它現(xiàn)在發(fā)展到了

Oracle81系列

-SYBASE

,System和Database相結合的含義SYBASE公司是第一個提出并推出客

戶/服務器(C/S)體系結構的高性能數(shù)據(jù)庫服務器的數(shù)據(jù)庫廠商,并促進

了它的廣泛流行.1999年SYBASE公司率先在我國市場上發(fā)布企業(yè)門戶

(EnterprisePortal,EP)技術

-INFORMIX

,是關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)公司(RelationalDatabaseSystemInc)的注冊商標，總

部設在美國加州,它的取名來自Information+UNIX,自1983年，在UNIX上

推出第一個關系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品后，INFORMIX公司繼續(xù)開發(fā)了可以荏

UNIX、WINDOWS>NT、NetWare>Macintosh等多種操作環(huán)境下運

行，具有很好的開放性

6.典型的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

-DB/2

?DB2關系型數(shù)據(jù)庫家族產(chǎn)品是IBM公司的主要產(chǎn)品。80年代初DB2的

發(fā)展重點放在大型的主機平臺。從80年代中期到90年代初DB2已發(fā)展

到中、小型機，以及微機平臺。它適用于各種硬件平臺，其中包括基

于Intel的微機、IBM的AS/400系統(tǒng)、大型并行處理機等

-MicrosoftSQLServer

?是微軟公司的產(chǎn)品，它建立在MicrosoftWindowsNT操作系統(tǒng)基礎之上,

提供了一個功能強大的客戶/服務器平臺，是能同時支持多個并發(fā)用戶的

關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng).不象大型機和小型機數(shù)據(jù)庫，服務器數(shù)據(jù)庫是通過稱為

客戶機的用戶訪問的，即是從其它計算機系統(tǒng)而不是從輸入/輸出(例

如終端)進行訪問的,其最新產(chǎn)品是SQLSERVER7.0

-INGRES

,關系技術公司(RelationalTechnologyInc)的INGRES數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的多

項技術直接采用了Berkeley大學的最新研究成果，因為關系數(shù)據(jù)庫技術

最早源于Berkeley大學，所以可謂關系數(shù)據(jù)庫技術之鼻祖.數(shù)據(jù)庫不僅能

管理數(shù)據(jù)，而且還能管理知識和對象，屬于技術上領先的智能型數(shù)據(jù)庫管

理系統(tǒng)

第一章緒論

1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1.2數(shù)據(jù)模型

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

1.5數(shù)據(jù)庫技術的研究領域

1.6小結

1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構

131數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結構

從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看

三級模式結構

1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結構

從爨掘摩最舞用戶角度看

集中式結構、分布式結構、客戶/服務器結構

和并行結構

L3.l數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結構

?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構

?數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念

?數(shù)據(jù)模型中“型”和“值”的概念

(Type)

對某一類數(shù)據(jù)的結構和屬性的說明

(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)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）

?模式（Schema）

-數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述

-僅是型的描述，不涉及具體的值

-反映數(shù)據(jù)的結構及其聯(lián)系

-模式是相對穩(wěn)定的

?模式的一個實例（Instance）

-模式的一個具體值

-反映數(shù)據(jù)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(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動

1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結構

.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念

.數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結

構：數(shù)據(jù)的三個抽象級別

/￡g6S

1.模式(Schema)

?模式（也稱邏輯模式）

-數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述

-所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求

?一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式

?模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結構的中間層

-與數(shù)據(jù)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(jù)的邏輯結構（數(shù)據(jù)項的名字、類型、取值范圍等）

-數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系

-數(shù)據(jù)有關的安全性、完整性要求

-由DBMS提供的模式描述語言（模式DDL）實現(xiàn)定義

2.夕卜模式（ExternalSchema）

?外模式（也稱子模式或用戶模式）

—數(shù)據(jù)庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的

數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述

—數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應用有關的數(shù)據(jù)

的邏輯表示

外模式（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(jù)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(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求

?對模式中同一數(shù)據(jù)，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（續(xù)）

?外模式的用途

保證數(shù)據(jù)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(jù)

?由DBMS提供子模式描述語言定義

3.內(nèi)模式(InternalSchema)

?內(nèi)模式（也稱存儲模式）

-是數(shù)據(jù)物理結構和存儲方式的描述

-是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式

?記錄的存儲方式（順序存儲，按照B樹結構存儲，按hash

方法存儲）

?索引的組織方式

?數(shù)據(jù)是否壓縮存儲

?數(shù)據(jù)是否加密

?數(shù)據(jù)存儲記錄結構的規(guī)定

?一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式

?由DBMS提供的內(nèi)模式描述語言定義

1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結構

?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念

?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構

三級模式與二級映象

?三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別

?二級映象在DBMS內(nèi)部實現(xiàn)這三個抽象

層次的聯(lián)系和轉換

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構

應用A應用B應用C應用D應用E

外模式1外模式2外模式3

個^外模式/模式映象

蹩式

i模式/內(nèi)模式映象

內(nèi)模式

1.外模式/模式映象

?定義外模式與模式之間的對應關系

?每一個外模式都對應一個外模式/模式映象

?映象定義通常包含在各自外模式的描述中

外模式/模式映象的用途

保證數(shù)據(jù)的邏輯獨立性

-當模式改變時，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關的外

模式/模式映象，使外模式保持不變

-應用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而

應用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏

輯獨立性，簡稱。

2.模式/內(nèi)模式映象

?模式/內(nèi)模式映象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結構與

存儲結構之間的對應關系。例如，說明邏輯記

錄和字段在內(nèi)部是如何表示的

?數(shù)據(jù)庫中模式/內(nèi)模式映象是唯一的

?該映象定義通常包含在模式描述中

模式/內(nèi)模式映象的用途

保證數(shù)據(jù)的物理獨立性

-當數(shù)據(jù)庫的存儲結構改變了（例如選用了另

一種存儲結構），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式/

內(nèi)模式映象，使模式保持不變

-應用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物

理獨立性，簡稱。

1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構

?1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結構

-從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看

-從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看

1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結構

?單用戶結構

?主從式結構

?分布式結構

?客戶/服務器結構

?瀏覽器/應用服務器/數(shù)據(jù)庫服務器結構

第一章緒論

1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1.2數(shù)據(jù)模型

1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構

1.5數(shù)據(jù)庫技術的研究領域

1.6小結

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

圖1.30各種人員的數(shù)據(jù)視圖

＞硬件平臺及數(shù)據(jù)庫

?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源的要求

(1)足夠大的內(nèi)存

-操作系統(tǒng)

-DBMS的核心模塊

-數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

-應用程序

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源的要求

(2)足夠大的外存

-磁盤

?操作系統(tǒng)

?DBMS

■應用程序

?數(shù)據(jù)庫及其備份

-光盤、磁帶、軟盤

■數(shù)據(jù)備份

(3)較高的通道能力，提高數(shù)據(jù)傳送率

二軟件

?DBMS

?操作系統(tǒng)

-與數(shù)據(jù)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(jù)庫應用系統(tǒng)

▲、人員

?