数 据 库 系 统 概 论 兴 义 民 族 师 范 学 院 XingYi Noraml University for Nationalities 2012 年 2 月
教 材 教 材 及 参 考 书 (1) 萨 师 煊, 王 珊 : 数 据 库 系 统 概 论 第 四 版 高 等 教 育 出 版 社,(2004.4) 2006.5 Sql 基 础 教 程 参 考 书 C 语 言 /PHP&MySQL 基 础 教 程 /ASP Access 数 据 库,MySql
网 络 教 学 平 台 与 软 件 教 学 平 台 网 络 平 台 :http://php.hxlsw.com( 外 网 自 学 平 台 ) 实 验 平 台 :http://192.168.xxx.xxx ( 实 验 室 服 务 器 ) FTP 服 务 :ftp://192.168.xxx.xxx 上 机 软 件 KingBase ES 教 学 - 免 费 版 Access 微 软 SQL servrer Php+MySQL 本 地 服 务 器 版
大 学 生 学 习 方 式 与 能 力 培 养 自 主 学 习 终 身 学 习 主 动 探 究 创 新 实 践 沟 通 交 流 解 决 问 题 能 力 理 论 课 ( 启 发 式 讨 论 式 ) 1. 积 极 思 考 回 答 问 题 提 出 问 题 2. 汇 报 心 得 讨 论 交 流 ( 第 3 5 章 ) 读 书 ( 自 学 教 材 复 习 习 题 讨 论 ) 实 验 报 告 ( 独 立 思 考 ) 项 目 设 计 ( 协 作 交 流 创 新 实 践 )
考 试 成 绩 平 时 成 绩 实 验 报 告 ( 书 面 作 业 ) 操 作 实 践 ( 动 手 能 力 ) 讨 论 汇 报 ( 表 达 能 力 ) 项 目 设 计 ( 理 论 联 系 实 践 能 力 ) 期 末 考 试 期 末 总 评 = 平 时 30%( 课 堂 + 习 题 + 实 验 )+ 期 末 考 试 50% + 项 目 设 计 20%
基 础 篇 第 一 章 绪 论 第 二 章 关 系 数 据 库 内 容 安 排 (1) 第 三 章 关 系 数 据 库 标 准 语 言 SQL 第 四 章 数 据 库 安 全 性 第 五 章 数 据 库 完 整 性 设 计 与 应 用 开 发 篇 第 六 章 关 系 数 据 理 论 数 据 库 设 计 第 七 章 数 据 库 设 计 第 八 章 数 据 库 编 程 系 统 篇 第 九 章 关 系 查 询 处 理 和 查 询 优 化 第 十 章 数 据 库 恢 复 技 术 第 十 一 章 并 发 控 制 第 十 二 章 * 数 据 库 管 理 系 统 第 一 至 第 十 一 章 是 本 科 专 业 的 基 本 教 程 ( 书 中 有 * 号 部 分 除 外 ) 第 十 二 至 第 十 七 章 是 高 级 教 程
数 据 库 系 统 概 论 第 一 章 绪 论
第 一 章 绪 论 数 据 库 的 地 位 数 据 库 技 术 产 生 于 六 十 年 代 末, 是 数 据 管 理 的 最 新 技 术, 是 计 算 机 科 学 的 重 要 分 支 数 据 库 技 术 是 信 息 系 统 的 核 心 和 基 础, 它 的 出 现 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 四 个 基 本 概 念 数 据 (Data) 数 据 (Data) 的 定 义 : 描 述 事 物 的 符 号 记 录, 是 数 据 库 中 存 储 的 基 本 对 象 数 据 的 种 类 : 文 本 图 形 图 像 音 频 视 频 学 生 的 档 案 记 录 货 物 的 运 输 数 据 的 特 点 : 数 据 与 其 语 义 是 不 可 分 的 数 据 库 (Database) 例 1 93 是 一 个 数 据 语 义 1: 学 生 某 门 课 的 成 绩 语 义 2: 某 人 的 体 重 数 据 库 管 理 系 统 (DBMS) 语 义 3: 计 算 机 系 2010 级 学 生 人 数 例 2 学 生 档 案 中 的 学 生 记 录 : ( 李 明, 男,197205, 江 苏 南 京 市, 计 算 机 系,1990) 数 据 库 系 统 (DBS) 语 义 : 学 生 姓 名 性 别 出 生 年 月 籍 贯 院 系 入 学 时 间 解 释 : 李 明 是 个 大 学 生,1972 年 5 月 出 生, 江 苏 南 京 市 人,1990 年 考 入 计 算 机 系
2. 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 的 集 合 3. 数 据 库 管 理 系 统 (DBMS) 数 据 库 的 基 本 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 位 于 用 户 与 操 作 系 统 间 的 一 层 是 基 础 软 件 ( 系 统 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
数 据 库 在 计 算 机 系 统 中 的 位 置 软 件 产 品 应 用 软 件 平 台 软 件 基 础 构 架 平 台 基 础 软 件 平 台 硬 件 平 台 协 同 软 件 办 公 软 件 中 间 件 应 用 服 务 器 数 据 库 系 统 操 作 系 统
数 据 定 义 功 能 DBMS 的 主 要 功 能 p5 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 管 理 数 据, 确 定 文 件 结 构 存 取 方 式, 数 据 联 系, 提 高 存 取 效 率 数 据 操 纵 功 能 提 供 数 据 操 纵 语 言 (DML), 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 DBMS 统 一 管 理 数 据 库 ( 建 立 运 行 和 维 护 ), 数 据 安 全 性 完 整 性 并 发 性 数 据 库 的 建 立 和 维 护 功 能 ( 实 用 程 序 ) 数 据 库 初 始 数 据 装 载 转 换 转 储 介 质 故 障 恢 复 重 组 织 性 能 监 视 分 析 其 它 功 能 DBMS 与 网 络 中 其 它 软 件 系 统 的 通 信 数 据 转 换 异 构 数 据 库 互 访 和 互 操 作
四 数 据 库 系 统 什 么 是 数 据 库 系 统 (Database System, 简 称 DBS) 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 p5 数 据 库 数 据 库 管 理 系 统 ( 及 其 开 发 工 具 ) 应 用 系 统 ( 为 普 通 用 户 服 务 ) 数 据 库 管 理 员
图 1-1 数 据 库 系 统 用 户 用 户 用 户 应 用 系 统 应 用 开 发 工 具 数 据 库 管 理 系 统 数 据 库 管 理 员 操 作 系 统 数 据 库
1.1.2 数 据 管 理 技 术 的 产 生 和 发 展 数 据 管 理 p 6 对 数 据 进 行 分 类 组 织 编 码 存 储 检 索 和 维 护 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 (20 世 纪 40 年 代 中 --50 年 代 中 ) 文 件 系 统 阶 段 (20 世 纪 50 年 代 末 --60 年 代 中 ) 数 据 库 系 统 阶 段 (20 世 纪 60 年 代 末 -- 现 在 ) 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 阶 段 时 期 20 世 纪 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 特 点 数 据 不 保 存 数 据 面 向 某 一 应 用 程 序 数 据 无 共 享 冗 余 度 极 大 数 据 不 独 立, 完 全 依 赖 于 程 序 数 据 非 结 构 化 应 用 程 序 与 数 据 -- 对 应 应 用 程 序 1 文 件 1 应 用 程 序 2 文 件 2 应 用 程 序 n 文 件 n
二 文 件 系 统 阶 段 磁 盘 磁 鼓 的 诞 生 时 期 20 世 纪 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 特 点 1. 数 据 可 长 期 保 存 2. 文 件 系 统 管 理 数 据 缺 点 1. 共 享 性 差 冗 余 度 大 2. 独 立 性 差, 数 据 的 逻 辑 结 构 改 变 必 须 修 改 应 用 程 序 应 用 程 序 自 己 控 制
应 用 程 序 与 数 据 的 对 应 关 系 ( 文 件 系 统 阶 段 ) 应 用 程 序 1 文 件 1 应 用 程 序 2 文 件 2... 存 取 方 法... 应 用 程 序 n 文 件 n 文 件 系 统 中 数 据 的 结 构 记 录 内 有 结 构 文 件 间 是 独 立 的, 因 此 数 据 整 体 无 结 构 数 据 的 最 小 存 取 单 位 是 记 录
三 数 据 库 系 统 阶 段 时 期 :20 世 纪 60 年 代 末 以 来 产 生 的 背 景 : 大 规 模 管 理 大 容 量 磁 盘 磁 盘 阵 列 出 现 数 据 库 管 理 系 统 联 机 实 时 处 理, 分 布 处 理, 批 处 理 1.1.3 数 据 库 系 统 的 特 点 1. 数 据 结 构 化 2. 数 据 的 共 享 性 高, 冗 余 度 低, 易 扩 充 3. 数 据 独 立 性 高 4. 数 据 由 DBMS 统 一 管 理 和 控 制
应 用 程 序 与 数 据 的 对 应 关 系 ( 数 据 库 系 统 ) 应 用 程 序 1 数 据 库 应 用 程 序 2 DBMS 应 用 管 理 系 统 数 据 库 系 统 阶 段 应 用 程 序 与 数 据 之 间 的 对 应 关 系
1.2 数 据 模 型 数 据 模 型 现 实 世 界 中 的 数 据 特 征 的 抽 取 通 俗 讲 是 现 实 世 界 的 模 拟 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
1.2.1 两 大 类 数 据 模 型 数 据 模 型 分 为 两 类 ( 分 属 两 个 不 同 的 层 次 ) (1) 概 念 模 型 : 按 用 户 观 点 对 数 据 信 息 建 模, 数 据 库 设 计 (2) 逻 辑 模 型 和 物 理 模 型 逻 辑 模 型 包 括 : 网 状 模 型 层 次 模 型 关 系 模 型 面 向 对 象 模 型 等, 按 计 算 机 系 统 的 观 点 对 数 据 建 模, 用 于 DBMS 实 现 物 理 模 型 是 对 数 据 最 底 层 的 抽 象, 描 述 数 据 在 系 统 内 部 的 表 示 方 式 和 存 取 方 法, 在 磁 盘 上 的 存 储 方 式 和 方 法
两 大 类 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 ; 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 信 息 世 界 现 实 世 界 认 识 抽 象 现 实 世 界 概 念 模 型 数 据 库 设 计 人 员 完 成 概 念 模 型 概 念 模 型 逻 辑 模 型 数 据 库 设 计 人 员 完 成 机 器 世 界 DBMS 支 持 的 数 据 模 型 逻 辑 模 型 物 理 模 型 由 DBMS 完 成
1.2.2 数 据 模 型 的 组 成 要 素 数 据 结 构 描 述 数 据 库 的 组 成 对 象, 以 及 对 象 之 间 的 联 系 描 述 的 内 容 与 数 据 类 型 内 容 性 质 数 据 间 联 系 有 关 数 据 操 作 数 据 操 作 : 对 数 据 库 中 各 种 对 象 的 值 允 许 执 行 的 操 作 及 有 关 的 操 作 规 则 操 作 类 型 : 查 询 更 新 ( 插 入 删 除 修 改 ) 完 整 性 约 束 条 件 一 组 完 整 性 规 则 的 集 合 规 定 数 据 模 型 中 数 据 及 其 联 系 所 具 有 的 制 约 和 储 存 规 则 限 定 符 合 数 据 模 型 的 数 据 库 状 态 及 变 化, 以 保 证 数 据 的 正 确 有 效 相 容
1.2.3 概 念 模 型 ( 重 点 ) 信 息 世 界 中 的 基 本 概 念 两 个 实 体 型 之 间 的 联 系 两 个 以 上 实 体 型 之 间 的 联 系 单 个 实 体 型 内 的 联 系 概 念 模 型 的 一 种 表 示 方 法 一 个 实 例
一 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 (4) 域 (Domain) 属 性 的 取 值 范 围 称 为 该 属 性 的 域
一 信 息 世 界 中 的 基 本 概 念 ( 续 ) (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 (6) 实 体 集 (Entity Set) 同 一 类 型 实 体 的 集 合 称 为 实 体 集 (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 内 部 的 联 系 指 组 成 实 体 的 各 属 性 之 间 的 联 系 实 体 之 间 的 联 系 指 不 同 实 体 集 之 间 的 联 系
二 两 个 实 体 型 之 间 的 联 系 用 图 形 来 表 示 两 个 实 体 型 之 间 的 这 三 类 联 系 实 体 型 A 1 联 系 名 1 实 体 型 B 1:1 联 系 一 个 班 级 只 有 一 个 正 班 长 一 个 班 长 只 在 一 个 班 任 职 实 体 型 A 1 联 系 名 n 实 体 型 B 1:n 联 系 一 个 班 中 有 若 干 学 生, 每 个 学 生 只 在 一 个 班 中 实 体 型 A m 联 系 名 n 实 体 型 B m:n 联 系 课 程 与 学 生 之 间 的 联 系 : 一 门 课 程 同 时 有 若 干 学 生 选 修 一 个 学 生 可 同 时 选 修 多 门 课 程
三 两 个 以 上 实 体 型 之 间 的 联 系 实 例 课 程 教 师 参 考 书 三 个 实 体 型 一 门 课 程 可 以 有 若 干 个 教 师 讲 授, 使 用 若 干 本 参 考 书 1 课 程 讲 授 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 m 教 师 n 参 考 书 两 个 以 上 实 体 型 间 1:n 联 系
两 个 以 上 实 体 型 之 间 的 联 系 ( 续 ) 两 个 以 上 实 体 型 间 的 多 对 多 联 系 实 例 供 应 商 项 目 零 件 三 个 实 体 1. 一 个 供 应 商 可 供 给 多 个 项 目 多 种 零 件 2. 每 个 项 目 可 使 用 多 个 供 应 商 供 应 的 零 件 3. 每 种 零 件 可 由 不 同 供 应 商 供 给 供 应 商 m 供 应 n p 项 目 零 件 两 个 以 上 实 体 型 间 m:n 联 系
四 单 个 实 体 型 内 的 联 系 实 例 ( 一 对 多 的 联 系 ) 职 工 实 体 型 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 一 对 一 多 对 多 联 系 请 自 己 思 考 举 例 职 工 1 n 领 导 单 个 实 体 型 内 部 1:n 联 系
五 概 念 模 型 的 一 种 表 示 方 法 实 体 - 联 系 方 法 E-R 方 法 (Entity-Relationship) E-R 图 来 描 述 现 实 世 界 的 概 念 模 型 实 体 型 : 用 矩 形 表 示, 矩 形 框 内 写 明 实 体 名 属 性 : 用 椭 圆 形 表 示, 用 无 向 边 将 其 与 实 体 连 接 学 生 教 师 学 生 学 号 姓 名 性 别 年 龄
E-R 图 ( 续 ) 联 系 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) 实 体 型 A 1 联 系 名 实 体 型 A 1 联 系 名 实 体 型 A m 联 系 名 1 实 体 型 B n 实 体 型 B n 实 体 型 B 1:1 联 系 1:n 联 系 m:n 联 系
联 系 的 表 示 方 法 示 例 班 级 班 级 课 程 1 1 m 班 级 - 班 长 组 成 选 修 1 n n 班 长 1:1 联 系 学 生 1:n 联 系 学 生 m:n 联 系
联 系 的 属 性 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 课 程 m 选 修 n 学 生 成 绩
六 一 个 实 例 用 E-R 图 表 示 某 个 工 厂 物 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
一 个 实 例 实 体 之 间 的 联 系 如 下 : (1) 一 个 仓 库 可 以 存 放 多 种 零 件, 一 种 零 件 可 以 存 放 在 多 个 仓 库 中 仓 库 和 零 件 具 有 多 对 多 的 联 系 用 库 存 量 来 表 示 某 种 零 件 在 某 个 仓 库 中 的 数 量 (2) 一 个 仓 库 有 多 个 职 工 当 仓 库 保 管 员, 一 个 职 工 只 能 在 一 个 仓 库 工 作, 仓 库 和 职 工 之 间 是 一 对 多 的 联 系 职 工 实 体 型 中 具 有 一 对 多 的 联 系 (3) 职 工 之 间 具 有 领 导 - 被 领 导 关 系 即 仓 库 主 任 领 导 若 干 保 管 员 (4) 供 应 商 项 目 和 零 件 三 者 之 间 具 有 多 对 多 的 联 系
一 个 实 例
1.2.4 最 常 用 的 数 据 模 型 非 关 系 模 型 层 次 模 型 (Hierarchical Model) 网 状 模 型 (Network Model) 关 系 模 型 (Relational Model) 面 向 对 象 模 型 (Object Oriented Model) 对 象 关 系 模 型 (Object Relational Model)
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, 典 型 代 表 是 IBM 公 司 的 IMS 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 一 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 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 ) 图 1.16 一 个 层 次 模 型 的 示 例 R 1 根 结 点 层 次 模 型 的 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 R 2 兄 弟 结 点 R 3 每 个 记 录 类 型 可 定 义 一 个 排 序 字 段 ( 码 ) 叶 结 点 任 何 记 录 值 只 有 按 路 径 查 才 有 全 部 意 义 R 4 兄 弟 结 点 R 5 叶 结 点 叶 结 点 没 有 一 个 子 女 记 录 值 能 够 脱 离 双 亲 记 录 值 而 独 立 存 在
层 次 数 据 模 型 的 数 据 结 构 ( 续 ) 字 段 记 录 型 系 的 子 女 结 点 记 录 型 教 员 的 双 亲 结 点 根 结 点 叶 结 点 叶 结 点 图 1.17 教 员 学 生 层 次 数 据 库 模 型
层 次 数 据 模 型 的 数 据 结 构 ( 续 ) 图 1.18 教 员 学 生 层 次 数 据 库 的 一 个 值
二 多 对 多 联 系 在 层 次 模 型 中 的 表 示 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 分 解 方 法 : 将 多 对 多 联 系 分 解 成 一 对 多 联 系 冗 余 结 点 法 虚 拟 结 点 法 三 层 次 模 型 的 数 据 操 纵 与 完 整 性 约 束 层 次 模 型 的 数 据 操 纵 查 询 插 入 删 除 更 新 层 次 模 型 的 完 整 性 约 束 条 件 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 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
四 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 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 图 1.20 层 次 数 据 库 及 其 实 例 A1 B1 C3 C5 C7 C14 B4 C2 C9 B6 C4 C6 C8 A2 A1 图 1.21 邻 接 法
层 次 数 据 模 型 的 存 储 结 构 ( 续 ) 链 接 法 : 用 指 引 来 反 映 数 据 之 间 的 层 次 联 系 子 女 - 兄 弟 链 接 法 层 次 序 列 链 接 法 子 女 - 兄 弟 链 接 法 每 个 记 录 设 两 类 指 针, 分 别 指 向 最 左 边 的 子 女 ( 每 个 记 录 型 对 应 一 个 ) 和 最 近 的 兄 弟
层 次 数 据 模 型 的 存 储 结 构 ( 续 ) 层 次 序 列 链 接 法 按 树 的 前 序 穿 越 顺 序 链 接 各 记 录 值
五 层 次 模 型 的 优 缺 点 优 点 层 次 模 型 的 数 据 结 构 比 较 简 单 清 晰 查 询 效 率 高, 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, 应 用 程 序 的 编 写 比 较 复 杂 查 询 子 女 结 点 必 须 通 过 双 亲 结 点 由 于 结 构 严 密, 层 次 命 令 趋 于 程 序 化
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 : 70 年 代 由 DBTG 提 出, 亦 称 CODASYL 系 统 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 的 IDMS Honeywell 公 司 的 IDS/2,HP 公 司 的 IMAGE 网 状 模 型 满 足 下 面 两 个 条 件 的 基 本 层 次 联 系 的 集 合 : 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 ( 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 R1 与 R3 之 间 的 联 系 L1 R2 与 R3 之 间 的 联 系 L2
网 状 数 据 模 型 的 数 据 结 构 ( 续 ) 多 对 多 联 系 在 网 状 模 型 中 的 表 示 用 网 状 模 型 间 接 表 示 多 对 多 联 系 将 多 对 多 联 系 直 接 分 解 成 一 对 多 联 系 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 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
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
网 状 数 据 模 型 的 操 纵 与 完 整 性 约 束 ( 续 ) 网 状 数 据 库 系 统 的 完 整 性 约 束 码 : 唯 一 标 识 记 录 的 数 据 项 的 集 合 一 个 联 系 中 双 亲 记 录 与 子 女 记 录 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 三 网 状 数 据 模 型 的 存 储 结 构 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
网 状 数 据 模 型 的 存 储 结 构 ( 续 ) 选 课 记 录 学 生 记 录 课 程 记 录 图 1.25 学 生 / 选 课 / 课 程 的 网 状 数 据 库 实 例
四 网 状 数 据 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 DML 语 言 复 杂, 用 户 不 容 易 使 用
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 1980 后, 计 算 机 厂 商 新 推 出 的 数 据 库 管 理 系 统 几 乎 都 支 持 关 系 模 型
一 关 系 数 据 模 型 的 数 据 结 构 关 系 的 逻 辑 结 构 就 是 一 张 二 维 表, 由 行 和 列 组 成 主 码 学 生 登 记 表 属 性 域 : 取 值 范 围 学 号 姓 名 年 龄 性 别 系 名 年 级 2005004 王 小 明 19 女 社 会 学 2005 2005006 黄 大 鹏 20 男 商 品 学 2005 2005008 张 文 斌 18 女 法 律 2005 元 组 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 )
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 ) 举 例 : 说 出 属 性 主 码 域, 元 组 例 2: 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, 不 允 许 表 中 还 有 表 图 1.27 一 个 工 资 表 ( 表 中 有 表 ) 实 例 职 工 号 姓 名 职 称 工 资 扣 除 基 本 津 贴 职 务 房 租 水 电 实 发 86051 陈 平 讲 师 1305 1200 50 160 112 2283 M M M M M M M M M 图 1.27 中 工 资 和 扣 除 是 可 分 的 数 据 项, 不 符 合 关 系 模 型 要 求
表 1.2 术 语 对 比 关 系 数 据 模 型 的 数 据 结 构 ( 续 ) 关 系 术 语 一 般 表 格 的 术 语 关 系 名 表 名 关 系 模 式 表 头 ( 表 格 的 描 述 ) 关 系 ( 一 张 ) 二 维 表 元 组 记 录 或 行 属 性 列 属 性 名 列 名 属 性 值 列 值 分 量 一 条 记 录 中 的 一 个 列 值 非 规 范 关 系 表 中 有 表 ( 大 表 中 嵌 有 小 表 )
二 关 系 数 据 模 型 的 操 纵 与 完 整 性 约 束 数 据 操 作 是 集 合 操 作, 操 作 对 象 和 操 作 结 果 都 是 关 系 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 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 说 明 怎 么 干 关 系 的 完 整 性 约 束 条 件 实 体 完 整 性 参 照 完 整 性 用 户 定 义 的 完 整 性
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 四 关 系 数 据 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 实 体 和 各 类 联 系 数 据 的 检 索 结 果 等 都 用 关 系 来 表 示 关 系 模 型 的 存 取 路 径 对 用 户 透 明 缺 点 : 存 取 路 径 对 用 户 透 明 导 致 查 询 效 率 有 时 不 如 非 关 系 数 据 模 型 为 提 高 性 能, 必 须 对 查 询 进 行 优 化, 增 加 了 开 发 DBMS 的 难 度
1.3 数 据 库 系 统 结 构 从 管 理 系 统 角 度 看, 数 据 库 采 用 三 级 模 式 结 构, 是 系 统 内 部 的 系 统 结 构 从 最 终 用 户 角 度 看, 数 据 库 系 统 外 部 的 体 系 结 构 分 为 : 单 用 户 结 构, 主 从 式 结 构, 分 布 式 结 构 客 户 / 服 务 器 (C/S) 浏 览 器 / 应 用 服 务 器 (B/S)/ 数 据 库 服 务 器 多 层 结 构 等 1.3.1 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 : 学 生 记 录 型 : ( 学 号, 姓 名, 性 别, 系 别, 年 龄, 籍 贯 ) 一 个 记 录 值 : (900201, 李 明, 男, 计 算 机,22, 江 苏 )
1.3.1 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, 相 对 稳 定 实 例 (Instance) 0 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
数 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 2011 年 的 一 个 学 生 数 据 库 实 例, 包 含 : 2011 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 2010 年 度 学 生 数 据 库 模 式 对 应 的 实 例 与 2011 年 度 学 生 数 据 库 模 式 对 应 的 实 例 是 不 同 的
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)
数 据 库 系 统 的 三 级 模 式 结 构 ( 续 ) 图 1.28 数 据 库 系 统 的 三 级 模 式 结 构
一 模 式 (Schema( 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 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
二 外 模 式 (External( External Schema) 外 模 式 ( 也 称 子 模 式 或 用 户 模 式 ) 数 据 库 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 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 应 用 需 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 不 同 外 模 式 与 应 用 的 关 系 : 一 对 多 同 一 外 模 式 可 为 多 个 应 用 系 统, 但 一 个 应 用 程 序 只 能 使 用 一 个 外 模 式 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
三 内 模 式 (Internal( 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, B 树 结 构,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 例 如 学 生 记 录, 如 果 按 堆 存 储, 则 插 入 一 条 新 记 录 总 是 放 在 学 生 记 录 存 储 的 最 后, 如 图 所 示
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
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 层 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 : ( 局 部 / 全 局 ) 同 一 个 模 式 可 以 有 任 意 多 个 外 模 式 每 一 个 外 模 式, 都 有 一 个 外 模 式 / 模 式 映 象 数 据 与 程 序 的 逻 辑 独 立 性 ( 应 用 程 序 面 向 外 模 式 ) 模 式 / 内 模 式 映 像 :( 全 局 / 存 储 结 构, 唯 一 的 ) 例 如 : 逻 辑 记 录 和 字 段 在 内 部 的 表 示 数 据 的 物 理 独 立 性 : 存 储 结 构 面 向 内 模 式, 应 用 程 序 不 受 影 响, 保 证 了 数 据 与 程 序 的 物 理 独 立 性
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 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
特 定 的 应 用 程 序 模 式 / 内 模 式 映 象 ( 续 ) 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 数 据 与 程 序 之 间 独 立 性, 使 得 数 据 定 义 描 述 可 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 与 维 护 和 修 改 工 作 量
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
一 硬 件 平 台 及 数 据 库 数 据 库 系 统 对 硬 件 资 源 的 要 求 1.4 数 据 库 系 统 的 组 成 (1) 足 够 大 的 内 存 : 运 行 操 作 系 统 DBMS 的 核 心 模 块 数 据 缓 冲 区 应 用 程 序 (2) 足 够 大 的 外 存 : 磁 盘 或 磁 盘 阵 列 数 据 备 份 (3) 较 高 的 通 道 能 力, 提 高 数 据 传 送 率 二 软 件 (1) DBMS (2) 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 三 人 员 (1) 数 据 库 管 理 员 (2) 系 统 分 析 员 和 数 据 库 设 计 人 员 (3) 应 用 程 序 员 (4) 用 户
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
数 据 库 系 统 概 述 数 据 库 的 基 本 概 念 数 据 管 理 的 发 展 过 程 数 据 模 型 数 据 模 型 的 三 要 素 概 念 模 型, E-R 模 型 三 种 主 要 数 据 库 模 型 数 据 库 系 统 的 结 构 数 据 库 系 统 三 级 模 式 结 构 1.5 小 结 数 据 库 系 统 两 层 映 像 系 统 结 构 数 据 库 系 统 的 组 成
习 题 p37-38 38 1. 完 成 12,13,15 每 人 选 做 2 题, 每 组 共 3 题 ) 2. 上 机 实 验 报 告 1: 保 存 电 子 文 件, 小 组 协 作 使 用 FTP 上 传 至 个 人 空 间 中