学 习 方 法 从 系 统 设 计 的 角 度 而 非 程 序 设 计 的 角 度 去 学 数 据 库 系 统 数 据 库 管 理 系 统 数 据 库 应 用 系 统 问 题 驱 动 科 学 问 题 技 术 问 题 应 用 ( 工 程 ) 问 题 认 真 做 作 业 亲 自 动 手 设 计 和 实

系 统 系 列 数 据 库 系 统 -Database Systems 计 算 机 导 论 计 算 机 组 成 原 理 数 字 逻 辑 软 件 体 系 结 构 编 译 原 理 主 讲 : 张 炜 助 教 : 潘 立 强 办 公 室 : 综 合 楼 806 电 话 :86403492 ext 807 Email:wzhang74@gmail.com 答 疑 时 间 : 周 五 14:00-16:00 1 数 据 结 构 与 算 法 数 据 结 构 课 程 设 计 操 作 系 统 数 据 库 系 统, 数 据 库 课 程 设 计 计 算 机 网 络 嵌 入 式 系 统 及 应 用 分 布 式 系 统 数 字 化 企 业 与 电 子 商 务 方 向 高 级 选 修 计 算 机 新 技 术 讲 座 数 字 化 企 业 与 电 子 商 务 方 向 选 修 2 本 课 程 的 目 标 课 程 要 求 结 合 关 系 数 据 库 系 统 深 入 理 解 数 据 库 系 统 的 基 本 概 念, 原 理 和 方 法 掌 握 关 系 数 据 模 型 及 关 系 数 据 语 言, 能 熟 练 应 用 SQL 语 言 表 达 各 种 数 据 操 作 掌 握 数 据 库 设 计 的 步 骤 和 方 法, 通 过 对 E-R 模 型 的 概 念 和 方 法 关 系 数 据 库 规 范 化 理 论 的 学 习 及 课 程 设 计 的 训 练, 具 备 进 行 数 据 库 应 用 系 统 设 计 与 开 发 的 能 力 对 数 据 库 领 域 研 究 的 深 入 课 题 有 大 致 了 解, 激 发 在 此 领 域 中 继 续 学 习 和 研 究 的 愿 望, 为 学 习 数 据 库 系 统 高 级 课 程 做 准 备 掌 握 数 据 库 系 统 的 基 本 概 念 数 据 库 应 用 系 统 设 计 方 法 ; 能 使 用 一 种 商 用 数 据 库 系 统 进 行 应 用 设 计 ; 系 统 设 计 和 应 用 设 计 学 会 将 数 据 库 中 的 有 关 思 想 原 理 方 法 和 技 术 应 用 到 新 的 应 用 或 计 算 机 的 其 它 领 域 中 ; 获 得 进 行 数 据 库 开 发 和 / 或 研 究 的 基 础 和 背 景 ; 进 一 步 培 养 计 算 机 思 维 能 力 ; 抽 象 思 维 能 力 ( 建 模 ) 逻 辑 思 维 能 力 3 4 学 时 :48 学 时 / 18 学 时 教 材 : 学 时 与 参 考 教 材 Abraham Silberschatz, Henry F. Korth, S. Sudarshan, 杨 冬 青, 马 秀 莉, 唐 世 渭 等 译, 数 据 库 系 统 概 念 第 5 版, 机 械 工 业 出 版 社,2006.10. 参 考 书 : 1. 李 建 中 王 珊 数 据 库 系 统 原 理 电 子 工 业 出 版 社 2. 萨 师 煊 王 珊 数 据 库 系 统 概 论 3.Hector Garcia-Molina, Jeffrey D. Ullman, Jennifer Widom. 数 据 库 系 统 全 书, 岳 丽 华 等 译, 机 械 工 业 出 版 社,2003.10 5 教 材 特 点 是 一 本 经 典 的 备 受 赞 扬 的 数 据 库 系 统 教 科 书 耶 鲁 大 学 里 海 大 学 印 度 理 工 学 院 等 内 容 由 浅 入 深 既 包 括 数 据 库 系 统 基 本 概 念, 又 反 映 数 据 库 技 术 新 进 展 结 合 工 程 实 际 中 的 应 用 实 例 银 行 运 营 丰 富 的 参 考 文 献 及 评 注 为 读 者 提 供 了 可 贵 的 信 息 资 源 对 于 一 些 理 论 结 果, 省 略 了 其 形 式 证 明, 而 代 之 以 图 表 和 例 子 来 说 明 其 正 确 性 6 课 程 主 要 内 容 教 学 方 法 第 一 章 绪 论 第 二 章 关 系 模 型 第 三 章 SQL 语 言 第 四 章 完 整 性 与 安 全 性 第 五 章 其 他 关 系 语 言 第 六 章 实 体 - 联 系 模 型 第 七 章 关 系 数 据 库 理 论 第 八 章 基 于 对 象 的 数 据 库 第 九 章 事 务 管 理 第 十 章 并 发 控 制 第 十 一 章 系 统 恢 复 第 十 二 章 数 据 库 系 统 体 系 结 构 总 结 7 本 课 程 将 围 绕 一 条 主 线 一 条 辅 线 展 开 以 数 据 库 的 理 论 和 设 计 步 骤 为 主 线 ( 面 向 应 用 ) 关 系 模 型 SQL 需 求 分 析 概 念 设 计 逻 辑 设 计 数 据 库 运 行 维 护 以 数 据 库 管 理 系 统 的 功 能 为 辅 线 ( 面 向 实 现 ) DB 定 义 数 据 存 取 数 据 库 运 行 管 理 数 据 组 织 存 储 和 管 理 DB 建 立 和 维 护 每 堂 课 都 要 理 解 自 己 将 获 得 什 么 ( 知 识 方 法 ) 自 己 能 有 什 么 提 高 ( 还 能 干 什 么 ) 怎 样 做 ( 尝 试 解 决 一 个 新 问 题 ) 8

学 习 方 法 从 系 统 设 计 的 角 度 而 非 程 序 设 计 的 角 度 去 学 数 据 库 系 统 数 据 库 管 理 系 统 数 据 库 应 用 系 统 问 题 驱 动 科 学 问 题 技 术 问 题 应 用 ( 工 程 ) 问 题 认 真 做 作 业 亲 自 动 手 设 计 和 实 现 一 个 小 而 全 的 应 用 系 统 实 验 安 排 数 据 库 管 理 系 统 的 基 础 使 用 6 学 时 熟 悉 和 使 用 SQL 6 学 时 数 据 库 应 用 系 统 的 设 计 和 初 步 实 现 6 学 时 9 10 实 验 的 重 要 性 实 验 贯 穿 于 理 论 抽 象 和 设 计 过 程 ; 实 验 对 软 件 的 设 计 和 实 现 测 试 原 理 和 方 法 起 示 范 作 用 ; 实 验 不 仅 仅 是 对 理 论 的 验 证, 重 要 的 是 技 术 训 练 和 能 力 培 养, 包 括 动 手 能 力 分 析 问 题 解 决 问 题 能 力 书 写 和 表 达 能 力 写 作 能 力 等 的 培 养 ; 学 生 是 主 角 实 验 指 导 (1) 要 培 养 自 己 的 主 动 性 和 创 造 性 培 养 和 提 高 自 己 独 立 分 析 问 题 和 解 决 问 题 的 实 际 能 力 实 验 TA 的 配 备 11 12 实 验 指 导 (2) 老 师 要 确 保 每 个 学 生 能 完 成 相 应 的 实 验 在 实 验 过 程 中 发 现 自 己 动 手 能 力 弱 不 是 坏 事 在 实 验 室 里, 学 生 须 展 示 其 解 决 方 案 并 演 示 程 序 的 运 行 要 敢 于 说 出 自 己 的 问 题, 哪 怕 问 题 很 简 单 要 建 立 起 自 信 心, 请 求 帮 助 不 是 坏 事 要 习 惯 于 互 相 问 问 题, 互 相 帮 助 实 验 指 导 (3) 在 实 验 中 培 养 良 好 的 编 程 习 惯 1. 程 序 描 述 ( 一 般 在 程 序 开 头 ) 2. 注 释 3. 缩 进 4. 空 格 5. 许 多 工 业 界 的 专 业 人 员 抱 怨 刚 毕 业 的 学 生 编 程 时 不 按 上 述 要 求 做 要 强 制 自 己 并 慢 慢 形 成 习 惯 13 14 实 验 指 导 (4) 因 为 班 级 人 数 太 多, 实 验 时 划 分 成 了 若 干 小 组 ( 以 15 人 为 宜 ) 每 个 小 组 配 备 一 个 TA, 要 利 用 好 TA 小 组 的 成 绩 影 响 个 人 的 成 绩, 培 养 团 队 精 神 每 个 小 组 要 进 行 自 我 管 理 培 养 组 织 管 理 能 力 培 养 协 同 工 作 能 力 备 份 工 作 实 验 指 导 (5) 在 工 业 界, 所 有 的 公 司 都 有 备 份 机 制 要 意 识 到 备 份 的 重 要 性 强 制 要 求 自 己 采 用 某 种 备 份 策 略 应 该 将 资 料 备 份 到 不 同 的 设 备 上 ( 服 务 器 USB 盘 硬 盘 等 等 ) 15 16

考 试 相 关 问 题 题 型 选 择 填 空 判 断 简 答 证 明 论 述 设 计 等 重 点 和 难 点 会 在 各 章 的 开 始 点 明 考 试 权 重 出 勤 占 5% 作 业 占 5% 实 验 占 20% 期 末 考 试 占 70% 考 前 答 疑 考 试 前 两 天 第 一 章 绪 论 内 容 出 处 : 1.Abraham Silberschatz 数 据 库 系 统 概 念 第 一 章 2. 萨 师 煊 数 据 库 系 统 概 论 第 一 章 17 18 教 学 目 的 本 章 简 要 介 绍 数 据 库 的 基 本 概 念 基 本 原 理 研 究 和 应 用 进 展, 使 学 生 从 宏 观 上 了 解 数 据 库 系 统 的 总 体 结 构 组 成 和 工 作 原 理 主 要 内 容 数 据 管 理 的 发 展 阶 段,, 数 据 模 型, 数 据 库 语 言, 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 及 构 成, 数 据 库 技 术 的 研 究 进 展 教 学 方 法 课 堂 讲 授 第 一 章 绪 论 重 点 数 据 库 管 理 系 统 的 体 系 结 构 19 本 章 内 容 数 据 管 理 的 发 展 阶 段 数 据 模 型 数 据 库 语 言 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 及 构 成 数 据 库 技 术 的 研 究 进 展 20 数 据 库 系 统 的 应 用 几 个 相 关 概 念 银 行 业 航 空 业 大 学 信 用 卡 交 易 电 信 业 金 融 业 销 售 业 制 造 业 人 力 资 源 21 数 据 结 构 逻 辑 结 构 数 据 之 间 存 在 的 逻 辑 关 系 表 树 图 数 组 物 理 结 构 数 据 在 计 算 机 内 的 存 储 方 式 顺 序 方 式 链 接 方 式 课 程 号 课 程 名 学 分 1001 数 据 结 构 4 1002 数 据 库 3 1003 PASCAL 4 先 修 课 1003 1001 22 数 据 语 义 几 个 相 关 概 念 语 言 : 形 式 语 义 : 内 涵 数 据 的 语 义 即 为 信 息, 信 息 在 计 算 机 中 的 存 储 ( 表 示 形 式 ) 即 为 数 据 从 信 息 中 提 升 推 理 推 导 出 的 新 的 信 息 即 为 知 识 23 数 据 库 几 个 相 关 概 念 数 据 库 是 具 有 一 定 结 构 的 互 相 之 间 有 一 定 联 系 的 数 据 的 有 序 集 合 数 据 的 集 合 由 DBMS 统 一 管 理, 多 用 户 共 享 数 据 库 管 理 系 统 DBMS DBMS 是 一 组 系 统 程 序, 负 责 数 据 库 的 定 义 管 理 使 用 及 操 作 维 护 系 统 软 件 对 数 据 库 进 行 统 一 管 理 和 控 制 数 据 库 系 统 数 据 库 系 统 是 实 现 有 组 织 地 动 态 地 存 储 大 量 关 联 数 据, 方 便 用 户 访 问 的 计 算 机 软 硬 件 和 数 据 资 源 组 成 的 系 统, 它 包 括 DB DBA DBMS 等 即 带 有 数 据 库 的 整 个 计 算 机 系 统, 包 括 硬 件 软 件 数 据 人 员 24

数 据 独 立 性 几 个 相 关 概 念 定 义 : 当 数 据 的 结 构 发 生 变 化 时, 通 过 系 统 提 供 的 映 象 ( 转 换 ) 功 能, 使 应 用 程 序 不 必 改 变 数 据 的 物 理 独 立 性 当 数 据 的 存 储 结 构 改 变 时, 应 用 程 序 不 必 改 变 数 据 的 逻 辑 独 立 性 当 数 据 的 逻 辑 结 构 改 变 时, 应 用 程 序 不 必 改 变 数 据 管 理 的 发 展 阶 段 各 阶 段 的 技 术 及 应 用 背 景 计 算 机 应 用 范 围 外 存 储 设 备 数 据 管 理 软 件 各 个 阶 段 的 差 别 体 现 谁 管 理 数 据 数 据 面 向 谁 数 据 与 应 用 的 独 立 性 25 26 数 据 管 理 的 发 展 阶 段 人 工 管 理 阶 段 (1950s-1960s 早 期 ) 文 件 系 统 阶 段 (1960s 末 1970s) 数 据 库 系 统 阶 段 (1980s) 数 据 库 系 统 VS 文 件 系 统 数 据 库 系 统 的 特 点 背 景 人 工 管 理 阶 段 计 算 机 主 要 用 于 科 学 计 算 数 据 量 小 结 构 简 单, 如 高 阶 方 程 曲 线 拟 和 等 外 存 为 顺 序 存 取 设 备 磁 带 卡 片 纸 带, 没 有 磁 盘 等 直 接 存 取 设 备 没 有 操 作 系 统, 没 有 数 据 管 理 软 件 用 户 用 机 器 指 令 编 码, 通 过 纸 带 机 输 入 程 序 和 数 据, 程 序 运 行 完 毕 后, 由 用 户 取 走 纸 带 和 运 算 结 果, 再 让 下 一 用 户 上 机 操 作 程 序 员 设 计 逻 辑 结 构 和 物 理 结 构 27 28 人 工 管 理 阶 段 人 工 管 理 阶 段 特 点 用 户 完 全 负 责 数 据 管 理 工 作 数 据 的 组 织 存 储 结 构 存 取 方 法 输 入 输 出 等 数 据 完 全 面 向 特 定 的 应 用 程 序 每 个 用 户 使 用 自 己 的 数 据, 数 据 不 保 存, 用 完 就 撤 走 数 据 与 程 序 没 有 独 立 性 程 序 中 存 取 数 据 的 子 程 序 随 着 存 储 结 构 的 改 变 而 改 变 磁 带 的 特 点 优 点 : 廉 价 地 存 放 大 容 量 数 据 缺 点 : 顺 序 访 问 ;1% 所 需,100% 访 问 程 序 1 程 序 2 程 序 n 访 问 访 问 访 问 数 据 1 数 据 2 数 据 n 29 30 背 景 文 件 系 统 阶 段 计 算 机 不 但 用 于 科 学 计 算, 还 用 于 管 理 外 存 有 了 磁 盘 磁 鼓 等 直 接 存 取 设 备 直 接 存 取 设 备 (DASD) 无 须 顺 序 存 取 由 地 址 直 接 访 问 所 需 记 录 有 了 专 门 管 理 数 据 的 软 件, 一 般 称 为 文 件 系 统 文 件 存 储 空 间 的 管 理 目 录 管 理 文 件 读 写 管 理 文 件 保 护 向 用 户 提 供 操 作 接 口 31 特 点 文 件 系 统 阶 段 系 统 提 供 一 定 的 数 据 管 理 功 能 存 取 方 法 ( 索 引 文 件 链 接 文 件 直 接 存 取 文 件 倒 排 文 件 等 ) 支 持 对 文 件 的 基 本 操 作 ( 增 删 改 查 等 ), 用 户 程 序 不 必 考 虑 物 理 细 节 数 据 的 存 取 基 本 上 以 记 录 为 单 位 数 据 仍 是 面 向 应 用 的 一 个 数 据 文 件 对 应 一 个 或 几 个 用 户 程 序 数 据 与 程 序 有 一 定 的 独 立 性 文 件 的 逻 辑 结 构 与 存 储 结 构 由 系 统 进 行 转 换, 数 据 在 存 储 上 的 改 变 不 一 定 反 映 在 程 序 上 32

文 件 系 统 阶 段 文 件 系 统 阶 段 数 据 与 程 序 的 独 立 性 差 程 序 1 程 序 2 程 序 n 存 取 方 法 数 据 1 数 据 2 数 据 n 33 文 件 系 统 的 出 现 并 没 有 从 根 本 上 改 变 数 据 与 程 序 紧 密 结 合 的 状 况, 数 据 的 逻 辑 结 构 改 变 则 必 须 修 改 应 用 程 序 文 件 系 统 只 是 解 脱 了 程 序 员 对 物 理 设 备 存 取 的 负 担, 它 并 不 理 解 数 据 的 语 义, 只 负 责 存 储 数 据 的 语 义 信 息 只 能 由 程 序 来 解 释, 也 就 是 说, 数 据 收 集 以 后 怎 么 组 织, 以 及 数 据 取 出 来 之 后 按 什 么 含 义 应 用, 只 有 全 权 管 理 它 的 程 序 知 道 一 个 应 用 若 想 共 享 另 一 个 应 用 生 成 的 数 据, 必 须 同 另 一 个 应 用 沟 通, 了 解 数 据 的 语 义 与 组 织 方 式 34 文 件 系 统 阶 段 文 件 系 统 阶 段 数 据 的 共 享 性 差, 冗 余 度 大 数 据 面 向 应 用 即 使 不 同 应 用 程 序 所 需 要 的 数 据 有 部 分 相 同 时, 也 必 须 建 立 各 自 的 文 件, 而 不 能 共 享 相 同 的 数 据 数 据 孤 立 数 据 分 散 管 理, 许 多 文 件, 许 多 数 据 格 式 数 据 的 不 一 致 性 由 于 数 据 存 在 很 多 副 本, 给 数 据 的 修 改 与 维 护 带 来 了 困 难, 容 易 造 成 数 据 的 不 一 致 性 35 财 务 处 后 勤 处 教 务 处 学 工 处 学 号 姓 名 系 别 补 贴 学 号 姓 名 性 别 系 别 住 址 学 号 姓 名 系 别 学 分 学 位 学 号 姓 名 性 别 系 别 年 龄 学 位 出 身 36 数 据 查 询 困 难 记 录 之 间 无 联 系 应 用 自 己 编 程 实 现 文 件 系 统 阶 段 对 每 个 查 询 都 重 新 编 码 数 据 完 整 性 难 于 保 证 背 景 数 据 库 系 统 阶 段 计 算 机 管 理 的 数 据 量 大, 关 系 复 杂, 共 享 性 要 求 强 ( 多 种 应 用 不 同 语 言 共 享 数 据 ) 外 存 有 了 大 容 量 磁 盘, 光 盘 软 件 价 格 上 升, 硬 件 价 格 下 降, 编 制 和 维 护 软 件 及 应 用 程 序 成 本 相 对 增 加, 其 中 维 护 的 成 本 更 高, 力 求 降 低 37 38 数 据 库 系 统 阶 段 特 点 有 了 数 据 库 管 理 系 统 面 向 全 组 织, 面 向 现 实 世 界 独 立 性 较 强 由 DBMS 统 一 存 取, 维 护 数 据 语 义 及 结 构 数 据 库 观 点 数 据 库 系 统 阶 段 数 据 不 是 依 赖 于 处 理 过 程 的 附 属 品, 而 是 现 实 世 界 中 独 立 存 在 的 对 象 程 序 1 程 序 2 程 序 n 39 统 一 存 取 数 据 1 数 据 2 数 据 n 40

示 例 供 应 商 供 应 工 程 S(SNO, SNAME, STATUS, CITY) P(PNO, PNAME, COLOR, WEIGHT, CITY) J(JNO, JNAME,CITY) SPJ(SNO, PNO, JNO, QTY) 零 件 S 表 示 供 应 商, 它 的 各 属 性 依 次 为 供 应 商 号, 供 应 商 名, 供 应 商 状 态 值, 供 应 商 所 在 城 市 ; P 表 示 零 件, 它 的 各 属 性 依 次 为 零 件 号, 零 件 名, 零 件 颜 色, 零 件 重 量, 零 件 存 放 的 城 市 ; J 表 示 工 程, 它 的 各 属 性 依 次 为 工 程 号, 工 程 名, 工 程 所 在 城 市 ; SPJ 表 示 供 货 关 系, 它 的 各 属 性 依 次 为 供 应 商 号, 零 件 号, 工 程 号, 供 货 数 量 41 示 例 查 询 哈 尔 滨 的 所 有 工 程 供 应 红 色 零 件 给 哈 尔 滨 的 工 程 的 供 应 商 维 护 不 允 许 供 应 不 存 在 的 零 件 42 示 例 基 于 文 件 系 统 文 件 系 统 如 何 来 组 织? 分 别 组 织 几 个 文 件, 存 储 各 类 对 象 的 记 录 系 统 不 支 持 文 件 间 的 联 系, 由 应 用 程 序 负 责 查 询 表 达 及 数 据 的 维 护 43 示 例 基 于 数 据 库 系 统 数 据 库 系 统 ( 关 系 ) 数 据 统 一 按 表 结 构 存 放, 设 为 S,P,J,SPJ 查 询 : 只 需 提 查 询 要 求, 由 系 统 完 成 查 询 过 程 SELECT SNO FROM P, J, SPJ WHERE SPJ.JNO = J.JNO AND SPJ.PNO = P.PNO AND J.CITY = 哈 尔 滨 AND P.COLOR = 红 色 维 护 : 应 用 提 出 完 整 性 约 束, 系 统 自 动 检 查 CREATE TABLE SPJ(, FOREIGN KEY (PNO) REFERENCES P(PNO), ) 44 数 据 库 系 统 vs 文 件 系 统 文 件 系 统 的 弱 点 记 录 之 间 无 联 系 难 于 维 护 数 据 的 完 整 性 数 据 库 系 统 的 优 点 有 查 询 整 体 数 据 结 构 化 效 率 方 面 的 考 虑 运 行 效 率 开 发 效 率 数 据 库 系 统 vs 文 件 系 统 应 用 应 用 应 用 数 据 管 理 应 用 数 据 管 理 数 据 管 理 文 件 系 统 文 件 系 统 45 46 数 据 库 系 统 的 特 点 面 向 全 组 织 的 复 杂 的 数 据 结 构 支 持 全 企 业 的 应 用 而 不 是 某 一 个 应 用 数 据 反 映 了 客 观 事 物 间 的 本 质 联 系, 而 不 是 着 眼 于 面 向 某 个 应 用, 是 有 结 构 的 数 据 这 是 数 据 库 系 统 的 主 要 特 征 之 一, 与 文 件 系 统 的 根 本 差 别 文 件 系 统 只 是 记 录 的 内 部 有 结 构, 一 个 文 件 的 记 录 之 间 是 个 线 性 序 列, 记 录 之 间 无 联 系 数 据 库 系 统 的 特 点 数 据 的 冗 余 度 小, 易 扩 充 数 据 面 向 整 个 系 统, 而 不 是 面 向 某 一 应 用, 数 据 集 中 管 理, 数 据 共 享, 因 此 冗 余 度 小 节 省 存 储 空 间, 减 少 存 取 时 间, 且 可 避 免 数 据 之 间 的 不 相 容 性 和 不 一 致 性 每 个 应 用 选 用 数 据 库 的 一 个 子 集, 只 要 重 新 选 取 不 同 子 集 或 者 加 上 一 小 部 分 数 据, 就 可 以 满 足 新 的 应 用 要 求, 这 就 是 易 扩 充 性 47 48

财 务 处 数 据 库 系 统 的 特 点 学 工 部 系 别 年 龄 补 贴 学 位 学 号 姓 名 数 据 库 系 统 的 特 点 具 有 较 高 的 数 据 和 程 序 的 独 立 性 把 数 据 库 的 定 义 和 描 述 从 应 用 程 序 中 分 离 出 去 数 据 描 述 是 分 级 的 ( 全 局 逻 辑 局 部 逻 辑 存 储 ) 数 据 的 存 取 由 系 统 管 理, 用 户 不 必 考 虑 存 取 路 径 等 细 节, 从 而 简 化 了 应 用 程 序 住 址 性 别 出 身 学 分 教 务 处 后 勤 处 49 50 数 据 库 系 统 的 特 点 统 一 的 数 据 控 制 功 能, 数 据 共 享 程 度 高 数 据 的 安 全 性 控 制 (Security) 保 护 数 据 以 防 止 不 合 法 的 使 用 所 造 成 的 数 据 泄 露 和 破 坏 措 施 : 用 户 标 识 与 鉴 定, 存 取 控 制 数 据 的 完 整 性 控 制 (Integrity) 数 据 的 正 确 性 有 效 性 相 容 性 措 施 : 完 整 性 约 束 条 件 定 义 和 检 查 并 发 控 制 (Concurrency) 对 多 用 户 的 并 发 操 作 加 以 控 制 协 调, 防 止 其 互 相 干 扰 而 得 到 错 误 的 结 果 并 使 数 据 库 完 整 性 遭 到 破 坏 措 施 : 封 锁 51 模 式 数 据 字 典 实 例 与 模 式 元 数 据 52 数 据 库 系 统 的 一 个 主 要 目 的 是 给 用 户 提 供 数 据 的 抽 象 视 图 模 式 模 式 定 义 : 对 以 格 式 化 形 式 组 织 的 数 据 库 的 描 述 和 规 定 的 信 息 集 合 数 据 的 抽 象, 数 据 的 描 述 系 统 隐 藏 关 于 数 据 存 储 和 维 护 的 某 些 细 节 数 据 字 典 系 统 目 录 : 存 取 和 管 理 数 据 的 依 据 53 实 例 与 模 式 实 例 : 特 定 时 刻 存 储 在 数 据 库 中 的 信 息 的 集 合 ; 模 式 : 数 据 库 的 总 体 结 构 型 与 值 的 区 别 型 是 相 对 稳 定 的, 值 是 随 时 间 不 断 变 化 的 示 例 class person{ public: string name; string address; }; person TOM; person 是 型,TOM 是 变 量,TOM 在 某 时 刻 的 值 是 实 例 54 模 式 的 分 级 为 了 提 高 数 据 的 物 理 独 立 性 和 逻 辑 独 立 性, 使 数 据 库 的 用 户 观 点, 即 用 户 看 到 的 数 据 库, 与 数 据 库 的 物 理 方 面, 即 实 际 存 储 的 数 据 库 区 分 开 来, 数 据 库 系 统 的 模 式 是 分 级 的 数 据 库 系 统 三 级 模 式 结 构 CODASYL(Conference On Data System Language, 美 国 数 据 系 统 语 言 协 商 会 ) 提 出 模 式 外 模 式 存 储 模 式 三 级 模 式 的 概 念 三 级 模 式 之 间 有 两 级 映 象 应 用 A 应 用 B 应 用 C 应 用 D 应 用 E 外 模 式 1 外 模 式 2 外 模 式 3 外 模 式 / 模 式 映 象 模 式 模 式 / 内 模 式 映 象 内 模 式 55 数 据 库 56

外 模 式 (Sub-Schema) 用 户 的 数 据 视 图 是 数 据 的 局 部 逻 辑 结 构, 模 式 的 子 集 模 式 (Schema) 所 有 用 户 的 公 共 数 据 视 图 是 数 据 库 中 全 体 数 据 的 全 局 逻 辑 结 构 和 特 性 的 描 述 内 模 式 (Storage Schema) 又 称 存 储 模 式 是 数 据 的 物 理 结 构 及 存 储 方 式 57 外 模 式 / 模 式 映 象 定 义 某 一 个 外 模 式 和 模 式 之 间 的 对 应 关 系, 映 象 定 义 通 常 包 含 在 各 外 模 式 中 当 模 式 改 变 时, 修 改 外 模 式 / 模 式 映 象, 使 外 模 式 保 持 不 变, 从 而 应 用 程 序 可 以 保 持 不 变, 称 为 数 据 的 逻 辑 独 立 性 模 式 / 内 模 式 映 象 定 义 数 据 逻 辑 结 构 与 存 储 结 构 之 间 的 对 应 关 系 存 储 结 构 改 变 时, 修 改 模 式 / 内 模 式 映 象, 使 模 式 保 持 不 变, 从 而 应 用 程 序 可 以 保 持 不 变, 称 为 数 据 的 物 理 独 立 性 58 后 勤 处 教 务 处 后 勤 处 教 务 处 S(S#,SNAME,ADDRESS) S(S#,SNAME,CREDIT) S(S#,SNAME,ADDRESS) S(S#,SNAME,CREDIT) 视 图 视 图 视 图 视 图 S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE) S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE) B(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT) 视 图 模 式 59 模 式 M(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DISSERTATION) 60 ANSI/X 3 /SPARC(75,78) 提 出 SPARC 报 告, 其 ANSI 模 型 将 分 为 外 部 级 概 念 级 内 部 级 用 户 视 图 1 用 户 视 图 2 用 户 视 图 3 数 据 模 型 数 据 抽 象 数 据 模 型 定 义 概 念 数 据 模 型 结 构 数 据 模 型 的 三 要 素 结 构 数 据 模 型 示 例 概 念 视 图 存 储 视 图 61 62 数 据 模 型 数 据 模 型 是 对 现 实 世 界 进 行 数 据 抽 象 的 结 果 是 一 个 描 述 数 据 数 据 联 系 数 据 语 义 以 及 一 致 性 约 束 的 概 念 工 具 的 集 合 数 据 抽 象 可 以 分 级 进 行 一 级 概 念 模 型 ( 实 体 - 联 系 ODL) 二 级 数 据 模 型 ( 关 系 网 状 层 次 面 向 对 象 对 象 关 系 半 结 构 化 等 ) 63 现 实 世 界 第 一 级 抽 象 认 识 抽 象 数 据 抽 象 信 息 世 界 概 念 模 型 第 二 级 抽 象 转 换 机 器 世 界 数 据 模 型 事 物 个 体 实 体 记 录 事 物 总 体 实 体 集 文 件 特 征 属 性 字 段 事 物 间 联 系 实 体 - 联 系 模 型 数 据 模 型 64

数 据 模 型 定 义 数 据 模 型 定 义 现 实 世 界 信 息 世 界 计 算 机 世 界 应 用 概 念 数 据 模 型 结 构 数 据 模 型 数 据 模 型 对 客 观 事 物 及 其 联 系 的 描 述, 是 记 录 及 其 联 系 的 集 合, 采 用 形 式 化 的 描 述 方 法 表 达 数 据 和 数 据 之 间 的 联 系 概 念 数 据 模 型 按 用 户 的 观 点 来 对 数 据 和 信 息 建 模 用 于 组 织 信 息 世 界 的 概 念, 表 现 从 现 实 世 界 中 抽 象 出 来 的 事 物 以 及 它 们 之 间 的 联 系 这 类 模 型 强 调 其 语 义 表 达 能 力, 概 念 简 单 清 晰, 易 于 用 户 理 解 它 是 现 实 世 界 到 信 息 世 界 的 抽 象, 是 用 户 与 数 据 库 设 计 人 员 之 间 进 行 交 流 的 语 言 如 E-R 模 型 65 66 结 构 数 据 模 型 数 据 模 型 定 义 从 计 算 机 实 现 的 观 点 来 对 数 据 建 模 是 信 息 世 界 中 的 概 念 和 联 系 在 计 算 机 世 界 中 的 表 示 方 法 一 般 有 严 格 的 形 式 化 定 义, 以 便 于 在 计 算 机 上 实 现 如 层 次 模 型 网 状 模 型 关 系 模 型 面 向 对 象 模 型 概 念 数 据 模 型 E/R 姓 名 学 号 系 别 课 程 名 先 修 课 主 讲 老 师 学 生 选 修 课 程 实 体 联 系 属 性 成 绩 67 68 name address category name Person ssn 概 念 数 据 模 型 ODL buys Product employs worksfor makes price madeby Company name 属 性 关 联 类 stockprice 数 据 结 构 结 构 数 据 模 型 的 三 要 素 描 述 系 统 的 静 态 特 性, 即 组 成 数 据 库 的 对 象 类 型 数 据 本 身 类 型 内 容 性 质 如 网 状 模 型 中 的 数 据 项 记 录, 关 系 模 型 中 的 域 属 性, 关 系 等 数 据 之 间 的 联 系 例 如 网 状 模 型 中 的 系 型, 关 系 模 型 中 的 外 码 在 数 据 库 系 统 中 一 般 按 数 据 结 构 的 类 型 来 命 名 数 据 模 型 ODL 是 用 面 向 对 象 的 术 语 来 说 明 数 据 库 结 构 的 一 种 推 荐 的 标 准 语 言, 其 主 要 用 途 是 书 写 面 向 对 象 数 据 库 的 设 计, 进 而 将 其 直 接 转 换 成 面 向 对 象 数 据 库 管 理 系 统 的 说 明 有 3 种 特 性 需 要 描 述 : 属 性 联 系 方 法 在 ODL 中, 形 式 最 简 单 的 类 的 说 明 包 括 : 关 键 字 interface ( 接 口 ) 类 的 名 字 类 的 特 性 表 ( 特 性 包 括 属 性 联 系 和 方 69 法 ) 70 数 据 操 作 结 构 数 据 模 型 的 三 要 素 描 述 系 统 的 动 态 特 性, 即 对 数 据 库 中 对 象 的 实 例 允 许 执 行 的 操 作 的 集 合, 包 括 操 作 及 操 作 规 则 一 般 有 检 索 更 新 ( 插 入 删 除 修 改 ) 操 作 数 据 模 型 要 定 义 操 作 含 义 操 作 符 号 操 作 规 则, 以 及 实 现 操 作 的 语 言 数 据 的 约 束 条 件 数 据 的 约 束 条 件 是 完 整 性 规 则 的 集 合, 规 定 数 据 库 状 态 及 状 态 变 化 所 应 满 足 的 条 件, 以 保 证 数 据 的 正 确 有 效 相 容 结 构 数 据 模 型 示 例 层 次 模 型 层 次 模 型 用 树 结 构 表 示 实 体 之 间 联 系 的 模 型 叫 层 次 模 型 树 由 节 点 和 边 组 成 节 点 代 表 实 体 型 边 表 示 两 实 体 型 间 的 一 对 多 联 系 树 的 特 性 每 棵 树 有 且 仅 有 一 个 节 点 无 父 节 点, 称 为 树 的 根 树 中 的 其 它 节 点 都 有 且 仅 有 一 个 父 节 点 71 72

结 构 数 据 模 型 示 例 层 次 模 型 实 体 型 系 1 : N 联 系 教 研 室 学 生 结 构 数 据 模 型 示 例 层 次 模 型 D02 计 算 机 R1101 教 员 系 号 系 名 地 址 R01 R02 R03 数 据 库 网 络 人 工 智 能 S0012 王 明 G1 S0020 郑 直 G2 S0199 周 密 G3 教 研 室 号 教 研 室 名 职 工 号 姓 名 职 称 学 号 姓 名 年 级 73 E1101 E3721 何 璧 刘 新 教 授 讲 师 E1234 E3721 王 恩 付 弈 教 授 助 教 74 优 点 结 构 数 据 模 型 示 例 层 次 模 型 结 构 简 单, 易 于 实 现 缺 点 支 持 的 联 系 种 类 太 少 只 支 持 二 元 一 对 多 联 系 只 允 许 实 体 集 间 的 一 种 联 系, 不 支 持 实 体 集 间 的 多 种 联 系 数 据 操 纵 不 方 便 子 结 点 的 存 取 只 能 通 过 父 结 点 来 进 行 插 入 删 除 复 杂, 父 结 点 的 删 除 导 致 子 结 点 的 删 除, 丢 失 必 要 的 信 息 代 表 产 品 : IBM 的 IMS 数 据 库,1969 年 研 制 成 功 75 结 构 数 据 模 型 示 例 网 状 模 型 网 状 模 型 是 一 个 满 足 下 列 条 件 的 有 向 图 可 以 有 一 个 以 上 的 节 点 无 父 节 点 至 少 有 一 个 节 点 有 多 于 一 个 的 父 节 点 ( 排 除 树 结 构 ) 节 点 代 表 实 体 型, 有 向 边 ( 从 箭 尾 到 箭 头 ) 表 示 两 实 体 型 间 的 一 对 多 联 系 科 室 1 : N 联 系 实 体 型 医 生 病 人 病 房 76 结 构 数 据 模 型 示 例 网 状 模 型 结 构 数 据 模 型 示 例 网 状 模 型 学 号 学 生 姓 名 年 级 学 号 课 程 选 课 课 程 号 课 程 名 学 分 课 程 号 成 绩 S1 S2 S3 S1 S1 S2 S2 S3 C1 C2 C1 C2 C1 A A B A- C C1 C2 77 优 点 表 达 的 联 系 种 类 丰 富 性 能 良 好, 存 取 效 率 高 缺 点 结 构 复 杂 语 言 复 杂 DBTG 报 告 1969 年, 由 美 国 CODASYL(Conference On Data System Language, 数 据 系 统 语 言 协 商 会 ) 下 属 的 DBTG(Data Base Task Group) 组 提 出, 确 立 了 网 状 数 据 库 系 统 的 概 念 方 法 技 术 78 结 构 数 据 模 型 示 例 关 系 模 型 用 二 维 表 来 表 示 实 体 及 其 相 互 联 系 关 系 主 码 学 号 9901 9902 9903 9999 学 生 人 事 记 录 表 姓 名 性 别 年 龄 李 勇 刘 晨 王 明 张 立 男 女 女 男 男 女 20 19 20 18 籍 贯 江 苏 山 东 北 京 陕 西 域 关 系 名 属 性 名 元 组 ( 行 ) 优 点 结 构 数 据 模 型 示 例 关 系 模 型 简 单, 表 的 概 念 直 观 单 一, 用 户 易 理 解 非 过 程 化 的 数 据 请 求, 数 据 请 求 可 以 不 指 明 路 径 数 据 独 立 性, 用 户 只 需 提 出 做 什 么, 无 须 说 明 怎 么 做 坚 实 的 理 论 基 础 分 量 属 性 ( 列 ) 关 系 模 式 : 学 生 ( 学 号 姓 名 性 别 年 龄 籍 贯 ) 79 80

数 据 定 义 语 言 (DDL) 数 据 库 语 言 用 于 定 义 create table account(account_number char(10), balance integer) 其 结 果 存 放 在 数 据 字 典 中 数 据 字 典 包 含 了 元 数 据 数 据 存 储 定 义 也 用 DDL 语 句 来 说 明 元 数 据 (meta-data) 描 述 数 据 的 数 据 数 据 库 语 言 描 述 数 据 的 含 义 和 性 质, 以 便 更 好 地 理 解 管 理 和 使 用 数 据 的 数 据 示 例 数 据 :1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 元 数 据 : 1 1 5 n 1 5 n [( 5 2 ) ( ) )] 数 据 : 图 书 馆 中 的 书 籍 元 数 据 : 标 题 作 者 关 键 词 ISBN 号 2 81 82 数 据 操 纵 语 言 增 删 改 检 索 等 数 据 库 语 言 过 程 化 (Procedural)DML 要 求 用 户 指 定 需 要 什 么 数 据 和 如 何 获 得 这 些 数 据 声 明 式 (declarative) DML 只 要 求 用 户 指 定 需 要 什 么 数 据, 无 需 指 明 如 何 获 得 这 些 数 据, 如 结 构 化 查 询 语 言 SQL 来 自 应 用 程 序 的 数 据 库 访 问 嵌 入 宿 主 语 言 ( 如 C Java Cobol 等 ) ADO(ActiveX Data Objects) DAO(Data Access Object) RDO(Remote Data Objects) SDO(Service Data Objects) ODBC JDBC 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 及 构 成 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 数 据 库 系 统 的 软 硬 件 层 次 数 据 库 系 统 的 主 要 成 分 数 据 库 管 理 系 统 的 层 次 结 构 及 其 功 能 数 据 库 技 术 的 研 究 进 展 83 84 数 据 库 系 统 的 定 义 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 数 据 库 系 统 是 实 现 有 组 织 地 动 态 地 存 储 大 量 关 联 数 据, 方 便 用 户 访 问 的 计 算 机 软 硬 件 和 数 据 资 源 组 成 的 系 统, 它 包 括 DB DBA DBMS 等 即 带 有 数 据 库 的 整 个 计 算 机 系 统, 包 括 硬 件 软 件 数 据 人 员 85 86 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 87 88

数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 89 90 Oracle,DB2, Sybase, SQL Server, Informix 数 据 库 系 统 的 软 硬 件 层 次 应 用 系 统 应 用 开 发 工 具 软 件 DBMS, 编 译 系 统 操 作 系 统 硬 件 PB,VB,VC Delphi 91 硬 件 数 据 库 系 统 的 主 要 成 分 大 内 存, 放 得 下 OS,DBMS 核 心, 系 统 缓 冲 区, 用 户 工 作 区 等 大 容 量 直 接 存 取 的 外 存 设 备 作 数 据 备 份 的 磁 带 软 件 OS,DBMS, 高 级 语 言 编 译 系 统 及 其 与 数 据 库 的 接 口, 应 用 开 发 工 具, 应 用 系 统 数 据 目 标 数 据 : 数 据 本 身 描 述 数 据 : 对 数 据 的 说 明 信 息 92 用 户 最 终 用 户 数 据 库 系 统 的 主 要 成 分 通 过 应 用 系 统 的 用 户 接 口 ( 菜 单 等 ) 使 用 数 据 库 应 用 程 序 员 基 于 外 模 式 来 编 写 应 用 程 序 系 统 分 析 员 负 责 应 用 系 统 的 需 求 分 析 和 规 范 定 义, 确 定 系 统 的 软 硬 件 配 置, 参 与 设 计 数 据 库 管 理 员 DBA 负 责 数 据 库 的 全 面 管 理 和 控 制 93 数 据 库 系 统 的 主 要 成 分 DBA 的 重 要 性 重 要 资 源 维 护 整 个 组 织 的 信 息 资 源 共 享 资 源 多 用 户 共 享, 需 要 统 一 管 理 协 调 监 控 DBA 职 责 建 库 方 面 确 定 模 式 外 模 式 存 储 结 构 存 取 策 略 负 责 数 据 的 整 理 和 装 入 94 用 库 方 面 数 据 库 系 统 的 主 要 成 分 定 义 完 整 性 约 束 条 件 规 定 数 据 的 保 密 级 别 用 户 权 限 监 督 和 控 制 数 据 库 的 运 行 情 况 制 定 后 援 和 恢 复 策 略, 负 责 故 障 恢 复 改 进 方 面 监 督 分 析 系 统 的 性 能 ( 空 间 利 用 率, 处 理 效 率 ) 数 据 库 重 组 织, 物 理 上 重 组 织, 以 提 高 性 能 数 据 库 重 构 造, 设 计 上 较 大 改 动, 模 式 和 内 模 式 修 改 95 事 务, 日 志, 封 锁, 存 取 路 径, 提 供 单 元 组 接 口 执 行 物 理 文 件 的 读 写 操 作 DBMS 的 层 次 结 构 应 用 层 语 言 翻 译 处 理 层 数 据 存 取 层 数 据 存 储 层 操 作 系 统 数 据 库 DDL,DML, 查 询 计 算 引 擎, 提 供 关 系 视 图 接 口 缓 冲 区, 提 供 数 据 页 操 作 数 据 文 件, 数 据 字 典, 索 引, 统 计 数 据 96

DBMS 的 主 要 功 能 数 据 库 定 义 功 能 DDL 语 言 (Data Description Language) 描 述 外 模 式 模 式 内 模 式 ( 源 模 式 ) 模 式 翻 译 程 序 把 源 模 式 翻 译 成 目 标 模 式, 存 入 数 据 字 典 中 数 据 字 典 源 模 式 模 式 翻 译 程 序 目 标 模 式 97 DBMS 的 主 要 功 能 数 据 存 取 功 能 DML 语 言 (Data manipulation language) 对 数 据 库 进 行 检 索 插 入 修 改 删 除 DML 类 型 宿 主 型 DML 不 独 立 使 用, 嵌 入 到 高 级 语 言 ( 主 语 言 ) 程 序 中 使 用 自 含 型 独 立 使 用, 交 互 式 命 令 方 式 DML 语 句 执 行 方 式 宿 主 型 预 编 译 和 增 强 编 译 自 含 型 解 释 执 行 98 数 据 库 运 行 管 理 DBMS 的 主 要 功 能 并 发 控 制 存 取 控 制 完 整 性 约 束 条 件 检 查 和 执 行, 日 志 组 织 和 管 理, 事 务 管 理 和 自 动 恢 复 数 据 组 织 存 储 和 管 理 用 户 数 据 索 引 数 据 字 典 的 组 织 存 储 和 管 理, 包 括 文 件 结 构 存 取 方 式 数 据 之 间 联 系 的 实 现 等 数 据 库 的 建 立 和 维 护 功 能 数 据 的 装 入 转 换 卸 出, 数 据 库 的 转 储 恢 复 性 能 监 视 和 分 析 等 99 数 据 库 系 统 结 构 初 级 用 户 程 序 设 计 人 员 熟 练 用 户 数 据 库 管 理 员 应 用 界 面 应 用 程 序 查 询 应 用 程 序 目 标 代 码 事 务 管 理 器 嵌 入 式 DML 预 编 译 器 查 询 计 算 引 擎 DML 编 译 器 缓 冲 区 管 理 器 文 件 管 理 器 DDL 解 释 器 数 据 文 件 索 引 统 计 数 据 数 据 字 典 磁 盘 存 储 器 查 询 处 理 器 存 储 管 理 器 用 户 100 数 据 库 管 理 系 统 DBMS 的 运 行 过 程 DBMS 的 运 行 过 程 系 统 缓 冲 区 9 数 据 库 5 11 8 10 应 用 程 序 用 户 工 作 区 1 数 据 库 管 理 系 统 7 操 作 系 统 12 2,3,6 数 据 字 典 101 Step 1 用 户 向 DBMS 发 出 调 用 数 据 库 数 据 的 命 令 Step 2 DBMS 对 命 令 进 行 语 法 检 查 语 义 检 查 存 取 权 限 检 查, 决 定 是 否 执 行 该 命 令 Step 3 DBMS 执 行 查 询 优 化, 把 命 令 转 换 为 一 串 单 记 录 的 存 取 操 作 序 列 Step 4 执 行 存 取 操 作 序 列 ( 反 复 执 行 以 下 各 步, 直 至 结 束 ) Step 5 DBMS 首 先 在 缓 冲 区 内 查 找 记 录, 若 找 到 转 10, 否 则 转 6 Step 6 DBMS 查 看 存 储 模 式, 决 定 从 哪 个 文 件 存 取 哪 个 物 理 记 录 102 DBMS 的 运 行 过 程 数 据 库 应 用 系 统 的 设 计 步 骤 Step 7 DBMS 根 据 6 的 结 果, 向 操 作 系 统 发 出 读 取 记 录 的 命 令 Step 8 操 作 系 统 执 行 读 取 数 据 的 命 令 Step 9 操 作 系 统 将 数 据 从 数 据 库 存 储 区 送 到 系 统 缓 冲 区 Step 10 DBMS 根 据 用 户 命 令 和 数 据 字 典 的 内 容 导 出 用 户 所 要 读 取 的 数 据 格 式 Step 11 DBMS 将 数 据 记 录 从 系 统 缓 冲 区 传 送 到 用 户 工 作 区 Step 12 DBMS 将 执 行 状 态 信 息 返 回 给 用 户 103 数 据 库 设 计 的 目 标 与 特 点 结 构 ( 数 据 ) 设 计 行 为 ( 处 理 ) 设 计 104

数 据 库 设 计 方 法 新 奥 尔 良 方 法 : 需 求 分 析 ( 分 析 用 户 要 求 ) 概 念 设 计 ( 信 息 分 析 和 定 义 ) 逻 辑 设 计 ( 设 计 实 现 ) 和 物 理 设 计 ( 物 理 数 据 库 设 计 ) S.B.Yao: 需 求 分 析 模 式 构 成 模 式 汇 总 模 式 重 构 模 式 分 析 和 物 理 数 据 库 设 计 I.R.Palmer 则 主 张 把 数 据 库 设 计 当 成 一 步 接 一 步 的 过 程, 并 采 用 一 些 辅 助 手 段 实 现 每 一 过 程 此 外, 还 有 基 于 E-R 模 型 的 数 据 库 设 计 方 法, 基 于 3NF( 第 三 范 式 ) 的 设 计 方 法, 基 于 抽 象 语 法 规 范 的 设 计 方 法 等 规 范 设 计 法 在 具 体 使 用 中 又 可 以 分 为 两 类 : 手 工 设 计 和 计 算 机 辅 助 数 据 库 设 计 ORACLE Designer 2000 数 据 库 应 用 系 统 的 设 计 步 骤 在 数 据 库 设 计 过 程 中 必 须 注 意 以 下 问 题 数 据 库 设 计 过 程 中 要 注 意 充 分 调 动 用 户 的 积 极 性 应 用 环 境 的 改 变 新 技 术 的 出 现 等 都 会 导 致 应 用 需 求 的 变 化, 因 此 设 计 人 员 在 设 计 数 据 库 时 必 须 充 分 考 虑 到 系 统 的 可 扩 充 性, 使 设 计 易 于 变 动 系 统 的 可 扩 充 性 最 终 都 是 有 一 定 限 度 的 105 106 数 据 库 应 用 系 统 的 设 计 步 骤 数 据 库 的 设 计 步 骤 需 求 收 集 和 分 析 设 计 概 念 结 构 设 计 逻 辑 结 构 设 计 物 理 结 构 物 理 实 现 需 求 收 集 和 分 析 用 户 关 心 什 么 用 户 要 什 么 结 果 设 计 概 念 结 构 设 计 逻 辑 结 构 设 计 物 理 结 构 物 理 实 现 详 细 调 查 现 实 世 界 要 处 理 的 对 象 充 分 了 解 原 系 统 的 工 作 概 况 明 确 用 户 的 各 种 需 求 信 息 要 求 处 理 要 求 安 全 性 要 求 完 整 性 要 求 确 定 新 系 统 的 功 能 考 虑 今 后 的 扩 充 性 107 108 数 据 库 的 设 计 步 骤 需 求 收 集 和 分 析 设 计 概 念 结 构 存 什 么 关 系 ( 联 系 ) 如 何 E/R 图 或 ODL, 是 各 种 数 据 模 型 的 共 同 基 础 设 计 逻 辑 结 构 设 计 物 理 结 构 物 理 实 现 需 求 收 集 和 分 析 设 计 概 念 结 构 设 计 逻 辑 结 构 用 什 么 数 据 模 型 数 据 库 的 设 计 步 骤 数 据 库 的 模 式 (database schema) 用 户 子 模 式 设 计 物 理 结 构 物 理 实 现 109 110 需 求 收 集 和 分 析 设 计 概 念 结 构 设 计 逻 辑 结 构 设 计 物 理 结 构 数 据 怎 么 存 数 据 库 的 设 计 步 骤 根 据 DBMS 产 品 环 境 特 点 物 理 实 现 需 求 收 集 和 分 析 设 计 概 念 结 构 设 计 逻 辑 结 构 设 计 物 理 结 构 物 理 实 现 运 行 DDL 装 入 测 试 数 据 应 用 程 序 数 据 库 的 设 计 步 骤 111 112

想 法 需 求 数 据 库 的 设 计 步 骤 OODBMS ODL 关 系 RDBMS E / R 数 据 库 技 术 的 研 究 进 展 数 据 库 研 究 领 域 的 发 展 历 程 影 响 数 据 库 技 术 发 展 的 因 素 数 据 库 的 核 心 技 术 与 理 论 问 题 113 114 数 据 库 是 40 余 年 不 衰 的 活 跃 研 究 领 域 新 的 研 究 领 域 层 出 不 穷 国 际 数 据 库 学 术 刊 物 与 日 俱 增 数 据 库 国 际 学 术 会 议 方 兴 未 艾 数 据 库 学 术 论 文 每 年 数 以 千 记 数 据 库 管 理 系 统 产 品 丰 富 多 彩 数 据 库 应 用 海 阔 天 空 数 据 库 是 40 余 年 不 衰 的 活 跃 研 究 领 域 ( 续 ) 总 结 成 就 分 析 挑 战 提 出 问 题 周 期 越 来 越 短 数 据 库 是 一 个 变 化 越 来 越 快 的 研 究 领 域 是 一 个 极 富 挑 战 性 的 研 究 领 域 也 是 一 个 日 益 活 跃 的 研 究 领 域 工 程 领 域 的 人 员 要 关 注 数 据 库 学 术 界 的 相 关 研 究 成 果, 希 望 能 应 用 它 们 解 决 工 程 实 际 中 遇 到 的 问 题 115 116 数 据 库 研 究 领 域 的 发 展 历 程 数 据 库 技 术 发 展 的 三 个 里 程 碑 第 一 代 数 据 库 技 术 层 次 与 网 络 数 据 库 技 术 第 二 代 数 据 库 技 术 关 系 数 据 库 技 术 第 三 代 数 据 库 技 术 O-R 数 据 库 技 术 数 据 库 技 术 发 展 的 新 时 代 : 网 络 数 据 库 技 术 以 Internet/Web 为 特 征 的 新 时 代 应 用 领 域 迅 速 扩 大 数 据 库 研 究 领 域 的 外 延 不 断 扩 大 影 响 数 据 库 技 术 发 展 的 因 素 数 据 库 的 基 础 功 能 目 的 数 据 库 建 立 在 计 算 系 统 环 境 基 础 之 上 数 据 库 的 功 能 是 存 储 管 理 数 据 数 据 库 的 目 的 是 支 持 各 种 应 用 影 响 数 据 库 系 统 变 化 的 因 素 计 算 系 统 环 境 的 改 变 数 据 内 容 与 容 量 的 改 变 数 据 库 应 用 的 飞 速 发 展 117 118 影 响 数 据 库 技 术 发 展 的 因 素 ( 续 ) 计 算 环 境 的 变 化 Von Neumann 结 构 计 算 系 统 传 统 数 据 库 技 术 并 行 计 算 系 统 并 行 数 据 库 技 术 分 布 式 计 算 系 统 分 布 式 数 据 库 技 术 Internet/Web 计 算 环 境 Web 数 据 库 技 术 网 格 计 算 环 境 网 格 数 据 库 技 术 移 动 计 算 环 境 移 动 数 据 库 技 术 P2P 计 算 环 境 P2P 数 据 库 技 术 Sensor 网 络 计 算 环 境 Sensor 数 据 库 技 术 PDA 计 算 装 置 傻 瓜 型 嵌 入 式 数 据 库 技 术 119 影 响 数 据 库 技 术 发 展 的 因 素 ( 续 ) 数 据 变 化 数 据 呈 爆 炸 性 增 长 趋 势 海 量 数 据 管 理 技 术 10 15 NASA 人 造 卫 星 每 年 返 回 10 字 节 观 测 据 10 14 粒 子 碰 撞 实 验 数 据 每 年 高 达 3 10 字 节 Interne 服 务 器 数 量 已 经 达 到 1.4 万 亿 台 信 息 存 储 页 面 容 量 高 达 40 万 亿 字 节 任 何 一 个 Web 信 息 搜 索 引 擎 所 覆 盖 的 信 息 量 都 不 超 过 Web 信 息 总 量 的 20% 120

影 响 数 据 库 技 术 发 展 的 因 素 ( 续 ) 数 据 变 化 数 据 呈 爆 炸 性 增 长 趋 势 海 量 数 据 管 理 技 术 VLDB2002 资 料 显 示 : 许 多 大 型 企 业 已 积 累 10 15 字 节 数 量 级 数 据 分 布 在 数 千 站 点, 支 持 高 达 5,000 应 用 数 据 以 每 年 50% 的 增 长 速 度 膨 胀 数 据 仓 库 的 增 长 速 度 已 达 到 企 业 事 务 处 理 数 据 增 长 率 的 2 至 3 倍 影 响 数 据 库 技 术 发 展 的 因 素 ( 续 ) 数 据 变 化 数 据 呈 爆 炸 性 增 长 趋 势 海 量 数 据 管 理 技 术 我 国 海 量 数 据 库 的 数 量 也 在 迅 速 增 长 黑 龙 江 移 动 局 3 个 月 的 信 息 高 达 1000 亿 国 家 信 息 安 全 数 据 3 个 月 数 据 高 达 200 亿 一 架 飞 机 全 机 构 件 信 息 高 于 1.5 10 10 11 国 土 测 绘 环 保 气 象 水 利 林 业 地 矿 石 油 建 设 核 工 业 等 部 门 积 累 的 信 息 高 达 10 15 字 节 量 级 我 国 各 类 空 间 遥 感 系 统 每 天 将 提 供 10 12 字 节 的 遥 感 观 测 数 据 121 122 影 响 数 据 库 技 术 发 展 的 因 素 ( 续 ) 数 据 变 化 ( 续 ) 数 据 类 型 与 数 据 内 容 与 时 俱 进 时 间 序 列 矩 阵 等 复 杂 结 构 数 据 复 杂 类 型 数 据 管 理 技 术 文 本 图 形 图 象 视 频 声 频 等 多 媒 体 数 据 多 媒 体 数 据 管 理 与 检 索 技 术 Web 页 面 等 半 结 构 化 数 据 半 结 构 化 数 据 管 理 技 术 影 响 数 据 库 技 术 发 展 的 因 素 ( 续 ) 数 据 变 化 ( 续 ) 数 据 类 型 与 数 据 内 容 与 时 俱 进 ( 续 ) 过 程 程 序 等 行 为 型 数 据 行 为 数 据 管 理 技 术 数 据 流 数 据 流 查 询 挖 掘 与 分 析 技 术 Sensor 数 据 Sensor 数 据 查 询 挖 掘 与 分 析 技 术 123 124 影 响 数 据 库 技 术 发 展 的 因 素 ( 续 ) 数 据 库 应 用 的 变 化 决 策 分 析 与 决 策 支 持 DW OLAP OLAP DM 电 子 / 数 字 出 版 物 数 字 图 书 馆 技 术 电 子 商 务 / 服 务 / 政 务 数 据 库 支 持 技 术 工 作 流 管 理 数 据 库 支 持 技 术 语 料 库 语 言 学 语 料 数 据 库 技 术 基 于 Web 的 数 据 库 应 用 125 新 闻 出 版 : 数 字 图 书 馆 邮 政 : 收 发 电 子 邮 件 电 话 : 使 用 网 上 (IP) 可 视 电 话 金 融 : 网 上 金 融 事 务 网 上 股 市 网 上 保 险 科 研 : 网 上 计 算 家 庭 : 网 控 家 电 教 育 : 网 上 远 程 教 学 Internet / Web 娱 乐 : 网 上 影 视 医 疗 : 网 上 医 院 跨 地 域 协 作 : 网 上 合 作 设 计 电 子 政 务 : 网 上 服 务 信 息 服 务 : 电 子 商 务 : 网 上 信 息 检 索 网 上 购 物 126 数 据 库 的 核 心 技 术 与 理 论 问 题 Web 数 据 管 理 的 理 论 与 技 术 海 量 数 据 管 理 与 处 理 的 理 论 与 技 术 并 行 数 据 库 的 理 论 与 技 术 数 据 流 管 理 与 处 理 的 理 论 与 技 术 Sensor 数 据 管 理 与 处 理 的 理 论 与 技 术 P2P 环 境 下 的 数 据 管 理 的 理 论 与 技 术 生 物 与 生 态 数 据 管 理 与 处 理 的 理 论 与 技 术 数 据 库 的 核 心 技 术 与 理 论 问 题 海 量 数 据 管 理 与 处 理 技 术 深 度 计 算 技 术 (Deep computing) 高 性 能 计 算 与 并 行 处 理 技 术 计 算 网 络 与 全 球 信 息 栅 格 GIG 高 可 靠 性 高 可 用 性 高 安 全 性 计 算 海 量 数 据 存 储 与 处 理 127 128

数 据 库 的 核 心 技 术 与 理 论 问 题 海 量 数 据 管 理 与 处 理 技 术 普 适 计 算 技 术 (Pervasive Computing) 海 量 数 据 管 理 与 处 理 技 术 无 处 不 在 计 算 与 无 线 移 动 计 算 智 能 化 和 谐 人 机 交 互 环 境 数 字 化 媒 体 与 自 然 语 言 处 理 万 维 网 与 Web 服 务 及 网 络 数 据 服 务 终 端 数 据 库 的 核 心 技 术 与 理 论 问 题 海 量 数 据 管 理 与 处 理 技 术 生 物 计 算 技 术 (BT-IT Computing) 基 因 工 程 信 息 处 理 技 术 生 物 特 征 识 别 技 术 129 130 数 据 库 的 核 心 技 术 与 理 论 问 题 网 格 计 算 网 格 计 算 环 境 网 格 种 类 计 算 网 格 数 据 网 格 各 种 专 用 网 格 数 据 库 的 核 心 技 术 与 理 论 问 题 其 他 信 息 技 术 与 理 论 问 题 安 全 数 据 库 的 理 论 与 技 术 程 序 逻 辑 和 数 据 统 一 管 理 的 理 论 和 技 术 未 来 联 邦 数 据 库 系 统 技 术 未 来 嵌 入 式 数 据 库 系 统 的 理 论 和 技 术 移 动 数 据 库 的 理 论 与 技 术 移 动 对 象 管 理 131 132 数 据 库 的 核 心 技 术 与 理 论 问 题 数 据 挖 掘 的 理 论 与 技 术 数 据 仓 库 的 理 论 与 技 术 数 据 可 视 化 的 理 论 与 技 术 基 于 内 容 的 多 媒 体 检 索 技 术 数 字 图 书 馆 的 理 论 与 技 术 语 料 数 据 库 的 理 论 与 技 术 支 持 电 子 商 务 / 电 子 服 务 的 数 据 库 技 术 支 持 电 子 政 务 的 数 据 库 技 术 GIS 系 统 技 术 支 持 大 型 企 业 应 用 的 数 据 库 技 术 133 本 章 总 结 主 要 内 容 数 据 管 理 的 发 展 阶 段 手 工 管 理 阶 段 文 件 系 统 阶 段 数 据 库 系 统 阶 段 : 三 级 模 式 两 级 映 射 数 据 模 型 : 数 据 结 构 + 数 据 操 作 + 完 整 性 约 束 数 据 库 语 言 :DDL: DDL,DMLDML 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 及 构 成 数 据 库 技 术 的 研 究 进 展 学 生 应 掌 握 的 内 容 基 本 概 念 数 据 库 系 统 的 体 系 结 构 DBMS 的 功 能 和 运 行 过 程 134