第1章-數(shù)據庫系統(tǒng)

1、2022-5-1提綱四個基本概念四個基本概念數(shù)據數(shù)據、數(shù)據庫數(shù)據庫、DBMS、DBS數(shù)據庫系統(tǒng)的應用領域數(shù)據庫系統(tǒng)的應用領域回溯回溯數(shù)據管理的發(fā)展階段數(shù)據管理的發(fā)展階段 數(shù)據庫系統(tǒng)特點數(shù)據庫系統(tǒng)特點數(shù)據庫系統(tǒng)的組成數(shù)據庫系統(tǒng)的組成 核心核心數(shù)據庫管理系統(tǒng)數(shù)據庫管理系統(tǒng)數(shù)據庫系統(tǒng)結構數(shù)據庫系統(tǒng)結構 三級模式兩級映像與數(shù)據獨立性三級模式兩級映像與數(shù)據獨立性2022-5-21.2 數(shù)據管理技術的發(fā)展四個基本概念 數(shù)據數(shù)據 DataData 數(shù)據庫數(shù)據庫 DBDB 數(shù)據庫管理系統(tǒng)數(shù)據庫管理系統(tǒng) DBMSDBMS 數(shù)據庫系統(tǒng)數(shù)據庫系統(tǒng) DBSDBS數(shù)據庫管理技術的產生和發(fā)展數(shù)據庫系統(tǒng)的特點2022-5-

2、3四個基本概念數(shù)據Data數(shù)據庫DataBase，DB數(shù)據庫管理系統(tǒng) DataBase Management System,DBMS數(shù)據庫系統(tǒng) DataBase System,DBS（數(shù)據庫應用系統(tǒng)）2022-5-4數(shù)據數(shù)據(Data)是數(shù)據庫中存儲的基本對象數(shù)據的定義 描述事物的符號記錄數(shù)據的種類 文字、圖形、圖象、聲音數(shù)據的特點 數(shù)據與其語義是不可分的2022-5-5數(shù)據舉例學生檔案中的學生記錄（李明，男，1972，江蘇，計算機系，1990）數(shù)據的形式不能完全表達其內容數(shù)據的解釋（數(shù)據字典） 語義：學生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在系別、入學時間 解釋：李明是個大學生，1972年出生，江

3、蘇人，1990年考入計算機系請給出另一個解釋和語義2022-5-6數(shù)據庫（舉例）2022-5-7數(shù)據庫人們收集并抽取出一個應用所需要的大量數(shù)據之后，應將其保存起來以供進一步加工處理，進一步抽取有用信息數(shù)據庫的定義 數(shù)據庫（數(shù)據庫（DatabaseDatabase，簡稱，簡稱DBDB）是）是長期長期儲存在計算機內、有儲存在計算機內、有組織組織的、可的、可共享共享的的大量大量數(shù)據集合數(shù)據集合數(shù)據庫的特征 數(shù)據按一定的數(shù)據模型組織、描述和儲存數(shù)據按一定的數(shù)據模型組織、描述和儲存 可為各種用戶共享可為各種用戶共享 冗余度較小冗余度較小 數(shù)據獨立性較高數(shù)據獨立性較高 易擴展易擴展2022-5-8數(shù)據庫管

4、理系統(tǒng)什么是DBMS 數(shù)據庫管理系統(tǒng)（數(shù)據庫管理系統(tǒng)（Database Management SystemDatabase Management System，簡稱，簡稱DBMSDBMS）是位于用戶與操作系統(tǒng)之）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據管理軟件。間的一層數(shù)據管理軟件。DBMS的用途 科學地組織和存儲數(shù)據、高效地獲取和維護數(shù)據2022-5-9數(shù)據庫系統(tǒng)什么是數(shù)據庫系統(tǒng) 數(shù)據庫系統(tǒng)（數(shù)據庫系統(tǒng)（Database SystemDatabase System，簡稱，簡稱DBSDBS）是指在計算機）是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據庫后的系統(tǒng)構成。系統(tǒng)中引入數(shù)據庫后的系統(tǒng)構成。 在不引起混淆的情況下常

5、常把數(shù)據庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據庫。在不引起混淆的情況下常常把數(shù)據庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據庫。數(shù)據庫系統(tǒng)的構成 由數(shù)據庫、數(shù)據庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應用系統(tǒng)、由數(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（和用戶）構成。數(shù)據庫管理員（和用戶）構成。2022-5-10數(shù)據管理的發(fā)展階段人工管理階段（5050年代中期以前）文件系統(tǒng)階段（5050年代后期-60-60年代中期）數(shù)據庫系統(tǒng)階段（6060年代后期開始）數(shù)據庫系統(tǒng) VS VS 文件系統(tǒng)軟件發(fā)展趨勢數(shù)據庫系統(tǒng)的特點2022-5-11數(shù)據管理技術的發(fā)展階段各階段的技術及應用背景 計算機應用范圍 外存儲設備 數(shù)據管理軟件各個階段的差別體現(xiàn)

6、 誰管理數(shù)據誰管理數(shù)據 數(shù)據面向誰數(shù)據面向誰 數(shù)據與應用的獨立性數(shù)據與應用的獨立性2022-5-12 數(shù)據管理技術發(fā)展的三個階段132022-5-手工階段手工階段文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)數(shù)據庫數(shù)據庫特點：數(shù)據不保存、特點：數(shù)據不保存、沒有管理軟件、沒沒有管理軟件、沒有文件概念、數(shù)據有文件概念、數(shù)據面向具體應用面向具體應用特點：以文件形式存放、特點：以文件形式存放、有了文件系統(tǒng)、程序與數(shù)有了文件系統(tǒng)、程序與數(shù)據有一定的獨立性、記錄據有一定的獨立性、記錄為單位、數(shù)據冗余大、面為單位、數(shù)據冗余大、面向特定程序服務向特定程序服務特點：數(shù)據是公用的、特點：數(shù)據是公用的、共享度高、獨立性高、共享度高、獨立性高、專

7、用管理系統(tǒng)功能更強專用管理系統(tǒng)功能更強各發(fā)展階段的主要討論點（一）數(shù)據結構 邏輯結構邏輯結構 數(shù)據之間存在的邏輯關系數(shù)據之間存在的邏輯關系 表、樹、圖、數(shù)組表、樹、圖、數(shù)組 物理結構物理結構 數(shù)據在計算機內的存儲方式數(shù)據在計算機內的存儲方式 順序方式、鏈接方式順序方式、鏈接方式2022-5-14課程號課程名學分先修課1001數(shù)據結構410031002數(shù)據庫310011003PASCAL4各發(fā)展階段的主要討論點（二）數(shù)據獨立性 當數(shù)據的結構發(fā)生變化時，通過系統(tǒng)提供的映象（轉換）功能，使應用程序不必改變當數(shù)據的結構發(fā)生變化時，通過系統(tǒng)提供的映象（轉換）功能，使應用程序不必改變數(shù)據的物理獨立性 當數(shù)

8、據的存儲結構改變時，應用程序不必改變當數(shù)據的存儲結構改變時，應用程序不必改變數(shù)據的邏輯獨立性 當數(shù)據的邏輯結構改變時，應用程序不必改變當數(shù)據的邏輯結構改變時，應用程序不必改變2022-5-15人工管理階段背景 計算機主要用于科學計算計算機主要用于科學計算 數(shù)據量小、結構簡單，如高階方程、曲線擬和等 外存為順序存取設備外存為順序存取設備 磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤等直接存取設備 沒有操作系統(tǒng)，沒有數(shù)據管理軟件沒有操作系統(tǒng)，沒有數(shù)據管理軟件 用戶用機器指令編碼，通過紙帶機輸入程序和數(shù)據，程序運行完畢后，由用戶取走紙帶和運算結果，再讓下一用戶上機操作2022-5-16人工管理階段特點 用戶完全負責數(shù)

9、據管理工作用戶完全負責數(shù)據管理工作 數(shù)據的組織、存儲結構、存取方法、輸入輸出等 數(shù)據完全面向特定的應用程序數(shù)據完全面向特定的應用程序 每個用戶使用自己的數(shù)據，數(shù)據不保存，用完就撤走 無共享、冗余度極大無共享、冗余度極大 數(shù)據與程序沒有獨立性數(shù)據與程序沒有獨立性 程序中存取數(shù)據的子程序隨著存儲結構的改變而改變 數(shù)據無結構數(shù)據無結構2022-5-17人工管理階段2022-5-18訪問訪問訪問數(shù)據1數(shù)據2數(shù)據n程序1程序2程序n文件系統(tǒng)階段背景 計算機不但用于科學計算，還用于管理計算機不但用于科學計算，還用于管理 外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設備外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設備 直接存取設備（DAS

10、D） 無須順序存取 由地址直接訪問所需記錄 有了專門管理數(shù)據的軟件，一般稱為文件系統(tǒng)有了專門管理數(shù)據的軟件，一般稱為文件系統(tǒng) 文件存儲空間的管理 目錄管理 文件讀寫管理 文件保護 向用戶提供操作接口2022-5-19文件系統(tǒng)階段特點 系統(tǒng)提供一定的數(shù)據管理功能系統(tǒng)提供一定的數(shù)據管理功能 存取方法（索引文件、鏈接文件、直接存取文件、倒排文件等） 支持對文件的基本操作（增、刪、改、查等），用戶程序不必考慮物理細節(jié) 數(shù)據的存取基本上以記錄為單位 數(shù)據仍是面向應用的數(shù)據仍是面向應用的 一個數(shù)據文件對應一個或幾個用戶程序 數(shù)據共享性差、冗余度大數(shù)據共享性差、冗余度大 數(shù)據與程序有一定的獨立性數(shù)據與程序有

11、一定的獨立性 文件的邏輯結構與存儲結構由系統(tǒng)進行轉換，數(shù)據在存儲上的改變不一定反映在程序上 記錄內有結構記錄內有結構, ,整體無結構整體無結構2022-5-20文件系統(tǒng)中數(shù)據的結構記錄內有結構。數(shù)據的結構是靠程序定義和解釋的。數(shù)據只能是定長的。 可以間接實現(xiàn)數(shù)據變長要求，但訪問相應數(shù)據的應用程序復雜可以間接實現(xiàn)數(shù)據變長要求，但訪問相應數(shù)據的應用程序復雜了。了。文件間是獨立的，因此數(shù)據整體無結構。 可以間接實現(xiàn)數(shù)據整體的有結構，但必須在應用程序中對描述可以間接實現(xiàn)數(shù)據整體的有結構，但必須在應用程序中對描述數(shù)據間的聯(lián)系數(shù)據間的聯(lián)系。數(shù)據的最小存取單位是記錄。2022-5-21文件系統(tǒng)階段2022-

12、5-22數(shù)據1數(shù)據2數(shù)據n存取方式程序1程序2程序n文件系統(tǒng)階段缺點2022-5-23補貼系別姓名學號勞資科住址系別性別姓名學號房產科學位學分系別姓名學號學籍科學位 出身年齡系別性別姓名學號人事科用C語言讀取數(shù)據文件的例子：# include # include Void main()char name20;int rollno,age;FILE *fp;fp=fopen(“c:student.dat”,”r”);while (! feof(fp)fscanf ( fp,”%d%s%d”,&rollno,&name,&age);printf ( “nRoll No.:%

13、d”,rollno);printf ( “nName:%s”,name);printf ( “nAge:%d”,age);fclose(fp)2022-5-24文件系統(tǒng)階段缺點數(shù)據與程序的獨立性差 文件系統(tǒng)的出現(xiàn)并沒有從根本上改變數(shù)據與程序緊密結合的狀況，數(shù)據的邏輯結構改變則必須修改應用程序 文件系統(tǒng)只是解脫了程序員對物理設備存取的負擔，它并不理解數(shù)據的語義，只負責存儲 數(shù)據的語義信息只能由程序來解釋，也就是說，數(shù)據收集以后怎么組織，以及數(shù)據取出來之后按什么含義應用，只有全權管理它的程序知道。 一個應用若想共享另一個應用生成的數(shù)據，必須同另一個應用溝通，了解數(shù)據的語義與組織方式2022-5-2

14、5文件系統(tǒng)階段缺點（續(xù)）數(shù)據的共享性差，冗余度大 數(shù)據面向應用 即使不同應用程序所需要的數(shù)據有部分相同時，也必須建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據 數(shù)據孤立 數(shù)據分散管理，許多文件，許多數(shù)據格式數(shù)據的不一致性 由于數(shù)據存在很多副本，給數(shù)據的修改與維護帶來了困難，容易造成數(shù)據的不一致性2022-5-26文件系統(tǒng)階段缺點（續(xù)）數(shù)據查詢困難 記錄之間無聯(lián)系 應用自己編程實現(xiàn) 對每個查詢都重新編碼數(shù)據完整性難于保證2022-5-27數(shù)據庫系統(tǒng)階段背景 計算機管理的數(shù)據量大，關系復雜，共享性要求強（多種應用、不同語言共享數(shù)據） 外存有了大容量磁盤，光盤 軟件價格上升，硬件價格下降，編制和維護軟件及應用

15、程序成本相對增加，其中維護的成本更高，力求降低2022-5-28數(shù)據庫系統(tǒng)階段特點 有了數(shù)據庫管理系統(tǒng)有了數(shù)據庫管理系統(tǒng) 面向全組織，面向現(xiàn)實世界面向全組織，面向現(xiàn)實世界 獨立性較強獨立性較強 由由DBMSDBMS統(tǒng)一存取，維護數(shù)據語義及結構統(tǒng)一存取，維護數(shù)據語義及結構2022-5-29數(shù)據庫系統(tǒng)階段數(shù)據庫觀點 數(shù)據不是依賴于處理過程的附屬品，而是現(xiàn)實世界中獨立存在的對象2022-5-30數(shù)據1統(tǒng)一存取數(shù)據2數(shù)據n程序2程序1程序n2022-5-31學號姓名性別系別年齡住址出身學位學分補貼學籍科房產科人事科勞資科示例S(SNO, SNAME, STATUS, CITY)P(PNO, PNAME

16、, COLOR, WEIGHT, CITY)J(JNO, JNAME,CITY)SPJ(SNO, PNO, JNO, QTY)S S表示供應商，它的各屬性依次為供應商號，供應商名，供應商狀表示供應商，它的各屬性依次為供應商號，供應商名，供應商狀態(tài)值，供應商所在城市；態(tài)值，供應商所在城市；P P表示零件，它的各屬性依次為零件號，零件名，零件顏色，零件表示零件，它的各屬性依次為零件號，零件名，零件顏色，零件重量，零件存放的城市；重量，零件存放的城市；J J表示工程，它的各屬性依次為工程號，工程名，工程所在城市；表示工程，它的各屬性依次為工程號，工程名，工程所在城市；SPJSPJ表示供貨關系，它的各

17、屬性依次為供應商號，零件號，工程號，表示供貨關系，它的各屬性依次為供應商號，零件號，工程號，供貨數(shù)量。供貨數(shù)量。2022-5-32供應商供應商項目項目零件零件供應供應示例查詢 “北京的所有工程” “供應紅色零件給北京的工程的供應商”維護 “不允許供應不存在的零件”2022-5-33示例基于文件系統(tǒng)z文件系統(tǒng)如何來組織？ 分別組織幾個文件，存儲各類對象的記錄 系統(tǒng)不支持文件間的聯(lián)系，由應用程序負責查詢表達及數(shù)據的維護2022-5-34示例基于數(shù)據庫系統(tǒng)數(shù)據庫系統(tǒng)（關系） 數(shù)據統(tǒng)一按表結構存放，設為S，P，J，SPJ 查詢：只需提查詢要求，由系統(tǒng)完成查詢過程SELECT SNOFROM P, J,

18、 SPJWHERE SPJ.JNO = J.JNO AND SPJ.PNO = P.PNO AND J.CITY = “BEIJING” AND P.COLOR = “RED” 維護：應用提出完整性約束，系統(tǒng)自動檢查CREATE TABLE SPJ(, FOREIGN KEY (PNO) REFERENCES P(PNO), )2022-5-35數(shù)據庫系統(tǒng) vs 文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的弱點 記錄之間無聯(lián)系 難于維護數(shù)據的完整性數(shù)據庫系統(tǒng)的用武之地 有查詢 整體數(shù)據結構化效率兩面觀 運行效率 開發(fā)效率2022-5-36文件系統(tǒng)數(shù)據管理應用應用文件系統(tǒng)應用數(shù)據管理應用數(shù)據管理數(shù)據庫系統(tǒng)的特點DBMS統(tǒng)

19、一管理和控制數(shù)據面向全組織的復雜的數(shù)據結構 支持全企業(yè)的應用而不是某一個應用數(shù)據整體結構化 數(shù)據反映了客觀事物間的本質聯(lián)系，而不是著眼于面向某個應用，是有結構的數(shù)據。 這是數(shù)據庫系統(tǒng)的主要特征之一，與文件系統(tǒng)的根本差別。這是數(shù)據庫系統(tǒng)的主要特征之一，與文件系統(tǒng)的根本差別。文件系統(tǒng)只是記錄的內部有結構，一個文件的記錄之間是個線性序列，記錄之間無聯(lián)系 數(shù)據的結構用數(shù)據的結構用數(shù)據模型數(shù)據模型描述，無需程序定義和解釋。描述，無需程序定義和解釋。 數(shù)據可以數(shù)據可以變長變長。 數(shù)據的最小存取單位是數(shù)據的最小存取單位是數(shù)據項數(shù)據項。2022-5-37數(shù)據庫系統(tǒng)的特點（續(xù)）數(shù)據的冗余度小，易擴充 數(shù)據面向整

20、個系統(tǒng)，而不是面向某一應用，數(shù)據集中管理，數(shù)據共享，因此冗余度小 節(jié)省存儲空間，減少存取時間，且可避免數(shù)據之間的不相容性和不一致性 每個應用選用數(shù)據庫的一個子集，只要重新選取不同子集或者加上一小部分數(shù)據，就可以滿足新的應用要求，這就是易擴充性2022-5-38數(shù)據庫系統(tǒng)的特點（續(xù)）具有較高的數(shù)據和程序的獨立性 高度的物理獨立性和一定的邏輯獨立性高度的物理獨立性和一定的邏輯獨立性 把數(shù)據庫的定義和描述從應用程序中分離出去 數(shù)據描述是分級的（全局邏輯、局部邏輯、存儲） 數(shù)據的存取由系統(tǒng)管理，用戶不必考慮存取路徑等細節(jié)，從而簡化了應用程序2022-5-39數(shù)據庫系統(tǒng)的特點（續(xù)）統(tǒng)一的數(shù)據控制功能，數(shù)

21、據共享程度高 數(shù)據的安全性控制（數(shù)據的安全性控制（SecuritySecurity） 保護數(shù)據以防止不合法的使用所造成的數(shù)據泄露和破壞 措施：用戶標識與鑒定，存取控制 數(shù)據的完整性控制（數(shù)據的完整性控制（IntegrityIntegrity） 數(shù)據的正確性、有效性、相容性 措施：完整性約束條件定義和檢查 并發(fā)控制（并發(fā)控制（ConcurrencyConcurrency） 對多用戶的并發(fā)操作加以控制、協(xié)調，防止其互相干擾而得到錯誤的結果并使數(shù)據庫完整性遭到破壞 措施：封鎖 數(shù)據庫恢復（數(shù)據庫恢復（RecoveryRecovery）2022-5-401.3 數(shù)據庫系統(tǒng)的構成數(shù)據庫系統(tǒng)的軟硬件層次數(shù)

22、據庫系統(tǒng)的主要成分數(shù)據庫系統(tǒng)結構2022-5-41數(shù)據庫系統(tǒng)的軟硬件層次2022-5-42硬件硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)DBMS，編譯系統(tǒng)，編譯系統(tǒng)應用開發(fā)工具軟件應用開發(fā)工具軟件應用系統(tǒng)應用系統(tǒng)PB,VB,VCDELPHYOracle,Db2,Sybase,SQL Server,MySQL數(shù)據庫系統(tǒng)的主要成分硬件 大內存，放得下OS，DBMS核心，系統(tǒng)緩沖區(qū)，用戶工作區(qū)等 大容量、直接存取的外存設備 作數(shù)據備份的磁帶軟件 OS，DBMS，高級語言編譯系統(tǒng)及其與數(shù)據庫的接口，應用開發(fā)工具，應用系統(tǒng)數(shù)據 目標數(shù)據：數(shù)據本身 描述數(shù)據：元數(shù)據（元數(shù)據（meta-data)meta-data)，數(shù)據字典，

23、數(shù)據字典 描述數(shù)據的數(shù)據描述數(shù)據的數(shù)據 描述數(shù)據的含義和性質，以便更好地理解、管理和使用數(shù)據的數(shù)據描述數(shù)據的含義和性質，以便更好地理解、管理和使用數(shù)據的數(shù)據 示例數(shù)據：圖書館中的書籍元數(shù)據：標題、作者、關鍵詞、ISBN號2022-5-43數(shù)據庫系統(tǒng)的主要成分（續(xù)）用戶 最終用戶最終用戶 通過應用系統(tǒng)的用戶接口（菜單等）使用數(shù)據庫 應用程序員應用程序員 基于外模式來編寫應用程序 系統(tǒng)分析員系統(tǒng)分析員 負責應用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范定義，確定系統(tǒng)的軟硬件配置，參與數(shù)據庫模式設計 數(shù)據庫管理員數(shù)據庫管理員DBADBA（含數(shù)據庫設計者）（含數(shù)據庫設計者） 負責數(shù)據庫的全面管理和控制2022-5-44數(shù)據

24、庫管理員（DBA）DBA的重要性 重要資源 維護整個組織的信息資源 共享資源 多用戶共享，需要統(tǒng)一管理、協(xié)調、監(jiān)控DBADBA職責 建庫方面（數(shù)據庫設計者）建庫方面（數(shù)據庫設計者） 確定模式、外模式、存儲結構、存取策略 負責數(shù)據的整理和裝入 用庫方面用庫方面 定義完整性約束條件 規(guī)定數(shù)據的保密級別、用戶權限 監(jiān)督和控制數(shù)據庫的運行情況 制定后援和恢復策略，負責故障恢復 改進方面改進方面 監(jiān)督分析系統(tǒng)的性能（空間利用率，處理效率） 數(shù)據庫重組織，物理上重組織，以提高性能 數(shù)據庫重構造，設計上較大改動，模式和內模式修2022-5-45數(shù)據庫管理系統(tǒng)（DBMS）DBMS概念DBMS主要功能DBMS構

25、成DBMS語言系統(tǒng)DBMS工作過程2022-5-462022-5-47索引數(shù)據文件統(tǒng)計數(shù)據數(shù)據字典事務管理器應用程序目標代碼嵌入式DML預編譯器DML編譯器DDL解釋器查詢計算引擎應用界面應用程序查詢數(shù)據庫模式初級用戶程序設計人員熟練用戶數(shù)據庫管理員數(shù)據庫管理系統(tǒng)查詢處理器存儲管理器用戶緩沖區(qū)管理器文件管理器磁盤存儲器數(shù)據庫系統(tǒng)結構DBMS概念負責數(shù)據庫的定義、建立、操作、管理和維護的軟件系統(tǒng)。目的： 保證數(shù)據安全可靠的、提高數(shù)據庫應用的簡明性和方便性。工作機理： 把用戶對數(shù)據的操作轉化為對系統(tǒng)存儲文件的操作，有效地實現(xiàn)數(shù)據庫三級之間的轉化。2022-5-48DBMS的主要功能數(shù)據庫定義功能

26、DDLDDL語言（語言（Data Description LanguageData Description Language） 描述外模式、模式、內模式（源模式） 模式翻譯程序 把源模式翻譯成目標模式，存入數(shù)據字典中2022-5-49源模式源模式模式翻譯程序模式翻譯程序數(shù)據字典數(shù)據字典目標模式目標模式數(shù)據存取功能 DMLDML語言（語言（Data Data MManipulation anipulation L Languageanguage） 對數(shù)據庫進行檢索、插入、修改、刪除 DML類型 宿主型 DML不獨立使用，嵌入到高級語言（主語言）程序中使用 自含型 獨立使用，交互式命令方式 DML

27、語句執(zhí)行方式 宿主型 預編譯和增強編譯 自含型 解釋執(zhí)行2022-5-50數(shù)據庫運行管理 并發(fā)控制、存取控制、完整性約束條件檢查和執(zhí)行，日志組織和管理，事務管理和自動恢復數(shù)據組織、存儲和管理 用戶數(shù)據、索引、數(shù)據字典的組織、存儲和管理，包括文件結構、存取方式、數(shù)據之間聯(lián)系的實現(xiàn)等數(shù)據庫的建立和維護功能 數(shù)據的裝入、轉換、卸出，數(shù)據庫的轉儲、恢復、性能監(jiān)視和分析等2022-5-51DBMS構成DBMS是程序的集合。 組成DBMS的每一個程序都有自己的功能，一個或幾個程序一起完成DBMS的一件工作，或一個程序完成基建工作。2022-5-52DBMS的層次結構2022-5-53操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據存

28、儲層數(shù)據存儲層數(shù)據存取層數(shù)據存取層語言翻譯處理層語言翻譯處理層數(shù)據庫數(shù)據庫應用層應用層數(shù)據文件，數(shù)據字典，數(shù)據文件，數(shù)據字典，索引，統(tǒng)計數(shù)據索引，統(tǒng)計數(shù)據緩沖區(qū)，提供數(shù)據頁操作DDL，DML，查詢計算引擎，提供關系、視圖接口事務，日志，封鎖，存取路徑，提供單元組接口執(zhí)行物理文件的讀寫操作DBMS的運行過程2022-5-54系統(tǒng)緩沖區(qū)系統(tǒng)緩沖區(qū)應用程序應用程序用戶工作區(qū)用戶工作區(qū)數(shù)據庫管理系統(tǒng)數(shù)據庫管理系統(tǒng)數(shù)據字典數(shù)據字典數(shù)據庫數(shù)據庫操作操作系統(tǒng)系統(tǒng)911121710582，3，61. 用戶向DBMS發(fā)出調用數(shù)據庫數(shù)據的命令2. DBMS對命令進行語法檢查、語義檢查、存取權限檢查，決定是否執(zhí)行該

29、命令3. DBMS執(zhí)行查詢優(yōu)化，把命令轉換為一串單記錄的存取操作序列4. 執(zhí)行存取操作序列（反復執(zhí)行以下各步，直至結束）5. DBMS首先在緩沖區(qū)內查找記錄，若找到轉10，否則轉66. DBMS查看存儲模式，決定從哪個文件存取哪個物理記錄7. DBMS根據6的結果，向操作系統(tǒng)發(fā)出讀取記錄的命令8. 操作系統(tǒng)執(zhí)行讀取數(shù)據的命令9. 操作系統(tǒng)將數(shù)據從數(shù)據庫存儲區(qū)送到系統(tǒng)緩沖區(qū)10. DBMS根據用戶命令和數(shù)據字典的內容導出用戶所要讀取的數(shù)據格式11. DBMS將數(shù)據記錄從系統(tǒng)緩沖區(qū)傳送到用戶工作區(qū)12. DBMS將執(zhí)行狀態(tài)信息返回給用戶2022-5-55RDBMS分類：PC型：Dbase foxb

30、ase foxpro VFP、Access等大型（服務器型）：MS SQL Server、Oracle、Sybase、DB2、MySQL等等。2022-5-56數(shù)據管理、開發(fā)應用程序界面數(shù)據管理、開發(fā)應用程序界面的功能兼而有之的功能兼而有之非常專業(yè)于數(shù)據管理，非常專業(yè)于數(shù)據管理，不涉及用戶界面不涉及用戶界面1.4 數(shù)據庫系統(tǒng)的結構數(shù)據庫系統(tǒng)設計目標數(shù)據庫系統(tǒng)的三級結構兩級獨立性2022-5-57數(shù)據庫系統(tǒng)的設計目標數(shù)據庫系統(tǒng)的設計目標 允許用戶邏輯的處理數(shù)據、而不必涉及這些數(shù)據在計算機中是怎樣存放，在數(shù)據組織和用戶應用之間提供某種程度的獨立性。實現(xiàn)方法模式的分級 為了提高數(shù)據的物理獨立性和邏輯

31、獨立性，使數(shù)據庫的用戶觀點（即用戶看到的數(shù)據庫）與數(shù)據庫的物理方面（即實際存儲的數(shù)據庫）區(qū)分開來，數(shù)據庫系統(tǒng)的模式是分級的。數(shù)據庫系統(tǒng)三級模式結構 CODASYL（Conference On Data System Language,美國數(shù)據系統(tǒng)語言協(xié)商會）提出模式、外模式、存儲模式三級模式的概念。三級模式之間有兩級映象。2022-5-58數(shù)據庫系統(tǒng)的三級結構兩級獨立性2022-5-59數(shù)據庫數(shù)據庫內模式內模式模模 式式外模式外模式2 2外模式外模式n n外模式外模式1 1應用應用A A應用應用B B應用應用C C應用應用D D應用應用E E外模式外模式/ /模式映象模式映象模式模式/ /內模

32、式映象內模式映象數(shù)據庫系統(tǒng)劃分為三抽象級：用戶級、概念級、物理級用戶級數(shù)據庫 對應于外模式外模式 最接近于用戶的一級數(shù)據庫，是用戶看到和使用的數(shù)據庫，又稱用戶視圖。 不同的用戶視圖可以互相重疊，用戶的所有操作都是針對用戶視圖進行。2022-5-60概念級數(shù)據庫 對應于概念模式概念模式，也稱模式模式 介于用戶級和物理級之間，使所有用戶視圖的最小并集，是數(shù)據庫管理員看到和使用的數(shù)據庫，又稱DBA視圖。 一個數(shù)據庫可由多個不同的用戶視圖，每個用戶視圖由數(shù)據庫某一部分的抽象表示所組成。 一個數(shù)據庫應用系統(tǒng)只存在一個DBA視圖，它把數(shù)據庫作為一個整體的抽象表示。 概念級模式把用戶視圖有機地結合成一個整體

33、，綜合平衡考慮所有用戶要求。 實現(xiàn)數(shù)據的一致性、最大限度降低數(shù)據冗余、準確地反映數(shù)據間的聯(lián)系。2022-5-61物理級數(shù)據庫 對應于內模式內模式 數(shù)據庫的底層表示，它描述數(shù)據的實際存儲組織，是最接近于物理存儲的級，又稱內部視圖 物理級數(shù)據庫并不是真正的物理存儲，而是最接近于物理存儲的級。2022-5-62數(shù)據庫系統(tǒng)兩級獨立性：邏輯獨立性、物理獨立性三個抽象級間通過兩級映射（根據一定的對立規(guī)則）進行相互轉換，使得數(shù)據庫的三級形成一個統(tǒng)一整體。映射隔離了各層之間的相互影響，實現(xiàn)數(shù)據獨立性。各層間的映射能力決定數(shù)據獨立性程度不是所有數(shù)據庫系統(tǒng)都具有三級結構兩級獨立性的特點。2022-5-63物理獨立

34、性 存在于概念模式概念模式和內模式內模式之間的映射轉換實現(xiàn)物理獨立性 說明物理組織發(fā)生變化時應用程序的獨立程度 示例： 改變存儲設備或引進新的存儲設備 改變數(shù)據的存儲位置 改變存儲記錄的體積 改變數(shù)據組織方式2022-5-64邏輯獨立性 存在于外模式外模式和概念模式概念模式之間的映射轉換實現(xiàn)邏輯獨立性。 說明概念模式發(fā)生變化時應用程序的獨立程度 示例： 在模式中增加新的記錄類型，只要不破壞原有記錄類型之間的聯(lián)系 在原有記錄類型之間增加新的聯(lián)系 在某些記錄類型中增加新的數(shù)據項2022-5-65邏輯獨立性比物理獨立性更難實現(xiàn) 示例： 在模式中刪除了應用程序所需的某個記錄類型 在模式中刪除了應用程序

35、所需的某個記錄類型中的某個數(shù)據項 改變模式中記錄類型之間的聯(lián)系，引起與應用程序對應的子模式的變化等2022-5-66數(shù)據庫系統(tǒng)的三級模式（總結）外模式，子模式模式，概念模式內模式，存儲模式外模式/ /模式映象模式/ /內模式映象2022-5-67外模式(Sub-Schema) 用戶的數(shù)據視圖用戶的數(shù)據視圖 是數(shù)據的局部邏輯結構，模式的子集是數(shù)據的局部邏輯結構，模式的子集模式(Schema) 所有用戶的公共數(shù)據視圖所有用戶的公共數(shù)據視圖 是數(shù)據庫中全體數(shù)據的全局邏輯結構和特性的描述是數(shù)據庫中全體數(shù)據的全局邏輯結構和特性的描述內模式(Storage Schema) 又稱存儲模式又稱存儲模式 是數(shù)據

36、的物理結構及存儲方式是數(shù)據的物理結構及存儲方式2022-5-68外模式/ /模式映象 定義某一個外模式和模式之間的對應關系，映象定義通常包含在各外模式中 當模式改變時，修改外模式當模式改變時，修改外模式/ /模式映象，使外模式保持不模式映象，使外模式保持不變，從而應用程序可以保持不變，稱為數(shù)據的邏輯獨立性變，從而應用程序可以保持不變，稱為數(shù)據的邏輯獨立性模式/ /內模式映象 定義數(shù)據邏輯結構與存儲結構之間的對應關系 存儲結構改變時，修改模式存儲結構改變時，修改模式/ /內模式映象，使模式保持不內模式映象，使模式保持不變，從而應用程序可以保持不變，稱為數(shù)據的物理獨立性變，從而應用程序可以保持不變

37、，稱為數(shù)據的物理獨立性一個數(shù)據庫系統(tǒng)，只有一個模式，一個內模式，但可以有多個外模式，所以一個數(shù)據庫系統(tǒng)的模式/內模式映像唯一，外模式/模式映像不唯一。2022-5-69數(shù)據庫模式2022-5-70S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE)S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE)S(S#,SNAME,ADDRESS)S(S#,SNAME,ADDRESS)學籍科學籍科S(S#,SNAME,CREDIT)S(S#,SNAME,CREDIT)房產科房產科視圖視圖視圖視圖模式模式2022-5-71S(S#,SNAME,SE

38、X,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE)S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE)S(S#,SNAME,ADDRESS)S(S#,SNAME,ADDRESS)學籍科學籍科S(S#,SNAME,CREDIT)S(S#,SNAME,CREDIT)房產科房產科B(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT)B(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT)M(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DISSERTATION)M(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CRE

39、DIT,DISSERTATION)視圖視圖視圖視圖視圖視圖模式模式模式模式第1章 回顧幾個概念數(shù)據技術發(fā)展的三個階段DBMS的主要功能DBS的組成數(shù)據庫系統(tǒng)的三級模式2022-5-72幾個概念DB：數(shù)據庫（Database),DB是統(tǒng)一管理的相關數(shù)據的集合。 DBMS：數(shù)據庫管理系統(tǒng)（Database Management System)，DBMS是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據管理軟件，為用戶或應用程序提供訪問DB的方法，包括DB的建立、查詢、更新及各種數(shù)據控 制。DBMS總是基于某種數(shù)據模型，可以分為層次型、網狀型、關系型、面向對象型DBMS。 DBS：數(shù)據庫系統(tǒng)（Database Sy

40、stem),DBS是實現(xiàn)有組織地、動態(tài)地存儲大量關聯(lián)數(shù)據，方便多用戶訪問的計算機軟件、硬件和數(shù)據資源組成的系統(tǒng)，即采用了數(shù)據庫技術的計算機系統(tǒng)。 數(shù)據庫技術：是一門研究數(shù)據庫結構、存儲、管理和使用的軟件學科。 2022-5-73數(shù)據技術發(fā)展的三個階段人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據庫階段2022-5-742022-5-75 人工管理 文件系統(tǒng) 數(shù)據庫系統(tǒng) 背 時間 50 年代中 50 年代后60 年代中 60 年代后 應用 科學計算 科學計算、管理 事務處理 硬件 無存儲設備 磁盤、磁鼓 大容量硬盤 景 軟件 無 OS 有 OS、管理數(shù)據的文件系統(tǒng) DBMS 數(shù)據處理 批處理 批處理 聯(lián)機實時處理 聯(lián)機實時處理 批處理、分布 數(shù)據管理者 人 文件系統(tǒng) DBMS 數(shù)據面向對象 某一應用程序 某一應用程序 整個組織 特 數(shù)據共享程度 無共享 及其冗余 共享差 冗余度大 共享性高 冗余度小 數(shù)據獨立性 無獨立，完全依賴應用程序 獨立性差 高度