數(shù)據(jù)庫原理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)庫原理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述第一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三參考書目：《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》第三版）

薩師煊，王珊高等教育出版社SilberschatzA，KorthHF，SudarshanS.等著楊冬青,唐世渭等譯.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念(第4版).北京:機械工業(yè)出版社,2003.C.J.Date著,孟小峰,王珊等譯。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)導(dǎo)論（AnIntroductiontoDatabaseSystems(SeventhEdition)機械工業(yè)出版社，2001第二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三主要內(nèi)容第一章：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述第二章：關(guān)系數(shù)據(jù)庫第三章：關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言SQL第四章：關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化第五章：關(guān)系數(shù)據(jù)理論第六章：數(shù)據(jù)庫設(shè)計第七章：數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)第八掌：并發(fā)控制第九章：數(shù)據(jù)庫安全性第十章：數(shù)據(jù)庫完整性第十一章：數(shù)據(jù)庫技術(shù)新發(fā)展與面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述第三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三《數(shù)據(jù)庫原理》背景知識數(shù)據(jù)庫在軟件行業(yè)的重要地位多年來在美國等軟件業(yè)發(fā)達國家，各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的年銷售額是僅次于游戲軟件的第二大軟件，超過各類操作系統(tǒng)的年銷售額；在我國各行業(yè)中，數(shù)據(jù)庫技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的軟件技術(shù)之一。第四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三新技術(shù)的發(fā)展與數(shù)據(jù)庫的進展密不可分

WWW技術(shù)數(shù)據(jù)挖掘商業(yè)智能應(yīng)用（BI）WAP/更廣泛無限上網(wǎng)技術(shù)801.11802.163G第五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三數(shù)據(jù)庫技術(shù)的新研究領(lǐng)域數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘P2PXML技術(shù)第六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三本課程的重要意義和學(xué)習(xí)方法

各行各業(yè)中應(yīng)用最為廣泛理論聯(lián)系實際的學(xué)習(xí)方法最為有效（上機實踐對于課程學(xué)習(xí)有極為重要的作用）第七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三第1章

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1.0背景知識數(shù)據(jù)庫技術(shù)：研究如何科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)；如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有：1.管理長期應(yīng)用數(shù)據(jù)的能力；2.高效地存取大量數(shù)據(jù)的能力。第八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.1.1基本概念數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)：各種“數(shù)字”數(shù)字、圖形、圖象、聲音、語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化－－記錄第九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三二.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機中的，有組織的、大量的、可共享的數(shù)據(jù)集合永久存儲有組織可共享第十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三三.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）用戶與操作系統(tǒng)間的一層系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)定義功能（DDL）數(shù)據(jù)操縱功能（DML）數(shù)據(jù)庫的運行管理數(shù)據(jù)庫的建立和維護第十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三四.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）帶有數(shù)據(jù)庫的計算機系統(tǒng)DB：由DBMS管理的數(shù)據(jù)的聚集

DBMS：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，用戶開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是建立在特定的DBMS之上應(yīng)用系統(tǒng)人員第十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展兩次數(shù)據(jù)危機20世紀(jì)60年代背景：美國陸地衛(wèi)星，阿波羅計劃等。催生了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。80-90年代。背景：人類基因組計劃，web數(shù)據(jù)大量增加等。促成了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的產(chǎn)生。第十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三數(shù)據(jù)管理:如何對數(shù)據(jù)進行分類．組織．儲存．檢索及維護。

數(shù)據(jù)管理的三個階段：

人工管理階段

文件系統(tǒng)階段

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

第十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三一、人工管理階段

?時間：20世紀(jì)50年代中期以前

?背景：

–硬件：外存只有卡片．紙帶．磁帶

–軟件：匯編語言

–數(shù)據(jù)批處理

第十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三?特點：

–數(shù)據(jù)不進行保存

–沒有專門的數(shù)據(jù)管理軟件

–數(shù)據(jù)面向應(yīng)用

–只有程序的概念

第十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三二.

文件系統(tǒng)階段

?時間：20世紀(jì)50年代末到60年代中期

?背景：

–硬件：磁盤．磁鼓等直接存取的外存設(shè)備

–軟件：操作系統(tǒng)．高級語言．操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)是專門用于數(shù)據(jù)管理的軟件

–文件批處理．聯(lián)機實時處理

第十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三?特點：

–數(shù)據(jù)可以長期保存在磁盤上

–文件系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)與程序之間的存取方法

–數(shù)據(jù)冗余度大

–文件之間缺乏聯(lián)系，相互孤立

第十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三三.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

?時間:20世紀(jì)60年代末

?背景：

–硬件：大容量的磁盤

–聯(lián)機實時處理

第十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點

面向全組織的復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特征，是與文件系統(tǒng)的根本差別。)數(shù)據(jù)冗余小，易擴充。數(shù)據(jù)獨立性高，包括數(shù)據(jù)和程序物理獨立性和邏輯獨立性。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能(數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)庫恢復(fù))。第二十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.1.4數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展幾個具有代表意義的事件1969IBMIMS

層次數(shù)據(jù)庫60年代末到70年代初的CODASYL下的DBTG

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模型3.1970E.F.Codd.

“大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關(guān)系模型”關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型4.80年代中期以后，對象－關(guān)系模型第二十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.2數(shù)據(jù)模型?數(shù)據(jù)模型：是人們對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)特征的抽象。（真實性、易理解、易實現(xiàn)）要求較真實地模擬現(xiàn)實世紀(jì)，容易為人理解，便于在計算機上實現(xiàn)。第二十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三兩類數(shù)據(jù)模型概念模型按用戶的觀點對數(shù)據(jù)建模數(shù)據(jù)模型按計算機的觀點對數(shù)據(jù)建模數(shù)據(jù)模型三要素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作完整性約束第二十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.2.1

數(shù)據(jù)模型的組成要素一.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所研究的對象類型的集合，是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。二.數(shù)據(jù)操作對數(shù)據(jù)庫仲各種對象（型）和實例（值）運行執(zhí)行的操作的集合，是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。三.數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。

(應(yīng)該由DBMS支持，而非應(yīng)用程序的功能)

第二十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.2.2概念模型現(xiàn)實世界到機器世界的中間層次，常用E-R模型表示。信息世界的基本概念實體。注意：不僅可以是具體的人、事、物，還可以是抽象的概念和聯(lián)系。屬性。實體由屬性刻劃。碼。注意可以不唯一。反映語義范疇。域。屬性的取值范圍。第二十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三5.實體型6.實體集7.聯(lián)系。主要研究不同實體集之間的聯(lián)系(1)一對一聯(lián)系。如果對于實體集A中的每一個實體，在實體集B中至多有一個實體與之聯(lián)系。反之亦然。稱實體集A與B具有一對一聯(lián)系。ABR第二十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三(2)一對多聯(lián)系。如果對于實體集A中的每一個實體，在實體集B中有n(n>=0)個實體與之相聯(lián)。反之，實體集B中的每一個實體在實體集A中至多有一個實體與之聯(lián)系。稱實體集A與B具有一對多聯(lián)系。ABR第二十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三(3)多對多聯(lián)系。如果對于實體集A中的每一個實體，在實體集B中有n(n>=0)個實體與之相聯(lián)。反之，實體集B中的每一個實體在實體集A中也有n(n>=0)個實體與之聯(lián)系。稱實體集A與B具有多對多聯(lián)系。ABR第二十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三實體間的聯(lián)系與現(xiàn)實世界的語義環(huán)境關(guān)系密切。具體判斷時，應(yīng)根據(jù)分析語義，通過上述定義來判斷聯(lián)系的類型。例如，圖書館借閱管理系統(tǒng)，讀者與圖書的聯(lián)系問題。第二十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三實體間的聯(lián)系與現(xiàn)實世界的語義環(huán)境關(guān)系密切。具體判斷時，應(yīng)根據(jù)分析語義，通過上述定義來判斷聯(lián)系的類型?！熬唧w問題，具體分析”例如，圖書館借閱管理系統(tǒng)，讀者與圖書的聯(lián)系問題。1-N?第三十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1-N?一位借閱者一次可以借閱多本圖書一本圖書一次只能被一位借閱者借閱在此情況下滿足1－N，可以解決“某本圖書當(dāng)前是否被借出，被誰所借”之類的問題。第三十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1-N?一位借閱者一次可以借閱多本圖書一本圖書一次只能被一位借閱者借閱在此情況下滿足1－N，可以解決“某本圖書當(dāng)前是否被借出，被誰所借”之類的問題。但如果需求涉及“某本書在2012年被哪些借閱者借過”，1－N能否滿足？第三十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三M－N通過考慮借閱時間等因素：一位借閱者可以借閱多本圖書一本圖書可以借給多位借閱者此聯(lián)系應(yīng)該具有聯(lián)系屬性，如“借閱流水號”、“借閱時間”和“歸還時間”等第三十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三此例結(jié)論聯(lián)系類型應(yīng)由需求，即現(xiàn)實世界的語義來確定不同角度的不同用戶，看問題可能不同，造成沖突第三十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三E－R模型補充除基本聯(lián)系外，實踐中常遇到:Isa聯(lián)系和弱實體集聯(lián)系1.實體集及其子類的表示

A與B是兩個實體集，如果B在具有A所具有的全部屬性的基礎(chǔ)上有具有自己的屬性，及B是A的一個子集。稱B為A的子類，A為B的超類(借用面向?qū)ο蟮母拍?，用isa(屬于)聯(lián)系。第三十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三

學(xué)生isaisa研究生本科生例如，學(xué)生與本科生、研究生的聯(lián)系：第三十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三研究生和本科生除了學(xué)生的屬性外，還各自具有自己的屬性。2.弱實體集的表示有兩種情況可能形成弱實體集：實體集B是實體集A的組成部分(形成層次結(jié)構(gòu))，B為弱實體集。鏈接實體是弱實體集。第三十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三弱實體集聯(lián)系的特點：弱實體集B到實體A必然是多對一聯(lián)系。(2)A應(yīng)為B的碼提供自己的碼。例如：學(xué)院與教研室即是一種層次結(jié)構(gòu)，教研室是弱實體集。如下圖所示：第三十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三學(xué)院Unitof教研室第三十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三二.概念模型的表示方法E-R圖實體型：用矩形表示屬性：橢圓形表示聯(lián)系：菱形表示注意：聯(lián)系本身也可能有屬性。第四十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三思考“圖書”作為什么樣的實體？第四十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三思考（續(xù)）“圖書”——什么樣的實體？直接買回，以ISBN作為標(biāo)識的“圖書”實體OR經(jīng)過處理（如館藏），以自編號作為標(biāo)識的“館藏圖書”（或“副本”）實體第四十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三思考三個實體間的（三個）兩兩聯(lián)系與三個實體間的一個聯(lián)系有何區(qū)別？提示：從分別能解決什么樣的現(xiàn)實世界具體問題的角度考慮。第四十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.2.3最常用的數(shù)據(jù)模型層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型面向?qū)ο竽Ｐ?與對象-關(guān)系模型有重大差別)基本層次聯(lián)系是非關(guān)模型的基礎(chǔ)。第四十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.2.4層次模型(了解即可)以IMS為代表，用樹型結(jié)構(gòu)表示實體及實體之間的聯(lián)系。層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹與森林層次模型中多對多聯(lián)系的表示增設(shè)冗余節(jié)點方法虛擬節(jié)點方法層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束層次模型的存儲結(jié)構(gòu)第四十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三鄰接法。按從上到下，從左向右的順序依次存放。鏈接法。子女-兄弟鏈接法層次序列鏈接法潛在的意義：在邏輯上與XML有相當(dāng)類似之處?？赡苡薪梃b作用。五.層次模型的優(yōu)缺點第四十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.2.5網(wǎng)狀模型(簡單了解)以DBTG為代表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般的有向聯(lián)通圖實體對應(yīng)記錄實體間的一對多聯(lián)系對應(yīng)Set學(xué)生課程選課課程學(xué)生選課第四十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三二.網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束支持碼的概念保證一個聯(lián)系中雙親記錄與子女記錄是一對多聯(lián)系。雙親記錄與子女記錄間滿足某些約束條件。三.網(wǎng)狀模型的存儲結(jié)構(gòu)型與值的區(qū)別四.網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點第四十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三五.與層次模型的比較相同點：存取路徑表示數(shù)據(jù)間聯(lián)系用戶對數(shù)據(jù)的存取必須按指定存取路徑導(dǎo)航數(shù)據(jù)操作時必須清楚當(dāng)前位置對數(shù)據(jù)庫的操作是一次一記錄方式不同點：層次模型中從子女到雙親的聯(lián)系唯一。網(wǎng)狀模型不唯一。網(wǎng)狀模型中允許復(fù)合鏈。第四十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.2.6關(guān)系模型概念十分重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系對應(yīng)不可分的二維表元組表中的一行即為一個元組屬性表中的一列即為一個屬性主碼表中的某屬性組，它可以唯一確定一個元組域?qū)傩缘娜≈捣秶至吭M中的一個屬性值關(guān)系模式(型)對關(guān)系的描述第五十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三在關(guān)系模型中，實體以及實體之間的聯(lián)系都用關(guān)系來表示。二.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束一次一集合方式。用戶只需指出“Whattodo”，而非關(guān)模型中需要告訴系統(tǒng)“Howtodo”。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獨立性比非關(guān)模型更高。第五十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三三.存儲結(jié)構(gòu)用戶參與較少。(存儲參數(shù)的調(diào)整)四.優(yōu)缺點有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型，建立在集合論基礎(chǔ)上。概念單一，對實體和實體間聯(lián)系都用關(guān)系表示。存取路徑對用戶透明。查詢效率往往比非關(guān)模型低。第五十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩種劃分方式：從DBMS看：三層從用戶看：C/SB/S第五十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念模式與實例的區(qū)別型與值靜態(tài)與動態(tài)第五十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.3.2

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

?三層模式：外模式、模式、內(nèi)模式

?二層映象功能：外模式/模式映象和模式/內(nèi)模式映象

?外模式：又稱為用戶模式，是數(shù)據(jù)庫用戶和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是數(shù)據(jù)庫用戶可以看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。

?一個數(shù)據(jù)庫通常都有多個外模式。一個應(yīng)用程序只能使用一個外模式，但同一外模式可為多個應(yīng)用程序所用。

第五十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三模式：是所有數(shù)據(jù)庫用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，是數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。

?一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式。模式不但要描述數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系、數(shù)據(jù)的完整性、安全性要求。

第五十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三內(nèi)模式：又稱為存儲模式，是數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)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。

?一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。內(nèi)模式并不涉及物理記錄，也不涉及硬件設(shè)備。第五十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三?三層模式關(guān)系：數(shù)據(jù)庫模式是數(shù)據(jù)庫的核心和關(guān)鍵，外模式通常是模式的子集。數(shù)據(jù)按外模式的描述提供用戶，按內(nèi)模式的描述存儲在硬盤上，而模式介于外、內(nèi)模式之間，既不涉及外部的訪問，也不涉及內(nèi)部的存儲，從而起到隔離作用，有利于保持?jǐn)?shù)據(jù)的獨立性，內(nèi)模式依賴于全局邏輯結(jié)構(gòu)，但可以獨立于具體的存儲設(shè)備。第五十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期三1.3.3二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性映象：是一種對應(yīng)規(guī)則，說明映象雙方如何進行轉(zhuǎn)換。

三級模式間的兩層映象保證數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨立性和物理獨立性一.外模式/模式映象(定義在外模式描述中)–作用：把描述局部邏輯結(jié)構(gòu)的外模式與描述全局邏輯結(jié)構(gòu)的模式聯(lián)系起來。

第五十九