《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論》講義

1.緒論(數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介)概述數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫(kù)新方向郭文明2003.06.051.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述考查要點(diǎn)：基本概念數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理三個(gè)階段人工管理文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)特點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)獨(dú)立性DBMS統(tǒng)一管理郭文明2003.06.051.1.1基本概念信息與數(shù)據(jù)信息定義哲學(xué)上：人們所認(rèn)知與感知對(duì)象的抽象。數(shù)學(xué)上：是確定性的度量，兩次不定性之差，與隨機(jī)對(duì)立。物理上：是一種能量，與熵對(duì)立。信息特性無(wú)限性、共享性、創(chuàng)造性。信息系統(tǒng)（InformationSystem,IS）一系列相互關(guān)聯(lián)信息的集合，該集合能夠提供反饋機(jī)制以實(shí)現(xiàn)一定目標(biāo)。信息系統(tǒng)可以是手工的，也可以是計(jì)算機(jī)化的，一般指計(jì)算機(jī)化的信息系統(tǒng)。郭文明2003.06.051.1.1基本概念信息與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中客觀事物的符號(hào)表示。可以是數(shù)值數(shù)據(jù)，也可以是非數(shù)值數(shù)據(jù)，如聲音、圖像等。數(shù)據(jù)有多種表現(xiàn)形式，他們都可以經(jīng)過(guò)數(shù)字化后存入計(jì)算機(jī)。信息與數(shù)據(jù)的聯(lián)系數(shù)據(jù)是信息的符號(hào)表示，或稱(chēng)載體；信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是數(shù)據(jù)的語(yǔ)義解釋?zhuān)粩?shù)據(jù)是符號(hào)化的信息；信息是語(yǔ)義化的數(shù)據(jù)。例，一幅黑白圖象數(shù)據(jù)——黑白點(diǎn)陣信息——臉譜郭文明2003.06.051.1.1基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)：數(shù)據(jù)的集合，存放數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)。由DBMS統(tǒng)一管理，多用戶共享。長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS：系統(tǒng)軟件，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制。DBMS功能：數(shù)據(jù)定義（DDL）數(shù)據(jù)操縱（DML）運(yùn)行管理（安全、完整、并發(fā)、恢復(fù)）建立維護(hù)（導(dǎo)入、導(dǎo)出、備份恢復(fù)、重組織、分析）郭文明2003.06.051.1.1基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：帶有數(shù)據(jù)庫(kù)的整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（及其開(kāi)發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員和用戶構(gòu)成。包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員。硬件操作系統(tǒng)DBMS，編譯系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具軟件應(yīng)用系統(tǒng)PB,VB,VCDELPHIOracle,Db2,Sybase,SQLServer,Informix郭文明2003.06.051.1.2數(shù)據(jù)管理發(fā)展階段數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是研究數(shù)據(jù)管理的技術(shù)。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、加工和傳播的一系列活動(dòng)的總和。數(shù)據(jù)處理的中心問(wèn)題是數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)。數(shù)據(jù)管理經(jīng)歷了三個(gè)階段：人工管理階段（50年代中期以前）文件系統(tǒng)階段（50年代后期---60年代中期）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段（60年代后期開(kāi)始）郭文明2003.06.05人工管理階段背景：計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算（數(shù)據(jù)量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如高階方程、曲線擬和等）。外存只有磁帶、卡片、紙帶等，沒(méi)有磁盤(pán)等直接存取設(shè)備。沒(méi)有操作系統(tǒng)，沒(méi)有數(shù)據(jù)管理軟件（用戶用機(jī)器指令編碼）。特點(diǎn)：用戶負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入輸出等細(xì)節(jié)。數(shù)據(jù)完全面向特定的應(yīng)用程序，每個(gè)用戶使用自己的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不保存，用完就撤走。數(shù)據(jù)與程序沒(méi)有獨(dú)立性，程序中存取數(shù)據(jù)的子程序隨著存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的改變而改變。郭文明2003.06.05人工管理階段數(shù)據(jù)與程序之間的關(guān)系應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)組1數(shù)據(jù)組2數(shù)據(jù)組n…………郭文明2003.06.05文件系統(tǒng)階段背景：計(jì)算機(jī)用于科學(xué)計(jì)算，用于管理。外存有了磁盤(pán)、磁鼓等直接存取設(shè)備。有了專(zhuān)門(mén)管理數(shù)據(jù)的軟件，一般稱(chēng)為文件系統(tǒng)，包括在操作系統(tǒng)中。特點(diǎn)：系統(tǒng)提供存取方法（索引文件、鏈接文件、直接存取文件、倒排文件等），支持對(duì)文件的基本操作（增、刪、改、查等），用戶程序不必考慮物理細(xì)節(jié)。數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位。一個(gè)數(shù)據(jù)文件對(duì)應(yīng)一個(gè)或幾個(gè)用戶程序，還是面向應(yīng)用的。數(shù)據(jù)與程序有一定的獨(dú)立性，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)上的改變不一定反映在程序上。郭文明2003.06.05文件系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n文件1文件2文件n…………存取方法郭文明2003.06.05文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)立性差：文件系統(tǒng)的出現(xiàn)并沒(méi)有從根本上改變數(shù)據(jù)與程序緊密結(jié)合的狀況。文件系統(tǒng)只是解脫了程序員對(duì)物理設(shè)備存取的負(fù)擔(dān)，它并不理解數(shù)據(jù)的語(yǔ)義，只負(fù)責(zé)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)的語(yǔ)義信息只能由程序來(lái)解釋?zhuān)簿褪钦f(shuō)，數(shù)據(jù)收集以后怎么組織，以及數(shù)據(jù)取出來(lái)之后按什么含義應(yīng)用，只有全權(quán)管理它的程序知道。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變則必須修改應(yīng)用程序。一個(gè)應(yīng)用若想共享另一個(gè)應(yīng)用生成的數(shù)據(jù)，必須同另一個(gè)應(yīng)用溝通，了解數(shù)據(jù)的語(yǔ)義與組織方式。郭文明2003.06.05文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)的冗余度大：數(shù)據(jù)仍然是面向應(yīng)用的。當(dāng)不同應(yīng)用程序所需要的數(shù)據(jù)有部分相同時(shí)，也必須建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分散管理。數(shù)據(jù)的不一致性：由于數(shù)據(jù)存在很多副本，給數(shù)據(jù)的修改與維護(hù)帶來(lái)了困難，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性。郭文明2003.06.05數(shù)據(jù)庫(kù)階段背景：計(jì)算機(jī)管理的數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜，共享性要求強(qiáng)（多種應(yīng)用、不同語(yǔ)言共享數(shù)據(jù)）。外存有了大容量磁盤(pán)，光盤(pán)。軟件價(jià)格上升，硬件價(jià)格下降，編制和維護(hù)軟件及應(yīng)用程序成本相對(duì)增加，其中維護(hù)的成本更高，力求降低。特點(diǎn)：有了數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。面向全組織，面向現(xiàn)實(shí)世界。獨(dú)立性較強(qiáng)。由DBMS統(tǒng)一存取，維護(hù)數(shù)據(jù)語(yǔ)義及結(jié)構(gòu)郭文明2003.06.05數(shù)據(jù)庫(kù)階段數(shù)據(jù)庫(kù)觀點(diǎn)：數(shù)據(jù)不是依賴(lài)于處理過(guò)程的附屬品，而是現(xiàn)實(shí)世界中獨(dú)立存在的對(duì)象。數(shù)據(jù)集合COBOLFORTRANPL/SQLCJAVA程序甲程序戊程序丙程序丁程序乙郭文明2003.06.05數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用應(yīng)用文件系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)管理應(yīng)用數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)文件系統(tǒng)郭文明2003.06.05數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)例子：Supplier:sname,sno,cityProject:jname,jno,cityPart:pname,pno,color供應(yīng)商項(xiàng)目零件供應(yīng)查詢(xún)：“北京的所有工程”“供應(yīng)紅色零件給北京的工程的供應(yīng)商”維護(hù)：“不允許供應(yīng)不存在的零件”郭文明2003.06.05數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（關(guān)系）：數(shù)據(jù)統(tǒng)一按表結(jié)構(gòu)存放，聯(lián)系也表為表形式，設(shè)為S，P，J，SPJ。查詢(xún)：只需提查詢(xún)要求，由系統(tǒng)完成查詢(xún)過(guò)程。SELECTSNOFROMP,J,SPJWHERESPJ.JNO=J.JNOANDSPJ.PNO=P.PNOANDJ.CITY=“BEIJING”ANDP.COLOR=“RED”；維護(hù)：應(yīng)用提出完整性約束，系統(tǒng)自動(dòng)檢查。CREATETABLESPJ(……,FOREIGNKEY(PNO)REFERENCESP(PNO),…)；文件系統(tǒng)：分別組織三個(gè)文件，存儲(chǔ)各類(lèi)對(duì)象的記錄。系統(tǒng)不支持文件間的聯(lián)系，由應(yīng)用程序負(fù)責(zé)查詢(xún)表達(dá)及數(shù)據(jù)的維護(hù)。郭文明2003.06.05數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)vs文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的弱點(diǎn)：文件之間無(wú)聯(lián)系難于維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的用武之地：有查詢(xún)數(shù)據(jù)復(fù)雜效率兩面觀：運(yùn)行效率開(kāi)發(fā)效率郭文明2003.06.051.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)特點(diǎn)面向全組織的復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持全企業(yè)的應(yīng)用而不是某一個(gè)應(yīng)用。數(shù)據(jù)反映了客觀事物間的本質(zhì)聯(lián)系，而不是著眼于面向某個(gè)應(yīng)用，是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。這是數(shù)據(jù)庫(kù)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(nèi)部有結(jié)構(gòu)，一個(gè)文件的記錄之間是個(gè)線性序列，記錄之間無(wú)聯(lián)系。郭文明2003.06.051.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)特點(diǎn)數(shù)據(jù)的冗余度小，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)面向整個(gè)系統(tǒng)，而不是面向某一應(yīng)用，數(shù)據(jù)集中管理，數(shù)據(jù)共享，因此冗余度小。節(jié)省存儲(chǔ)空間，減少存取時(shí)間，且可避免數(shù)據(jù)之間的不相容性和不一致性。每個(gè)應(yīng)用選用數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)子集，只要重新選取不同子集或者加上一小部分?jǐn)?shù)據(jù)，就可以滿足新的應(yīng)用要求，這就是易擴(kuò)充性。郭文明2003.06.051.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)特點(diǎn)具有較高的數(shù)據(jù)和程序的獨(dú)立性數(shù)據(jù)與程序相對(duì)獨(dú)立，把數(shù)據(jù)庫(kù)的定義和描述從應(yīng)用程序中分離出去。描述又是分級(jí)的（全局邏輯、局部邏輯、存儲(chǔ)），數(shù)據(jù)的存取由系統(tǒng)管理，用戶不必考慮存取路徑等細(xì)節(jié)，從而簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)獨(dú)立性：當(dāng)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)提供的映象（轉(zhuǎn)換）功能，使應(yīng)用程序不必改變郭文明2003.06.051.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)特點(diǎn)數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性：當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)之間的映象，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)可以保持不變，從而應(yīng)用程序也不必改變。數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性：當(dāng)數(shù)據(jù)的總體邏輯結(jié)構(gòu)改變時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)的總體邏輯結(jié)構(gòu)與局部邏輯結(jié)構(gòu)之間的映象，數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)可以保持不變，從而應(yīng)用程序也不必改變。郭文明2003.06.051.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)特點(diǎn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能，數(shù)據(jù)共享程度高數(shù)據(jù)的安全性控制（Security）保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用所造成的數(shù)據(jù)泄露和破壞。措施：用戶標(biāo)識(shí)與鑒定，存取控制。數(shù)據(jù)的完整性控制（Integrity）數(shù)據(jù)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（Concurrency）對(duì)多用戶的并發(fā)操作加以控制、協(xié)調(diào)，防止其互相干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果并使數(shù)據(jù)庫(kù)完整性遭到破壞。措施：封鎖。郭文明2003.06.051.2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型定義概念數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的三要素結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型示例郭文明2003.06.051.2.1數(shù)據(jù)模型定義信息世界:數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是面向計(jì)算機(jī)的，而應(yīng)用是面向現(xiàn)實(shí)世界的，兩個(gè)世界存在著很大差異，要直接將現(xiàn)實(shí)世界中的語(yǔ)義映射到計(jì)算機(jī)世界是十分困難的，因此引入一個(gè)信息世界作為現(xiàn)實(shí)世界通向計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的橋梁。一方面，信息世界是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，從紛繁的現(xiàn)實(shí)世界中抽取出能反映現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的概念和基本關(guān)系;另一方面，信息世界中的概念和關(guān)系，要以一定的方式映射到計(jì)算機(jī)世界中去，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上最終實(shí)現(xiàn)。信息世界起到了承上啟下的作用。郭文明2003.06.051.2.1數(shù)據(jù)模型定義概念數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型應(yīng)用數(shù)據(jù)模型：是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中用于提供信息表示和操作手段的形式構(gòu)架。信息世界計(jì)算機(jī)世界現(xiàn)實(shí)世界概念化形式化郭文明2003.06.051.2.1數(shù)據(jù)模型定義概念數(shù)據(jù)模型：按用戶的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模。用于組織信息世界的概念，表現(xiàn)從現(xiàn)實(shí)世界中抽象出來(lái)的事物以及它們之間的聯(lián)系。這類(lèi)模型強(qiáng)調(diào)其語(yǔ)義表達(dá)能力，概念簡(jiǎn)單、清晰，易于用戶理解。它是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的抽象，是用戶與數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員之間進(jìn)行交流的語(yǔ)言。如E-R模型。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型：從計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)建模。是信息世界中的概念和聯(lián)系在計(jì)算機(jī)世界中的表示方法。一般有嚴(yán)格的形式化定義，以便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。如層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ?。郭文?003.06.051.2.2概念數(shù)據(jù)模型學(xué)生課程選修姓名學(xué)號(hào)系別課程名先修課老師成績(jī)實(shí)體聯(lián)系屬性E-R郭文明2003.06.051.2.2概念數(shù)據(jù)模型ODLProductPersonCompanycategorynamepricenamestockpriceaddressssnbuysworksFormadeByemploysmakes類(lèi)關(guān)聯(lián)屬性name郭文明2003.06.051.2.3結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型三要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)的約束條件郭文明2003.06.051.2.3結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型三要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性，即組成數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)象類(lèi)型。包括：數(shù)據(jù)本身：類(lèi)型、內(nèi)容、性質(zhì)。如網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄，關(guān)系模型中的域、屬性，關(guān)系等。數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系：例如網(wǎng)狀模型中的系型（SetType）在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中一般按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型來(lái)命名數(shù)據(jù)模型。郭文明2003.06.051.2.3結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型三要素?cái)?shù)據(jù)操作描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，即對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)象的實(shí)例允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及操作規(guī)則。一般有檢索、更新（插入、刪除、修改）操作。數(shù)據(jù)模型要定義操作含義、操作符號(hào)、操作規(guī)則，以及實(shí)現(xiàn)操作的語(yǔ)言。數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件是完整性規(guī)則的集合，規(guī)定數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)及狀態(tài)變化所應(yīng)滿足的條件，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。郭文明2003.06.051.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型示例層次模型（HierarchicalModel）網(wǎng)狀模型（NetworkModel）關(guān)系模型（RelationalModel）面向?qū)ο竽Ｐ停∣bjectOrientedModel）郭文明2003.06.05層次模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用樹(shù)結(jié)構(gòu)表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型叫層次模型。樹(shù)由節(jié)點(diǎn)和連線組成，節(jié)點(diǎn)代表實(shí)體型，連線表示兩實(shí)體型間的一對(duì)多聯(lián)系。樹(shù)有以下特性：每棵樹(shù)有且僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)父節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為樹(shù)的根（Root）。樹(shù)中的其它節(jié)點(diǎn)都有且僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)。郭文明2003.06.05層次模型教員學(xué)生層次數(shù)據(jù)庫(kù)模型系教研室教員班級(jí)學(xué)生郭文明2003.06.05層次模型層次模型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)A1B1B1B4B6C3C5C7C14C4C6C8C2C9A1C5C7C14B4C2C9B6B1C3C4C6C8鄰接法層次數(shù)據(jù)庫(kù)郭文明2003.06.05層次模型層次模型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)A1^^A2^^B1^^B4^^B6^*C3^C5^C7^C14*C2^C9*C4^C6^子女－兄弟鏈接法層次數(shù)據(jù)庫(kù)子女指引元兄弟指引元A1B1B1B4B6C3C5C7C14C4C6C8C2C9郭文明2003.06.05層次模型層次模型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)A1^B1^B4^B6^C3^C5^C7^C14^C2^C9^C4^C6^層次序列鏈接法層次數(shù)據(jù)庫(kù)A1B1B1B4B6C3C5C7C14C4C6C8C2C9郭文明2003.06.05層次模型層次模型優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，性能高。缺點(diǎn)：支持的聯(lián)系種類(lèi)太少，只支持二元一對(duì)多聯(lián)系。數(shù)據(jù)操縱不方便，子結(jié)點(diǎn)的存取只能通過(guò)父結(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。層次命令趨于程序化。代表產(chǎn)品：IBM的IMS數(shù)據(jù)庫(kù)，1969年研制成功。郭文明2003.06.05網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)滿足下列條件的有向圖：可以有一個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)無(wú)父節(jié)點(diǎn)。至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)的父節(jié)點(diǎn)（排除樹(shù)結(jié)構(gòu)）。學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫(kù)系學(xué)生課程選課郭文明2003.06.05網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（單向鏈接法）S1^C1^91S1^C2^90S2^C1^84S3^C1^93S3^C2^95S3^C3^80S1^S2^S3^C1^C2^C3^郭文明2003.06.05網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型特點(diǎn)表達(dá)的聯(lián)系種類(lèi)豐富。結(jié)構(gòu)復(fù)雜。良好的性能，存取效率較高。DDL,DML語(yǔ)言復(fù)雜，用戶不易掌握。DBTG報(bào)告：1969年，由美國(guó)CODASYC（ConferenceOnDataSystemLanguage，數(shù)據(jù)系統(tǒng)語(yǔ)言協(xié)商會(huì)）下屬的DBTG（DataBaseTaskGroup，該組織1960年提出COBOL語(yǔ)言）組提出，確立了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概念、方法、技術(shù)。HP的IMAGE等系統(tǒng)采用該報(bào)告的方法。郭文明2003.06.05關(guān)系模型用二維表來(lái)表示實(shí)體及其相互聯(lián)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：關(guān)系（二維表）職工號(hào)姓名職務(wù)部門(mén)性別0001張家口職員財(cái)務(wù)男0002柴米油經(jīng)理人事女0003郝成功職員開(kāi)發(fā)男……………元組(記錄、行)屬性(字段、列)主碼分量域：男、女郭文明2003.06.05關(guān)系模型關(guān)系模型要求關(guān)系必須是規(guī)范化的，基本規(guī)范條件：分量必須是不可再分的，原子的。職工號(hào)姓名職務(wù)家屬關(guān)系姓名0001張家口職員妻子李小玫兒子張冠李0002柴米油經(jīng)理妻子陸續(xù)琴0003郝成功職員妻子朱那亞兒子郝乃軍女兒郝佳欣家屬屬性有內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，家屬可再分每個(gè)行中包含多個(gè)值郭文明2003.06.05關(guān)系模型關(guān)系模型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系都用關(guān)系（二維表）表示。在磁盤(pán)組織中，表以文件形式存儲(chǔ)。一個(gè)表不一定對(duì)應(yīng)一個(gè)文件。不同DBMS的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不同。查詢(xún)實(shí)體間聯(lián)系可由關(guān)系代數(shù)表達(dá)。郭文明2003.06.05關(guān)系模型優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，表的概念直觀，用戶易理解。非過(guò)程化的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，數(shù)據(jù)請(qǐng)求可以不指明路徑。數(shù)據(jù)獨(dú)立性，用戶只需提出“做什么”，無(wú)須說(shuō)明“怎么做”。堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。郭文明2003.06.051.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從DBMS角度看：DBMS內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)部通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)庫(kù)用戶角度看:數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的外部體系結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)外部體系結(jié)構(gòu)可以分為：集中式(單用戶、主從式)結(jié)構(gòu)。分布式結(jié)構(gòu)客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)并行結(jié)構(gòu)郭文明2003.06.051.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式模式(Schema)：數(shù)據(jù)的抽象，數(shù)據(jù)的描述。元數(shù)據(jù)（meta-data)：描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。型與值的區(qū)別:型是指對(duì)某一類(lèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性的說(shuō)明，值是指型的一個(gè)具體賦值。模式僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值。模式的一個(gè)具體值稱(chēng)為模式的一個(gè)實(shí)例(Instance)。數(shù)據(jù)字典：模式的另一種表述。郭文明2003.06.051.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三級(jí)模式結(jié)構(gòu)模式的分級(jí)：為了提高數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性，使數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶觀點(diǎn)，即用戶看到的數(shù)據(jù)庫(kù)，與數(shù)據(jù)庫(kù)的物理方面，即實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)分開(kāi)來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的模式是分級(jí)的。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三級(jí)模式結(jié)構(gòu)：CODASYL（ConferenceOnDataSystemLanguage,美國(guó)數(shù)據(jù)系統(tǒng)語(yǔ)言協(xié)商會(huì)）提出模式、外模式、存儲(chǔ)模式三級(jí)模式的概念。三級(jí)模式之間有兩級(jí)映象。郭文明2003.06.051.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三級(jí)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)模式模式外模式2外模式1外模式3應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E外模式/模式映象模式/內(nèi)模式映象郭文明2003.06.051.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三級(jí)模式結(jié)構(gòu)外模式(Sub-Schema)：用戶的數(shù)據(jù)視圖。是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)，模式的子集。外模式是安全性的一個(gè)手段。模式(Schema)：所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)和特性的描述。數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)在邏輯上的視圖。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式。內(nèi)模式(StorageSchema)：又稱(chēng)存儲(chǔ)模式。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式。數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)在物理結(jié)構(gòu)的描述。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)內(nèi)模式。郭文明2003.06.051.3.3數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象外模式/模式映象：定義某一個(gè)外模式和模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。映象定義通常包含在各外模式中。當(dāng)模式改變時(shí)，修改此映象，使外模式保持不變，從而應(yīng)用程序可以保持不變，稱(chēng)為邏輯獨(dú)立性。模式/內(nèi)模式映象：定義數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。該映象定義通常包含在模式定義中。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，修改此映象，使模式保持不變，從而應(yīng)用程序可以保持不變，稱(chēng)為物理獨(dú)立性。郭文明2003.06.051.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ANSI/X3/SPARC(75,78)提出SPARC報(bào)告，其ANSI模型分為外部級(jí)、概念級(jí)、內(nèi)部級(jí)。存儲(chǔ)視圖概念視圖用戶視圖2用戶視圖3用戶視圖1郭文明2003.06.051.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成硬件操作系統(tǒng)DBMS，編譯系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具軟件應(yīng)用系統(tǒng)PB,VB,VCDELPHIOracle,Db2,Sybase,SQLServer,Informix郭文明2003.06.051.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成硬件：內(nèi)存大，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(shè)備，作數(shù)據(jù)備份的磁帶；較高的系統(tǒng)通信能力。軟件：OS；DBMS；高級(jí)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)及其與數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具；應(yīng)用系統(tǒng)。郭文明2003.06.051.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)：包括目標(biāo)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)本身）及描述數(shù)據(jù)（對(duì)數(shù)據(jù)的說(shuō)明信息）。用戶：最終用戶：通過(guò)應(yīng)用系統(tǒng)的用戶接口（菜單等）使用數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用程序員：基于外模式來(lái)編寫(xiě)應(yīng)用程序。系統(tǒng)分析員：負(fù)責(zé)應(yīng)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(jù)庫(kù)模式設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理員DBA：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的全面管理和控制。郭文明2003.06.051.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成DBA的重要性：重要資源：數(shù)據(jù)庫(kù)、DBMS，維護(hù)整個(gè)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(diào)、監(jiān)控。數(shù)據(jù)表示應(yīng)用系統(tǒng)外模式模式內(nèi)模式DBDBMSOS用戶應(yīng)用程序員DBA系統(tǒng)分析員郭文明2003.06.051.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成DBA職責(zé)：建庫(kù)方面：確定模式、外模式、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取策略、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的整理和裝入。用庫(kù)方面：定義完整性約束條件，規(guī)定數(shù)據(jù)的保密級(jí)別、用戶權(quán)限，監(jiān)督和控制數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行情況，制定后援和恢復(fù)策略，負(fù)責(zé)故障恢復(fù)。改進(jìn)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(jù)庫(kù)重組織，物理上重組織，以提高性能；數(shù)據(jù)庫(kù)重構(gòu)造，設(shè)計(jì)上較大改動(dòng)，模式和內(nèi)模式修改。郭文明2003.06.051.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成DBMS的層次結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層數(shù)據(jù)存取層語(yǔ)言翻譯處理層數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)字典，索引，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

DDL，DML，查詢(xún)計(jì)算引擎

事務(wù)，日志，封鎖，存取路徑郭文明2003.06.051.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)庫(kù)定義功能提供DDL語(yǔ)言（DataDescriptionLanguage）描述外模式、模式、內(nèi)模式（源模式）。模式翻譯程序把源模式翻譯成目標(biāo)模式，存入數(shù)據(jù)字典中。源模式模式翻譯程序數(shù)據(jù)字典目標(biāo)模式郭文明2003.06.051.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)存取功能提供DML語(yǔ)言（Da