互联网数据库课件.ppt

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1、第一章第一章 绪论绪论2018年 1 月互联网数据库互联网数据库自考(0911)第一章第一章 绪论绪论本章节主要掌握以下内容点：本章节主要掌握以下内容点：一、数据管理技术的发展一、数据管理技术的发展 数数据据、数数据据库库、数数据据库库系系统统和和数数据据库库管管理理系系统统的的概概念念；数数据据管管理理经经历历的的三三个个阶阶段段；数数据据库库技技术术的的研研究究领领域域；数数据据库库管管理理系统软件的研制、数据库设计和数据库理论。系统软件的研制、数据库设计和数据库理论。二、数据模型二、数据模型三三要要素素：数数据据结结构构、数数据据操操作作、完完整整性性约约束束的的概概念念和和意意义义；函

2、函数数模模型型的的涵涵义义及及表表示示方方法法；实实体体联联系系方方法法，E-RE-R图图；实实体体、属属性性、码码、域域、实实体体型型、实实体体集集和和联联系系的的概概念念；层层次次模模型型、网网状模型和关系模型概念和区别。状模型和关系模型概念和区别。三、数据库系统的结构三、数据库系统的结构外外模模式式、模模式式和和内内模模式式的的概概念念和和涵涵义义；数数据据库库系系统统在在三三级级模模式式之间提供的两层映象：外模式之间提供的两层映象：外模式/模式映象和模式模式映象和模式/内模式映象。内模式映象。四、数据库管理系统四、数据库管理系统数数据据库库管管理理系系统统的的功功能能和和组组成成。（功

3、功能能：数数据据定定义义；数数据据操操纵纵；数数据据库库运运行行管管理理；数数据据组组织织、存存储储和和管管理理；数数据据库库的的建建立立和和维维护护；数数据据通通讯讯接接口口。组组成成：数数据据定定义义语语言言及及其其翻翻译译处处理理程程序序；数据操纵语言及其解释程序、数据库运行控制程序）数据操纵语言及其解释程序、数据库运行控制程序）1.1 1.1 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 1.1.1 人工管理阶段人工管理阶段 1.1.2 文件系统阶段文件系统阶段 1.1.3 数据库系统阶段数据库系统阶段1.1.4 数据库系统的产生与发展数据库系统的产生与发展1.1 1.1 数据管理技术的发展数

4、据管理技术的发展 数据管理：对数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护，它是数据处理的核心。数据、数据库、数据库系统和数据库管理系统的概念数据（数据（D）：）：描述事物的符号记录。数据库（数据库（DB）：）：数据库是长期存储在计算机内、有组织、可共享的数据集合。数据库系统（数据库系统（DBS）：）：是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统，即采用了数据库技术的计算机系统。数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）：）：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。DB

5、MS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型DBMS。1.1.1、人工管理阶段背景介绍：背景介绍：20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。外存只有纸带、卡片、磁带等，没有磁盘等直接存取的存储设备；软件没有操作系统，也没有管理数据的软件；数据处理方式是批处理。特点：特点：数据不保存数据不保存数据需要由应用程序自己管理，编写程序需要考虑数据的逻辑结构数据需要由应用程序自己管理，编写程序需要考虑数据的逻辑结构和物理和物理结构结构数据的组织方式必须由程序员自行设计数据的组织方式必须由程序员自行设计数据面向程序，不数据面向程序，不共享共享1.1.2、文件系统阶段背景：2

6、0世纪50年代后期到60年代中期，计算机应用范围逐渐从科学计算扩大到管理。硬件出现了磁盘等直接存取的设备；操作系统中已经有了专门的数据管理软件；数据处理方式除了批处理，还能够联机实时处理。特点：数据以文件的形式长期保存。数据以文件的形式长期保存。文件系统管理数据。编写程序不必考虑物理结构，但逻辑结构仍要文件系统管理数据。编写程序不必考虑物理结构，但逻辑结构仍要考虑考虑形式已经多样化形式已经多样化。索引文件、链接文件、顺序文件、倒排文件等。索引文件、链接文件、顺序文件、倒排文件等数据的存取基本上以记录为主。数据的存取基本上以记录为主。缺点：缺点：数据共享性差，数据冗余度大数据共享性差，数据冗余度

7、大程序与数据之间缺乏独立性程序与数据之间缺乏独立性1.1.3、数据库系统阶段背景：背景：20世纪60年代后期以来，计算机用于管理的规模更为扩大，数据量急剧增长。大容量磁盘的出现及硬件价格的下降与软件价格上升，更多的联机实时处理的要求，以及分布处理的提出都促进了数据库技术的产生和发展，并出现了专门统一管理数据的专门软件系统：数据库管理系统。应用程序1DBMS 数据库管理系统数据库管理系统 应用程序2应用程序n数据库1.1.3、数据库系统阶段特点：特点：1）数据结构化。即按照一定的数据模型来组织和存放数据，结构化的数据能反映数据与数据之间的联系。数据库中的数据不是面向个别应用程序的，而是面向整个系

8、统的，个别应用所需的数据是整个数据集的一个子集。2）数据共享性高、冗余度小、易扩充。3）数据独立性高。4）统一的数据管理和控制。5）数据的最小存储单位是数据项。1.1.3、数据库系统阶段数据库管理系统必须提供以下几个方面的数据控制功能：1、数据的安全性保护2、数据的完整性控制3、数据库恢复4、并发控制1.1.4、数据库技术的产生与发展数据库系统起源于20世纪60年代中期，其发展可划分为三代。1、第一代数据库系统 即层次数据库系统和网状数据库系统。主要支持层次和网状数据模型。特点：支持三级抽象模式的体系结构；用指针来表示数据之间的关系；数据定义语言和数据操纵语言相对独立；数据库语言采用过程性语言

9、。其发展过程见P62、第二代数据库系统 即关系数据库系统（RDBMS）。主要支持关系数据模型，有严格的理论基础，概念简单、清晰、易于理解和使用。特点：概念单一化；数据及其数据间的联系都用关系来表示；以关系代数为理论基础；数据独立性强；数据库语言采用说明性语言；简化了编程难度。其发展过程见P61.1.4、数据库技术的产生与发展3、第三代数据库系统 即面向对象数据库系统。它基于扩展的关系数据模型或面向对象数据模型，是尚未成熟的一代数据库系统。特点：支持包括数据、对象和知识的管理；在保持和继承第二代数据库系统的技术基础上引入面向对象技术；对其他系统开放，具有良好的可移植性、可连接性、可扩展性和可互操

10、作性。1.1.4、数据库技术的产生与发展数据库学科的研究范围可以概括为三个主要领域：1、数据库管理系统软件的研制（DBMS）运行软件：数据通讯软件、表格软件、数据字典、报表书写、图形系统2、数据库设计 按照应用要求为某一部门或组织设计一个结构良好、使用方便、效率较高的数据库及其应用系统。3、数据库理论 主要集中于关系的规范化理论和关系数据理论。1.2、数据模型数据模型是现实世界数据特征的抽象，是数据库系统的核心和基础。数据模型应满足三方面要求：1.能比较真实地模拟现实世界。2.容易为人所理解。3.便于在计算机上实现。1.2、数据模型现有的数据库系统都是基于某种数据模型的，数据模型是数据系统的数

11、学形式框架，是用来描述数据的一组概念和定义，包括以下方面的内容：1）数据的静态特征，它包括对数据库中的数据结构和数据间的联系。2）数据的动态特征，一组定义在数据上的操作，包括操作的含义、操作符、运算规则及其语言。3）数据的完整性约束，这是数据库中的数据必须满足的一组规则。1.2.1、数据模型的要素1、数据结构（静态特征的描述）、数据结构（静态特征的描述）2、数据操作（动态特征的描述）数据操作（动态特征的描述）3、数据的约束条件（是一组完整性规则的数据的约束条件（是一组完整性规则的集合，保证数据的正确、有效、相容。）集合，保证数据的正确、有效、相容。）1.2.1、数据模型的要素什么是数据结构（描

12、述系统的静态特征）u数据结构是计算机存储、组织数据的方式，是所研究的对象类型的集合。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定的关系的数据元素的集合。u在许多类型的程序设计中，数据结构的选择是一个基本的设计考虑因素。好的数据结构能大大提高运行和存储效率。u是模型性质的最重要体现。如：层次结构、网状结构和关系结构的数据模型分别命名为层次模型、网状模型和关系模型。1.2.1、数据模型的要素数据操作（描述系统的动态特征）数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。数据的约束条件是一组完整性规则的集合。1.2.2、概念模型1.2.2、概念模型信息世界涉及

13、的概念：实体（Entity）：客观存在并相互区别的事物属性(Attribute)：实体所具有的某一特性码(Key)：唯一标识实体的属性集（工号、学号、身份证号）域(Domain)：属性的取值范围（性别的域为男女，学号的域为6位阿拉伯数字）实体型(Entity type)：具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，例如：学生（学号、姓名、系别）实体集(Entity Set)：性质相同的同类实体的集合（全体教师、全体学生）1.2.2、概念模型联系：实体型A实体型B联系名实体型A实体型B联系名实体型A实体型B联系名1 1 m1 n na)a)一一对对一一

14、联联系系：对对实实体体集集A A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B B中中至至多多有有一一个个实实体体与与之联系，反之亦然，记为：之联系，反之亦然，记为：1:1;1:1;b)b)一一对对多多联联系系：对对实实体体集集A A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B B中中至至多多只只有有n n个个实实体体（n n0 0）与与之之联联系系，反反之之，对对实实体体集集B B中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集A A中中至至多多只有只有n n个实体（个实体（n n0 0）与之联系，记为：）与之联系，记为：1 1：n;n;c)c)多多对对多多联联系系：对对实实体体集集A A中中的的每

15、每一一个个实实体体，实实体体集集B B中中有有n n个个实实体体（n n0 0）与与之之联联系系，反反之之，对对实实体体集集B B中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集A A中中也也有有m m个个实实体体（m m0 0）与之联系，记为：）与之联系，记为：m:nm:n。1.2.2、概念模型三类联系之间的关系m:n联系联系1:1联系联系1:n联系联系特特例例特特例例特特例例1.2.2、概念模型1.实体型实体型：矩形实体名实体联系方法（Entity-Relationship Approach）在E-R图中的表示：2.属性属性：椭圆形属性名，用无向边与实体连接3.实体间的 联系联系：菱形联系名，无

16、向边与实体连接，边上标注联系类型1.2.2、概念模型在E-R图实例：1 1 m1 n n课程课程学生学生选修选修部门部门职工职工组成组成部门部门经理经理部门部门-经理经理1:11:1联系联系1 1：n n联系联系m:n联系1.2.2、概念模型在E-R图实例：职工职工领导领导 1n同一实体型内同一实体型内部的部的1:n联系联系课程课程讲授讲授 教师教师1m三个实体型间的三个实体型间的1:n联系联系参考书参考书n1.2.2、概念模型实体属性的表示方法 联系属性的表示方法课程课程选修选修 学生学生mn成绩成绩 学学 生生学号学号 年龄年龄 性别性别 姓名姓名 1.2.2、概念模型举例1.用E-R图表

17、示某个工厂物资管理的概念模型实体仓库：仓库：仓库号、面积、电话号码仓库号、面积、电话号码零件零件 ：零件号、名称、规格、单价、描述：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、开工日期项目：项目号、预算、开工日期职工：职工号、姓名、年龄、职称职工：职工号、姓名、年龄、职称实体之间的联系如下：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库和零件具有多对多的联系。用库存量来表示

18、某种零件在某个仓库中的数量。中的数量。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，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 职工之间具有领导职工之间具有领导-被领导关系。即仓库主任领导若干保管员。被领导关系。即仓库主任领导若干保管员。供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系1.2.2、概念模型举例1.2.2、概念模型举例2.假如某企业要开发一个电子商务网站，实现网上直销产品业务。客户可以在网上浏览产品

19、清单，选择订购的产品，填写订单，企业凭订单配送货物和收回货款。业务规则如下：一个客户可以多次在网上订购产品，且每一次可以订购多种产品；多个客户可以购买同一种产品。根据上述业务规则设计网站数据库的E-R模型，可以省略属性，但必须标注联系的类型。E-R模型：1.有联系实体2实体和联系产品订单客户产品客户包括购买订单MN11MN1.2.3、数据模型目前，数据库领域中最常用的数据模型有四种：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）层次模型和网状模型统称为

20、非关系模型，非关系模型的数据库系统在20世纪70年代至80年代初非常流行，在数据库系统产品中占据了主导地位，现在已逐渐被关系模型的数据库系统取代，关系模型已成为现在主流的数据模型。20世纪80年代以来，面向对象的方法和技术在计算机各个领域的广泛应用，促进了数据库中面向对象数据模型的研究和发展。1.2.3 数据模型一、层次数据模型一、层次数据模型二、网状数据模型二、网状数据模型三、关系数据模型三、关系数据模型 1.2.3 数据模型非关系模型种类种类层次模型（层次模型（Hierarchical Model）网状模型网状模型(Network Model)数据结构：以数据结构：以基本层次联系基本层次联

21、系为基本单位为基本单位基基本本层层次次联联系系：两两个个记记录录以以及及它它们们之之间间的的一一对对多多（包括一对一（包括一对一)的联系的联系1.2.3数据模型(续)关系模型(Relational Model)数据结构：数据结构：表表面向对象模型(Object Oriented Model）数据结构：数据结构：对象对象1.2.3 数据模型-层次模型1.层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构 2.层次数据模型的数据操纵与完整性约束层次数据模型的数据操纵与完整性约束 3.层次数据模型的存储结构层次数据模型的存储结构 4.层次数据模型的优缺点层次数据模型的优缺点 1.层次数据模型的数据结构层次

22、模型 满满足足下下面面两两个个限限制制条条件件的的基基本本层层次次联联系系的的集集合合为为层层次次模型模型。1.有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点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，叶结点根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点1.层次数据模型的数据结构（续）1 根结点根结点 2 兄弟结点兄弟结点 3 叶结点叶结点 4 兄弟结点兄弟结点 5 叶结点叶结点 叶结点叶结点1.层次数据模型的数据结构（续）表示方法实实体体型型：用用记记录录类类型型描描述述。每

23、每个个结结点点表表示示一一个个记记录类型。录类型。属属性性：用用字字段段描描述述。每每个个记记录录类类型型可可包包含含若若干干个个字段。字段。联联系系：用用结结点点之之间间的的连连线线表表示示记记录录（类类）型型之之间间的一对多的联系。的一对多的联系。1.层次数据模型的数据结构（续）特点特点结点的双亲是唯一的结点的双亲是唯一的只能直接处理一对多的实体联系只能直接处理一对多的实体联系每个记录类型定义一个排序字段，也称为每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段码字段任任何何记记录录值值只只有有按按其其路路径径查查看看时时，才才能能显显出出它它的的全部意义全部意义没没有有一一个个子子女女记记录录值

24、值能能够够脱脱离离双双亲亲记记录录值值而而独独立立存在存在存储层次顺序：从上到下，从左到右存储层次顺序：从上到下，从左到右 P17P171.层次数据模型的数据结构（续）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用层次模型间接表示多对多联系层层次次模模型型不不能能直直接接表表示示多多对对多多联联系系，必必须须先先设设法法将将该该关关系系分解为两个分解为两个1：m关系，然后再用层次模型来表示。关系，然后再用层次模型来表示。表示方法表示方法将多对多联系分解成一对多联系将多对多联系分解成一对多联系分解方法分解方法冗余结点法冗余结点法虚拟结点法（虚拟结点法（指引元指引元）2.层次模型的数据

25、操纵与完整性约束层次模型的数据操纵：查询查询 插入插入 删除删除 更新更新层次模型的完整性约束：层次模型的完整性约束：n无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值n如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除n更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性3.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接存放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次

26、顺序。顺序。链接法用用指引元指引元来反映数据之间的层次联系来反映数据之间的层次联系子女兄弟链接法子女兄弟链接法 P17层次序列链接法层次序列链接法 P17a1b1c1c2b2c3c4c5a24.层次数据模型的优、缺点优点优点层层次次数数据据模模型型简简单单，对对具具有有一一对对多多的的层层次次关关系系的的部门描述自然、直观，容易理解部门描述自然、直观，容易理解对对于于实实体体间间联联系系是是固固定定的的，且且预预先先定定义义好好的的应应用用系统，其性能优于关系模型，不低于网状模型系统，其性能优于关系模型，不低于网状模型层次数据模型提供了良好的完整性支持层次数据模型提供了良好的完整性支持4.层次

27、数据模型的优、缺点（续）缺点多多对对多多联联系系表表示示不不自自然然，只只能能通通过过引引入入冗冗余余数数据据或创建非自然的数据组织（虚拟结点）来解决或创建非自然的数据组织（虚拟结点）来解决对插入和删除操作的限制比较多对插入和删除操作的限制比较多查询子女结点必须通过双亲结点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由于结构严密，层次命令趋于程序化1.2.3 数据模型-网状数据模型1.网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构 2.网状数据模型的数据操纵网状数据模型的数据操纵3.网状数据模型的完整性约束网状数据模型的完整性约束 4.网状数据模型的存储结构网状数据模型的存储结构

28、 5.网状数据模型的优缺点网状数据模型的优缺点1.网状数据模型的数据结构网状模型 满满足足下下面面两两个个条条件件的的基基本本层层次次联联系系的的集集合合为为网网状状模型。模型。1.允许一个以上的结点无双亲；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一个结点可以有多于一个的双亲。1.网状数据模型的数据结构（续）表示方法（与层次数据模型相同）实实体体型型：用用记记录录类类型型描描述述。每每个个结结点点表表示示一一个个记记录类型。录类型。属属性性：用用字字段段描描述述。每每个个记记录录类类型型可可包包含含若若干干个个字段。字段。联联系系：用用结结点点之之间间的的连连线线表表示示记记

29、录录（类类）型型之之间间的一对多的父子联系。的一对多的父子联系。1.网状数据模型的数据结构（续）特点是是一一个个简简单单网网状状结结构构，其其记记录录类类型型之之间间都都是是1：n的联系。的联系。是是一一个个复复杂杂网网状状结结构构，其其记记录录类类型型之之间间都都是是n:m的联系。的联系。1.网状数据模型的数据结构（续）网状模型与层次模型的区别网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许结点有多个双亲结点网状模型允许结点有多个双亲结点网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）系）网状模型可以更直接地去描述现实世界网

30、状模型可以更直接地去描述现实世界层次模型实际上是网状模型的一个特例层次模型实际上是网状模型的一个特例1.网状数据模型的数据结构（续）1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L3L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4L4 R4 R4 R5R5 1 L1 L2 R21.网状数据模型的数据结构（续）学生宿舍学生宿舍学生学生教研室教研室系系教师教师1.网状数据模型的数据结构（续）人人树树种种植植砍砍伐伐父亲父亲独生子女独生子女养养育育赡赡养养父父亲亲关关系系父亲父亲1.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用网状模型间接表示多对多联系表示方法

31、表示方法将多对多联系将多对多联系直接直接分解成一对多联系分解成一对多联系1.网状数据模型的数据结构（续）2.网状模型的数据操纵l查询：据具体情况选用查询：据具体情况选用l插入：允许插入尚未确定双亲结点值的子插入：允许插入尚未确定双亲结点值的子 女结点值女结点值l删除：允许只删除双亲结点值删除：允许只删除双亲结点值l更新：只需更新指定记录更新：只需更新指定记录3.网状数据模型的完整性约束 完整性约束条件不严格允许插入尚未确定双亲结点值的子女结允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值点值允许只删除双亲结点值允许只删除双亲结点值4.网状数据模型的存储结构关键实现记录之间的联系实现记录之间的联系常用方法

32、（链接法）单向链接单向链接双向链接双向链接环状链接环状链接向首链接向首链接5.网状模型的优缺点优点：能能够够更更为为直直接接地地描描述述现现实实世世界界，如如一一个个结结点点可可以以有多个双亲，允许结点间为多对多联系有多个双亲，允许结点间为多对多联系具有良好的性能，存取效率较高具有良好的性能，存取效率较高5.网状模型的优缺点（续）缺点：DDL（数数据据定定义义）、DML（数数据据操操作作）语语言言复复杂杂，用户不容易使用用户不容易使用结结构构比比较较复复杂杂，而而且且随随着着应应用用环环境境的的扩扩大大，数数据据库库的的结结构构就就变变得得越越来来越越复复杂杂，不不利利于于最最终终用用户户掌掌

33、握握1.2.3 数据模型-关系数据模型最重要的一种数据模型，也是目前主要采用的数据模型。1.2.3 数据模型-关系数据模型1.关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构 2.关系数据模型的操纵关系数据模型的操纵3.关系数据模型的完整性约束关系数据模型的完整性约束 4.关系数据模型的存储结构关系数据模型的存储结构 5.关系数据模型的优缺点关系数据模型的优缺点6.典型的关系数据库系统典型的关系数据库系统 1.关系数据模型的数据结构（1）关系模型的基本数据结构在在用用户户观观点点下下，关关系系模模型型中中数数据据的的逻逻辑辑结结构构是是一一张张二维表二维表，它由，它由行行和和列列组成。组成。1.关

34、系数据模型的数据结构（续）（2）关系模型的基本概念关系（关系（Relation）：）：一个关系对应通常说的一个关系对应通常说的一张表一张表。元组（元组（Tuple）表中的一表中的一行行即为一个元组。即为一个元组。属性（属性（Attribute）表表中中的的一一列列即即为为一一个个属属性性，给给每每一一个个属属性性起起一一个个名称名称即即属性名属性名。1.关系数据模型的数据结构（续）（2）关系模型的基本概念（续）主码（主码（Key）表中的某个属性组，它可以表中的某个属性组，它可以唯一唯一确定一个元组。确定一个元组。域（域（Domain）属性的属性的取值范围取值范围。分量分量元组中的一个元组中的一

35、个属性值属性值。1.关系数据模型的数据结构（续）（2）关系模型的基本概念（续）关系模式关系模式对关系的描述对关系的描述表示方法表示方法 关系名（属性关系名（属性1，属性，属性2，属性，属性n）例如：学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）关系数据库模式是关系模式的集合。1.关系数据模型的数据结构(续）（3）实体及实体间的联系的表示方法实体型实体型：直接用关系（表）表示。：直接用关系（表）表示。属性属性：用属性名表示。：用属性名表示。一对一联系一对一联系：隐含在实体对应的关系中。：隐含在实体对应的关系中。一对多联系一对多联系：隐含在实体对应的关系中。：隐含

36、在实体对应的关系中。多对多联系多对多联系：直接用关系表示。：直接用关系表示。1.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）系(系号，系名，办公地点)例2系、系主任、系与系主任间的一对一联系1.关系数据模型的数据结构（续）例3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）1.关系数据模型的数据结构（续）（4）关系必须是规范化的，即必须满足一定的规范条件规范化理论的引入是为了解决插入、删除、更新异常和数据冗余。最最基基本本的的规规范范条条件件

37、：关关系系的的每每一一个个分分量量必必须须是是一一个个不不可可分分的的数数据据项项。（不允许表中还有表不允许表中还有表）2.关系模型的数据操纵关系数据模型的操纵主要包括：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，即若干元组的集合存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”，提高数据独立性和用户生产率。3.关系模型的完整性约束关系模型的完整性约束条件：实体完整性实体完整性参照完整性参照完整性用户定义的完整性用户定义的完整性4.关系数据模型的存储结构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5.关系模型的优

38、缺点优点：建立在严格的数学概念的基础上建立在严格的数学概念的基础上概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用实体和各类联系都用关系来表示。实体和各类联系都用关系来表示。对数据的检索结果也是关系。对数据的检索结果也是关系。关系模型的存取路径对用户隐蔽关系模型的存取路径对用户隐蔽具有更高的数据独立性，更好的安全保密性具有更高的数据独立性，更好的安全保密性简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作5.关系模型的优缺点（续）缺点：存存取取路路径径对对用用户户不不透透明明，导导致致查查询询效效率率往往往往不不如如非关系数据模

39、型非关系数据模型为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化增加了开发增加了开发DBMS的难度的难度6.典型的关系数据库系统ORACLESYBASEDB/2SQL ServerINFORMIXCOBASEPBASEEasyBaseKingBase小金灵小金灵DM/4OpenBase1.3 数据库系统的结构数据库系统的模式结构 从从数数据据库库管管理理系系统统角角度度看看，数数据据库库系系统统通通常常采采用用三级模式结构，这是三级模式结构，这是DMS内部的系统结构内部的系统结构数数据据管管理理系系统统通通过过数数据据字字典典（系系统统目目录录）来来管管理理和访

40、问数据模式。和访问数据模式。1.3.1 数据库系统模式的概念“型”和“值”的概念型型（Type）对某一类数据的结构和属性的说明对某一类数据的结构和属性的说明值值（Value）是型的一个具体赋值是型的一个具体赋值例如：学生记录例如：学生记录记录型：记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）该记录型的该记录型的一个一个记录值：记录值：（900201，李明，男，计算机，李明，男，计算机，22，江苏），江苏）1.3.1 数据库系统模式的概念（续）模式的概念模式（模式（Schema）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述是型

41、的描述，不涉及到具体的值。是型的描述，不涉及到具体的值。模式是相对稳定的模式是相对稳定的反映的是数据的结构及其联系反映的是数据的结构及其联系1.3.1 数据库系统模式的概念（续）模式的一个实例（模式的一个实例（Instance）模式的一个具体值模式的一个具体值同一个模式可以有很多实例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实例随数据库中的数据的更新而变动反映数据库某一时刻的状态反映数据库某一时刻的状态1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库数据库1.模式（Schema）模式（也称逻辑模式）数据库中数据库中全体数据全体数据的逻辑结构和特征的描述的逻辑结构和特征的描述所有用户的所

42、有用户的公共公共数据视图，综合了所有用户的需求数据视图，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之间的联系数据有关的安全性、完整性要求数据有关的安全性、完整性要求2.外模式（External Schema）外模式（物理模式也称子模式或用户模式）：是是数数据据库库用用户

43、户（包包括括应应用用程程序序员员和和最最终终用用户户）能能看看见见和使用的和使用的局部局部数据的逻辑结构和特征的描述数据的逻辑结构和特征的描述是数据库用户的是数据库用户的数据视图数据视图是与是与某一应用某一应用有关的数据的逻辑表示有关的数据的逻辑表示2.外模式（续）外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：模式与外模式的关系：一对多一对多外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集一一个个数数据据库库可可以以有有多多个个外外模模式式。反反映映了了不不同同的的用用户户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求对对模模式式中中同同一一数数据据

44、，在在外外模模式式中中的的结结构构、类类型型、长长度、保密级别等都可以不同度、保密级别等都可以不同外模式与应用的关系：外模式与应用的关系：一对多一对多同同一一外外模模式式也也可可以以为为某某一一用用户户的的多多个个应应用用系系统统所所使使用，用，但一个应用程序只能使用一个外模式。但一个应用程序只能使用一个外模式。2.外模式（续）外模式的用途：保保证证数数据据库库安安全全性性的的一一个个有有力力措措施施。每每个个用用户户只只能能看看见和访问所对应的外模式中的数据见和访问所对应的外模式中的数据保证数据独立性的一个有力措施。保证数据独立性的一个有力措施。3.内模式（Internal Schema）内

45、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法是数据在数据库内部的表示方法记录的存储方式记录的存储方式索引的组织方式索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否压缩存储数据是否加密数据是否加密数据存储记录结构的规定数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式如：如：1.3.3 数据库的二级映象功能与数据独立性数据库的二级映象功能与数据独立性u三级模式是对数据的三个抽象级别u二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换二级映象功能二级映象功能1外模式模式映象外模式模式映象2模式内模式映象模式内模式映象这两层映象保证了数据库系统中的

46、数据能够具有这两层映象保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。较高的逻辑独立性和物理独立性。1.3.3 数据库的二级映象功能与数据独立性数据库的二级映象功能与数据独立性1外模式模式映象什么是外模式模式映象？每一个外模式都对应一个外模式模式映象每一个外模式都对应一个外模式模式映象定义外模式与模式之间的对应关系定义外模式与模式之间的对应关系映象定义通常包含在各自外模式的描述中映象定义通常包含在各自外模式的描述中1.外模式模式映象（续）外模式模式映象的用途：保证数据的逻辑独立性当当模模式式改改变变时时，数数据据库库管管理理员员修修改改有有关关的的外外模模式式模模式映象，使式映象

47、，使外模式外模式保持保持不变不变应应用用程程序序是是依依据据数数据据的的外外模模式式编编写写的的，从从而而应应用用程程序序不不必必修修改改，保保证证了了数数据据与与程程序序的的逻逻辑辑独独立立性性，简简称称数数据据的的逻辑独立性逻辑独立性。2.模式内模式映象什么是模式内模式映象数据库中模式内模式映象是唯一的数据库中模式内模式映象是唯一的定定义义了了数数据据全全局局逻逻辑辑结结构构与与存存储储结结构构之之间间的的对对应应关关系系。例例如如，说说明明逻逻辑辑记记录录和和字字段段在在内内部部是是如如何何表示的表示的该映象定义通常包含在模式描述中该映象定义通常包含在模式描述中2.模式内模式映象（续）模

48、式内模式映象的用途：保证数据的物理独立性当当数数据据库库的的存存储储结结构构改改变变了了（例例如如选选用用了了另另一一种种存存储储结结构构），数数据据库库管管理理员员修修改改模模式式内内模模式式映映象，使象，使模式模式保持保持不变不变应应用用程程序序不不受受影影响响。保保证证了了数数据据与与程程序序的的物物理理独独立性，简称立性，简称数据数据的的物理独立性物理独立性。1.3.4 小结数据库数据库1.3.4小结（续）模式是数据库的中心与关键是数据库的中心与关键独立于数据库的其它层次独立于数据库的其它层次设设计计数数据据库库模模式式结结构构时时应应首首先先确确定定数数据据库库的的逻逻辑辑模式模式1

49、.3.4小结（续）内模式依依赖赖于于全全局局逻逻辑辑结结构构，但但独独立立于于数数据据库库的的用用户户视视图即外模式，也独立于具体的存储设备。图即外模式，也独立于具体的存储设备。它它将将全全局局逻逻辑辑结结构构中中所所定定义义的的数数据据结结构构及及其其联联系系按按照照一一定定的的物物理理存存储储策策略略进进行行组组织织，以以达达到到较较好好的时间与空间效率。的时间与空间效率。1.3.4小结（续）外模式面面向向具具体体的的应应用用程程序序，定定义义在在逻逻辑辑模模式式之之上上，但但独立于存储模式和存储设备独立于存储模式和存储设备设设计计外外模模式式时时应应充充分分考考虑虑到到应应用用的的扩扩充

50、充性性。当当应应用用需需求求发发生生较较大大变变化化，相相应应外外模模式式不不能能满满足足其其视视图要求时，该外模式就得做相应改动图要求时，该外模式就得做相应改动1.3.4小结（续）应用程序在在外外模模式式描描述述的的数数据据结结构构上上编编制制的的，它它依依赖赖于于特特定的外模式，与数据库的模式和存储结构独立。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。不同的应用程序有时可以共用同一个外模式。1.3.4小结（续）二级映象保保证证了了数数据据库库外外模模式式的的稳稳定定性性，从从而而从从底底层层保保证证了了应应用用程程序序的的稳稳定定性性，除除非非应应用用