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数 据 库 原 理 王 政科 技 楼 7 0 6 数 据 管 理 技 术 与 我 们 的 生 活 (上 午 )学 生 选 课 、 教 室 排 课 ： 选 课 和 排 课 已 全 部 实 现 计 算 机 化 ， 通 过 数 据 管 理 技 术 管 理 着 每 个 人 的课 表 、 每 个 教 室 的 安 排 (中 午 )食 堂 就 餐 ： 一 卡 通 的 背 后 是 学 校 几 台 服 务 器 7 *2 4 小 时 运 转 ， 时 刻 准 备 处 理 数 据 ，管 理 着 每 个 人 的 账 户 (下 午 )银 行 取 款 ： 银 行 和 金 融 机 构 是 数 据 管 理 技 术 最 早 的 采 纳 者 ， 数 据 管 理 软 件 记 录 着用 户 的 每 一 笔 交 易 和 存 取 款 数 据 (晚 上 )网 上 遨 游 ： 每 个 大 型 网 站 的 背 后 都 有 一 个 大 型 数 据 库 ： sohu， baidu 很 多 小 型 软 件 也 都 依 赖 于 数 据 管 理 软 件 ： QQ， IE， 迅 雷信息社会非常精彩！充满诱惑！期 待 着 每 一 个 同 学 ：努 力 成 为 信 息 社 会 的 主 宰 者 、 受 益 者 ！不 要 成 为 信 息 社 会 的 俘 虏 者 、 受 害 者 ！ 教 学 内 容 与 课 时 安 排第 1 章 数 据 库 系 统 概 论 (5)第 2 章 关 系 模 型 与 关 系 代 数 (4)第 3 章 SQL语 言 (10)第 4 章 数 据 库 建 模 (实 体 -联 系 模 型 )(6)第 5 章 关 系 数 据 理 论 及 模 式 求 精 (6)第 6 章 关 系 数 据 库 设 计 实 例 网 上 书 店 (6) 第 7 章 数 据 库 存 储 结 构 (4 )第 8章 查 询 处 理 (4 )第 9 章 数 据 库 完 整 性 与 安 全 (6 )第 10章 事 务 管 理 及 恢 复 (4 )第 1 1 章 数 据 库 应 用 开 发 (2 )第 1 2 章 Web数 据 库 (3 ) 学 习 方 法 ：分 组 学 习 ： 3 -4 人 学 习 小 组 组 长 1 名 ， 组 内 协 调 、 收 交 作 业注 重 动 手 能 力 ： 课 后 加 强 练 习 ， 自 主 学 习成 绩 = 平 时 成 绩 + 期 末 成 绩 （ 3 0 %） （ 7 0 %）平 时 成 绩 = 考 勤 成 绩 + 平 时 作 业 + 课 堂 表 现 + 大 作 业 （ 2 0 %） （ 2 0 %） （ 2 0 %） （ 4 0 %） 其 中 ： 考 勤 成 绩 即 平 时 点 名 成 绩 ， 每 次 旷 课 -8 分 平 时 作 业 即 各 组 作 业 平 均 成 绩 ， 优 良 中 及 格 不 及 格 课 堂 表 现 即 组 长 打 分 成 绩 ， 5 级 制 ， 优 良 各 不 超 过 1 人 期 末 成 绩 即 期 末 考 试 成 绩 4 大 作 业 （ 课 外 ） 选 题 ： 说 明 选 题 的 原 因 、 期 望 解 决 的 问 题 ， 要 求 有 新 意 (第 9周 ) 需 求 分 析 (第 1 0 1 1 周 ) 数 据 库 概 念 设 计 、 逻 辑 设 计 、 物 理 设 计 (第 1 2 1 5 周 ) 应 用 系 统 简 单 实 现 (第 1 6 周 ) 设 计 报 告 (第 1 6 1 7 周 ) 第 1章 数 据 库 系 统 概 论 目 录 数 据 库 系 统1 .4 数 据 库 系 统 的 作 用1 .1 数 据 模 型1 .2 数 据 抽 象 与 数 据 库 三 级 模 式1 .3 数 据 管 理 技 术 的 体 系 模 型 是 主 线 概 念 模 型 ： E-R模 型 逻 辑 模 型 ： 关 系 模 型 （ 数 据 结 构 、 操 作 、 约 束 ） 物 理 模 型 ： 存 储 结 构 、 索 引 技 术 等 系 统 是 核 心 数 据 库 管 理 系 统 DBMS： 存 储 结 构 与 索 引 、 查 询 与 优 化 、 完 整 性 与 安 全 、 事 务 与恢 复 等 人 员 ： 数 据 库 管 理 员 、 系 统 分 析 员 和 数 据 库 设 计 人 员 、 数 据 库 应 用 程 序 员 以 及终 端 用 户 等 支 撑 软 件 及 硬 件 系 统 ： 操 作 系 统 及 各 种 硬 件 资 源 应 用 是 动 力 需 求 分 析 ： 业 务 需 求 及 处 理 流 程 、 功 能 需 求 及 数 据 需 求 分 析 、 业 务 规 则 分 析 等 数 据 库 设 计 ： 数 据 库 概 念 模 型 、 逻 辑 模 型 和 物 理 模 型 等 数 据 库 应 用 开 发 ： 数 据 库 应 用 系 统 的 体 系 结 构 、 常 用 数 据 库 访 问 技 术 和 数 据 库应 用 开 发 技 术 等 数 据 与 数 据 管 理 数 据 ： 描 述 事 物 的 符 号 记 录 数 据 处 理 ： 从 大 量 的 、 可 能 是 杂 乱 无 章 的 、 难以 理 解 的 数 据 中 抽 取 并 推 导 出 对 于 某 些 特 定 的人 们 来 说 有 价 值 、 有 意 义 的 数 据 。 数 据 管 理 ： 对 数 据 进 行 有 效 的 分 类 、 组 织 、 编码 、 存 储 、 检 索 、 维 护 和 应 用 数 据 处 理 的中 心 问 题 。 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 人 工 管 理 阶 段 2 0 世 纪 5 0 年 代 中 期 以 前 的 这 段 时 间 。 计 算 机 还 很 简 陋 ， 尚 没 有 完 整 的 操 作 系 统 ， 主要 应 用 于 科 学 计 算 。 数 据 是 面 向 应 用 程 序 的 ， 一 个 数 据 集 只 能 对 应于 一 个 程 序 ， 程 序 与 数 据 之 间 的 关 系 如 图 1 -1 所示 。 数 据 需 要 由 应 用 程 序 自 己 定 义 和 管 理 ， 没 有 相应 的 软 件 系 统 专 门 负 责 数 据 的 管 理 工 作 。 当 多 个 应 用 程 序 涉 及 某 些 相 同 的 数 据 时 ， 必 须由 各 自 的 应 用 程 序 分 别 定 义 和 管 理 这 些 数 据 ， 无 法 共 享 利 用 ， 因 此 存 在 大 量 冗 余 数 据 。 应 用 程 序 1应 用 程 序 2应 用 程 序 n 数 据 集 1数 据 集 2数 据 集 n图 1-1 人 工 管 理 阶 段 应 用 程 序 与 数 据之 间 的 对 应 关 系 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 文 件 系 统 阶 段 2 0 世 纪 5 0 年 代 后 期 到 6 0 年 代 中 期 的 这 段 时 间 。 计 算 机 除 了 应 用 于 科 学 计 算 外 ， 已 开 始 应 用 于 数据 管 理 在 操 作 系 统 之 上 建 立 的 文 件 系 统 已 经 成 熟 并 广 泛应 用 ， 数 据 由 专 门 的 软 件 进 行 统 一 管 理 。 对 于 一 个 特 定 的 应 用 ， 数 据 被 集 中 组 织 存 放 在 多个 数 据 文 件 （ 以 后 简 称 为 文 件 ） 或 文 件 组 中 ， 并针 对 该 文 件 组 来 开 发 特 定 的 应 用 程 序 。 利 用 “ 按 文 件 名 访 问 ， 按 记 录 进 行 存 取 ” 的 管 理技 术 ， 可 以 对 文 件 进 行 记 录 的 修 改 、 插 入 和 删 除 等 操 作 。 文 件 系 统 阶 段 程 序 与 数 据 之 间 的 关 系 如 图 1 -2 所 示 。 存 取方 法应 用 程 序 1应 用 程 序 2应 用 程 序 n 文 件 组 1文 件 组 2文 件 组 n图 1-2 文 件 系 统 阶 段 应 用 程 序 与 数 据之 间 的 对 应 关 系 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 文 件 系 统 的 主 要 特 点 文 件 系 统 实 现 了 文 件 内 的 结 构 性 ， 即 一 个 文 件 内的 数 据 是 按 记 录 进 行 组 织 的 ， 这 样 的 数 据 是 有 结构 的 。 整 体 上 还 是 无 结 构 的 ， 即 多 个 文 件 之 间 是 相 互 独立 的 ， 无 法 建 立 全 局 的 结 构 化 数 据 管 理 模 式 。 程 序 和 数 据 之 间 由 文 件 系 统 提 供 的 存 取 方 法 进 行转 换 ， 程 序 员 可 以 不 必 过 多 地 考 虑 物 理 细 节 。 由 于 数 据 在 存 储 上 的 改 变 不 一 定 反 映 在 程 序 上 ， 因 此 应 用 程 序 与 数 据 之 间 有 了 一 定 的 物 理 独 立 性 。 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 文 件 系 统 的 弊 端 数 据 共 享 性 差 ， 数 据 冗 余 和 不 一 致 数 据 冗 余 是 指 相 同 的 数 据 在 不 同 的 地 方 (文 件 )重 复 存 储 文 件 系 统 中 的 一 个 (或 一 组 )文 件 基 本 上 对 应 于 一 个 应 用 程 序 ， 不 同 应 用程 序 之 间 很 难 共 享 相 同 数 据 如 何 有 效 地 提 高 不 同 应 用 共 享 数 据 的 能 力 成 为 急 需 解 决 的 问 题 数 据 独 立 性 差 文 件 系 统 中 的 文 件 组 是 为 某 一 特 定 应 用 服 务 的 ， 其 逻 辑 结 构 对 于 该 特 定应 用 程 序 来 说 是 优 化 的 ， 但 系 统 也 不 易 扩 充 数 据 与 应 用 程 序 之 间 缺 乏 逻 辑 独 立 性 如 何 有 效 地 提 高 数 据 与 应 用 程 序 之 间 的 独 立 性 成 为 急 需 解 决 的 问 题 数 据 孤 立 ， 数 据 获 取 困 难 对 于 数 据 与 数 据 之 间 的 联 系 ， 文 件 系 统 仍 缺 乏 有 效 的 管 理 手 段 如 何 有 效 地 管 理 数 据 与 数 据 之 间 的 联 系 成 为 急 需 解 决 的 问 题 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 文 件 系 统 的 弊 端 完 整 性 问 题 数 据 的 完 整 性 是 指 数 据 的 正 确 性 、 有 效 性 和 相 容 性 ， 也称 为 一 致 性 约 束 例 如 ， 一 个 学 生 需 要 选 修 某 门 课 程 ， 该 学 生 必 须 已 经 修过 了 该 课 程 规 定 的 先 修 课 程 时 才 能 选 修 (因 为 课 程 之 间存 在 先 修 后 修 关 系 )； 必 须 在 该 教 学 班 尚 未 选 满 时 才 能选 修 (因 为 教 室 容 量 有 限 )； 必 须 在 时 间 上 与 其 它 已 经 选修 的 课 程 不 冲 突 时 才 能 选 修 如 何 有 效 地 表 达 和 实 现 一 致 性 约 束 成 为 急 需 解 决 的 问 题 安 全 性 问 题 一 个 系 统 可 能 有 很 多 用 户 ， 不 同 用 户 可 能 只 允 许 其 访 问一 部 分 数 据 ， 即 该 用 户 只 有 一 部 分 数 据 的 访 问 权 限 如 何 有 效 地 保 障 数 据 的 安 全 性 就 成 为 急 需 解 决 的 问 题 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 文 件 系 统 的 弊 端 原 子 性 问 题 计 算 机 系 统 有 时 会 发 生 故 障 ， 一 旦 故 障 发 生 并 被 检 测 到 ，数 据 就 应 该 恢 复 到 故 障 发 生 前 的 状 态 例 如 ， 学 生 选 课 时 ， 不 仅 要 在 选 课 文 件 中 增 加 某 学 生 选修 某 门 课 的 记 录 ， 同 时 也 要 在 该 课 程 教 学 班 记 录 中 将 已选 课 人 数 加 1 ， 以 便 学 生 选 课 时 进 行 容 量 控 制 因 此 ， 增 加 选 课 记 录 与 选 课 人 数 加 1 两 个 操 作 要 么 都 发生 ， 要 么 都 不 发 生 ， 这 就 是 学 生 选 课 操 作 的 原 子 性 要 求 如 何 有 效 地 保 障 操 作 的 原 子 性 就 成 为 急 需 解 决 的 问 题 并 发 访 问 异 常 系 统 应 该 允 许 多 个 用 户 同 时 访 问 数 据 ， 在 这 样 的 环 境 中由 于 并 发 更 新 操 作 相 互 影 响 ， 可 能 会 导 致 数 据 的 不 一 致 如 何 有 效 地 控 制 并 发 操 作 的 正 确 性 就 成 为 急 需 解 决 的 问题 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 数 据 库 管 理 系 统 阶 段 2 0 世 纪 6 0 年 代 后 期 以 来 数 据 管 理 对 象 的 规 模 越 来 越 大 ， 应 用 范 围越 来 越 广 ， 多 种 应 用 共 享 数 据 的 要 求 越 来越 强 烈 数 据 库 管 理 系 统 (DBMS)是 由 一 个 相 互 关 联的 数 据 的 集 合 和 一 组 用 以 访 问 、 管 理 和 控制 这 些 数 据 的 程 序 组 成 这 个 数 据 集 合 通 常 称 为 数 据 库 (database, DB)， 其 中 包 含 了 关 于 某 个 企 业 信 息 系 统 的所 有 信 息 DBMS是 位 于 用 户 与 操 作 系 统 之 间 的 一 层 数据 管 理 软 件 ， 它 提 供 一 个 可 以 方 便 且 高 效地 存 取 、 管 理 和 控 制 数 据 库 信 息 的 环 境 DBMS和 操 作 系 统 一 样 ， 都 是 计 算 机 的 基 础软 件 （ 系 统 软 件 ） ， 也 是 一 个 大 型 复 杂 的软 件 系 统 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 设 计 数 据 库 管 理 系 统 的 目 的 是 为 了 有 效 地管 理 大 量 的 数 据 ， 既 涉 及 到 数 据 存 储 结 构的 定 义 ， 又 涉 及 到 数 据 操 作 机 制 的 提 供 解 决 文 件 处 理 系 统 中 存 在 的 问 题 ： 数 据 共 享 性 差 (数 据 冗 余 和 不 一 致 ) 数 据 独 立 性 差 数 据 孤 立 和 数 据 获 取 困 难 完 整 性 问 题 原 子 性 问 题 并 发 访 问 异 常 安 全 性 问 题 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 数 据 库 管 理 系 统 的 主 要 特 点 数 据 结 构 化 。 数 据 库 管 理 系 统 实 现 数 据 的整 体 结 构 化 ， 这 是 数 据 库 的 主 要 特 征 之 一 ，也 是 数 据 库 管 理 系 统 与 文 件 系 统 的 本 质 区别 一 是 指 数 据 不 仅 仅 是 内 部 结 构 化 ， 而 是 将 数 据 以 及 数 据 之 间 的 联 系 统 一 管 理 起 来 ， 使 之 结 构 化 。 图 1-3 学 生 、 课 程 、 学 生 成 绩 文 件 结 构姓 名 性 别学 号 出 生 日 期 所 学 专 业 家 庭 住 址 联 系 电 话学 生 文 件 Student的 记 录 结 构课 程 号 课 程 名 称 教 材 名 称学 时 学 分课 程 文 件 Course的 记 录 结 构学 号 课 程 号 学 期 成 绩学 生 成 绩 文 件 Score的 记 录 结 构 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展二 是 指 在 数 据 库 中 的 数 据 不 是 仅 仅 针 对 某 一 个 应用 ， 而 是 面 向 全 组 织 的 所 有 应 用 。例 如 ， 一 个 学 校 的 信 息 系 统 中 不 仅 要 考 虑 教 务处 的 学 生 成 绩 管 理 ， 还 要 考 虑 学 生 处 的 学 籍 注册 管 理 、 学 生 奖 惩 管 理 、 学 生 家 庭 成 员 管 理 ，以 及 财 务 处 的 学 生 缴 费 管 理 ； 同 时 还 要 考 虑 研究 生 院 的 研 究 生 管 理 、 科 研 处 的 科 研 管 理 、 人事 处 的 教 职 工 人 事 管 理 和 工 资 管 理 等 。因 此 ， 学 校 信 息 系 统 中 的 学 生 数 据 要 面 向 全 校各 个 职 能 管 理 部 门 和 院 系 的 应 用 ， 而 不 仅 仅 是教 务 处 的 一 个 学 生 成 绩 管 理 应 用 。 图 1-4 某 校 信 息 管 理 系 统 中 的 学 生 数 据姓 名 性 别学 号 出 生 日 期 所 学 专 业 学 生 基 本 情 况 课 程 号 课 程 名 称 课 程学 号 课 程 号 学 期 成 绩 学 生 成 绩日 期学 号 管 理 员 学 生 学 籍 注 册 日 期学 号 奖 惩 条 目 学 生 奖 惩序 号学 号 与 本 人 关 系 学 生 家 庭 成 员成 员 姓 名 详 细 情 况日 期学 号 管 理 员 学 生 缴 费 金 额 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 数 据 库 管 理 系 统 的 主 要 特 点 数 据 的 共 享 度 高 ， 冗 余 度 底 ， 易 扩 充 数 据 库 管 理 系 统 从 整 体 角 度 描 述 和 组 织 数 据 ， 数 据 不 再是 面 向 某 个 应 用 ， 而 是 面 向 整 个 系 统 因 此 ， 数 据 可 以 被 多 个 用 户 、 多 个 应 用 共 享 使 用 数 据 共 享 可 以 大 大 减 少 数 据 的 冗 余 ， 避 免 数 据 之 间 的 不一 致 性 数 据 独 立 性 高 数 据 独 立 性 是 用 来 描 述 数 据 与 应 用 程 序 之 间 的 依 赖 程 度 ，包 括 数 据 的 物 理 独 立 性 和 数 据 的 逻 辑 独 立 性 ， 依 赖 程 度 越 低 则 独 立 性 越 高 物 理 独 立 性 是 指 用 户 的 应 用 程 序 与 存 储 在 磁 盘 上 数 据 库中 的 数 据 是 相 互 独 立 的 逻 辑 独 立 性 是 指 用 户 的 应 用 程 序 与 数 据 库 的 逻 辑 结 构 是相 互 独 立 的 数 据 库 技 术 的 产 生 与 发 展 数 据 库 管 理 系 统 的 主 要 特 点 数 据 由 数 据 库 管 理 系 统 （ DBMS） 统 一 管 理 和 控 制 数 据 的 安 全 性 保 护 ： 保 护 数 据 以 防 止 不 合 法 的 使 用 造 成 数 据的 泄 密 和 破 坏 数 据 的 完 整 性 检 查 ： 将 数 据 控 制 在 有 效 的 范 围 内 ， 或 保 证 数据 之 间 满 足 一 定 的 关 系 并 发 控 制 ： 对 多 个 用 户 或 应 用 同 时 访 问 同 一 个 数 据 的 并 发 操作 加 以 控 制 和 协 调 ， 确 保 得 到 正 确 的 修 改 结 果 或 数 据 库 的 完整 性 不 遭 到 破 坏 数 据 库 恢 复 ： 当 计 算 机 系 统 发 生 硬 件 或 软 件 故 障 时 ， 需 要 将数 据 库 从 错 误 状 态 恢 复 到 某 一 已 经 正 确 状 态 应 用 程 序 或 用 户 1应 用 程 序 或 用 户 2应 用 程 序 或 用 户 n 数 据 库图 1-5 数 据 库 管 理 系 统 阶 段 应 用 程 序 与 数 据 之 间 的 对 应 关 系数 据 库管 理 系统 数 据 库 应 用 图 书 馆 管 理 用 于 存 储 图 书 馆 的 馆 藏 资 料 (图 书 、 期 刊 等 )、 读 者 (教 师 、 学 生等 )信 息 ， 以 及 图 书 和 期 刊 的 借 阅 、 归 还 记 录 等 ， 方 便 读 者 查 找资 料 ， 方 便 管 理 人 员 办 理 图 书 和 期 刊 的 借 阅 、 归 还 和 催 还 等 手续 ， 提 高 图 书 馆 管 理 水 平 书 店 管 理 用 于 存 储 员 工 、 客 户 信 息 以 及 图 书 采 购 、 库 存 、 销 售 记 录 等 ，提 高 图 书 的 采 购 、 库 存 和 销 售 管 理 水 平 ， 方 便 书 店 的 账 务 处 理 教 学 管 理 用 于 存 储 各 专 业 教 学 计 划 、 教 师 和 学 生 信 息 、 教 室 信 息 、 教 材信 息 、 教 师 开 课 以 及 学 生 选 课 记 录 等 ， 提 高 排 课 、 选 课 、 成 绩管 理 、 毕 业 管 理 效 率 科 研 管 理 用 于 存 储 教 师 信 息 、 科 研 成 果 记 录 等 ， 方 便 科 研 成 果 的 考 核 、检 索 和 统 计 工 作 数 据 库 应 用 银 行 管 理 用 于 存 储 客 户 信 息 、 存 款 账 户 和 贷 款 账 户 记 录 以 及 银 行 之 间 的 转账 交 易 记 录 等 ， 提 高 存 款 、 贷 款 管 理 水 平 ， 加 速 资 金 流 转 和 银 行结 算 售 票 管 理 用 于 存 储 客 户 信 息 和 客 运 飞 机 、 火 车 、 汽 车 班 次 等 信 息 ， 以 及 订票 、 改 签 和 退 票 记 录 等 ， 提 高 交 通 客 运 管 理 水 平 ， 方 便 客 户 订 票 电 信 管 理 用 于 存 储 客 户 信 息 、 通 话 记 录 等 ， 自 动 结 算 话 费 ， 维 护 预 付 电 话卡 的 余 额 ， 产 生 每 月 账 单 ， 提 高 电 信 管 理 水 平 证 券 管 理 用 于 存 储 客 户 信 息 以 及 股 票 、 债 券 等 金 融 票 据 的 持 有 、 出 售 和 买入 信 息 ， 也 可 以 存 储 实 时 的 市 场 交 易 数 据 ， 以 便 客 户 能 够 进 行 联机 交 易 ， 公 司 能 够 进 行 自 动 交 易 和 结 算 数 据 库 应 用 销 售 管 理 用 于 存 储 客 户 、 商 品 信 息 以 及 销 售 记 录 ， 以 便 能 够 实时 的 订 单 跟 踪 、 销 售 结 算 、 库 存 管 理 和 商 品 推 荐 制 造 业 管 理 用 于 存 储 客 户 信 息 、 生 产 工 艺 信 息 ， 以 及 采 购 、 生 产 、入 库 、 出 库 记 录 等 ， 实 现 供 应 链 管 理 ， 跟 踪 工 厂 的 产品 生 产 情 况 ， 实 现 零 部 件 、 半 成 品 、 产 成 品 的 库 存 管理 等 固 定 资 产 管 理 用 于 存 储 客 户 信 息 、 部 门 信 息 和 员 工 信 息 ， 固 定 资 产 的 采 购 记 录 、 领 用 记 录 和 报 废 记 录 等 ， 自 动 计 提 固 定资 产 折 旧 ， 提 供 各 种 固 定 资 产 报 表 人 力 资 源 管 理 用 于 存 储 部 门 信 息 、 员 工 信 息 ， 以 及 出 勤 记 录 、 计 件记 录 等 ， 自 动 计 算 员 工 的 工 资 、 所 得 税 和 津 贴 ， 产 生工 资 单 目 录 数 据 库 系 统1 .4 数 据 库 系 统 的 作 用1 .1 数 据 模 型1 .2 数 据 抽 象 与 数 据 库 三 级 模 式1 .3 数 据 模 型 的 分 类 数 据 库 结 构 的 基 础 是 数 据 模 型 (data model) 数 据 模 型 是 一 个 描 述 数 据 语 义 、 数 据 与数 据 之 间 联 系 (数 据 结 构 )， 数 据 操 作 ，以 及 一 致 性 (完 整 性 )约 束 的 概 念 工 具 的集 合 通 过 数 据 模 型 可 以 对 现 实 世 界 的 数 据 特征 进 行 抽 象 根 据 数 据 抽 象 的 不 同 级 别 ， 将 数 据 模 型 划 分 为 3 类 ： 概 念 模 型 ： 概 念 层 次 的 数 据 模 型 ， 也 称 为信 息 模 型 逻 辑 模 型 ： 用 于 描 述 数 据 库 数 据 的 整 体 逻辑 结 构 物 理 模 型 ： 用 来 描 述 数 据 的 物 理 存 储 结 构和 存 取 方 法 数 据 模 型 的 分 类 概 念 模 型 按 用 户 的 观 点 或 认 识 对 现 实 世 界 的 数 据 和信 息 进 行 建 模 主 要 用 于 数 据 库 设 计 常 用 的 概 念 模 型 有 实 体 -联 系 模 型 (E-R模 型 )和 面 向 对 象 模 型 (OO模 型 ) E-R模 型 基 于 对 现 实 世 界 的 如 下 认 识 ： 现 实世 界 是 由 一 组 称 作 实 体 的 基 本 对 象 以 及 这些 对 象 间 的 联 系 构 成 实 体 是 现 实 世 界 中 可 区 别 于 其 他 对 象 的 一 件 “ 事 情 ” 或 一 个 “ 物 体 ” 例 如 ， 选 课 系 统 中 的 一 门 课 程 、 一 个 学 生 、 一个 部 门 、 一 条 选 课 记 录 、 一 个 教 室 、 一 本 书 等都 是 实 体 OO模 型 是 用 面 向 对 象 观 点 来 描 述 现 实 世 界实 体 (对 象 )的 逻 辑 组 织 、 对 象 间 限 制 、 联 系等 的 模 型 对 象 是 由 一 组 数 据 结 构 和 在 这 组 数 据 结 构 上 操作 的 程 序 代 码 封 装 起 来 的 基 本 单 位 数 据 模 型 的 分 类 逻 辑 模 型 是 用 户 通 过 数 据 库 管 理 系 统 看 到 的 现 实 世界 ， 是 按 计 算 机 系 统 的 观 点 对 数 据 建 模 ，即 数 据 的 计 算 机 实 现 形 式 主 要 用 于 DBMS的 实 现 。 它 既 要 考 虑 用 户 容易 理 解 ， 又 要 考 虑 便 于 DBMS实 现 不 同 的 DBMS提 供 不 同 的 逻 辑 数 据 模 型 层 次 模 型 (hierarchical model) 网 状 模 型 (network model) 关 系 模 型 (relational model) 面 向 对 象 模 型 (即 OO模 型 ) XML模 型 对 象 关 系 模 型 (object relational model) 数 据 模 型 的 分 类 物 理 模 型 物 理 层 是 数 据 抽 象 的 最 低 层 例 如 ， 一 个 数 据 库 中 的 数 据 和 索 引 是 存 放在 不 同 的 数 据 段 上 还 是 相 同 的 数 据 段 上 ；数 据 的 物 理 记 录 格 式 是 变 长 的 还 是 定 长 的 ；数 据 是 否 压 缩 存 储 ； 索 引 结 构 是 B+树 还 是Hash结 构 等 物 理 模 型 的 具 体 实 现 是 DBMS的 任 务 ， 数 据库 设 计 人 员 要 了 解 和 选 择 物 理 模 型 ， 一 般用 户 则 不 必 考 虑 物 理 层 细 节 适 用 对 象 从 现 实 世 界 到 概 念 模 型 的 转 换 是 由 数 据 库设 计 人 员 完 成 从 概 念 模 型 到 逻 辑 模 型 的 转 换 可 以 由 数 据库 设 计 人 员 完 成 ， 也 可 以 用 数 据 库 设 计 工具 协 助 设 计 人 员 完 成 从 逻 辑 模 型 到 物 理 模 型 的 转 换 一 般 由 DBMS来 完 成 概 念 模 型信 息 世 界图 1-6 现 实 世 界 中 客 观 对 象 的 抽 象 过 程现 实 世 界认识抽象DBMS支 持 的 逻 辑 模 型DBMS支 持 的 物 理 模 型逻 辑 机 器 世 界物 理 机 器 世 界 数 据 模 型 的 组 成 要 素 数 据 模 型 是 一 个 描 述 数 据 、 操 作 和 约 束 的 一 组 概念 和 工 具 的 集 合 这 些 概 念 精 确 地 描 述 了 系 统 的 静 态 特 性 、 动 态 特性 和 完 整 性 约 束 条 件 数 据 模 型 的 组 成 要 素 有 ： 数 据 结 构 ： 描 述 数 据 库 的 组 成 对 象 (数 据 )以及 对 象 之 间 的 联 系 数 据 操 作 ： 指 对 数 据 库 中 各 种 对 象 (型 )的 实例 (值 )允 许 执 行 的 操 作 集 合 ， 包 括 操 作 及 有关 的 操 作 规 则 完 整 性 约 束 ： 一 组 完 整 性 规 则 ， 它 给 定 数据 模 型 中 数 据 及 其 联 系 所 具 有 的 制 约 和 依 存 规 则 ， 用 以 限 定 符 合 数 据 模 型 的 数 据 库状 态 以 及 状 态 的 变 化 ， 以 保 证 数 据 库 中 数据 的 正 确 、 有 效 和 相 容 层 次 模 型 典 型 代 表 是 1 9 6 8 年 IBM公 司 推 出 的 第 一 个 大 型 商 用 数据 库 管 理 系 统 IMS(information management system) 层 次 模 型 用 树 形 结 构 来 表 示 各 类 实 体 以 及 实 体 间 的 联系 。 实 体 用 记 录 来 表 示 ， 实 体 间 的 联 系 用 链 接 (可 看作 指 针 )来 表 示 满 足 如 下 两 个 条 件 的 基 本 层 次 联 系 的 集 合 为 层 次 模 型 ： 有 且 只 有 一 个 结 点 没 有 双 亲 结 点 ， 这 个 结 点 称 为 根 结 点 根 以 外 的 其 他 结 点 有 且 只 有 一 个 双 亲 结 点 在 层 次 模 型 中 ， 每 个 结 点 表 示 一 个 记 录 型 ， 记 录 (型 )之 间 的 联 系 用 结 点 之 间 的 连 线 (有 向 边 )表 示 ， 这 种 联系 是 父 子 之 间 的 一 对 多 的 联 系 每 个 记 录 型 由 若 干 个 字 段 组 成 ， 记 录 型 描 述 的 是 实 体 ， 字 段 描 述 的 是 实 体 的 属 性 。 每 个 记 录 型 可 以 定 义 一 个排 序 字 段 ， 也 称 为 码 字 段 ， 如 果 所 定 义 的 排 序 字 段 的值 唯 一 ， 则 它 也 可 以 用 来 唯 一 标 识 一 个 记 录 值 图 1-7 一 个 简 单 的 教 学 管 理 系 统 的 层 次 数 据 模 型职 工 号 姓 名 研 究 方 向Employee 班 级 号 年 级 专 业Class系 编 号 系 名 办 公 地 点Department 学 号 姓 名 性 别Student 出 生 日 期 层 次 模 型 图 1-8 一 个 简 单 的 教 学 管 理 系 统 的 实 例 值E0501 万 家 乐 数 据 库Employee C01 2008 计 算 机Class D05 计 算 机 系 信 息 大 楼DepartmentE0502 吴 文 君 信 息 检 索E0503 廖 兴 旺 操 作 系 统 C02 2009 信 息 系 统StudentS090204 王 红 敏 女 06/12/92S090212 刘 宏 昊 男 09/25/91S090228 李 立 女 02/18/92StudentS080125 李 小 勇 男 11/26/90S080148 黄 小 红 女 05/21/91 E0803 王 国 方 数 据 结 构 03 2008 电 子 商 务D08 信 息 系 信 息 大 楼E0805 张 长 工 编 译 原 理E0809 李 小 红 运 筹 学 C04 2009 信 息 系 统S090404 刘 月 高 女 06/12/92S090412 王 永 民 男 09/25/91S090428 英 达 成 女 02/18/92S080325 万 元 户 男 11/26/90S080348 李 兴 女 05/21/91 层 次 模 型 层 次 模 型 的 主 要 优 点 ： 数 据 结 构 比 较 简 单 清 晰 查 询 效 率 高 提 供 了 良 好 的 完 整 性 支 持 层 次 模 型 的 主 要 缺 点 ： 现 实 世 界 中 很 多 联 系 是 非 层 次 的 (如 多 对 多联 系 )， 层 次 模 型 在 表 示 这 类 联 系 时 ， 解 决的 办 法 ： 一 是 通 过 引 入 冗 余 数 据 (易 产 生 不一 致 性 )， 二 是 创 建 非 自 然 的 数 据 结 构 (引 入虚 拟 结 点 ) 。 对 插 入 和 删 除 操 作 的 限 制 比 较 多 ， 因 此 应 用 程 序 的 编 写 比 较 复 杂 查 询 孩 子 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 网 状 模 型 典 型 代 表 是 DBTG系 统 ， 亦 称 为 CODASYL系 统 ， 它是 2 0 世 纪 7 0 年 代 由 数 据 系 统 语 言 研 究 会(conference on data system language, CODASYL)下属 的 数 据 库 任 务 组 (data base task group, DBTG)提出 的 一 个 系 统 方 案 满 足 如 下 两 个 条 件 的 基 本 层 次 联 系 的 集 合 称 为 网状 模 型 允 许 一 个 以 上 的 结 点 无 双 亲 一 个 结 点 可 以 有 多 个 双 亲 网 状 模 型 是 一 种 比 层 次 模 型 更 具 普 遍 性 的 结 构 ， 它 去 掉 了 层 次 模 型 的 两 个 限 制 ， 还 允 许 两 个 结 点之 间 有 多 种 联 系 (称 为 复 合 联 系 )。 因 此 ， 网 状 模型 可 以 更 直 接 地 去 描 述 现 实 世 界 网 状 模 型 网 状 模 型 的 主 要 优 点 ： 能 够 更 为 直 接 地 描 述 现 实 世 界 具 有 良 好 的 性 能 ， 存 取 效 率 较 高 网 状 模 型 的 主 要 缺 点 ： 结 构 比 较 复 杂 ， 而 且 随 着 应 用 规 模 的 扩 大 ，数 据 库 的 结 构 会 变 得 越 来 越 复 杂 ， 不 利 于最 终 用 户 掌 握 操 作 语 言 比 较 复 杂 关 系 模 型 1 9 7 0 年 美 国 IBM公 司 San Jose研 究 室 的 研究 员 E. F. Codd首 次 提 出 了 数 据 库 管 理 系统 的 关 系 模 型 ， 开 创 了 数 据 库 关 系 方 法和 关 系 数 据 理 论 的 研 究 ， 为 数 据 库 技 术奠 定 了 理 论 基 础 。 由 于 E. F. Codd的 杰 出 工 作 ， 他 于 1 9 8 1 年获 得 ACM图 灵 奖 2 0 世 纪 8 0 年 代 以 来 ， 计 算 机 厂 商 新 推 出的 数 据 库 管 理 系 统 几 乎 都 支 持 关 系 模 型 ，数 据 库 领 域 当 前 的 研 究 工 作 也 都 是 以 关 系 方 法 为 基 础 本 书 的 重 点 也 主 要 是 讲 授 关 系 数 据 库 关 系 模 型 关 系 数 据 模 型 的 数 据 结 构 关 系 模 型 中 的 常 用 术 语 ： 关 系 (relation)： 一 个 关 系 对 应 一 张 二 维 表 ， 每一 个 关 系 有 一 个 名 称 即 关 系 名 ； 元 组 (tuple)： 表 中 的 一 行 称 为 一 个 元 组 ； 属 性 (attribute)： 表 中 的 一 列 称 为 一 个 属 性 ， 每一 个 属 性 有 一 个 名 称 即 属 性 名 ； 码 (key)： 也 称 为 码 键 。 表 中 的 某 个 属 性 或 属 性组 ， 它 可 以 唯 一 地 确 定 关 系 中 的 一 个 元 组 ； 域 (domain)： 属 性 的 取 值 范 围 ； 分 量 (component)： 元 组 中 的 一 个 属 性 值 ； 关 系 模 式 (relational schema)： 通 过 关 系 名 和 属性 名 列 表 对 关 系 进 行 描 述 ， 相 当 于 二 维 表 的 表头 部 分 (即 表 格 的 描 述 部 分 ) 关 系 模 式 的 一 般 形 式 ： 关 系 名 (属 性 名 1 ， 属 性 名 2 ， ， 属 性 名 n) 关 系 模 型 关 系 Student、 Course和 Score可 分 别 描 述 为 ： Student(学 号 ， 姓 名 ， 性 别 ， 出 生 日 期 ， 所 学 专 业 ) Course(课 程 号 ， 课 程 名 称 ， 学 时 ， 学 分 ) Score(学 号 ， 课 程 号 ， 学 期 ， 成 绩 ) 关 系 模 型 要 求 关 系 必 须 是 规 范 化 的 ， 即 要求 关 系 必 须 满 足 一 定 的 规 范 条 件 。 最 基 本 的 规 范 条 件 是 ： 关 系 的 每 一 个 分 量 必 须 是 一 个 不 可 分 的 数 据 项 ， 即不 允 许 表 中 有 表 图 1-9 关 系 模 型 的 数 据 结 构Student关 系学 号 姓 名 性 别 出 生 日 期 所 学 专 业0701001 李 小 勇 男 1990-12-21 计 算 机0701008 王 红 男 1992-04-26 计 算 机0802002 刘 方 晨 女 1990-11-11 信 息 系 统0802005 王 红 敏 女 1990-10-01 信 息 系 统0703045 王 红 男 1992-04-26 会 计 学0703010 李 宏 冰 女 1992-03-09 会 计 学 Course关 系课 程 号 课 程 名 称 学 时 学 分CS005 数 据 库 系 统 概 论 64 4CS012 操 作 系 统 80 5CP001 基 础 会 计 48 3 Score关 系学 号 课 程 号 学 期 成 绩0701001 CS005 072 920701001 CS012 081 880701008 CS005 072 860701008 CS012 081 930701008 CP001 081 780802002 CS005 082 850802002 CP001 091 950802005 CS005 082 720802005 CP001 091 880703045 CP001 072 840703010 CP001 072 92 关 系 模 型 关 系 数 据 模 型 的 操 作 关 系 数 据 模 型 的 操 作 主 要 包 括 查 询 、 插 入 、删 除 和 修 改 (更 新 数 据 ) 关 系 ： 元 组 的 集 合 ， 关 系 模 型 的 数 据 操 作是 集 合 操 作 ， 操 作 对 象 和 操 作 结 果 都 是 关系 (元 组 的 集 合 )不 同 于 传 统 的 非 关 系 模型 的 数 据 操 作 ： 单 记 录 操 作 关 系 模 型 ： 存 取 路 径 是 透 明 的 ， 用 户 只 要指 出 “ 干 什 么 ” 或 “ 找 什 么 ” ， 不 必 说 明“ 怎 么 干 ” 或 “ 怎 么 找 ” ， 从 而 大 大 地 提 高 了 数 据 的 独 立 性 ， 提 高 了 软 件 的 开 发 和维 护 效 率 关 系 数 据 模 型 的 完 整 性 约 束 条 件 实 体 完 整 性 、 参 照 完 整 性 和 用 户 自 定 义 完整 性 关 系 模 型 关 系 数 据 模 型 的 优 点 ： 严 格 的 数 学 基 础 ： 有 关 系 代 数 作 为 语 言 模 型 ， 有 关 系数 据 理 论 作 为 理 论 基 础 概 念 单 一 ： 无 论 实 体 还 是 实 体 之 间 的 联 系 都 是 用 关 系来 表 示 ， 对 数 据 (关 系 )的 操 作 (检 索 和 更 新 )结 果 还 是 关系 。 所 以 其 数 据 结 构 简 单 、 清 晰 ， 用 户 易 懂 易 用 存 取 路 径 透 明 ： 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 ， 提 高 了 软 件 的 开 发 和维 护 效 率 关 系 数 据 模 型 的 缺 点 ： 由 于 存 取 路 径 对 用 户 透 明 ， 查 询 效 率 往 往 不 如 非 关 系数 据 模 型 为 了 提 高 性 能 ， DBMS必 须 对 用 户 的 查 询 请 求 进 行 查 询优 化 ， 这 样 就 增 加 了 DBMS的 开 发 难 度 图 1-8 一 个 简 单 的 教 学 管 理 系 统 的 实 例 值E0501 万 家 乐 数 据 库Employee C01 2008 计 算 机Class D05 计 算 机 系 信 息 大 楼DepartmentE0502 吴 文 君 信 息 检 索E0503 廖 兴 旺 操 作 系 统 C02 2009 信 息 系 统StudentS090204 王 红 敏 女 06/12/92S090212 刘 宏 昊 男 09/25/91S090228 李 立 女 02/18/92StudentS080125 李 小 勇 男 11/26/90S080148 黄 小 红 女 05/21/91层 次 模 型 ： 查 询 信 息 系 C0 4 班 的 女同 学 C03 2008 电 子 商 务D08 信 息 系 信 息 大 楼C04 2009 信 息 系 统S080325 万 元 户 男 11/26/90S080348 李 兴 女 05/21/91 S090404 刘 月 高 女 06/12/92S090412 王 永 民 男 09/25/91S090428 英 达 成 女 02/18/92 StudentS080125 李 小 勇 男 11/26/90S080148 黄 小 红 女 05/21/91 计 算 机 系 C01计 算 机 系 C01S090204 王 红 敏 女 06/12/92S090212 刘 宏 昊 男 09/25/91S090228 李 立 女 02/18/92计 算 机 系 C02计 算 机 系 C02计 算 机 系 C02S080325 万 元 户 男 11/26/90S080348 李 兴 女 05/21/91 信 息 系 C03信 息 系 C03S090404 刘 月 高 女 06/12/92S090412 王 永 民 男 09/25/91 S090428 英 达 成 女 02/18/92 信 息 系 C04信 息 系 C04信 息 系 C04 关 系 模 型 ： 查 询 信 息 系 C0 4 班 的 女同 学 面 向 对 象 模 型 以 面 向 对 象 数 据 模 型 为 核 心 的 面 向 对 象 数 据 库 的 主 要 特 征 ： 对 象 。 面 向 对 象 数 据 模 型 将 客 观 世 界 模 拟 成 由 各 个 相 互 作 用 的 称 为 对象 的 单 元 组 成 的 复 杂 系 统 。 对 象 的 定 义 包 括 状 态 和 行 为 两 方 面 ， 状 态由 一 组 属 性 值 组 成 ， 行 为 由 一 组 方 法 组 成 对 象 类 。 具 有 相 同 属 性 和 方 法 的 对 象 组 成 对 象 类 ， 对 象 只 属 于 某 一 个类 并 作 为 该 类 的 实 例 继 承 。 定 义 子 类 时 可 以 直 接 继 承 超 类 的 属 性 和 方 法 ， 在 此 基 础 上 定 义不 同 于 超 类 的 属 性 和 方 法 ， 这 称 为 子 类 对 超 类 的 继 承 (inheritance) 持 久 性 和 对 象 标 识 。 在 大 多 数 程 序 设 计 语 言 中 ， 对 象 是 临 时 的 ； 但 在面 向 对 象 数 据 库 中 ， 对 象 在 被 删 除 前 是 永 久 存 在 的 。 一 个 对 象 的 对 象标 识 在 系 统 中 是 唯 一 的 ， 在 整 个 生 存 期 内 是 不 变 的 阻 抗 失 配 。 数 据 库 查 询 语 言 是 由 系 统 自 选 查 询 路 径 的 非 过 程 化 语 言 。 非 过 程 化 语 言 面 向 集 合 的 操 作 方 式 与 高 级 程 序 设 计 语 言 面 向 记 录 的 操作 方 式 之 间 会 产 生 不 协 调 现 象 ， 称 为 阻 抗 失 配 。 阻 抗 失 配 的 根 本 原 因在 于 数 据 库 的 数 据 模 型 与 程 序 设 计 语 言 的 不 一 致 ， 因 而 对 所 有 嵌 入 式数 据 库 查 询 语 言 来 说 ， 阻 抗 失 配 是 不 可 避 免 的 面 向 对 象 模 型 面 向 对 象 模 型 的 基 本 概 念 ： 数 据 建 模 的 基 本 原 语 是 对 象 (object)和 文 字(literal)， 每 个 对 象 有 一 个 唯 一 的 标 识 符 ，文 字 没 有 标 识 符 对 象 和 文 字 都 可 以 划 分 为 类 型 (type)， 同 一类 型 的 对 象 或 文 字 具 有 相 同 的 行 为 和 状 态 ，对 象 可 以 称 为 类 型 的 实 例 通 过 一 组 性 质 (property)来 定 义 对 象 的 状 态 ，性 质 可 以 分 为 两 种 ： 对 象 的 属 性 和 对 象 之间 的 联 系 通 过 一 组 操 作 (operation)来 定 义 对 象 的 行 为 ，操 作 都 具 有 输 入 和 输 出 参 数 ， 并 且 可 以 返 回 特 定 类 型 的 结 果 利 用 ODL(object definition language)定 义 对象 数 据 库 管 理 系 统 的 模 式 。 面 向 对 象 数 据库 中 存 储 的 对 象 都 是 模 式 中 定 义 的 类 型 的实 例 ， 即 对 象 ， 这 些 对 象 可 以 供 多 个 用 户和 应 用 共 享 XML模 型 XML（ 可 扩 展 标 记 语 言 ） 是 SGML（ 标 准 通 用 标 记 语 言 ） 的 子集 ， 目 标 是 允 许 普 通 的 SGML在 Web上 以 目 前 HTML（ 超 文 本 标记 语 言 ） 的 方 式 被 服 务 、 接 收 和 处 理 。 XML被 设 计 成 易 于 实 现 ，且 可 在 SGML和 HTML之 间 互 操 作 XML的 基 本 概 念 ： 元 素 ： 由 一 对 标 记 (即 起 始 标 记 和 终 止 标 记 )串 行 化 而 成 ， 起 始标 记 的 形 式 是 ， 终 止 标 记 的 形 式 是 ， 元 素的 后 裔 则 位 于 起 始 标 记 和 终 止 标 记 之 间 。 典 型 地 组 成 了 XML文 档 中 的 大 部 分 内 容 属 性 ： 用 来 给 元 素 提 供 所 显 示 内 容 的 额 外 信 息 DTD： 通 过 具 体 说 明 每 一 个 元 素 和 属 性 的 名 称 、 元 素 与 子 元素 之 间 的 嵌 套 关 系 、 子 元 素 的 出 现 次 数 等 来 定 义 XML文 档 的 结 构 模 型