第1章-数据库系统概论-137p课件

数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database SystemJuly 247/12/20241数据库技术应用十分广泛n教学管理系统n图书馆管理系统n工厂、商场、酒店、医院、社区管理系统n各类网站、Web应用等等。7/12/20242第一章绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型1.3 数据库系统结构1.4 数据库系统的组成1.5 小结7/12/202431.1数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生与发展 7/12/202441.1.1四个基本概念p数据(Data)p数据库(Database)p数据库管理系统(DBMS)p数据库系统(DBS)7/12/20245一、数据p数据(Data)是数据库中存储的基本对象p数据的定义n描述事物的符号（P4第4行）p数据的形式n数字、文字、图形、图象、声音等p数据的特点n数据与其语义是不可分的，语义是数据的含义。7/12/20246数据举例p学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）p数据的语义 学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间7/12/20247二、数据库p数据库的定义n数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。（P4倒数第7行）p数据库的特点n数据库数据具有永久存储、有组织和可共享三个特点。7/12/20248三、数据库管理系统（P5）p什么是DBMSn数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据库的管理软件。pDBMS的用途n科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据7/12/20249DBMS的主要功能n数据定义功能 提供数据定义语言提供数据定义语言(DDL)定义数据库、数据库中的数据对象定义数据库、数据库中的数据对象n数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML)操纵数据实现对数据库的基本操作操纵数据实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改查询、插入、删除和修改)7/12/202410DBMS的主要功能n数据库的运行管理（数据控制功能）保证数据的安全性保证数据的安全性 保证数据的完整性保证数据的完整性 并发控制并发控制 故障恢复故障恢复n数据库维护功能(实用程序实用程序)数据库数据批量装载数据库数据批量装载 数据库转储数据库转储 介质故障恢复介质故障恢复 数据库的重组织数据库的重组织 性能监视等性能监视等7/12/202411四、数据库系统(P5)p什么是数据库系统n数数据据库库系系统统（Database System，简简称称DBS）是是指指在在计计算算机机系统中引入数据库后的系统构成。系统中引入数据库后的系统构成。p数据库系统的构成n由由数数据据库库、数数据据库库管管理理系系统统、应应用用开开发发工工具具、应应用用系系统统、数数据据库库管理员和用户构成。（管理员和用户构成。（参看教材page_6 图1.1）7/12/202412应用系统开发工具数据库管理系统操作系统数据库用户用户用户数据库管理员7/12/202413硬件硬件操作系统操作系统DBMS应用开发工具应用开发工具应用系统应用系统7/12/2024141.1数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生与发展7/12/2024151.1.2数据管理技术的产生和发展(P6)p什么是数据管理n对对数数据据进进行行分分类类、组组织织、编编码码、存存储储、检检索索和和维维护护，是是数数据据处理的中心问题处理的中心问题p数据管理技术的发展过程n人工管理阶段人工管理阶段(40年代中年代中-50年代中年代中)n文件系统阶段文件系统阶段(50年代末年代末-60年代中年代中)n数据库系统阶段数据库系统阶段(60年代末年代末-现在现在)7/12/202416一、人工管理（P7）p时期n40年代中-50年代中p产生的背景n应用需求科学计算n硬件水平无直接存取存储设备n软件水平没有操作系统n处理方式批处理7/12/202417人工管理(续)p特点n数据不保存n数据不共享n数据不具有独立性7/12/202418应用程序与数据的对应关系(人工管理)应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集n.7/12/202419二、文件系统p时期n50年代末-60年代中p产生的背景n应用需求科学计算、管理n硬件水平磁盘、磁鼓n软件水平有文件系统n处理方式联机实时处理、批处理7/12/202420文件系统(续)特点数据可以长期保存有文件系统管理数据数据的共享性差数据独立性差7/12/202421应用程序与数据的对应关系(文件系统)应用程序应用程序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件n存取存取方法方法.7/12/202422三、数据库系统p时期n60年代末以来p产生的背景n应用背景大规模管理n硬件背景大容量磁盘n软件背景有数据库管理系统n处理方式联机实时处理,分布处理,批处理7/12/202423应用程序与数据的对应关系(数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库7/12/202424数据库系统(续)p特点n数据结构化n数据的共享性高n数据的独立性高n数据DBMS统一管理和控制7/12/202425数据结构化p整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。p数据库中实现的是数据的真正结构化n数据的结构用数据的结构用数据模型数据模型描述，无需程序定义和解释。描述，无需程序定义和解释。n数据可以数据可以变长变长。n数据的最小存取单位是数据的最小存取单位是数据项数据项。7/12/202426数据的高共享性的好处p降低数据的冗余度，节省存储空间p避免数据间的不一致性p使系统易于扩充7/12/202427数据独立性p物理独立性n指应用程序与数据存储方式是相互独立的。当数据的物理指应用程序与数据存储方式是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变存储改变了，应用程序不用改变。p逻辑独立性n指指应应用用程程序序与与数数据据的的逻逻辑辑结结构构是是相相互互独独立立的的。数数据据的的逻逻辑辑结构改变了，用户程序也可以不变结构改变了，用户程序也可以不变。7/12/202428DBMS对数据的控制功能p数据的安全性（Security）保护n使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。p数据的完整性（Integrity）控制n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。7/12/202429DBMS对数据的控制功能p并发（Concurrency）控制n对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。p数据库恢复（Recovery）n将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。7/12/202430第一章绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型1.3 数据库系统结构1.4 数据库系统的组成1.5 小结7/12/2024311.2数据模型 1.2.1 两类数据模型 1.2.3 概念模型 1.2.5 逻辑模型和物理模型7/12/2024321.2.1两类数据模型（P12）p数据模型是现实世界数据特征的抽象 由于计算机不可能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们必须事先把具体事物转换成计算机能够处理的数据，也就是利用数学模型这个工具来抽象、表示和处理。p数据模型就是现实世界数据的模拟和抽象7/12/2024331.2.1两类数据模型(续)p数据模型分成两类(1)概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。用于数据库设计据和信息建模。用于数据库设计(2)逻辑逻辑模型和物理模型模型和物理模型 其中其中逻辑模型逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系主要包括网状模型、层次模型、关系模型等。逻辑模型等。逻辑模型和物理模型模型和物理模型它是按计算机系统的观它是按计算机系统的观点对数据建模，用于点对数据建模，用于DBMS的实现。的实现。7/12/2024341.2.1两类数据模型(续)p客观事物的抽象过程-两步抽象n现实世界中的客观对象抽象为概念模型；现实世界中的客观对象抽象为概念模型；n把把概概念念模模型型转转换换为为某某一一DBMS支支持持的的数数据据模模型型（逻逻辑辑模型和物理模型）。模型和物理模型）。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。7/12/202435现实世界现实世界概念模型概念模型DBMS支持的数据模型支持的数据模型认识抽象认识抽象信息世界信息世界机器世界机器世界7/12/2024361.2数据模型 1.2.1 两类数据模型 1.2.3 概念模型 1.2.5 逻辑模型和物理模型7/12/2024371.2.3概念模型（P14）1.基本概念2.两个实体（集）之间的联系3.两个以上实体（集）之间的联系4.单个实体（集）内的联系5.概念模型的一种表示方法：实体联系方法6.一个实例7/12/2024381.概念模型的基本概念(1)实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2)属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。一个实体可以由若干个属性来刻画。(3)码（Key）也叫候选码或键唯一标识实体的属性组称为码。唯一标识实体的属性组称为码。7/12/202439信息世界中的基本概念(续)(4)域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域属性的取值范围称为该属性的域。*(5)实体型（Entity Type）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型同类实体称为实体型(6)实体集（Entity Set）同型实体的集合称为实体集同型实体的集合称为实体集7/12/202440信息世界中的基本概念(续)(7)联系（Relationship）现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系中反映为实体内部的联系和实体之间的联系实体集间联系 两个实体之间两个实体之间 一对一联系一对一联系（1:1）两个以上实体之间两个以上实体之间 一对多联系（一对多联系（1:n）一个实体内部一个实体内部 多对多联系（多对多联系（m:n）7/12/2024412.两个实体间的联系p一对一联系 如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体则称实体集集A与实体与实体集集B具有一对一联系具有一对一联系。记为。记为1:1。7/12/202442班级与班长之间的联系：班级与班长之间的联系：一个班级只有一个班长一个班级只有一个班长 一个班长只在一个班中任职一个班长只在一个班中任职还有：班级与班主任还有：班级与班主任之间的联系之间的联系 系与系主任之间的联系等系与系主任之间的联系等 实例7/12/2024432.两个实体间的联系(续)p一对多联系 如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中有有n个个实实体体（n0）与与之之联联系系，反反之之，对对于于实实体体集集B中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集A中中至至多多只只有有一一个个实实体体与与之之联联系系，则则称称实实体体集集A与与实实体体集集B有一对多联系。有一对多联系。记记为为1:n7/12/202444实例班级与学生之间的联系：班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习每个学生只在一个班级中学习还有：班级与辅导员之间的联系还有：班级与辅导员之间的联系 系与教师之间的联系系与教师之间的联系 系与班级之间的联系系与班级之间的联系 系与专业之间的联系等系与专业之间的联系等7/12/2024452.两个实体间的联系(续)多对多联系（m:n）如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中有有n个个实实体体（n0）与与之之联联系系，反反之之，对对于于实实体体集集B中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集A中中也也有有m个个实实体体（m0）与与之之联联系系，则则称称实实体体集集A与实体与实体B具有多对多联系。记为具有多对多联系。记为m:n7/12/202446实例课程与学生之间的联系：课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程一个学生可以同时选修多门课程还有：课程与教师之间的联系还有：课程与教师之间的联系 图书与学生之间的联系图书与学生之间的联系 宾馆客房与客人之间的联系等宾馆客房与客人之间的联系等7/12/2024473.两个以上实体间的联系多个实体集间的一对多联系若实体集若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体存在联系，对于实体集集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的中的给定实体，最多只和给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，反中的一个实体相联系，反之，对于实体集之，对于实体集Ei中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集Ej中中有有m个实体（个实体（m0）与之联系，则我们）与之联系，则我们说说Ei与与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系之间的联系是一对多的。是一对多的。7/12/2024483.两个以上实体间的联系(续)n实例 课程、教师与参考书三个实体课程、教师与参考书三个实体如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用参考书只供一门课程使用课程与教师、参考书之间的联系是一对多的课程与教师、参考书之间的联系是一对多的p多个实体型间的一对一联系p多个实体型间的多对多联系7/12/202449多个实体型间的多对多联系供应商、项目、零件三个实体 如果一个供应商可以供应多个项目和多种零件，每个项目、每种零件可以由多个供应商提供。供应商、项目、零件之间的联系是多对多的7/12/2024504.同一实体集内实体间的联系p一对多联系n实例 职工实体集内部具有领导与被领导的联系职工实体集内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）某一职工（干部）“领导领导”若干名职工若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系这是一对多的联系p一对一联系p多对多联系7/12/2024515.概念模型的一种表示方法：实体联系方法p概念模型的表示方法很多p实体联系方法(E-R方法)n用E-R图来描述现实世界的概念模型nE-R方法也称为E-R模型7/12/202452E-R图p实体集n用矩形表示，矩形框内写明实体名。学生学生教师教师7/12/202453E-R图(续)p属性n用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名7/12/202454E-R图(续)p联系n联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（上联系的类型（1:1、1:n或或m:n）n联系的属性：联系本身也是一种实体，也可以有属联系本身也是一种实体，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来边与该联系连接起来 7/12/202455联系的表示方法实体实体1联系名联系名实体实体2111:1联系联系实体实体1联系名联系名实体实体2mnm:n联系联系实体实体1联系名联系名实体实体21n1:n联系联系7/12/202456联系的表示方法(续)实体实体1联系名联系名mn同一实体型内同一实体型内部的部的m:n联系联系实体实体1联系名联系名实体实体21m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系实体实体3n7/12/202457联系的表示方法示例班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系7/12/202458联系的表示方法示例(续)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多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系参考书参考书n7/12/202459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7/12/2024606.实例E-R图E-R图实例：P17-P19 某工厂物资管理某工厂物资管理E-R图图7/12/202461供应商仓库职工零件项目供应领导存放库存量供应量所属11NNPMNM某工厂物资管理的概念模型N7/12/202462课堂练习（P38第12题）学校有若干个系，每个系有若干个班级和教研室，每个教研室有若干个老师，每个班级有若干个学生，每个学生选修若干课程，每门课程可由若干个学生选修，每门课程可由若干教师讲解，每个教师最多教一门课。请用E-R图画出该学校的概念模型。7/12/202463系班级教研室老师学生课程所属所属所属所属选修讲解NNNNNN1111M17/12/202464课堂练习（P38第13题）某工厂生产若干个产品，每个产品由不同的零件组成，有的零件可用在不同的产品上，这些零件由不同的原材料组成，不同的零件所用的原材料可以相同。这些零件按所属的不同产品分别放在仓库中，原材料按类别放在若干个仓库中。请用E-R图画出该工厂产品、零件、原材料和仓库的概念模型。7/12/202465产品零件原材料仓库组成制作存放存放NM1NMMNN7/12/202466销售单的样式日期：单据号：收款人：客户：金额：交款：找零：商品编码名称数量单价00671香皂35.0000034洗发水215.0000023毛巾15.5600234拖鞋24.00 表头部分明细部分7/12/202467相同类型单据还有p采购单、采购订货单p入库单、出库单p销售订货单p医生开的处方单p等等7/12/202468销售单概念模型的表示方法单据头明细日期单据号金额收款人客户商品商品编码商品名称型号规格数量NM单价单价7/12/202469练习 假设某招待所业务规定，每个账单对应一个顾客，账单的账单编号是惟一的，账单中包含一个顾客姓名、账单日期和顾客每日的消费明细，账单的格式如下图所示。消费账单账单日期：2008-12-11编号：000120 顾客姓名：李升 金额：280.00元 消费日期项目金额（元）2008-12-10房租150.002008-12-10餐费50.002008-12-10电话费20.002008-12-11餐费60.00如果根据上述业务规则，设计一个关系模式：R(账单编号,账单日期,顾客姓名,消费日期,项目,金额）。7/12/202470如果根据上述业务规则，设计一个关系模式：R(账单编号,账单日期,顾客姓名,消费日期,项目,金额）。试回答下列问题：（1）根据上述规定，写出关系模式R的基本函数依赖；（2）找出关系模式R的候选码；（3）试问关系模式R最高属于第几范式？为什么？（4）如果R不属于3NF，请将R分解成3NF模式集。7/12/2024711.2.5常用逻辑模型p层次模型（层次模型（Hierarchical Model）p网状模型网状模型(Network Model)p关系模型关系模型(Relational Model)p面向对象模型面向对象模型(Object Oriented Model）p对象对象关系关系模型模型(Object Relational Model）7/12/2024721.层次数据模型的数据结构p层次模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。1.有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根 结点结点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p层次模型中的几个术语n根结点，双亲结点，兄弟结点根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点叶结点7/12/202473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7/12/202474D02计算机R01计科R02电信R03信管S02文S23刘S56张E21王E17冯E45孟E11陈E33张系教研室学生教师教师7/12/2024756.典型的层次数据库系统IMS数据库管理系统n第一个大型商用第一个大型商用DBMSn1968年推出年推出nIBM公司研制公司研制7/12/2024762.网状数据模型的数据结构p网状模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。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。7/12/202477网状数据模型的数据结构 1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L3L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4L4 R4 R4 R5R5 7/12/202478学号姓名系别学号课程号成绩课程号课程名学分学生课程选课7/12/202479S1 C1 S1 C2S1 C3S1S3 C2 C27/12/2024806.典型的网状数据库系统pDBTG系统，亦称CODASYL系统n由由DBTG提出的一个系统方案提出的一个系统方案n奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术n70年代推出年代推出p实际系统nCullinet Software Inc.公司的公司的 IDMSnUnivac公司的公司的 DMS1100nHoneywell公司的公司的IDS/2nHP公司公司的的IMAGE7/12/2024815.层次、网状模型的缺点p缺点n结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不便于管理的结构就变得越来越复杂，不便于管理nDDL、DML语言复杂，用户不容易使用语言复杂，用户不容易使用7/12/2024821.2.5关系模型1.关系数据模型的数据结构 2.关系数据模型的操作与完整性约束 3.关系数据模型的存储结构 4.关系数据模型的优缺点7/12/202483关系模型p最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型p1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd提出p本课程的重点7/12/2024841.关系数据模型的数据结构p在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。7/12/202485关系模型的基本概念n关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表。n元组（Tuple）表中的一行即为一个元组。n属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。7/12/202486关系模型的基本概念n码（Key）表中唯一确定一个元组的最小属性组。p超码表中唯一确定一个元组的属性组。p主码如果关系有多个码，则，可以选择其中的一个为关系的主码（primary key）。7/12/202487关系模型的基本概念n域（Domain）属性的取值范围。n分量元组中的一个属性值。n关系模式对关系的描述关系名（属性1，属性2，属性n）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）7/12/2024881.关系数据模型的数据结构(续）p实体及实体间的联系都是用关系来表示。7/12/202489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，年级，系号）学生（学号，姓名，年龄，性别，年级，系号）系系(系号，系名，办公地点，系主任系号，系名，办公地点，系主任)7/12/2024901.关系数据模型的数据结构(续）例2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）学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）课程（课程号，课程名，学分）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）选修（学号，课程号，成绩）7/12/2024911.关系数据模型的数据结构(续）例3系、系主任、系与系主任之间的一对一联系：系（系号，系名，电话，地址）系（系号，系名，电话，地址）系主任（主任号，主任名，系号）系主任（主任号，主任名，系号）或者：或者：系（系号，系名，电话，地址，主任号）系（系号，系名，电话，地址，主任号）系主任（主任号，主任名）系主任（主任号，主任名）7/12/2024921.关系数据模型的数据结构(续）p关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。可分的数据项。职 工号姓名基本工资，津贴房租，水电实发022陈平1305，1200160，11222337/12/2024932.关系模型的操作和完整性约束条件p查询、插入、删除、修改p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p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”7/12/2024942.关系模型的完整性约束条件p实体完整性约束p参照完整性约束p用户定义的完整性约束7/12/2024953.关系数据模型的存储结构p有的DBMS一个表对应一个操作系统文件p有的DBMS从操作系统获得若干大的文件，自己设计表、索引等存储结构7/12/2024964.关系模型的优缺点p优点n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n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p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。p对数据的操作结果也是关系。对数据的操作结果也是关系。n关系模型的存取路径对用户透明(隐蔽)p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p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7/12/202497关系模型的优缺点（续）p缺点存取路径对用户透明存取路径对用户透明(隐蔽)导致查询效率不高导致查询效率不高为提高性能，必须对用户的为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化查询请求进行优化增加了开发数据库管理系统的难度增加了开发数据库管理系统的难度7/12/202498第一章绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型1.3 数据库系统结构1.4 数据库系统的组成1.5 小结7/12/2024991.3数据库系统结构1.3.1 数据库系统模式的概念1.3.2 数据库系统的三级模式结构1.3.3 数据库的二级映象功能与数据独立性7/12/20241001.3.1数据库系统模式的概念p“型”和“值”的概念n型（Type）对某一类数据的逻辑结构和属性的说明n值（Value）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）该记录型的一个记录值：该记录型的一个记录值：（900201，李明，男，计算机，李明，男，计算机，22，江苏），江苏）7/12/2024101数据库系统模式的概念（续）p模式（Schema）n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n是型的描述是型的描述n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n模式是相对稳定的模式是相对稳定的p模式的一个实例（Instance）n模式的一个具体值模式的一个具体值n反映数据库某一时刻的状态反映数据库某一时刻的状态n同一个模式可以有很多实例同一个模式可以有很多实例n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7/12/20241021.3数据库系统结构1.3.1 数据库系统模式的概念1.3.2 数据库系统的三级模式结构1.3.3 数据库的二级映象功能与数据独立性7/12/20241031.3.2数据库系统的三级模式结构7/12/20241041模式（Schema）P32p模式（也称逻辑模式）n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n所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求p一个数据库只有一个模式p模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层n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n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p模式的定义n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）n数据之间的联系数据之间的联系n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7/12/20241052.外模式（ExternalSchema）p外模式（也称子模式或用户模式）n数数据据库库用用户户（包包括括应应用用程程序序员员和和最最终终用用户户）使使用用的的局局部部数数据据的的逻逻辑结构和特征的描述辑结构和特征的描述n数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示7/12/2024106外模式（续）p外模式的地位：介于模式与应用之间n模式与外模式的关系：一对多模式与外模式的关系：一对多p外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集p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的应应用用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求需求、看待数据的方式、对数据保密的要求p对对模模式式中中同同一一数数据据，在在外外模模式式中中的的结结构构、类类型型、长长度度、保保密级别等都可以不同密级别等都可以不同n外模式与应用的关系：一对多p同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用，同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用，p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。7/12/2024107外模式（续）p外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施。保证数据库安全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据7/12/20241083内模式（InternalSchema）p内模式（也称存储模式）n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n是数据在数据库内部的表示方式是数据在数据库内部的表示方式p记记录录的的存存储储方方式式（顺顺序序存存储储，按按照照B树树结结构构存存储储，按按hash方方法存储）法存储）p索引的组织方式索引的组织方式p数据是否压缩存储数据是否压缩存储p数据是否加密数据是否加密p数据存储记录结构的规定数据存储记录结构的规定p一个数据库只有一个内模式7/12/20241091.3数据库系统结构1.3.1数据库系统模式的概念1.3.2数据库系统的三级模式结构1.3.3数据库的二级映象功能与数据独立性7/12/20241101.3.3三级模式与二级映象（P33）p三级模式是对数据的三个抽象级别p二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换7/12/2024111数据库系统的三级模式结构7/12/20241121外模式模式映象p定义外模式与模式之间的对应关系p每一个外模式都对应一个外模式模式映象p映象定义通常包含在各自外模式的描述中7/12/2024113外模式模式映象的用途保证数据的逻辑独立性n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，式映象，)可以使外模式保持不变可以使外模式保持不变n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，简简称称数数据的逻辑独立性据的逻辑独立性。7/12/20241142模式内模式映象p模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的p数据库中模式内模式映象是唯一的p该映象定义通常包含在模式描述中7/12/2024115模式内模式映象的用途保证数据的物理独立性n数数据据库库的的内内模模式式（例例如如选选用用了了另另一一种种存存储储结结构构）改改变变，可以使模式保持不变可以使模式保持不变n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立性性，简称数据的物理独立性。简称数据的物理独立性。7/12/2024116第一章绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型1.3 数据库系统结构1.4 数据库系统的组成1.5 小结7/12/2024117硬件平台硬件平台软件软件人员人员1.4数据库系统的组成7/12/2024118一、硬件平台及数据库p数据库系统对硬件资源的要求(1)足够大的内存n操作系统操作系统nDBMS的核心模块的核心模块n数据缓冲区数据缓冲区n应用程序应用程序7/12/2024119数据库系统对硬件资源的要求 (2)足够大的外存n 磁盘p操作系统操作系统pDBMSp应用程序应用程序p数据库及其备份数据库及其备份n 光盘、磁带、软盘p数据备份数据备份(3)较高的通道能力，提高数据传送率7/12/2024120二、软件p操作系统pDBMSp数据库p与数据库接口的高级语言及其编译系统p以DBMS为核心的应用开发工具p为特定应用环境开发的数据库应用系统7/12/2024121三、人员p数据库管理员p系统分析员及数据库设计人员p应用程序员p最终用户7/12/20241221.数据库管理员(DBA)p决定数据库中的信息内容和结构p决定数据库的存储结构和存取策略p定义数据的安全性要求和完整性约束条件7/12/2024123数据库管理员(续)p监控数据库的使用和运行n周期性转储数据库p数据文件p日志文件n系统故障恢复n介质故障恢复n监视审计文件7/12/2024124数据库管理员(续)p数据库的改进和重组n性能监控和调优n数据重组p数据库重构7/12/20241252.系统分析员p负责应用系统的需求分析和规范说明p与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置p参与数据库系统的概要设计7/12/20241263.数据库设计人员p参加用户需求调查和系统分析p确定数据库中的数据p设计数据库各级模式7/12/20241274.应用程序员p设计和编写应用系统的程序模块p进行调试和安装7/12/20241285.用户p偶然用户n企业或组织机构的高中级管理人员p简单用户n银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员7/12/2024129用户（续）p复杂用户n工程师、科学家、经济学家、科技工作者等n直接使用数据库语言访问数据库，甚至能够基于数据库管理系统的API编制自己的应用程序7/12/2024130第一章绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型1.3 数据库系统结构1.4 数据库系统的组成1.5 小结7/12/2024131小结p数据库系统概述n数据库的基本概念n数据管理的发展过程n数据库系统特点p数据模型n概念模型，E-R 模型n关系数据模型7/12/2024132小结(续)p数据库系统的结构n数据库系统三级模式结构n二级映像与数据独立性p数据库系统的组成7/12/2024133练习试题：建立一个关于产品生产情况的关系数据库，其中：描述车间的信息有：车间号、车间名、电话、生产产品及数量。描述产品的信息有：产品号、产品名、规格、型号。有关语义如下：同一种产品可以由不同的车间生产；每一车间可以生产多种产品。请画出该关系数据库的E-R图；给出关系模式；7/12/2024134E-R图车间产品生产车间号车间名电话产品号产品名规格型号数量NM7/12/2024135关系模式车间（车间号，车间名，电话）产品（产品号，产品名，规格，型号）生产（车间号，产品号，数量）7/12/2024136关系模式车间（车间号，车间名，电话）产品（产品号，产品名，规格，型号）生产（车间号，产品号，数量）7/12/2024137