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1、数据库基础第一章数据库基础第一章第1页，共86页，编辑于2022年，星期六课程目标课程目标q数据库发展数据库发展q数据库系统数据库系统q模型涉及的基本概念模型涉及的基本概念 q数据库的体系结构数据库的体系结构 q数据库管理系统数据库管理系统 第2页，共86页，编辑于2022年，星期六数据库发展数据库发展 20世纪世纪60年代末，数据库技术斩露头年代末，数据库技术斩露头角，随即得到迅速发展，成为数据处理角，随即得到迅速发展，成为数据处理的公用支撑技术。时至今日，数据库系的公用支撑技术。时至今日，数据库系统已遍布政府机关、社会团体和各个行统已遍布政府机关、社会团体和各个行业，存储着它们赖以正常运转
2、的数据资业，存储着它们赖以正常运转的数据资源，显著地提高了工作效率和质量，产源，显著地提高了工作效率和质量，产生出极大的社会、经济效益。生出极大的社会、经济效益。第3页，共86页，编辑于2022年，星期六数据管理技术的发展数据管理技术的发展初期文件系统特征初期文件系统特征 图图1-1带有访问方法的数据组织图带有访问方法的数据组织图1-2初期的数据库结构初期的数据库结构 图图1-3今天的数据库方法今天的数据库方法 图图1-4 第4页，共86页，编辑于2022年，星期六数据库系统数据库系统数据库管理系统是数据库管理系统是位于用户与操作系位于用户与操作系统之间的一个数据统之间的一个数据管理软件。管理
3、软件。SQL Server 2005第5页，共86页，编辑于2022年，星期六数据库系统数据库系统 为了更快地理解数据库方法，不妨为了更快地理解数据库方法，不妨将其与图书馆做一对比：将其与图书馆做一对比：图书馆图书馆 建立完善的书卡建立完善的书卡 图书应有组织地图书应有组织地存放在书库中存放在书库中规定借问权限，并规定借问权限，并建立周密的借阅管理制度建立周密的借阅管理制度 提供图提供图书及各类文献的借阅服务书及各类文献的借阅服务 第6页，共86页，编辑于2022年，星期六 对数据库系统来说，也要完成类似干对数据库系统来说，也要完成类似干上述图书馆的工作上述图书馆的工作：要建立数据模型要建立数
4、据模型数据也应有组织地存放数据也应有组织地存放在存储设备上，并建立数据模型到物理存储在存储设备上，并建立数据模型到物理存储位置的对应表位置的对应表 数据库系统要为不同用户确数据库系统要为不同用户确定不同的访问权限并进行访问控制定不同的访问权限并进行访问控制 提供以提供以数据库为基础的各种应用服务数据库为基础的各种应用服务 图图1-5第7页，共86页，编辑于2022年，星期六数数据据库库系系统统阶阶段段，程程序序与与数数据据之之间间的关系可用下图表示。的关系可用下图表示。数据库系统阶段数据库系统阶段应用程序1应用程序2应用程序n数据库数据库管理系统第8页，共86页，编辑于2022年，星期六模型涉
5、及的基本概念模型涉及的基本概念信息控制系统信息控制系统 图图1-6实体模型实体模型数据模型数据模型第9页，共86页，编辑于2022年，星期六信息的三个领域信息的三个领域三个世界的划分三个世界的划分由由于于计计算算机机不不能能直直接接处处理理现现实实世世界界中中的的具具体体事事物物，所所以以人人们们必必须须将将具具体体事事物物转转换换成成计计算算机机能能够够处处理理的的数据。数据。在在数数据据库库中中用用数数据据模模型型来来抽抽象象、表表示示和和处处理理现现实实世世界中的数据。界中的数据。现实世界信息世界认识抽象计算机世界第10页，共86页，编辑于2022年，星期六实体模型实体模型实体与实体类型
6、实体与实体类型 属性属性 联系联系 弱实体类型弱实体类型 第11页，共86页，编辑于2022年，星期六ER模型概述模型概述什么是什么是ER模型模型ER模型的基本元素模型的基本元素实体联系属性例子实体联系属性ER模型图例老师学生教mn学号姓名专业班级职称性别姓名职号第12页，共86页，编辑于2022年，星期六1.1.实体（实体（EntityEntity）客客观观存存在在并并且且可可以以相相互互区区别别的的“事事物物”称为实体。称为实体。实实体体可可以以是是可可触触及及的的对对象象，如如一一个个学学生生，一一本本书书，一一辆辆汽汽车车；也也可可以以是是抽抽象象的的事事件件，如如一一堂堂课课，一一次
7、次比比赛等。赛等。第13页，共86页，编辑于2022年，星期六2.2.属性属性(Attributes)(Attributes)实体的某一特性称为属性。实体的某一特性称为属性。如学生实体有学号、姓名、年龄、性别、系等方面的属性。属性有“型”和“值”之分，“型”即为属性名，如姓名、年龄、性别是属性的型；“值”即为属性的具体内容，如（990001,张立，20，男，计算机）这些属性值的集合表示了一个学生实体。第14页，共86页，编辑于2022年，星期六属性的分类属性的分类基本属性和复合属性（可否基本属性和复合属性（可否再分）再分）单值属性和多值属性（对一个实单值属性和多值属性（对一个实体对象是否只能取
8、一个值）体对象是否只能取一个值）多值属性的处理多值属性的处理将原来的多值属性用几个新的单值属性来表示。将原来的多值属性用一个新的实体类型表示导出属性导出属性空值空值图 地址属性的层次结构邮政编码省（市）名地址区 名街 道家庭地址门牌号码图 多值属性的表示零件编码零件零件名供应商规格进货价格销售价格价格图 导出属性的表示工号职工姓名基本工资奖金房租实发工资图 多值属性的变换（1）零件编码零件零件名供应商规格进货价格经销价格代销价格批发价格零售价格图 多值属性的变换（2）零件编码零件零件名供应商规格进货价格销售性质价格售货价格存在销售价格1N零件编码零件编码第15页，共86页，编辑于2022年，星
9、期六3.3.域（域（DomainDomain）属性值的取值范围称为该属性的域。属性值的取值范围称为该属性的域。如学号的域为6位整数，姓名的域为字符串集合，年龄的域为小于40的整数，性别的域为（男，女）。第16页，共86页，编辑于2022年，星期六3.3.实体型（实体型（Entity TypeEntity Type）若若干干个个属属性性型型组组成成的的集集合合可可以以表表示示一一个个实实体的类型，简称实体型。体的类型，简称实体型。如学生（学号，姓名，年龄，性别，系）就是一个实体型。4.4.实体集实体集(Entity Set)(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
10、集。如所有的学生、所有的课程等。第17页，共86页，编辑于2022年，星期六5.5.键（键（KeyKey）能能唯唯一一标标识识一一个个实实体体的的属属性性或或属属性性集称为实体的键。集称为实体的键。如学生的学号，学生的姓名可能有重名，不能作为学生实体的键。第18页，共86页，编辑于2022年，星期六7.7.联系（联系（RelationshipRelationship）在在现现实实世世界界中中，事事物物内内部部以以及及事事物物之之间间是是有有联联系系的的，这这些些联联系系同同样样也也要要抽抽象象和和反反映映到到信信息息世世界界中中来，来，在在信信息息世世界界中中将将被被抽抽象象为为实实体体型型内
11、内部部的的联联系系和和实实体体型之间的联系。型之间的联系。实实体体内内部部的的联联系系通通常常是是指指组组成成实实体体的的各各属属性性之之间间的联系；的联系；实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。反反映映实实体体型型及及其其联联系系的的结结构构形形式式称称为为实实体体模模型型，也也称称作作信息模型信息模型，它是现实世界及其联系的抽象表示。，它是现实世界及其联系的抽象表示。第19页，共86页，编辑于2022年，星期六两两个个实实体体型型之之间间的的联联系系有有如如下下三三种种类类型：型：（1 1）一对一联系（）一对一联系（1:11:1）（2 2）
12、一对多联系（）一对多联系（1:n1:n）（3 3）多对多（）多对多（m:nm:n）第20页，共86页，编辑于2022年，星期六（1 1）一对一联系（）一对一联系（1:11:1）实实体体集集A A中中的的一一个个实实体体至至多多与与实实体体集集B B中中的的一一个个实实体体相相对对应应，反反之之亦亦然然，则则称称实实体体集集A A与与实体集实体集B B为一对一的联系。记作为一对一的联系。记作1:11:1。如：班级与班长，观众与座位，病人与床位。第21页，共86页，编辑于2022年，星期六（2 2）一对多联系（）一对多联系（1:n1:n）实实体体集集A A中中的的一一个个实实体体与与实实体体集集B
13、 B中中的的多多个个实实体体相相对对应应，反反之之，实实体体集集B B中中的的一一个个实实体体至至多与实体集多与实体集A A中的一个实体相对应。记作中的一个实体相对应。记作1:n1:n。如：班级与学生、公司与职员、省与市。第22页，共86页，编辑于2022年，星期六（3 3）多对多（）多对多（m:nm:n）实实体体集集A A中中的的一一个个实实体体与与实实体体集集B B中中的的多多个个实实体体相相对对应应，反反之之，实实体体集集B B中中的的一一个个实实体体与与实实体体集集A A中中的的多多个个实实体体相相对对应应。记记作作（m:nm:n）。）。如：教师与学生,学生与课程，工厂与产品。第23页
14、，共86页，编辑于2022年，星期六实实际际上上，一一对对一一联联系系是是一一对对多多联联系系的的特特例例，而一对多联系又是多对多联系的特例。而一对多联系又是多对多联系的特例。可可以以用用图图形形来来表表示示两两个个实实体体型型之之间间的的这这三三类类联系，如图书联系，如图书 1.71.7所示。所示。A B A B A B A B A B A B (a)(b)(c)(a)(b)(c)不同实体集实体之间的联系第24页，共86页，编辑于2022年，星期六弱实体弱实体什么是弱实体什么是弱实体弱实体的表示方法弱实体的表示方法包含弱实体的包含弱实体的ER图转换成关系模式图转换成关系模式问题：问题：在人事
15、管理系统中，亲属的存在是以职工的存在为前提，即亲属对于职工具有依赖联系，所以说，亲属是弱实体 职 工家属具有1NER图职工职工（职工号，职工姓名，性别，年龄）亲属亲属（职工号，称呼，姓名，工作单位）关系关系模式模式问题问题:商业应用系统中，顾客地址的存在依赖于顾客的存在（一般顾客可以有若干个联系地址）ER图顾 客地 址通讯N1第25页，共86页，编辑于2022年，星期六实体联系模型实体联系模型ER模型的图形描述模型的图形描述实体间的联系是两个或两个以上实体类型之间的有名称的关联。实体间的联系用菱形表示，菱形内要有联系名，并用无向边把菱形分别与有关实体相连接，在无向边旁标上联系的类型第26页，共
16、86页，编辑于2022年，星期六例题例题在著书工作中，一位作在著书工作中，一位作者可以编写多本图书，一本书者可以编写多本图书，一本书也可由多位作者编写，设作者也可由多位作者编写，设作者的属性有：作者号，姓名，单的属性有：作者号，姓名，单位，电话；书的属性有：书号，位，电话；书的属性有：书号，书名，出版社，日期。画出书名，出版社，日期。画出ER图。图。第27页，共86页，编辑于2022年，星期六作者作者号电话姓名单位书书号书名出版社日期编写mn第28页，共86页，编辑于2022年，星期六例题例题 有产品实体集，包含属有产品实体集，包含属性：产品号、产品名；有零件性：产品号、产品名；有零件实体，包
17、含属性：零件号、规实体，包含属性：零件号、规格型号。每一产品可能由多种格型号。每一产品可能由多种零件组成，有的零件用于多种零件组成，有的零件用于多种产品，有的产品需要一定数量产品，有的产品需要一定数量的同类零件。画出的同类零件。画出ER图。图。第29页，共86页，编辑于2022年，星期六产品产品号产品号产品名零件零件号规格组成数量m第30页，共86页，编辑于2022年，星期六例题例题一个图书馆系统要求实现以下业务：一个图书馆系统要求实现以下业务：（1）可以随时查询书库中现有书籍的品种、数量、）可以随时查询书库中现有书籍的品种、数量、存放位置、所有各类书籍均可由书号唯一标识。存放位置、所有各类书
18、籍均可由书号唯一标识。（2）可以随时查询书籍的借还情况，包括借书人）可以随时查询书籍的借还情况，包括借书人单位、姓名、借书证号、借书日期、还书日期。单位、姓名、借书证号、借书日期、还书日期。约定：任何人可借多种书，任何一种书可为多个人约定：任何人可借多种书，任何一种书可为多个人所借，借书证号有唯一性。所借，借书证号有唯一性。（3）当需要时，可通过数据库中保存的出版社的电报）当需要时，可通过数据库中保存的出版社的电报编号、电话、邮编、地址等信息有关书籍的出版社购有编号、电话、邮编、地址等信息有关书籍的出版社购有关书籍，我们约定：一个出版社可出版多种书籍，同一关书籍，我们约定：一个出版社可出版多种
19、书籍，同一本书公为一个出版社出版。出版社名唯一。画出本书公为一个出版社出版。出版社名唯一。画出ER图。图。第31页，共86页，编辑于2022年，星期六借书人姓名借书证号单位图书书号书名数量位置借书mn出版社出版m1社名电报编号电话地址邮编第32页，共86页，编辑于2022年，星期六数据模型数据模型数据模型是实体模型的数据化数据模型是实体模型的数据化记录与数据项记录与数据项(简称项简称项)类型与值类型与值 记录与文件记录与文件 物理存储中的数据描述物理存储中的数据描述 建立数据模型建立数据模型 第33页，共86页，编辑于2022年，星期六记录与数据项记录与数据项(简称项简称项)记录:描述实体的数
20、据记录有型和值之分:记录的型是结构,由数据项的型构成;记录的值表示对象中的一个实例,它的分量是数据项值.项：描绘属性的数据借书人姓名借书证号单位第34页，共86页，编辑于2022年，星期六类型与值类型与值类型：由相同数据项组成的记录值：具有某一记录类型的记录如：数据项“年龄”型：名称为年龄，数据特征为3位的十进制整数值：1岁、2岁、33岁、103岁第35页，共86页，编辑于2022年，星期六记录类型：数据项型的一个有序组记录类型：数据项型的一个有序组记录值：数据项值得有序组记录值：数据项值得有序组学号姓名出生性别年月日0001 张山1989 108男第36页，共86页，编辑于2022年，星期六
21、记录与文件记录与文件文件：纪录型和值的总和文件中不允许有无法区分的重复记录关键字：能够为一标识记录的一个或多个数据项主关键字：用于组织文件的关键字第37页，共86页，编辑于2022年，星期六通通过过以以上上的的介介绍绍，我我们们可可总总结结出出三三个个世世界界中中各各术语的对应关系。术语的对应关系。现实世界现实世界 信息世界信息世界 计算机世界计算机世界事物总体事物总体 实体集实体集 文件文件事物个体事物个体 实体实体 记录记录特征特征 属性属性 字段字段事物间联系事物间联系 实体模型实体模型 数据模型数据模型 第38页，共86页，编辑于2022年，星期六物理存储中的数据描述物理存储中的数据描
22、述逻辑数据物理数据位、字节、字、块、桶、卷宗、地址、指针第39页，共86页，编辑于2022年，星期六数据模型设计数据模型设计一般包括数据的基本结构、数据间的联系和数据中的约束第40页，共86页，编辑于2022年，星期六三种常见的数据模型三种常见的数据模型这这三三种种数数据据模模型型的的根根区区别别在在于于数数据据结结构构不不同，即数据之间联系的表示方式不同。同，即数据之间联系的表示方式不同。层次模型用“树结构”来表示数据之间的联系；网状模型是用“图结构”来表示数据之间的联系；关系模型是用“二维表”来表示数据之间的联系。第41页，共86页，编辑于2022年，星期六1.1.关系模型的基本概念关系模
23、型的基本概念关关系系模模型型的的数数据据结结构构是是一一个个“二二维维表表框框架架”组组成成的的集集合合，每每个个二二维维表表又又可可称称为为关关系系，所所以关系模型是以关系模型是“关系框架关系框架”的集合。的集合。关关系系模模型型与与层层次次模模型型、网网状状模模型型不不同同，它它是建立在是建立在严格的数学概念严格的数学概念之上的。之上的。第42页，共86页，编辑于2022年，星期六教教学学数数据据库库的的关关系系模模型型及及其其实实例例，包包含含五五个个关关系系：教教师师关关系系T T、学学生生关关系系S S、课课程程关关系系C C、学学习习关关系系SCSC和任课关系和任课关系TCTC，分
24、别对应五张表。，分别对应五张表。第43页，共86页，编辑于2022年，星期六T T（教师表）（教师表）TNO教师号TN姓名SEX性别AGE年龄PROF职称SAL工资COMM岗位津贴DEPT系别T1李力男47教授15003000计算机T2王平女28讲师8001200信息T3刘伟男30讲师9001200计算机T4张雪女51教授16003000自动化T5张兰女39副教授13002000信息第44页，共86页，编辑于2022年，星期六S（学生表）（学生表）SNO学号SN姓名SEX性别AGE年龄DEPT系别S1赵亦女17计算机S2钱尔男18信息S3孙珊女20信息S4李思男21自动化S5周武男19计算机S
25、6吴丽女20自动化第45页，共86页，编辑于2022年，星期六C（课程表）（课程表）CNO课程号CN课程名CT课时C1程序设计60C2微机原理80C3数字逻辑60C4数据结构80C5数据库60C6编译原理60C7操作系统60第46页，共86页，编辑于2022年，星期六SC（学习表）（学习表）TC（任课表）（任课表）SNO学号CNO课程号SCORE成绩TNO教师号CNO课程号S1C190T1C1S1C285T1C4S2C557T2C5S2C680T3C1S2C7T3C5S2C570T4C2S3C10T4C3S3C270T5C5S3C485T5C7S4C193S4C285S4C383S5C289第
26、47页，共86页，编辑于2022年，星期六层次模型层次模型层层次次模模型型用用一一棵棵“有有向向树树”的的数数据据结结构构来来表表示示各各类类实体以及实体间的联系。实体以及实体间的联系。在树中，每个结点表示一个记录类型，结点间的连线（或边）表示记录类型间的关系，每个记录类型可包含若干个字段，记录类型描述的是实体，字段描述实体的属性，各个记录类型及其字段都必须命名。如果要存取某一记录型的记录，可以从根结点起，按照有向树层次向下查找。第48页，共86页，编辑于2022年，星期六下图是层次模型有向树的示意图。结点下图是层次模型有向树的示意图。结点A A为根结为根结点，点，,F,G,F,G为叶结点，为
27、叶结点，B,DB,D为兄结点为兄结点层次模型有向树的示意图层次模型有向树的示意图 ABCDEF第49页，共86页，编辑于2022年，星期六1.1.层次模型的特征层次模型的特征（1 1）有且仅有一个结点没有双亲，该结点就是根结点；）有且仅有一个结点没有双亲，该结点就是根结点；（2 2）根根以以外外的的其其他他结结点点有有且且仅仅有有一一个个双双亲亲结结点点，这这就就使使得得层层次次数据库系统只能直接处理一对多的实体关系；数据库系统只能直接处理一对多的实体关系；（3 3）任何一个给定的记录值只有按其路径查看时，才能显）任何一个给定的记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义，没有一个子女记录值
28、能够脱离双亲记出它的全部意义，没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在。录值而独立存在。例如：以下是一个层次模型的例子，如图所示。例如：以下是一个层次模型的例子，如图所示。编号系名系地点学号姓名成绩教研室R学生STS数据库模型数据库模型 教师编号教研室名职工号姓名研究方向第50页，共86页，编辑于2022年，星期六网状模型的特征网状模型的特征（1 1）有一个以上的结点没有双亲；）有一个以上的结点没有双亲；（2 2）至少有一个结点可以有多于一个双亲。）至少有一个结点可以有多于一个双亲。即即允允许许两两个个或或两两个个以以上上的的结结点点没没有有双双亲亲结结点点，允允许许某某个个结结点点有有
29、多多个个双双亲亲结结点点，则则此此时时有有向向树树变变成成了有向图，该有向图描述了网状模型。了有向图，该有向图描述了网状模型。网网状状模模型型中中每每个个结结点点表表示示一一个个记记录录型型（实实体体），每每个个记记录录型型可可包包含含若若干干个个字字段段（实实体体的的属属性性），结结点点间间的的连连线线表表示示记记录录类类型型（实实体体）间间的的父父子子关关系。系。第51页，共86页，编辑于2022年，星期六如如：学学生生和和课课程程间间的的关关系系。一一个个学学生生可可以以选选修修多多门门课课程程，一一门门课课程程可可以以由由多多个个学学生生选选修修。如图所示如图所示 学生与课程的网状模型
30、学生与课程的网状模型 学生课程第52页，共86页，编辑于2022年，星期六面向对象模型面向对象模型 对象是现实世界中某个实体的模型对象是现实世界中某个实体的模型化。每个对象都有一个唯一标识符，化。每个对象都有一个唯一标识符，称为对象标识称为对象标识 第53页，共86页，编辑于2022年，星期六例如下图中，学生对象的对象标识为学例如下图中，学生对象的对象标识为学号号021601。对象还包括属性集合（描述。对象还包括属性集合（描述对象的状态、组成和特征）、方法集合对象的状态、组成和特征）、方法集合（描述对象的行为特征和实现）和消息（描述对象的行为特征和实现）和消息集合（对象操作请求的传递），集合（
31、对象操作请求的传递），第54页，共86页，编辑于2022年，星期六类结构图类结构图第55页，共86页，编辑于2022年，星期六数据库的体系结构数据库的体系结构 数据库的分级结构数据库的分级结构 模式及其映射模式及其映射 数据独立性数据独立性 第56页，共86页，编辑于2022年，星期六数据库的分级结构数据库的分级结构ANSIX3SPARC的数据库管理系的数据库管理系统研究组，在统研究组，在1975年公布的研究报年公布的研究报告中，把数据库分为三级：外模式、告中，把数据库分为三级：外模式、概念模式和内模式概念模式和内模式。第57页，共86页，编辑于2022年，星期六模式及其映射模式及其映射 模式
32、模式:是用模式定义语言是用模式定义语言(DDL)给出的数据库给出的数据库整体逻辑描述，包括逻辑记录类型和记录之间整体逻辑描述，包括逻辑记录类型和记录之间的关系的关系 是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。（概念模式，逻辑模式）例如：学生记录定义为（学号、姓名、性别、系别、年龄），称为记录型，而（001101，张立，男，计算机，20）则是该记录型的一个记录值。模式只是对记录型的描述，而与具体的值无关。第58页，共86页，编辑于2022年，星期六模模式式处处于于三三级级结结构构的的中中间间层层，它它是是整整个个数数据据库库实实际际存存储储的的抽抽象象表表示示，也也是是对对现现实实世世界界的的一
33、一个个抽抽象象，是是现现实实世世界界某某应应用用环环境境（企企业业或或单单位位）的的所所有有信信息息内内容容集集合合的的表表示示，也也是是所所有有个个别别用用户户视视图图综合起来的结果，所以又称综合起来的结果，所以又称用户共同视图用户共同视图。它表示了数据库的整体数据。它表示了数据库的整体数据。由由多多个个“概概念念记记录录”组组成成，包包含含数数据据库库的的所所有有信息，也称信息，也称“概念数据库概念数据库”、“DBADBA视图视图”。DBMS DBMS 提提供供模模式式描描述述语语言言（模模式式 DDLDDL）来来定定义义模式。模式。模式设计是数据库设计的基本任务模式设计是数据库设计的基本
34、任务第59页，共86页，编辑于2022年，星期六模式及其映射模式及其映射子模式子模式:是用户与数据库的接口是用户与数据库的接口 又称外模式或用户模式或外视图是三级结构的最外层，个别用户只对整个数据库的一部分感兴趣，所以外视图是个别用户看到和使用的数据库内容，因此也常把外视图称为用户数据库。第60页，共86页，编辑于2022年，星期六内内模模式式又又称称存存储储模模式式或或内内视视图图，是是三三级级结结构构中中的的最最内内层层，也也是是靠靠近近物物理理存存储储的的一一层层，即即与与实实际际存存储储数数据据方方式式有有关关的的一一层层，由由多多个个存存储储记记录录组组成成，但但并并非非物物理理层层
35、，不不必必关关心心具具体的存储位置。体的存储位置。DBMS DBMS 提提供供内内模模式式描描述述语语言言（内内模模式式 DDLDDL）来定义内模式。）来定义内模式。第61页，共86页，编辑于2022年，星期六在在数数据据库库系系统统中中，外外模模式式可可有有多多个个，而概念模式、内模式只能各有一个。而概念模式、内模式只能各有一个。内内模模式式是是整整个个数数据据库库实实际际存存储储的的表表示示，而而概概念念模模式式是是整整个个数数据据库库实实际际存存储储的的抽抽象象表表示示，外外模模式式是是概概念念模模式的某一部分的抽象表示。式的某一部分的抽象表示。第62页，共86页，编辑于2022年，星期
36、六数据库系统的二级映象数据库系统的二级映象(映射映射)数数据据库库系系统统的的三三级级模模式式是是对对数数据据的的三三个个抽抽象象级级别别，它它使使用用户户能能逻逻辑辑地地抽抽象象地地处处理理数数据据，而而不不必必关关心心数数据据在在计计算算机机内内部部的的存存储储方方式式，把把数数据据的的具具体体组组织交给织交给 DBMS DBMS 管理。管理。为为了了能能够够在在内内部部实实现现这这三三个个抽抽象象层层次次的的联联系系和和转转换换，DBMS DBMS 在在三三级级模模式式之之间提供了间提供了二级映象二级映象功能。功能。第63页，共86页，编辑于2022年，星期六1.1.模式模式/内模式映象
37、内模式映象数数据据库库中中的的模模式式和和内内模模式式都都只只有有一一个个，所所以以模模式式/内内模式映象是唯一的。模式映象是唯一的。它它确确定定了了数数据据的的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关系。应关系。例如，存储结构变化时，模式/内模式映象也应有相应的变化，使其概念模式仍保持不变，即把存储结构的变化的影响限制在概念模式之下，这使数据的存储结构和存储方法较高的独立于应用程序，通过映象功能保证数据存储结构的变化不影响数据的全局逻辑结构的改变，从而不必修改应用程序，即确保了数据的物理独立性。第64页，共86页，编辑于2022年，星期六2.2.外模式外模式/模式映象
38、模式映象数数据据库库中中的的同同一一模模式式可可以以有有任任意意多多个个外外模模式式，对对于每一个外模式，都存在一个外模式于每一个外模式，都存在一个外模式/模式映象。模式映象。它它确确定定了了数数据据的的局局部部逻逻辑辑结结构构与与全全局局逻逻辑辑结结构构之之间的对应关系。间的对应关系。例如，在原有的记录类型之间增加新的联系，或在某些记录类型中增加新的数据项时，使数据的总体逻辑结构改变，外模式/模式映象也发生相应的变化，这一映象功能保证了数据的局部逻辑结构不变，由于应用程序是依据数据的局部逻辑结构编写的，所以应用程序不必修改，从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。第65页，共86页，编辑于202
39、2年，星期六第66页，共86页，编辑于2022年，星期六数据独立性数据独立性物理数据独立性物理数据独立性 逻辑数据独立性逻辑数据独立性 第67页，共86页，编辑于2022年，星期六数数据据的的逻逻辑辑独独立立性性是是指指当当数数据据的的总总体体逻逻辑辑结结构构改改变变时时，数数据据的的局局部部逻逻辑辑结结构构不不变变，由由于于应应用用程程序序是是依依据据数数据据的的局局部部逻逻辑辑结结构构编编写写的的，所所以以应应用用程程序序不不必必须须修修改改，从从而而保保证证了了数据与程序间的逻辑独立性。数据与程序间的逻辑独立性。例如，在原有的记录类型之间增加新的联系，或在某些记录类型中增加新的数据项，均
40、可确保数据的逻辑独立性。第68页，共86页，编辑于2022年，星期六数数据据的的物物理理独独立立性性是是指指当当数数据据的的存存储储结结构构改改变变时时，数数据据的的逻逻辑辑结结构构不不变，从而应用程序也不必改变。变，从而应用程序也不必改变。例如，改变存储设备和增加新的存储设备，或改变数据的存储组织方式，均可确保数据的物理独立性。第69页，共86页，编辑于2022年，星期六数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)是一个非常是一个非常复杂的软件系统，对数据库系统的复杂的软件系统，对数据库系统的所有操所有操 作，包括定义、查询、更新和各种作，包括定义、查询、
41、更新和各种远行控制最终都是通过远行控制最终都是通过DBMS实现的，实现的，因此它是使数据库系统具有数据共因此它是使数据库系统具有数据共享、并发访问、数据独立等特性的享、并发访问、数据独立等特性的根本保证。根本保证。第70页，共86页，编辑于2022年，星期六DBMS的功能的功能 DBMS的主要职责就是有效地实现数的主要职责就是有效地实现数据库三级之间的转换据库三级之间的转换 (1)数据库的定义数据库的定义 (2)数据库的操作及查询优化数据库的操作及查询优化 (3)数据库的控制运行数据库的控制运行 (4)数据库的恢复和维护数据库的恢复和维护 (5)数据库的数据管理数据库的数据管理 (6)数据库的
42、多种接口数据库的多种接口 第71页，共86页，编辑于2022年，星期六DBMS的程序组成的程序组成 语言处理方面语言处理方面 系统运行控制方面系统运行控制方面系统建立、维护方面系统建立、维护方面用户接口方面用户接口方面 第72页，共86页，编辑于2022年，星期六数据语言数据语言 数据语言包括数据描述语言数据语言包括数据描述语言(DDL，Data Description Language)和数据和数据操作语言操作语言(DML，Data Manipulation Language)两大部分，前者负责描述两大部分，前者负责描述和定义数据的各种特性，后者说明和定义数据的各种特性，后者说明对数据进行的
43、操作。对数据进行的操作。第73页，共86页，编辑于2022年，星期六数据描述语言数据描述语言 数据描述语言用于描述数据库中各数据描述语言用于描述数据库中各种对象的特征应具备以下四个方面种对象的特征应具备以下四个方面的功能的功能：1.描述数据的逻辑结构描述数据的逻辑结构 2.描述数据的物理特征描述数据的物理特征 3.描述逻辑数据到物理数据的映射描述逻辑数据到物理数据的映射(通常称为存储映射通常称为存储映射)4.描述访问规则描述访问规则 第74页，共86页，编辑于2022年，星期六数据操作语言数据操作语言数据操作语言是用户与数据库系统数据操作语言是用户与数据库系统的接口之一，是用户操作数据库中的接
44、口之一，是用户操作数据库中数据的工具。在设计数据操作语言数据的工具。在设计数据操作语言时，一般要做到：时，一般要做到：1.描述操作准确，唯一性；描述操作准确，唯一性；2.功能齐全，操作能力强，用户希功能齐全，操作能力强，用户希望使用的操作应尽量满足；望使用的操作应尽量满足；3.语言自然、直观，使用方便。语言自然、直观，使用方便。第75页，共86页，编辑于2022年，星期六数据字典数据字典 数据字典数据字典(Data dictionary)的主要任的主要任务是描述务是描述或定义或定义)数据库系统中各数据库系统中各类对象、对象之间的联系和它们的类对象、对象之间的联系和它们的使用规则。使用规则。第7
45、6页，共86页，编辑于2022年，星期六数据字典用处数据字典用处(1)满足满足DBMS快速查找有关对象的要求。快速查找有关对象的要求。如在处理用户访问时，经常要查阅用户表、如在处理用户访问时，经常要查阅用户表、子模式表、模式表等。子模式表、模式表等。(2)供数据库管理员掌握整个系统运行的下供数据库管理员掌握整个系统运行的下列情况：系统现有的数据库、用户；当前列情况：系统现有的数据库、用户；当前具有的模式数目及其名称，每个模式包含具有的模式数目及其名称，每个模式包含的子模式与记录类型；每个子模式包含的的子模式与记录类型；每个子模式包含的记录类型与用户；某个记录类型记录类型与用户；某个记录类型(或
46、数据项或数据项)所属的子模式和对应的物理文件或区域等。所属的子模式和对应的物理文件或区域等。第77页，共86页，编辑于2022年，星期六用户访问数据的过程用户访问数据的过程 现以用户通过应用程序读取一个记现以用户通过应用程序读取一个记录为例，说明用户访问数据过程中录为例，说明用户访问数据过程中的主要步骤。的主要步骤。第78页，共86页，编辑于2022年，星期六(1)用户在应用程序中首先要给出他用户在应用程序中首先要给出他使用的子模式名称，而后在需要读使用的子模式名称，而后在需要读取记录处嵌入一个用数据操作语言取记录处嵌入一个用数据操作语言书写的读记录语句书写的读记录语句(其中给出要读记其中给出
47、要读记录的关键字值或其他数据项值录的关键字值或其他数据项值)。当。当应用程序执行到该语句时，即转入应用程序执行到该语句时，即转入DBMS的特定程序或向的特定程序或向DBMS发出读发出读记录的命令。记录的命令。第79页，共86页，编辑于2022年，星期六(2)DBMS按照应用程序的子模式名，按照应用程序的子模式名，查找子模式表，确定对应的模式名查找子模式表，确定对应的模式名称。可能还要检验操作的合法性，称。可能还要检验操作的合法性，核对用户的访问权利，如果通不过，核对用户的访问权利，如果通不过，则拒绝执行该操作，并向应用程序则拒绝执行该操作，并向应用程序状态字回送出错状态信息。状态字回送出错状态
48、信息。第80页，共86页，编辑于2022年，星期六(3)DBMS按模式名查阅模式表，找按模式名查阅模式表，找到对应的目标模式，从中确定该操到对应的目标模式，从中确定该操作所涉及的记录类型，并通过模式作所涉及的记录类型，并通过模式到存储映射到存储映射(往往也在模式中往往也在模式中)找到这找到这些记录类型的存储模式。这里还有些记录类型的存储模式。这里还有可能进一步检查操作的有效性、保可能进一步检查操作的有效性、保密性。如通不过，则拒绝执行该操密性。如通不过，则拒绝执行该操作并回送出错状态信息。作并回送出错状态信息。第81页，共86页，编辑于2022年，星期六(4)DBMS查阅存储模式，确定应从查阅
49、存储模式，确定应从四个物理文件、区域、设备、存储四个物理文件、区域、设备、存储地址、调用哪个访问程序去读取所地址、调用哪个访问程序去读取所需记录。需记录。第82页，共86页，编辑于2022年，星期六(5)DBMS的访问程序找到有关的物理数据块的访问程序找到有关的物理数据块(或页或页面面)地址，向操作系统发出读块地址，向操作系统发出读块(页页)操作命令。操作命令。(6)操作系统收到该命令后，启动联机操作系统收到该命令后，启动联机IO程序，完程序，完成读块成读块(页页)操作，把要读取的数据块或页面送到内存操作，把要读取的数据块或页面送到内存的系统缓冲区。的系统缓冲区。(7)DBMS收到操作系统收到
50、操作系统IO结束回答后，按模式、结束回答后，按模式、子模式定义，将读入系统缓冲区的内容映射为应子模式定义，将读入系统缓冲区的内容映射为应用程序所需要的逻辑记录，送到应用程序的工作用程序所需要的逻辑记录，送到应用程序的工作区。区。(8)DBMS向应用程序状态字回送反映操作执行结果向应用程序状态字回送反映操作执行结果的状态信息，如的状态信息，如“执行成功执行成功”、“数据未找到数据未找到”等。等。第83页，共86页，编辑于2022年，星期六(9)记载系统工作日志。记载系统工作日志。(10)应用程序检查状态字信息。如果应用程序检查状态字信息。如果执行成功，则可对程序工作区中的执行成功，则可对程序工作