数据库系统概论1.ppt

数据库系统概论 An Introduction to Database Systems2008教材及参考书(1) 教材教材–萨师煊，王珊：数据库系统概论萨师煊，王珊：数据库系统概论(第四版第四版) 高等教育出版社，高等教育出版社，2006.5 –A First Course in Database Systems Jeffrey.D.Ullman, Jennifer Widom Dept. Of Computer Science Stanford University 教材及参考书(2) 参考书参考书–Date C J, An Introduction to Database System (Ed.7), Addison-Wesley,2000 上机软件上机软件–SQL2000 or 2005s学习方式 听课 （启发式、讨论式） 读书 （预习、复习） 报告 （综合练习）内容安排(1) 基础篇–第一章 绪论–第二章 关系数据库–第三章 关系数据库标准语言SQL–第四章 数据库安全性–第五章 数据库完整性 设计与应用开发篇–第六章 关系数据理论数据库设计–第七章 数据库设计–第八章 数据库编程An Introduction to Database Systems内容安排(2) 系统篇–第九章 关系查询处理和查询优化–第十章 数据库恢复技术–第十一章 并发控制–* 第十二章 数据库管理系统第一至第十一章是本科专业的基本教程（书中有*号的部分除外）第十二至第十七章是高级教程数据库系统概论An Introduction to Database Systems第一章 绪论第一章 绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结数据库的地位•数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。

•数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透•数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志第一章 绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 1.1.1 四个基本概念•数据(Data)•数据库(Database)•数据库管理系统(DBMS)•数据库系统(DBS)一、数据•数据(Data)是数据库中存储的基本对象•数据的定义–描述事物的符号记录•数据的种类–文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等•数据的特点–数据与其语义是不可分的数据举例•数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的–例如 93是一个数据语义1：学生某门课的成绩语义2：某人的体重语义3：计算机系2003级学生人数语义4：请同学给出数据举例•学生档案中的学生记录（李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，1990）–语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、 入学时间–解释：李明是个大学生，1972年5月出生，江苏南京市人，1990年考入计算机系请给出另一个解释和语义二、数据库•数据库的定义–数数据据库库(Database,简简称称DB)是是长长期期储储存存在在计计算算机机内内、、有组织有组织的、的、可共享可共享的的大量大量数据的集合。

数据的集合•数据库的基本特征–数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存–可为各种用户共享可为各种用户共享–冗余度较小冗余度较小–数据独立性较高数据独立性较高–易扩展易扩展三、数据库管理系统•什么是DBMS–位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件–是基础软件，是一个大型复杂的软件系统 •DBMS的用途–科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据硬件平台基础软件平台软件基础构架平台应用软件平台软件产品协同软件办公软件数据数据库库系系统统操作系操作系统统 中间件￿￿应用服务器数据库在计算机系统中的位置DBMS的主要功能–数据定义功能数据定义功能 提供数据定义语言(DDL) 定义数据库中的数据对象–数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理 分类组织、存储和管理各种数据 确定组织数据的文件结构和存取方式 实现数据之间的联系 提供多种存取方法提高存取效率DBMS的主要功能–数据操纵功能数据操纵功能 提供数据操纵语言(DML) 实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改)–数据库的事务管理和运行管理数据库的事务管理和运行管理 数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复DBMS的主要功能–数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能(实用程序实用程序) 数据库初始数据装载转换 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视分析等–其它功能其它功能 DBMS与网络中其它软件系统的通信 两个DBMS系统的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作四、数据库系统•什么是数据库系统（（Database System，，简简称称DBS）） 在计算机系统中引入数据库后的系统构成在计算机系统中引入数据库后的系统构成•数据库系统的构成–数据库数据库–数据库管理系统（及其开发工具）数据库管理系统（及其开发工具）–应用系统应用系统–数据库管理员数据库管理员  数据库 应用系统应用开发工具 操 作 系统 数据库管理系统 数据库管理员用户用户用户 数据库系统数据管理技术的产生和发展•什么是数据管理–对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护–数据处理的中心问题数据处理的中心问题•数据管理技术的发展过程–人工管理阶段人工管理阶段(20世纪世纪40年代中年代中--50年代中年代中)–文件系统阶段文件系统阶段(20世纪世纪50年代末年代末--60年代中年代中)–数据库系统阶段数据库系统阶段(20世纪世纪60年代末年代末--现在现在)1.1.3 数据库系统的特点•数据结构化•数据的共享性高，冗余度低，易扩充•数据独立性高•数据由DBMS统一管理和控制数据结构化•整体数据的结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 •整体结构化–不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织–不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系•数据库中实现的是数据的真正结构化–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–数据可以数据可以变长变长–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数据的共享性高，冗余度低，易扩充•数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。

•数据共享的好处–减少数据冗余，节约存储空间–避免数据之间的不相容性与不一致性 –使系统易于扩充数据独立性高•物理独立性–指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变•逻辑独立性–指指用用户户的的应应用用程程序序与与数数据据库库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结构改变了，用户程序也可以不变辑结构改变了，用户程序也可以不变•数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的数据由DBMS统一管理和控制•DBMS提供的数据控制功能–(1)数据的安全性（Security）保护保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏–(2)数据的完整性（Integrity）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–(3)并发（Concurrency）控制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–(4)数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态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…数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系  1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型数据模型•在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。

•通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟•数据模型应满足三方面要求–能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界–容易容易为人所为人所理解理解–便于在计算机上便于在计算机上实现实现 1.2.1 两大类数据模型•数据模型分为两类（分属两个不同的层次）(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据和信息建也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计模，用于数据库设计 (2) 逻辑模型和物理模型逻辑模型和物理模型 §逻逻辑辑模模型型主主要要包包括括网网状状模模型型、、层层次次模模型型、、关关系系模模型型、、面面向向对对象象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现实现§物物理理模模型型是是对对数数据据最最底底层层的的抽抽象象，，描描述述数数据据在在系系统统内内部部的的表表示示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法两大类数据模型 (续)•客观对象的抽象过程---两步抽象–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；–把概念模型转换为某一把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。

支持的数据模型两大类数据模型 (续)DBMS支持的数据模型概念模型认识抽象信息世界机器世界现实世界中客观对象的抽象过程现实世界现实世界 概念模型数据库设计人员完成逻辑模型 物理模型由DBMS完成概念模型 逻辑模型数据库设计人员完成 1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2.2 数据模型的组成要素•数据结构 •数据操作 •完整性约束条件 一、 数据结构•什么是数据结构–描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系•描述的内容–与数据类型、内容、性质有关的对象–与数据之间联系有关的对象•数据结构是对系统静态特性的描述 二、数据操作 •数据操作–对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的 操作操作及有关的操作规则操作规则•数据操作的类型–查询–更新(包括插入、删除、修改) 数据操作(续) •数据模型对操作的定义–操作的确切含义–操作符号–操作规则（如优先级）–实现操作的语言•数据操作是对系统动态特性的描述请举例说明三、数据的完整性约束条件 •数据的完整性约束条件–一组完整性规则的集合。

–完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则–用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容 数据的完整性约束条件(续)•数据模型对完整性约束条件的定义–反映和规定本反映和规定本数据模型数据模型必须遵守的必须遵守的基本的通用基本的通用的的完整性约束条件例如在关系模型中，任何完整性约束条件例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件–提提供供定定义义完完整整性性约约束束条条件件的的机机制制，，以以反反映映具具体体应应用用所所涉涉及及的的数数据据必必须须遵遵守守的的特特定定的的语语义义约约束束条件条件 1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2.3 概念模型•信息世界中的基本概念•两个实体型之间的联系•两个以上实体型之间的联系•单个实体型内的联系•概念模型的一种表示方法•一个实例概念模型•概念模型的用途–概念模型用于信息世界的建模概念模型用于信息世界的建模–是现实世界到机器世界的一个中间层次是现实世界到机器世界的一个中间层次–是数据库设计的有力工具是数据库设计的有力工具–数据库设计人员和用户之间进行交流的语言数据库设计人员和用户之间进行交流的语言•对概念模型的基本要求–较强的语义表达能力较强的语义表达能力–能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识–简单、清晰、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解一、信息世界中的基本概念(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） 唯一标识实体的属性集称为码唯一标识实体的属性集称为码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） 用用实实体体名名及及其其属属性性名名集集合合来来抽抽象象和和刻刻画画同同类类实实体体称称为为实实体型体型(6) 实体集（Entity Set） 同一类型实体的集合称为实体集同一类型实体的集合称为实体集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–实体内部实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系–实体之间实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系的联系通常是指不同实体集之间的联系二、两个实体型之间的联系实体型A联系名实体型B111:1联系实体型A联系名1n1:n联系实体型A实体型B联系名mnm:n联系实体型B用图形来表示两个实体型之间的这三类联系 二、两个实体型之间的联系（续） •一对一联系（1:1） 　 –实例一个班级只有一个正班长一个班级只有一个正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–定义：定义： 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中中至至多多有有一一个个（（也也可可以以没没有有））实实体体与与之之联联系系，，反反之之亦亦然然，，则则称称实实体体集集A与与实实体体集集B具有一对一联系，具有一对一联系，记为记为1:1 班级班级-班长班长111:1联系两个实体型之间的联系 (续)•一对多联系（1：n）–实例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–定义：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中中有有n个实体（个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体）与之联系，反之，对于实体集集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中至多只有一个中至多只有一个实体与之联系，则称实体与之联系，则称实体集实体集A与实体集与实体集B有一对有一对多联系，记为多联系，记为1:n班级组成学生1n1:n联系两个实体型之间的联系 (续)•多对多联系（m:n）–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–定义：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中中有有n个实体（个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实）与之联系，反之，对于实体集体集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中也有中也有m个实个实体（体（m≥0）与之联系，则称实体集）与之联系，则称实体集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:n课程选修学生mnm:n联系三、两个以上实体型之间的联系•两个以上实体型之间一对多联系–若实体集若实体集E1，，E2，，...，，En存在联系，对于实体集存在联系，对于实体集Ej（（j=1，，2，，...，，i-1，，i+1，，...，，n）中的给定实体，）中的给定实体，最多只和最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说中的一个实体相联系，则我们说Ei与与E1，，E2，，...，，Ei-1，，Ei+1，，...，，En之间的联系是一对多之间的联系是一对多的的两个以上实体型之间的联系(续)•实例 课程、教师与参考书三个实体型课程、教师与参考书三个实体型一门课程可以有若干个教师讲授，一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，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每一本参考书只供一门课程使用课程讲授教师1m两个以上实体型间1:n联系参考书n两个以上实体型之间的联系(续)•多个实体型间的一对一联系•两个以上实体型间的多对多联系–实例 供应商、项目、零件三个实体型供应商、项目、零件三个实体型一个供应商可以供给多个项目多种零件一个供应商可以供给多个项目多种零件每个项目可以使用多个供应商供应的零件每个项目可以使用多个供应商供应的零件每种零件可由不同供应商供给每种零件可由不同供应商供给供应商供应项目mp两个以上实体型间m:n联系零件n四、单个实体型内的联系•一对多联系–实例 职工实体型内部具有领导与被领导的联系职工实体型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•一对一联系 请举例职工领导1n单个实体型内部1:n联系单个实体型内的联系实体型1联系名mn单个实体型内的m:n联系v多对多联系请举例五、 概念模型的一种表示方法•实体－联系方法(E-R方法)–用E-R图来描述现实世界的概念模型–E-R方法也称为E-R模型E-R图•实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。

•属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来学生教师学生学号年龄性别姓名An Introduction to Database SystemsE-R图(续)•联系–联系本身： 用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别用菱形表示，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，同时在无向边旁标上联系的类与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（型（1:1、、1:n或或m:n）） 联系的表示方法实体型A联系名实体型B111:1联系实体型A联系名1n1:n联系实体型A实体型B联系名mnm:n联系实体型B联系的表示方法示例班级班级-班长班长111:1联系课程选修学生mnm:n联系班级组成学生1n1:n联系联系的属性课程选修学生mn成绩v联系的属性：联系本身也是一种实体型，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边与该联系连接起来 六、一个实例用E-R图表示某个工厂物资管理的概念模型•实体–仓库： 仓库号、面积、号码–零件 ：零件号、名称、规格、单价、描述–供应商：供应商号、姓名、地址、号码、帐号–项目：项目号、预算、开工日期–职工：职工号、姓名、年龄、职称 一个实例•实体之间的联系如下： (1)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中的数量2)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 (3)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4)供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系一个实例 1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2.4 最常用的数据模型•非关系模型–层次模型层次模型(Hierarchical Model)–网状模型网状模型(Network Model)•关系模型(Relational Model) •面向对象模型(Object Oriented Model）•对象关系模型(Object Relational Model)1.2.7 关系模型•关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式 •1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型 •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 一、关系数据模型的数据结构 •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二二维维表表，，它它由由行行和和列列组成。

组成学 号姓 名年 龄性 别系 名年 级2005004王小明19女社会学20052005006黄大鹏20男商品学20052005008张文斌18女法律2005………………学生登记表属性元组关系数据模型的数据结构（续）–关系（关系（Relation））一个关系对应通常说的一张表–元组（元组（Tuple）表中的一行即为一个元组–属性（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关系数据模型的数据结构（续）–主码（主码（Key））表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组–域（域（Domain））属性的取值范围–分量分量元组中的一个属性值–关系模式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）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）学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）系系 (系号，系名，办公地点系号，系名，办公地点)例2系、系主任、系与系主任间的一对一联系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）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）关系数据模型的数据结构（续）•关系必须是规范化的，满足一定的规范条件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可分的数据项, 不允许表中还有表 图图1.27中工资和扣除是可分的数据项中工资和扣除是可分的数据项 ,不符合关系模型要求不符合关系模型要求 职工号姓名职 称工 资扣 除实 发基 本津 贴职务房 租水 电86051陈 平讲 师13051200501601122283图1.27 一个工资表(表中有表)实例 关系数据模型的数据结构（续）关系术语一般表格的术语关系名表名关系模式表头（表格的描述）关系（一张）二维表元组记录或行属性列属性名列名属性值列值分量一条记录中的一个列值非规范关系表中有表（大表中嵌有小表）表1.2 术语对比 二、关系数据模型的操纵与完整性约束•数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系–查询–插入–删除–更新•数数据据操操作作是是集集合合操操作作，，操操作作对对象象和和操操作作结结果果都都是是关关系系，，即即若若干干元元组组的的集合集合•存存取取路路径径对对用用户户隐隐蔽蔽，，用用户户只只要要指指出出“干干什什么么”，，不不必必详详细细说说明明“怎怎么干么干”关系数据模型的操纵与完整性约束（续）•关系的完整性约束条件 –实体完整性–参照完整性–用户定义的完整性三、关系数据模型的存储结构•实体及实体间的联系都用表来表示•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四、关系数据模型的优缺点•优点优点–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–概念单一概念单一•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–关系模型的存取路径对用户透明关系模型的存取路径对用户透明•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和数据库开发建立的工作关系数据模型的优缺点（续）•缺点缺点–存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非 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 增加了开发DBMS的难度1.3 数据库系统结构•从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构 •从数据库最终用户角度看（数据库系统外部的体系结构） ，数据库系统的结构分为:–单用户结构–主从式结构–分布式结构–客户／服务器–浏览器／应用服务器／数据库服务器多层结构等数据库系统结构（续）1.3.1 数据库系统模式的概念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数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 1.3.1 数据库系统模式的概念•“型” 和“值” 的概念–型(Type)对某一类数据的结构和属性的说明–值(Value)是型的一个具体赋值例如学生记录型： （学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）一个记录值： （900201，李明，男，计算机，22，江苏）数据库系统模式的概念（续）•模式（模式（Schema））–数据库逻辑结构和特征的描述数据库逻辑结构和特征的描述–是型的描述是型的描述–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–模式是相对稳定的模式是相对稳定的•实例（实例（Instance））–模式的一个具体值模式的一个具体值–反映数据库某一时刻的状态反映数据库某一时刻的状态–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数据库系统模式的概念 （续）例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录– 2003年的一个学生数据库实例，包含：Ø2003年学校中所有学生的记录Ø学校开设的所有课程的记录Ø所有学生选课的记录 –2002年度学生数据库模式对应的实例与 2003年度学生数据库模式对应的实例是不同的 数据库系统结构（续）1.3.1 数据库系统模式的概念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数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 1.3.2 数据库系统的三级模式结构•模式（Schema） •外模式（External Schema）•内模式（Internal Schema） 数据库系统的三级模式结构（续）图1.28 数据库系统的三级模式结构 一、模式（Schema）•模式（也称逻辑模式）–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–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•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（续）•模式的定义–数数据据的的逻逻辑辑结结构构（（数数据据项项的的名名字字、、类类型型、、取取值值范围等）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二、外模式（External Schema）•外模式（也称子模式或用户模式）–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逻辑结构和特征的描述的逻辑结构和特征的描述–数数据据库库用用户户的的数数据据视视图图，，是是与与某某一一应应用用有有关关的的数数据据的的逻逻辑辑表表示示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：一对多Ø外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集Ø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需求求、、看看待待数据的方式、对数据保密的要求数据的方式、对数据保密的要求Ø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、、保保密密级级别别等等都都可以不同可以不同–外模式与应用的关系：一对多Ø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Ø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外模式（续）•外模式的用途n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n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三、内模式（Internal Schema）•内模式（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式是数据在数据库内部的表示方式•记录的存储方式（顺序存储，按照记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，树结构存储， 按按hash方法存储）方法存储）•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内模式（续）•例如学生记录，如果按堆堆存储，则插入一条新记录总是放在学生记录存储的最后最后，如右图所示内模式（续）•如果按学号升序存储，则插入一条记录就要找到它应在的位置插入，如图1.29（b）所示•如果按照学生年龄聚簇存放，假如新插入的S3是16岁，则应插入的位置如图1.29（c）所示 图1.29 记录不同的存储方式示意图数据库系统结构（续）1.3.1 数据库系统模式的概念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数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性•三级模式是对数据的三个抽象级别•二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换–外模式／模式映像–模式／内模式映像 一、外模式／模式映象•模式：描述的是数据的全局逻辑结构•外模式：描述的是数据的局部逻辑结构 •同一个模式可以有任意多个外模式 •每一个外模式，数据库系统都有一个外模式／模式映象，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外模式／模式映象（续）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／模式映象，使外模式保持不变式／模式映象，使外模式保持不变–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性，简称数据的逻辑独立性立性，简称数据的逻辑独立性。

二、模式／内模式映象•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•数据库中模式／内模式映象是唯一的•该映象定义通常包含在模式描述中模式／内模式映象（续）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／／内内模模式映象，使模式保持不变式映象，使模式保持不变–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立性，简称数据的物理独立性独立性，简称数据的物理独立性模式／内模式映象（续）•数据库模式–即全局逻辑结构是数据库的中心与关键 –独立于数据库的其他层次 –设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式模式／内模式映象（续）•数据库的内模式–依赖于它的全局逻辑结构–独立于数据库的用户视图，即外模式–独立于具体的存储设备 –将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以达到较好的时间与空间效率 模式／内模式映象（续）•数据库的外模式–面向具体的应用程序–定义在逻辑模式之上–独立于存储模式和存储设备–当应用需求发生较大变化，相应外模式不能满足其视图要求时，该外模式就得做相应改动 –设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性 模式／内模式映象（续）•特定的应用程序–在外模式描述的数据结构上编制的–依赖于特定的外模式–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•数据库的二级映像–保证了数据库外模式的稳定性–从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改 模式／内模式映象（续）•数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去 •数据的存取由DBMS管理–用户不必考虑存取路径等细节–简化了应用程序的编制–大大减少了应用程序的维护和修改 第一章 绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结1.4 数据库系统的组成•数据库•数据库管理系统（及其开发工具）•应用系统•数据库管理员数据库系统的组成（续）•硬件平台及数据库 •软件 •人员 一、硬件平台及数据库•数据库系统对硬件资源的要求 (1) 足够大的内存–操作系统操作系统–DBMS的核心模块的核心模块–数据缓冲区数据缓冲区–应用程序应用程序硬件平台及数据库（续） (2) 足够大的外存– 磁盘或磁盘阵列Ø数据库数据库– 光盘、磁带Ø数据备份数据备份(3) 较高的通道能力，提高数据传送率二、软件•DBMS•支持DBMS运行的操作系统•与数据库接口的高级语言及其编译系统•以DBMS为核心的应用开发工具•为特定应用环境开发的数据库应用系统An Introduction to Database Systems三、人 员•数据库管理员•系统分析员和数据库设计人员•应用程序员•用户人 员（续）图1.30 各种人员的数据视图 v不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图，如下图所示1. 数据库管理员(DBA)具体职责： •1.决定数据库中的信息内容和结构•2.决定数据库的存储结构和存取策略•3.定义数据的安全性要求和完整性约束条件数据库管理员(续)•4.监控数据库的使用和运行–周期性转储数据库•数据文件•日志文件–系统故障恢复–介质故障恢复–监视审计文件数据库管理员(续)•5. 数据库的改进和重组–性能监控和调优–定期对数据库进行重组织，以提高系统的性能 –需求增加和改变时，数据库须需要重构造2. 系统分析员和数据库设计人员 •系统分析员 –负责应用系统的需求分析和规范说明–与用户及DBA协商，确定系统的硬软件配置–参与数据库系统的概要设计系统分析员和数据库设计人员（续）•数据库设计人员–参加用户需求调查和系统分析–确定数据库中的数据–设计数据库各级模式3. 应用程序员•设计和编写应用系统的程序模块•进行调试和安装4. 用户 用户是指最终用户（End User）。

最终用户通过应用系统的用户接口使用数据库 •1. 偶然用户–不经常访问数据库，但每次访问数据库时往往需要不同的数据库信息 –企业或组织机构的高中级管理人员用户（续）•2. 简单用户–主要工作是查询和更新数据库 –银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员•3. 复杂用户–工程师、科学家、经济学家、科技工作者等–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第一章 绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结1.5 小结•数据库系统概述–数据库的基本概念–数据管理的发展过程•数据模型–数据模型的三要素–概念模型， E-R 模型–三种主要数据库模型小结(续)•数据库系统的结构–数据库系统三级模式结构–数据库系统两层映像系统结构•数据库系统的组成作业•作业本作业：1、7、8、9、12、20。