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第01章_数据库系统概述1第1页，共96页，编辑于2022年，星期日课程说明课程说明学时：学时：l共共52学时学时教学教学(32学时学时)试验试验20学时学时课程组成课程组成l数据库基础部分数据库基础部分l数据库设计部分数据库设计部分l数据库应用数据库应用(Access)部分部分2第2页，共96页，编辑于2022年，星期日课程说明课程说明l参考资料参考资料l数据库原理与应用数据库原理与应用，赵杰等著，赵杰等著，人民邮电，人民邮电出版社，出版社，l数据库系统概论数据库系统概论，萨师煊，萨师煊&王珊著，高等教王珊著，高等教育出版社，育出版社，lDatabase Processing:Fundamentals,Design&Implementation,David M.Kroenke,l数据库技术及应用数据库技术及应用Access，李雁翎著，李雁翎著，高等教育出版社高等教育出版社l数据库技术与应用数据库技术与应用Access篇（人邮）篇（人邮）3第3页，共96页，编辑于2022年，星期日考试说明平时成绩分组完成一个完整的数据库管理系统（用Access）23人一组4第4页，共96页，编辑于2022年，星期日第一章数据库系统概述1.1基本概念和术语1.2数据管理技术的发展1.3数据模型1.4数据库系统结构1.5数据库管理系统的功能及工作过程1.6常用数据库管理系统简介*5第5页，共96页，编辑于2022年，星期日前言数据库数据库是计算机技术发展的产物；是计算机技术发展的产物；数据库是计算机科学的重要分支。它的出现极大的促数据库是计算机科学的重要分支。它的出现极大的促进了计算机应用向各行各业的渗透。进了计算机应用向各行各业的渗透。数据库数据库是计算机应用的是计算机应用的基础。基础。数据库的建设规模数据库的建设规模、数据库信息量的大小数据库信息量的大小和和使用频使用频已已 成成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。为衡量一个国家信息化程度的重要标志。Access数据库数据库是中小型数据库的最佳选择。是中小型数据库的最佳选择。6第6页，共96页，编辑于2022年，星期日数据库发展历史上的三位重要人物Charles W.Bachman 1973 1973 年，年，Charles W.Bachman Charles W.Bachman 由由 于于 在在 数数 据据 库库 技技 术术 上上 的的 杰杰 出出 贡贡 献献-层次数据库层次数据库 而而 获获 得得 了了 ACM ACM 的的 最最 高高 奖奖 -图图 灵灵 奖。奖。他他 最最 早早 提提 出出 了了 用用 数数 据据 结结 构构 图图 表表 示示 数数 据据 之之 间间 联联 系系 的的 思思 想，想，并并 在在 第第 一一 个个 商商 用用DBMS DBMS 的的 开开 发发 期期 间间 进进 行行 了了 网网 状状 数数 据据 模模 型型 的的 早早 期期 研研 究究 工工 作。作。Edgar F.Codd 19831983年年,因在数椐库管理系统的理论和实践方面的贡献因在数椐库管理系统的理论和实践方面的贡献-关系模型而获图灵奖关系模型而获图灵奖 。James Gray 1998 1998 年，年，James Gray James Gray 成成 为为 第第 三三 位位 因因 推推 动动 数数 据据 库库 技技 术术 发发 展做展做 出出 重重 大大 贡贡 献献 -事务处理技术而事务处理技术而 获获 图图 灵灵 奖奖 的的 学学 者。者。7第7页，共96页，编辑于2022年，星期日1.1基本概念和术语数据(Data)定义：描述事物的符号记录等。可以是数字、文字、图形、声音等等，不一定保存在计算机中。例如，下面的学生档案中，学生记录就是数据。1984年4月2日女李婷0503021984年1月7日男张力050301照片照片出生日期出生日期性别性别姓名姓名学号学号8第8页，共96页，编辑于2022年，星期日1.1基本概念和术语数据库(DataBase，简称DB)数据库就是按照一定格式，在计算机内存贮的数据的“仓库”。定义：保存在计算机内、有组织、可共享的数据集合。数据库中的数据按照一定模型组织，查找和存取效率高，数据冗余小，可为多用户共享。1984年4月2日女李婷0503021984年1月7日男张力050301照片照片出生日期出生日期性别性别姓名姓名学号学号9第9页，共96页，编辑于2022年，星期日1.1基本概念和术语数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）数据库管理系统是一种软件，可以科学地组织和保存数据，高效查找和维护数据。10第10页，共96页，编辑于2022年，星期日1.1基本概念和术语数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）数据库系统：指计算机系统引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员和用户构成。数据库数据库管理系统（如SQLServer）应用系统（如超市系统）数据库管理员用户11第11页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的发展1.2.1数据库发展阶段的划分人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段高级数据库阶段12第12页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的发展1.2.2人工管理阶段1.年代及特征w20世纪50年代中期以前，计算机用于科学计算。2.特点w数据不保存数据不保存:尚没有磁盘等直接存取的存贮设备，只有纸带、卡片和磁带等外存。w没有专门的软件系统负责数据管理没有专门的软件系统负责数据管理:软件的发展也比较初级，没有操作系统，没有专门的软件系统负责数据管理，程序员在编写程序时，需要自行定义数据的逻辑结构。13第13页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的发展w没有文件概念没有文件概念:开发人员安排数据组织方法。w数据面向应用数据面向应用:一组数据只服务于特定的程序。当不同的应用程序使用相同的数据时，必须各自定义，不能共享和通用，使数据存在大量冗余。3.模型图14第14页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展人工管理阶段程序和数据的关系.应用程序1数据集1应用程序2数据集2应用程序n数据集n.(b)数据集对应于程序(a)数据和程序一体程序数据15第15页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展1.2.3文件系统阶段1.年代及特征w20世纪50年代至60年代中期，计算机用于科学计算和管理。2.特点w数据可以长期保存数据可以长期保存:已经有了磁盘、磁鼓等存贮设备。w由文件系统管理数据由文件系统管理数据:软件方面已经有了带有文件系统的操作系统。文件系统将数据组织成相互独立的数据文件，程序员可以不必考虑数据的插入、修改和删除等具体的物理细节，而将精力用于具体的应用逻辑。16第16页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展w文件的形式多样化文件的形式多样化:可以建立索引文件、链接文件和直接存取文件等。文件的记录可以顺序访问和随机访问。文件之间是独立的，文件间的联系需要用程序实现。3.文件系统的模型图17第17页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展.应用程序1数据集1应用程序2数据集2应用程序n数据集n.文件系统阶段程序和数据的关系文件系统18第18页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展4.文件系统的缺陷:w文件系统中的一个文件仍然对应于特定的应用程序，文件仍然是面向应用的。数据的逻辑结构一旦改变，仍需要修改应用程序，不是一个弹性的无结构数据集合，存在着数据冗余度大，文件不易扩充等缺点。w(1)数据冗余:数据在多个文件中重复存贮。w(2)不一致性:同样的数据在不同文件中不一样。w(3)数据联系弱:文件间缺乏联系。19第19页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展1.2.4数据库系统阶段1.年代和特征:w60年代中期以后，计算机用于大规模管理。w磁盘技术已经成熟，价格下降。w数据库技术应运而生，解决了多用户数据共享的问题，实现了对数据的统一集中管理，并提供了并发、安全和保护措施。2.数据库系统的特点:20第20页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展实现了整体数据的结构化w数据记录采用了变长模式等技术，节省了存贮空间。w可以建立整体的数据结构，使数据不再只针对某一个具体应用，存取数据的方式也比较灵活。实现了数据的共享，降低了数据冗余w数据库中的数据可以被多个用户和多个应用所共用，减少了数据重复，保证了数据的一致性。w应用程序的需求发生变化后，对原来的数据结构做扩充即可满足要求。确保了数据的独立性w应用程序和数据库是分离的，数据的物理存贮和数据的逻辑结构改变后，应用程序可以保持不变，简化了程序的维护和修改。21第21页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展保证了数据的安全性w数据库管理员可以对数据库用户设置详细的权限，避免数据泄密和非法使用所造成的数据破坏。数据的完整性检查w可以检查数据的正确性、有效性和兼容性，将数据控制在正确和有效的范围内，或保证数据之间满足预设的某种关系。如年龄、分数的有效区间。并发控制w多个用户同时存取和修改数据库时，可以保证数据或事务处理的正确性，不致于因为相互干扰产生错误结果。22第22页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展数据库的备份和恢复w提供多种数据库备份的方式，数据库出现问题时，可以将数据库从错误状态恢复到已知的某个正确状态。3.模型图:23第23页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展.应用程序1应用程序2应用程序n数据库系统阶段程序和数据的关系数据库管理系统数据库24第24页，共96页，编辑于2022年，星期日数据管理技术的发展过程数据管理技术的发展过程25第25页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展1.2.5高级数据库阶段20世纪70年代中期后，随着计算机技术的不断发展，出现了多种数据库技术的分支。w分布式数据库系统n数据物理上分布，逻辑上整体；场地自治；数据冗余和透明。w并行数据库系统n利用通用并行计算机硬件的并行能力提高DBMS的性能。w面向对象数据库系统n数据库技术和面向对象设计方法的结合产物。26第26页，共96页，编辑于2022年，星期日1.2数据管理技术的产生和发展w数据仓库和数据挖掘n利用已有数据资源，从中挖掘出知识，是决策系统的基础。w知识库系统、主动数据库、模糊数据库、多媒体数据库、工程数据库、统计数据库、空间数据库27第27页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型1.3.1数据模型数据模型是对现实世界进行抽象的工具。提取现实世界的某些特征，可以构造反映这些特征的模型。指数据库中数据的指数据库中数据的存贮和组织存贮和组织方式，即如何方式，即如何表示实体以表示实体以及实体之间的联系及实体之间的联系。它是数据库系统的核心和基础。它是数据库系统的核心和基础。28第28页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型1.数据模型的构成w数据结构n确定实体及其联系按照何种方式存贮。n描述系统的静态特性。w数据操作n允许对数据进行何种操作(如查询、插入、删除和修改)。n描述系统的动态特性。w约束条件n完整型约束。如输入年龄的区间范围。29第29页，共96页，编辑于2022年，星期日数据模型的抽象过程数据模型的抽象过程一般来说，数据从现实世界到计算机数据库的具体表示要一般来说，数据从现实世界到计算机数据库的具体表示要经历三个领域，即现实世界、信息世界和计算机世界，三者的经历三个领域，即现实世界、信息世界和计算机世界，三者的关系如图所示：关系如图所示：现实世界信息世界（一般用E-R 图表示）计算机世界（数据库管理系统支持的数据模型）认识、分类和抽象加工转换三个领域的关系30第30页，共96页，编辑于2022年，星期日数据模型的抽象过程现实世界现实世界 现实世界是指客观存在的事物及其联系，现实世界有现实世界是指客观存在的事物及其联系，现实世界有个体和总个体和总体体等概念。等概念。个体：一个客观存在的可识别事物。例如：一本具体个体：一个客观存在的可识别事物。例如：一本具体的书，一名公司员工等。个体也可以是抽象的，例如的书，一名公司员工等。个体也可以是抽象的，例如某个城市的天气等。某个城市的天气等。个体特征：每个个体都有一些区别于其他个体的特征。个体特征：每个个体都有一些区别于其他个体的特征。例如一本书的特征可以有：书名，作者，价格，出版例如一本书的特征可以有：书名，作者，价格，出版社，页数等。社，页数等。总体：所有同类个体的集合成为总体。例如：所有的总体：所有同类个体的集合成为总体。例如：所有的“书书”就是一个总体。就是一个总体。事物联系：同类个体之间或不同类个体的关系。事物联系：同类个体之间或不同类个体的关系。31第31页，共96页，编辑于2022年，星期日数据模型的抽象过程信息世界信息世界 现实世界反映在人的头脑中，经过收集、认识、分类和抽象现实世界反映在人的头脑中，经过收集、认识、分类和抽象就形成了信息。信息世界是对客观世界的一种抽象描述。目前一就形成了信息。信息世界是对客观世界的一种抽象描述。目前一般采用般采用E-R（实体（实体-关系）关系）图表示。图表示。实体：被认识的个体即为实体。例如一名员工就是一个实体：被认识的个体即为实体。例如一名员工就是一个实体，是真实的员工在人头脑中的概念。实体，是真实的员工在人头脑中的概念。属性：实体具有的某一特性称为属性。例如一名员工的属性：实体具有的某一特性称为属性。例如一名员工的属性可以由属性可以由ID号、姓名、性别、年龄、职务和部门等组号、姓名、性别、年龄、职务和部门等组成，这些特征的组合标识了一名员工。成，这些特征的组合标识了一名员工。实体集：同类实体的集合称为实体集。例如全体员工即实体集：同类实体的集合称为实体集。例如全体员工即为一个实体集。为一个实体集。实体联系：实体内部或实体之间的对应关系称为联系。实体联系：实体内部或实体之间的对应关系称为联系。联系分为两种，一种是实体内部各属性之间的联系，另联系分为两种，一种是实体内部各属性之间的联系，另一种是实体之间的联系。一种是实体之间的联系。32第32页，共96页，编辑于2022年，星期日数据模型的抽象过程计算机世界计算机世界 计算机世界是在信息世界上的进一步抽象，数据库管理系计算机世界是在信息世界上的进一步抽象，数据库管理系统的统的数据模型数据模型在该层上实现。在该层上实现。记录：记录是实体的数据表示，由若干个属性值组成。记录：记录是实体的数据表示，由若干个属性值组成。字段（或数据项）：描述实体属性的数据表示。可以是字段（或数据项）：描述实体属性的数据表示。可以是数字或者字符串。数字或者字符串。文件：同类记录的集合。文件包括记录的结构和记录的文件：同类记录的集合。文件包括记录的结构和记录的值。值。数据模型：实体的联系在计算机世界里要按照一定的模数据模型：实体的联系在计算机世界里要按照一定的模式去表示，即采用不同的数据模型。式去表示，即采用不同的数据模型。33第33页，共96页，编辑于2022年，星期日数据模型的抽象过程三个世界的术语的联系如图所示。三个世界的术语的联系如图所示。现实世界信息世界计算机世界个体实体记录个体特征属性字段总体实体集文件事物及联系实体及联系数据模型三个世界中术语的对应关系34第34页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型1.3.1数据模型2.数据模型的类型w概念模型（信息模型）：概念模型（信息模型）：不涉及信息在计算机中表示和实现，按照用户角度进行数据信息建模。w数据模型：数据模型：指数据库中数据的存贮和组织方式，即如何表示实体以及实体之间的联系。它是数据库系统的核心和基础。35第35页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型1.3.2概念模型1.几个概念w实体：实体：被认识的客观存在的可识别事物即为实体。例如一名员工就是一个实体，是真实的员工在人头脑中的概念。实体也可以是抽象的，如天气、满意度等。w属性：属性：实体具有的某一特性称为属性。例如一名员工的属性可以由ID号、姓名、性别、年龄、职务和部门等组成，这些特征的组合标识了一名员工。36第36页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型w实体集：实体集：同类实体的集合称为实体集。例如全体员工即为一个实体集。w键：键：能唯一标识一个实体的属性及属性值，键有时也叫做关键字。例如学号是学生实体的键、编号是书实体的键。37第37页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型1.3.3实体联系（E-R）模型1.E-R模型的概念w它是描述概念世界、建立概念模型的实用工具。w数据库的设计过程一般先使用E-R图描述组织模式，在进一步转换为任何一种DBMS支持的数据模型。2.E-R图三要素w实体：实体：用矩形框表示，框内标注实体名称。w属性：属性：用椭圆形表示，并用连线与实体连接起来。w实体间的联系：实体间的联系：用菱形框表示，框内标注联系的名称。38第38页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型联系的三种类型w一一对对一一联联系系(1:1)：设A,B为两个实体集，若A中的每个实体至多和B中的一个实体有联系，反过来，B中的每个实体至多和A中的一个实体有联系，称A对B或B对A是1:1联系。例如，学校和正校长之间就是1:1联系。w一一对对多多联联系系(1:n)：如果A中的每个实体可以和B中的多个实体有联系，而B中的每个实体至多和A中的一个实体有联系，称A对B是1:n联系。例如，学校和教师之间就是1:n联系；班级和学生之间也是1:n联系。39第39页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型多多对对多多联联系系(m:n)：如果A中的每个实体可以和B中的多个实体有联系，反过来，B中的每个实体可以和A中的多个实体有联系，称A对B是m:n联系或B对A是m:n联系。例如，一门课程可以同时有多个学生选修；一个学生也可以同时选修多门课程，课程和学生之间是多对多联系。又如，一个项目可以由多个员工参与，员工也可以同时参与多个项目，项目和员工之间是多对多联系。40第40页，共96页，编辑于2022年，星期日联系的三种类型实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2111:1联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2mnm:n联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型21n1:n联系联系41第41页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型例：用E-R图描述图书信息管理的数据类型。分析：图书包括编号编号、书名、作者、定价和位置属性；借书人包括姓名、借书证号借书证号和单位属性；每个借书人可以借多本书，同一本书也可以相继被几个借书人借阅；由分析可知，有两个实体集，即借书人和图书，它们之间是多对多关系，对应的E-R图可以表示为：42第42页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型借书日期图书借书借书人编号编号书名作者定价位置姓名借书证号借书证号单位mn43第43页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型3.扩展实体联系图（EER：ExtendEntity-Relation）表示了更多的语义，扩充了子类型的概念。w实体类型内部的联系n(1)一对一联系：例如，如图实体类型“人”的一个实例，通过联系“结婚”可以与另一个实例联系。人结婚1144第44页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型n(2)一对多联系：例如，如图实体类型“职工”的一个实例，在只有一个管理人员（管理者本身也是一个“职工”）的条件下，表示实体类型内部的1:N联系。职工管理1N45第45页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型n(3)多对多联系：例如，如图实体类型“零件”包括有结构的零件和无结构的零件，一个有结构的零件可以由多个无结构的零件组成，一个无结构的零件可以出现在多个有结构的零件中。这种条件下是M:N关系。零件组成NM46第46页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型w三元联系n如图，“公司”、“国家”和“产品”这三个实体之间存在三元联系。一个产品可以出口到许多国家，一个国家可以进口许多产品；一个公司可以销售多种产品，一种产品可以由多个公司销售；一个公司可以销售多种产品到多个国家，一个国家进口的产品可以由多个公司提供。公司销售MP国家产品N47第47页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型w子类型n如果实体类型E1的每个实例也是实体类型E2的实例，则称E1为E2的子类型。例如，汽车工程师和电子工程师是工程师的子类型子类型，工程师是超类型超类型。汽车工程师工程师电子工程师48第48页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3.4常用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(RelationalModel)面向对象模型(ObjectOrientedModel）1.3数据模型49第49页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型1、层次模型层次模型是数据库系统中最早使用的模型，它的数据结构类似一颗倒置的树，每个节点表示一个记录类型，记录之间的联系是一对多的联系。结点满足的条件:(1)有且只有一个结点无双亲(这个结点称为根结点)。(2)其它结点有且只有一个双亲结点。50第50页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型节点1节点2节点3节点4节点5根节点叶节点叶节点叶节点层次模型51第51页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型系教研室学生教师52第52页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型层次模型的特点：结构简单，容易实现，对于某些特定的应用系统效率很高，但如果需要动态访问数据（如增加或修改记录类型）时，效率并不高。另外，对于一些非层次性结构（如多对多联系），层次模型表达起来比较繁琐和不直观。53第53页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型2、网状模型网状模型可以看作是层次模型的一种扩展。它采用网状结构表示实体及其之间的联系。一个节点可以没有父节点；也可以有多于一个的父节点。结点满足的条件:(1)一个结点可以有多个双亲结点。(2)多个结点无双亲结点。54第54页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型节点1节点2节点3节点1节点2节点4节点3（a）（b）网状模型的几个例子55第55页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型学生课程选课56第56页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型网状模型的特点：与层次模型相比，提供了更大的灵活性，能更直接地描述现实世界，性能和效率也比较好。网状模型的缺点是结构复杂，用户不易掌握，记录类型联系变动后涉及链接指针的调整，扩充和维护都比较复杂。57第57页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型3、关系模型关系模型是目前应用最多、也最为重要的一种数据模型。关系模型建立在严格的数学概念基础上，采用二维表格结构来表示实体和实体之间的联系。二维表由行和列组成。教师信息表信息学院教授男薛智永856基础部讲师女李奇805DEPT(系别)TITLE(职称)GENDER(性别)NAME(姓名)TNO(教师编号)85664数据结构00513280540微机基础005067TNO(主讲老师编号)PERIOD(学时)DESCP(课程名称)CNO(课程编号)课程信息表58第58页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型关系模型中没有层次模型中的链接指针，记录之间的联系是通过不同关系中的同名属性同名属性来实现的。例如，教师信息表和课程表中都有教师编号属性，如果要查询薛智永老师讲授课程的情况，可以从教师信息表找到该老师的编号，然后在课程表中找到该编号所对应的课程信息。这个查询中，教师编号将两个表连接起来。关系模型的基本特征是：建立在关系数据理论之上，有可靠的数学基础可以描述一对一，一对多和多对多的联系表示的一致性。实体本身和实体间联系都使用关系描述关系的每个分量的不可分性，也就是不允许表中表59第59页，共96页，编辑于2022年，星期日1.3数据模型关系模型的特点：概念清晰，结构简单，实体、实体联系和查询结果都采用关系表示，用户比较容易理解。另外，关系模型的存取路径对用户是透明的，程序员不用关心具体的存取过程，减轻了程序员的工作负担，具有较好的数据独立性和安全保密性。60第60页，共96页，编辑于2022年，星期日1.4数据库系统结构1.4.1数据库模式和映象模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。模式仅涉及数据结构和属性的描述，不涉及具体的值，模式的一个具体值称为模式的一个实例（Instance）。一个模式可以有很多实例。一般的数据库管理系统都采用三级模式结构和两级映象功能。61第61页，共96页，编辑于2022年，星期日1.4数据库系统结构数据库内模式模式外模式1外模式2外模式3应用程序1应用程序2应用程序2应用程序2外模式/模式映象内模式/模式映象数据库的三级模式结构和二级映象62第62页，共96页，编辑于2022年，星期日1.4数据库系统结构三级模式结构内模式（InternalSchema）w数据物理结构和存贮方式的描述，如存贮使用B树结构还是Hash方法；索引如何组织；数据压缩的加密的方法等。w一个数据库只有一个内模式。模式（Schema）w以一种数据模型为基础，考虑用户需求，形成数据在逻辑级上的视图。例如，数据记录有哪些数据项，其名称、类型和取值范围，完整要求和安全要求等w一个数据库只有一个模式。63第63页，共96页，编辑于2022年，星期日1.4数据库系统结构外模式（ExternalSchema）w经过部分屏蔽的用户视图，应用只能访问视图中的数据。w一个数据库可有多个外模式。但一个应用程序使用一个外模式。64第64页，共96页，编辑于2022年，星期日1.4数据库系统结构二级映象数据库系统提供映象功能，使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。外模式/模式映象w该映象定义了外模式/模式之间的对应关系；当模式改变时(例如增加新的属性)，可对映象做改动，外模式保持不变。应用程序依赖与外模式，因此可以保证程序的逻辑独立性。模式/内模式映象w该映象定义数据库全局逻辑结构和存贮结构之间的关系。当物理存贮结构改变后，可对映象做相应改变，模式保持不变。从而保证了数据的物理独立性。65第65页，共96页，编辑于2022年，星期日1.4数据库系统结构1.4.2数据库系统的组成数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统。数据库系统要维持正常运转，需要硬件、软件和人员三方面的共同支持和协作。硬件数据库系统的数据量常常很大，对计算机资源的占用和消耗都比较高。因此，在建立数据库系统时，需要对硬件设备进行投资或升级，购买高性能的服务器。一般要求硬件有较大的计算机内存、存贮设备的容量要足够大、配备磁带设备；系统要有较高的通道能力；配备UPS设备。66第66页，共96页，编辑于2022年，星期日1.4数据库系统结构软件支持数据库管理系统的操作系统，常用的是UNIX和Windows操作系统。数据库管理系统。即建立、使用、维护和配置数据库的软件系统。与数据库接口连接的高级开发语言编译环境，用于编译、调试和跟踪应用程序。例如，可以用C+开发ODBC接口的应用程序。以数据库管理系统为核心的应用开发工具，利用这些工具可以快速开发和定制本数据库所支持的应用程序。为某些特定应用环境开发的数据库应用系统，如MIS系统，ERP系统等。67第67页，共96页，编辑于2022年，星期日1.4数据库系统结构人员系统管理员（DBA）：具有比较高的权限，全面管理、监督和配置数据库系统。系统分析员：负责应用系统的需求调查和分析，参与数据库系统的概要设计，决定数据库中的数据结构，完成数据库各级模式的设计。应用程序员：负责应用程序的设计、编码和测试。最终用户：即最终使用数据库系统的人员。最终用户不直接操作数据库，但可以通过应用程序的界面进行交互，间接存取数据。68第68页，共96页，编辑于2022年，星期日1.5数据库管理系统的功能1.5.1数据库管理系统的主要功能数据库的定义功能:w定义数据库的外模式、模式和内模式w完整性约束w用户权限等数据操纵功能：w数据插入、删除和修改等操作。数据库的控制功能：w并发控制、安全性控制、权限控制等。69第69页，共96页，编辑于2022年，星期日1.5数据库管理系统的功能数据库的维护功能：w备份与恢复、数据库重组、性能监视和优化等。数据字典：w存放用户建立的表、索引等数据库体系结构的描述。w用户修改表和索引等的内容时，DBMS自动更新数据字典。1.5.2数据库管理系统的工作过程下图用读取一个数据库记录为例说明：70第70页，共96页，编辑于2022年，星期日1.5数据库管理系统的功能应用程序A工作区通讯单元DBMSOS外模式模式内模式结果缓冲区1.用DML发读请求2.根据A的外模式检查用户权限3.确定需要读取的逻辑数据记录4.根据存贮模式,确定要读取的物理记录5.向OS发读记录的命令DB6.执行该命令,读出记录数据7.在操作系统的控制下,将读出的记录送入缓冲区8.经过必要的数据变换,将数据送到工作区9.发送读命令执行情况的状态信息10.A对读出的数据进行处理71第71页，共96页，编辑于2022年，星期日1.5数据库管理系统的功能1.5.3数据库管理系统的不同视图DBMSOS外模式模式内模式DB系统缓冲区终端应用系统用户应用程序员数据库管理员和系统分析员72第72页，共96页，编辑于2022年，星期日1.5数据库管理系统的功能数据库管理员(DBA):可以是一个人，也可以是几个人，一般由业务水平较高的人员担任。全面管理、维护和控制数据库系统。具体职责：w决定数据库的信息内容。完成模式设计，配合完成子模式设计。w决定数据库存贮结构和存取策略。w定义存取权限和有效性检验。w建立和安装数据库。w监控数据库运行，参加备份和恢复等工作。w重组、改进和优化数据库。73第73页，共96页，编辑于2022年，星期日1.6常用数据库管理系统简介*OracleOracle数据库被认为是业界目前比较成功的关系数据库管理系统。Oracle公司是世界第二大软件供应商，是数据库软件领域第一大厂商（大型机市场除外）。Oracle的数据库产品被认为是运行稳定、功能齐全、性能超群的贵族产品。这一方面反映了它在技术方面的领先，另一方面也反映了它在价格定位上更着重于大型的企业数据库领域。对于数据量大、事务处理繁忙、安全性要求高的企业，Oracle无疑是比较理想的选择（当然用户必须在费用方面做出充足的考虑，应为Oracle数据库在同类产品中是比较贵的）。随着INTERNET的普及，带动了网络经济的发展，ORACLE适时的将自己的产品紧密的和网络计算结合起来，成为在INTERNET应用领域数据库厂商的佼佼者。74第74页，共96页，编辑于2022年，星期日1.6常用数据库管理系统简介*Oracle数据库可以运行在UNIX、WINDOWSNT等主流操作系统平台，完全支持所有的工业标准，并获得最高认证级别的ISO标准安全性认证。Oracle采用完全开放策略，可以使客户选择最适合的解决方案，同时对开发商提供全力支持。Oracle数据库系统的特点有：w无范式要求，可根据实际系统需求构造数据库。w采用标准的SQL结构化查询语言。w具有丰富的开发工具，覆盖开发周期的各阶段。w支持大型数据库，数据类型支持数字、字符、大至2GB的二进制数据，为数据库的面向对象存储提供数据支持。w具有第四代语言的开发工具（SQL*FORMSSQL*REPORTS、SQL*MENU等）。w具有字符界面和图形界面，易于开发。ORACLE7以后得版本具有面向对象的开发环境CDE2。75第75页，共96页，编辑于2022年，星期日1.6常用数据库管理系统简介*w通过SQL*DBA控制用户权限，提供数据保护功能，监控数据库的运行状态，调整数据缓冲区的大小。w分布优化查询功能。w具有数据透明、网络透明，支持异种网络、异构数据库系统。并行处理采用动态数据分片技术。w支持客户机/服务器体系结构及混合的体系结构（集中式、分布式、客户机/服务器）。w实现了两阶段提交、多线索查询手段。w支持多种系统平台（Linux、HPUX、SUNOS、OSF/1、VMS、WINDOWS、WINDOWS/NT、OS/2）。w数据安全保护措施：没有读锁，采取快照SNAP方式完全消除了分布读写冲突。自动检测死锁和冲突并解决。w数据安全级别为C2级（最高级）。w数据库内模支持多字节码制，支持多种语言文字编码。w具有面向制造系统的管理信息系统和财务系统应用系统。wORACLE服务器支持超过10000个用户。76第76页，共96页，编辑于2022年，星期日1.6常用数据库管理系统简介*DB2DB2是IBM公司的产品，是一个多媒体、Web关系数据库管理系统，其功能足以满足大中公司的需要，并可灵活地服务于中小型电子商务解决方案。DB2系统在企业级的应用中十分广泛，目前全球DB2系统用户超过6000万，分布于约40万家公司。IBM在IT业界被称为蓝色巨人，这反映了它在信息技术领域的霸主地位。IBM的发展史贯穿了信息技术的发展里程，在信息技术领域的突出贡献无人能比，在数据库领域同样是主要的推动者。77第77页，共96页，编辑于2022年，星期日1.6常用数据库管理系统简介*1968年IBM公司推出的IMS(InformationManagementSystem)是层次数据库系统的典型代表，是第一个大型的商用数据库管理系统。1970年，IBM公司的研究员首次提出了数据库系统的关系模型，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基础。目前IBM仍然是最大的数据库产品提供商（在大型机领域处于垄断地位），财富100强企业中的100%企业和财富500强企业中的80%都使用了IBM的DB2数据库产品。全世界10家最大银行中的8家，20家最大公益事业公司中的15家，20家最大交通运输公司中的16家和20家最大人寿保险公司中的15家都选择了IBM的数据管理产品。DB2的另一个非常重要的优势在于基于DB2的成熟应用非常丰富，有众多的应用软件开发商围绕在IBM的周围。78第78页，共96页，编辑于2022年，星期日1.6常用数据库管理系统简介*2001年，IBM公司兼并了世界排名第四的著名数据库公司Informix，并将其所拥有的先进特性融入到DB2当中，使DB2系统的性能和功能有了进一步提高。DB2数据库系统采用多进程多线索体系结构，可以运行于多种操作系统之上，并分别根据相应平台环境作了调整和优化，以便能够达到较好的性能。DB2目前支持从PC到UNIX，从中小型机到大型机，从IBM到非IBM（HP及SUNUNIX系统等）的各种操作平台。可以在主机上以主/从方式独立运行，也可以在客户/服务器环境中运行。其中服务平台可以是OS/400，AIX，OS/2，HP-UNIX，SUN-Solaris等操作系统，客户机平台可以是OS/2或Windows,Dos,AIX,HP-UX,SUNSolaris等操作系统。79第79页，共96页，编辑于2022年，星期日1.6常用数据库管理系统简介*DB2数据库系统的特色：w支持面向对象的编程；支持复杂的数据结构，如无结构文本对象，可以对无结构文本对象进行布尔匹配、最接近匹配和任意匹配等搜索。可以建立用户数据类型和用户自定义函数。w支持多媒体应用程序；支持大二分对象（BLOB），允许在数据库中存取二进制大对象和文本大对象。其中，二进制大对象可以用来存储多媒体对象。w强大的备份和恢复能力；w支持存储过程和触发器；用户可以在建表时定义复