第一章 数据模型与数据库系统精选文档.ppt

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1、第一章第一章数据模型与数据库系统数据模型与数据库系统1本讲稿第一页，共一百一十七页教材及参考书教材及参考书v数据库系统基础数据库系统基础高级篇（第高级篇（第5版）版）人民邮电出版社人民邮电出版社v李建中：数据库系统原理教程（第二版）李建中：数据库系统原理教程（第二版）v数据库系统概念，数据库系统概念，Abraham，Silberschatz等著，杨冬青译，机等著，杨冬青译，机械工业出版社械工业出版社v萨师煊，王珊：数据库系统概论，萨师煊，王珊：数据库系统概论，高等教育出版社高等教育出版社v王能斌：数据库系统原理教程（上、下），电子工业出版社王能斌：数据库系统原理教程（上、下），电子工业出版社2

2、本讲稿第二页，共一百一十七页什么是数据库什么是数据库v20世纪世纪60年代开始，经历年代开始，经历3代演变代演变第一代：层次和网状数据库系统第一代：层次和网状数据库系统第二代：关系数据库系统第二代：关系数据库系统前两代：源于商业事务处理（银行、飞机定票）前两代：源于商业事务处理（银行、飞机定票）新数据库应用：工程数据库应用、地理信息系统、多媒体新数据库应用：工程数据库应用、地理信息系统、多媒体信息系统、科学与统计数据库信息系统、科学与统计数据库第三代：支持第三代：支持Internet/Web应用。应用。3本讲稿第三页，共一百一十七页数据库技术发展趋势数据库技术发展趋势v数据库行业的一个趋势就是

3、快速数据库管理系统的数据库行业的一个趋势就是快速数据库管理系统的版本更新版本更新v下一个巨大的趋势就是下一个巨大的趋势就是:复杂度复杂度。这个趋势是被新版。这个趋势是被新版本中所有新的特性和功能所带来的本中所有新的特性和功能所带来的v异构也是一个问题异构也是一个问题v另一个达成共识的趋势就是正在不断加强的网络上另一个达成共识的趋势就是正在不断加强的网络上的数据的数据，现代的支持网络的数据库管理系统支持，现代的支持网络的数据库管理系统支持Java，.NET，XML，以及其他一些网络技术。，以及其他一些网络技术。4本讲稿第四页，共一百一十七页MicrosoftAccess2000*Microsof

4、tAccess2000*MicrosoftSQLServer2000*MicrosoftSQLServer2000*Oracle8i,9i,10g,11gDB2,InformixDB2,Informix SybaseSybasefoxproOpenSourceMySQLPostgreSQL*PostgreSQL*产品与工具5本讲稿第五页，共一百一十七页MicrosoftVisualStudio6.0VB*,VC MicrosoftVisualStudio.NETMicrosoftVisualStudio.NETC#*,VB.net,VC.netC#*,VB.net,VC.net BolandD

5、elphiBolandDelphi BolandBolandC+BuilderC+BuilderBolandJBuilderJBuilder产品与工具6本讲稿第六页，共一百一十七页几种主要数据库管理系统几种主要数据库管理系统vDB2、INFORMIXvORACLEvSYBASEvSQLSERVER7本讲稿第七页，共一百一十七页学习目的v掌握数据库系统的掌握数据库系统的基本概念基本概念v理解数据库技术的理解数据库技术的原理和技术原理和技术v掌握数据库系统的掌握数据库系统的设计和开发方法设计和开发方法v了解数据库技术的了解数据库技术的发展方向发展方向v能熟练使用能熟练使用1-2种主流数据库管理系统

6、种主流数据库管理系统8本讲稿第八页，共一百一十七页教学内容安排（教学内容安排（1）第一部分：数据库第一部分：数据库理论理论第一章：数据模型与数据库系统第一章：数据模型与数据库系统第二章：第二章：SQL第三章：关系数据理论第三章：关系数据理论第四章：数据库设计第四章：数据库设计第五章：事务处理技术第五章：事务处理技术9本讲稿第九页，共一百一十七页教学内容安排（教学内容安排（1）第二部分：数据库第二部分：数据库应用应用第六章：第六章：XML技术和技术和ORACLE介绍介绍云计算简介云计算简介10本讲稿第十页，共一百一十七页教学内容安排教学内容安排(2)第三部分：第三部分：数据库新技术数据库新技术第

7、七章：数据挖掘与数据仓库第七章：数据挖掘与数据仓库第八章：面向对象与对象关系数据库第八章：面向对象与对象关系数据库第九章：分布式数据库第九章：分布式数据库第十章：并行数据库第十章：并行数据库第十一章：第十一章：WEB数据库数据库11本讲稿第十一页，共一百一十七页第一部分：数据库第一部分：数据库理论理论第一章第一章数据模型与数据库系统数据模型与数据库系统12本讲稿第十二页，共一百一十七页利用你的数据库方面的知识思考几个问题1.你接触过哪些商用的数据库管理系统产品？会使用哪些工具？会使用数据库语言的哪些命令？会实现哪些功能？2.根据你对数据库系统知识的理解及实际经验，你觉得商用数据库系统产品应该提

8、供哪些功能？3.数据库系统的体系结构、组成与特点?4.关系模型的三要素?5.数据库的三级模式如何支持程序与数据的逻辑独立性与物理独立性？13本讲稿第十三页，共一百一十七页第一章第一章数据模型与数据库系统数据模型与数据库系统1.1数据库技术的研究意义数据库技术的研究意义1.2数据库系统结构及组成数据库系统结构及组成1.3数据模型数据模型1.4数据库技术的研究领域及发展趋势数据库技术的研究领域及发展趋势1.5关系数据库系统关系数据库系统14本讲稿第十四页，共一百一十七页引言v1963年，美国年，美国Honeywell公司的公司的IDS（IntegratedDataStore）系统投入运行，揭开了数

9、据库技术的）系统投入运行，揭开了数据库技术的序幕序幕。v20世纪世纪70年代是数据库蓬勃发展的年代，年代是数据库蓬勃发展的年代，网状系统网状系统和和层次系统层次系统占占据了整个数据库商用市场，而关系系统仅处于实验阶段。据了整个数据库商用市场，而关系系统仅处于实验阶段。v20世纪世纪80年代，年代，关系系统关系系统由于使用简便以及硬件性能的改善，逐步由于使用简便以及硬件性能的改善，逐步代替网状系统和层次系统占领了市场。代替网状系统和层次系统占领了市场。v20世纪世纪90年代，关系数据库已成为数据库技术的年代，关系数据库已成为数据库技术的主流主流。v进入进入21世纪以后，无论是市场的需求还是技术条

10、件的成熟，世纪以后，无论是市场的需求还是技术条件的成熟，对对象数据库技术象数据库技术、网络数据库技术网络数据库技术的推广和普及已成定局。的推广和普及已成定局。15本讲稿第十五页，共一百一十七页1.1数据库技术的研究意义数据库技术的研究意义v数据库技术产生于六十年代末，是数据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管理的最新技术，是计算机科学的重要分支分支v用于数据挖掘和知识提取。用于数据挖掘和知识提取。v是信息科学和其他相关科学的基础是信息科学和其他相关科学的基础16本讲稿第十六页，共一百一十七页1.1数据库技术的研究意义（续数据库技术的研究意义（续)v数据库应用领

11、域数据库应用领域电子商务、网上购物电子商务、网上购物电子政务电子政务MIS MIS(Management Information System(Management Information System，管理信息系统，管理信息系统)OA OA (Office Automation(Office Automation，办公自动化系统，网上办公，办公自动化系统，网上办公)DSS DSS(Decision Support System(Decision Support System，决策支持系统，决策支持系统)GIS GIS(Geography Information System(Geograph

12、y Information System，地理信息系统，地理信息系统)17本讲稿第十七页，共一百一十七页v数据库应用领域（续）数据库应用领域（续）ERP ERP（Enterprise Resources PlanningEnterprise Resources Planning，企业资源计划），企业资源计划）DW DW (Data Warehouse(Data Warehouse，数据仓库、数据挖掘），数据仓库、数据挖掘）远程教育系统远程教育系统计算机辅助设计计算机辅助设计网络中动态数据库网络中动态数据库移动数据库移动数据库(无线技术、移动通信、无线技术、移动通信、GPSGPS、嵌入式控制设备

13、、嵌入式控制设备)18本讲稿第十八页，共一百一十七页1.1数据库技术的研究意义（续数据库技术的研究意义（续)v市场前景市场前景无所不在的数据管理无所不在的数据管理Everything Over DB?Everything Over DB?19本讲稿第十九页，共一百一十七页第一章第一章数据模型与数据库系统数据模型与数据库系统1.1数据库技术的研究意义数据库技术的研究意义1.2数据库系统的结构及组成数据库系统的结构及组成1.3数据模型数据模型1.4数据库技术的研究领域及发展趋势数据库技术的研究领域及发展趋势1.5关系数据库系统关系数据库系统20本讲稿第二十页，共一百一十七页1.2数据库系统的结构及

14、组成数据库系统的结构及组成 21本讲稿第二十一页，共一百一十七页v数据库的特征数据库的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22本讲稿第二十二页，共一百一十七页学号姓名性别系别年龄住址出身学位学分补贴23本讲稿第二十三页，共一百一十七页数据库数据库用户用户应用系统应用系统应用开发工具应用开发工具DBMS操作系统操作系统数据库管理员数据库管理员DBA数数据据库库系系统统构构成成应用程序员应用程序员JB,VB,VCDELPHIOracle,Db2,Sybase,SQLS

15、erver,Informix24本讲稿第二十四页，共一百一十七页DBS的的全全局局结结构构25本讲稿第二十五页，共一百一十七页硬件硬件操作系统操作系统DBMS应用软件开发工具应用软件开发工具应用系统应用系统数数据据库库系系统统地地位位26本讲稿第二十六页，共一百一十七页DBADBA的职责的职责定义数据库定义数据库定义存取方法和存储结构定义存取方法和存储结构授予用户不同的等级权限授予用户不同的等级权限规定完整性的约束条件规定完整性的约束条件作为一个中介和用户进行交互作为一个中介和用户进行交互监视系统的运行并对请求做出相应的反应。监视系统的运行并对请求做出相应的反应。27本讲稿第二十七页，共一百一

16、十七页v安装和升级数据库服务器（如安装和升级数据库服务器（如Oracle、MicrosoftSQLserver），以及应用程），以及应用程序工具监控和优化数据库的性能。序工具监控和优化数据库的性能。v制定数据库备份计划，灾难出现时对数制定数据库备份计划，灾难出现时对数据库信息进行恢复据库信息进行恢复v维护适当介质上的存档或者备份数据维护适当介质上的存档或者备份数据备份和恢复数据库备份和恢复数据库v联系数据库系统的生产厂商，跟踪技术联系数据库系统的生产厂商，跟踪技术信息信息28本讲稿第二十八页，共一百一十七页数据库系统的结构数据库系统的结构数据库数据库内模式内模式模模 式式外模式外模式2 2外模

17、式外模式3 3外模式外模式1 1应用应用A A应用应用B B应用应用C C应用应用D D应用应用E E外模式外模式/模式映象模式映象模式模式/内模式映象内模式映象29本讲稿第二十九页，共一百一十七页数据和程序的相互独立性数数据据和和使使用用它它的的程程序序之之间间不不存存在在相相互互依依赖赖关关系系。数数据据的的逻逻辑辑结结构构、存存储储结结构构和和存存取取方方法法等等不不随随应应用用程程序序的的改改变变而而改改变变，反反之之亦亦然然。数数据据的的独独立立性性实实质质是是数数据据库库三三种种模模式式（模模式式、内内模模式式和和外外模模式式）之之间间的独立性。数据独立性分两种：的独立性。数据独立

18、性分两种：物物理理独独立立性性：指指数数据据的的物物理理结结构构（即即存存储储结结构构）的的改改变变，如如物物理理存存储储设设备备的的改改变变、位置和存取方法的改变，不影响数据库的逻辑结构，也不引起应用程序的修改。位置和存取方法的改变，不影响数据库的逻辑结构，也不引起应用程序的修改。逻逻辑辑独独立立性性：指指数数据据库库逻逻辑辑结结构构的的改改变变，如如修修改改数数据据定定义义、改改变变数数据据之之间间的的关关系，无需修改原来的应用程序。系，无需修改原来的应用程序。30本讲稿第三十页，共一百一十七页数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构单用户数据库系统单用户数据库系统DB31本讲稿第三十一页

19、，共一百一十七页1.单用户数据库系统单用户数据库系统v整个数据库系统整个数据库系统(应用程序、应用程序、DBMS、数、数据据)装在一台计算机上，为一个用户独占，装在一台计算机上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据不同机器之间不能共享数据v早期的最简单的数据库系统早期的最简单的数据库系统32本讲稿第三十二页，共一百一十七页数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构主从式数据库系统主从式数据库系统主机主机DB终端终端终端终端终端终端终端终端DBMS应用程序应用程序33本讲稿第三十三页，共一百一十七页2.主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统v一个主机带多个终端的多用户结构一个主机带多个终

20、端的多用户结构数据库系统，包括应用程序、数据库系统，包括应用程序、DBMS、数据，、数据，都集中存放在主机上，所有处理任务都由主都集中存放在主机上，所有处理任务都由主机来完成机来完成各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，共享数据资源共享数据资源34本讲稿第三十四页，共一百一十七页主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统v优点优点易于管理、控制与维护易于管理、控制与维护v缺点缺点当当终终端端用用户户数数目目增增加加到到一一定定程程度度后后，主主机机的的任任务务会会过过分分繁繁重重，成成为为瓶瓶颈颈，从从而而使使系系统统性性能下降能下降系系统统的的可可

21、靠靠性性依依赖赖主主机机,当当主主机机出出现现故故障障时时，整个系统都不能使用整个系统都不能使用35本讲稿第三十五页，共一百一十七页数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构C/S应用模式应用模式网络服务器网络服务器DB客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序36本讲稿第三十六页，共一百一十七页3CS结构的数据库系统结构的数据库系统v客户服务器客户服务器v把把DBMS功能和应用分开功能和应用分开网络中某个（些）结点上的计算机专门用于网络中某个（些）结点上的计算机专门用于执行执行DBMS功能，称为数据库服务器，

22、简称功能，称为数据库服务器，简称服务器服务器其他结点上的计算机安装其他结点上的计算机安装DBMS的外围应用的外围应用开发工具，用户的应用系统，称为开发工具，用户的应用系统，称为客户机客户机37本讲稿第三十七页，共一百一十七页客户服务器数据库系统的种类客户服务器数据库系统的种类v集中的服务器结构集中的服务器结构一台数据库服务器，多台客户机一台数据库服务器，多台客户机v分布的服务器结构分布的服务器结构在网络中有多台数据库服务器在网络中有多台数据库服务器分布的服务器结构是客户服务器与分布式分布的服务器结构是客户服务器与分布式数据库的结合数据库的结合38本讲稿第三十八页，共一百一十七页客户服务器结构的

23、优点客户服务器结构的优点v客户端的用户请求被传送到数据库服务客户端的用户请求被传送到数据库服务器，数据库服务器进行处理后，只将结器，数据库服务器进行处理后，只将结果返回给用户，从而显著减少了数据传果返回给用户，从而显著减少了数据传输量输量v数据库更加开放数据库更加开放客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行软件平台上运行可以使用不同厂商的数据库应用开发工具可以使用不同厂商的数据库应用开发工具39本讲稿第三十九页，共一百一十七页客户服务器结构的缺点客户服务器结构的缺点v“胖客户胖客户”问题：问题：系统安装复杂，工作量大系统安装复杂，工作量大应用维

24、护困难，难于保密，造成安全性差应用维护困难，难于保密，造成安全性差相同的应用程序要重复安装在每一台客户机相同的应用程序要重复安装在每一台客户机上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源系统规模达到数百数千台客户机，它们的硬系统规模达到数百数千台客户机，它们的硬件配置、操作系统又常常不同，要为每一个件配置、操作系统又常常不同，要为每一个客户机安装应用程序和相应的工具模块，其客户机安装应用程序和相应的工具模块，其安装维护代价便不可接受了安装维护代价便不可接受了40本讲稿第四十页，共一百一十七页数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构B/S应用模式应用模式网络服务器

25、网络服务器DB客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机应用程序应用程序浏览器浏览器浏览器浏览器浏览器浏览器浏览器浏览器WebDBMS41本讲稿第四十一页，共一百一十七页浏览器浏览器/应用服务器应用服务器/数据库服务器结构数据库服务器结构vB/Sv客户端：客户端：浏览器软件、用户界面浏览器软件、用户界面浏览器的界面统一，广大用户容易掌握浏览器的界面统一，广大用户容易掌握大大减少了培训时间与费用大大减少了培训时间与费用v服务器端分为两部分：服务器端分为两部分：Web服务器、应用服务器服务器、应用服务器数据库服务器等数据库服务器等大大减少了系统开发和维护代价大大减少了系统开发和维护代价能够支

26、持数万甚至更多的用户能够支持数万甚至更多的用户42本讲稿第四十二页，共一百一十七页数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构分布式数据库系统分布式数据库系统DB43本讲稿第四十三页，共一百一十七页4.分布式结构的数据库系统分布式结构的数据库系统v数据库中的数据在逻辑上是一个整体，数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但物理地分布在计算机网络的不同结点但物理地分布在计算机网络的不同结点上上网络中的每个结点都可以独立处理本地数据网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用库中的数据，执行局部应用同时也可以同时存取和处理多个异地数据库同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全

27、局应用中的数据，执行全局应用44本讲稿第四十四页，共一百一十七页分布式结构的数据库系统分布式结构的数据库系统v优点优点适应了地理上分散的公司、团体和组织对于适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求数据库应用的需求v缺点缺点数据的分布存放给数据的处理、管理与维护数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难带来困难当用户需要经常访问远程数据时，系统效率当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会明显地受到网络传输的制约会明显地受到网络传输的制约45本讲稿第四十五页，共一百一十七页第一章第一章数据模型与数据库系数据模型与数据库系统统1.1数据库技术的研究意义数据库技术的研究意义1.2数据

28、库系统结构及组成数据库系统结构及组成1.3数据模型数据模型1.4数据库技术的研究领域及发展趋势数据库技术的研究领域及发展趋势1.5关系数据库系统关系数据库系统46本讲稿第四十六页，共一百一十七页1.3数据模型数据模型47本讲稿第四十七页，共一百一十七页一.数据描述1.数据描述的三个领域现实世界现实世界存在于人们头脑之外的客观世界存在于人们头脑之外的客观世界信息世界信息世界现实世界在人们头脑中的反映，人们把它用现实世界在人们头脑中的反映，人们把它用文字和符号记载下来文字和符号记载下来机器世界机器世界信息世界的信息在机器世界中以数据形式存信息世界的信息在机器世界中以数据形式存储储48本讲稿第四十八

29、页，共一百一十七页对象的抽象过程对象的抽象过程第一级抽象现实世界现实世界信息世界信息世界概念模型概念模型机器世界机器世界数据模型数据模型第二级抽象事物个体事物个体实体实体记录记录事物总体事物总体实体集实体集 文件文件(表表)特征特征属性属性字段字段/属性属性事物间联系事物间联系实体模型实体模型文件文件(表表)认识抽象转换49本讲稿第四十九页，共一百一十七页数据模型的定义数据模型的定义v在数据库中用数据模型这个工具来在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处抽象、表示和处理理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型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就是现实世界的模拟v数

30、据模型应满足三方面要求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50本讲稿第五十页，共一百一十七页v数据模型分成两个不同的层次数据模型分成两个不同的层次(1)概念模型（概念模型（信息模型）：是按用户的观点对数据和信息建模。信息模型）：是按用户的观点对数据和信息建模。(2)结构数据模型：结构数据模型：主要包括网状模型、层次模型、关系模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。等，它是按计算机系统的观点对数据建模。v客观对象的抽象过程客观对象的抽象过程-两步抽象两步抽象现

31、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。v概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。51本讲稿第五十一页，共一百一十七页概念数据模型概念数据模型v概念模型的用途概念模型的用途按用户的观点来对数据和信息建模按用户的观点来对数据和信息建模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

32、人员和用户之间进行交流的语言52本讲稿第五十二页，共一百一十七页v主要术语实体：客观存在并互相区分的事物。实体：客观存在并互相区分的事物。属性：实体所具有的某一特性。属性：实体所具有的某一特性。码：唯一识别实体集中每个实体的属性或属性组码：唯一识别实体集中每个实体的属性或属性组域：属性取值的变化范围。域：属性取值的变化范围。实体型：性质相同的同类实体。实体型：性质相同的同类实体。表示方法：实体名（属性名，表示方法：实体名（属性名，）实体集：性质相同的同型实体的集合。实体集：性质相同的同型实体的集合。联系：实体之间的关系（联系：实体之间的关系（1:1,1:N,M:N）53本讲稿第五十三页，共一百

33、一十七页v概念模型的表示方法：概念模型的表示方法：实体联系模型（实体联系模型（E-RE-R模型）模型）E-RE-R模型于模型于19761976年提出的年提出的从现实世界抽象出实体及实体间联系，用从现实世界抽象出实体及实体间联系，用E-RE-R图表示图表示E-RE-R图中的四个基本成分图中的四个基本成分矩形框，表示实体类型矩形框，表示实体类型菱形框，表示联系类型菱形框，表示联系类型椭圆形框，表示实体类型和联系类型的属性椭圆形框，表示实体类型和联系类型的属性直线，联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连接，并在直线端部标上联系直线，联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连接，并在直线端部标上联系的种类

34、的种类(1:1,1:N,M:N)(1:1,1:N,M:N)ER-WINER-WIN工具工具54本讲稿第五十四页，共一百一十七页E-R图实例图实例职工号职工号姓名姓名性别性别年龄年龄职称职称书号书号书名书名简介简介价格价格课程名课程名学分学分课程号课程号专业系专业系班编号班编号成绩成绩学员学员学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄教师教师参考书参考书讲授讲授课程课程mn1选修选修mn领导领导1n学生学生组成组成班级班级n1实体集实体集实体集实体集联系联系联系联系属性属性属性属性55本讲稿第五十五页，共一百一十七页复合属性用椭圆形表示，并用直线连接到实体，同时组成复合属性的简单属性连接到复合属性上多值属

35、性用双线连接到实体emp_addresscitystatestaddresseidEmployeeszipcodehobbies56本讲稿第五十六页，共一百一十七页结构结构数据模型数据模型v数据模型数据模型=数据结构数据结构(静态：对象、联系静态：对象、联系)+数据操作数据操作(动态：检索、更新动态：检索、更新)+完整性约束完整性约束(条件：正确、有效、相容条件：正确、有效、相容)57本讲稿第五十七页，共一百一十七页一、数据结构（主要术语）一、数据结构（主要术语）关系（关系（RelationRelation）：一张表）：一张表元组（元组（TupleTuple）：表中的一行）：表中的一行属性（属

36、性（AttributeAttribute）：表中的一列）：表中的一列主码（主码（KeyKey）：表中的某个属性组，唯一确定某元组）：表中的某个属性组，唯一确定某元组域（域（DomainDomain）：属性的取值范围）：属性的取值范围分量：元组中的一个属性值分量：元组中的一个属性值关系模式：对关系的描述关系模式：对关系的描述 关系名（属性关系名（属性1 1，属性，属性2 2，属性，属性n n）实体、实体之间联系实体、实体之间联系关系描述关系描述规范化：关系必须满足一定条件（范式）规范化：关系必须满足一定条件（范式）58本讲稿第五十八页，共一百一十七页二、数据操作二、数据操作v数据操作：检索、更新

37、（插入、删除、修改）数据操作：检索、更新（插入、删除、修改）v特点：特点：数据操作是集合操作：操作对象、结果都是关系，数据操作是集合操作：操作对象、结果都是关系，即若干元组的集合。即若干元组的集合。数据的独立性：存取路径隐蔽数据的独立性：存取路径隐蔽三、完整性约束三、完整性约束关系的完整性约束（三类）：关系的完整性约束（三类）：实体、参照、用户自定义实体、参照、用户自定义59本讲稿第五十九页，共一百一十七页v四种四种(逻辑逻辑)数据模型数据模型基于树的层次模型基于树的层次模型（Hierarchical Model）基于图的网状模型基于图的网状模型（Network Model）基于表的关系模型基

38、于表的关系模型（Relational Model）基于对象的面向对象模型基于对象的面向对象模型（Object Oriented Model）OOOR60本讲稿第六十页，共一百一十七页层次模型网状模型关系模型面向对象模型创始1968年IBM公司的IMS系统1969年CODASYL的DBTG报告(71年通过)1970年F.Codd提出关系模型20世纪80年代数据结构复杂（树结构）复杂（有向图结构）简单（二维表）复杂（嵌套递归）数据联系通过指针通过指针通过表间的公共属性 通过对象标识查询语言过程性语言过程性语言非过程性语言面向对象语言典型产品IMSIDS/IMAGE/3000IDMSTOTALOra

39、cleSybaseDB2SQL ServerInformixONTOS DB盛行期20世纪70年代70年代至80年代中期80年代至现在90年代至现在四种逻辑数据模型的比较61本讲稿第六十一页，共一百一十七页第一章第一章数据模型与数据库系统数据模型与数据库系统1.1数据库技术的研究意义数据库技术的研究意义1.2数据库系统结构及组成数据库系统结构及组成1.3数据模型数据模型1.4数据库技术的研究领域及发展趋势数据库技术的研究领域及发展趋势1.5关系数据库系统关系数据库系统62本讲稿第六十二页，共一百一十七页数据库新技术v新的数据库管理系统新的数据库管理系统面向对象数据库面向对象数据库对象对象-关系

40、数据库关系数据库并行数据库并行数据库分布式数据库分布式数据库v新的数据库应用新的数据库应用数据仓库数据仓库数据挖掘数据挖掘OLAPOLAP63本讲稿第六十三页，共一百一十七页v特种数据库特种数据库时态数据库时态数据库移动数据库移动数据库主动数据库主动数据库模糊数据库模糊数据库实时数据库实时数据库空间数据库空间数据库WebWeb数据库数据库XMLXML数据库数据库H管理被处理事件的管理被处理事件的历史性信息历史性信息H管理数据库系统中管理数据库系统中元事件的时态信息元事件的时态信息H分布式数据库的扩展分布式数据库的扩展H数据库数据库+无线网络无线网络H即时性即时性+就地性就地性H手机、汽车、手机

41、、汽车、PDA.H被动服务：命令驱动被动服务：命令驱动H主动服务：事件驱动主动服务：事件驱动H实时监控系统，异常实时监控系统，异常情况主动处理情况主动处理.H处理模糊对象处理模糊对象H模糊模糊糊涂糊涂H模糊专家系统，模拟模糊专家系统，模拟计算计算.H支持对数据的支持对数据的“定时定时”存取和对存取和对“短暂有效短暂有效”数据的存取。数据的存取。H工厂生产过程控制、证工厂生产过程控制、证券交易、雷达跟踪券交易、雷达跟踪.H几何数据几何数据H空间查询空间查询64本讲稿第六十四页，共一百一十七页面向对象数据库(OODB）v面向对象数据库系统是数据库技术与面向对象技面向对象数据库系统是数据库技术与面向

42、对象技术相结合的产物术相结合的产物.v同传统的关系数据库系统相比具有处理同传统的关系数据库系统相比具有处理多媒体数多媒体数据、复杂对象据、复杂对象的能力的能力,因而更适用于涉及多媒体数据、因而更适用于涉及多媒体数据、时态数据、空间数据、复杂对象的数据库等新的应用时态数据、空间数据、复杂对象的数据库等新的应用领域领域.v由于关系数据库在传统数据库应用领域仍占据主由于关系数据库在传统数据库应用领域仍占据主导地位导地位,因而将二者结合因而将二者结合,发展一种发展一种分布式对象关系分布式对象关系数据库是未来的趋势数据库是未来的趋势.65本讲稿第六十五页，共一百一十七页智能数据库(IDB)v人工智能人工

43、智能(AI)(AI)和数据库技术相结合是数据技术未来和数据库技术相结合是数据技术未来发展的方向发展的方向.v一个智能数据库至少应同时具备一个智能数据库至少应同时具备演绎能力演绎能力和和主动能力主动能力,即即IDBIDB应具有下列特点应具有下列特点:(1)(1)提供表达各种形式的应用知识的手段提供表达各种形式的应用知识的手段;(2)(2)为用户象专家系统一样提供解释为用户象专家系统一样提供解释;(3)(3)主动规则主动规则,恰当地为快速变化作出反应恰当地为快速变化作出反应;(4)(4)更普遍更普遍,更灵活地实现完整性控制、安全更灵活地实现完整性控制、安全性控制、导出数据处理、报警等性控制、导出数

44、据处理、报警等.66本讲稿第六十六页，共一百一十七页信息集成v传统的异构数据库系统的集成传统的异构数据库系统的集成.v Web Web 信息集成信息集成(泛数据泛数据研究的时代研究的时代)随着随着Internet Internet 的飞速发展的飞速发展,网络迅速成为一种重要网络迅速成为一种重要的信息传播和交换的手段的信息传播和交换的手段,尤其是在尤其是在WebWeb上上,有着极其有着极其丰富的数据来源丰富的数据来源.v如何获取如何获取Web Web 上的有用数据并加以综合利用上的有用数据并加以综合利用,即构建即构建Web Web 信息集成系统信息集成系统,成为一个引起广泛关注的研究成为一个引起

45、广泛关注的研究领域领域.67本讲稿第六十七页，共一百一十七页数据仓库、数据挖掘、智能决策v随着计算机网络技术及随着计算机网络技术及InternetInternet应用的日趋普及应用的日趋普及,势必要求数据库系统的应用平台向势必要求数据库系统的应用平台向Web平台平台迁移迁移,最最终达到全球数据信息共享的目的终达到全球数据信息共享的目的.v数据仓库、数据挖掘是目前发展极为迅速的一个研数据仓库、数据挖掘是目前发展极为迅速的一个研究领域究领域v 数据仓库是数据仓库是面向主题面向主题的、的、稳定稳定的、的、综合综合的的随时间变随时间变化化的数据集合。的数据集合。68本讲稿第六十八页，共一百一十七页数据

46、流管理v测量和监控复杂的测量和监控复杂的动态的现象动态的现象,如远程通信、如远程通信、Web Web 应用、金融事务、大气情况等，产生了应用、金融事务、大气情况等，产生了大量、不大量、不间断的数据流间断的数据流。v数据流处理对数据库、系统、算法、网络和其他计算数据流处理对数据库、系统、算法、网络和其他计算机科学领域的技术挑战已经开始显露，这是数据库界机科学领域的技术挑战已经开始显露，这是数据库界一个活跃的研究领域一个活跃的研究领域,包括新的流操作、包括新的流操作、SQLSQL扩展、查扩展、查询优化方法、操作调度技术等。询优化方法、操作调度技术等。69本讲稿第六十九页，共一百一十七页XML数据管

47、理数据管理v目前大量的目前大量的XMLXML数据以文本文档的方式存储数据以文本文档的方式存储,难以支持难以支持复杂高效的查询，用传统数据库存储复杂高效的查询，用传统数据库存储XMLXML数据的问题在数据的问题在于于模式映射带来的效率下降和语义丢失模式映射带来的效率下降和语义丢失。v XML XML 数据是半结构化的，这样就给数据是半结构化的，这样就给 XML XML 数据库中的数据库中的存储系统带来更大的灵活性，同时，带来了更大的挑战。存储系统带来更大的灵活性，同时，带来了更大的挑战。恰当的记录划分和簇聚，能够减少恰当的记录划分和簇聚，能够减少I/O I/O 次数，提高查询效次数，提高查询效率

48、。率。研究不同存储粒度对查询的支持也是研究不同存储粒度对查询的支持也是XML XML 存储面临存储面临的一个关键性问题。的一个关键性问题。70本讲稿第七十页，共一百一十七页移动数据管理移动数据管理v用户不再需要固定地联接在某一个网络中不变用户不再需要固定地联接在某一个网络中不变,而是可以而是可以携带移动计算机自由地移动。这样的计算环境携带移动计算机自由地移动。这样的计算环境,称之为称之为移动计移动计算算。v研究移动计算环境中的数据管理技术，已成为目前分布式数据库研究移动计算环境中的数据管理技术，已成为目前分布式数据库研究的一个新的方向，即移动数据库技术。研究的一个新的方向，即移动数据库技术。v

49、与基于固定网络的传统分布计算环境相比与基于固定网络的传统分布计算环境相比,移动计算环境具移动计算环境具有以下特点有以下特点:移动性、频繁断接性、带宽多样性、网络通信移动性、频繁断接性、带宽多样性、网络通信的非对称性、移动计算机的电源能力、可靠性要求较低和的非对称性、移动计算机的电源能力、可靠性要求较低和可伸缩性等可伸缩性等。71本讲稿第七十一页，共一百一十七页微小型数据库技术v随着移动计算时代的到来，随着移动计算时代的到来，嵌入式嵌入式操作系统对微小型操作系统对微小型数据库系统的需求，为数据库技术开辟了新的发展空数据库系统的需求，为数据库技术开辟了新的发展空间，微小型数据库技术目前已经从研究领

50、域逐步走向间，微小型数据库技术目前已经从研究领域逐步走向应用领域。应用领域。v随着智能移动终端的普及随着智能移动终端的普及,人们对移动数据实时处人们对移动数据实时处理和管理要求也不断提高，嵌入式移动数据库越理和管理要求也不断提高，嵌入式移动数据库越来越体现出其优越性来越体现出其优越性,从而被学界和业界所重视。从而被学界和业界所重视。72本讲稿第七十二页，共一百一十七页传感器数据库技术v随着微电子技术的发展随着微电子技术的发展,传感器的应用越来越广泛传感器的应用越来越广泛.可以使小鸟携带传感器可以使小鸟携带传感器,根据传感器在一定的范围内发回根据传感器在一定的范围内发回的数据定位小鸟的位置的数据