第一章數據庫概述本章內容容關于數據據庫的基基本概念念數據模型型數據庫系系統的結結構本章教學學大綱：：掌握數據據庫概念念：DB、DBMS、、DBS、DBA以及及他們的的關系了解數據據管理技技術的三三個發展展階段（（重點了了解數據據庫系統統階段的的特點））理解數據據庫術語語：數據據冗余數據模型型的三個個組成部部分（三三要素）），重點點是關系系數據模模型的三三要素。。數據庫系系統的三三級模式式結構與與其軟件件體系結結構1.1引引言什么是數數據庫應應用系統統？基本概念念數據管理理技術的的發展（（演化））數據庫系系統的特特點典型的數數據庫應應用系統統1.MaryRichards房屋粉粉刷MaryRichards是一個個專業的的房屋粉粉刷匠，，她擁有有并管理理一家小小公司。。該公司司包括她她自己和和另一個個專業粉粉刷匠，，在需要要的時候候．還雇雇傭一些些兼職的的粉刷匠匠。Mary的的業務已已經進行行了10年，她她收費合合理(既既不便宜宜．也不不昂貴))，并贏贏得了高高質量的的粉刷匠匠的美譽譽；Mary的的業務大大部分來來自請她她粉刷房房屋的客客戶的重重復業務務，面且且總是從從他們那那里得到到口頭參參照意見見。另外外，Mary也也有一部部分業務務來自建建筑承包包商和專專業的室室內設計計公司。。－－單用用戶數據據庫系統統2.TrebleClefMusic商店店TrebleClefMusic商店利用用數據庫庫應用程程序來記記錄它所所出租的的樂器。。因為在在高峰期期幾個銷銷售員可可能同時時出租樂樂器，所所以這需需要一個個多用戶戶數據庫庫應用程程序。商商店經理理也需要要訪問租租賃數據據庫來決決定什么么時間采采購更多多的結定定型號的的樂器。。她在做做這件事事情時并并不想打打亂租賃賃過程。。－－多用戶數數據庫系系統（局局域網））3.州執照頒頒發和汽汽車登記記局州執照頒頒發和汽汽車登記記局的，，有52個進行行駕駛員員考試、、頒發與與更新駕駕駛員執執照的中中心，37個銷銷售汽車車牌照的的辦公室室。辦公公室的人人在辦理理和更新新駕駛員員執照前前，通過過數據庫庫中駕駛駛員的記記錄查詢詢他們交交通違章章、事故故或被逮逮捕的情情況。這這些數據據用來決決定駕駛駛執照是是否可以以更新，，若可以以更新，，是否應應該有所所限制。。類似地地，汽車車登記部部門的工工作人員員通過訪訪問數據據庫來確確定一個個汽車以以前是否否登記過過，若登登記過，，是登記記給誰的的，是否否有重大大問題不不能進行行這次登登記。州州稅務部部門和執執法部門門的工作作人員；；因此該該數據庫庫龐大而而且復雜雜，加有有40多多個數據據表、并并且其中中的某些些表包括括數十萬萬行數據據。－－大型局域域網數據據庫應用用系統4.Calvert島預訂訂中心Calvert島是加加拿大西西海岸上上一個鮮鮮為人知知的美麗麗島嶼。。為了把把旅游業業擴展到到世界市市場，Calvert島商業業廳開發發了具有有三種功功能的站站點；●宣傳島島上的特特色和娛娛樂機會會●為后續續的郵件件宣傳而而索取并并保存站站點訪問問者的姓姓名和地地址●索取并并保存對對旅館、、住房及及旅游服服務的要要求，然然后把這這些要求求通報給給相應的的商家－－Internet數據據庫應用用系統不同類型型數據庫庫系統的的特點數據數據符號化的的信息廣義：數數字、文文字、圖圖形、圖圖像、聲聲音數字化數據的語語義DB（Database））數據庫：：長期儲儲存在計計算機內內的、有組織的、可共享的數據集合合。持久化結構化共享DBMS數據庫管管理系統統DataBaseManagementSystem管理數據據庫的系系統軟件件基本目標標方便有效DBMS功能數據定義義（DDL）數據操縱縱（DML）數據控制制（DCL）數據庫維維護DBS數據庫系系統數據庫DBMS＋開發發工具應用軟件件系統人員（數數據庫管管理員DBA、、應用程程序員、、最終用用戶）DBA((DataBaseAdministrator))協調用戶戶和開發發人員的的工作參與數據據庫設計計創建用戶戶和授權權保證數據據庫的正正常運行行維護工作作數據庫系系統組成成數據管理理技術的的發展人工階段段文件系統統數據庫特點：數數據不保保存、沒有管理理軟件、、沒有文件概概念、數數據面向具體體應用特點：以以文件形形式存放放、有了文件件系統、、程序與與數據有一定定的獨立立性、記記錄為單位、、數據冗冗余大、、面向特定程程序服務務特點：數數據是公公用的、、共享度高高、獨立立性高、、專用管理理系統功功能更強強數據組1用戶1用戶2應用程序2應用程序1應用程序3應用程序n用戶m……數據組2數據組3數據組n…人工管理理階段科學計算算不長期保保存應用程序序管理數數據不共享不具有數數據獨立立性文件系統統階段用戶1用戶2應用程序2應用程序1應用程序3應用程序n用戶m……數據文件2數據文件1數據文件3數據文件n…文件系統持久性由文件系系統管理理共享性差差、冗余余度大數據獨立立性差數據庫系系統階段段用戶1用戶2應用程序2應用程序1應用程序3應用程序n用戶m……數據庫管理系統DB儲存在計計算機系系統內的的有結構構的數據據集合專門進行行數據管管理的軟軟件，功功能：定義數據據、操縱縱數據、、完整性性約束檢檢查、訪訪問控制制、并發發控制、、備份與與恢復數據庫系系統的優優點（特特點）結構化共享性好好、冗余余度低數據具有有獨立性性物理邏輯DBMS統一管管理和控控制同種信息息在數據據庫中的的重復存存放1.2數數據模模型數據模型型現實世界界數據特特征的抽抽象用來描述述數據的的一組概概念和定定義數據庫系系統基于于某種數數據模型型抽象、表表示、處處理數據據和信息息要求較好地模模擬現實實世界能在計算算機上實實現易于理解解數據模型型的要素素數據結構構：數據的表表示方法法（數據據的組織織形式））表示數據據的性質質表示數據據之間的的聯系數據操作作：規定的可可對數據據執行的的操作及及操作規規則操作符、、含義、、規則（（優先級級別）、、實現操操作的語語言等等數據的完完整性約約束條件件：數據模型型應提供供定義的的手段，，并在操操作中自自動檢查查系統靜態態特性的的描述、型型的描述述系統動態態特性的描描述現實世界界——關關系數據據模型的的過程現實世界數據世界信息世界界學生現實世界界信息世界界概念模型型（信息息模型））數據世界界DBMS支持的的數據模模型認識、抽抽象轉換換邏輯數據據模型事物和事事物特性性，事物物間聯系系概念模型型（與DBMS無關））現實世界界到機器器數據的的一個中間層次次用于數據據庫概念念設計的的模型面向用戶，模擬現實世界界，信息世界界的建模模反映現實實世界的的對象及及聯系（（概念化化結構））邏輯數據據模型（（與DBMS有有關）反映所有有數據的的總體邏邏輯結構構物理數據據模型（（與DBMS//OS有有關）反映數據據存儲結結構概念模型型中的基基本術語語實體客觀存在在并可相互區區別的事物例：每個個學生、、每個職職工、學生的一一次注冊冊、馬克克思主義義。。。。實體集同類實體體的集合合，如：全體體教師、、所有學學生的注注冊屬性實體的某某一特性性如：姓名名、年齡齡、性別別、職稱稱注冊時間間、宗教教……E－R模模型中的的基本術術語碼（Key）能唯一標識識實體的屬屬性（或或屬性集集合）其任一真子子集不具有此此屬性如：學號號、系號號、身份份證號碼碼。。。。域（Domain）屬性的取值范圍圍，即屬性性的域如：學號號的域：：8位字字符串；；年齡的的域：12－75E－R模模型中的的基本術術語實體型（（Entity）用實體名名及其屬屬性名集集合來描描述同類類實體，，這種形形式就是是實體型型如：學生生（學號號，姓名名，性別別，系號號）聯系（Relationship））實體間的的相互關關聯如：學生生與課程程間的選選課聯系系E－R模模型中的的基本術術語聯系的映映射基數數（聯系系的階、、連通詞詞）某實體集集與另一一實體集集相聯系的實實體個數數一對一（（1::1））一對多（（1::n））多對多（（m::n））1:1一對一A中的每每個實體體，至多與B中的的一個實實體相聯聯系；反之亦然然。則稱實實體集A與實體體集B有有一對一一的聯系系，記為為：1:1。。如：班級級與正班班長、系系與系主主任。。1:N一對多A中的每每個實體體，可以與B中的的N個（N>==0)實實體相聯聯系；反之,A中的每每個實體體，至多與B中的的一個實體相聯聯系，則則稱實體體集A與與實體集集B有一一對多的的聯系，，記為：：1:N。。如：班級級與學生生、系與與教師。。。。M:N多對多A中的每每個實體體，可以與B中的的N個（N>==0)實實體相聯聯系；反之亦然然,則稱實體體集A與與實體集集B有多多對多的的聯系，，記為：：M:N。如：學生生與課程程、職工工與項目目。。。。概念模型型的表示示方法常見的概概念模型型：實體－聯聯系數據據模型（（E－R模模型）面向對象象數據模模型（OO模型型）Entity－－RelationshipDataModel基于：現實世界界有一組組稱為實體的基本對對象，以以及這些些對象間間的聯系組成E－R模模型是一一種語義模型型，力圖表表達數據據的意義義E－R的的表示實體型B實體型A聯系名實體型B實體型A聯系名實體型B實體型A聯系名111nmmDBMS支持的的數據模模型具體的DBMS支持的的一種數數據的組組織形式式（數據據結構））實際DBMS支支持的數數據模型型層次模型型（HierarchicalModel）20世紀紀60年年代末到到70年年代初網狀模型型（NetworkModel）20世紀紀70年年代關系模型型（RelationalModel）20世紀紀80年年代至今今面向對象象模型（（ObjectOrientedModel）研究開發發中關系數據據模型數據結構構：關系系（俗稱稱表）幾個概念念：學生屬性(Attribute))元組(Tuple))碼（Key）分量Example：系（系號號，系名名，系主主任，電電話）學生（學學號，姓姓名，性性別，出出生日期期，系號號）3個數字字字符10個漢漢字字符符2個字符符男、女1930年—1990年2位年年份+系系號+班級號號+編號號域{屬性的取取值范圍圍關系模式式中關系系的六條條性質：：表中的每每一項都都必須是是不可分分的基本本數據項項屬性間的的順序無無所謂元組間的的順序無無所謂列必須是是同質的的不同的列列可出自自同一個個域任兩個元元組不能能完全相相同關系數據據操作集合操作作路徑對用用戶透明明有嚴密的的數學理理論作基基礎查詢操作作：Select存儲操作作：插入（Insert））、刪除除（Delete）、、修改（Update））完整性約約束：數據須符符合的條條件或數數據之間間的關系系關系的三三類完整整性約束束：實體完整整性參照完整整性用戶自定定義的完完整性現實世界界——關關系數據據模型的的過程學生編號名字年齡性別班級現實世界數據世界信息世界學生事物和事事物特性性，事物物間聯系系現實世界界信息世界界實體和實實體屬性性，實體體集實體集間間聯系數據世界界記錄和字字段（表表、片斷斷、分量量）認識、抽抽象轉換換三個世界界中概念念的對應應關系：：一個事物物、一類類事物、、事務的的各種特特性現實世界界：實體實實體集集屬屬性、、域、碼碼概念世界界：元組關關系屬屬性（（字段））、候選選碼(記錄))（（表）主主碼碼、外部部碼關系數據據世界：：1.3數數據庫系系統的結結構DBMS角度內部體系系結構最終用戶角度度外部體系系結構數據庫系系統的三三級模式式結構外模式子模式//用戶模模式（一一個數據據庫可有有多個））數據安全全模式邏輯模式式是全體數數據的邏邏輯結構構和特征征的描述述（一個個數據庫庫只有一一個）內模式物理數據據模型的的特定模模式數據的存存儲方式式、物理理結構三級模式式結構應用1應用2應用3外模式A外模式B模式式內模式物理存儲DBMS外模式//模式映映像模式/內內模式映映像OS模式（Schema）－－－是數據庫庫中全體體數據在在邏輯上上的視圖圖。以某某種數據據模型為為基礎，，定義數數據庫全全部數據據的邏輯輯結構。。外模式（ExternalSchema）－－－子模式，，是個別別用戶的的數據視視圖。是是模式的的子集。。用外模模式DDL給出出的用以以定義一一個用戶戶數據視視圖的全全部語句句稱為此此用戶的的外模式式。內模式（InternalSchema）－－－存儲模式式，不僅僅定義了了數據庫庫中全部部數據的的物理結結構，還還定義了了數據的的存儲方方法、存存取策略略等。使使用內模模式DDL。三級模式式映射與數數據獨立立性外模式//模式映射數據的邏輯獨立立性模式/內內模式映射數數據的物理獨立立性二級映像像外模式//模式映映像——外模模式與模模式之間間的轉換換－邏邏輯獨立立性模式/內內模式映映像———模式與內內模式之之間的轉轉換－－物理理獨立性性一個數據據庫系統統，只有有一個模模式，一一個內模模式，但但可以有有多個外外模式，，所以一一個數據據庫系統統的模式式/內模模式映像像唯一，，外模式式/模式式映像不不唯一數據庫管管理系統統（DBMS）－－－負責數據據庫的統統一管理理和控制制，負責責維護、、安全性性和完整整性，是是數據庫庫系統的的關鍵部部分。需需要OS的支持持。面向用戶戶的數據據庫系統統體系結結構遠程終端小型機或或大型機機ModemModem集中式平平臺（Mainframe--Teminal）：：20年代代—80年代流流行本地終端遠程終端小型機或或大型機機文件服務務器模式式（F//W模式式），或或微機局局域網模模式，80年代代流行。。發送回服服務器修修改過的的數據文文件發送給用用戶的數數據文件件User1User2DBMSDBAS客戶/服服務器模模式（C/S））90年年代流行行操作要求求（查詢詢、存儲儲等）返回操作作結果DBMSDBAS在C/S模式式中，異異構型數數據庫之之間的數數據如何何實現共共享？應用1應用2SQLServerDBFoxproDBOracleDBODBCRDBMS分類類：PC型：：DbasefoxbasefoxproVFP、、Paradax、Access等等大型（服服務器型型）：MSSQLServer、Oracle、Sybase、、DB2、Informix等等。。數據管理理、開發發應用程程序界面面的功能能兼而有有之非常專業業于數據據管理，，不涉及用用戶界面面上一課內內容回顧顧：幾個概念念：DB、DBMS、DBS、DBADBMS的功能能與文件系系統相比比，DBS的特特點DBS面面向數據據的三級級模式結結構DBS面面向用戶戶的軟件件體系結結構（C/S、、B/S）思考題數據庫的的發展經經歷了哪哪幾個階階段？數據庫系系統包括括哪些組組成部分分？數據庫