1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理,第一章 數(shù)據(jù)庫概論,本課程解決的問題：如何有效的組織、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大量的數(shù)據(jù)？ 引出： DB的概念 方法 理論 技術(shù) 本章的重點(diǎn)： DB的體系結(jié)構(gòu) DBS結(jié)構(gòu),第一節(jié) 數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展,經(jīng)歷三個階段： 人工管理階段（20世紀(jì)50年代中期以前） 文件系統(tǒng)管理階段（20世紀(jì)50年代后期至 60年代中期） 數(shù)據(jù)庫管理階段（20世紀(jì)60年代末開始）,一 人工管理階段,存儲介質(zhì)： 磁帶、卡片、紙帶（無磁盤）主要用于科學(xué)計(jì)算 特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量小、計(jì)算復(fù)雜。 數(shù)據(jù)管理的特點(diǎn)： （1）數(shù)據(jù)不保存在計(jì)算機(jī)中。 （2）只有程序的概念，無文件的概念。 （3）沒有專用的軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。 （4）數(shù)

2、據(jù)面向應(yīng)用，程序與數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性。,二 文件系統(tǒng)管理階段,存儲介質(zhì)：出現(xiàn)了磁盤和磁鼓。 應(yīng)用：由科學(xué)計(jì)算轉(zhuǎn)向于信息管理。 特點(diǎn)：計(jì)算簡單，數(shù)據(jù)量大。 數(shù)據(jù)管理的特點(diǎn)： （1）數(shù)據(jù)要求長期保存在磁盤上。 （2）數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，可重復(fù)使用。 （3）數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)有區(qū)別；程序與數(shù)據(jù)之間具 有“設(shè)備獨(dú)立”。 （4）文件組織呈現(xiàn)多樣化：索引文件，鏈接文件和散列文 件等。,文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)： （1） 數(shù)據(jù)冗余大。 （2）數(shù)據(jù)操作具有不一致性。 (3) 數(shù)據(jù)缺乏獨(dú)立性。 （4）數(shù)據(jù)之間聯(lián)系弱。 （5）數(shù)據(jù)管理無法實(shí)施統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。,三 數(shù)據(jù)庫管理階段,1、特點(diǎn)： (1) 采用了復(fù)雜

3、的數(shù)據(jù)模型表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 (2) 有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。 數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立：當(dāng)數(shù)據(jù)整體邏輯結(jié)構(gòu)改變時，盡量不影響用戶的 邏輯結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序 。 數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立：當(dāng)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)改變時，不影響整體的邏輯結(jié) 構(gòu)以及應(yīng)用程序 。 (3) 減少了數(shù)據(jù)的無控冗余。 (4) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供了方便的用戶接口來使用數(shù)據(jù)庫。 (5) 數(shù)據(jù)操作的基本單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)而不是記錄，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。 (6) 系統(tǒng)提供了4個方面的數(shù)據(jù)控制功能：數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)、并發(fā)控制、 數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)的安全性。,2、4個重要的概念 （1）數(shù)據(jù)庫（Database）:能為多個用戶所共享，具有最小冗余 度，數(shù)據(jù)間聯(lián)系密切，而又有較高數(shù)據(jù)獨(dú)

4、立性的數(shù)據(jù)存儲庫。 （2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）：位于用戶與OS之間的一層數(shù)據(jù)管 理軟件，它能為用戶或應(yīng)用程序提供訪問DB的方法，包括DB 的建立、查詢、更新及各種數(shù)據(jù)控制。 （3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）:實(shí)現(xiàn)有組織地，動態(tài)地存儲大量關(guān)聯(lián)數(shù) 據(jù)，方便多用戶訪問計(jì)算機(jī)軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源組成的系統(tǒng). （4）數(shù)據(jù)庫技術(shù)：是一門研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲、管理和使用的 軟件科學(xué)。,第二節(jié) 數(shù)據(jù)描述,一 三個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)描述 從事物的特性到計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示要經(jīng)歷三個領(lǐng)域： 現(xiàn)實(shí)世界、信息世界和計(jì)算機(jī)世界。,（1）現(xiàn)實(shí)世界：人們頭腦之外的客觀世界用表格、報(bào)表、圖表記錄的數(shù)據(jù)。 （2）信息世界：用文字和符號

5、記載下來實(shí)現(xiàn)世界相關(guān)數(shù)據(jù)。 常用術(shù)語： 實(shí)體（entity）：客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。 實(shí)體集：同類、性質(zhì)相同的實(shí)體的集合。 屬性（attribute）:實(shí)體的某種特性。 實(shí)體標(biāo)識符：能唯一標(biāo)識每一個實(shí)體的屬性或?qū)傩约?(3)計(jì)算機(jī)世界：信息世界的信息在機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)存放形式。 常用術(shù)語： 字段（field）：標(biāo)記實(shí)體屬性的命名單位。 記錄（record）：字段的有序集合。 文件（file）：同類記錄的匯集。 關(guān)鍵字（key）：能唯一標(biāo)識文件中每個記錄的字段或字段集。,信息世界與計(jì)算機(jī)世界的術(shù)語對應(yīng)關(guān)系 信息世界 計(jì)算機(jī)世界 實(shí)體 記錄 實(shí)體集 文件 屬性 字段 實(shí)體標(biāo)識符 關(guān)鍵字,

6、二 數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述,實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系：反映在數(shù)據(jù)上指記錄內(nèi)部字段間的聯(lián)系 實(shí)體聯(lián)系有兩類： 實(shí)體間的聯(lián)系：反映在數(shù)據(jù)上指記錄之間的聯(lián)系 同一實(shí)體集中各實(shí)體的聯(lián)系（簡單聯(lián)系） 實(shí)體間的聯(lián)系： 不同實(shí)體集中各實(shí)體的聯(lián)系（復(fù)雜聯(lián)系） 1對1聯(lián)系 不同實(shí)體集之間的聯(lián)系分為三類： 1對多聯(lián)系 多對多聯(lián)系,1、1對1聯(lián)系,如果實(shí)體集E1中每個實(shí)體至多與實(shí)體集E2中一個實(shí)體有聯(lián)系，反之亦然，則E1對E2稱為“1對1”的聯(lián)系 ，記為：1:1。,E1,E2,圖形表示為：,E1,E2,E1,E2,或,1:1,2、1對多的聯(lián)系,如果實(shí)體集E1中每個實(shí)體與實(shí)體集E2中任意個（零個或多個）實(shí)體有聯(lián)系，而E2中每個實(shí)體至多

7、和E1中一個實(shí)體有聯(lián)系，則稱E1與E2的聯(lián)系為“1對多”聯(lián)系， 記為：1:m。,E1,E2,圖形表示為：,E1,E1,E2,E2,或,1:m,3、多對多的聯(lián)系,如果實(shí)體集E1中每個實(shí)體與實(shí)體集E2中任意個（零個或多個）實(shí)體有聯(lián)系，反之亦然，則稱E1與E2的聯(lián)系是“多對多”的聯(lián)系，記為n:m。,E1,E2,圖形表示為：,E1,E2,E2,E1,或,n:m,注：,記錄中的字段之間（屬性之間）也存在這三種聯(lián)系。 三種聯(lián)系的聯(lián)系： 實(shí)體集之間的復(fù)雜聯(lián)系：,1:1,1:n,n:m,航班,駕駛員,飛機(jī),零件,一個零件由若干個子零件組成，而一個零件又是其他零件的子零件。,第三節(jié) 數(shù)據(jù)模型,表示實(shí)體類型及實(shí)體

8、間聯(lián)系的模型。 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)是以數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)構(gòu)建的。,一、數(shù)據(jù)模型的分類,（1） 概念模型（語義模型）：獨(dú)立于計(jì)算機(jī)，用來描述特定組織關(guān)心的信息結(jié)構(gòu)，著重信息之間的語義表達(dá)，如：實(shí)體聯(lián)系模型（ER模型）。 （2）結(jié)構(gòu)模型：面向DB邏輯結(jié)構(gòu)的模型，如：層次、網(wǎng)狀、關(guān)系和面向?qū)ο竽Ｐ汀?兩大類：,結(jié)構(gòu)模型的組成（模型3要素） 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：實(shí)體類型和聯(lián)系表達(dá)與實(shí)現(xiàn)； 數(shù)據(jù)操作：檢索與更新操作； 數(shù)據(jù)完整性約束：數(shù)據(jù)及聯(lián)系應(yīng)具有的約束和依賴規(guī)則。,1. 概念模型與結(jié)構(gòu)模型的關(guān)系：,2. 模型的特點(diǎn) （1）概念模型特點(diǎn)： 表達(dá)了系統(tǒng)用戶對應(yīng)用項(xiàng)目所涉及數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)； 概念模型是從用戶需求的觀點(diǎn)出發(fā)，

9、對數(shù)據(jù)的建模； 概念模型獨(dú)立于計(jì)算機(jī)硬件和軟件； 概念模型是DB設(shè)計(jì)人員與用戶進(jìn)行交流的工具。 （2）邏輯模型特點(diǎn)： 邏輯模型表達(dá)了DB整體邏輯結(jié)構(gòu)； 邏輯模型是從數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)出發(fā)，對數(shù)據(jù)的建模； 邏輯模型獨(dú)立于計(jì)算機(jī)硬件，依賴于軟件； 邏輯模型是DB設(shè)計(jì)人員與應(yīng)用程序員進(jìn)行交流的工具。 邏輯模型主要有三種：網(wǎng)狀、層次、關(guān)系。 （3）外部模型特點(diǎn)： 外部模型是邏輯模型的邏輯子集；, 獨(dú)立于計(jì)算機(jī)硬件，依賴于軟件； 表達(dá)單個用戶使用數(shù)據(jù)庫的觀點(diǎn)。 劃分外部模型的優(yōu)點(diǎn)： 簡化了用戶的觀點(diǎn)； 有助于DB的安全和保護(hù)； 外部模型是對概念模型的支持。 （4）內(nèi)部模型特點(diǎn)： 內(nèi)部模型（物理模型）是DB

10、最低層的抽象。描述數(shù)據(jù)在磁盤或磁帶上的存儲方式。存儲設(shè)備。存取方法的細(xì)節(jié)； 內(nèi)部模型依賴于軟件和硬件； 注意： 對于層次和網(wǎng)狀DB，需要精心設(shè)計(jì)內(nèi)部模型。對于關(guān)系DB不必考慮內(nèi)部模型的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，由DBMS自動完成。 物理DB是DB唯一的物理實(shí)體。,二、E-R模型,E-R模型：E-R圖表示現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的模型。 用途：用于DB概念設(shè)計(jì)階段，描述DB概念模式。 構(gòu)成： 矩形框：其內(nèi)寫上實(shí)體名，表示實(shí)體類型； 菱形框：其內(nèi)寫上聯(lián)系名，表示聯(lián)系類型； 橢圓框：其內(nèi)寫上屬性名，表示實(shí)體或聯(lián)系的屬性； 直線：連接實(shí)體，聯(lián)系及屬性框，傍邊可標(biāo)注聯(lián)系的種類（1:1,1:n或n:m）。,例：,有語義

11、：“一個部門擁有多個倉庫，倉庫中存放了多種零件，多種零件存放在不同的倉庫中。”畫出該語義的E-R圖。,部門號,部門名,電話號,倉庫名,地址,電話號碼,零件號,零件名,數(shù)量,型號,部門,擁有,儲存,倉庫,零件,1,n,n,m,例：某學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)，涉及的部分信息如下： 學(xué)生：學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)，班級。 寢室：寢室號，房間電話。 管理員：員工號，姓名，聯(lián)系電話。 其中：每個寢室可同時住宿多名學(xué)生，每名學(xué)生只分配一個寢室；每個寢室指定其中一名學(xué)生擔(dān)當(dāng)寢室長；每個管理員同時管理多個寢室，但每個寢室只有一名管理員。 建立一個反映上述局部應(yīng)用的E-R模型。 解： E-R模型如下：,實(shí)體間聯(lián)系的特殊情

12、況：,三元聯(lián)系： 回路表示的實(shí)體集內(nèi)部的聯(lián)系： 語義（概念）模型描述的優(yōu)點(diǎn)： 在高層上直接表達(dá)實(shí)體間聯(lián)系的語義，容易理解； 不涉及數(shù)據(jù)組織的具體結(jié)構(gòu)，與計(jì)算機(jī)無關(guān)。,供應(yīng)者,工程,零件,零件,M,組裝,m,n,k,m,n,三、結(jié)構(gòu)模型,層次模型 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型： 網(wǎng)狀模型 關(guān)系模型,用樹型結(jié)構(gòu)或森林表表示實(shí)體及實(shí)體聯(lián)系的模型。 層次模型樹型結(jié)構(gòu)： 樹的結(jié)點(diǎn)是記錄類型，有且僅有一個無父的結(jié)點(diǎn)（樹的根），其它結(jié)點(diǎn)僅有一個父結(jié)點(diǎn)； 父子結(jié)點(diǎn)之間只能是1對多或則1對1的聯(lián)系，不能是多對多。,1、層次模型,例：,d# dname,t# tname,c# cname credit,s# sname,dep

13、t,teacher,student,course,特點(diǎn)： 層次性：實(shí)體 之間的聯(lián)系是單向的樹任一結(jié)點(diǎn)只有唯一一條自根到達(dá) 它的路徑； 有序性：從左到右的順序規(guī)則了任一結(jié)點(diǎn)所有子樹的先后次序； 原子性：結(jié)點(diǎn)中記錄的任何屬性均不可再分的簡單類型數(shù)據(jù)； 父子結(jié)點(diǎn)之間是1對多（或則1對1）的聯(lián)系。 優(yōu)點(diǎn)：層次模型的DB中，結(jié)點(diǎn)記錄之間是通過指針聯(lián)系，查詢效率高。 缺點(diǎn)： 結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系只能是1對多，因此，對于多對多聯(lián)系需要轉(zhuǎn)變且轉(zhuǎn)換較為復(fù)雜。 由于樹的層次性和順序性的要求，引起數(shù)據(jù)查詢和更新操作較為復(fù)雜。 典型的層次DB系統(tǒng)：IMS。,2、網(wǎng)狀模型,網(wǎng)狀模型DB的結(jié)構(gòu)（DBTG報(bào)告中的網(wǎng)狀模型，簡單模

14、型） 用記錄類型為結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀來表示實(shí)體與實(shí)體間1對多聯(lián)系的模型。,例：,A,C,D,B,去掉層次模型中的下列限制： 最多只有一個無父的結(jié)點(diǎn)的根（有多個無父結(jié)點(diǎn)） 其它的所有結(jié)點(diǎn)只有一個父結(jié)點(diǎn)（可能有多個父結(jié)點(diǎn)） 所以，層次DB模型是DBTG中網(wǎng)狀模型的特殊形式。,優(yōu)點(diǎn)：記錄之間用指針連接，聯(lián)系容易，查詢效率高. 缺點(diǎn)：編寫應(yīng)用程序復(fù)雜，程序員必須熟知DB的邏輯結(jié)構(gòu)。,典型網(wǎng)狀DBS： TOTAL DMS1100 IDMS IDS/,3、關(guān)系模型,用二維表格結(jié)構(gòu)表達(dá)實(shí)體集，用外關(guān)鍵字表示實(shí)體間聯(lián)系的模型。 關(guān)系模型：關(guān)系模式組成的集合。,1、關(guān)系模型的物理概念 關(guān)系就是俗稱的二維表：,學(xué)生登記表

15、,屬性（字段）,元組 （記錄值）,屬性值集,表頭：稱為關(guān)系的框架，即為屬性集。 構(gòu)成模式：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，系名，專業(yè)名）,必須滿足下列條件的二維表： 表中的每一列是不可再分的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)（初等項(xiàng)）。 每列指定一個相異的名稱，類型相同。 各行相異不允許重復(fù)（無重元組）。 列行次序無關(guān)緊要。,例：,描述邊、點(diǎn)組成的空間封閉的多邊形的關(guān)系：,x,y,z,E3,E1,E2,V3(4,3,6),V2(5,2,1),V1(0,0,0),模式：s(s#,line) v(v#,x,y,z) sv(s#,v#),關(guān)系模型的數(shù)學(xué)概念：笛卡爾積中有意義的子集稱為關(guān)系。,邊/點(diǎn)關(guān)系,描述邊/點(diǎn)之間的多對多的聯(lián)系

16、,邊關(guān)系,點(diǎn)關(guān)系,2、關(guān)系模型與層次模型，網(wǎng)狀模型的差別： 用關(guān)鍵字而不是用指針導(dǎo)航數(shù)據(jù)（建立聯(lián)系）； 關(guān)系模型具有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和操作的代數(shù)性質(zhì)，網(wǎng)狀、層次無； 簡單靈活地表達(dá)實(shí)體間的復(fù)雜關(guān)系； 表格簡單、易懂，編程方便，不涉及到存儲結(jié)構(gòu)，訪問的細(xì)節(jié)。,主要的關(guān)系DBMS產(chǎn)品：DB2，ORACLE，F(xiàn)OXPRO，ACCESS等。,4、面向?qū)ο竽Ｐ停╫bject-oriented-model）,對于復(fù)雜的數(shù)據(jù)對象，如CAD數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)等需要新的概念及方法描述。 面向?qū)ο竽Ｐ妥罨镜母拍钍牵簩ο蠛皖悺?對象（object） 對象是現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的模型化。 組成：每個對象有唯一的標(biāo)識符，把狀態(tài)和

17、行為封裝在一起。 其中：狀態(tài)是對象的屬性值集；行為是在狀態(tài)上操作的方法集。,類（class） 類：將屬性集和方法集相同的所有對象組合在一起，構(gòu)成一個類。 其中：類的屬性值域可以是基本數(shù)據(jù)類型（整，實(shí)，字符串），也可以是 記錄型或集合型（嵌套）。,類層次：系統(tǒng)中所有的類組成一個有根的有向無環(huán)圖。 一個類可以從類層次中直接或間接祖先那里繼承所有的屬性和方法。（實(shí)現(xiàn)軟件重用）,例如：有E-R模型：,J#,jname,date,P#,pname,color,weight,saddr,sname,S#,total,project,part,supplier,pp,ps,quantity,m,n,m,n,

18、根據(jù)上面的E-R圖，設(shè)計(jì)如下面向?qū)ο竽Ｐ停?PR PA TOTAL,PA PS QUANTITY,j# Jname date,p# Pname Color weight,S# Sname saddr,類pp,類ps,類project,類part,類supplier,其中： PR取值為類project中的對象 PA取值為類part中的對象 PA取值為類part中的對象 PS取值為類supplier中的對象,類PP,類PS,5. E-R模型與結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換關(guān)系,E-R模型屬于語義模型，獨(dú)立于機(jī)器，用于信息世界描述試題及實(shí)體之間的聯(lián)系。 E-R模型用于DB設(shè)計(jì)階段的概念設(shè)計(jì)階段。 E-R模型很方便地

19、轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)模型中之一個模型：,E-R模型：,E1,E2,R,關(guān)系模型,層次模型,網(wǎng)狀模型,面向?qū)ο竽Ｐ?轉(zhuǎn)換規(guī)則,第四節(jié) DB的體系結(jié)構(gòu),一. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是指最終用戶所看到的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用方下的結(jié)構(gòu)形式，可分為：集中式、分布式、客戶機(jī)服務(wù)器等。 集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可分為：單用戶和多用戶系統(tǒng) 。 （1）單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 在單用戶系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫、DBMS和應(yīng)用程序都裝在一臺計(jì)算機(jī)上，由一個用戶獨(dú)占，并且系統(tǒng)一次只能處理一個用戶的請求。 （2）多用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 多用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)指在一個主機(jī)中集中存放數(shù)據(jù)庫、DBMS和應(yīng)用程序，供多個與之相聯(lián)系的終端

20、用戶并發(fā)地共同使用數(shù)據(jù)庫，由一個處理機(jī)同時處理多個用戶事務(wù)的活動。,2. 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫被劃分邏輯關(guān)聯(lián)而物理分布在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 中不同場地（又稱結(jié)點(diǎn)）的計(jì)算機(jī)中，并具有整體操作與分布控制數(shù)據(jù)能力的 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，,計(jì)算機(jī) 系統(tǒng),計(jì)算機(jī) 系統(tǒng),計(jì)算機(jī) 系統(tǒng),在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一般每個場地是一個集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它們都有獨(dú)立處理能力并能完成局部應(yīng)用；而每一個場地的系統(tǒng)也參與全局應(yīng)用程序的執(zhí)行，全局應(yīng)用程序可通過網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)中多個場地的數(shù)據(jù)。,分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)： 分布性：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分布地存儲在不同的場地。（有別于集中式數(shù)據(jù)庫） 自治性：每個場地是一個自

21、主獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，即為集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。（有別于分散式數(shù)據(jù)庫） 全局性：各自治站點(diǎn)協(xié)同工作使數(shù)據(jù)庫邏輯上成為一個整體，以支持各用戶的全局應(yīng)用。（有別于網(wǎng)絡(luò)的分散式數(shù)據(jù)庫）,客戶機(jī)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 客戶機(jī)服務(wù)器（clientServer，簡稱CS）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將DBMS功能管理程序單獨(dú)存放到網(wǎng)絡(luò)中某個或某些場地的計(jì)算機(jī)中，而將用戶應(yīng)用程序安裝到其余場地的計(jì)算機(jī)中。安裝DBMS功能管理程序系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，簡稱服務(wù)器；存儲用戶應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)稱為客戶機(jī)。,在客戶機(jī)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，客戶機(jī)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器提出計(jì)算請求，服務(wù)器經(jīng)過計(jì)算，將結(jié)果返回客戶機(jī)，減少了網(wǎng)上數(shù)據(jù)的傳輸量，

22、提高了系統(tǒng)的性能、吞吐量和負(fù)載能力。,三級模式和兩級變換結(jié)構(gòu) 模式是由結(jié)構(gòu)模型定義而來，對應(yīng)有：外模式、模式和內(nèi)模式。 兩級變換：外模式/模式、模式/內(nèi)模式。,DB系統(tǒng)結(jié)構(gòu),二.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1、三級模式結(jié)構(gòu) 外模式（子模式，用戶模式）：由外部模型定義而來。 概念模式（模式）：由邏輯模型定義而來。 內(nèi)模式（物理模式，存儲模式）：由內(nèi)部模型定義而來。,外模式（external schema） 外模式：是用戶與DBS的接口，是單個用戶所使用的那一部分?jǐn)?shù)據(jù)視圖的描述。程序員 表現(xiàn)形式：DB局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，由若干外部記錄類型組成。（I/O與視圖區(qū)別：數(shù)據(jù)，命名，組合，次序，種類等不同） 外模式通

23、過“外模式DDL”定義，并通過數(shù)據(jù)庫操縱語言DML操縱。 一個DB由若干個子模式,為多個應(yīng)用程序共享。,概念模式（conceptual schema） 概念模式（conceptual schema）: DB中全部的整體數(shù)據(jù)邏輯視圖的描述。DBA 表現(xiàn)形式：DB全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯描述：數(shù)據(jù)名、類型、記錄間的聯(lián)系，操作，完整性，安全性要求。 概念模式通過“模式DDL”定義： 子模式是模式的邏輯子集；DBS中只有一個模式它是子模式的合成。均不涉及存儲結(jié)構(gòu)及訪問技術(shù)等細(xì)節(jié)。 子模式與模式可能有若干差別：數(shù)據(jù)名，次序，數(shù)據(jù)的類型等。 模式/子模式之間映象由DBMS完成。,內(nèi)模式（internal schema

24、） 內(nèi)模式：DB在物理存儲方面的描述，是物理存儲數(shù)據(jù)視圖的描述。 表現(xiàn)形式：DB內(nèi)部記錄類型，索引和文件組織方式及控制的的描述細(xì)節(jié)。 內(nèi)模式通過“內(nèi)模式DDL”定義。 內(nèi)模式只有一個，內(nèi)模式/模式映象由DBMS完成。,2、兩級變換 外模式/模式映象：DBMS定義外模式與概念模式間的對應(yīng)性（內(nèi)部記錄與外 部記錄的對應(yīng)性） 外模式/模式映象都是在外模式中描述。 模式/內(nèi)模式映象：定義模式與內(nèi)模式之間的對應(yīng)性。由于數(shù)據(jù)中記錄類型， 字段類型，命名組成可能不一樣，需要說明概念記錄和內(nèi) 部記錄的對應(yīng)關(guān)系。 模式/內(nèi)模式映象一般在內(nèi)模式中描述。,二、數(shù)據(jù)兩級獨(dú)立性,數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性 數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性,分為

25、：,1、數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性 DBS中對DB的內(nèi)模式的修改盡量不影響概念模式的修改，稱數(shù)據(jù)具有物理獨(dú) 立性。 如：DB的存儲設(shè)備和存取方法有所變化，使模式/內(nèi)模式映象進(jìn)行相應(yīng)修改，但概念模式盡可能保持不變。 2、數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性 對DB 的概念模式的修改，盡量不影響外模式和應(yīng)用程序的變化，稱數(shù)據(jù)具有邏輯獨(dú)立性。 概念模式修改如增加記錄類型或數(shù)據(jù)項(xiàng)，外模式/概念模式映象隨之相應(yīng)修改，但使外模式盡可能保持不變。,三、用戶界面,I/O視圖是用戶的界面，通過數(shù)據(jù)操縱語言（DML）編寫的程序而完成的圖表等數(shù)據(jù)顯示或打印形式。,自含型DML：編程語言本身含有DML語句， DML兩種方式： 如：FoxPro。

26、宿主型DML：DML嵌入到高級語言（如C等）中使用， 如：SQL語言。,第五節(jié) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS） 一、DBS的構(gòu)成,數(shù)據(jù)庫（DB）：存放在磁盤中的物理數(shù)據(jù)庫。 硬件： DBS的物理支持。 DBMS：DBS管理功能的體現(xiàn) 其它軟件（OS等）：DBS的軟件支持 終端用戶：使用程序的非計(jì)算機(jī)人員。 人員：包括：專業(yè)人員：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的上層人員如系統(tǒng)分析員 程序員：編寫應(yīng)用程序的人員。 數(shù)據(jù)庫管理員（DBA：database administrator）: DBS責(zé)任的承擔(dān)者。,軟件：,DBS的構(gòu)成：,1、DB 一個組織中,與各項(xiàng)應(yīng)用有關(guān)的全部數(shù)據(jù)集合。 應(yīng)用數(shù)據(jù)的集合，稱為物理庫。 各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的

27、描述，稱為描述庫，由DD系統(tǒng)管理。 磁盤中存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：5種： 數(shù)據(jù)文件：應(yīng)用數(shù)據(jù)的DB文件。 數(shù)據(jù)字典：存儲DB三級模式及數(shù)據(jù)完整性約束。 索引：優(yōu)化查詢提高速度而設(shè)置的排序文件。 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：存儲DBS運(yùn)行時統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)。供查詢分析器有效處理查詢。 日志：存儲DBS運(yùn)行時對DB的操作情況。供查詢DB使用情況和數(shù)據(jù)恢復(fù)。,組成：,2、硬件 包括：CPU、內(nèi)存、外存、I/O設(shè)備、數(shù)據(jù)通訊設(shè)備等。 DBS關(guān)注的是：內(nèi)存、外存、I/O存取速度，可支持終端數(shù)和性能穩(wěn)定 性等指標(biāo)。,3、軟件 OS：支持DBMS存取數(shù)據(jù)。 宿主語言及對應(yīng)的編譯系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)通訊軟件。 用戶開發(fā)的應(yīng)用程序。 集成的DB管

28、理軟件：報(bào)表生成器，DB輔助設(shè)計(jì)工具軟件， 數(shù)據(jù)庫測試工具，圖形系統(tǒng)，I/O交換設(shè)施等。 DBMS系統(tǒng)（下面介紹）,包括：,關(guān)系：,DB及硬件,OS,DBMS/編譯系統(tǒng),集成的DB管理軟件,應(yīng)用程序,4、人員 （1）DBA 承擔(dān)創(chuàng)建，監(jiān)控和維護(hù)整個DB結(jié)構(gòu)的責(zé)任： 模式定義 內(nèi)模式定義 修改DB的模式和內(nèi)模式 對DB訪問的授權(quán) 完整性約束的說明,通過一系列使用程序完成：DBMS裝載、重組、日志、恢復(fù)、統(tǒng)計(jì)分析。 通過DD系統(tǒng)，掌握系統(tǒng)的工作情況。 DBA與DBMS的界面是數(shù)據(jù)庫模式。,DBA：,（2）專業(yè)用戶：使用專用的DB查詢語言操作數(shù)據(jù)。 專業(yè)用戶與DBMS的界面是數(shù)據(jù)庫查詢工具。 （3）

29、應(yīng)用程序員：使用DML編寫應(yīng)用程序。 應(yīng)用程序語言：C，C+，JAVA等?；蛘哕浖_發(fā)工具：Delphi、PowerBuilder（PB）、VisualBasic（VB）或VC、NET等。 應(yīng)用程序員與DBMS的界面是應(yīng)用程序。 （4）終端用戶：使用程序人員。 終端用戶與DBMS的界面是應(yīng)用程序運(yùn)行后的I/O界面。,二、DBMS,1、DBMS的主要功能 DBMS是DBS中重要的核心軟件。 DBMS的主要功能：,（1）DB的定義功能： 定義DB的三級模式：外模式， DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言（DDL） 概念模式，內(nèi)模式及相互之間的映像。 定義數(shù)據(jù)完整性、安全性約束。 定義索引文件。,（2）DB的

30、操縱功能 DBMS提供數(shù)據(jù)操作語言DML，實(shí)現(xiàn)對DB中的數(shù)據(jù)操縱。（需要DML編譯程序或解釋程序） 查詢 更新（插入，刪除，修改） 過程性DML（指出“做什么”和“如何做”）：層次和網(wǎng)狀DB中用。 非過程性DML（只指出“做什么”）：關(guān)系DB中采用。 DML的使用方式分為：自含型和宿主型（嵌入型） （3）DB的保護(hù)功能 DB的恢復(fù):DB被破壞，則利用DBMS提供的恢復(fù)子系統(tǒng)，將DB恢復(fù)到正確狀態(tài)。 DB的并發(fā)控制：解決多個用戶對DB中數(shù)據(jù)操作的共享問題。 DB的完整性控制：保證DB中數(shù)據(jù)及語義的正確性和有效性。 DB的安全性控制：防止未授權(quán)的用戶竊取數(shù)據(jù)。,基本操作分為：,DML分為：,（4）

31、DB的存取管理 把各種DML語句轉(zhuǎn)換成低層的文件系統(tǒng)命令，交OS存取磁盤中DB的數(shù)據(jù)。 （5）DB的維護(hù)和通信功能 數(shù)據(jù)的裝載 數(shù)據(jù)的備份 文件重組 性能的監(jiān)控 通信功能：實(shí)現(xiàn)用戶程序與DBMS之間的通信與OS協(xié)調(diào)完成。,維護(hù)功能：,2、DBMS組成 DBMS由一些功能程序組成。 查詢處理器 存儲管理器,DBMS分為兩大部分：,（1）查詢處理器組成 DDL翻譯程序：把源模式翻譯成目標(biāo)模式：即編譯或解釋DDL語句，并 把它們登錄到數(shù)據(jù)字典中。 DML處理程序 DML預(yù)編譯程序 查詢運(yùn)行的核心程序：執(zhí)行由DML編譯器產(chǎn)生的低層指令。,把程序中的DML語句翻譯成可執(zhí)行程序。,（2）存儲管理器的組成 授權(quán)和完整性管理器：測試訪問是否滿足完整性約束，檢查用戶訪問數(shù) 據(jù)是否合法。 事務(wù)管理器：負(fù)責(zé)并發(fā)事務(wù)的正確執(zhí)行，保證DB一致性。 文件管理器：負(fù)責(zé)磁盤空間的分配，管理物理文件的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。 緩沖區(qū)管理器：為應(yīng)用程序開辟DB的系統(tǒng)緩沖區(qū)，負(fù)責(zé)從磁盤讀取數(shù)據(jù)通過 緩沖區(qū)進(jìn)入內(nèi)存。,3、用戶訪問數(shù)據(jù)的過程 例如：應(yīng)用程序從DB中讀取一個記錄。,系統(tǒng)緩沖區(qū),應(yīng)用程序A 子模式,模式,內(nèi)模式,DBMS,OS,DB,運(yùn)行日志,數(shù)據(jù)字典系統(tǒng),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,步驟： 應(yīng)用程序A向DBMS發(fā)出一個讀記錄命令（通過DML語句）。 DBMS分析程序