数据库原理与应用

1、1数据库原理与应用数据库原理与应用 主讲人：易娜主讲人：易娜 Tel E-mail: 2课程内容安排课程内容安排第1章 数据库系统概述（5学时）第2章 关系数据库（2学时）第3章 关系数据库标准语言-SQL （5学时）第4章 关系数据库理论（5学时）（难点）第5章 数据库安全保护（3学时）第6章 数据库设计（4学时）总计：24学时 上机实验：SQL Server 2000综合练习（6学时） 3 第第1 1章章 数据库系统概述数据库系统概述4主主 要要 内内 容容 信息、数据、数据处理与数据管理信息、数据、数据处理与数据管理数据库技术的产生、发展数据库技术的产生、发展数

2、据库系统的组成数据库系统的组成数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构数据库系统的外部体系结构数据库系统的外部体系结构数据库管理系统数据库管理系统数据模型数据模型四种数据模型四种数据模型数据库系统的发展数据库系统的发展数据库技术与其他相关技术的结合数据库技术与其他相关技术的结合5（1 1）掌握数据库中有关的基本概念、数据库系）掌握数据库中有关的基本概念、数据库系统的组成及各部分的主要功能。统的组成及各部分的主要功能。（2 2）了解数据库管理技术的三个发展阶段及各）了解数据库管理技术的三个发展阶段及各阶段的主要特点。阶段的主要特点。（3 3）掌握数据库系统的三级模式结构和两级映）掌握数据库系统的

3、三级模式结构和两级映象功能象功能（4 4）重点掌握）重点掌握E-RE-R模型的绘制方法。模型的绘制方法。（5 5）了解常用的数据模型及特点）了解常用的数据模型及特点学习要求学习要求61.1信息、数据、数据处理与数据管理信息、数据、数据处理与数据管理 1.1.1 数据与信息数据与信息一、信息的定义：信息是关于现实世界事物的存一、信息的定义：信息是关于现实世界事物的存在方式或运动状态的反映的综合。在方式或运动状态的反映的综合。 信息的特征：信息的特征： 信息源于物质和能量。信息源于物质和能量。 信息是可以感知的，不同的信息源有不同的感信息是可以感知的，不同的信息源有不同的感知形式。知形式。 信息是

4、可以存储、加工、传递、再生。信息是可以存储、加工、传递、再生。 7二、数据二、数据数据的定义：数据是对信息的一种符号化表示，数据的定义：数据是对信息的一种符号化表示，即用一定的符号表示信息。即用一定的符号表示信息。 尽管信息有多种表现形式，如手势、眼神、尽管信息有多种表现形式，如手势、眼神、图形、声音等，但数据是信息的最佳表现形式。图形、声音等，但数据是信息的最佳表现形式。采用什么符号完全是人为规定。采用什么符号完全是人为规定。三、数据与信息的联系三、数据与信息的联系数据是信息的载体，信息是数据的内涵。数据是信息的载体，信息是数据的内涵。同一信息可以有不同的数据表示形式；而同一同一信息可以有不

5、同的数据表示形式；而同一数据也可能有不同的解释。数据也可能有不同的解释。81.1.2 数据处理与数据管理数据处理与数据管理 数据处理定义：围绕着数据所做的收集、存储、数据处理定义：围绕着数据所做的收集、存储、分类、加工、计算等一系列活动称为数据处理。分类、加工、计算等一系列活动称为数据处理。数据管理定义：数据处理的一系列活动中，数数据管理定义：数据处理的一系列活动中，数据的收集、存储、分类、传输等操作称为基本据的收集、存储、分类、传输等操作称为基本操作，这些基本操作环节称为数据管理。操作，这些基本操作环节称为数据管理。 91.2 数据管理技术的发展数据管理技术的发展一、人工管理阶段一、人工管理

6、阶段 2020世纪世纪5050年代中期以前。年代中期以前。硬件中的外存只有卡片、纸带、磁带，没有磁盘等直接存硬件中的外存只有卡片、纸带、磁带，没有磁盘等直接存储设备；软件只有汇编语言，没有操作系统和专门的数据储设备；软件只有汇编语言，没有操作系统和专门的数据管理软件，数据由人来管理。计算机主要用于科学计算，管理软件，数据由人来管理。计算机主要用于科学计算，数据量不大。数据量不大。随着计算机软硬件技术的发展，数据管理技术经随着计算机软硬件技术的发展，数据管理技术经历了历了人工管理人工管理、文件系统文件系统和和数据库系统数据库系统三个发展三个发展阶段。阶段。10人工管理数据的特点：人工管理数据的特

7、点：（1 1）数据不保存。）数据不保存。 （2 2）系统没有专门的软件对数据进行管理。）系统没有专门的软件对数据进行管理。 （3 3）数据不共享。）数据不共享。 （4 4）数据不具有独立性。）数据不具有独立性。 应用程序1数据集1应用程序2数据集2数据集3应用程序3图1-1 人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系11二、文件系统阶段二、文件系统阶段 2020世纪世纪5050年代后期到年代后期到6060年代中期。年代中期。 这一时期，计算机外存已有了磁鼓、磁盘等存储设这一时期，计算机外存已有了磁鼓、磁盘等存储设备，软件有了操作系统。人们在操作系统的支持下，设备，软件有了操作系统。人们在操作系统

8、的支持下，设计开发了一种专门管理数据的计算机软件，称为文件系计开发了一种专门管理数据的计算机软件，称为文件系统。这时，计算机不仅用于科学计算，而且大量用于数统。这时，计算机不仅用于科学计算，而且大量用于数据处理。据处理。12用文件系统管理数据具有以下特点用文件系统管理数据具有以下特点 ：（1 1）数据以文件的形式长期保存。）数据以文件的形式长期保存。 （2 2）由文件系统管理数据。）由文件系统管理数据。 （3 3）程序与数据之间有一定的独立性。）程序与数据之间有一定的独立性。 文件n应用程序1应用程序2应用程序n文件1文件2文件管理系统图1-2 文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系13用文

9、件系统管理数据还有以下问题用文件系统管理数据还有以下问题 ：（1 1）文件中的数据没有结构。）文件中的数据没有结构。 （2 2）数据共享性差、冗余度大、易造成数据不一致。）数据共享性差、冗余度大、易造成数据不一致。 （3 3）数据独立性差。）数据独立性差。 （4 4）文件之间相互独立，缺乏联系，不能反映现实世）文件之间相互独立，缺乏联系，不能反映现实世界事物之间的内在联系，不能表示复杂的数据结构。界事物之间的内在联系，不能表示复杂的数据结构。 14三、数据库系统阶段三、数据库系统阶段 2020世纪世纪6060年代后期开始。年代后期开始。 随着计算机软硬件的发展，计算机被越来越多地应随着计算机软

10、硬件的发展，计算机被越来越多地应用于管理领域，且规模越来越大，数据量急剧增加。同用于管理领域，且规模越来越大，数据量急剧增加。同时，人们对数据共享的要求也越来越强烈，文件系统的时，人们对数据共享的要求也越来越强烈，文件系统的数据管理方法已无法满足应用的需要。因此，为解决多数据管理方法已无法满足应用的需要。因此，为解决多用户、多应用共享数据的需求，使数据为尽可能多的应用户、多应用共享数据的需求，使数据为尽可能多的应用服务，出现了数据库技术，出现了统一管理数据的专用服务，出现了数据库技术，出现了统一管理数据的专门软件系统门软件系统数据库管理系统数据库管理系统。15用数据库系统管理数据具有以下优点：

11、用数据库系统管理数据具有以下优点：（1 1）数据结构化）数据结构化 （2 2）数据共享性高，冗余度低）数据共享性高，冗余度低 （3 3）数据独立性高）数据独立性高 （4 4）有统一的数据控制功能）有统一的数据控制功能 16例如：要建立学生成绩管理系统，包括以例如：要建立学生成绩管理系统，包括以下数据结构，分别对应三个数据文件：下数据结构，分别对应三个数据文件：学生（学号，姓名，性别，系别，年龄）学生（学号，姓名，性别，系别，年龄） 课程（课程号，课程名）课程（课程号，课程名）成绩（学号，课程号，成绩）成绩（学号，课程号，成绩） 1718数据的物理独立性数据的物理独立性：是指当数据的物理结构（存

12、储结构、：是指当数据的物理结构（存储结构、存取方式、外部存储设备等）改变时，通过修改（整体存取方式、外部存储设备等）改变时，通过修改（整体逻辑结构和物理结构之间）映射，使数据库整体逻辑结逻辑结构和物理结构之间）映射，使数据库整体逻辑结构不受影响，进而用户的逻辑结构以及应用程序不用改构不受影响，进而用户的逻辑结构以及应用程序不用改变。变。 数据独立性数据独立性是指数据库中的数据与应用程序间相互独是指数据库中的数据与应用程序间相互独立，即数据的逻辑结构、物理结构以及存取方式的改立，即数据的逻辑结构、物理结构以及存取方式的改变不影响应用程序。变不影响应用程序。 数据的逻辑独立性数据的逻辑独立性：是指

13、当数据库的整体逻辑结构（如：是指当数据库的整体逻辑结构（如修改数据定义、增加新的数据类型、改变数据间的关系修改数据定义、增加新的数据类型、改变数据间的关系等）发生改变时，通过修改（用户逻辑结构和整体逻辑等）发生改变时，通过修改（用户逻辑结构和整体逻辑结构之间）映射，使用户的逻辑结构和应用程序不用改结构之间）映射，使用户的逻辑结构和应用程序不用改变。变。19为确保数据库数据的正确、有效和数据库系统的有效运为确保数据库数据的正确、有效和数据库系统的有效运行，行，DBMSDBMS提供以下四方面的数据控制功能：提供以下四方面的数据控制功能： 数据的安全性控制数据的安全性控制防止不合法使用数据库造成数据

14、的泄露和破坏，使每个防止不合法使用数据库造成数据的泄露和破坏，使每个用户只能按规定对某些数据进行某些操作，保证数据的用户只能按规定对某些数据进行某些操作，保证数据的安全。如用户名，口令，存取权限等。安全。如用户名，口令，存取权限等。数据的完整性控制数据的完整性控制系统通过设置一些完整性规则，确保数据的正确性、有系统通过设置一些完整性规则，确保数据的正确性、有效性和相容性。效性和相容性。l正确性是指数据的合法性。如年龄，成绩。正确性是指数据的合法性。如年龄，成绩。l有效性是指数据是否在其定义的有效范围内。如月份。有效性是指数据是否在其定义的有效范围内。如月份。l相容性指表示同一事实的两个数据应相

15、同否则就不相容。如一个相容性指表示同一事实的两个数据应相同否则就不相容。如一个人不能有两个性别。人不能有两个性别。20为确保数据库数据的正确、有效和数据库系统的有效运为确保数据库数据的正确、有效和数据库系统的有效运行，行，DBMSDBMS提供以下四方面的数据控制功能：提供以下四方面的数据控制功能： 并发控制并发控制多个用户同时存取或修改数据库时，系统可防止由于相多个用户同时存取或修改数据库时，系统可防止由于相互干扰而提供给用户不正确的数据，并防止数据库受到互干扰而提供给用户不正确的数据，并防止数据库受到破坏。破坏。数据恢复数据恢复由于计算机系统的硬件故障、软件故障、操作员误操作由于计算机系统的

16、硬件故障、软件故障、操作员误操作或其他故意的破坏等原因，造成数据库中数据的不正确或其他故意的破坏等原因，造成数据库中数据的不正确或数据丢失，系统有能力将数据库从错误状态恢复到最或数据丢失，系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的正确状态。前提是数据库要经常进行数据近某一时刻的正确状态。前提是数据库要经常进行数据备份。备份。211.3 数据库系统的组成数据库系统的组成数据库系统数据库系统（简称（简称DBSDBS）定义：通常把引进了数据库技）定义：通常把引进了数据库技术的计算机系统称为数据库系统。术的计算机系统称为数据库系统。它主要由数据库、数它主要由数据库、数据库用户、计算机硬件系统、计

17、算机软件系统等几部分据库用户、计算机硬件系统、计算机软件系统等几部分组成。组成。 （1 1）数据库）数据库数据库（简称数据库（简称DB）定义：是存储在计算机内、有组织的、）定义：是存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。其特点：可共享的数据集合。其特点： 集成性。可把数据库看成是若干个性质不同的数据文件的联合和统集成性。可把数据库看成是若干个性质不同的数据文件的联合和统一的数据整体。一的数据整体。共享性。数据库中的数据可为多个不同的用户所共享。共享性。数据库中的数据可为多个不同的用户所共享。 2223（2 2）用户用户用户是指使用数据库的人。他们可对数据库进行存储、用户是指使用数据库的人。

18、他们可对数据库进行存储、维护和检索等操作。用户可分为三类：终端用户、应用维护和检索等操作。用户可分为三类：终端用户、应用程序员、程序员、数据库管理员数据库管理员(DBA)(DBA)。DBADBA的主要职责：的主要职责：参与数据库设计的全过程，决定整个数据库的结构和信息内容。参与数据库设计的全过程，决定整个数据库的结构和信息内容。决定数据库的存储结构和存取策略，以获得较高的存取效率和决定数据库的存储结构和存取策略，以获得较高的存取效率和存储空间利用率。存储空间利用率。帮助终端用户使用数据库。帮助终端用户使用数据库。定义数据的安全性和完整性。定义数据的安全性和完整性。监督控制数据库的使用和运行。监

19、督控制数据库的使用和运行。改进和重组数据库。改进和重组数据库。24（3 3）软件系统）软件系统 包括数据库管理系统包括数据库管理系统DBMSDBMS及其开发工具、操作系统和及其开发工具、操作系统和应用程序。应用程序。（4 4）硬件系统）硬件系统 存储和运行数据库系统的硬件设备。包括存储和运行数据库系统的硬件设备。包括CPUCPU、内存、内存、存储设备、其他外部设备等。存储设备、其他外部设备等。25可以从多种不同的角度考查数据库系统的结构。可以从多种不同的角度考查数据库系统的结构。从数据库管理系统的角度看，从数据库管理系统的角度看，数据库系统通常数据库系统通常采用三级模式结构，这是数据库系统内部

20、的体系采用三级模式结构，这是数据库系统内部的体系结构；结构；从数据库最终用户的角度看，从数据库最终用户的角度看，数据库系统的结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、构分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户客户/ /服务器结构、浏览器服务器结构、浏览器/ /服务器结构，这是数服务器结构，这是数据库系统外部的体系结构。据库系统外部的体系结构。1.4 数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构261.4.1 1.4.1 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构27（1 1）模式）模式：又称概念模式，是对数据库的整体逻辑结构：又称概念模式，是对数据库的整体逻辑结构和特征的

21、描述。和特征的描述。 在数据库三级模式结构中，数据库模式是数据库的中在数据库三级模式结构中，数据库模式是数据库的中心与关键，它独立于数据库的其它层次。它即不涉及心与关键，它独立于数据库的其它层次。它即不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，与具体的应用程序数据的物理存储细节和硬件环境，与具体的应用程序以及使用的应用开发工具无关。因此，设计数据库模以及使用的应用开发工具无关。因此，设计数据库模式结构时，应首先确定数据库的概念模式。式结构时，应首先确定数据库的概念模式。 DBMSDBMS提供模式描述语言（模式提供模式描述语言（模式DDLDDL）来严格地定义模）来严格地定义模式。式。 一个数据库只有一个

22、模式。一个数据库只有一个模式。28（2 2）内模式）内模式：又称存储模式，具体描述了数据如何组织存：又称存储模式，具体描述了数据如何组织存储在存储介质上。储在存储介质上。内模式依赖于全局逻辑结构，它将全局逻辑结构中所定内模式依赖于全局逻辑结构，它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，以文义的数据结构及其联系，按照一定的物理存储策略，以文件形式组织起来，形成一个个存储文件。件形式组织起来，形成一个个存储文件。内模式是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数内模式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。例如：记录的存储方式是顺序存储、据库内部的表示

23、方式。例如：记录的存储方式是顺序存储、按照按照B B树结构存储；索引按照什么方式组织等。树结构存储；索引按照什么方式组织等。DBMSDBMS提供内模式描述语言（内模式提供内模式描述语言（内模式DDLDDL）定义内模式。）定义内模式。一个数据库只有一个内模式。一个数据库只有一个内模式。29（3 3）外模式）外模式：是模式的一个子集，故又称子模式。它是：是模式的一个子集，故又称子模式。它是数据用户能够看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的数据用户能够看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是定义在模式之上，对应于不

24、同的用户，用户的外模式是定义在模式之上，对应于不同的用户，用户的应用目的不同、使用权限不同，对应的外模式的定义就不应用目的不同、使用权限不同，对应的外模式的定义就不同，每个用户只能使用自己权限范围内能调用的外模式的同，每个用户只能使用自己权限范围内能调用的外模式的数据，而无法涉及其他的外模式的数据。一个模式可以有数据，而无法涉及其他的外模式的数据。一个模式可以有任意多个外模式。任意多个外模式。DBMSDBMS提供子模式描述语言（子模式提供子模式描述语言（子模式DDLDDL）来严格地定）来严格地定义子模式。义子模式。一个数据库有一个或多个外模式。一个数据库有一个或多个外模式。30（4 4）应用程

25、序）应用程序：是在外模式描述的数据结构上编制的软：是在外模式描述的数据结构上编制的软件，它依赖于特定的外模式。件，它依赖于特定的外模式。与数据库的模式和内模式独立。与数据库的模式和内模式独立。不同的应用程序可以共用同一个外模式。不同的应用程序可以共用同一个外模式。 在数据库系统中，外模式、模式、内模式三者之间关系：在数据库系统中，外模式、模式、内模式三者之间关系： 模式是内模式的逻辑表示；模式是内模式的逻辑表示； 内模式是模式的物理实现；内模式是模式的物理实现； 外模式是模式的部分抽取。外模式是模式的部分抽取。31三个模式反映了对数据库的三个模式反映了对数据库的三种不同的观点三种不同的观点：（

26、1 1）模式表示了概念级的数据库，体现了对数据库的总）模式表示了概念级的数据库，体现了对数据库的总体观。体观。（2 2）内模式表示了物理级的数据库，体现了对数据库的）内模式表示了物理级的数据库，体现了对数据库的存储观。存储观。（3 3）外模式表示了用户级数据库，体现了对数据库的用）外模式表示了用户级数据库，体现了对数据库的用户观。户观。321.4.21.4.2 数据库系统的二级映象数据库系统的二级映象（1 1）外模式）外模式/ /模式映象模式映象 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。对应于同一个模式可以有任意多个数据的

27、局部逻辑结构。对应于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式外模式/ /模式映象模式映象，它定义了该外模式与模式之间的对应关系它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映象定义通常包含在各自外模式的描述中。这些映象定义通常包含在各自外模式的描述中。 外模式外模式/ /模式映象保证了数据与程序的逻辑独立性：模式映象保证了数据与程序的逻辑独立性： 当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），由数据库管理员对各个外模式性的数据类型等），由数据库管理员对各

28、个外模式/ /模式的模式的映象作相应的改变，可以使外模式保持不变。应用程序是映象作相应的改变，可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性了数据与程序的逻辑独立性。33（2 2） 模式模式/ /内模式映象内模式映象 数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模模式式/ /内模式映象内模式映象是唯一的，是唯一的，它它定义了数据库全局逻辑结构定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系与存储结构之间的对应关系（例如说明逻辑记录和字段（例如

29、说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的）。该映象定义通常包含在模式描在内部是如何表示的）。该映象定义通常包含在模式描述中。述中。 模式模式/ /内模式映象保证了数据与程序的物理独立性内模式映象保证了数据与程序的物理独立性： 当数据库的存储结构改变时（例如选用了另一种存当数据库的存储结构改变时（例如选用了另一种存储结构），由数据库管理员对模式储结构），由数据库管理员对模式/ /内模式映象作相应改内模式映象作相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性保证了数据与程序的物理独立性。341.4.3 1.4.3 三级模

30、式结构与二级映像的优点三级模式结构与二级映像的优点（1 1）保证数据的独立性。将模式和内模式分开，保）保证数据的独立性。将模式和内模式分开，保证了数据的物理独立性；将外模式和模式分开，保证证了数据的物理独立性；将外模式和模式分开，保证了数据的逻辑独立性。了数据的逻辑独立性。（2 2）简化了用户接口。按照外模式编写应用程序，）简化了用户接口。按照外模式编写应用程序，不需了解数据库内部的存储结构和存取方式，对数据不需了解数据库内部的存储结构和存取方式，对数据库的操作通过库的操作通过DBMSDBMS完成。完成。（3 3）有利于数据共享。同一数据可通过不同的外模）有利于数据共享。同一数据可通过不同的外

31、模式被多个应用访问，减少了数据冗余。式被多个应用访问，减少了数据冗余。（4 4）有利于数据的安全保密。应用只能对规定的外）有利于数据的安全保密。应用只能对规定的外模式下的数据进行访问，保证了其他数据的安全。模式下的数据进行访问，保证了其他数据的安全。 351.5 数据库的外部体系结构数据库的外部体系结构从最终用户角度，数据库系统分为单用户结构、主从从最终用户角度，数据库系统分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户式结构、分布式结构、客户/ /服务器结构和浏览器服务器结构和浏览器/ /服服务器结构。务器结构。 1、单用户结构的数据库系统、单用户结构的数据库系统又称为桌面型数据库系统又称为桌面

32、型数据库系统特点：将应用程序、特点：将应用程序、DBMS、数据库都装在一台计算、数据库都装在一台计算机上，由一个用户独占使用，不同计算机间不能共享机上，由一个用户独占使用，不同计算机间不能共享数据。如数据。如Access。优点：工作在单机环境，侧重在可操作性、易开发和优点：工作在单机环境，侧重在可操作性、易开发和简单管理等方面。简单管理等方面。适用：未联网用户、个人用户等。适用：未联网用户、个人用户等。 362、主从式结构的数据库系统、主从式结构的数据库系统是指大型主机带多终端的多用户结构的系统。是指大型主机带多终端的多用户结构的系统。特点：将应用程序、特点：将应用程序、DBMS、数据库都集中

33、存放在大型、数据库都集中存放在大型主机上，所有处理任务由主机完成，而连于主机上的终主机上，所有处理任务由主机完成，而连于主机上的终端，只作为主机的输入端，只作为主机的输入/输出设备，各个用户通过主机输出设备，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。的终端并发地存取数据库，共享数据资源。优点：结构简单、易于管理和维护。优点：结构简单、易于管理和维护。缺点：所有处理任务由主机完成，对主机的性能要求较缺点：所有处理任务由主机完成，对主机的性能要求较高，当终端数量太多时，主机的处理任务过重，易形成高，当终端数量太多时，主机的处理任务过重，易形成瓶颈，使系统性能下降；另外当主机出现故障时，

34、整个瓶颈，使系统性能下降；另外当主机出现故障时，整个系统无法使用。系统无法使用。373、分布式结构的数据库系统、分布式结构的数据库系统 是分布式网络技术与数据库技术相结合的产物，是是分布式网络技术与数据库技术相结合的产物，是分布在计算机网络上的多个逻辑相关的数据库的集合。分布在计算机网络上的多个逻辑相关的数据库的集合。特点：特点：（1）数据在物理上分布：数据库中的数据不集中存放）数据在物理上分布：数据库中的数据不集中存放在一台服务器上，而是分布在不同地域的服务器上，每在一台服务器上，而是分布在不同地域的服务器上，每台服务器被称为节点。台服务器被称为节点。（2）所有数据在逻辑上是整体的：数据库中

35、的数据物）所有数据在逻辑上是整体的：数据库中的数据物理分布，在逻辑上相互关联，是相互联系的整体。理分布，在逻辑上相互关联，是相互联系的整体。（3）节点上分布存储的数据相对独立：对用户而言，）节点上分布存储的数据相对独立：对用户而言，整个数据库系统仍然是集中的整体，用户不关心数据的整个数据库系统仍然是集中的整体，用户不关心数据的分片存储，也不关心物理数据的具体分布，完全由网络分片存储，也不关心物理数据的具体分布，完全由网络数据库在网络操作系统的支持下完成。用户既可以存取数据库在网络操作系统的支持下完成。用户既可以存取本地节点上的数据库，也可以存取异地节点上的数据库。本地节点上的数据库，也可以存取

36、异地节点上的数据库。 384、客户、客户/服务器结构的数据库系统服务器结构的数据库系统 特点：特点：DBMS和数据库存放在数据库服务器上，应用程和数据库存放在数据库服务器上，应用程序和相关开发工具存放于客户机上。客户机负责管理用序和相关开发工具存放于客户机上。客户机负责管理用户界面，接收用户数据，处理应用逻辑，生成数据库服户界面，接收用户数据，处理应用逻辑，生成数据库服务请求，将该请求发送到服务器。数据库服务器进行处务请求，将该请求发送到服务器。数据库服务器进行处理后，将处理结果返回给客户机，并按一定格式显示给理后，将处理结果返回给客户机，并按一定格式显示给用户。这种模式和主从式模式、浏览器用

37、户。这种模式和主从式模式、浏览器/服务器模式比，服务器模式比，又称为胖客户机模式。是一种二层结构，即客户机、数又称为胖客户机模式。是一种二层结构，即客户机、数据库服务器。据库服务器。 39客户客户/服务器结构优点：服务器结构优点：（1）网络运行效率提高。因为服务器只将处理结果）网络运行效率提高。因为服务器只将处理结果返回给客户机，降低了网络上数据的传输量。返回给客户机，降低了网络上数据的传输量。 （2）应用程序的运行和计算处理工作由客户机完成，）应用程序的运行和计算处理工作由客户机完成，减少了客户机与服务器间不必要的通讯开销，减轻了减少了客户机与服务器间不必要的通讯开销，减轻了服务器的处理工作

38、。服务器的处理工作。客户客户/服务器结构缺点：服务器结构缺点： 维护升级不方便，需要在每个客户机上安装前端客维护升级不方便，需要在每个客户机上安装前端客户应用程序，当应用程序修改后，需要在每台客户机户应用程序，当应用程序修改后，需要在每台客户机上重新安装。上重新安装。405 5、浏览器、浏览器/ /服务器结构的数据库系统服务器结构的数据库系统针对客户针对客户/ /服务器结构的数据库系统提出的。服务器结构的数据库系统提出的。特点：在浏览器特点：在浏览器/ /服务器结构的数据库系统中，客户服务器结构的数据库系统中，客户机仅安装通用的浏览器软件（每个机仅安装通用的浏览器软件（每个WindowsWin

39、dows系统都自系统都自带），实现用户的输入带），实现用户的输入/ /输出，而应用程序安装在介输出，而应用程序安装在介于客户机和数据库服务器之间的另外一个称为应用服于客户机和数据库服务器之间的另外一个称为应用服务器的服务器端，即将客户机运行的应用程序转移到务器的服务器端，即将客户机运行的应用程序转移到一台应用服务器上，数据库服务器安装在一台计算机一台应用服务器上，数据库服务器安装在一台计算机上，负责数据管理。浏览器上，负责数据管理。浏览器/ /服务器模式也称为瘦客服务器模式也称为瘦客户机模式，是一种三层结构。即客户机、应用服务器、户机模式，是一种三层结构。即客户机、应用服务器、数据库服务器。数

40、据库服务器。优点：配置和维护相对客户优点：配置和维护相对客户/服务器模式容易。当应用服务器模式容易。当应用程序修改后，仅修改应用服务器一台计算机。浏览器程序修改后，仅修改应用服务器一台计算机。浏览器/服务器结构在服务器结构在Internet中得到最广泛的应用，此时中得到最广泛的应用，此时Web服务器为应用服务器。服务器为应用服务器。41421.6 数据库管理系统数据库管理系统 数据库管理系统（简称数据库管理系统（简称DBMSDBMS）定义）定义：数据库管理数据库管理系统是操纵和管理数据库的一组软件，它是数据库系统系统是操纵和管理数据库的一组软件，它是数据库系统的重要组成部分。的重要组成部分。1

41、.6.1 DBMS1.6.1 DBMS的主要功能的主要功能 DBMSDBMS的主要功能包括的主要功能包括数据定义功能、数据操纵功能、数据定义功能、数据操纵功能、数据库运行管理功能、数据库的建立和维护功能、数据数据库运行管理功能、数据库的建立和维护功能、数据通讯接口功能、数据组织、存储和管理功能。通讯接口功能、数据组织、存储和管理功能。 43（1 1） 数据库定义功能数据库定义功能 D B M SD B M S 提 供 数 据 定 义 语 言 （提 供 数 据 定 义 语 言 （ D a t a D e f i n e D a t a D e f i n e LanguageLanguage，简

42、称，简称DDLDDL）来定义数据库的三级模式结构。）来定义数据库的三级模式结构。用概念用概念DDLDDL编写概念模式称为源概念模式；用外编写概念模式称为源概念模式；用外DDLDDL编编写的外模式称为源外模式；用内写的外模式称为源外模式；用内DDLDDL编写的内模式称为编写的内模式称为源内模式。各种源模式通过相应的模式翻译程序转换为源内模式。各种源模式通过相应的模式翻译程序转换为机器内部代码表示形式，分别称为目标概念模式、目标机器内部代码表示形式，分别称为目标概念模式、目标外模式和目标内模式。这些目标模式是对数据库结构信外模式和目标内模式。这些目标模式是对数据库结构信息的描述而不是数据本身，它们

43、刻画数据库的结构，并息的描述而不是数据本身，它们刻画数据库的结构，并被保存在数据字典中（系统目录）。数据字典是被保存在数据字典中（系统目录）。数据字典是DBMSDBMS存取和管理数据的基本依据。存取和管理数据的基本依据。 44（2 2） 数据操纵功能数据操纵功能 DBMSDBMS提供数据操纵语言（提供数据操纵语言（Data Manipulation Data Manipulation LanguageLanguage，简称，简称DMLDML）实现对数据库数据的基本存取）实现对数据库数据的基本存取操作，包括检索、插入、修改、删除等。操作，包括检索、插入、修改、删除等。 DMLDML有两类：一类是

44、交互式命令语言，语法简单，可有两类：一类是交互式命令语言，语法简单，可单独使用，也称为自主型或自含型。另一类是把数据库单独使用，也称为自主型或自含型。另一类是把数据库存取语句嵌入在主语言（如存取语句嵌入在主语言（如CC、PASCALPASCAL）中使用，这）中使用，这类类DMLDML本身不能独立使用，因此称为宿主型。现代的本身不能独立使用，因此称为宿主型。现代的DBMSDBMS多具有自含型与嵌入型两类多具有自含型与嵌入型两类DMLDML，允许用户选择，允许用户选择使用，例如使用，例如SQLSQL。45（3） 数据库运行管理功能数据库运行管理功能DBMS提供数据控制和管理功能，以确保数据库数据提

45、供数据控制和管理功能，以确保数据库数据正确有效和数据库系统的有效运行。通过四个方面实正确有效和数据库系统的有效运行。通过四个方面实现：现：数据的安全性控制：是指采取一定安全保密措施确数据的安全性控制：是指采取一定安全保密措施确保数据库数据不被非法用户存取。保数据库数据不被非法用户存取。数据的完整性控制：是指数据的完整性控制：是指DBMS提供必要的功能确提供必要的功能确保数据库数据的正确性、有效性与相容性。保数据库数据的正确性、有效性与相容性。多用户环境下的数据的并发控制：是指多用户环境下的数据的并发控制：是指DBMS必须必须对多用户并发进程进行存取、修改数据操作进行控制对多用户并发进程进行存取

46、、修改数据操作进行控制和协调，以防止互相干扰而得到错误结果。和协调，以防止互相干扰而得到错误结果。数据库的恢复：当计算机系统出现故障或遭到破坏，数据库的恢复：当计算机系统出现故障或遭到破坏，导致数据库不能正常使用时，通过数据库恢复功能，导致数据库不能正常使用时，通过数据库恢复功能，可将数据库系统恢复到最近一次数据库系统的运行状可将数据库系统恢复到最近一次数据库系统的运行状态。态。46（4） 数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能 包括数据库的初始数据的装入，数据库的转储、包括数据库的初始数据的装入，数据库的转储、恢复、重组织，系统性能监视、分析等功能。恢复、重组织，系统性能监视、分析等功

47、能。（5）数据通信接口）数据通信接口 DBMS提供与其他提供与其他DBMS的接口；的接口；DBMS提供与提供与其他文件系统的接口；其他文件系统的接口；DBMS提供与应用程序的接口，提供与应用程序的接口，从而使二者之间可进行通信；从而使二者之间可进行通信；（6） 数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理 DBMS负责对数据库中需要存放的各种数据，如负责对数据库中需要存放的各种数据，如数据字典、用户数据、存取路径等的组织、存储和管数据字典、用户数据、存取路径等的组织、存储和管理工作，确定以何种文件结构和存取方式物理地组织理工作，确定以何种文件结构和存取方式物理地组织这些数据，以提高存储空间利用率和

48、存取效率。这些数据，以提高存储空间利用率和存取效率。 471.6.2 DBMS1.6.2 DBMS的组成的组成 DBMSDBMS是操纵和管理数据库的一组软件，因此它是由是操纵和管理数据库的一组软件，因此它是由许多许多“系统程序系统程序”所组成的一个集合。每个程序都有自所组成的一个集合。每个程序都有自己的功能，一个或几个程序一起完成己的功能，一个或几个程序一起完成DBMSDBMS的一件或几的一件或几件工作。各种件工作。各种DBMSDBMS的组成因系统而异，的组成因系统而异，一般都由语言一般都由语言编译处理程序、系统运行控制程序、系统建立与维护程编译处理程序、系统运行控制程序、系统建立与维护程序、

49、数据字典组成。序、数据字典组成。481. 1. 语言编译处理程序语言编译处理程序（1）数据定义语言）数据定义语言DDL及其编译程序。把各级源模及其编译程序。把各级源模式翻译成各级目标模式。式翻译成各级目标模式。（2）数据操纵语言处理程序。将应用程序中的）数据操纵语言处理程序。将应用程序中的DML语句转换成可执行程序。语句转换成可执行程序。（3）终端命令解释程序。解释执行每一个终端命令。）终端命令解释程序。解释执行每一个终端命令。（4）数据库控制命令解释程序。解释执行每一个控制）数据库控制命令解释程序。解释执行每一个控制命令。命令。 492. 2. 系统运行控制程序系统运行控制程序系统总控程序：

50、是系统总控程序：是DBMS运行程序的核心，用于控制运行程序的核心，用于控制和协调各程序的活动；和协调各程序的活动；存取控制程序：用于检查用户（或应用程序）是否合存取控制程序：用于检查用户（或应用程序）是否合法并发控制程序：协调各应用程序对数据库的操作，法并发控制程序：协调各应用程序对数据库的操作，保证数据的一致性；保证数据的一致性；完整性控制程序：检查完整性约束条件，确保进入数完整性控制程序：检查完整性约束条件，确保进入数据库中的数据的正确性、有效性和相容性，决定是否据库中的数据的正确性、有效性和相容性，决定是否执行对数据库的操作；执行对数据库的操作；保密性控制程序：实现对数据库数据安全的保密

51、控制。保密性控制程序：实现对数据库数据安全的保密控制。数据存取和更新程序：实施对数据库数据的检索，执数据存取和更新程序：实施对数据库数据的检索，执行插入、修改、删除等操作；行插入、修改、删除等操作； 503. 3. 系统建立、维护程序系统建立、维护程序 装配程序：完成初始数据库的数据装入；装配程序：完成初始数据库的数据装入；重组程序：当数据库系统性能变坏时（如查询速度变重组程序：当数据库系统性能变坏时（如查询速度变慢、时间超过规定值），需要重新组织数据库，可按慢、时间超过规定值），需要重新组织数据库，可按原组织方法重新装入数据；原组织方法重新装入数据；性能监督程序：监督用户操作执行时间与数据存

52、储空性能监督程序：监督用户操作执行时间与数据存储空间占用情况，作出系统性能估算，以决定数据库是否间占用情况，作出系统性能估算，以决定数据库是否需要重组织。需要重组织。工作日志程序：记载进入数据库的所有存取信息。包工作日志程序：记载进入数据库的所有存取信息。包括用户名、进入时间、操作方式、数据对象、修改前括用户名、进入时间、操作方式、数据对象、修改前数据、修改后数据等。数据、修改后数据等。系统恢复程序：当数据库系统受到破坏时，将数据库系统恢复程序：当数据库系统受到破坏时，将数据库系统恢复到以前某个正确的状态。系统恢复到以前某个正确的状态。514. 4. 数据字典数据字典数据字典常称为数据目录或系

53、统目录，它通常是一数据字典常称为数据目录或系统目录，它通常是一系列表。系列表。存储数据库中有关信息的当前描述，包括数据库三存储数据库中有关信息的当前描述，包括数据库三级模式、数据类型、用户名表、用户权限、程序与其级模式、数据类型、用户名表、用户权限、程序与其用户联系等有关数据库系统的信息。起着系统状态的用户联系等有关数据库系统的信息。起着系统状态的目录表的作用。目录表的作用。帮助用户、帮助用户、DBA 、DBMS本身使用和管理数据库。本身使用和管理数据库。521.6.3 DBMS1.6.3 DBMS数据存取的过程数据存取的过程上述存取过程还包括安全性控制、完整性控制、以确保数据的上述存取过程还

54、包括安全性控制、完整性控制、以确保数据的正确性、有效性和一致性。正确性、有效性和一致性。531.7 数据模型数据模型1.7.1 数据模型概念数据模型概念 模型，特别是具体的实物模型，人们并不陌生。例模型，特别是具体的实物模型，人们并不陌生。例如：一张地图、一个车模、一架精致的航模飞机，都如：一张地图、一个车模、一架精致的航模飞机，都是具体的模型。一眼望去，就会使人联想到真实生活是具体的模型。一眼望去，就会使人联想到真实生活中的事物。中的事物。 模型是现实世界实物特征的模拟和抽象。数据模模型是现实世界实物特征的模拟和抽象。数据模型（型（DataModelDataModel）也是一种模型，它是现实

55、世界数据）也是一种模型，它是现实世界数据特征的抽象。特征的抽象。 数据模型定义：数据模型是客观事物及其联系的数据数据模型定义：数据模型是客观事物及其联系的数据描述，它应具有描述数据和数据联系两方面的功能。描述，它应具有描述数据和数据联系两方面的功能。 54（1 1）数据的描述）数据的描述 对数据的描述应指出：在模型中包含哪些记录类型，对数据的描述应指出：在模型中包含哪些记录类型，并对记录类型进行命名；指明各个记录类型由哪些数并对记录类型进行命名；指明各个记录类型由哪些数据项构成，并对数据项进行命名，每个数据项均需指据项构成，并对数据项进行命名，每个数据项均需指明其数据类型和取值范围，这是数据完

56、整性约束所必明其数据类型和取值范围，这是数据完整性约束所必须的。须的。 例如：在学生选课问题中，所建立的数据模型包例如：在学生选课问题中，所建立的数据模型包括学生记录类型、课程记录类型。学生记录类型是由括学生记录类型、课程记录类型。学生记录类型是由学号、姓名、性别、班号等数据项组成；课程记录类学号、姓名、性别、班号等数据项组成；课程记录类型由课程号、课程名和任课老师等数据项组成。如：型由课程号、课程名和任课老师等数据项组成。如：学号：字符型，长度为学号：字符型，长度为1010个字符；性别：字符型，长个字符；性别：字符型，长度度2 2个字符，取值为个字符，取值为“男男”或或“女女”。 55（2

57、2）数据间联系的描述）数据间联系的描述 对数据间联系的描述要指明：各个不同记录类型间对数据间联系的描述要指明：各个不同记录类型间所存在的联系和联系方式。数据模型中的所存在的联系和联系方式。数据模型中的“联系联系”是是一种特殊类型的记录，通常还要对这种一种特殊类型的记录，通常还要对这种“联系联系”进行进行命名。指明命名。指明“联系联系”这种记录类型由哪些数据项构成，这种记录类型由哪些数据项构成，并对数据项进行命名，指明其数据类型和取值范围。并对数据项进行命名，指明其数据类型和取值范围。 例如：在学生选课问题中，学生记录类型和课程记例如：在学生选课问题中，学生记录类型和课程记录类型之间存在录类型之

58、间存在“选修选修”联系。联系。“选修选修”联系将多个联系将多个学生记录与多个课程记录关联起来，即多个学生可以学生记录与多个课程记录关联起来，即多个学生可以选修同一门课程，一个学生也可以选修多门课程。选修同一门课程，一个学生也可以选修多门课程。 数据库系统与文件系统本质不同就表现在数据库中各数据库系统与文件系统本质不同就表现在数据库中各个记录类型的记录之间是相互联系的，正是通过这种联个记录类型的记录之间是相互联系的，正是通过这种联系，数据库才能支持访问不同类型记录的数据。系，数据库才能支持访问不同类型记录的数据。 561.7.2 三个世界的划分及有关概念三个世界的划分及有关概念 将现实世界抽将现

59、实世界抽象为信息世界象为信息世界将信息世界转将信息世界转换为机器世界换为机器世界57（一）信息世界常用的基本概念（一）信息世界常用的基本概念（1 1）实体（）实体（EntityEntity）：客观存在并可相互区别的事物。）：客观存在并可相互区别的事物。（2 2）属性）属性(Attributes)(Attributes)：实体所具有的某一特性。：实体所具有的某一特性。（3 3）实体型（）实体型（Entity TypeEntity Type）：具有相同属性的实体必然具有共同）：具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，的特征和性质。用实体名及其属性名集

60、合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。称为实体型。 （4 4）实体集（）实体集（Entity SetEntity Set）：同型实体的集合称为实体集。）：同型实体的集合称为实体集。 （5 5）键（）键（KeyKey）：键有时也称为关键码、关键字、主码，是指在实）：键有时也称为关键码、关键字、主码，是指在实体属性中，可用于区别实体中不同个体的一个属性或几个属性的组体属性中，可用于区别实体中不同个体的一个属性或几个属性的组合，称为该实体集的合，称为该实体集的“键键”。主键：当有多个属性可作为键而选定其中一个时，则称它为该实体主键：当有多个属性可作为键而选定其中一个时，则称它为该实体的的“主键主键”。