數據庫技術教程（基于Oracle系統(tǒng)）電子教案課件

1、數據庫原理與應用數據庫原理與應用 教材教材李卓玲李卓玲 費雅潔：數據庫實用技術教程費雅潔：數據庫實用技術教程(基于基于Oracle系統(tǒng)系統(tǒng)) 高等教育出版社，高等教育出版社，2007.12 學習方式學習方式 聽課 （啟發(fā)式、討論式） 讀書 （預習、復習） 實踐 （綜合練習）考試成績考試成績 平時成績 （書面作業(yè)） 實踐考試 （上機練習） 期末考試內容安排內容安排(1) 原理基礎篇 -第1章 緒論 -第2章 關系數據庫的理論基礎 -第3章 SQL基礎 -第4章 數據庫設計內容安排內容安排(2) 應用篇-第5章 Oracle數據庫和表空間-第6章 Oracle基本對象-第7章 PL/SQL編程語言

2、-第8章 PL/SQL應用-第9章 Oracle的安全性-第10章 Oracle綜合實例數據庫原理與應用數據庫原理與應用 第第1章章 緒論緒論學習目標學習目標 l掌握數據庫、數據庫管理系統(tǒng)、數據庫系統(tǒng)的概念，了解數據庫系統(tǒng)的特點。l了解數據模型三要素，掌握E-R圖的畫法。l 掌握關系、元組、屬性、碼、關系模式、關系模型等基本概念。l 了解數據庫系統(tǒng)的三級模式和二級映像結構。l 了解數據庫管理系統(tǒng)的組成和功能以及數據庫系統(tǒng)的組成。l了解Oracle數據庫管理系統(tǒng)的體系結構。數據庫的作用數據庫的作用 u數據庫技術是計算機領域中最為活躍的技術之一，是計算機科學的重要分支，它的出現對于許多企事業(yè)單位提

3、高科學管理水平都起到舉足輕重的作用。u對于一個企事業(yè)單位來說，數據庫的建設規(guī)模、數據庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量這個機構信息化程度的重要標志。11 數據庫系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述12 數據模型數據模型13 數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構第第1章章 緒論緒論 1.1 數據庫系統(tǒng)概述1.1.1 數據庫基本術語數據庫基本術語1.1.2 數據管理技術的發(fā)展數據管理技術的發(fā)展1.1.3 數據庫系統(tǒng)的特點數據庫系統(tǒng)的特點1.1.1 數據庫基本術語 數據(Data) 數據庫(Database) 數據庫管理系統(tǒng)(DBMS) 數據庫系統(tǒng)(DBS)數據（data） 定義 對事物進行描述的符號集合。 種類 數字、

4、文字、圖形、圖像、聲音、記錄等。 數據與語義不可分割數據（data） 例：有一條記錄如下 （張力，男，1955.12，1978） 問題：這條記錄中的1978表示什么？是此職工的工資額還是他參加工作時間或入校時間？ 一種解釋是，張力是一位男同志，1955年12月出生，現在每月工資收入1978元。 還可以有另外的解釋， 此記錄的通用表示為： 姓名、性別、出生年月、工資數據庫（dataBase ，DB） 解釋：數據庫就是存放數據的倉庫 特點：所存放的所有數據是彼此聯(lián)系、并按照某種存儲模式進行組織和管理的。 定義：從嚴格意義上講，數據庫就是以一定的組織方式存儲在計算機中相互關聯(lián)的數據的集合。它能夠以最

5、佳的方式、最少的重復和最大的獨立性為多種應用提供共享服務。數據庫管理系統(tǒng) 定義數據庫管理系統(tǒng)（dataBase management system ，DBMS）是專門用于建立和管理數據的軟件系統(tǒng)，是位于用戶和操作系統(tǒng)之間的數據管理軟件。 作用 在建立、運用和維護數據庫時，由數據庫管理系統(tǒng)對其統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制。數據庫管理系統(tǒng)使用戶方便地定義數據和操縱數據，并能夠保證數據的安全性、完整性、并發(fā)性及發(fā)生故障后及時進行系統(tǒng)恢復。數據庫系統(tǒng) 數據庫系統(tǒng)（database system，DBS）是指在計算機系統(tǒng)中引入數據庫之后的系統(tǒng)構成 組成 通常由數據庫、數據庫管理系統(tǒng)及其開發(fā)工具、應用系統(tǒng)、數據庫管

6、理員和用戶構成。 DBA 數據庫的建立、使用和維護等工作僅依靠一個DBMS是遠遠不夠的，還要有專職人員來完成，這些人稱為數據庫管理員（database administrator ，DBA）。 DBA的主要任務 決定數據庫所包含的信息內容，充當數據庫系統(tǒng)與用戶的聯(lián)絡員，決定數據的存儲結構和訪問策略，決定數據庫的保護策略，監(jiān)視數據庫系統(tǒng)的工作，響應數據庫系統(tǒng)的某些變化，改善系統(tǒng)時效性，提高系統(tǒng)工作效率。 數據庫系統(tǒng)的地位1.1 數據庫系統(tǒng)概述1.1.1 數據庫基本術語數據庫基本術語1.1.2 數據管理技術的發(fā)展數據管理技術的發(fā)展1.1.3 數據庫系統(tǒng)的特點數據庫系統(tǒng)的特點1.1.2數據管理技術的

7、發(fā)展 程序管理階段 文件系統(tǒng)階段 數據庫系統(tǒng)階段程序管理階段 特點（1）數據不保存（2）數據管理由程序完成。（3）數據不共享，即數據是面向應用的。（4）數據不具有獨立性。文件系統(tǒng)階段 特點（1）數據可以長期保存。（2） 由文件系統(tǒng)管理數據。（3）數據共享性差。（4）數據獨立性低。數據庫系統(tǒng)階段 時間: 從20世紀60年代后期開始 面向:大規(guī)模數據量、廣泛的應用、共享數據集合 統(tǒng)一管理數據的專門軟件系統(tǒng)DBMS 在計算機科學領域逐步形成數據庫技術這一獨立分支。1.1 數據庫系統(tǒng)概述1.1.1 數據庫基本術語數據庫基本術語1.1.2 數據管理技術的發(fā)展數據管理技術的發(fā)展1.1.3 數據庫系統(tǒng)的特點

8、數據庫系統(tǒng)的特點1.1.3 數據庫系統(tǒng)的特點數據庫系統(tǒng)的特點 數據結構化 數據共享性好，冗余度低 數據獨立性高 數據由DBMS統(tǒng)一管理和控制 數據結構化數據結構化 在數據庫系統(tǒng)中，不僅要考慮針對某個應用的數據結構，還要考慮整個組織（即多個應用）的數據結構。 數據結構化數據結構化 例如：在一個學校的管理信息系統(tǒng)中，不僅要考慮學生的人事管理，還要考慮學籍管理、選課管理等，可以按照圖1.2的方式為該校的管理信息系統(tǒng)組織學生數據。 數據結構化數據結構化學生選課記錄 學生獎懲記錄 學生學籍記錄 學生基本記錄 課程記錄 授獎單位記錄 學歷授予學校記錄 課程號 學號 學分學號 日期 學校代號 地點 學歷名

9、學號 日期 單位代號 獎懲條目學校代號 學校名稱 地址 課程號 課程名 學號 姓名 性別 出生年月 入學成績 政治面貌 籍貫 家庭出身 單位代號 單位名稱圖1.2 適應多種管理的學生數據記錄數據結構化數據結構化 體現特征（1）用數據模型描述數據結構，無需程序定義和解釋。（2）數據可以是變長的。（3）數據的最小存取單位是數據項。數據共享性好，冗余度低數據共享性好，冗余度低 數據的共享程度直接關系到數據的冗余度。 從整體角度來看，數據庫系統(tǒng)描述數據時不再面向某個特定應用而是面向整個系統(tǒng)。 例如：上述學生基本記錄就可以為多個應用（例如，選課管理、獎懲情況管理、學籍情況管理）所共享，這樣既可以大幅度降

10、低數據冗余度，節(jié)約存儲空間，又能夠避免數據之間的不兼容性與不一致性。 數據的不一致性：是指同一數據的不同副本的值不一樣。數據獨立性高數據獨立性高 數據的獨立性包括數據的物理獨立性和邏輯獨立性。 物理獨立性是指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數據庫中數據是相互獨立的。當數據的物理存儲發(fā)生改變時，應用程序無需改變。 邏輯獨立性是指用戶的應用程序與數據庫的邏輯結構是相互獨立的。數據的邏輯結構發(fā)生改變時，用戶程序可以不變。數據由數據由DBMS統(tǒng)一管理和控制統(tǒng)一管理和控制 數據庫中數據的共享是并發(fā)的共享，即多個用戶可以同時存取數據庫中的數據，甚至可以同時存取數據庫中同一個數據，所以，數據庫中的數據是由DB

11、MS統(tǒng)一管理和控制的。為了保證數據的正確性， DBMS必須提供數據的安全性保護、數據的完整性檢驗、并發(fā)控制、數據庫恢復等功能。 11 數據庫系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述12 數據模型數據模型13 數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構第第1章章 緒論緒論 1.2 數據模型1.2.1 數據模型的概念數據模型的概念1.2.2 實體聯(lián)系模型實體聯(lián)系模型1.2.3 關系數據模型關系數據模型1.2.4 關系數據庫概述關系數據庫概述1.2.1數據模型的概念數據模型的概念 數據結構化是數據庫系統(tǒng)的主要特征之一，數據的結構是通過數據模型來描述的。 數據模型的三要素： 數據結構 數據操作 完整性約束數據模型的三要素數據模型的三

12、要素 數據結構： -描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性，是所研究對象的類型集合。 -通常都按照數據結構的類型來命名數據模型。 -傳統(tǒng)的數據模型有層次模型、網狀模型和關系模型，關系模型是目前廣泛采用的數據模型。近年出現了對象數據模型。 數據操作： -描述系統(tǒng)的動態(tài)特性，是對各種對象實例允許執(zhí)行的操作的集合。 -數據操作主要分為插入數據、刪除數據、修改數據、查詢數據這4類。 完整性約束： 是為保證數據的正確性、有效性和相容性而制定的一系列規(guī)約。1.2 數據模型1.2.1 數據模型的概念數據模型的概念1.2.2 實體聯(lián)系模型實體聯(lián)系模型1.2.3 關系數據模型關系數據模型1.2.4 關系數據庫概述關系數據庫概述1.

13、2.2 實體聯(lián)系模型實體聯(lián)系模型 實體聯(lián)系模型（entity-relationship model） -是建立數據模型的一種直觀的圖形方法， -也可稱為E-R圖（Entity-Relationship Diagram）。 -它是目前建立數據模型所采用的最主要的方法。 E-R圖的作用圖的作用 E-R圖用于信息世界的建模，是從現實世界到信息世界的第一層抽象，是用戶與數據庫設計人員之間交流的語言。 它是概念級的模型，所以用E-R圖建立的模型也稱為概念模型。 從現實世界抽象出概念模型，然后把概念模型轉換為某個DBMS支持的數據結構，這需要一個過程，如圖1.3所示。 概念模型實際上是現實世界到信息世界再

14、到機器世界的一個中間環(huán)節(jié)。E-R圖的作用圖的作用 機器世界 信息世界 現實世界 現 實 世界 人的認 識抽象 概念模型DBMS支持的 數 據 結構圖1.3 從現實世界到信息世界再到機器世界的過程E-R圖中常用的基本術語圖中常用的基本術語 （1）實體 實體（entity）是指客觀世界實際存在并可相互區(qū)別的事物。實體可以指人，也可指實際的東西（如椅子、汽車等），也可以指抽象的和概念性的東西（如一次借書，一種感情等）。 實體可以分為單個實體和實體集。單個實體指單個的、能相互區(qū)別的特定實體。若干類似實體可形成一個實體集。 例如：所有的學生組成一個實體集，而學生“趙明”則是單個實體；所有的大學形成一個實

15、體集，而某所大學則是單個實體。E-R圖中常用的基本術語圖中常用的基本術語 （2）屬性 屬性（attribute）是指實體所具有的某種特性。 例如，一個人有其姓名、年齡、性別、籍貫、教育程度等，其中的每一項都稱為人的屬性。 屬性是對實體特征的抽象描述，屬性的具體取值稱為屬性值。 例如，“李娜，25，女，山西，本科”這些值均為學生李娜的屬性值。 同一實體集中各個實體同一屬性的取值范疇稱為這個屬性的值域。 例如，姓名的值域為字符串集合，字符串的長度一般為8位，性別的值域是（男，女），年齡的值域是小于35的正整數。 碼：一個屬性值或一組屬性值如果能唯一標識實體集中的各個實體，則稱此屬性或這一組屬性為此

16、實體集的碼（也稱為鍵）。 例如，在一所學校里，學號是唯一能夠標識學生的屬性，所以學號就是學生實體的碼。 E-R圖中常用的基本術語圖中常用的基本術語 （3）聯(lián)系 實體集之間的聯(lián)系可把實體集關聯(lián)起來，即表示現實世界中事物之間的語義關系。 例如，“學生”實體和“課程”實體之間存在著“選修”聯(lián)系，聯(lián)系也可以有屬性，如“選修”實體內還可以有“成績”這一屬性。 兩個實體集之間的聯(lián)系可以分為以下3類 一對一聯(lián)系 一對多聯(lián)系 多對多聯(lián)系 一對一聯(lián)系一對一聯(lián)系 定義 對于任意兩個實體集A和B，如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B之間存在一對一聯(lián)系，記

17、為1:1。 例子： 班級和班長之間存在一對一聯(lián)系，因為一個班級只能有一個班長，而班長只在一個班級中任職。一對多聯(lián)系一對多聯(lián)系 定義 對于任意兩個實體集A和B，如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n1）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B之間存在一對多聯(lián)系，記為1:n。 例子 班級和學生實體之間存在一對多聯(lián)系，因為一個班級中含有若干名學生，而每名學生只從屬于一個班級。多對多聯(lián)系多對多聯(lián)系 定義 對于任意兩個實體集A和B，如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n1）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每

18、一個實體，實體集A中也有m個實體（m1）與之聯(lián)系，則稱實體集A和實體集B之間存在多對多聯(lián)系，記為n:m。 例子 課程與學生之間存在多對多聯(lián)系，因為一門課程可以有若干名學生同時選修，而一名學生又可以同時選修多門課程。三種聯(lián)系的關系三種聯(lián)系的關系 一對一聯(lián)系是一對多聯(lián)系的特例 一對多聯(lián)系又是多對多聯(lián)系的特例。E-R圖的表示方法圖的表示方法 E-R圖中的相關規(guī)定 -實體集：用矩形框表示，框內寫明實體名。 -屬 性：用橢圓框表示，框內寫明屬性名，由一條無向直線與所屬實體相連。 -聯(lián) 系：用菱形框表示，框內寫明聯(lián)系名，并用無向直線分別與有關實體相連，同時在無向直線旁邊標明聯(lián)系的類型。 -圖1.4描述3種

19、聯(lián)系類型的實例。E-R圖的表示方法實例圖的表示方法實例班級班長班級學生領導組成選修 課程 學生 111nnm圖1.4 3種聯(lián)系類型實例E-R圖的表示方法實例圖的表示方法實例 “領導”聯(lián)系：一個班級只有一名班長，一名班長只能領導一個班級，所以班長與班級之間存在一對一聯(lián)系“領導”。 “組成”聯(lián)系：一個班級由若干名學生組成，一名學生只能隸屬于一個班級，所以班級與學生之間存在一對多聯(lián)系“組成”。 “選修”聯(lián)系：一名學生可以選修多門課程，一門課程可以被多名學生選修，所以學生與課程之間存在多對多聯(lián)系“選修”。E-R圖的表示方法圖的表示方法建立E-R圖的步驟：1、應根據實際應用首先確定哪些是實體集，有多少個

20、實體集；2、確定實體集的屬性；3、確定實體集之間存在怎樣的聯(lián)系以及聯(lián)系的屬性。學校學?！敖虒W管理教學管理”例子例子 假設教學過程中存在以下一些事實。 事實一：一個班級由若干名學生組成，一名學生隸屬于一個班級； 事實二：一名學生可以選修多門課程，一門課程可以被多名學生選修，并且選修后會產生成績； 事實三：一名教師可以講授多門課程，一門課程可以由多名教師講授。學校學?！敖虒W管理教學管理”例子例子 實體： 學生、班級、課程、教師 聯(lián)系： 由事實一可以得到一個一對多聯(lián)系，將其命名為“組成”。 由事實二可以得到一個多對多聯(lián)系，將其命名為“選修”，而且此聯(lián)系還有“成績”屬性。 由事實三可以得到一個多對多聯(lián)

21、系，將其命名為“講授”。學校學?！敖虒W管理教學管理”例子例子 假設上述實體與聯(lián)系的相關屬性如下。 學生：學號、姓名、性別、出生年月、入學成績 班級：班級號、班級名稱、所屬專業(yè)、組成時間、系別 課程：課程號、課程名稱、學分 教師：職工號、姓名、性別、出生日期、職稱 選修：成績學校學?！敖虒W管理教學管理”例子例子 班級號班級名稱 所屬專業(yè) 組成時間系別班級組成學生學號姓名性別出生年月 入學成績選修成績課程課程號課程名稱學分講授教師職工號姓名性別出生日期職稱1nnmmn圖1.5 教學管理E-R圖1.2 數據模型1.2.1 數據模型的概念數據模型的概念1.2.2 實體聯(lián)系模型實體聯(lián)系模型1.2.3 關

22、系數據模型關系數據模型1.2.4 關系數據庫概述關系數據庫概述1.2.3 關系數據模型關系數據模型 用E-R圖所表示的概念模型獨立于具體的DBMS所支持的數據模型，是進入信息世界的具體體現。 傳統(tǒng)的數據模型 層次數據模型（Hierachical Data Model）-層次DBMS 網狀數據模型（Network Data Model）-網狀DBMS 關系數據模型（Relational Data Model）-關系DBMS E-R圖一旦設計完畢，并選擇好DBMS所支持的數據模型之后，就可以將E-R圖轉換為DBMS所支持的數據模型了，也就實現了從信息世界到機器世界的轉換。關系的概念關系的概念 關系

23、是通常意義上的一張二維表，由行和列所組成，表的各列以屬性開始，是列的入口。例如，如表1.1所示的學生記錄表就是一個關系。 學號姓名性別出生年月入學成績附加分班級號010101趙明男1980-11-6560500101010201趙以男1978-8-24500400102010102馬水男1979-3-6520200101020101楊儀女1980-4-24550300201020102王蕾女1980-11-6560500201020201?？赡?981-6-6580500202020202馬力女1981-7-7510200202表1.1 學生記錄表關系的概念關系的概念 關系中所涉及的幾個術語如

24、下。（1）元組：表中的一行數據是一個元組，也稱為一條記錄。 例：表1.1中有7行數據，即有7個元組或稱7條記錄。（2）屬性：表中的一列是一個屬性，也稱為一個字段，由名稱、數據類型、長度構成其特征。 例：表1.1中有7列，即有7個屬性或稱7個字段，分別是：學號、姓名、性別、出生年月、入學成績、附加分、班級號。（3）主碼：表中可以唯一地確定一個元組的某個屬性組稱為主碼，也稱為主鍵，它可以由一個屬性或多個屬性構成。 例：表1.1中的屬性“學號”唯一地確定一名學生，即成為“學生”關系的主碼。 （4）值域：屬性的取值范圍稱為值域。每個屬性均對應一個值域，數據類型相同的屬性可對應于同一值域，數據類型互異的

25、屬性對應于不同的值域。 例：表1.1中“性別”的值域是（男，女），而“附加分”的值域是050之間的整數。 （5）分量： 元組中的一個屬性值稱為分量。 例：表1.1中“楊儀”是“學生”關系中第4個元組的“姓名”分量。 關系模式關系模式 關系模式是對關系的一種簡化描述，它的一般表示形式如下： 關系名（屬性名1，屬性名2，屬性名n） 關系名就是二維表表名的簡稱，關系中的主碼在關系模式中要用下劃線指明。 例如：表1.1中的“學生”關系可描述為學生（ 學號 ，姓名，性別，出生年月，入學成績，附加分，班級號） 關系模式是關系的基本數據結構，反映關系的靜態(tài)特性。關系模型關系模型 數據以關系的形式表示，其數據

26、模型就是關系模型。 關系模型應遵循以下幾個特點。（1）關系中的每一列都是不可再分的基本數據項；（2）各列的屬性名稱不同，但其數據類型可以相同；（3）列與列的出現順序左右調換，不會影響所表示的信息；（4）行與行的出現順序前后調換，不會影響所表示的信息；（5）關系中不能存在屬性值完全相同的兩行。關系模式必須滿足一定的規(guī)范條件。這些規(guī)范條件中最基本的一條就是，關系的每一個分量必須是不可再分的數據項，即不允許表中還嵌有子表。關系模型關系模型 表1.2 含有子表的二維表-不符合要求的表學號姓名性別出生年月班級號 成績數學英語電工德育010101趙明男1980-11-6010186908987010201

27、趙以男1978-8-24010275807867表1.3 符合要求的關系的二維表學號姓名性別出生年月班級號數學英語電工德育010101趙明男1980-11-6010186908987010201趙以男1978-8-24010275807867關系模型關系模型 關系模型的操作： 包括查詢、插入、刪除和更新數據。這些操作必須滿足關系的完整性約束條件。 在關系模型中，任何實體以及實體間的聯(lián)系都用關系表示，對數據進行各種處理后得到的還是關系。因而關系模型數據結構簡單、清晰，易懂易用，深受用戶喜愛。1.2 數據模型1.2.1 數據模型的概念數據模型的概念1.2.2 實體聯(lián)系模型實體聯(lián)系模型1.2.3 關

28、系數據模型關系數據模型1.2.4 關系數據庫概述關系數據庫概述1.2.4 關系數據庫概述關系數據庫概述 數據庫模型依賴于數據的存儲模式，即數據存儲模式不同，數據庫的性質亦不同。 以關系模型作為數據的組織和存儲方式的數據庫稱為關系數據庫。支持關系數據模型的數據庫管理系統(tǒng)稱為關系數據庫管理系統(tǒng)（relational database management system，RDBMS）。 關系數據庫采用數學方法來處理數據庫中的數據，便于理解和使用。因此，關系數據庫系統(tǒng)一經推出，迅速得到廣泛的應用，目前已在數據庫領域中占據統(tǒng)治地位。 當今市場的主流關系數據庫產品有：微軟公司的MS SQL Server，

29、Oracle公司的Oracle，IBM公司的DB2，Informix公司的IDS（Informix Dynamic Server），Sybase公司的ASE（Adaptive Server Enterprise），等等。 11 數據庫系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述12 數據模型數據模型13 數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構第第1章章 緒論緒論 1.3數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構1.3.1 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構1.3.2 數據庫的二級映像功能與數據獨立性數據庫的二級映像功能與數據獨立性 1.3.1 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構 數據庫分為三級：外模式、模式和內

30、模式，對于用戶而言，可以相應地分為用戶級模式、概念級模式和物理級模式。 三級模式的關系如圖1.6所示。1.3.1 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構應 用 應 用 應 用 子 模 式 1子 模 式 2用 戶 級子 模 式 到 模 式 映 射概 念 級模 式模 式 到 內 模 式 映 射內 模 式物 理 級數 據 庫圖1.6 數據庫系統(tǒng)的模式1.3.1 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構1. 外模式 概念 外模式（external schema）也稱為子模式，它對應于用戶級數據庫，是用戶能夠看到和使用的數據庫，因此也稱為用戶視圖。 外模式就是用戶所看到并獲準使用的那部

31、分數據的邏輯結構。 一個數據庫通常有多個外模式，當不同的用戶在應用需求、保密級別等方面存在差異時，其外模式描述會有所不同。一個應用程序只能使用一個外模式，但一個外模式可為多個應用程序所使用。 外模式是保證數據庫安全性的一項有力措施。用戶只能看到和訪問所對應的外模式的數據，而數據庫中的其他數據對于用戶是不可見的。1.3.1 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構2. 模式 概念 模式（schema）是對數據庫的整體邏輯描述，它對應于概念級數據庫，是數據庫管理員所看到的數據庫，通常又稱DBA視圖。 模式以某一種數據模型（例如，關系數據模型）為基礎，綜合地考慮所有用戶的需求，并將這些需求有

32、機地結合成一個邏輯整體。 一個數據庫只有一個模式。模式不僅要描述數據的邏輯結構，例如數據記錄的組成、數據項的名稱、數據類型、長度、取值范圍等，還要描述數據之間的聯(lián)系、數據的完整性、安全性要求。1.3.1 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構3. 內模式 概念 內模式（internal schema）是對數據物理結構和存儲結構的描述，是數據在數據庫內部的表示方式，它對應于物理級數據庫，又稱存儲模式。例如，記錄以何種存儲方式存儲；索引按照哪種方式組織；數據是否壓縮存儲、是否加密，等等。這些任務都是系統(tǒng)程序員要做的，因此物理級數據庫也稱為系統(tǒng)程序員視圖。一個數據庫只有一個內模式。 在三級

33、模式結構中，數據庫模式是數據庫的核心和關鍵。對于一個數據庫系統(tǒng)來說，實際存在的只是物理級數據庫，它是數據訪問的基礎。概念級數據庫只不過是物理級數據庫的一種抽象描述，用戶級數據庫是用戶與數據庫的接口。用戶根據外模式進行操作，通過外模式到模式的映像與概念級數據庫聯(lián)系起來，又通過模式到內模式的映像與物理級數據庫聯(lián)系起來。DBMS的工作側重點之一就是完成三級數據庫之間的轉換，把用戶對數據庫的操作轉化到物理級數據庫去執(zhí)行。 1.3數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構1.3.1 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構1.3.2 數據庫的二級映像功能與數據獨立性數據庫的二級映像功能與數據獨立性 1.3.2

34、 數據庫的二級映像功能與數據獨立性數據庫的二級映像功能與數據獨立性1. 外模式-模式映像 外模式和模式之間是通過外模式-模式映像聯(lián)系起來的。由于一個模式對應于多個外模式，因此，對于每個外模式，都有一個外模式-模式映像用于描述這個外模式與模式之間的對應關系。 通常在外模式中描述外模式-模式映像。 作用-保證數據的邏輯獨立性。 有了外模式-模式映像之后，當模式發(fā)生改變時，例如增加新的屬性、修改屬性的數據類型，只要對外模式-模式映像做相應的改變，使外模式保持不變，則依賴于外模式的應用程序就不會受影響，從而保證數據與應用程序之間的邏輯獨立性，即保證數據的邏輯獨立性。1.3.2 數據庫的二級映像功能與數

35、據獨立性數據庫的二級映像功能與數據獨立性2. 模式-內模式映像 模式與內模式之間是通過模式-內模式映像聯(lián)系起來的。由于數據庫中只有一個模式和一個內模式，因此，模式-內模式映像也只有一個。 通常在內模式中對其進行描述。 作用-保證數據的物理獨立性 有了模式-內模式映像之后，當內模式發(fā)生改變時，例如存儲設備或存儲方式有所改變，只要針對模式-內模式映像做相應的改變，使模式保持不變，則應用程序就不會受影響，從而保證數據與應用程序之間的物理獨立性，即保證數據的物理獨立性。11 數據庫系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述12 數據模型數據模型13 數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構第第1章章 緒論緒論 1.41.4.1 數據

36、庫管理系統(tǒng)的組成數據庫管理系統(tǒng)的組成 1.4.2 數據庫管理系統(tǒng)的控制功能數據庫管理系統(tǒng)的控制功能 1.4.3 客戶客戶-服務器體系結構服務器體系結構 1.4.1 數據庫管理系統(tǒng)的組成數據庫管理系統(tǒng)的組成一個完整的DBMS通常由以下4部分組成。1. DDL及其翻譯處理程序 供用戶定義數據庫模式、存儲模式、外模式、各級模式間的映像、有關的約束條件等。2. DML及其編譯處理程序 實現對數據庫的檢索、插入、修改等基本操作。3. 數據庫運行控制程序 提供系統(tǒng)運行控制程序負責數據庫運行過程中的控制與管理。4. 實用程序 提供實用程序。數據庫用戶可以利用這些實用程序完成數據庫的建立與維護以及數據的格式轉

37、換與通信。1.41.4.1 數據庫管理系統(tǒng)的組成數據庫管理系統(tǒng)的組成 1.4.2 數據庫管理系統(tǒng)的控制功能數據庫管理系統(tǒng)的控制功能 1.4.3 客戶客戶-服務器體系結構服務器體系結構 1.4.2 數據庫管理系統(tǒng)的控制功能數據庫管理系統(tǒng)的控制功能 事務的基本概念事務是數據庫的邏輯單位，是用戶定義的一組操作序列。它應該具有下面4個特性：（1）原子性：一個事務是一個不可分割的單位，事務中包括的諸項操作要么都做，要么都不做。（2） 一致性：事務必須能使數據庫從某個一致性狀態(tài)變化到另一個一致性狀態(tài)。因此當數據庫只包含成功事務提交的結果時，數據庫處于一致性狀態(tài)。（3）隔離性：一個事務的執(zhí)行不能被其他事務干

38、擾。即一個事務內部的操作及其使用的數據對于并發(fā)的其他事務是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個事務之間不能互相干擾。（4）持久性：持久性：指一個事務一旦提交，它對數據庫中數據所做的更改就應該是永久性的。1.4.2 數據庫管理系統(tǒng)的控制功能數據庫管理系統(tǒng)的控制功能2. DBMS的控制功能 DBMS必須提供以下幾方面的數據控制功能。（1）保證數據的安全性數據的安全性（Security）是指保護數據，防止因用戶非法使用數據庫而造成數據的泄密、更改或破壞。通常用戶只能按規(guī)定對某些數據以某種方式進行訪問和處理。 DBMS一般通過用戶標識鑒定、存取控制、用戶視圖、密碼存儲等安全技術來保證數據的安全性。（2）保證數據的完

39、整性 數據的完整性（Integrity）是指數據的正確性、有效性和兼容性，即將數據控制在有效的范圍之內，或要求數據之間滿足特定的關系。DBMS的完整性控制機制應具備3個方面的功能。 定義完整性約束條件。 檢查用戶發(fā)出的操作請求是否違背了完整性約束條件。 如果發(fā)現用戶的操作請求會破壞數據的完整性約束條件，則采取一定的動作來保證數據的完整性。 1.4.2 數據庫管理系統(tǒng)的控制功能數據庫管理系統(tǒng)的控制功能（3）實現并發(fā)控制 數據庫是一個共享資源，可供多個用戶同時使用。當多個用戶的并發(fā)進程同時存取、修改數據庫中的數據時，可能會引發(fā)相互干擾而得到錯誤的結果，并使得數據庫的完整性遭到破壞，因此必須對多用戶

40、的并發(fā)操作（Concurrency）加以控制和協(xié)調。 事務是并發(fā)控制的基本單位，封鎖是實現并發(fā)控制的一項非常重要的技術。所謂封鎖就是事務T在對某個數據對象（例如表、記錄等）進行操作之前，先向系統(tǒng)發(fā)出請求，對其加鎖。加鎖后，事務T 就對該數據對象有了獨占性的控制權，在事務T釋放它的鎖之前，其他事務不能更新此數據對象。 1.4.2 數據庫管理系統(tǒng)的控制功能數據庫管理系統(tǒng)的控制功能（4）恢復數據庫 計算機系統(tǒng)的硬件故障、軟件故障、操作員的失誤以及蓄意破壞都會影響數據庫中數據的正確性，甚至造成數據庫的部分或全部數據的丟失。DBMS必須具有將數據庫從錯誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確狀態(tài)（也稱為完整狀態(tài)或一致

41、狀態(tài)）的功能，這就是數據庫的恢復功能（Recovery）。 事務也是執(zhí)行恢復的基本單位，DBMS中有一類文件稱為日志文件，記錄每個事務的開始、每個事務所引發(fā)的數據庫的更新和每個事務的結束。一旦系統(tǒng)出現故障，可以通過日志文件中的內容進行數據庫恢復。 事務通常以“試驗”的方式完成，即在試驗過程中，并不真正地更新數據庫中的數據。當事務即將完成時，也就是提交事務的時候，所更新的內容首先被復制到日志文件中，然后再把更新內容寫入數據庫。這樣，即使在這兩個步驟之間系統(tǒng)出現故障，通過查看日志文件，就能夠知道在系統(tǒng)恢復之后需要執(zhí)行哪些更新操作。如果系統(tǒng)在這兩個步驟之前系統(tǒng)出現故障，可以重新執(zhí)行此事務，確保不會發(fā)

42、生錯誤。1.41.4.1 數據庫管理系統(tǒng)的組成數據庫管理系統(tǒng)的組成 1.4.2 數據庫管理系統(tǒng)的控制功能數據庫管理系統(tǒng)的控制功能 1.4.3 客戶客戶-服務器體系結構服務器體系結構 1.4.3 客戶客戶-服務器體系結構服務器體系結構 DBMS體系結構發(fā)展 單用戶結構主從式結構分布式結構客戶-服務器結構。 客戶-服務器概念 網絡中專門用于執(zhí)行DBMS功能的計算機稱為數據庫服務器，簡稱服務器（Server），其他安裝DBMS的外圍應用開發(fā)工具且支持用戶應用的計算機稱為客戶機（Client）。形成了客戶-服務器結構的數據庫系統(tǒng)。 特點 客戶端的用戶請求被傳送至數據庫服務器，數據庫服務器對用戶強求進行

43、處理后，只將結果返回給用戶，從而顯著減少網絡上的數據傳輸量，提高了系統(tǒng)的性能、吞吐量和負載能力。 通常用SQL語言表達從客戶端程序到服務器端程序的各種請求，然后由服務器端的程序給出相應的回答，用表的形式將結果傳給客戶端程序。 客戶與服務器通常都能在不同的硬件和軟件平臺上運行，可以使用不同廠商提供的數據庫應用開發(fā)工具，應用程序具有更強的可移植性，同時也可以降低軟件維護工作的開銷。11 數據庫系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述12 數據模型數據模型13 數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構第第1章章 緒論緒論 1.51.5.1 硬件平臺及數據庫硬件平臺及數據庫 1.5.2 軟件平臺軟件平臺 1.5.3 數據庫系統(tǒng)的相

44、關人員數據庫系統(tǒng)的相關人員 1.5.1 硬件平臺及數據庫硬件平臺及數據庫 數據庫系統(tǒng)對硬件資源的要求較高，以滿足功能豐富且規(guī)模很大的DBMS的需求，這樣才能滿足數據量大的應用系統(tǒng)的需求。具體的要求如下。 （1）要具有足夠大的內存空間，存放操作系統(tǒng)、DBMS核心模塊、數據緩沖區(qū)和應用程序。 （2）要有大容量的存儲設備存放整個數據庫，有大容量的外存儲設備用于數據備份。1.51.5.1 硬件平臺及數據庫硬件平臺及數據庫 1.5.2 軟件平臺軟件平臺 1.5.3 數據庫系統(tǒng)的相關人員數據庫系統(tǒng)的相關人員 1.5.2 軟件平臺及數據庫軟件平臺及數據庫 數據庫系統(tǒng)的軟件主要包括以下要素。（1）DBMS 這

45、是為數據庫的建立、使用和維護而配置的系統(tǒng)軟件。目前常用的DBMS有MS SQL Server 2000及以上版本，還有Oracle 9i及以上版本。（2）支持DBMS運行的操作系統(tǒng)。 常用的操作系統(tǒng)有Windows操作系統(tǒng)、UNIX操作系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)。（3）具有能夠與數據庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng)，便于開發(fā)應用程序。（4）以DBMS為核心的應用開發(fā)工具。（5）為特定應用環(huán)境開發(fā)的數據庫應用系統(tǒng)。1.51.5.1 硬件平臺及數據庫硬件平臺及數據庫 1.5.2 軟件平臺軟件平臺 1.5.3 數據庫系統(tǒng)的相關人員數據庫系統(tǒng)的相關人員 1.5.3 數據庫系統(tǒng)的相關人員數據庫系統(tǒng)的相關人員

46、數據庫系統(tǒng)的相關人員主要有數據庫管理員、系統(tǒng)分析員、數據庫設計人員、應用程序開發(fā)人員和最終用戶。不同的人員完成不同的工作任務，具有不同的視圖，如圖1.7所示。應用系統(tǒng)DBMS操作系統(tǒng)模 式內模式外模式數據庫客戶端用戶應用程序開發(fā)人員數據庫管理員 系統(tǒng)分析員圖1.7 相關人員的數據視圖1.5.3 數據庫系統(tǒng)的相關人員數據庫系統(tǒng)的相關人員1. 數據庫管理員 數據庫管理員（DataBase Administrator，DBA）負責全面管理和控制數據庫系統(tǒng)。 主要工作包括：決定數據庫中的信息內容和結構，決定數據庫的存儲結構和存儲策略，定義數據的安全性要求和完整性約束條件，監(jiān)控數據庫的運行，負責數據庫的

47、改進和重組、重構，等等。1.5.3 數據庫系統(tǒng)的相關人員數據庫系統(tǒng)的相關人員2. 系統(tǒng)分析員和數據庫設計人員 系統(tǒng)分析員負責應用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明，同用戶及數據庫管理員相結合，確定系統(tǒng)的硬件軟件配置，并參與數據庫系統(tǒng)的概要設計。 數據庫設計人員負責數據庫中數據的確定、數據庫各級模式的設計。數據庫設計人員必須參與用戶需求調查和系統(tǒng)分析，然后進行數據庫設計。1.5.3 數據庫系統(tǒng)的相關人員數據庫系統(tǒng)的相關人員3. 應用程序開發(fā)人員 應用程序開發(fā)人員負責設計和編寫應用系統(tǒng)的程序模塊，并對其進行調試和安裝。4. 用戶 用戶是指最終用戶。最終用戶通過應用系統(tǒng)的用戶接口來使用數據庫。最終用戶可分為以

48、下3類。 （1）偶然用戶 （2）簡單用戶 （3）復雜用戶11 數據庫系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述12 數據模型數據模型13 數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構第第1章章 緒論緒論 1.6 1.6.1 Oracle數據庫系統(tǒng)簡介數據庫系統(tǒng)簡介 1.6.2 Oracle體系結構體系結構 1.6.1 Oracle數據庫系統(tǒng)簡介數據庫系統(tǒng)簡介 Oracle數據庫地位 Oracle公司又稱甲骨文公司，是全球最大的信息管理軟件與服務供應商。Oracle數據庫系統(tǒng)是其推出的主要產品，是關系數據庫的倡導者和先驅。經過近30年的發(fā)展，目前Oracle產品覆蓋幾十種主流機型，其中Oracle 數據庫已經成為世界上使用最廣泛的

49、關系數據庫系統(tǒng)之一，是數據庫領域的領軍者和標準制定者。Oracle公司推出的Oracle數據庫系統(tǒng)在我國有較大的市場份額，始終占據著數據庫市場的龍頭地位。 1.6.1 Oracle數據庫系統(tǒng)簡介數據庫系統(tǒng)簡介 Oracle數據庫的發(fā)展 Oracle數據庫系統(tǒng)最早于1979年推出，隨著其開發(fā)技術的進步，版本得以不斷更新，功能不斷壯大。 2004年推出了最新的Oracle 10g版本1.6.1 Oracle數據庫系統(tǒng)簡介數據庫系統(tǒng)簡介2. Oracle系統(tǒng)的特點 Oracle具有完整的數據管理功能，這些功能包括存儲大量數據、定義和操縱數據、并發(fā)控制、安全性控制、故障恢復、提供與高級語言接口等。因此

50、，Oracle是一個通用的數據庫系統(tǒng)。 Oracle支持各種分布式功能，尤其支持各種Internet處理。因此，Oracle是一個分布式數據庫系統(tǒng)。 Oracle作為一個應用開發(fā)環(huán)境，使用PL/SQL語言執(zhí)行各種操作，具有可開放性、可移植性、靈活性等特點。 高版本的Oracle支持面向對象的功能，支持類、方法和屬性等概念。1.6 1.6.1 Oracle數據庫系統(tǒng)簡介數據庫系統(tǒng)簡介 1.6.2 Oracle體系結構體系結構 1.6.2 Oracle體系結構體系結構 完整的Oracle應用環(huán)境包括如下兩部分 數據庫管理系統(tǒng)結構數據庫管理系統(tǒng)結構 數據庫結構數據庫結構1.6.2 Oracle體系結

51、構體系結構1. 數據庫管理系統(tǒng)結構 數據庫管理系統(tǒng)由功能各異的管理程序組成，包括進程管理和內存管理等。（1）進程結構 Oracle應用環(huán)境中有兩類進程：用戶進程和服務器進程。 用戶進程是指在客戶機內存上運行的程序。 服務器進程是指在服務器上運行的程序，它接收用戶進程發(fā)出的請求，根據用戶請求與數據庫進行通信，完成與數據庫的連接操作和I/O訪問。特別重要的服務器進程還負責完成數據庫的后臺管理工作，這些主要的進程如表1.4所示。1.6.2 Oracle體系結構體系結構表1.4 主要的服務器進程進程名稱作用系統(tǒng)監(jiān)控進程（SMON）是在數據庫系統(tǒng)啟動時執(zhí)行恢復性工作的強制性進程，對存在故障的CPU或實例

52、進行恢復進程監(jiān)控進程（PMON）是用于恢復失敗的數據庫用戶的強制性進程，獲取失敗用戶的標識，釋放此用戶占用的所有數據庫資源，然后回滾中止的事務數據庫寫入進程（DBWR）負責管理數據緩沖區(qū)和字典緩沖區(qū)的內容，將修改后的數據塊分批寫回數據庫文件。系統(tǒng)可以擁有多個這樣的進程日志寫入進程（LGWR）用于將內存中的日志內容寫入到日志文件中，是唯一能夠讀寫日志文件的進程1.6.2 Oracle體系結構體系結構（2）內存結構 操作系統(tǒng)為進程所分配的內存結構有兩部分：系統(tǒng)全局區(qū)和程序全局區(qū)。 一般地，客戶機上的用戶進程和服務器上的服務器進程是同時運行的。系統(tǒng)全局區(qū)（System Global Area，SGA

53、）是指操作系統(tǒng)為用戶進程和服務器進程分配的專用的共享內存區(qū)域，用于二者之間的通信。 根據系統(tǒng)全局區(qū)功能的不同，可將其分成4個部分：數據緩沖區(qū)（Data Buffer Cache）、字典緩沖區(qū)（Dictionary Buffer Cache）、日志緩沖區(qū)（Redo Log Buffer Cache）和SQL共享池（Shared SQL Pool），其作用如表1.5所示。 1.6.2 Oracle體系結構體系結構表1.5 系統(tǒng)全局區(qū)的組成名稱作用數據緩沖區(qū)用于存儲最近從數據庫中讀取出來的數據字典緩沖區(qū)用于存儲從數據字典中讀取出來的信息日志緩沖區(qū)用于存儲任何事務過程，數據庫系統(tǒng)將定期將該緩沖區(qū)的內容

54、寫入日志文件SQL共享池SQL共享池是程序的高速緩沖區(qū)，存放的是所有通過SQL語法分析并準備執(zhí)行的SQL語句1.6.2 Oracle體系結構體系結構 程序全局區(qū)（Program Global Area， PGA）是存儲區(qū)中被單個用戶進程所使用的內存區(qū)域，為用戶進程私有，不能共享。 程序全局區(qū)主要存放單個進程工作時所需要的數據和控制信息。 1.6.2 Oracle體系結構體系結構2.數據庫結構 數據庫結構可分為：邏輯結構和物理結構。（1）邏輯結構 邏輯結構是指從數據庫使用者的角度來考察數據庫的組成。數據庫的邏輯結構如圖1.8所示。1.6.2 Oracle體系結構體系結構Oracle數據庫表空間表

55、空間表空間表索引視圖數據段數據段索引段臨時段回滾段數據區(qū)間數據區(qū)間數據塊數據塊 數據庫- 表空間 - 。 邏輯對象 - 數據段- 。 數據區(qū)間-。 數據塊圖1.8 數據庫的邏輯結構1.6.2 Oracle體系結構體系結構數據庫的邏輯結構分為6層。 數據塊 數據塊又稱邏輯塊，是Oracle數據庫輸入輸出的基本單位，其常見大小為2KB或4KB，通常是操作系統(tǒng)默認數據塊大小的整數倍。 數據區(qū)間 數據區(qū)間由若干數據塊組成，是數據庫存儲空間所分配的一個邏輯單位。 數據段 數據段由若干數據區(qū)間組成。Oracle中有4種數據段。（a）數據段：用于存放數據。（b）索引段：用于存放索引數據。（c）臨時段：在執(zhí)行

56、SQL語句時，用于存放中間結果和數據。一旦SQL語句執(zhí)行完畢，臨時段所占用的存儲空間將被釋放。（d）回滾段：用于存放要撤消的信息。1.6.2 Oracle體系結構體系結構 邏輯對象 邏輯對象是指可由用戶操作的數據庫對象。Oracle系統(tǒng)中包括表、索引、視圖、簇、數據庫鏈接、同義詞、序列、觸發(fā)器、過程、函數等21種數據庫對象。 表空間 表空間主要用于管理邏輯對象，可以將其理解為Oracle數據庫的文件夾。一個表空間可以存放若干邏輯對象。當Oracle安裝完畢后，系統(tǒng)將自動建立9個默認的表空間，如表1.6所示。1.6.2 Oracle體系結構體系結構表1.6 系統(tǒng)默認的表空間名稱作用CWMLITE用于聯(lián)機分析處理（OLAP）DRSYS用于存放與工作空間設置有關的信息EXAMPLE實例表空間，用于存放實例信息INDEX索引表空間，用于存放數據庫索引信息SYSTEM系統(tǒng)表空間，用于存放表空間的名稱、所包含的數據文件等管理信息TEMP臨時表空間，用于存放臨時表TOOLS工具表空間，用于存放數據庫工具軟件所需的數據庫對象UNDOTBS回滾表空間，用于存放數據庫恢復信息USERS用戶表空間，用于存放用戶私有信息1.6.2