工程數據庫課件

1、第一章 緒論1.1 數據庫系統(tǒng)概述1.2 數據模型1.3 數據庫系統(tǒng)結構1.4 數據庫系統(tǒng)的組成1.5 數據庫技術的研究領域1.6 小結一、數據 數據(Data)是數據庫中存儲的基本對象 信息與數據之間存在著固有的聯(lián)系：數據是信息的符號表示或稱為載體；信息則是數據的內涵，是對數據語義的解釋 數據的定義 描述事物的符號記錄 數據的種類 文字、圖形、圖象、聲音 數據的特點 數據與其語義是不可分的二、數據庫（舉例）二、數據庫(續(xù)) 人們收集并抽取出一個應用所需要的大量數據之后，應將其保存起來以供進一步加工處理，進一步抽取有用信息 數據庫的定義 數據庫(Database,簡稱DB)是長期儲存在計算機內

2、、有組織的、可共享的數據集合二、數據庫(續(xù)) 數據庫的特征 數據按一定的數據模型組織、描述和儲存數據按一定的數據模型組織、描述和儲存 可為各種用戶共享可為各種用戶共享 冗余度較小冗余度較小 數據獨立性較高數據獨立性較高 易擴展易擴展三、數據庫管理系統(tǒng) 什么是DBMS 數據庫管理系統(tǒng)（Database Management System，簡稱DBMS）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數據管理軟件。為用戶或應用程序提供訪問DB的方法 基于不同的數據模型，可以分為層次型、網狀型、關系型和面向對象型等。 DBMS的用途 科學地組織和存儲數據、高效地獲取和維護數據四、數據庫系統(tǒng) 什么是數據庫系統(tǒng) 數據庫系

3、統(tǒng)（數據庫系統(tǒng)（Database System，簡稱，簡稱DBS）是實現有組織地、動態(tài)地存儲大量關聯(lián)數據、方便多用戶訪問的計算機硬件、軟件和數據資源組成的系統(tǒng)，即它是采用數據庫技術的計算機系統(tǒng)。 在不引起混淆的情況下常常把數據庫系統(tǒng)簡稱為數據庫。在不引起混淆的情況下常常把數據庫系統(tǒng)簡稱為數據庫。 數據庫系統(tǒng)的構成 由數據庫、數據庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應用系由數據庫、數據庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應用系統(tǒng)、數據庫管理員（和用戶）構成。統(tǒng)、數據庫管理員（和用戶）構成。數據庫系統(tǒng)(續(xù)) 數據庫系統(tǒng)構成圖示 參看教材page_5 圖1.1數據庫操作系統(tǒng)數據庫管理系統(tǒng)應用系統(tǒng)應用開發(fā)工具 用戶

4、用戶 用戶 數據庫 管理員圖1.1 數據庫系統(tǒng)1.1.3 數據管理技術的產生和發(fā)展 什么是數據管理 對數據進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護，對數據進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護，是數據處理的中心問題是數據處理的中心問題 數據管理技術的發(fā)展過程 人工管理階段人工管理階段(40年代中年代中-50年代中年代中) 文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段(50年代末年代末-60年代中年代中) 數據庫系統(tǒng)階段數據庫系統(tǒng)階段(60年代末年代末-現在現在)二、文件系統(tǒng) 時期 50年代末-60年代中 產生的背景 應用需求科學計算、管理 硬件水平磁盤、磁鼓 軟件水平有文件系統(tǒng) 處理方式聯(lián)機實時處理、批處理應用程序

5、與數據的對應關系(文件系統(tǒng))應用程序應用程序文件文件應用程序應用程序文件文件2應用程序應用程序文件文件n存取存取方法方法.三、數據庫系統(tǒng) 數據管理技術進入數據庫階段的標志是數據管理技術進入數據庫階段的標志是2020世紀世紀6060年代年代末的三件大事：末的三件大事： 1968年美國IBM公司推出層次模型的IMS系統(tǒng) 。 1969年美國CODASYL組織發(fā)布了DBTG報告，總結了當時各式各樣的數據庫，提出網狀模型。 1970年美國IBM公司的E.F.Codd 連續(xù)發(fā)表論文，提出關系模型，奠定了關系數據庫的理論基礎。 產生的背景 應用背景大規(guī)模管理 硬件背景大容量磁盤 軟件背景有數據庫管理系統(tǒng)處理

6、方式聯(lián)機實時處理,分布處理,批處理 數據庫階段信息處理方式的演變數據庫階段信息處理方式的演變 高級數據庫技術階段（一）分布式數據庫系統(tǒng)主要有下面三個特點分布式數據庫系統(tǒng)主要有下面三個特點數據庫的數據物理上分布在各個場地，但邏輯上是一個整體。 每個場地既可以執(zhí)行局部應用（訪問本地DB），也可以執(zhí)行全局應用（訪問異地DB）。 各地的計算機由數據通信網絡相聯(lián)系。本地計算機單獨不能勝任的處理任務，可以通過通信網絡取得其它DB和計算機的支持。 應用程序與數據的對應關系(數據庫系統(tǒng))DBMS應用程序1應用程序2數據庫第一章 緒論1.1 數據庫系統(tǒng)概述1.2 數據模型1.3 數據庫系統(tǒng)結構1.4 數據庫系統(tǒng)

7、的組成1.5 數據庫技術的研究領域1.6 小結數據模型 在數據庫中用數據模型這個工具來抽象、表示抽象、表示和處理和處理現實世界中的數據和信息。通俗地講數據模型就是現實世界的模擬 數據模型應滿足三方面要求 能比較能比較真實真實地模擬現實世界地模擬現實世界 容容易易為人所為人所理解理解 便于在計算機上便于在計算機上實現實現 1.2 數據模型 1.2.1 數據模型的組成要素 1.2.2 概念模型 1.2.3 常用數據模型 1.2.4 層次模型 1.2.5 網狀模型 1.2.6 關系模型 1.2.1 數據模型的組成要素 數據結構（靜態(tài)特性） 數據操作（動態(tài)特性） 數據的完整性約束條件 1.2.2 概念

8、模型1. 概念模型2. 信息世界中的基本概念3. 概念模型的表示方法2. 信息世界中的基本概念 (1) 實體（Entity） 客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體?？陀^存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念可以是具體的人、事、物或抽象的概念。(2) 屬性（Attribute） 實體所具有的某一特性稱為屬性。實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。 (3) 碼（Key） 唯一標識實體的屬性集稱為碼。唯一標識實體的屬性集稱為碼。 信息世界中的基本概念(續(xù))(4) 域（Domain） 屬性的取值范圍稱為該屬性的域屬性的取

9、值范圍稱為該屬性的域。 (5) 實體型（Entity Type） 用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體稱為實體型同類實體稱為實體型(6) 實體集（Entity Set） 同型實體的集合稱為實體集同型實體的集合稱為實體集信息世界中的基本概念(續(xù))(7) 聯(lián)系（Relationship） 現實世界中事物內部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界現實世界中事物內部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實體內部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系中反映為實體內部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系實體型間聯(lián)系 兩個實體型兩個實體型 一對一聯(lián)系（一對一聯(lián)系（1:1） 三個實體型三個實體型 一對多聯(lián)系（一

10、對多聯(lián)系（1:n） 一個實體型一個實體型 多對多聯(lián)系（多對多聯(lián)系（m:n） 兩個實體型間的聯(lián)系實體型實體型1聯(lián)系名聯(lián)系名實體型實體型2111:1聯(lián)系聯(lián)系實體型實體型1聯(lián)系名聯(lián)系名實體型實體型2mnm:n聯(lián)系聯(lián)系實體型實體型1聯(lián)系名聯(lián)系名實體型實體型21n1:n聯(lián)系聯(lián)系兩個實體型間的聯(lián)系 一對一聯(lián)系 如果對于實體集如果對于實體集A中的每一個實體，實體集中的每一個實體，實體集B中至中至多有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，多有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集則稱實體集A與實體集與實體集B具有一對一聯(lián)系具有一對一聯(lián)系。記為。記為1:1。 實例（乘客與座位）班級與班長之間的聯(lián)系：班級與班長之間的聯(lián)系：

11、一個班級只有一個正班長一個班級只有一個正班長一個班長只在一個班中任職一個班長只在一個班中任職兩個實體型間的聯(lián)系 (續(xù)) 一對多聯(lián)系 如果對于實體集如果對于實體集A中的每一個實體，實體集中的每一個實體，實體集B中有中有n個實體（個實體（n0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的中的每一個實體，實體集每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱系，則稱實體集實體集A與實體集與實體集B有一對多聯(lián)系有一對多聯(lián)系 記為記為1:n 實例（車間與工人）班級與學生之間的聯(lián)系：班級與學生之間的聯(lián)系：一個班級中有若干名學生，一個班級中有若干名學生，每個學生只

12、在一個班級中學習每個學生只在一個班級中學習兩個實體型間的聯(lián)系 (續(xù)) 多對多聯(lián)系（m:n） 如果對于實體集如果對于實體集A中的每一個實體，實體集中的每一個實體，實體集B中有中有n個實體（個實體（n0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的中的每一個實體，實體集每一個實體，實體集A中也有中也有m個實體（個實體（m0）與）與之聯(lián)系，則稱實體集之聯(lián)系，則稱實體集A與實體與實體B具有多對多聯(lián)系。具有多對多聯(lián)系。記為記為m:n 實例課程與學生之間的聯(lián)系：課程與學生之間的聯(lián)系：一門課程同時有若干個學生選修一門課程同時有若干個學生選修一個學生可以同時選修多門課程一個學生可以同時選修多門

13、課程多個實體型間的聯(lián)系(續(xù)) 多個實體型間的一對多聯(lián)系 若實體集若實體集E1，E2，.，En存在聯(lián)系，對于實存在聯(lián)系，對于實體集體集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中）中的給定實體，最多只和的給定實體，最多只和Ei中的一個實體相聯(lián)中的一個實體相聯(lián)系，則我們說系，則我們說Ei與與E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之間的聯(lián)系是一對多的。之間的聯(lián)系是一對多的。多個實體型間的聯(lián)系(續(xù)) 實例 課程、教師與參考書三個實體型課程、教師與參考書三個實體型如果一門課程可以有若干個教師講授，使用若干如果一門課程可以有若干個教師講授，使用若干本參考書，每一個教師只講授一門課程，每一本本參考

14、書，每一個教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用參考書只供一門課程使用課程與教師、參考書之間的聯(lián)系是一對多的課程與教師、參考書之間的聯(lián)系是一對多的 多個實體型間的一對一聯(lián)系 多個實體型間的多對多聯(lián)系同一實體集內各實體間的聯(lián)系 一對多聯(lián)系 實例 職工實體集內部具有領導與被領導的聯(lián)系職工實體集內部具有領導與被領導的聯(lián)系某一職工（干部）某一職工（干部）“領導領導”若干名職工若干名職工一個職工僅被另外一個職工直接領導一個職工僅被另外一個職工直接領導這是一對多的聯(lián)系這是一對多的聯(lián)系 一對一聯(lián)系 多對多聯(lián)系3. 概念模型的表示方法 概念模型的表示方法很多 實體聯(lián)系方法(E-R方法) 用E-R圖來

15、描述現實世界的概念模型 E-R方法也稱為E-R模型E-R圖(續(xù))完整的E-R圖 1.2.3 常用數據模型 非關系模型 層次模型（層次模型（Hierarchical Model） 網狀模型網狀模型(Network Model ) 數據結構：以基本層次聯(lián)系為基本單位 基本層次聯(lián)系：兩個記錄以及它們之間的一對多基本層次聯(lián)系：兩個記錄以及它們之間的一對多（包括一對一（包括一對一)的聯(lián)系的聯(lián)系常用數據模型(續(xù)) 關系模型(Relational Model) 數據結構：表 面向對象模型(Object Oriented Model） 數據結構：對象關系模型 最重要的一種數據模型。也是目前主要采用的數據模型

16、1970年由美國IBM公司San Jose研究室的研究員E.F.Codd提出 本課程的重點關系數據模型的數據結構 在用戶觀點下，關系模型中數據的邏輯結構是一張二維表，它由行和列組成。 學生登記表學生登記表 學學 號號 姓姓 名名 年齡年齡 性性 別別 系系 名名 年年 級級 95004 王小明王小明 19 女女 社會學社會學 95 95006 黃大鵬黃大鵬 20 男男 商品學商品學 95 95008 張文斌張文斌 18 女女 法律學法律學 95 關系模型的基本概念 關系（Relation）一個關系對應通常說的一張表。 元組（Tuple）表中的一行即為一個元組。 屬性（Attribute）表中的

17、一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名。關系模型的基本概念 主碼（Key）表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。 域（Domain）屬性的取值范圍。 分量元組中的一個屬性值。 關系模式對關系的描述關系名（屬性1，屬性2，屬性n）學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級） 關系 表 關系模式 記錄 行 屬性 列 屬性名 列名 jbqk 關系名 表名 關系數據模型的數據結構(續(xù)） 實體及實體間的聯(lián)系的表示方法 實體型實體型：直接用關系（表）表示。：直接用關系（表）表示。 屬性屬性：用屬性名表示。：用屬性名表示。 一對一聯(lián)系一對一聯(lián)系：隱含在實體對應的關系中。：隱含在實體對應的關系中。

18、一對多聯(lián)系一對多聯(lián)系：隱含在實體對應的關系中。：隱含在實體對應的關系中。 多對多聯(lián)系多對多聯(lián)系：直接用關系表示：直接用關系表示。關系數據模型的數據結構(續(xù)）例1學生、系、系與學生之間的一對多聯(lián)系：學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）系系 (系號，系名，辦公地點系號，系名，辦公地點)例2系、系主任、系與系主任間的一對一聯(lián)系關系數據模型的數據結構(續(xù)）例3學生、課程、學生與課程之間的多對多聯(lián)系： 學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）課程（課程號，課程名，學分）課程（課程號，課程名，學分）選修（學號，課程

19、號，成績）選修（學號，課程號，成績）關系數據模型的數據結構(續(xù)）關系必須是規(guī)范化的，滿足一定的規(guī)范條件最基本的規(guī)范條件：關系的每一個分量必須是一個不最基本的規(guī)范條件：關系的每一個分量必須是一個不可分的數據項，不允許表中還有表?？煞值臄祿?，不允許表中還有表。工工 資資扣扣 除除職職 工工號號姓姓名名職職稱稱基基 本本工工 齡齡職職 務務房房 租租水水 電電實實發(fā)發(fā)8 8 6 6 0 0 5 5 1 1陳陳 平平講講 師師1 1 0 0 5 59 9 5 51 1 5 56 61 1 2 21 1 1 1 5 5 5 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20、. . . . . . . . .2.關系模型的數據操縱 查詢、插入、刪除、更新 數據操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系，即若干元組的集合 存取路徑對用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么”，不必詳細說明“怎么干”5.關系模型的優(yōu)缺點 優(yōu)點 建立在嚴格的數學概念的基礎上建立在嚴格的數學概念的基礎上 概念單一。數據結構簡單、清晰，用戶易懂易用概念單一。數據結構簡單、清晰，用戶易懂易用 實體和各類聯(lián)系都用關系來表示。實體和各類聯(lián)系都用關系來表示。 對數據的檢索結果也是關系。對數據的檢索結果也是關系。 關系模型的存取路徑對用戶透明 具有更高的數據獨立性，更好的安全保密性具有更高的數據獨立性，更好的安

21、全保密性 簡化了程序員的工作和數據庫開發(fā)建立的工作簡化了程序員的工作和數據庫開發(fā)建立的工作關系模型的優(yōu)缺點（續(xù)） 缺點存取路徑對用戶透明導致查詢效率往往不如非存取路徑對用戶透明導致查詢效率往往不如非關系數據模型關系數據模型為提高性能，必須對用戶的為提高性能，必須對用戶的查詢請求進行優(yōu)化查詢請求進行優(yōu)化增加了開發(fā)數據庫管理系統(tǒng)的難度增加了開發(fā)數據庫管理系統(tǒng)的難度6. 典型的關系數據庫系統(tǒng)（RDBMS） ORACLE Oracle軟件系統(tǒng)有限公司的產品軟件系統(tǒng)有限公司的產品. Oracle成立于成立于1977年年,總部設在加利?？偛吭O在加利福尼亞尼亞,是一家世界性的計算機軟件供應商是一家世界性的計

22、算機軟件供應商,向全球百余個國家的用戶提供向全球百余個國家的用戶提供大量的軟件產品和電子化信息服務大量的軟件產品和電子化信息服務. ORACLE系列產品在數據庫領域系列產品在數據庫領域一直居領先地位一直居領先地位,它在我國的銷售份額占它在我國的銷售份額占50%以上以上.它現在發(fā)展到了它現在發(fā)展到了Oracle 8I系列系列 SYBASE System和和Database相結合的含義相結合的含義. SYBASE公司是第一個提出并推出客公司是第一個提出并推出客戶戶/服務器服務器(C/S)體系結構的高性能數據庫服務器的數據庫廠商體系結構的高性能數據庫服務器的數據庫廠商,并促進并促進了它的廣泛流行了它

23、的廣泛流行.1999年年SYBASE公司率先在我國市場上發(fā)布企業(yè)門戶公司率先在我國市場上發(fā)布企業(yè)門戶(Enterprise Portal, EP)技術技術 INFORMIX 是關系數據庫系統(tǒng)公司是關系數據庫系統(tǒng)公司(Relational Database System Inc)的注冊商標的注冊商標,總總部設在美國加州部設在美國加州.它的取名來自它的取名來自Information+UNIX,自自1983年年,在在UNIX上上推出第一個關系數據庫產品后推出第一個關系數據庫產品后, INFORMIX公司繼續(xù)開發(fā)了可以在公司繼續(xù)開發(fā)了可以在UNIX、WINDOWS、NT、NetWare、Macinto

24、sh等多種操作環(huán)境下運等多種操作環(huán)境下運行行,具有很好的開放性具有很好的開放性 6. 典型的關系數據庫系統(tǒng) DB/2 DB2關系型數據庫家族產品是關系型數據庫家族產品是IBM公司的主要產品。公司的主要產品。80年代初年代初DB2的的發(fā)展重點放在大型的主機平臺。從發(fā)展重點放在大型的主機平臺。從80年代中期到年代中期到90年代初年代初DB2已發(fā)展已發(fā)展到中、小型機，以及微機平臺。它適用于各種硬件平臺，其中包括基到中、小型機，以及微機平臺。它適用于各種硬件平臺，其中包括基于于Intel的微機、的微機、IBM的的AS/400系統(tǒng)、大型并行處理機等系統(tǒng)、大型并行處理機等 Microsoft SQL Se

25、rver 是微軟公司的產品是微軟公司的產品,它建立在它建立在Microsoft Windows NT 操作系統(tǒng)基礎之上操作系統(tǒng)基礎之上,提供了一個功能強大的客戶提供了一個功能強大的客戶/服務器平臺服務器平臺,是能同時支持多個并發(fā)用戶的是能同時支持多個并發(fā)用戶的關系數據庫系統(tǒng)關系數據庫系統(tǒng).不象大型機和小型機數據庫不象大型機和小型機數據庫,服務器數據庫是通過稱為服務器數據庫是通過稱為客戶機的用戶訪問的，即是從其它計算機系統(tǒng)而不是從輸入客戶機的用戶訪問的，即是從其它計算機系統(tǒng)而不是從輸入/輸出輸出(例如例如終端終端)進行訪問的進行訪問的.其最新產品是其最新產品是SQL SERVER 7.0 ING

26、RES 關系技術公司關系技術公司(Relational Technology Inc)的的INGRES數據庫系統(tǒng)的多項數據庫系統(tǒng)的多項技術直接采用了技術直接采用了Berkeley大學的最新研究成果大學的最新研究成果,因為關系數據庫技術最因為關系數據庫技術最早源于早源于Berkeley大學大學,所以可謂關系數據庫技術之鼻祖所以可謂關系數據庫技術之鼻祖.數據庫不僅能管數據庫不僅能管理數據理數據,而且還能管理知識和對象而且還能管理知識和對象,屬于技術上領先的智能型數據庫管理屬于技術上領先的智能型數據庫管理系統(tǒng)系統(tǒng) 第一章 緒論1.1 數據庫系統(tǒng)概述1.2 數據模型1.3 數據庫系統(tǒng)結構1.4 數據庫

27、系統(tǒng)的組成1.5 數據庫技術的研究領域1.6 小結數據庫系統(tǒng)模式的概念 數據模型中“型” 和“值” 的概念 型（Type）對某一類數據的結構和屬性的說明 值（Value）是型的一個具體賦值例如：學生記錄例如：學生記錄記錄型：記錄型： （學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）（學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）該記錄型的一個記錄值：該記錄型的一個記錄值： （900201，李明，男，計算機，李明，男，計算機，22，江蘇），江蘇）數據庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)） 模式（Schema） 數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述 僅是型的描述，不涉及具體的值僅是型的描述，不

28、涉及具體的值 反映數據的結構及其聯(lián)系反映數據的結構及其聯(lián)系 模式是相對穩(wěn)定的模式是相對穩(wěn)定的 模式的一個實例（Instance） 模式的一個具體值模式的一個具體值 反映數據庫某一時刻的狀態(tài)反映數據庫某一時刻的狀態(tài) 同一個模式可以有很多實例同一個模式可以有很多實例 實例隨數據庫中的數據的更新而變動實例隨數據庫中的數據的更新而變動數據庫系統(tǒng)的三級模式結構：數據的三個抽象級別1模式（Schema） 模式（也稱邏輯模式） 數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述 所有用戶的公共數據視圖，綜合了所有用戶的需求所有用戶的公共數據視圖，綜合了所有用戶的需求 一個數據庫只有

29、一個模式 模式的地位：是數據庫系統(tǒng)模式結構的中間層 與數據的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關與數據的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關 與具體的應用程序、開發(fā)工具及高級程序設計語言無關與具體的應用程序、開發(fā)工具及高級程序設計語言無關 模式的定義 數據的邏輯結構（數據項的名字、類型、取值范圍等）數據的邏輯結構（數據項的名字、類型、取值范圍等） 數據之間的聯(lián)系數據之間的聯(lián)系 數據有關的安全性、完整性要求數據有關的安全性、完整性要求 由由DBMS提供的模式描述語言（模式提供的模式描述語言（模式DDL）實現定義）實現定義2. 外模式（External Schema） 外模式（也稱子模式或用戶模式） 數據庫用戶（包括

30、應用程序員和最終用戶）使用的數據庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部局部數據的邏輯結構和特征的描述數據的邏輯結構和特征的描述 數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示的邏輯表示外模式（續(xù)） 外模式的地位：介于模式與應用之間 模式與外模式的關系：一對多模式與外模式的關系：一對多 外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集 一個數據庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶一個數據庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應用需求、看待數據的方式、對數據保密的要求的應用需求、看待數據的方式、對數據保密的要求 對模式中同一數據，在外模式中的結

31、構、類型、長對模式中同一數據，在外模式中的結構、類型、長度、保密級別等都可以不同度、保密級別等都可以不同 外模式與應用的關系：一對多 同一外模式也可以為某一用戶的多個應用系統(tǒng)所使同一外模式也可以為某一用戶的多個應用系統(tǒng)所使用，用， 但一個應用程序只能使用一個外模式但一個應用程序只能使用一個外模式。外模式（續(xù)） 外模式的用途保證數據庫安全性的一個有力措施。保證數據庫安全性的一個有力措施。每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數據每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數據 由DBMS提供子模式描述語言定義3內模式（Internal Schema） 內模式（也稱存儲模式） 是數據物理結構和存儲方

32、式的描述是數據物理結構和存儲方式的描述 是數據在數據庫內部的表示方式是數據在數據庫內部的表示方式 記錄的存儲方式（順序存儲，按照記錄的存儲方式（順序存儲，按照B樹結構存儲，按樹結構存儲，按hash方法存儲）方法存儲） 索引的組織方式索引的組織方式 數據是否壓縮存儲數據是否壓縮存儲 數據是否加密數據是否加密 數據存儲記錄結構的規(guī)定數據存儲記錄結構的規(guī)定 一個數據庫只有一個內模式 由DBMS提供的內模式描述語言定義1.3.2 數據庫系統(tǒng)外部的體系結構 單用戶結構 主從式結構 分布式結構 客戶/服務器結構 瀏覽器/應用服務器/數據庫服務器結構西華師范大學計算機學院數據庫系統(tǒng)概論數據庫系統(tǒng)概論第二章第

33、二章 關系數據庫關系數據庫第二章 關系數據庫2.1 關系模型概述2.2 關系數據結構2.3 關系的完整性2.4 關系代數2.5 關系演算2.6 小結關系數據庫簡介 系統(tǒng)而嚴格地提出關系模型的是美國IBM公司的E.F.Codd 1970年提出關系數據模型 E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”, Communication of the ACM,1970 之后，提出了關系代數和關系演算的概念 1972年提出了關系的第一、第二、第三范式 1974年提出了關系的BNF范式關系數據庫簡介 關系數據庫應用數學方

34、法來處理數據庫中的數據 80年代后，關系數據庫系統(tǒng)成為最重要、最流行的數據庫系統(tǒng)關系數據庫簡介 典型實驗系統(tǒng) System R University INGRES 典型商用系統(tǒng) ORACLE SYBASE INFORMIX DB2 INGRES2.1 關系模型概述 關系數據庫系統(tǒng) 是支持關系模型的數據庫系統(tǒng) 關系模型的組成 關系數據結構 關系操作集合 關系完整性約束1. 關系數據結構 單一的數據結構-關系 現實世界的實體以及實體間的各種聯(lián)系均用關系來表示 數據的邏輯結構-二維表 從用戶角度，關系模型中數據的邏輯結構是一張二維表。 工工號號 姓姓名名 年年齡齡 性性別別 工工資資 4 40 00

35、 01 1 z zh ha an ng g 5 50 0 M M 2 20 00 00 0 4 40 00 02 2 l li i 4 40 0 F F 1 15 50 00 0 4 41 12 24 4 l li iu u 3 35 5 M M 2 20 00 00 0 5 50 01 18 8 w wa an ng g 2 25 5 M M 1 10 00 00 0 職工登記表 2. 關系操作集合 1) 常用的關系操作 2) 關系操作的特點 3) 關系數據語言的種類 4) 關系數據語言的特點1什么是關系模式關系模式（Relation Schema）是型關系是值關系模式是對關系的描述元組集合

36、的結構屬性構成屬性來自的域 屬性與域之間的映象關系元組語義以及完整性約束條件元組語義：一個n目謂詞（n:屬性集中屬性的個數）；關系就是由符合元組語義的那部分元素，即令該n目謂詞為真的笛卡爾積中的元素的全體構成的。屬性間的數據依賴關系集合 2定義關系模式關系模式可以形式化地表示為： R（U，D，dom，F） R 關系名U 組成該關系的屬性名集合D 屬性組U中屬性所來自的域dom 屬性向域的映象集合F 屬性間的數據依賴關系集合定義關系模式 (續(xù))例:導師和研究生出自同一個域人，取不同的屬性名，并在模式中定義屬性向域的映象，即說明它們分別出自哪個域： dom（SUPERVISOR-PERSON）=

37、dom（POSTGRADUATE-PERSON）=PERSON定義關系模式 (續(xù))關系模式通?？梢院営洖?R (U) 或 R (A1，A2，An) R 關系名A1，A2，An 屬性名注：域名及屬性向域的映象常常直接說明為 屬性的類型、長度2.3 關系的完整性關系模型的完整性規(guī)則是對關系的某種約束條件。關系模型中三類完整性約束：實體完整性參照完整性用戶定義的完整性實體完整性和參照完整性是關系模型必須滿足的完整性約束條件，被稱作是關系的兩個不變性不變性，應該由關系系統(tǒng)自動支持。2.3.1 實體完整性實體完整性規(guī)則（Entity Integrity）若屬性A是基本關系R的主屬性，則屬性A不能取空值例

38、SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE)POSTGRADUATE屬性為主碼（假設研究生不會重名），則其不能取空值實體完整性(續(xù))關系模型必須遵守實體完整性規(guī)則的原因(1) 實體完整性規(guī)則是針對基本關系而言的。一個基本表通常對應現實世界的一個實體集或多對多聯(lián)系。(2) 現實世界中的實體和實體間的聯(lián)系都是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標識。(3) 相應地，關系模型中以主碼作為唯一性標識。實體完整性(續(xù))關系模型必須遵守實體完整性規(guī)則的原因(續(xù))(4) 主碼中的屬性即主屬性不能取空值。 空值就是“不知道”或“無意義”的值。 主屬性取空值，就說明存在某個不可標識的

39、實體，即存在不可區(qū)分的實體，這與第（2）點相矛盾，因此這個規(guī)則稱為實體完整性。實體完整性(續(xù))注意實體完整性規(guī)則規(guī)定基本關系的所有主屬性都不能取空值例選修（學號，課程號，成績）“學號、課程號”為主碼，則兩個屬性都不能取空值。2.3.2 參照完整性1. 關系間的引用2. 外碼3. 參照完整性規(guī)則1. 關系間的引用在關系模型中實體及實體間的聯(lián)系都是用關系來描述的，因此可能存在著關系與關系間的引用。例1 學生實體、專業(yè)實體以及專業(yè)與學生 間的一對多聯(lián)系 學生（學號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡） 專業(yè)（專業(yè)號，專業(yè)名）學學 號號姓姓 名名性性 別別專專 業(yè)業(yè) 號號年年 齡齡8 0 1張張 三三女女0 1

40、1 98 0 2李李 四四男男0 12 08 0 3王王 五五男男0 12 08 0 4趙趙 六六女女0 22 08 0 5錢錢 七七男男0 21 9專專 業(yè)業(yè) 號號專專 業(yè)業(yè) 名名0 1信信 息息0 2數數 學學0 3計計 算算 機機學生（學號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡）專業(yè)（專業(yè)號，專業(yè)名）關系間的引用(續(xù))例2 學生、課程、學生與課程之間的多對 多聯(lián)系 學生（學號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡） 課程（課程號，課程名，學分） 選修（學號，課程號，成績） 課課程程號號課課程程名名學學分分01數數據據庫庫402數數據據結結構構403編編譯譯404PASCAL2學學 號號姓姓 名名性性 別別專專

41、業(yè)業(yè) 號號年年 齡齡8 0 1張張 三三女女0 11 98 0 2李李 四四男男0 12 08 0 3王王 五五男男0 12 08 0 4趙趙 六六女女0 22 08 0 5錢錢 七七男男0 21 9學學 號號課課 程程號號成成 績績801049280103788010285802038280204908030488學生學生學生選課學生選課課程課程2外碼（Foreign Key）設F是基本關系R的一個或一組屬性，但不是關系R的碼。如果F與基本關系S的主碼Ks相對應，則稱F是基本關系R的外碼基本關系R稱為參照關系（Referencing Relation）基本關系S稱為被參照關系（Referen

42、cedRelation）或目標關系（Target Relation）。外碼(續(xù))說明 關系R和S不一定是不同的關系 目標關系S的主碼Ks 和參照關系的外碼F必須定義在同一個（或一組）域上 外碼并不一定要與相應的主碼同名 當外碼與相應的主碼屬于不同關系時，往往 取相同的名字，以便于識別3. 參照完整性規(guī)則若屬性（或屬性組）F是基本關系R的外碼它與基本關系S的主碼Ks相對應（基本關系R和S不一定是不同的關系），則對于R中每個元組在F上的值必須為： 或者取空值（F的每個屬性值均為空值） 或者等于S中某個元組的主碼值。參照完整性規(guī)則(續(xù))學生關系中每個元組的“專業(yè)號”屬性只取下面兩類值：（1）空值，表

43、示尚未給該學生分配專業(yè)（2）非空值，這時該值必須是專業(yè)關系中某個元組的“專業(yè)號”值，表示該學生不可能分配到一個不存在的專業(yè)中參照完整性規(guī)則(續(xù)) 選修（學號，課程號，成績）“學號”和“課程號”是選修關系中的主屬性按照實體完整性和參照完整性規(guī)則，它們只能取相應被參照關系中已經存在的主碼值關系的完整性(續(xù)) 2.3.1 實體完整性 2.3.2. 參照完整性 2.3.3. 用戶定義的完整性2.3.3 用戶定義的完整性 用戶定義的完整性是針對某一具體關系數據庫的約束條件，反映某一具體應用所涉及的數據必須滿足的語義要求。 關系模型應提供定義和檢驗這類完整性的機制，以便用統(tǒng)一的系統(tǒng)的方法處理它們，而不要由

44、應用程序承擔這一功能。用戶定義的完整性(續(xù))例: 課程(課程號，課程名，學分) “課程名”屬性必須取唯一值 非主屬性“課程名”也不能取空值 “學分”屬性只能取值1，2，3，4第二章 關系數據庫2.1 關系模型概述2.2 關系數據結構2.3 關系的完整性2.4 關系代數2.5 關系演算2.6 小結西華師范大學計算機學院第三章第三章 關系數據庫標準語言關系數據庫標準語言SQLSQL第三章 關系數據庫標準語言SQL3.1 SQL概述3.2 數據定義3.3 查詢3.4 數據更新3.5 視圖3.6 數據控制3.7 嵌入式SQL3.8 小結SQL的產生與發(fā)展 1970年，美國IBM研究中心的E.F.Cod

45、d連續(xù)發(fā)表多篇論文，提出關系模型。1972年，IBM公司開始研制實驗型關系數據庫管理系統(tǒng)SYSTEM R，配制的查詢語言稱為SQUARE (Specifying Queries As Relational Expression )語言，在語言中使用了較多的數學符號。1974年，Boyce和Chamberlin把SQUARE修改為SEQUEL (Structured English QUEry Language )語言。后來SEQUEL簡稱為SQL (Structured Query Language )，即“結構式查詢語言”，SQL的發(fā)音仍為“sequel”。 1986年10月美國國家標準局（

46、ANSI）數據庫委員會批準了SQL作為關系數據庫語言的美國標準。 同年公布了SQL標準文本（簡稱SQL-86）。 1987年6月， 國際標準化組織（ISO）將其采納為國際標準。 在此之后， 對SQL進行修改和擴充的標準化工作不斷進行著， 相繼出現了SQL-89、 SQL2（1992）和SQL3（1999）。 SQL數據庫的體系結構 SQ L用戶視 圖 1基 本 表 2存儲文件 2基 本 表 1存儲文件 1SQ L用戶視 圖 2基 本 表 3存儲文件 3內模式模式外模式n從圖中可以看出，模式與基本表相對應，外模式與視圖相對應，內模式對應于存儲文件。基本表和視圖都是關系。1基本表（Base Tab

47、le） 基本表是模式的基本內容。每個基本表都是一個實際存在的關系。2視圖（View)視圖是外模式的基本單位，用戶通過視圖使用數據庫中基于基本表的數據（基本表也可作為外模式使用）。一個視圖雖然也是一個關系，但是它與基本表有著本質的區(qū)別。任何一個視圖都是從已有的若干關系導出的關系，它只是邏輯上的定義，實際并不存在。在導出時，給出一個視圖的定義（從哪幾個關系中，根據什么標準選取數據，組成一個什么視圖與基本表 名稱的關系等），此定義存放在數據庫（數據字典）中，但沒有真正執(zhí)行此定義（并未真正生成此關系）。當使用某一視圖查詢時，將實時從數據字典中調出此視圖的定義；根據此定義以及現場查詢條件，從規(guī)定的若干關

48、系中取出數據，組織成查詢結果，展現給用戶。因此，視圖是虛表，實際并不存在，只有定義存放在數據字典中。 當然，用戶可在視圖上再定義視圖，就像在基本表上定義視圖一樣，因為視圖也是關系。視圖與基本表（續(xù)） 3存儲文件存儲文件是內模式的基本單位。每一個存儲文件存儲一個或多個基本表的內容。一個基本表可有若干索引，索引也存儲在存儲文件中。存儲文件的存儲結構對用戶是透明的。下面將介紹SQL的基本語句。各廠商的RDBMS實際使用的SQL語言，與標準SQL語言都有所差異及擴充。因此，具體使用時，應參閱實際系統(tǒng)的有關手冊。 3.1 SQL概述 SQL的特點 1. 綜合統(tǒng)一 2. 高度非過程化 3. 面向集合的操作

49、方式 4. 以同一種語法結構提供兩種使用方法 5. 語言簡潔，易學易用5. 語言簡捷，易學易用表表 3.1 SQL語語言言的的動動詞詞SQL 功功 能能動動 詞詞數數 據據 定定 義義CREATE， DROP， ALTER數數 據據 查查 詢詢SELECT數數 據據 操操 縱縱INSERT，UPDATEDELETE數數 據據 控控 制制GRANT，REVOKE第四章 關系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化4.1 關系系統(tǒng)4.2 關系系統(tǒng)的查詢優(yōu)化4.3 小結關系系統(tǒng) 能夠在一定程度上支持關系模型的數據庫管理系統(tǒng)是關系系統(tǒng)。 由于關系模型中并非每一部分都是同等重要的 并不苛求一個實際的關系系統(tǒng)必須完全支持關系模型

50、。 西華師范大學計算機學院第五章第五章 關系數據理論關系數據理論第五章 關系數據理論5.1 問題的提出5.2 規(guī)范化5.3 小結5.1 問題的提出關系數據庫邏輯設計 針對具體問題，如何構造一個適合于它的數據模式 數據庫邏輯設計的工具關系數據庫的規(guī)范化理論問題的提出一、概念回顧二、關系模式的形式化定義三、什么是數據依賴四、關系模式的簡化定義五、數據依賴對關系模式影響一、概念回顧 關系：描述實體、屬性、實體間的聯(lián)系。 從形式上看，它是一張二維表，是所涉及屬性的笛卡爾積的一個子集。 關系模式：用來定義關系。 關系數據庫：基于關系模型的數據庫，利用關系來描述現實世界。 從形式上看，它由一組關系組成。

51、關系數據庫的模式：定義這組關系的關系模式的全體。二、關系模式的形式化定義關系模式由五部分組成，即它是一個五元組： R(U, D, DOM, F)R： 關系名U： 組成該關系的屬性名集合D： 屬性組U中屬性所來自的域DOM：屬性向域的映象集合F： 屬性間數據的依賴關系集合三、什么是數據依賴客觀世界的事務間有著錯綜復雜的聯(lián)系。 實體間的聯(lián)系有兩類,一類是實體與實體之間的聯(lián)系； 另一類是實體內部各屬性間的聯(lián)系。 屬性間的聯(lián)系可分為以下三類： 一對一關系（1 1）以職工模式為例： 職工（職工號,姓名,職稱,部門）,如果該企業(yè)（或單位）中職工無重名,則屬性職工號與姓名之間是1 1關系。 一個職工號唯一地

52、決定一個姓名,一個姓名也可決定唯一的職工號。 設X、 Y是關系R的兩個屬性（集）。 如果對于X中的任一具體值,Y中至多有一個值與之對應,且反之亦然,則稱X、 Y兩屬性間是一對一關系。 一對多關系（1 m） 職工模式中,職工號和職稱間是一對多關系。 一個職工號只對應一種職稱（如胡一民只能對應工程師）,但一種職稱卻可對應多個職工號（如工程師可對應多名職工）。 設X、 Y是關系R的兩個屬性（集）。 如果對于X中的任一具體值,Y中至多有一個值與之對應,而Y中的一個值卻可以和X中的n個值（n0）相對應,則稱Y對X是一對多關系。 多對多關系（m m） 在職工模式中,職稱和部門之間是多對多關系。 一種職稱可

53、分布在多個部門中（如每一個部門中均可有工程師）,而一個部門中也可有多個職稱。 設X、 Y是關系R的兩個屬性（集）。 如果對于X中的任一具體值,Y中有m（m0）個值與之對應,而Y中的一個值也可以和X中的n個值（n0）相對應,則稱Y對X是多對多關系。 什么是數據依賴上述屬性間的三種關系實際上是屬性值之間相互依賴又相互制約的反映,稱為屬性間的數據依賴。2. 數據依賴 是通過一個關系中屬性間值的相等與否體現出來的數據間的相互關系 是現實世界屬性間相互聯(lián)系的抽象 是數據內在的性質 是語義的體現什么是數據依賴（續(xù)）3. 數據依賴的類型 函數依賴（Functional Dependency，簡記為FD） 多

54、值依賴（Multivalued Dependency，簡記為MVD） 連接依賴（Join Dependency,簡稱JD）其中最重要的是函數依賴和多值依賴。 四、關系模式的簡化表示關系模式R（U, D, DOM, F） 簡化為一個三元組： R（U, F）當且僅當U上的一個關系r 滿足F時，r稱為關系模式 R（U, F）的一個關系五、數據依賴對關系模式的影響例：描述學校的數據庫：學生的學號（Sno）、所在系（Sdept）系主任姓名（Mname）、課程名（Cname）成績（Grade）單一的關系模式 ： Student U Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade 數據依賴對

55、關系模式的影響（續(xù)）學校數據庫的語義： 一個系有若干學生， 一個學生只屬于一個系； 一個系只有一名主任； 一個學生可以選修多門課程， 每門課程有若干學生選修； 每個學生所學的每門課程都有一個成績。 數據依賴對關系模式的影響（續(xù)）屬性組U上的一組函數依賴F： F Sno Sdept, Sdept Mname, (Sno, Cname) Grade SnoCnameSdeptMnameGrade用有向圖表示屬性間函數依賴，結點表示屬性，方框包含若干結點表示屬性組合，有向箭頭表示函數依賴。關系模式Student中存在的問題 數據冗余太大 浪費大量的存儲空間 例：每一個系主任的姓名重復出現 更新異常（

56、Update Anomalies） 數據冗余 ，更新數據時，維護數據完整性代價大。例：某系更換系主任后，系統(tǒng)必須修改與該系學生有關的每一個元組關系模式Student中存在的問題 插入異常（Insertion Anomalies） 該插的數據插不進去 例，如果一個系剛成立，尚無學生，我們就無法把這個系及其系主任的信息存入數據庫。 刪除異常（Deletion Anomalies） 不該刪除的數據不得不刪例，如果某個系的學生全部畢業(yè)了， 我們在刪除該系學生信息的同時，把這個系及其系主任的信息也丟掉了。數據依賴對關系模式的影響（續(xù)）結論： Student關系模式不是一個好的模式。 “好”的模式：不會發(fā)

57、生插入異常、刪除異常、更新異常，數據冗余應盡可能少。原因：由存在于模式中的某些數據依賴引起的解決方法：通過分解關系模式來消除其中不合適 的數據依賴。5.2 規(guī)范化 規(guī)范化理論正是用來改造關系模式，通過分解關系模式來消除其中不合適的數據依賴，以解決插入異常、刪除異常、更新異常和數據冗余問題。5.2.1 函數依賴一、函數依賴二、平凡函數依賴與非平凡函數依賴三、完全函數依賴與部分函數依賴四、傳遞函數依賴一、函數依賴函數依賴是屬性之間的一種聯(lián)系。 假設給定一個屬性的值,就可以唯一確定（查到）另一個屬性的值。 例如,知道職工號的值,可以得出其對應的職稱的值。 如果這種情況成立， 就可以說職稱函數依賴于職

58、工號。定義5.1 設R(U)是一個屬性集U上的關系模式，X和Y是U的子集。 若對于R(U)的任意一個可能的關系r，r中不可能存在兩個元組在X上的屬性值相等， 而在Y上的屬性值不等， 則稱 “X函數確定Y” 或 “Y函數依賴于X”，記作XY。 X稱為這個函數依賴的決定屬性集(Determinant)。 Y=f(x)說明： 1. 函數依賴不是指關系模式R的某個或某些關系實例滿足的約束條件，而是指R的所有關系實例均要滿足的約束條件。2. 函數依賴是語義范疇的概念。只能根據數據的語義來確定函數依賴。 例如“姓名年齡”這個函數依賴只有在不允許有同名人的條件下成立3. 數據庫設計者可以對現實世界作強制的規(guī)

59、定。例如規(guī)定不允許同名人出現，函數依賴“姓名年齡”成立。所插入的元組必須滿足規(guī)定的函數依賴，若發(fā)現有同名人存在， 則拒絕裝入該元組。函數依賴（續(xù)）例: Student(Sno, Sname, Ssex, Sage, Sdept) 假設不允許重名，則有:Sno Ssex， Sno Sage , Sno Sdept， Sno Sname, Sname Ssex， Sname SageSname Sdept但Ssex Sage若XY，并且YX, 則記為XY。 若Y不函數依賴于X, 則記為XY。前面討論的屬性間的三種關系,并不是每一種關系中都存在函數依賴。 如果兩屬性集X、 Y間是1 1關系,則存在函

60、數依賴： XY。 如職工關系模式中，如果不允許同名職工存在,則有： 職工號姓名。 如果兩屬性集X、 Y間是1 m關系,則存在函數依賴：YX。 如： 職工號職稱,職工號部門。 如果兩屬性集X、 Y間是m n關系,則不存在函數依賴。 如職稱與部門之間即如此。 二、平凡函數依賴與非平凡函數依賴在關系模式R(U)中，對于U的子集X和Y，如果XY，但Y X，則稱XY是非平凡的函數依賴若XY，但Y X, 則稱XY是平凡的函數依賴例：在關系SC(Sno, Cno, Grade)中， 非平凡函數依賴： (Sno, Cno) Grade 平凡函數依賴： (Sno, Cno) Sno (Sno, Cno) Cno