數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應(yīng)用

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1、1 選 用 教 材 ： 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 原 理 及 應(yīng) 用 教 程 苗 雪 蘭 參 考 教 材 ： 1.王 珊 、 陳 紅 .數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 原 理 教 程 .北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 2.薩 師 煊 ， 王 珊 . 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 概 論 . 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社授 課 學(xué) 時 ： 22實 驗 學(xué) 時 ： 16其 他 學(xué) 時 ： 2任 課 教 師 ： 黃 永 慧聯(lián) 系 ： 2 當(dāng) 今 時 代 是 信 息 技 術(shù) 飛 速 發(fā) 展 的 時 代 。 而 作 為 信 息技 術(shù) 主 要 支 柱 之 一 的 數(shù) 據(jù) 庫 技 術(shù) 在 社 會 各 個 領(lǐng) 域 中

2、 有 著廣 泛 的 應(yīng) 用 。 對 信 息 進(jìn) 行 收 集 、 組 織 、 存 儲 、 加 工 、 傳播 、 管 理 和 使 用 都 以 數(shù) 據(jù) 庫 為 基 礎(chǔ) ， 利 用 數(shù) 據(jù) 庫 可 以 為各 種 用 戶 提 供 及 時 的 、 準(zhǔn) 確 的 、 相 關(guān) 的 信 息 ， 滿 足 這 些用 戶 的 各 種 不 同 的 需 要 。 數(shù) 據(jù) 庫 技 術(shù) 研 究 的 問 題 是 ： 如 何 科 學(xué) 地 組 織 和 存 儲數(shù) 據(jù) ， 如 何 高 效 地 獲 取 和 處 理 數(shù) 據(jù) ， 如 何 更 廣 泛 、 更 安全 地 共 享 數(shù) 據(jù) 。 3 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用例1 如 航 空 售 票 系 統(tǒng) ， 包 括

3、 的 數(shù) 據(jù) 項 ：1） 座 位 預(yù) 定 信 息 ： 座 位 分 配 、 座 位 確 認(rèn) 等2） 航 班 信 息 ： 航 班 號 、 飛 機(jī) 型 號 、 機(jī) 組 號 、 起 飛 地 、 目的 地 、 起 飛 時 間 、 到 達(dá) 時 間 等 。3） 機(jī) 票 信 息 ： 票 價 、 折 扣 、 有 無 等 。系 統(tǒng) 工 作 ：1） 查 詢 ： 某 一 時 間 內(nèi) 從 某 個 指 定 地 到 另 一 指 定 地 的 航 班 ，是 否 有 可 以 選 擇 的 座 位 、 飛 機(jī) 型 號 、 票 價 、 折 扣 等 。2） 更 新 ： 登 記 航 班 、 分 配 座 位 等3） 統(tǒng) 計 ： 統(tǒng) 計 經(jīng)

4、常 乘 坐 某 一 航 班 的 乘 客 信 息 等 。 4 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用例2 圖 書 管 理 系 統(tǒng) ， 包 括 的 主 要 數(shù) 據(jù) 項 ：1） 圖 書 信 息 ： 書 號 、 書 名 、 作 者 姓 名 、 出 版 日 期 等2） 作 者 信 息 ： 姓 名 、 性 別 、 住 址 、 電 話 等3） 出 版 社 信 息 ： 名 稱 、 地 址 、 社 長 、 電 話 等4） 讀 者 信 息 ： 姓 名 、 借 書 號 、 借 書 數(shù) 量 等 管 理 工 作 ：1） 查 詢 ： 查 看 圖 書 、 檢 索 指 定 作 者 的 圖 書 、 檢 索 指 定 出版 社 出 版 的 圖 書 等 。2）

5、 更 新 ： 新 書 登 記 、 作 者 信 息 等 5 本章主要內(nèi)容： 1.1 數(shù) 據(jù) 定 義 1.2 數(shù) 據(jù) 庫 1.3 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 1.4 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 1.5 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 和 功 能 1.6 數(shù) 據(jù) 庫 三 級 模 式 6 信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理 在 數(shù) 據(jù) 處 理 中 ， 我 們 最 常 用 到 的 基 本 概 念 就是 數(shù) 據(jù) 和 信 息 ， 信 息 與 數(shù) 據(jù) 有 著 不 同 的 含 義 。一 、 信 息 （ Information）1） 定 義 ： 信 息 是 關(guān) 于 現(xiàn) 實 世 界 事 物 的 存 在 方 式或 運 動 狀 態(tài) 的 反

6、映 的 綜 合 ， 具 體 說 是 一 種 被 加 工為 特 定 形 式 的 數(shù) 據(jù) ， 但 這 種 數(shù) 據(jù) 形 式 對 接 收 者 來說 是 有 意 義 的 ， 而 且 對 當(dāng) 前 和 將 來 的 決 策 具 有 明顯 的 或 實 際 的 價 值 。如 :“2000年 碩 士 研 究 生 將 擴(kuò) 招 30%”， 對 接 受 者有 意 義 ， 使 接 受 者 據(jù) 此 作 出 決 策 。 7 信息（Information）2. 信 息 的 特 征 信 息 源 于 物 質(zhì) 和 能 量 ， 它 不 可 能 脫 離 物 質(zhì) 而 存 在 ，信 息 的 傳 遞 需 要 物 質(zhì) 載 體 ， 信 息 的 獲

7、取 和 傳 遞 要 消 耗 能量 。 如 信 息 可 以 通 過 報 紙 、 電 臺 、 電 視 、 計 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 進(jìn) 行 傳 遞 。信 息 是 可 以 感 知 的 ， 人 類 對 客 觀 事 物 的 感 知 ， 可 以 通 過感 覺 器 官 ， 也 可 以 通 過 各 種 儀 器 儀 表 和 傳 感 器 等 ， 不 同的 信 息 源 有 不 同 的 感 知 形 式 。如 報 紙 上 刊 登 的 信 息 通 過 視 覺 器 官 感 知 ， 電 臺 中 廣 播 的 信 息 通過 聽 覺 器 官 感 知 。信 息 是 可 存 儲 、 加 工 、 傳 遞 和 再 生 的 。 動 物 用 大 腦

8、 存 儲信 息 ， 叫 做 記 憶 。 計 算 機(jī) 存 儲 器 、 錄 音 、 錄 像 等 技 術(shù) 的發(fā) 展 ， 進(jìn) 一 步 擴(kuò) 大 了 信 息 存 儲 的 范 圍 。 借 助 計 算 機(jī) ， 還可 對 收 集 到 的 信 息 進(jìn) 行 取 舍 整 理 。 8 二 、 數(shù) 據(jù) (Data)1. 數(shù) 據(jù) 的 定 義 數(shù) 據(jù) 是 用 來 記 錄 信 息 的 可 識 別 的 符 號 ， 是 信 息 的 具 體表 現(xiàn) 形 式 。2. 數(shù) 據(jù) 的 表 現(xiàn) 形 式 可 用 多 種 不 同 的 數(shù) 據(jù) 形 式 表 示 同 一 信 息 ， 而 信 息 不 隨數(shù) 據(jù) 形 式 的 不 同 而 改 變 。如 “ 20

9、00年 碩 士 研 究 生 將 擴(kuò) 招 30%”， 其 中 的 數(shù) 據(jù) 可 改 為 漢 字 形 式“ 兩 千 年 ” 、 “ 百 分 之 三 十 ” 。 數(shù) 據(jù) 的 概 念 在 數(shù) 據(jù) 處 理 領(lǐng) 域 中 已 大 大 地 拓 寬 了 ， 其 表現(xiàn) 形 式 不 僅 包 括 數(shù) 字 和 文 字 ， 還 包 括 圖 形 、 圖 象 、 聲 音等 。 這 些 數(shù) 據(jù) 可 以 記 錄 在 紙 上 ， 也 可 記 錄 在 各 種 存 儲 器中 。 9 數(shù)據(jù)與信息的聯(lián)系 數(shù) 據(jù) 是 信 息 的 符 號 表 示 或 載 體 ， 信 息 則 是 數(shù) 據(jù) 的 內(nèi) 涵 ，是 對 數(shù) 據(jù) 的 語 義 解 釋 。如 上

10、 例 中 的 數(shù) 據(jù) 2000、 30%被 賦 予 了 特 定 的 語 義 ， 它 們 就 具 有 了傳 遞 信 息 的 功 能 。1.1.2 數(shù) 據(jù) 處 理 數(shù) 據(jù) 處 理 是 將 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 成 信 息 的 過 程 ， 包 括 對 數(shù) 據(jù) 的收 集 、 存 儲 、 加 工 、 檢 索 、 傳 輸 等 一 系 列 活 動 。 其 目 的是 從 大 量 的 原 始 數(shù) 據(jù) 中 抽 取 和 推 導(dǎo) 出 有 價 值 的 信 息 ， 作為 決 策 的 依 據(jù) ?？?用 下 式 簡 單 的 表 示 信 息 、 數(shù) 據(jù) 與 數(shù) 據(jù) 處 理 的 關(guān) 系 ： 信 息 =數(shù) 據(jù) +數(shù) 據(jù) 處 理 數(shù) 據(jù)

11、是 原 料 ， 是 輸 入 ， 而 信 息 是 產(chǎn) 出 ， 是 輸 出 結(jié) 果 。 “ 信 息 處 理 ” 的 真 正 含 義 應(yīng) 該 是 為 了 產(chǎn) 生 信 息 而 處 理 數(shù)據(jù) 。 10 1.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展與研究領(lǐng)域1.2.1 數(shù) 據(jù) 庫 技 術(shù) 的 產(chǎn) 生 與 發(fā) 展 數(shù) 據(jù) 處 理 的 中 心 問 題 是 數(shù) 據(jù) 管 理 。 數(shù) 據(jù) 管 理 是 指 對 數(shù) 據(jù) 的 組 織 、 分 類 、 編 碼 、存 儲 、 檢 索 和 維 護(hù) 。 隨 著 計 算 機(jī) 硬 件 和 軟 件 的 發(fā) 展 ， 數(shù) 據(jù) 管 理 經(jīng)歷 了 人 工 管 理 、 文 件 系 統(tǒng) 和 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng)

12、三 個 發(fā) 展階 段 。 11 人工管理階段人 工 管 理 階 段 （ 50年 代 中 期 以 前 ） 應(yīng) 用 背 景這 一 階 段 計 算 機(jī) 主 要 用 于 科 學(xué) 計 算 。硬 件 中 的 外 存 只 有 卡 片 、 紙 帶 、 磁 帶 ， 沒 有 磁盤 等 直 接 存 取 設(shè) 備 。軟 件 只 有 匯 編 語 言 ， 沒 有 操 作 系 統(tǒng) 和 管 理 數(shù) 據(jù)的 軟 件 。數(shù) 據(jù) 處 理 的 方 式 基 本 上 是 批 處 理 。 12 人 工 管 理 階 段 的 特 點 如 下 ：1. 數(shù) 據(jù) 不 保 存 ： 因 為 當(dāng) 時 計 算 機(jī) 主 要 用 于 科 學(xué) 計 算 ， 對于 數(shù)

13、據(jù) 保 存 的 需 求 尚 不 迫 切 。2. 系 統(tǒng) 沒 有 專 用 的 軟 件 對 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 管 理 ： 每 個 應(yīng) 用 程 序都 要 包 括 數(shù) 據(jù) 的 存 儲 結(jié) 構(gòu) 、 存 取 方 法 、 輸 入 方 式 等 ， 程序 員 編 寫 應(yīng) 用 程 序 時 ， 還 要 安 排 數(shù) 據(jù) 的 物 理 存 儲 ， 因 此程 序 員 負(fù) 擔(dān) 很 重 。3. 數(shù) 據(jù) 不 共 享 ： 數(shù) 據(jù) 是 面 向 程 序 的 ， 一 組 數(shù) 據(jù) 只 能 對 應(yīng)一 個 程 序 。 多 個 應(yīng) 用 程 序 涉 及 某 些 相 同 的 數(shù) 據(jù) 時 ， 也 必須 各 自 定 義 ， 因 此 程 序 之 間 有 大

14、 量 的 冗 余 數(shù) 據(jù) 。人工管理階段 13 4. 數(shù) 據(jù) 不 具 有 獨 立 性 ： 程 序 依 賴 于 數(shù) 據(jù) ， 如 果 數(shù)據(jù) 的 類 型 、 格 式 、 或 輸 入 輸 出 方 式 等 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 或物 理 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 生 變 化 ， 必 須 對 應(yīng) 用 程 序 做 出 相 應(yīng) 的修 改 。 在 人 工 管 理 階 段 ， 程 序 與 數(shù) 據(jù) 之 間 的 關(guān) 系 可用 圖 1.1表 示 。 應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2 數(shù)據(jù)集3應(yīng)用程序3 圖1.1 人工管理階段 人工管理階段 14 文件系統(tǒng)階段（50年代后期至60年代中期） 應(yīng) 用 背 景 這 一 階 段 ， 計 算 機(jī)

15、 不 僅 用 于 科 學(xué) 計 算 ， 還 大 量 用 于 信 息 管理 。 大 量 的 數(shù) 據(jù) 存 儲 、 檢 索 和 維 護(hù) 成 為 緊 迫 的 需 求 。 硬 件 有 了 磁 盤 、 磁 鼓 等 直 接 存 儲 設(shè) 備 。 在 軟 件 方 面 ， 出 現(xiàn) 了 高 級 語 言 和 操 作 系 統(tǒng) 。 操 作 系 統(tǒng) 中 有 了 專 門 管 理 數(shù) 據(jù) 的 軟 件 ， 一 般 稱 為 文 件 系 統(tǒng) 。 處 理 方 式 有 批 處 理 ， 也 有 聯(lián) 機(jī) 處 理 。 15 文件系統(tǒng)階段 文 件 管 理 數(shù) 據(jù) 的 特 點 如 下 ： 1. 數(shù) 據(jù) 以 文 件 形 式 可 長 期 保 存 下 來

16、 ： 用 戶 可 隨 時 對 文 件進(jìn) 行 查 詢 、 修 改 和 增 刪 等 處 理 。 2. 文 件 系 統(tǒng) 可 對 數(shù) 據(jù) 的 存 取 進(jìn) 行 管 理 ： 程 序 員 只 與 文 件名 打 交 道 ， 不 必 明 確 數(shù) 據(jù) 的 物 理 存 儲 ， 大 大 減 輕 了 程 序員 的 負(fù) 擔(dān) 。 3. 文 件 形 式 多 樣 化 ： 有 順 序 文 件 、 倒 排 文 件 、 索 引 文 件等 ， 因 而 對 文 件 的 記 錄 可 順 序 訪 問 ， 也 可 隨 機(jī) 訪 問 ， 更便 于 存 儲 和 查 找 數(shù) 據(jù) 。 4. 程 序 與 數(shù) 據(jù) 間 有 一 定 獨 立 性 ： 由 專 門

17、 的 軟 件 即 文 件 系統(tǒng) 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 管 理 ， 程 序 和 數(shù) 據(jù) 間 由 軟 件 提 供 的 存 取 方 法進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 換 ， 數(shù) 據(jù) 存 儲 發(fā) 生 變 化 不 一 定 影 響 程 序 的 運 行 。 16 文件系統(tǒng)階段在 文 件 系 統(tǒng) 階 段 ， 程 序 與 數(shù) 據(jù) 之 間 的 關(guān) 系 可 用圖 1.2表 示 。 文件n應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n文件1文件2文件系 統(tǒng) 圖1.2 文件系統(tǒng)階段 17 文件系統(tǒng)階段 與 人 工 管 理 階 段 相 比 ， 文 件 系 統(tǒng) 階 段 對 數(shù) 據(jù) 的 管 理有 了 很 大 的 進(jìn) 步 ， 但 一 些 根 本 性 問 題 仍 沒 有

18、 徹 底 解 決 ，主 要 表 現(xiàn) 在 以 下 三 方 面 ：數(shù) 據(jù) 冗 余 度 大 ： 各 數(shù) 據(jù) 文 件 之 間 沒 有 有 機(jī) 的 聯(lián) 系 ， 一 個文 件 基 本 上 對 應(yīng) 于 一 個 應(yīng) 用 程 序 ， 數(shù) 據(jù) 不 能 共 享 。數(shù) 據(jù) 獨 立 性 低 ： 數(shù) 據(jù) 和 程 序 相 互 依 賴 ， 一 旦 改 變 數(shù) 據(jù) 的邏 輯 結(jié) 構(gòu) ， 必 須 修 改 相 應(yīng) 的 應(yīng) 用 程 序 。 而 應(yīng) 用 程 序 發(fā) 生變 化 ， 如 改 用 另 一 種 程 序 設(shè) 計 語 言 來 編 寫 程 序 ， 也 需 修改 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 。數(shù) 據(jù) 一 致 性 差 ： 由 于 相 同 數(shù) 據(jù) 的

19、 重 復(fù) 存 儲 、 各 自 管 理 ， 在 進(jìn) 行 更 新 操 作 時 ， 容 易 造 成 數(shù) 據(jù) 的 不 一 致 性 。 18 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（60年代末開始）背 景 60年 代 后 期 ， 計 算 機(jī) 應(yīng) 用 于 管 理 的 規(guī) 模 更 加 龐 大 ， 數(shù)據(jù) 量 急 劇 增 加 ； 硬 件 方 面 出 現(xiàn) 了 大 容 量 磁 盤 ， 使 計 算 機(jī) 聯(lián) 機(jī) 存 取 大 量數(shù) 據(jù) 成 為 可 能 ； 硬 件 價 格 下 降 ， 而 軟 件 價 格 上 升 ， 使 開 發(fā) 和 維 護(hù) 系 統(tǒng)軟 件 的 成 本 增 加 。 文 件 系 統(tǒng) 的 數(shù) 據(jù) 管 理 方 法 已 無 法 適 應(yīng) 開 發(fā)

20、 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 的的 需 要 。 為 解 決 多 用 戶 、 多 個 應(yīng) 用 程 序 共 享 數(shù) 據(jù) 的 需 求 ， 出 現(xiàn) 了 統(tǒng) 一 管 理 數(shù) 據(jù) 的 專 門 軟 件 系 統(tǒng) ， 即 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 。 19 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 管 理 數(shù) 據(jù) 的 特 點 如 下 ： 1、 數(shù) 據(jù) 共 享 性 高 、 冗 余 少 ： 這 是 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 階 段 的 最 大 改 進(jìn) ， 數(shù) 據(jù) 不 再 面 向某 個 應(yīng) 用 程 序 而 是 面 向 整 個 系 統(tǒng) ， 當(dāng) 前 所 有 用 戶 可 同時 存 取 庫 中 的 數(shù) 據(jù) 。 這 樣 便 減 少 了 不 必 要

21、的 數(shù) 據(jù) 冗 余 ， 節(jié) 約 存 儲 空 間 ，同 時 也 避 免 了 數(shù) 據(jù) 之 間 的 不 相 容 性 與 不 一 致 性 。2、 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 化 按 照 某 種 數(shù) 據(jù) 模 型 ， 將 全 組 織 的 各 種 數(shù) 據(jù) 組 織 到一 個 結(jié) 構(gòu) 化 的 數(shù) 據(jù) 庫 中 ， 整 個 組 織 的 數(shù) 據(jù) 不 是 一 盤 散沙 ， 可 表 示 出 數(shù) 據(jù) 之 間 的 有 機(jī) 關(guān) 聯(lián) 。 20 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段例 ： 要 建 立 學(xué) 生 成 績 管 理 系 統(tǒng) ， 系 統(tǒng) 包 含 如 下 數(shù) 據(jù) ， 并 分 別 對 應(yīng) 三 個 文 件 。學(xué) 生 （ 學(xué) 號 、 姓 名 、 性 別 、 系 別

22、、 年 齡 ）課 程 （ 課 程 號 、 課 程 名 ）成 績 （ 學(xué) 號 、 課 程 號 、 成 績 ） 若 采 用 文 件 處 理 方 式 ， 因 為 文 件 系 統(tǒng) 只 表 示 記 錄 內(nèi)部 的 聯(lián) 系 ， 而 不 涉 及 不 同 文 件 記 錄 之 間 的 聯(lián) 系 ， 要 想 查找 某 個 學(xué) 生 的 學(xué) 號 、 姓 名 、 所 選 課 程 的 名 稱 和 成 績 ， 必須 編 寫 一 段 不 很 簡 單 的 程 序 來 實 現(xiàn) 。 而 采 用 數(shù) 據(jù) 庫 方 式 ， 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 不 僅 描 述 數(shù) 據(jù) 本 身 ，還 描 述 數(shù) 據(jù) 之 間 的 聯(lián) 系 ， 上 述 查 詢 可

23、以 非 常 容 易 地 聯(lián) 機(jī)查 到 。 21 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段3.、 數(shù) 據(jù) 獨 立 性 高 ： 數(shù) 據(jù) 的 獨 立 性 是 指 邏 輯 獨 立 性 和 物 理獨 立 性 。 數(shù) 據(jù) 的 邏 輯 獨 立 性 是 指 當(dāng) 數(shù) 據(jù) 的 總 體 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 改 變 時 ，數(shù) 據(jù) 的 局 部 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 不 變 ， 由 于 應(yīng) 用 程 序 是 依 據(jù) 數(shù) 據(jù)的 局 部 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 編 寫 的 ， 所 以 應(yīng) 用 程 序 不 必 須 修 改 ，從 而 保 證 了 數(shù) 據(jù) 與 程 序 間 的 邏 輯 獨 立 性 。v例 如 ， 在 原 有 的 記 錄 類 型 之 間 增 加 新 的 聯(lián) 系 ，

24、 或 在 某 些 記 錄類 型 中 增 加 新 的 數(shù) 據(jù) 項 ， 均 可 確 保 數(shù) 據(jù) 的 邏 輯 獨 立 性 。 數(shù) 據(jù) 的 物 理 獨 立 性 是 指 當(dāng) 數(shù) 據(jù) 的 存 儲 結(jié) 構(gòu) 改 變 時 ， 數(shù)據(jù) 的 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 不 變 ， 從 而 應(yīng) 用 程 序 也 不 必 改 變 。 v例 如 ， 改 變 存 儲 設(shè) 備 和 增 加 新 的 存 儲 設(shè) 備 ， 或 改 變 數(shù) 據(jù) 的 存儲 組 織 方 式 ， 均 可 確 保 數(shù) 據(jù) 的 物 理 獨 立 性 。 22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段4、 有 統(tǒng) 一 的 數(shù) 據(jù) 控 制 功 能 數(shù) 據(jù) 庫 為 多 個 用 戶 和 應(yīng) 用 程 序 所 共

25、享 ， 對 數(shù) 據(jù) 的 存 取往 往 是 并 發(fā) 的 ， 即 多 個 用 戶 可 以 同 時 存 取 數(shù) 據(jù) 庫 中 的數(shù) 據(jù) ， 甚 至 可 以 同 時 存 取 數(shù) 據(jù) 庫 中 的 同 一 個 數(shù) 據(jù) ， 為確 保 數(shù) 據(jù) 庫 數(shù) 據(jù) 的 正 確 有 效 和 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 有 效 運 行 ，數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 提 供 下 述 四 方 面 的 數(shù) 據(jù) 控 制 功 能 。 （ 1） 數(shù) 據(jù) 的 安 全 性 （ security） 控 制 ： 防 止 不 合 法 使用 數(shù) 據(jù) 造 成 數(shù) 據(jù) 的 泄 露 和 破 壞 ， 保 證 數(shù) 據(jù) 的 安 全 和 機(jī)密 ；v例 如 ， 系 統(tǒng)

26、 提 供 口 令 檢 查 或 其 他 手 段 來 驗 證 用 戶 身 份 ， 防 止非 法 用 戶 使 用 系 統(tǒng) ； 也 可 以 對 數(shù) 據(jù) 的 存 取 權(quán) 限 進(jìn) 行 限 制 ， 只有 通 過 檢 查 后 才 能 執(zhí) 行 相 應(yīng) 的 操 作 。 （ 2） 數(shù) 據(jù) 的 完 整 性 (integrity)控 制 ： 系 統(tǒng) 通 過 設(shè) 置 一些 完 整 性 規(guī) 則 以 確 保 數(shù) 據(jù) 的 正 確 性 、 有 效 性 和 相 容 性 。 23 v正 確 性 是 指 數(shù) 據(jù) 的 合 法 性 ， 如 年 齡 屬 于 數(shù) 值 型 數(shù) 據(jù) ，只 能 含 0,1,9， 不 能 含 字 母 或 特 殊 符

27、號 ；v有 效 性 是 指 數(shù) 據(jù) 是 否 在 其 定 義 的 有 效 范 圍 ， 如 月 份只 能 用 112之 間 的 正 整 數(shù) 表 示 ；v相 容 性 是 指 表 示 同 一 事 實 的 兩 個 數(shù) 據(jù) 應(yīng) 相 同 ， 否 則就 不 相 容 ， 如 一 個 人 不 能 有 兩 個 性 別 。（ 3） 并 發(fā) （ concurrency） 控 制 ： 多 用 戶 同 時存 取 或 修 改 數(shù) 據(jù) 庫 時 ， 防 止 相 互 干 擾 而 提 供 給用 戶 不 正 確 的 數(shù) 據(jù) ， 并 使 數(shù) 據(jù) 庫 受 到 破 壞 。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 24 （ 4） 數(shù) 據(jù) 恢 復(fù) （ recovery）

28、 ： 當(dāng) 數(shù) 據(jù) 庫 被 破 壞 或 數(shù) 據(jù)不 可 靠 時 ， 系 統(tǒng) 有 能 力 將 數(shù) 據(jù) 庫 從 錯 誤 狀 態(tài) 恢 復(fù) 到 最近 某 一 時 刻 的 正 確 狀 態(tài) 。 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 階 段 ， 程 序 與 數(shù) 據(jù) 之 間 的 關(guān) 系 可 用 圖 1.3表示 。 圖 1.3 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 階 段應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2 應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)庫數(shù) 據(jù) 庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 25 從 文 件 系 統(tǒng) 管 理 發(fā) 展 到 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 管 理 是 信 息處 理 領(lǐng) 域 的 一 個 重 大 變 化 。在 文 件 系 統(tǒng) 階 段 ， 人 們 關(guān) 注 的 是 系 統(tǒng) 功 能 的 設(shè)計

29、 ， 因 此 程 序 設(shè) 計 處 于 主 導(dǎo) 地 位 ， 數(shù) 據(jù) 服 從 于程 序 設(shè) 計 ；而 在 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 階 段 ， 數(shù) 據(jù) 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 成 為 信息 系 統(tǒng) 首 先 關(guān) 心 的 問 題 。數(shù) 據(jù) 庫 技 術(shù) 經(jīng) 歷 了 以 上 三 個 階 段 的 發(fā) 展 ， 已 有了 比 較 成 熟 的 數(shù) 據(jù) 庫 技 術(shù) ， 但 隨 著 計 算 機(jī) 軟 硬件 的 發(fā) 展 ， 數(shù) 據(jù) 庫 技 術(shù) 仍 需 不 斷 向 前 發(fā) 展 。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 26 數(shù) 據(jù) 庫 技 術(shù) 的 研 究 領(lǐng) 域 ： 數(shù) 據(jù) 庫 學(xué) 科 的 研 究 范 圍 主要 包 括 以 下 三 個 領(lǐng) 域 :1、 數(shù)

30、 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 軟 件 的 研 制vDBMS是 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) 。 DBMS 的 研 制 包 括 研 制 DBMS 本 身 及 以 DBMS 為 核 心 的一 組 相 互 聯(lián) 系 的 軟 件 系 統(tǒng) ， 包 括 工 具 軟 件 和 中 間 件 。 研 制 的 目 標(biāo) 是 提 高 系 統(tǒng) 的 性 能 和 提 高 用 戶 的 生 產(chǎn) 率 。2、 數(shù) 據(jù) 庫 設(shè) 計v數(shù) 據(jù) 庫 設(shè) 計 的 研 究 范 圍 包 括 ： 數(shù) 據(jù) 庫 的 設(shè) 計 方 法 、 設(shè) 計 工 具 和 設(shè) 計 理 論 的 研 究 ， 數(shù) 據(jù) 模 型 和 數(shù) 據(jù) 建 模 的 研 究 ， 計 算 機(jī) 輔 助

31、 數(shù) 據(jù) 庫 設(shè) 計 及 其 軟 件 系 統(tǒng) 的 研 究 ， 數(shù) 據(jù) 庫 設(shè) 計 規(guī) 范 和 標(biāo) 準(zhǔn) 的 研 究 等 。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究領(lǐng)域 27 3. 數(shù) 據(jù) 庫 理 論v數(shù) 據(jù) 庫 理 論 的 研 究 主 要 集 中 于 關(guān) 系 規(guī) 范 化 理 論 、 關(guān)系 數(shù) 據(jù) 理 論 等 。v近 年 來 ， 隨 著 人 工 智 能 與 數(shù) 據(jù) 庫 理 論 的 結(jié) 合 以 及 并行 計 算 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 數(shù) 據(jù) 庫 邏 輯 演 繹 和 知 識 推 理 、并 行 算 法 等 都 成 為 新 的 研 究 方 向 。v隨 著 數(shù) 據(jù) 庫 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 的 不 斷 擴(kuò) 展 ， 計 算 機(jī) 技 術(shù)

32、的 迅猛 發(fā) 展 ， 數(shù) 據(jù) 庫 技 術(shù) 與 人 工 智 能 技 術(shù) 、 網(wǎng) 絡(luò) 通 信 技術(shù) 、 并 行 計 算 技 術(shù) 等 到 相 互 滲 透 、 相 互 結(jié) 合 ， 使 數(shù)據(jù) 庫 技 術(shù) 不 斷 涌 現(xiàn) 新 的 研 究 方 向 。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究領(lǐng)域 28 1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.3.1 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 組 成數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 通 常 是 指 數(shù) 據(jù) 庫 和 相 應(yīng) 的 軟 硬 件 系統(tǒng) 。 主 要 由 數(shù) 據(jù) （ 庫 ） 、 用 戶 、 軟 件 和 硬 件 四部 分 組 成 。1.3.1.1 數(shù) 據(jù) （ 庫 ）數(shù) 據(jù) 庫 是 長 期 存 儲 在 計 算 機(jī) 內(nèi) 有 組 織

33、 的 共 享 的數(shù) 據(jù) 的 集 合 。 它 可 以 供 用 戶 共 享 ， 具 有 盡 可 能小 的 冗 余 度 和 較 高 的 數(shù) 據(jù) 獨 立 性 ， 使 得 數(shù) 據(jù) 存儲 最 優(yōu) ， 數(shù) 據(jù) 最 容 易 操 作 ， 并 且 具 有 完 善 的 自我 保 護(hù) 能 力 和 數(shù) 據(jù) 恢 復(fù) 能 力 。 29 數(shù) 據(jù) 庫 特 點 如 下 ：集 成 性 ： 把 某 特 定 應(yīng) 用 環(huán) 境 中 的 各 種 應(yīng) 用 相 關(guān)的 數(shù) 據(jù) 及 其 數(shù) 據(jù) 之 間 的 聯(lián) 系 全 部 地 集 中 地 并 按照 一 定 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 進(jìn) 行 存 儲 ， 或 者 說 ， 把 數(shù) 據(jù)庫 看 成 為 若 干 個

34、單 個 性 質(zhì) 不 同 的 數(shù) 據(jù) 文 件 的 聯(lián)合 和 統(tǒng) 一 的 數(shù) 據(jù) 整 體 。共 享 性 ： 數(shù) 據(jù) 庫 中 的 一 塊 塊 數(shù) 據(jù) 可 為 多 個 不 同的 用 戶 所 共 享 ， 即 多 個 不 同 的 用 戶 ， 使 用 多 種不 同 的 語 言 ， 為 了 不 同 的 應(yīng) 用 目 的 ， 而 同 時 存取 數(shù) 據(jù) 庫 ， 甚 至 同 時 存 取 同 一 塊 數(shù) 據(jù) ， 即 多 用戶 系 統(tǒng) 。1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 30 1.3.1.2 用 戶 ： 用 戶 是 指 使 用 數(shù) 據(jù) 庫 的 人 ， 即 對 數(shù) 據(jù) 庫的 存 儲 、 維 護(hù) 和 檢 索 等 操 作 。 用 戶

35、分 為 三 類 ： 1. 第 一 類 用 戶 ， 終 端 用 戶 （ End User）v主 要 是 使 用 數(shù) 據(jù) 庫 的 各 級 管 理 人 員 、 工 程 技 術(shù) 人 員 、 科 研 人員 ， 一 般 為 非 計 算 機(jī) 專 業(yè) 人 員 ； 2. 第 二 類 用 戶 ， 應(yīng) 用 程 序 員 （ Application Programmer）v負(fù) 責(zé) 為 終 端 用 戶 設(shè) 計 和 編 制 應(yīng) 用 程 序 ， 以 便 終 端 用 戶 對 數(shù) 據(jù)庫 進(jìn) 行 存 取 操 作 。 3. 第 三 類 用 戶 ， 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 員 （ Dadabase Administrator， 簡 稱 D

36、BA）vDBA是 指 全 面 負(fù) 責(zé) 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 “ 管 理 、 維 護(hù) 和 正 常 使 用 的 ” 人 員 ， 其 職 責(zé) 如 下 ： 1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 31 （ 1） 參 與 數(shù) 據(jù) 庫 設(shè) 計 的 全 過 程 ， 決 定 數(shù) 據(jù) 庫 的 結(jié) 構(gòu) 和內(nèi) 容 ；（ 2） 定 義 數(shù) 據(jù) 的 安 全 性 和 完 整 性 ， 負(fù) 責(zé) 分 配 用 戶 對 數(shù)據(jù) 庫 的 使 用 權(quán) 限 和 口 令 管 理 ； （ 3） 監(jiān) 督 控 制 數(shù) 據(jù) 庫 的 使 用 和 運 行 ， 改 進(jìn) 和 重 新 構(gòu) 造數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 。 當(dāng) 數(shù) 據(jù) 庫 受 到 破 壞 時 ， 應(yīng) 負(fù) 責(zé) 恢

37、復(fù) 數(shù) 據(jù) 庫 ；當(dāng) 數(shù) 據(jù) 庫 的 結(jié) 構(gòu) 需 要 改 變 時 ， 完 成 對 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 的 修 改 。 DBA不 僅 要 有 較 高 的 技 術(shù) 專 長 和 較 深 的 資 歷 ， 并 應(yīng)具 有 了 解 和 闡 明 管 理 要 求 的 能 力 。 特 別 對 于 大 型 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) ， DBA極 為 重 要 。 對 于 常見 的 微 機(jī) 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) ， 通 常 只 有 一 個 用 戶 ， 常 常 不 設(shè)DBA， DBA的 職 責(zé) 由 應(yīng) 用 程 序 員 或 終 端 用 戶 代 替 。數(shù)據(jù)庫管理員職責(zé) 32 1.3.1.3 軟 件 (Software)v負(fù) 責(zé) 數(shù) 據(jù)

38、庫 存 取 、 維 護(hù) 和 管 理 的 軟 件 系 統(tǒng) ， 即 數(shù) 據(jù)庫 管 理 系 統(tǒng) （ Data Base Management System， 簡 稱DBMS） ，v數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 各 類 人 員 對 數(shù) 據(jù) 庫 的 各 種 操 作 請 求 ，都 由 DBMS完 成 ，vDBMS是 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 核 心 軟 件 。1.3.1.4硬 件 （ Hardware）v存 儲 和 運 行 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 硬 件 設(shè) 備 。v包 括 CPU、 內(nèi) 存 、 大 容 量 的 存 儲 設(shè) 備 、 外 部 設(shè) 備 等 。1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 33 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖如下圖1

39、.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成由上圖看出： DBMS在操作系統(tǒng)（OS）的支持下工作， 應(yīng)用程序在DBMS支持下才能使用數(shù)據(jù)庫。 34 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.3.2 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 可 以 從 多 種 不 同 的 角 度 考 查 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 。v從 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 的 角 度 看 ， 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 通 常 采 用 三 級 模 式結(jié) 構(gòu) ， 這 是 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 的 體 系 結(jié) 構(gòu) ；v從 數(shù) 據(jù) 庫 最 終 用 戶 的 角 度 看 ， 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 分 為 集 中 式結(jié) 構(gòu) 、 分 布 式 結(jié) 構(gòu) 和 客 戶 /服 務(wù)

40、 器 結(jié) 構(gòu) ， 這 是 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 外 部的 體 系 結(jié) 構(gòu) 。 1.3.2.1 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 三 級 模 式 結(jié) 構(gòu) 模 式 （ Schema） 是 數(shù) 據(jù) 庫 中 全 體 數(shù) 據(jù) 的 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 和 特征 的 描 述 。v例 如 ： 學(xué) 生 記 錄 定 義 為 （ 學(xué) 號 、 姓 名 、 性 別 、 系 別 、 年 齡 ） ，稱 為 記 錄 型 ， v而 （ 001101， 張 立 ， 男 ， 計 算 機(jī) ， 20） 則 是 該 記 錄 型 的 一 個記 錄 值 。v模 式 只 是 對 記 錄 型 的 描 述 ， 而 與 具 體 的 值 無 關(guān) 。 35 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

41、的結(jié)構(gòu)在 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 中 ， 對 于 同 一 意 義 下 的 數(shù) 據(jù) ， 如 ：學(xué) 生 數(shù) 據(jù) ， 從 計 算 機(jī) 中 處 理 的 二 進(jìn) 制 表 示 到 用戶 處 理 的 諸 如 學(xué) 生 姓 名 、 年 齡 等 概 念 的 數(shù) 據(jù) 之間 ， 存 在 著 許 多 抽 象 和 轉(zhuǎn) 換 。通 常 DBMS把 數(shù) 據(jù) 庫 從 邏 輯 上 分 為 三 級 ， 即 外模 式 、 模 式 和 內(nèi) 模 式 ， 它 們 分 別 反 映 了 看 待 數(shù)據(jù) 庫 的 三 個 角 度 。 三 級 模 式 結(jié) 構(gòu) 如 圖 1.5 所 示 。 36 應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用n子模式1 子模式m子模式/模式映象模式模式/內(nèi)

42、模式映象內(nèi)模式 數(shù)據(jù)庫 圖 1.5 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 三 級 模 式 結(jié) 構(gòu) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 37 1. 模 式 模 式 （ Schema） 是 數(shù) 據(jù) 庫 中 全 體 數(shù) 據(jù) 的 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 和 特征 的 描 述 ， 又 稱 概 念 模 式 或 概 念 視 圖 。 視 圖 可 理 解 為一 組 記 錄 的 值 ， 用 戶 或 程 序 員 看 到 和 使 用 的 數(shù) 據(jù) 庫 的內(nèi) 容 。 模 式 處 于 三 級 結(jié) 構(gòu) 的 中 間 層 ， 它 是 整 個 數(shù) 據(jù) 庫 實 際 存儲 的 抽 象 表 示 ， 也 是 對 現(xiàn) 實 世 界 的 一 個 抽 象 ， 是 現(xiàn) 實世 界 某 應(yīng)

43、用 環(huán) 境 （ 企 業(yè) 或 單 位 ） 的 所 有 信 息 內(nèi) 容 集 合的 表 示 ， 也 是 所 有 個 別 用 戶 視 圖 綜 合 起 來 的 結(jié) 果 ， 所以 又 稱 用 戶 共 同 視 圖 。 它 表 示 了 數(shù) 據(jù) 庫 的 整 體 數(shù) 據(jù) 。 由 多 個 “ 概 念 記 錄 ” 組 成 ， 包 含 數(shù) 據(jù) 庫 的 所 有 信 息 ，也 稱 “ 概 念 數(shù) 據(jù) 庫 ” 、 “ DBA視 圖 ” 。 DBMS 提 供 模 式 描 述 語 言 （ 模 式 DDL） 來 定 義 模 式 。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 38 2. 外 模 式 又 稱 子 模 式 或 用 戶 模 式 或 外 視 圖 ，

44、是 三 級 結(jié) 構(gòu) 的 最 外層 ， 個 別 用 戶 只 對 整 個 數(shù) 據(jù) 庫 的 一 部 分 感 興 趣 ， 所 以外 視 圖 是 個 別 用 戶 看 到 和 使 用 的 數(shù) 據(jù) 庫 內(nèi) 容 ， 因 此 也常 把 外 視 圖 稱 為 用 戶 數(shù) 據(jù) 庫 。 它 由 多 種 外 記 錄 值 構(gòu) 成 ， 這 些 記 錄 值 是 概 念 視 圖 的 某一 部 分 的 抽 象 表 示 。 即 個 別 用 戶 看 到 和 使 用 的 數(shù) 據(jù) 庫內(nèi) 容 ， 也 稱 “ 用 戶 DB”。 由 多 個 “ 外 記 錄 值 ” 組 成 ， 是 概 念 視 圖 的 某 一 部 分 的抽 象 表 示 。 從 邏

45、 輯 關(guān) 系 上 看 ， 外 模 式 包 含 于 概 念 模 式 。 DBMS 提 供 子 模 式 描 述 語 言 （ 子 模 式 DDL） 來 定 義 子模 式 。 39 3. 內(nèi) 模 式 又 稱 存 儲 模 式 或 內(nèi) 視 圖 ， 是 三 級 結(jié) 構(gòu) 中 的 最 內(nèi) 層 ， 也是 靠 近 物 理 存 儲 的 一 層 ， 即 與 實 際 存 儲 數(shù) 據(jù) 方 式 有 關(guān)的 一 層 ， 由 多 個 存 儲 記 錄 組 成 ， 但 并 非 物 理 層 ， 不 必關(guān) 心 具 體 的 存 儲 位 置 。 DBMS 提 供 內(nèi) 模 式 描 述 語 言 （ 內(nèi) 模 式 DDL） 來 定 義 內(nèi)模 式 。

46、在 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 中 ， 外 模 式 可 有 多 個 ， 而 概 念 模 式 、 內(nèi)模 式 只 能 各 有 一 個 。 內(nèi) 模 式 是 整 個 數(shù) 據(jù) 庫 實 際 存 儲 的 表 示 ， 而 概 念 模 式 是整 個 數(shù) 據(jù) 庫 實 際 存 儲 的 抽 象 表 示 ， 外 模 式 是 概 念 模 式的 某 一 部 分 的 抽 象 表 示 。 40 4. 三 級 結(jié) 構(gòu) 的 優(yōu) 點 （ 1） 保 證 數(shù) 據(jù) 的 獨 立 性 。v將 模 式 和 內(nèi) 模 式 分 開 ， 保 證 了 數(shù) 據(jù) 的 物 理 獨 立 性 ；v將 外 模 式 和 模 式 分 開 ， 保 證 了 數(shù) 據(jù) 的 邏 輯 獨

47、立 性 。 （ 2） 簡 化 了 用 戶 接 口 。v按 照 外 模 式 編 寫 應(yīng) 用 程 序 或 敲 入 命 令 ， 而 不 需 了 解 數(shù) 據(jù) 庫 內(nèi)部 的 存 儲 結(jié) 構(gòu) ， 方 便 用 戶 使 用 系 統(tǒng) 。 （ 3） 有 利 于 數(shù) 據(jù) 共 享 。v在 不 同 的 外 模 式 下 可 有 多 個 用 戶 共 享 系 統(tǒng) 中 數(shù) 據(jù) ， 減 少 了 數(shù)據(jù) 冗 余 。 （ 4） 利 于 數(shù) 據(jù) 的 安 全 保 密 。v在 外 模 式 下 根 據(jù) 要 求 進(jìn) 行 操 作 ， 不 能 對 限 定 的 數(shù) 據(jù) 操 作 ， 保證 了 其 他 數(shù) 據(jù) 的 安 全 。 41 1.3.2.2 數(shù) 據(jù)

48、 庫 系 統(tǒng) 的 二 級 映 象數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 三 級 模 式 是 對 數(shù) 據(jù) 的 三 個 抽 象 級別 ， 它 使 用 戶 能 邏 輯 地 抽 象 地 處 理 數(shù) 據(jù) ， 而 不必 關(guān) 心 數(shù) 據(jù) 在 計 算 機(jī) 內(nèi) 部 的 存 儲 方 式 ， 把 數(shù) 據(jù)的 具 體 組 織 交 給 DBMS 管 理 。為 了 能 夠 在 內(nèi) 部 實 現(xiàn) 這 三 個 抽 象 層 次 的 聯(lián) 系 和轉(zhuǎn) 換 ， DBMS 在 三 級 模 式 之 間 提 供 了 二 級 映 象功 能 。 42 1. 模 式 /內(nèi) 模 式 映 象數(shù) 據(jù) 庫 中 的 模 式 和 內(nèi) 模 式 都 只 有 一 個 ， 所 以 模式

49、 /內(nèi) 模 式 映 象 是 唯 一 的 。它 確 定 了 數(shù) 據(jù) 的 全 局 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 與 存 儲 結(jié) 構(gòu) 之 間的 對 應(yīng) 關(guān) 系 。v例 如 ， 存 儲 結(jié) 構(gòu) 變 化 時 ， 模 式 /內(nèi) 模 式 映 象 也 應(yīng) 有 相應(yīng) 的 變 化 ， 使 其 概 念 模 式 仍 保 持 不 變 ， 即 把 存 儲 結(jié)構(gòu) 的 變 化 的 影 響 限 制 在 概 念 模 式 之 下 ， 這 使 數(shù) 據(jù) 的存 儲 結(jié) 構(gòu) 和 存 儲 方 法 較 高 的 獨 立 于 應(yīng) 用 程 序 ， 通 過映 象 功 能 保 證 數(shù) 據(jù) 存 儲 結(jié) 構(gòu) 的 變 化 不 影 響 數(shù) 據(jù) 的 全局 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 的

50、改 變 ， 從 而 不 必 修 改 應(yīng) 用 程 序 ， 即 確保 了 數(shù) 據(jù) 的 物 理 獨 立 性 。 43 2.外 模 式 /模 式 映 象 數(shù) 據(jù) 庫 中 的 同 一 模 式 可 以 有 任 意 多 個 外 模 式 ， 對 于 每一 個 外 模 式 ， 都 存 在 一 個 外 模 式 /模 式 映 象 。 它 確 定 了 數(shù) 據(jù) 的 局 部 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 與 全 局 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 之 間 的對 應(yīng) 關(guān) 系 。v例 如 ， 在 原 有 的 記 錄 類 型 之 間 增 加 新 的 聯(lián) 系 ， 或 在 某 些 記 錄類 型 中 增 加 新 的 數(shù) 據(jù) 項 時 ， 使 數(shù) 據(jù) 的 總 體 邏

51、 輯 結(jié) 構(gòu) 改 變 ， 外模 式 /模 式 映 象 也 發(fā) 生 相 應(yīng) 的 變 化 ，v這 一 映 象 功 能 保 證 了 數(shù) 據(jù) 的 局 部 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 不 變 ， 由 于 應(yīng) 用 程序 是 依 據(jù) 數(shù) 據(jù) 的 局 部 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 編 寫 的 ， 所 以 應(yīng) 用 程 序 不 必 須修 改 ， 從 而 保 證 了 數(shù) 據(jù) 與 程 序 間 的 邏 輯 獨 立 性 。 44 1.4 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS） 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 是 對 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 管 理 的 大 型 系 統(tǒng)軟 件 ， 它 是 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 核 心 組 成 部 分 ，用 戶 在 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng)

52、中 的 一 切 操 作 ， 包 括 數(shù) 據(jù) 定義 、 查 詢 、 更 新 及 各 種 控 制 ， 都 是 通 過 DBMS進(jìn) 行 的 。DBMS就 是 實 現(xiàn) 把 用 戶 意 義 下 的 抽 象 的 邏 輯 數(shù)據(jù) 處 理 轉(zhuǎn) 換 成 計 算 機(jī) 中 的 具 體 的 物 理 數(shù) 據(jù) 的 處理 軟 件 ， 這 給 用 戶 帶 來 很 大 的 方 便 。 45 1.4.1 DBMS的 主 要 功 能 1. 數(shù) 據(jù) 定 義 DBMS提 供 數(shù) 據(jù) 定 義 語 言 DDL（ Data Define Language） ， 定 義 數(shù) 據(jù) 的 模 式 、 外 模 式 和 內(nèi) 模 式 三 級模 式 結(jié) 構(gòu)

53、， 定 義 模 式 /內(nèi) 模 式 和 外 模 式 /模 式 二 級 映 象 ，定 義 有 關(guān) 的 約 束 條 件 ，v例 如 ， 為 保 證 數(shù) 據(jù) 庫 安 全 而 定 義 的 用 戶 口 令 和 存 取 權(quán) 限 ， 為保 證 正 確 語 義 而 定 義 完 整 性 規(guī) 則 。 2. 數(shù) 據(jù) 操 縱 DBMS提 供 數(shù) 據(jù) 操 縱 語 言 DML（ Data Manipulation Language） 實 現(xiàn) 對 數(shù) 據(jù) 庫 的 基 本 操 作 ， 包 括 檢 索 、 插入 、 修 改 、 刪 除 等 。 SQL語 言 就 是 DML的 一 種 。 46 3. 數(shù) 據(jù) 庫 運 行 管 理 D

54、BMS 對 數(shù) 據(jù) 庫 的 控 制 主 要 通 過 四 個 方 面 實 現(xiàn) ：v數(shù) 據(jù) 的 安 全 性 控 制v數(shù) 據(jù) 的 完 整 性 控 制v多 用 戶 環(huán) 境 下 的 并 發(fā) 控 制v數(shù) 據(jù) 庫 的 恢 復(fù)v以 確 保 數(shù) 據(jù) 正 確 有 效 和 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 正 常 運 行 。 4. 數(shù) 據(jù) 庫 的 建 立 和 維 護(hù) 功 能v包 括 數(shù) 據(jù) 庫 的 初 始 數(shù) 據(jù) 的 裝 入 ，v數(shù) 據(jù) 庫 的 轉(zhuǎn) 儲 、 恢 復(fù) 、 重 組 織 ，v系 統(tǒng) 性 能 監(jiān) 視 、 分 析 等 功 能 。 5. 數(shù) 據(jù) 通 信 DBMS提 供 與 其 他 軟 件 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 通 信 的 功

55、能 。 實 現(xiàn) 用 戶 程 序 與 DBMS之 間 的 通 信 ， 通 常 與 操 作 系 統(tǒng)協(xié) 調(diào) 完 成 。 47 1.4.2 DBMS的 組 成 DBMS是 許 多 “ 系 統(tǒng) 程 序 ” 所 組 成 的 一 個 集 合 。 每 個 程 序 都 有 自 己 的 功 能 ， 共 同 完 成 DBMS的 一 件 或幾 件 工 作 。 1. 語 言 編 譯 處 理 程 序 （ 1） 數(shù) 據(jù) 定 義 語 言 DDL及 其 編 譯 程 序v它 把 用 DDL編 寫 的 各 級 源 模 式 編 譯 成 各 級 目 標(biāo) 模 式 ， 這 些 目標(biāo) 模 式 是 對 數(shù) 據(jù) 庫 結(jié) 構(gòu) 信 息 的 描 述

56、， 而 不 是 數(shù) 據(jù) 本 身 ， 它 們被 保 存 在 數(shù) 據(jù) 字 典 中 ， 供 以 后 數(shù) 據(jù) 操 縱 或 數(shù) 據(jù) 控 制 時 使 用 。 （ 2） 數(shù) 據(jù) 操 縱 語 言 DML及 其 編 譯 程 序 ， 實 現(xiàn) 對 數(shù) 據(jù)庫 的 基 本 操 作 。 DML有 兩 類 ，v一 類 是 宿 主 型 ， 嵌 入 在 高 級 語 言 中 ， 不 能 單 獨 使 用 ；v另 一 類 是 自 主 型 或 自 含 型 ， 可 獨 立 地 交 互 使 用 。 48 2. 系 統(tǒng) 運 行 控 制 程 序 ， 主 要 包 括 以 下 幾 部 分 ：v系 統(tǒng) 總 控 程 序 ： 是 DBMS運 行 程 序

57、 的 核 心 ， 用 于 控制 和 協(xié) 調(diào) 各 程 序 的 活 動 ；v安 全 性 控 制 程 序 ： 防 止 未 被 授 權(quán) 的 用 戶 存 取 數(shù) 據(jù) 庫中 的 數(shù) 據(jù) ；v完 整 性 控 制 程 序 ： 檢 查 完 整 性 約 束 條 件 ， 確 保 進(jìn) 入數(shù) 據(jù) 庫 中 的 數(shù) 據(jù) 的 正 確 性 、 有 效 性 和 相 容 性 ；v并 發(fā) 控 制 程 序 ： 協(xié) 調(diào) 多 用 戶 、 多 任 務(wù) 環(huán) 境 下 各 應(yīng) 用程 序 對 數(shù) 據(jù) 庫 的 并 以 操 作 ， 保 證 數(shù) 據(jù) 的 一 致 性 ；v數(shù) 據(jù) 存 取 和 更 新 程 序 ： 實 施 對 數(shù) 據(jù) 庫 數(shù) 據(jù) 的 檢 索 、

58、插 入 、 修 改 、 刪 除 等 操 作 ；v通 信 控 制 程 序 ： 實 現(xiàn) 用 戶 程 序 與 DBMS間 的 通 信 。 49 3. 系 統(tǒng) 建 立 、 維 護(hù) 程 序 ， 主 要 包 括 以 下 幾 部 分 ：v裝 配 程 序 ： 完 成 初 始 數(shù) 據(jù) 庫 的 數(shù) 據(jù) 裝 入 ；v重 組 程 序 ： 當(dāng) 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 性 能 變 壞 時 （ 如 查 詢 速 度變 慢 ） ， 需 要 重 新 組 織 數(shù) 據(jù) 庫 ， 重 新 裝 入 數(shù) 據(jù) ；v系 統(tǒng) 恢 復(fù) 程 序 ： 當(dāng) 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 受 到 破 壞 時 ， 將 數(shù) 據(jù)庫 系 統(tǒng) 恢 復(fù) 到 以 前 某 個 正 確

59、的 狀 態(tài) 。4. 數(shù) 據(jù) 字 典 （ Data Dictionary， 簡 稱 DD）v用 來 描 述 數(shù) 據(jù) 庫 中 有 關(guān) 信 息 的 數(shù) 據(jù) 目 錄 ，v包 括 數(shù) 據(jù) 庫 的 三 級 模 式 、 數(shù) 據(jù) 類 型 、 用 戶 名 、 用 戶權(quán) 限 等 有 關(guān) 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 的 信 息 ，v起 著 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的 目 錄 表 的 作 用 ，v幫 助 用 戶 、 DBA 、 DBMS本 身 使 用 和 管 理 數(shù) 據(jù) 庫 。 50 1.4.3 DBMS的 數(shù) 據(jù) 存 取 的 過 程 在 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 中 ， DBMS與 操 作 系 統(tǒng) 、 應(yīng) 用 程 序 、 硬件 等 協(xié)

60、同 工 作 ， 共 同 完 成 數(shù) 據(jù) 各 種 存 取 操 作 ， 其 中DBMS起 著 關(guān) 鍵 的 作 用 。 DBMS對 數(shù) 據(jù) 的 存 取 通 常 需 要 以 下 四 步 ：v1. 用 戶 使 用 某 種 特 定 的 數(shù) 據(jù) 操 作 語 言 向 DBMS發(fā) 出 存 取 請 求 ；v2. DBMS接 受 請 求 并 解 釋 ；v3. DBMS依 次 檢 查 外 模 式 、 外 模 式 /模 式 映 象 、 模 式 、 模 式 /內(nèi)模 式 映 象 及 存 儲 結(jié) 構(gòu) 定 義 ；v4. DBMS對 存 儲 數(shù) 據(jù) 庫 執(zhí) 行 必 要 的 存 取 操 作 ； 上 述 存 取 過 程 中 還 包

61、括 安 全 性 控 制 、 完 整 性 控 制 ， 以確 保 數(shù) 據(jù) 的 正 確 性 、 有 效 性 和 一 致 性 。 51 1.5 數(shù)據(jù)模型 1.5.1 數(shù) 據(jù) 模 型 的 組 成 要 素 數(shù) 據(jù) 模 型 是 模 型 的 一 種 ， 是 現(xiàn) 實 世 界 數(shù) 據(jù) 特 征 的 抽 象 。 數(shù) 據(jù) 模 型 通 常 由 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 、 數(shù) 據(jù) 操 作 和 數(shù) 據(jù) 的 約 束 條件 三 個 要 素 組 成 。 1. 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 用 于 描 述 系 統(tǒng) 的 靜 態(tài) 特 性 。 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 是 所 研 究 的 對 象 類 型 的 集 合 ， 它 是 刻 畫 一 個數(shù) 據(jù) 模

62、型 性 質(zhì) 最 重 要 的 方 面 。 在 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 中 ， 人 們 通 常 按 照 其 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 的 類 型 來命 名 數(shù) 據(jù) 模 型 。 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 有 層 次 結(jié) 構(gòu) 、 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 和 關(guān) 系 結(jié) 構(gòu) 三 種 類 型 ，按 照 這 三 種 結(jié) 構(gòu) 命 名 的 數(shù) 據(jù) 模 型 分 別 稱 為 層 次 模 型 、網(wǎng) 狀 模 型 和 關(guān) 系 模 型 。 52 2. 數(shù) 據(jù) 操 作 數(shù) 據(jù) 操 作 用 于 描 述 系 統(tǒng) 的 動 態(tài) 特 性 。 數(shù) 據(jù) 操 作 是 對 數(shù) 據(jù) 庫 中 各 種 數(shù) 據(jù) 操 作 的 集 合 ， 包 括 操 作 及相 應(yīng) 的 操 作 規(guī) 則

63、。v如 數(shù) 據(jù) 的 檢 索 、 插 入 、 刪 除 和 修 改 等 。 數(shù) 據(jù) 模 型 必 須 定 義 這 些 操 作 的 確 切 含 義 、 操 作 規(guī) 則 以 及 實現(xiàn) 操 作 的 語 言 。 3. 數(shù) 據(jù) 的 約 束 條 件 數(shù) 據(jù) 的 約 束 條 件 是 一 組 完 整 性 規(guī) 則 的 集 合 。 完 整 性 規(guī) 則 是 給 定 的 數(shù) 據(jù) 模 型 中 數(shù) 據(jù) 及 其 聯(lián) 系 所 具 有 的 制約 和 依 存 規(guī) 則 ， 用 以 限 定 符 合 數(shù) 據(jù) 模 型 的 數(shù) 據(jù) 庫 狀 態(tài) 以 及狀 態(tài) 的 變 化 ， 以 保 證 數(shù) 據(jù) 的 正 確 、 有 效 、 相 容 。 數(shù) 據(jù) 模

64、型 還 應(yīng) 該 提 供 定 義 完 整 性 約 束 條 件 的 機(jī) 制 ， 以 反 映具 體 應(yīng) 用 所 涉 及 的 數(shù) 據(jù) 必 須 遵 守 的 特 定 的 語 義 約 束 條 件 。 v例 如 ， 在 學(xué) 生 數(shù) 據(jù) 庫 中 ， 學(xué) 生 的 年 齡 不 得 超 過 40歲 。 53 數(shù)據(jù)模型與概念模型 1.5.2 數(shù) 據(jù) 之 間 的 聯(lián) 系 1.5.2.1 三 個 世 界 的 劃 分 由 于 計 算 機(jī) 不 能 直 接 處 理 現(xiàn) 實 世 界 中 的 具 體 事 物 ， 所以 人 們 必 須 將 具 體 事 物 轉(zhuǎn) 換 成 計 算 機(jī) 能 夠 處 理 的 數(shù) 據(jù) 。 在 數(shù) 據(jù) 庫 中 用

65、數(shù) 據(jù) 模 型 來 抽 象 、 表 示 和 處 理 現(xiàn) 實 世 界中 的 數(shù) 據(jù) 。 數(shù) 據(jù) 庫 即 是 模 擬 現(xiàn) 實 世 界 中 某 應(yīng) 用 環(huán) 境 （ 一 個 企 業(yè) 、單 位 或 部 門 ） 所 涉 及 的 數(shù) 據(jù) 的 集 合 ， 它 不 僅 要 反 映 數(shù)據(jù) 本 身 的 內(nèi) 容 ， 而 且 要 反 映 數(shù) 據(jù) 之 間 的 聯(lián) 系 。 這 個 集 合 或 者 包 含 了 信 息 的 一 部 分 （ 用 用 戶 視 圖 模擬 ） ， 或 者 包 含 了 信 息 的 全 部 （ 用 概 念 視 圖 模 擬 ） ，而 這 種 模 擬 是 通 過 數(shù) 據(jù) 模 型 來 進(jìn) 行 的 。 54 為

66、了 把 現(xiàn) 實 世 界 中 的 具 體 事 物 抽 象 、 組 織 為 某 一DBMS支 持 的 數(shù) 據(jù) 模 型 ， 在 實 際 的 數(shù) 據(jù) 處 理 過 程 中 ，v首 先 將 現(xiàn) 實 世 界 的 事 物 及 聯(lián) 系 抽 象 成 信 息 世 界 的 信 息 模 型 ，v然 后 再 抽 象 成 計 算 機(jī) 世 界 的 數(shù) 據(jù) 模 型 。 信 息 模 型 并 不 依 賴 于 具 體 的 計 算 機(jī) 系 統(tǒng) ， 不 是 某 一 個DBMS所 支 持 的 數(shù) 據(jù) 模 型 ， 它 是 計 算 機(jī) 內(nèi) 部 數(shù) 據(jù) 的 抽象 表 示 ， 是 概 念 模 型 ； 概 念 模 型 經(jīng) 過 抽 象 ， 轉(zhuǎn) 換 成 計 算 機(jī) 上 某 一 DBMS支 持的 數(shù) 據(jù) 模 型 。 所 以 說 ， 數(shù) 據(jù) 模 型 是 現(xiàn) 實 世 界 的 兩 級 抽象 的 結(jié) 果 。 在 數(shù) 據(jù) 處 理 中 ， 數(shù) 據(jù) 加 工 經(jīng) 歷 了 現(xiàn) 實 世 界 、 信 息 世 界和 計 算 機(jī) 世 界 三 個 不 同 的 世 界 ， 經(jīng) 歷 了 兩 級 抽 象 和 轉(zhuǎn)換 。 這 一 過 程 如 圖 1.6所 示 。 數(shù)據(jù)模型與概念模型