数据库第2讲.

第2讲复习上节课内容1、基本概念数据、信息、数据处理、数据管理数据库（DB）、数据库应用系统（DBAS）、数据库管理系统（DBMS）、数据库系统（DB）、数据库管理员（DBA）2、数据库技术的发展三阶段——人工管理阶段，文件系统阶段、数据库系统阶段3、数据模型之概念模型复习上节课内容设计E-R图的过程1.确定实体类型2.确定联系类型3.把实体类型和联系类型组合成E-R图4.确定实体类型和联系类型的属性5.确定实体类型的键练习用E-R图表示某医院管理系统的概念模型医院管理系统实体如下：医生属性有医生编号、姓名、性别、职称病人属性有病人编号、姓名、年龄、住址科室属性有科室编号、科室名称联系如下：1.每位医生只属于一个科室，每个科室有多个医生2.病人根据自己的病情选择相应的科室就诊，一个病人在同一个科室中多次看病时，每次可选择不同的医生第1章：数据库系统概论学习目标：了解数据库及相关概念理解数据模型理解数据库系统结构理解关系模型与关系数据库主要内容模型数据模型基础知识概念数据模型逻辑数据模型•层次模型•网状模型•关系模型数据库系统的结构数据库系统三级模式结构数据库系统两层映像系统结构直接面向数据库的逻辑结构，例如层次、网状、关系等模型。有严格的形式化定义，以便于在计算机系统中实现。有严格定义的语法和语义的数据库语言，人们可以用这些语言来定义操纵数据库中的数据。数据数据数据数据数据数据数据数据数据数据数据数据数据证号姓名专业名性别借书数10001王娟计算机1110002李宏计算机0210003朱小波计算机0120002吴涛英语03层次模型网状模型关系模型2、逻辑数据模型数据管理技术进入数据库阶段的标志是60年代末的三件大事：1.1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS系统；2.1969年美国CODASYL组织发布了DBTG报告，总结了当时各式各样的数据库，提出网状模型；3.1970年美国IBM公司的E.F.Codd连续发表论文，提出关系模型，奠定了关系数据库的理论基础。(1)层次模型层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型。1968年，美国IBM公司推出的IMS（InformationManagementSystem）系统是最典型的层次数据结构，20世纪70年代在商业上得到了广泛应用。层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型1.有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点（根唯一）2.根以外的其它结点有且只有一个双亲结点（双亲唯一）这就使得层次数据库系统只能处理一对多的实体关系。层次模型中的几个术语根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点1）层次模型的数据结构Ｒ1根结点Ｒ2兄弟结点Ｒ3叶结点Ｒ4兄弟结点Ｒ5叶结点叶结点一个层次模型的示例根结点：没有双亲结点兄弟结点：同一双亲的子女结点叶结点：没有子女结点层次模型的特点：结点的双亲是唯一的只能直接处理一对多的实体联系任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在教员学生层次数据库模型教员学生层次数据库模型根结点叶结点系的子女结点教员的双亲结点教员学生层次数据库的一个值教员学生层次数据库模型2）层次模型的相关约束层次模型的数据操纵查询，插入，删除，更新层次模型的完整性约束条件无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性3）层次模型的优缺点优点：结构简单，易于实现；查询效率高。缺点：不能表示两个以上实体型之间的复杂联系和实体型之间的多对多的联系；数据操纵不方便。子结点的存取只能通过父结点来进行。插入、删除复杂，父结点的删除导致子结点的删除，丢失必要的信息。(2)网状模型（networkmodel）网状模型与层次模型的最大区别在于两个结点之间的联系可以不唯一，因此要为每个联系命名。网状数据模型的典型代表是DBTG系统，由美国数据系统研究会CODASYL下属的一个数据库任务组DBTG提出（DataBaseTaskGroup），对网状数据库的开发和发展起了重大影响。网状模型与层次模型的区别：网状模型可以更直接地去描述现实世界层次模型实际上是网状模型的一个特例网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许结点有多个双亲结点网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）网状数据模型特点：1.多根：允许一个以上的结点无双亲2.多父：一个结点可以有多于一个的双亲3.多联系：允许两个结点间有多种联系（复合联系）1）网状模型的相关约束网状数据模型的操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。插入操作允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值。删除操作允许只删除双亲结点值。更新操作时只需更新指定记录即可。查询操作可以有多种方法，可根据具体情况选用。2）网状数据模型的优缺点优点更直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲具有良好的性能，存取效率较高缺点结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握所使用的数据库语言复杂，用户不容易使用(3)关系模型1970年美国IBM公司研究员E.F.Codd提出关系模型。关系模型是最重要的数据模型，其应用最为广泛，Access、VisualFoxpro、SQLServer、Oracle、Sybase等都属于关系模型数据库系统。基于关系模型的数据库称为关系数据库。在用户看来，一个关系模型的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。属性元组男女男性别192221年龄D01李红S02D02王伟S03D01张军S01系号姓名学号1）关系数据模型的相关概念元组（Tuple）表中的一行即为一个元组，也称为一条记录。属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名（字段名）。关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表，元组的集合可称为关系。码（键）（Key）表中的某个属性组，它可以唯一确定元组。主码（PrimaryKey）关系模式中用户正在使用的码称为主码。外码（ForeignKey）：如果模式R中的某属性是其他模式的主码，那么该属性集为模式R的外码。域（Domain）：属性的取值范围分量：元组中的一个属性值关系模式：对关系的描述关系名（属性1，属性2，…，属性n）如：学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）课程（课程号，课程名，学分）2）关系模型的相关内容在关系模型中，实体以及实体间的联系都是用关系（二维表）来表示。即用表格结构表达实体集。用外码表达实体间的联系。关系模型是由若干个关系模式组成的集合。关系模型是型，关系是值。关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项，即不允许表中还有表。关系中不允许出现相同的元组。关系术语一般表格的术语关系名表名关系模式表头（表格的描述）关系（一张）二维表元组记录或行属性列属性名列名属性值列值分量一条记录中的一个列值非规范关系表中有表（大表中嵌有小表）术语对比3）关系数据模型的操纵与完整性约束数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合查询，插入，删除，更新存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”。关系的完整性约束条件实体完整性（组成主码的属性不能有空值）参照完整性（不允许引用不存在的元组）用户定义的完整性（针对某一具体数据的约束条件，由应用决定）4）关系数据模型的存储结构实体及实体间的联系都用表来表示表以文件形式存储有的DBMS一个表对应一个操作系统文件有的DBMS自己设计文件结构5）关系数据模型的优缺点优点建立在严格的数学概念的基础上概念单一关系模型的存取路径对用户透明缺点查询效率往往不如非关系数据模型增加了开发DBMS的难度。三、数据库系统结构（一）数据库系统结构（二）数据库系统的组成（一）数据库系统结构从数据库最终用户角度看（数据库系统外部的体系结构），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客户／服务器浏览器／应用服务器／数据库服务器多层结构等从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构1、基本概念“型”和“值”的概念型(Type)对某一类数据的结构和属性的说明。如：学生（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）值(Value)是型的一个具体赋值。如记录值：（200501，张三，男，计算机，22，江苏）模式（Schema）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述只涉及型，不涉及值反映的是数据的结构及其联系模式是相对稳定的实例（Instance）模式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动（二）数据库系统的三级模式结构外模式（ExternalSchema）模式（Schema）内模式（InternalSchema）数据视图可分为三个层次应用A应用B应用C应用D应用E外模式1外模式2外模式3内模式模式数据库数据库系统的三级模式结构1）模式（Schema）模式（也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关DBMS提供模式描述语言来严格地定义模式。定义模式时不仅要定义数据地逻辑结构，而且要定义数据之间地联系，定义与数据有关地安全性、完整性。2）外模式（ExternalSchema）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）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。外模式通常是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求。外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据3）内模式（InternalSchema）内模式（也称存储模式）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•记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储）•索引的组织方式•数据是否压缩存储•数据是否加密•数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式例如学生记录，如果按堆存储，则插入一条新记录总是放在学生记录存储的最后，如a图所示如果按学号升序存储，则插入一条记录就要找到它应在的位置插入，如图b所示如果按照学生年龄聚簇存放，假如新插入的S3是16岁，则应插入的位置如图c所示4）数据库的二级映像功能三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换外模式／模式映像：逻辑独立性模式／内模式映像：物理独立性①外模式/模式映象保证了数据的逻辑独立性当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，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，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。外模式与模式的区别及联系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同一个模式可以有任意多个外模式每一个外模式，数据库系统都有一个外模式／模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系。映象定义通常放在外模式中描述。②模式/内模式映象数据库中模式／内模式映象是唯一的保证了数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变同时外模式和应用程序影响更小，保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。本讲小结数据模型E-R模型（概念结构模型）三种主要数据库模型（逻辑结构模型）E-R模型向关