Principle and Application of Database 数据库原理及应用 Principle and Application of Database 第一章 绪论(续)

学习目标 掌握最常用的数据模型 掌握数据库系统的三级模式结构 掌握数据库系统的二级映象功能 理解数据库系统的组成

1.2 数据模型 概念模型 数据模型的组成要素 最常用的数据模型 层次模型 网状模型 关系模型

最常用数据模型 层次模型(Hierarchical Model) 网状模型(Network Model) 关系模型(Relational Model) 面向对象模型(Object Oriented Model) 对象关系模型(Object Relational Model) 其中层次模型和网状模型统称为非关系模型，它们的数据结构是以基本层次联系为基本单位，基本层次联系是两个记录及其一对多的联系；关系模型的数据结构是表；面向对象模型的数据结构是对象。

层次模型：典型代表是IBM公司于1968年推出的第一个大型商用数据库管理系统IMS。 数据结构：满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型：有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；根以外的其它结点有且只有一个双亲结点。 多对多联系在层次模型中的表示：利用冗余结点或虚拟结点将多对多联系分解成一对多联系。 数据操纵与完整性约束：数据操纵包括查询、插入、删除、修改；完整性约束包括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。

存储结构 邻接法：按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次邻接存放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序。 链接法：用指引元来反映数据之间的层次联系。子女－兄弟链接法见P26，层次序列链接法 见P26。 特点 优点： 层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观，容易理解。 性能优于关系模型，不低于网状模型。 层次数据模型提供了良好的完整性支持。

缺点： 多对多联系表示不自然。 对插入和删除操作的限制多。 查询子女结点必须通过双亲结点。 层次命令趋于程序化。

网状模型：典型代表是20世纪70年代数据库系统语言研究会CODASYL(Conference On Data System Language)下属数据库任务组DBTG(Data Base task Group)提出的DBTG系统 数据结构：满足下面两个条件的基本层次联系集合为网状模型 允许一个以上的结点无双亲。 一个结点可以有多于一个的双亲。 数据操纵与完整性约束：数据操纵包括查询、插入、删除、更新，但网状模型对数据操纵加了一些限制，提供了一定的完整性约束。 支持记录码的概念，码是唯一标识记录的数据项的集合。 双亲结点与子女结点之间是一对多联系。 支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件，如允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值，允许只删除双亲结点值。

存储结构：使用单向链接、双向链接、环状链接、向首链接等链接法实现记录之间的联系。 特点 优点 能更为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。 DDL、DML语言复杂，用户不容易使用。因记录之间联系是通过存取路径实现的，应用程序在访问数据时必须选择适当的存取路径，故用户须了解系统结构的细节，加重了编程的负担。

关系模型：典型代表是1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E. F 关系模型：典型代表是1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd在美国计算机学会会刊《Communication of the ACM》上发表的题为“A Relational Model of Data for Shared Data Bank”的论文，是最重要的数据模型。 数据结构：逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。

关系模型的一些术语： 关系(Relation)：一个关系对应一张二维表。 元组(Tuple)：表中的一行即为一个元组。 属性(Attribute)：表中的一列即为一个属性，每一属性都有一个属性名。 码(Key)：表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。 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，一般形式为关系名(属性1,属性2,…,属性n)。如学生(学号,姓名,年龄,性别,系别,年级)。

关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来表示的，如学生、课程、学生与课程间的多对多联系在关系模型中表示如下： 学生(学号,姓名,年龄,性别,系别,年级) 课程(课程号,课程名,学分) 选修(学号,课程号,成绩) 关系必须是规范化的，满足一定的规范条件。最基本的规范条件是关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。一个反例

数据操纵与完整性约束：数据操纵包括查询、插入、删除、修改，这些操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合，同时关系模型中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”，大大提高了数据的独立性和用户生产率。完整性约束有实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性三大类。 存储结构：表以文件形式存储。 特点 优点：建立在严格的数学概念的基础上；概念单一，实体和联系都用关系表示，数据操作结果为关系；存取路径对用户透明 缺点：存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型。为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度。 典型产品：ORACLE、SYBASE、INFORMIX、DB2等。

1.3 数据库系统结构 从DBMS角度看，数据库系统通常采用三级模式的结构，这就是DBMS内部的系统结构。从数据库最终用户角度看，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、C/S结构和浏览器/应用服务器/数据库服务器多层结构等。这是数据库系统外部的体系结构。 数据库系统模式的概念 型(Type)：对某一类数据的结构和属性的说明。 值(Value)：是型的一个具体赋值。 例如：学生记录 记录型：(学号,姓名,性别,系别,年龄,籍贯) 该记录型的一个记录值：(900201,李明,男,计算机,22,江苏)

数据库系统的三级模式结构 应用A 应用B 应用C 应用D 应用E 内模式 外模式1 外模式3 模式 外模式2 数据库 外模式/模式映象 内模式/模式映象

模式(Schema)：也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是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。 外模式(External Schema)：也称子模式或用户模式，是数据库用户使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，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。同一外模式可以为某一用户的多个应用系统所使用，但一个应用程序只能使用一个外模式。外模式是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。 内模式(Internal Schema)：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，一个数据库只有一个内模式。

数据库的二级映象功能与数据独立性：三级模式是对数据的三个抽象级别，二级映象是在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换。 外模式／模式映象：定义了外模式与模式之间的对应关系，每一个外模式都对应一个外模式／模式映象，该映象定义通常包含在各自外模式的描述中。 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

模式／内模式映象：定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系，如说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。数据库中模式／内模式映象是唯一的，该映象定义通常包含在模式描述中。 模式／内模式映象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，应用程序不受影响，保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性

1.4 数据库系统的组成 硬件平台及数据库：数据库系统对硬件资源的要求： 1.4 数据库系统的组成 硬件平台及数据库：数据库系统对硬件资源的要求： 足够大的内存存放操作系统、DBMS的核心模块、数据缓冲区和应用程序，足够大的外存存放数据库及其备份。 较高的通道能力，提高数据传送率。 软件：包括DBMS、操作系统、与数据库接口的高级语言及其编译系统、以DBMS为核心的应用开发工具、为特定应用环境开发的数据库应用系统。 人员 数据库管理员(DBA)：决定数据库中的信息内容和结构、决定数据库的存储结构和存取策略、定义数据的安全性要求和完整性约束条件、监控数据库的使用和运行、数据库的改进和重组、数据库重构。

系统分析员：负责应用系统的需求分析和规范说明、与用户及DBA协商，确定系统硬软件配置、参与数据库系统的概要设计。 数据库设计人员：参加用户需求调查和系统分析、确定数据库中的数据、设计数据库各级模式。 应用程序员：设计和编写应用系统程序模块、进行调试和安装。 用户 偶然用户：企业或组织机构的高中级管理人员。 简单用户：银行的职员、机票预定人员、旅馆总台服务员。 复杂用户：工程师、科学家、经济学家、科技工作者等，直接使用数据库语言访问数据库，甚至能够基于数据库管理系统的API编制自己的应用程序。

小结 数据模型 层次模型、网状模型、关系模型 数据库系统的结构 数据库系统的三级模式结构 数据库的二级映象功能 数据库系统的组成

作业 P41第18、20、21、22、23题。 预习2.1～2.4。

下课了。。。 追求 休息