數(shù)據(jù)庫應(yīng)用第1章Introdu

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1、School of Transportation Science and Engineering, Harbin Institute of Technology 數(shù)據(jù)庫原理及其在土木工程中的應(yīng)用 主要教材：薩師煊、王珊編著，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（第三版），高等教育出版社，2000參考教材：李建中, 王珊. 數(shù)據(jù)庫基本原理. 電子工業(yè)出版社, 2008.Avi Silberschatz, etc. Database System Concepts, 6th Edition. McGraw-Hill, 2003.Hector Garcia-Molina, Jeffrey D.Ullman, Jennif

2、er Widom. Database Systems: The Complete Book (2nd Edition). Prentice Hall, 2010. School of Transportation Science and Engineering, HIT 2 教材 1.緒論2.關(guān)系模型3.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)4. SQL5. E-R設(shè)計(jì)6.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理(查詢優(yōu)化、并發(fā)控制、災(zāi)難恢復(fù))7.實(shí)例 School of Transportation Science and Engineering, HIT 3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與應(yīng)用 1.1 概述1.2 數(shù)據(jù)模型1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4 數(shù)據(jù)庫系

3、統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)1.5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.6 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域1.7 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的進(jìn)展1.8 新一代數(shù)據(jù)庫 School of Transportation Science and Engineering, HIT 4 第一章 緒論 1.1.1 數(shù)據(jù)庫的地位1.1.2 五個(gè)基本概念1.1.3 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展 School of Transportation Science and Engineering, HIT 5 1.1 概述 數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于六十年代末，是數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，它的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用向各行各業(yè)

4、的滲透。數(shù)據(jù)庫的建設(shè)規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個(gè)國家信息化程度的重要標(biāo)志。1.1.1數(shù)據(jù)庫的地位 School of Transportation Science and Engineering, HIT 6 1.數(shù)據(jù)(Data)2.數(shù)據(jù)庫(Database)3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)4.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)5.數(shù)據(jù)庫管理員(DBA) School of Transportation Science and Engineering, HIT 7 1.1.2 五個(gè)基本概念 數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對(duì)象數(shù)據(jù)的定義描述事物的符號(hào)記錄數(shù)據(jù)的種類文字、圖形、圖象、聲音

5、數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)與其語義是不可分的一、數(shù)據(jù) School of Transportation Science and Engineering, HIT 8 學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄（李明，男，1992，江蘇，交通信息系，2010）數(shù)據(jù)的形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容數(shù)據(jù)的解釋語義：學(xué)生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在系別、入學(xué)時(shí)間解釋：李明是個(gè)大學(xué)生，1992年出生，江蘇人，2010年考入交通信息系 School of Transportation Science and Engineering, HIT 9 示例 二、數(shù)據(jù)庫學(xué)生登記表 School of Transportation Science an

6、d Engineering, HIT 10學(xué)號(hào)姓名年齡性別所在系年級(jí)10004王小明19女信息201010006黃大鵬20男橋梁201010008張文斌18女道路2010 數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的工具。數(shù)據(jù)管理經(jīng)歷了從手工管理階段、文件管理階段到數(shù)據(jù)庫管理階段的變遷。數(shù)據(jù)庫是長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的、互相關(guān)聯(lián)的、持久的數(shù)據(jù)的集合。 11 二、數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)的目的人們收集并抽取出一個(gè)應(yīng)用所需要的大量數(shù)據(jù)之后，應(yīng)將其保存起來以供進(jìn)一步加 工處理，進(jìn)一步抽取有用信息。 數(shù)據(jù)庫應(yīng)具備的特征/定義：（1）數(shù)據(jù)庫是相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是孤立的，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間是相互關(guān)聯(lián)的，在數(shù)據(jù)庫

7、中不僅要能夠表示數(shù)據(jù)本身，還要能夠表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。如：學(xué)籍管理學(xué)生、課程兩類數(shù)據(jù)。（2）用綜合的方法組織數(shù)據(jù)順序、索引、聚簇Cluster School of Transportation Science and Engineering, HIT 12 二、數(shù)據(jù)庫 （3）具有較小的數(shù)據(jù)冗余，可供多個(gè)用戶共享低冗余與數(shù)據(jù)共享：在數(shù)據(jù)庫技術(shù)之前，數(shù)據(jù)文件都是獨(dú)立的，任何數(shù)據(jù)文件都必須含有滿足某一應(yīng)用的全部數(shù)據(jù)。例：人事部門有一個(gè)職工文件： School of Transportation Science and Engineering, HIT 13 二、數(shù)據(jù)庫職工基本情況有關(guān)人事管理的

8、數(shù)據(jù) 教育部門也有一個(gè)職工文件：職工基本情況有關(guān)教育培訓(xùn)的數(shù)據(jù) 其中，“職工基本情況”重復(fù)存儲(chǔ)，浪費(fèi)空間?？晒蚕泶鎯?chǔ)類似這樣的共同數(shù)據(jù)，以降低數(shù)據(jù)的冗余度 （4）具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)獨(dú)立性：包括物理獨(dú)立性、數(shù)據(jù)獨(dú)立性。指數(shù)據(jù)的組織和存儲(chǔ)方法與應(yīng)用程序互不依賴，彼此獨(dú)立的特性?？山档蛻?yīng)用程序的開發(fā)代價(jià)和維護(hù)代價(jià)。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 14 二、數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)庫技術(shù)形成之前，數(shù)據(jù)文件的組織方式和應(yīng)用程序是密切相關(guān)的。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變，相應(yīng)的應(yīng)用程序也必須隨之修改 =開發(fā)/維護(hù)代價(jià) （5）具有安全控制機(jī)制，能夠保證

9、數(shù)據(jù)的安全、可靠數(shù)據(jù)庫要有一套安全機(jī)制，以便有效地防止數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)被非法使用/修改；數(shù)據(jù)庫還要有一套備份/恢復(fù)機(jī)制，以保證當(dāng)數(shù)據(jù)遭到破壞時(shí)將數(shù)據(jù)立刻完全恢復(fù) =繼續(xù)、可靠地運(yùn)行。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 15 二、數(shù)據(jù)庫 （6）允許并發(fā)地使用數(shù)據(jù)庫，能有效、及時(shí)地處理數(shù)據(jù)，并能保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性一致性：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是共享的，并且允許多個(gè)用戶同時(shí)使用相同的數(shù)據(jù)。這就要求數(shù)據(jù)庫能夠協(xié)議一致，保證各個(gè)用戶之間對(duì)數(shù)據(jù)的操作不發(fā)生矛盾和沖突。正確性、完整性： 保證數(shù)據(jù)正確的特性數(shù)據(jù)完整性可通過建立一些約束條件保

10、證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是正確的。如：學(xué)生年齡20（2或100則錯(cuò)誤） School of Transportation Science and Engineering, HIT 16 二、數(shù)據(jù)庫 什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Database Management System, DBMS)？DBMS是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，數(shù)據(jù)庫的功能/特性不是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)固有的，是靠管理或支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件DBMS提供的。DBMS任務(wù)：對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行管理，使之能為多個(gè)用戶共享。保證數(shù)據(jù)的安全性/可靠性/完整性/一致性/獨(dú)立性。 School of Transportation Science an

11、d Engineering, HIT 17 三、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫定義功能：提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL)定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；定義數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；定義數(shù)據(jù)完整性約束條件和保證完整性的觸發(fā)機(jī)制等。數(shù)據(jù)庫操縱功能：提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML)完成對(duì)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作：插入、刪除、修改；重新組織數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；完成對(duì)數(shù)據(jù)庫的備份/恢復(fù)等。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 18 DBMS主要功能 數(shù)據(jù)庫查詢功能以各種方式提供靈活的查詢功能，以便方便使用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫控制功能完成對(duì)數(shù)據(jù)庫的安全性控制/完整性控制/并發(fā)

12、控制。數(shù)據(jù)庫通信功能在分布式數(shù)據(jù)庫或提供網(wǎng)絡(luò)操作功能的數(shù)據(jù)庫中還必須提供通信功能。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 19 DBMS主要功能 什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database System，簡稱DBS）是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。在不引起混淆的情況下常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。它主要包括：1.以數(shù)據(jù)為主體的數(shù)據(jù)庫。2.管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件DBMS。3.支持?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)環(huán)境。4.管理和使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人，特別是DBA。5.方便使用和管理系統(tǒng)的技術(shù)說明書和使用說明書。 Sc

13、hool of Transportation Science and Engineering, HIT 20 四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 21 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)示意圖數(shù)據(jù)庫最終用戶應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具DBMS操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員DBA應(yīng)用程序員 數(shù)據(jù)庫管理員 (DataBase Administrator，DBA)從事數(shù)據(jù)庫管理工作的人員，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的全面管理工作（維護(hù)、設(shè)計(jì)）數(shù)據(jù)庫的使用會(huì)改變企事業(yè)單位的管理方式，但因?yàn)橐驯姸嗖块T或用戶的數(shù)據(jù)放在同一數(shù)據(jù)庫中，會(huì)帶來一些問題，如：數(shù)據(jù)沖突；越權(quán)使用數(shù)據(jù)；重要數(shù)據(jù)丟失 因此需要管理部門：負(fù)責(zé)和數(shù)據(jù)管理有關(guān)的工作。 School of Transportatio

14、n Science and Engineering, HIT 22 五、數(shù)據(jù)庫管理員 注: DBA工作繁重、重要、關(guān)鍵：除了要掌握一定的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫技術(shù)之外，還應(yīng)有處理好人際關(guān)系的素質(zhì)、能力。在一個(gè)企事業(yè)中，特別是一個(gè)規(guī)模較大的數(shù)據(jù)庫，不能指望一兩個(gè)人來完成管理工作，所以DBA常指數(shù)據(jù)庫管理部門。開發(fā)DBS時(shí)，一開始就應(yīng)設(shè)置DBA的職位或相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，以明確DBA職責(zé)、權(quán)限。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 23 五、數(shù)據(jù)庫管理員 School of Transportation Science and Engine

15、ering, HIT 24 1.1.3 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展人工管理階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段 在50年代中期以前計(jì)算機(jī)采用的是批處理方式，主要用于科學(xué)計(jì)算產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求科學(xué)計(jì)算硬件：無直接存取存儲(chǔ)設(shè)備軟件：沒有操作系統(tǒng)處理方式：批處理 School of Transportation Science and Engineering, HIT 25 一、人工管理階段 特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：用戶（程序員），數(shù)據(jù)不保存。數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序 數(shù)據(jù)的共享程度：無共享、冗余度極大數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：不獨(dú)立，完全依賴于程序數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制 School of

16、Transportation Science and Engineering, HIT 26 一、人工管理階段 應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 School of Transportation Science and Engineering, HIT 27 一、人工管理階段應(yīng)用程序數(shù)據(jù)集應(yīng)用程序數(shù)據(jù)集應(yīng)用程序數(shù)據(jù)集n. . 50年代后期60年代中期特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)技術(shù)有了很大的發(fā)展，開始廣泛應(yīng)用于信息處理存儲(chǔ)設(shè)備有了磁盤、磁鼓等可直接存取的設(shè)備計(jì)算機(jī)有了操作系統(tǒng)，包括文件管理系統(tǒng)，用戶可將數(shù) 據(jù)組織成文件體交給系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)管理。數(shù)據(jù)可長期保存在磁盤等存儲(chǔ)設(shè)備上 程序和數(shù)據(jù)有了一定的獨(dú)立性，且文件有多種形

17、式的組織結(jié)構(gòu)：順序、鏈接、索引 School of Transportation Science and Engineering, HIT 28 二、文件系統(tǒng)階段 缺點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)冗余較大每個(gè)文件都是為特定的用途設(shè)計(jì)的，因此，同樣數(shù)據(jù)在多個(gè)文件中重復(fù)存儲(chǔ)只能提供以文件為單位的數(shù)據(jù)共享。（2）程序和數(shù)據(jù)之間的獨(dú)立性較差應(yīng)用程序依賴于文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，修改文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)就要修改程序 School of Transportation Science and Engineering, HIT 29 二、文件系統(tǒng)階段 缺點(diǎn)：（3）對(duì)數(shù)據(jù)的表示和處理能力較差文件的結(jié)構(gòu)和操作比較單一，不夠豐富。（4）數(shù)據(jù)不一致

18、由（1）造成，更新時(shí)會(huì)造成同一數(shù)據(jù)在不同文件中的不一致。（5）數(shù)據(jù)聯(lián)系弱文件與文件之間是獨(dú)立的，文件之間的聯(lián)系必須通過程序來構(gòu)造。盡管如此，文件系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展中仍起著很重要的作用。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 30 二、文件系統(tǒng)階段 應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 School of Transportation Science and Engineering, HIT 31 二、文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序文件應(yīng)用程序文件2 應(yīng)用程序文件n存取方法. . 從60年代后期開始，計(jì)算機(jī)用于信息處理的規(guī)模越來越大，對(duì)數(shù)據(jù)管

19、理的技術(shù)提出了更高的要求，此時(shí)開始提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)，出現(xiàn)了大容量的磁盤，文件系統(tǒng)已不再能勝任多用戶環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享和處理。一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)DBMS由此而形成，它對(duì)所有用戶數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一的、集中的管理、操作和維護(hù)。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 32 三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：DBMS數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)的共享程度：高共享性數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：整體結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)控制能力：由DBMS統(tǒng)一管理和控制 School of Transportation

20、 Science and Engineering, HIT 33 三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 School of Transportation Science and Engineering, HIT 34 三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫 降低數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)省存儲(chǔ)空間避免數(shù)據(jù)間的不一致性使系統(tǒng)易于擴(kuò)充 School of Transportation Science and Engineering, HIT 35 數(shù)據(jù)的高共享性的好處 物理獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立

21、性指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 36 數(shù)據(jù)的獨(dú)立性 整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一。數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的真正結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)模型描述，無需程序定義和解釋。數(shù)據(jù)可以變長。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 37 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)使每個(gè)用戶只能按指定方式使用和處理指定數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)以

22、防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 38 DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能 并發(fā)（Concurrency）控制對(duì)多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果。數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能 School of Transportation Science and Engineering, HIT 39 按照數(shù)據(jù)模型

23、的進(jìn)展情況，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展可劃分為三代：第一代：層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要支持層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型第二代：關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型，該模型有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，概念簡單、清晰，易于用戶理解和使用。因此一經(jīng)提出便迅速發(fā)展，成為實(shí)力性最強(qiáng)的產(chǎn)品。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 40 四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展 第三代：新一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)基于擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)模型或面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的尚未完全成熟的一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 。特點(diǎn)：支持包括數(shù)據(jù)、對(duì)象和知識(shí)的管理在保持和繼承第二代技術(shù)的基礎(chǔ)上引進(jìn)新技術(shù)(如OO)對(duì)其他系

24、統(tǒng)開放，具有良好的可移植性、可連結(jié)性、可擴(kuò)充性、互操作性。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 41 四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展 模型對(duì)客觀事物、現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)的簡化描述所有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都為它所要描述的世界建立了模型：數(shù)據(jù)建模：描述了組織數(shù)據(jù)的框架結(jié)構(gòu)。如：樓房住戶-數(shù)據(jù)；房間規(guī)格-數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)建模 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式（數(shù)據(jù)字典中的定義）業(yè)務(wù)功能建模：用戶的最終需求。業(yè)務(wù)功能建模最后發(fā)展成為應(yīng)用程序產(chǎn)生高效的應(yīng)用程序的前提是良好的數(shù)據(jù)模型。正如10 平米的房間無法成為會(huì)議廳一樣，一個(gè)糟糕的數(shù)據(jù)模型也無法產(chǎn)生高質(zhì)量的應(yīng)用。 Scho

25、ol of Transportation Science and Engineering, HIT 42 1.2 數(shù)據(jù)模型 為什么要建立數(shù)據(jù)模型（Data Model）：象蓋大樓的設(shè)計(jì)圖一樣，DM可使所有的項(xiàng)目參與者都有一個(gè)共同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。避免出現(xiàn)問題再解決（邊干邊改的方式）。可及早發(fā)現(xiàn)問題。加快應(yīng)用開發(fā)速度。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 43 1.2 數(shù)據(jù)模型 在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實(shí)世界的模擬，現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象，是用來描述數(shù)據(jù)的一組概念

26、和定義。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求：能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界容易為人所理解便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn) School of Transportation Science and Engineering, HIT 44 數(shù)據(jù)模型的概念 1.概念數(shù)據(jù)模型。也稱信息模型，它是按用戶的觀點(diǎn)來對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模。面向用戶、面向現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)模型，反映現(xiàn)實(shí)世界的對(duì)象及其聯(lián)系。2.邏輯數(shù)據(jù)模型。它是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模。主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等。3.物理數(shù)據(jù)模型(DBMS/OS相關(guān))。反映數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。 School of Transportation Science and Engineerin

27、g, HIT 45 數(shù)據(jù)模型的三個(gè)層次 認(rèn)識(shí)抽象現(xiàn)實(shí)世界信息世界機(jī)器世界計(jì)算機(jī)世界轉(zhuǎn)換概 念 模 型（ 信 息 模 型）DBMS支 持的 數(shù) 據(jù) 模 型 它 是 按 用 戶 的 觀 點(diǎn) 來對(duì) 數(shù) 據(jù) 和 信 息 建 模 ，主 要 用 于 數(shù) 據(jù) 庫 設(shè) 計(jì) 。不 依 賴 于 具 體 的 計(jì) 算機(jī) 系 統(tǒng) 它 是 按 計(jì) 算 機(jī) 的 觀 點(diǎn) 對(duì) 數(shù) 據(jù) 進(jìn)行 建 模 ， 主 要 用 于 DBMS的 實(shí) 現(xiàn) 。有 網(wǎng) 狀 、 層 次 、 關(guān) 系 、 面 向 對(duì) 象 等 。School of Transportation Science and Engineering, HIT 46 數(shù)據(jù)模型間的聯(lián)

28、系 1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征，包括對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)建聯(lián)系的描述。通常按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型：層次結(jié)構(gòu)層次模型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀模型關(guān)系結(jié)構(gòu)關(guān)系模型2.數(shù)據(jù)操作描述數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特征：一組定義在數(shù)據(jù)上的操作（包括操作的含義、操作符、運(yùn)算規(guī)則及其語言等）主要操作：檢索與更新（插入、刪除、修改） School of Transportation Science and Engineering, HIT 47 1.2.1 數(shù)據(jù)模型的三要素 3.數(shù)據(jù)的約束條件完整性規(guī)則的集合，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)必須滿足這組規(guī)則。約束條件的主要目的是使數(shù)據(jù)庫與它所描述的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相符合。約束條件作用：設(shè)計(jì)時(shí)：數(shù)據(jù)模型正確

29、、真實(shí)、有效地反映現(xiàn)實(shí)。運(yùn)行時(shí)：保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)值真實(shí)地體現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的狀態(tài)。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 48 1.2.1 數(shù)據(jù)模型的三要素 根據(jù)數(shù)據(jù)模型應(yīng)用目的不同，數(shù)據(jù)模型有以下幾種：1.概念（數(shù)據(jù)）模型（Conceptual Data Model）面向現(xiàn)實(shí)世界建模。主要用來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念化結(jié)構(gòu)，與具體的DBMS無關(guān)?，F(xiàn)實(shí)世界的事物經(jīng)過人腦的抽象加工，提取出對(duì)用戶有用的信息，經(jīng)過組織整理加工形成現(xiàn)實(shí)世界和計(jì)算機(jī)世界之間的中間模型。CDM只關(guān)心現(xiàn)實(shí)世界中的事物、事務(wù)特征、聯(lián)系，完全沒有與具體及其相關(guān)的任何概

30、念。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 49 1.2.2常見數(shù)據(jù)模型 概念模型是系統(tǒng)分析員、程序設(shè)計(jì)員、維護(hù)人員、用戶之間相互理解的共同語言。能時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的初始階段擺脫計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及DBMS的具體技術(shù)問題，集中精力分析 數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系概念模型必須轉(zhuǎn)換成邏輯模型，才能在DBMS中實(shí)現(xiàn)。最常用的概念模型是E-R模型。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 50 1.2.2常見數(shù)據(jù)模型 2.邏輯（數(shù)據(jù)）模型（Logical Data Mod

31、el）面向用戶建模用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的數(shù)據(jù)模型； 是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型（網(wǎng)狀/層次/關(guān)系/面向?qū)ο螅?；既要面向用戶，也要面向系統(tǒng)；LDM表示數(shù)據(jù)建聯(lián)系的方法一般的DBMS支持一種LDM（特殊的DBMS支持多種LDM） School of Transportation Science and Engineering, HIT 51 1.2.2常見數(shù)據(jù)模型 3.物理（數(shù)據(jù)）模型（Physical Data Model）面向具體的DBMS，面向機(jī)器描述數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)PDM不僅與具體的DBMS有關(guān)，還與操作系統(tǒng)和硬件有關(guān)每一種邏輯模型在實(shí)現(xiàn)時(shí)都有其對(duì)應(yīng)的物理模型PDM加入了概念

32、模型中為考慮的因素：觸發(fā)器、 存儲(chǔ)過程、主鍵、外鍵、索引等DBMS為保證其獨(dú)立性和可以執(zhí)行，大部分PDM 的實(shí)現(xiàn)工作由系統(tǒng)自動(dòng)完成，而設(shè)計(jì)者只設(shè)計(jì) 索引、聚簇等特殊結(jié)構(gòu) School of Transportation Science and Engineering, HIT 52 1.2.2常見數(shù)據(jù)模型 實(shí)體-聯(lián)系（Entity-Relationship）1.實(shí)體、實(shí)體型、實(shí)體集實(shí)體（Entity）客觀存在并能相互區(qū)分的事物，如：人，數(shù)據(jù)庫課程，正使用的計(jì)算機(jī)等。一場足球賽不能嚴(yán)格地定義實(shí)體，正如幾何中“點(diǎn)”，“線”一樣。關(guān)鍵之處：一個(gè)實(shí)體能和別的實(shí)體區(qū)分開。 School of Trans

33、portation Science and Engineering, HIT 53 1.2.3概念模型 實(shí)體型（Entity Type）用實(shí)體名及屬性名集合來抽象刻畫同類實(shí)體實(shí)體集（Entity Set）同型的實(shí)體組成的集合。2.屬性（Attribute）指實(shí)體所具有的某一方面的特性，一個(gè)實(shí)體可 由若干個(gè)屬性來刻劃。屬性取值在一定的范圍，稱為該屬性的值域/域Domain）唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集稱為碼(Key) School of Transportation Science and Engineering, HIT 54 1.2.3概念模型 3.聯(lián)系（Relationship）實(shí)體集合間存在的相

34、互關(guān)系為了建立現(xiàn)實(shí)世界的完整模型，常常需要對(duì)聯(lián)系分 類，根據(jù)一個(gè)實(shí)體集合的實(shí)體可以和多少個(gè)另一類實(shí)體集合的實(shí)體相聯(lián)系，可將聯(lián)系分為如下幾種： (1) 一 對(duì) 一 聯(lián) 系 （ 1： 1） 系 系 主 任 (2) 一 對(duì) 多 聯(lián) 系 （ 1： n） 班 級(jí) 學(xué) 生 (3) 一 對(duì) 一 聯(lián) 系 （ m： n） 課 程 學(xué) 生 School of Transportation Science and Engineering, HIT 55 1.2.3概念模型 4.實(shí)體-聯(lián)系圖確定所有實(shí)體集合用矩形方框表示實(shí)體集合，方框內(nèi)標(biāo)明實(shí)體集合名稱；選擇實(shí)體集應(yīng)包含的屬性用橢圓框表示屬性，通過無向邊連接到實(shí)體集。

35、只有一個(gè)屬性的實(shí)體集可用屬性代替，附加到它參加的聯(lián)系上；確定實(shí)體集之間的聯(lián)系 用菱形框表示，框內(nèi)標(biāo)明聯(lián)系的名稱，通過無向邊（或有向邊）連接到參加聯(lián)系的每個(gè)實(shí)體集合。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 56 1.2.3概念模型 概念數(shù)據(jù)模型是“概念上”的，是抽象的，它與具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)無關(guān)。邏輯數(shù)據(jù)模型將與具體的DBMS有關(guān)，與DBMS支持的數(shù)據(jù)和聯(lián)系的表示或存儲(chǔ)有關(guān)。數(shù)據(jù)庫中不僅要存放數(shù)據(jù)本身，還要存放數(shù)據(jù)間的聯(lián)系，可用不同的方法表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。把表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的方法稱為邏輯（數(shù)據(jù)）模型。 Scho

36、ol of Transportation Science and Engineering, HIT 57 1.2.4 三種主要的邏輯數(shù)據(jù)模型 非關(guān)系模型層次模型(Hierarchical Model)網(wǎng)狀模型(Network Model )數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：以基本層次聯(lián)系為基本單位基本層次聯(lián)系：兩個(gè)記錄以及它們之間的一對(duì)多（包括一對(duì)一)的聯(lián)系關(guān)系模型(Relational Model)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：表面向?qū)ο竽Ｐ?Object Oriented Model）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：對(duì)象 School of Transportation Science and Engineering, HIT 58 1.2.4 三種主要

37、的邏輯數(shù)據(jù)模型 用樹型結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型。支持層次模型的典型系統(tǒng)誕生于1970年前后，是IBM公司的IMS（Information Management System）系統(tǒng)。滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型。用樹型結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體間的聯(lián)系1.有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)。2.根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 59 一、層次模型(Hierarchical Data Model) School of Transportation Scien

38、ce and Engineering, HIT 60 實(shí)例：學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)層數(shù)據(jù)模型R1 R3R2 R5R4根節(jié)點(diǎn)兄弟節(jié)點(diǎn)兄弟節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)的雙親是唯一的；只能直接處理一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)系；每個(gè)記錄類型定義一個(gè)排序字段，也稱為碼字段；任何記錄值只有按其路徑查看時(shí)，才能顯出它的全部意義；沒有一個(gè)子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨(dú)立存在。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 61 層次數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)層次數(shù)據(jù)模型簡單，對(duì)具有一對(duì)多的層次關(guān)系的部門描述自然、直觀，容易理解性能優(yōu)于關(guān)系模型，不低于網(wǎng)狀模型層次數(shù)據(jù)模型提供了

39、良好的完整性支持缺點(diǎn)多對(duì)多聯(lián)系表示不自然對(duì)插入和刪除操作的限制多查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過雙親結(jié)點(diǎn)層次命令趨于程序化 School of Transportation Science and Engineering, HIT 62 層次模型的優(yōu)缺點(diǎn) 滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為網(wǎng)狀模型。用圖型結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體間的聯(lián)系1.允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親；2.一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 63 二、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型 實(shí)例：學(xué)生-選課-課程數(shù)據(jù)模型R1 R2R3L1 L2 R1 R2R4 R5R

40、3L1 L2 L3L4 優(yōu)點(diǎn)能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，如一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)雙親具有良好的性能，存取效率較高缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握DDL、DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用 School of Transportation Science and Engineering, HIT 64 網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn) 最重要的一種數(shù)據(jù)模型，也是目前主要采用的數(shù)據(jù)模型。1970年由美國IBM公司San Jose研究室的研究員E.F.Codd提出。關(guān)系模型源于數(shù)學(xué)，它把數(shù)據(jù)看成是二維表（關(guān)系）中的元素。用關(guān)系表示（不需用指針）實(shí)體和實(shí)體之間聯(lián)系的模

41、 型稱為關(guān)系模型。對(duì)于用戶，關(guān)系方法應(yīng)該是很簡單的，但RDBMS很復(fù)雜，因?yàn)閷⒋罅抗ぷ鞫嫁D(zhuǎn)嫁給了RDBMS。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 65 三、關(guān)系模型RDBMS的設(shè)想與層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫同時(shí)產(chǎn)生，但研制開發(fā)RDBMS卻花費(fèi)了比人們想象的要長得多的時(shí)間，所以成為商品并投入使用比層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫晚了十幾年。但一投入使用就顯示了旺盛的活力，并逐步取代層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫。 1.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu) 從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看1.3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看 School of Trans

42、portation Science and Engineering, HIT 66 1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性 School of Transportation Science and Engineering, HIT 67 1.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）所屬標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃和要求委員會(huì)在1975年公布的研究報(bào)告中提出的。“三級(jí)模式”，“兩層映射” “型” 和“值” 的概念型（Type）對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明值（Value）是型的一個(gè)具體賦值例如：學(xué)生記錄記錄型： （學(xué)號(hào)，姓名，性別，系別，

43、年齡，籍貫）該記錄型的一個(gè)記錄值： （900201，李明，男，計(jì)算機(jī)，22，江蘇） School of Transportation Science and Engineering, HIT 68 幾個(gè)基本概念“型”和“值” 當(dāng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)感興趣，即模式（Schema）：數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。模式（Schema）數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系模式是相對(duì)穩(wěn)定的 School of Transportation Science and Engineering, HIT 69 幾個(gè)基本概念“模式” 當(dāng)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫時(shí)，關(guān)心的是數(shù)據(jù)庫中存在的數(shù)

44、據(jù)實(shí)例（Instance）模式的一個(gè)實(shí)例（Instance）模式的一個(gè)具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時(shí)刻的狀態(tài)同一個(gè)模式可以有很多實(shí)例實(shí)例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動(dòng) School of Transportation Science and Engineering, HIT 70 幾個(gè)基本概念“實(shí)例” 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)經(jīng)常變化，而數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)在一定時(shí)間范圍內(nèi)不會(huì)改變。數(shù)據(jù)庫中結(jié)構(gòu)的定義可以在多個(gè)抽象級(jí)別進(jìn)行，形成多個(gè)級(jí)別的數(shù)據(jù)庫模式。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式不僅可以使數(shù)據(jù)具有獨(dú)立性，而且還可以使數(shù)據(jù)達(dá)到共享，使同一數(shù)據(jù)滿足更多用戶的不同要求。 School of Transportation Science

45、 and Engineering, HIT 71 數(shù)據(jù)庫的三級(jí)模式 是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式，即對(duì)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)/存儲(chǔ)方式的描述，是低級(jí)描述，一般由DBMS提供的語言或工具完成記錄的存儲(chǔ)方式（順序存儲(chǔ)，按照B樹結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，按hash方法存儲(chǔ)）索引的組織方式數(shù)據(jù)是否壓縮存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是否加密數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)的規(guī)定 School of Transportation Science and Engineering, HIT 72 一、內(nèi)模式（Internal Schema） 要修改存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)（例如，用倒排文件代替多鏈表），那么僅僅需要把這些修改反映在存儲(chǔ)模式中；通常我

46、們不關(guān)心內(nèi)模式的具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)，而是從一般組織的觀點(diǎn)（即概念模式）或用戶的觀點(diǎn)（外模式）來討論數(shù)據(jù)庫的描述。但我們必須意識(shí)到基本的內(nèi)模式和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫的存在。一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式 School of Transportation Science and Engineering, HIT 73 一、內(nèi)模式（Internal Schema） 模式（也稱邏輯模式）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層與數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言無關(guān) School

47、 of Transportation Science and Engineering, HIT 74 二、（邏輯）模式（Schema） 模式的定義，DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言DDL來描述邏輯模式，嚴(yán)格定義：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項(xiàng)的名字、類型、取值范圍等）；數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 75 二、（邏輯）模式（Schema） 外模式（也稱子模式或用戶模式）數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是模式的子集或變形，是與

48、某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示不同用戶需求不同，看待數(shù)據(jù)的方式也可以不同，對(duì)數(shù)據(jù)保密的要求也可以不同，使用的程序設(shè)計(jì)語言也可以不同，因此不同用戶的外模式的描述可以使不同的。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 76 三、外模式（External Schema） 外模式的地位：介于模式與應(yīng)用之間模式與外模式的關(guān)系：一對(duì)多外模式通常是模式的子集一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)外模式。反映了不同的用戶的應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對(duì)數(shù)據(jù)保密的要求對(duì)模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長度、保密級(jí)別等都可以不同外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對(duì)多同一外

49、模式也可以為某一用戶的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)所使用，但一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 77 三、外模式（External Schema） 外模式的用途保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個(gè)有力措施。每個(gè)用戶只能看見和訪問所對(duì)應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù) School of Transportation Science and Engineering, HIT 78 三、外模式（External Schema） 民航售票系統(tǒng)包括處理航班程序和處理旅客程序。程序的使用人員不必知道關(guān)于人事檔案、丟失的行 李、飛行員的航行分配等

50、信息；調(diào)度員可能需要知道關(guān)于航班、飛機(jī)和人事檔案等 信息（如那些飛行員有資格駕駛747），但不必知道雇員的工資、旅客等信息。所以可以為訂票部門建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫視圖，為調(diào)度部門建立另一個(gè)完全不同的部門。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 79 舉例 Note：視圖處理的數(shù)據(jù)并不實(shí)際存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，而僅可以從邏輯數(shù)據(jù)庫中構(gòu)造出來。視圖比（邏輯）模式的抽象級(jí)別更高。舉例：“年齡”在人事部門數(shù)據(jù)庫中，但（邏輯）模式僅包含出生年月。當(dāng)用戶希望通過訪問視圖得到年齡時(shí)，DBMS翻譯這個(gè)要求，在從物理數(shù)據(jù)庫上取出的數(shù)據(jù)完成計(jì)算。 Scho

51、ol of Transportation Science and Engineering, HIT 80 1.3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)注：一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式，一個(gè)內(nèi)模式，但可以有多個(gè)外模式。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 81 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)內(nèi)模式模式外模式外模式外模式應(yīng)用A應(yīng)用A應(yīng)用A應(yīng)用A應(yīng)用A模式/內(nèi)模式映象外模式/模式映象 三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別二級(jí)映象在DBMS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換 School of Transportation Science and Engine

52、ering, HIT 82 三級(jí)模式與二級(jí)映象 School of Transportation Science and Engineering, HIT 83 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)內(nèi)模式模式外模式外模式外模式應(yīng)用A應(yīng)用A應(yīng)用A應(yīng)用A應(yīng)用A模式/內(nèi)模式映象外模式/模式映象 在三級(jí)模式中提供了兩級(jí)映象，保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，既物理獨(dú)立性與邏輯獨(dú)立性。1.外模式模式映象定義外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系每一個(gè)外模式都對(duì)應(yīng)一個(gè)外模式模式映象映象定義通常包含在各自外模式的描述中 School of Transportation Science and Engineering, HIT 84 1

53、.3.3 數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)投入使用后，可能有必要修改模式（如增加新關(guān)系、屬性、改變類型），這時(shí)：重新定義外模式/模式映象 =現(xiàn)存外模式不變 =應(yīng)用程序不變 School of Transportation Science and Engineering, HIT 85 1.3.3 數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象 DBA職責(zé) 保證數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性當(dāng)模式改變時(shí)，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外模式模式映象，使外模式保持不變應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。 School of Transportation Science and En

54、gineering, HIT 86 外模式模式映象用途 模式內(nèi)模式映象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的數(shù)據(jù)庫中模式內(nèi)模式映象是唯一的該映象定義通常包含在模式描述中 School of Transportation Science and Engineering, HIT 87 二、模式/內(nèi)模式映象 保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式內(nèi)模式映象，使模式保持不變應(yīng)用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。 School of Transportation

55、Science and Engineering, HIT 88 模式內(nèi)模式映象的用途 模式是數(shù)據(jù)庫的中心與關(guān)鍵獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的其它層次設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)首先確定數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu) School of Transportation Science and Engineering, HIT 89 小結(jié) 內(nèi)模式依賴于全局邏輯結(jié)構(gòu)，但獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的用戶視圖即外模式，也獨(dú)立于具體的存儲(chǔ)設(shè)備。它將全局邏輯結(jié)構(gòu)中所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系按照一定的物理存儲(chǔ)策略進(jìn)行組織，以達(dá)到較好的時(shí)間與空間效率。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 90

56、 小結(jié)（續(xù)） 外模式面向具體的應(yīng)用程序，定義在邏輯模式之上，但獨(dú)立于存儲(chǔ)模式和存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)計(jì)外模式時(shí)應(yīng)充分考慮到應(yīng)用的擴(kuò)充性。當(dāng)應(yīng)用需求發(fā)生較大變化，相應(yīng)外模式不能滿足其視圖要求時(shí)，該外模式就得做相應(yīng)改動(dòng) School of Transportation Science and Engineering, HIT 91 小結(jié)（續(xù)） 應(yīng)用程序在外模式描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上編制的，它依賴于特定的外模式，與數(shù)據(jù)庫的模式和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)獨(dú)立。不同的應(yīng)用程序有時(shí)可以共用同一個(gè)外模式。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 92 小結(jié)（續(xù)） 二級(jí)映象保

57、證了數(shù)據(jù)庫外模式的穩(wěn)定性，從而從底層保證了應(yīng)用程序的穩(wěn)定性，除非應(yīng)用需求本身發(fā)生變化，否則應(yīng)用程序一般不需要修改。數(shù)據(jù)與程序之間的獨(dú)立性，使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程序中分離出去。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 93 小結(jié)（續(xù)） 1.單用戶結(jié)構(gòu)2.主從式結(jié)構(gòu)3.分布式結(jié)構(gòu)4.客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)5.瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu) School of Transportation Science and Engineering, HIT 94 1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu) 整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(應(yīng)用程序、DBMS、

58、數(shù)據(jù))裝在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，為一個(gè)用戶獨(dú)占，不同機(jī)器之間不能共享數(shù)據(jù)。早期的最簡單的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) School of Transportation Science and Engineering, HIT 95 1. 單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)終端的多用戶結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括應(yīng)用程序、DBMS、數(shù)據(jù)，都集中存放在主機(jī)上，所有處理任務(wù)都由主機(jī)來完成各個(gè)用戶通過主機(jī)的終端并發(fā)地存取數(shù)據(jù)庫，共享數(shù)據(jù)資源 School of Transportation Science and Engineering, HIT 96 2. 主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) School of Transportation Sc

59、ience and Engineering, HIT 97 主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主 機(jī) 終 端 優(yōu)點(diǎn)易于管理、控制與維護(hù)。缺點(diǎn)當(dāng)終端用戶數(shù)目增加到一定程度后，主機(jī)的任務(wù)會(huì)過分繁重，成為瓶頸，從而使系統(tǒng)性能下降。系統(tǒng)的可靠性依賴主機(jī),當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都不能使用。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 98 主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(續(xù)) 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上是一個(gè)整體，但物理地分布在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同結(jié)點(diǎn)上。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都可以獨(dú)立處理本地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行局部應(yīng)用同時(shí)也可以同時(shí)存取和處理多個(gè)異地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，

60、執(zhí)行全局應(yīng)用 School of Transportation Science and Engineering, HIT 99 3. 分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)了地理上分散的公司、團(tuán)體和組織對(duì)于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的需求。缺點(diǎn)數(shù)據(jù)的分布存放給數(shù)據(jù)的處理、管理與維護(hù)帶來困難。當(dāng)用戶需要經(jīng)常訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)效率會(huì)明顯地受到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹萍s。 School of Transportation Science and Engineering, HIT 100 分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（續(xù)） 把DBMS功能和應(yīng)用分開網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)（些）結(jié)點(diǎn)上的計(jì)算機(jī)專門用于執(zhí)行DBMS功能，稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，簡稱服務(wù)器其他結(jié)點(diǎn)

61、上的計(jì)算機(jī)安裝DBMS的外圍應(yīng)用開發(fā)工具，用戶的應(yīng)用系統(tǒng)，稱為客戶機(jī) School of Transportation Science and Engineering, HIT 101 4客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 集中的服務(wù)器結(jié)構(gòu)一臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，多臺(tái)客戶機(jī)分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)中有多臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)是客戶服務(wù)器與 分布式數(shù)據(jù)庫的結(jié)合 School of Transportation Science and Engineering, HIT 102 客戶服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的種類 客戶端的用戶請(qǐng)求被傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行處理后，只將結(jié)果返回給用戶，從而顯著減少了數(shù)據(jù)傳

62、輸量數(shù)據(jù)庫更加開放客戶與服務(wù)器一般都能在多種不同的硬件和軟件平臺(tái)上運(yùn)行可以使用不同廠商的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)工具 School of Transportation Science and Engineering, HIT 103 客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) “胖客戶”問題：系統(tǒng)安裝復(fù)雜，工作量大。應(yīng)用維護(hù)困難，難于保密，造成安全性差。相同的應(yīng)用程序要重復(fù)安裝在每一臺(tái)客戶機(jī)上，從系統(tǒng)總體來看，大大浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。系統(tǒng)規(guī)模達(dá)到數(shù)百數(shù)千臺(tái)客戶機(jī)，它們的硬件配置、操作系統(tǒng)又常常不同，要為每一個(gè)客戶機(jī)安裝應(yīng)用程序和相應(yīng)的工具模塊，其安裝維護(hù)代價(jià)便不可接受了。 School of Transportation Sci

63、ence and Engineering, HIT 104 客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn) 客戶端：瀏覽器軟件、用戶界面瀏覽器的界面統(tǒng)一，廣大用戶容易掌握大大減少了培訓(xùn)時(shí)間與費(fèi)用。服務(wù)器端分為兩部分：Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等大大減少了系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)代價(jià)能夠支持?jǐn)?shù)萬甚至更多的用戶 School of Transportation Science and Engineering, HIT 105 瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫/應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）計(jì)算機(jī)軟/硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員用戶文檔 School of Transportation Science and E

64、ngineering, HIT 106 1.5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)硬件資源的要求1.足夠大的內(nèi)存操作系統(tǒng) DBMS的核心模塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)應(yīng)用程序 School of Transportation Science and Engineering, HIT 107 一、硬件平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫 2.足夠大的外存 磁盤操作系統(tǒng) DBMS應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫及其備份 光盤、磁帶、軟盤數(shù)據(jù)備份3.較高的通道能力，提高數(shù)據(jù)傳送率 School of Transportation Science and Engineering, HIT 108 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)硬件資源的要求 DBMS操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫接口的高級(jí)語言

65、及其編譯系統(tǒng)以DBMS為核心的應(yīng)用開發(fā)工具為特定應(yīng)用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) School of Transportation Science and Engineering, HIT 109 二、軟件 數(shù)據(jù)庫管理員系統(tǒng)分析員數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員應(yīng)用程序員(最終用戶) School of Transportation Science and Engineering, HIT 110 三、人員 決定數(shù)據(jù)庫中的信息內(nèi)容和結(jié)構(gòu)決定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取策略定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件 School of Transportation Science and Engineering, HIT 111

66、 1. 數(shù)據(jù)庫管理員(DBA) 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫的使用和運(yùn)行周期性轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件日志文件系統(tǒng)故障恢復(fù)介質(zhì)故障恢復(fù)監(jiān)視審計(jì)文件 School of Transportation Science and Engineering, HIT 112 數(shù)據(jù)庫管理員(續(xù)) 數(shù)據(jù)庫的改進(jìn)和重組性能監(jiān)控和調(diào)優(yōu)數(shù)據(jù)重組數(shù)據(jù)庫重構(gòu) School of Transportation Science and Engineering, HIT 113 數(shù)據(jù)庫管理員(續(xù)) 負(fù)責(zé)應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明與用戶及DBA協(xié)商，確定系統(tǒng)的硬軟件配置參與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì) School of Transportation Science and Engineering, HIT 114 2. 系統(tǒng)分析員 參加用戶需求調(diào)查和系統(tǒng)分析確定數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫各級(jí)模式 School of Transportation Science and Engineering, HIT 115 3. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員 設(shè)計(jì)和編寫應(yīng)用系統(tǒng)的程序模塊進(jìn)行調(diào)試和安裝 School of Transportation Science and