第1章数据库概论.ppt

第一章数据库概论1-1 引言1-2 数据管理技术的发展 1-3 数据模型1-4 数据库的体系结构 1-5 数据库管理系统 1-6 数据库系统An Introduction to Database System1-1 引言 1-1-1 数据与信息 1-1-2 数据处理与数据管理 1-1-3 数据库的基本概念 An Introduction to Database System数据库的地位l数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支l数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透l数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志An Introduction to Database System1-1-3 数据库的基本概念l数据库（DataBase）：是指长期存贮在计算机存储介质上，按照一定格式存放的可共享的数据集合 l数据库的特征l数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存l可为各种用户共享可为各种用户共享l冗余度较小冗余度较小l数据独立性较高数据独立性较高l易扩展易扩展An Introduction to Database System用户1用户2用户n数据库管理系统数据库应用系统数据库管理员数据库系统数据库系统An Introduction to Database System数据举例l学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）l数据的形式不能完全表达其内容l数据的解释l语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间l解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系An Introduction to Database System数据库（举例）An Introduction to Database System数据库管理系统l数据库管理系统（Database Management System 简称 DBMS）：是指用于数据库建立、使用和维护的管理软件 lDBMS的用途l科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据An Introduction to Database System数据库系统l什么是数据库系统l数数据据库库系系统统（Database System，简简称称DBS）是是指指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在计算机系统中引入数据库后的系统构成。l在在不不引引起起混混淆淆的的情情况况下下常常常常把把数数据据库库系系统统简简称称为为数数据库。据库。l数据库系统的构成l由由数数据据库库、数数据据库库管管理理系系统统（及及其其开开发发工工具具）、应应用系统、数据库管理员（和用户）构成。用系统、数据库管理员（和用户）构成。An Introduction to Database System1-2 数据管理技术的产生和发展l什么是数据管理l对对数数据据进进行行分分类类、组组织织、编编码码、存存储储、检检索索和和维维护护，是数据处理的中心问题是数据处理的中心问题l数据管理技术的发展过程l人工管理阶段人工管理阶段(40年代中年代中-50年代中年代中)l文件系统阶段文件系统阶段(50年代末年代末-60年代中年代中)l数据库系统阶段数据库系统阶段(60年代末年代末-现在现在)An Introduction to Database System一、人工管理l时期l40年代中-50年代中l产生的背景l应用需求科学计算l硬件水平无直接存取存储设备l软件水平没有操作系统l处理方式批处理An Introduction to Database System人工管理(续)l特点l数据的管理者：应用程序，数据不保存。l数据面向的对象：某一应用程序 l数据的共享程度：无共享、冗余度极大l数据的独立性：不独立，完全依赖于程序l数据的结构化：无结构l数据控制能力：应用程序自己控制An Introduction to Database System应用程序与数据的对应关系(人工管理)应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集n.An Introduction to Database System二、文件系统l时期l50年代末-60年代中l产生的背景l应用需求科学计算、管理l硬件水平磁盘、磁鼓l软件水平有文件系统l处理方式联机实时处理、批处理An Introduction to Database System文件系统(续)特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的结构化：记录内有结构,整体无结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制An Introduction to Database System应用程序与数据的对应关系(文件系统)应用程序应用程序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件n存取存取方法方法.An Introduction to Database System三、数据库系统l时期l60年代末以来l产生的背景l应用背景大规模管理l硬件背景大容量磁盘l软件背景有数据库管理系统l处理方式联机实时处理,分布处理,批处理An Introduction to Database System数据库系统(续)l特点l数据的管理者：DBMSl数据面向的对象：现实世界l数据的共享程度：共享性高l数据的独立性：高度的物理独立性和一定的 逻辑独立性l数据的结构化：整体结构化l数据控制能力：由DBMS统一管理和控制An Introduction to Database System应用程序与数据的对应关系(数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库An Introduction to Database System1-3 数据模型l在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示抽象、表示和处理和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟l数据模型应满足三方面要求l能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界l容容易易为人所为人所理解理解l便于在计算机上便于在计算机上实现实现An Introduction to Database System 1-3 数据模型 1-3-1 数据模型的组成要素 1-3-2 概念模型 1-3-3 层次模型 1-3-4 网状模型 1-3-5 关系模型 1-3-6 面向对象数据模型An Introduction to Database System数据模型(续)l开发实施数据库应用系统中使用不同的数据模型l概念模型l逻辑模型l物理模型An Introduction to Database System数据模型(续)l模型划分为两类，分别属于两个不同的层次l概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。模，主要用于数据库设计。l逻辑逻辑模型和物理模型模型和物理模型 逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于等，它是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现的实现。物理模型是对数据最低层次的抽象，描述数据在系统物理模型是对数据最低层次的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在存储设备上的存储方内部的表示方式和存取方法，在存储设备上的存储方式和存取方法，使面向计算机系统的。式和存取方法，使面向计算机系统的。An Introduction to Database System数据模型(续)l客观对象的抽象过程-两步抽象l现实世界中的客观对象抽象为概念模型；现实世界中的客观对象抽象为概念模型；l把概念模型转换为某一把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。An Introduction to Database System 1-3-1 数据模型的组成要素l数据结构 l数据操作 l数据的约束条件 An Introduction to Database System 1-数据结构l什么是数据结构l对象类型的集合l两类对象l与数据类型、内容、性质有关的对象l与数据之间联系有关的对象l数据结构是对系统静态特性的描述An Introduction to Database System 2.数据操作 l数据操作l对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则l数据操作的类型l检索l更新（包括插入、删除、修改）An Introduction to Database System 数据操作(续)l数据模型对操作的定义l操作的确切含义l操作符号l操作规则（如优先级）l实现操作的语言l数据操作是对系统动态特性的描述。An Introduction to Database System 3.数据的约束条件 l数据的约束条件l一组完整性规则的集合。一组完整性规则的集合。l完整性规则是给定的数据模型中数据及其联完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容保证数据的正确、有效、相容。An Introduction to Database System 1-3-2 概念模型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An Introduction to Database System1.概念模型l概念模型的用途l概念模型用于信息世界的建模概念模型用于信息世界的建模l是现实世界到机器世界的一个中间层次是现实世界到机器世界的一个中间层次l是数据库设计的有力工具是数据库设计的有力工具l数据库设计人员和用户之间进行交流的语言数据库设计人员和用户之间进行交流的语言l对概念模型的基本要求l较较强强的的语语义义表表达达能能力力，能能够够方方便便、直直接接地地表表达达应应用用中的各种语义知识中的各种语义知识l简单、清晰、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解。An Introduction to Database System 数据处理的抽象和转换过程 现实世界认识抽象概念数据模型逻辑数据模型物理数据模型计算机世界DBMS数据模型 信息世界现实世界An Introduction to Database System2.信息世界中的基本概念(1)实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2)属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。一个实体可以由若干个属性来刻画。(3)码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。唯一标识实体的属性集称为码。An Introduction to Database System信息世界中的基本概念(续)(4)域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域属性的取值范围称为该属性的域。(5)实体型（Entity Type）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型同类实体称为实体型(6)实体集（Entity Set）同型实体的集合称为实体集同型实体的集合称为实体集An Introduction to Database System信息世界中的基本概念(续)(7)联系（Relationship）现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系中反映为实体内部的联系和实体之间的联系实体型间联系 两个实体型两个实体型 一对一联系（一对一联系（1:1）三个实体型三个实体型 一对多联系（一对多联系（1:n）一个实体型一个实体型 多对多联系（多对多联系（m:n）An Introduction to Database System两个实体型间的联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2111:1联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2mnm:n联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型21n1:n联系联系An Introduction to Database System两个实体型间的联系 l一对一联系 l如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中至至多多有有一一个个实实体体与与之之联联系系，反反之之亦亦然然，则则称称实实体体集集A与与实实体集体集B具有一对一联系具有一对一联系。记为。记为1:1。l 实例班级与班长之间的联系：班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职一个班长只在一个班中任职An Introduction to Database System两个实体型间的联系(续)l一对多联系l如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中有有n个个实实体体（n0）与与之之联联系系，反反之之，对对于于实实体体集集B中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集A中中至至多多只只有有一一个个实实体体与与之之联联系，则称系，则称实体集实体集A与实体集与实体集B有一对多联系有一对多联系 记为记为1:nl实例班级与学生之间的联系：班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习每个学生只在一个班级中学习An Introduction to Database System两个实体型间的联系(续)l多对多联系（m:n）l如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中有有n个个实实体体（n0）与与之之联联系系，反反之之，对对于于实实体体集集B中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集A中中也也有有m个个实实体体（m0）与与之之联联系系，则则称称实实体体集集A与与实实体体B具具有有多多对对多多联联系系。记记为为m:nl实例课程与学生之间的联系：课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程一个学生可以同时选修多门课程An Introduction to Database System多个实体型间的联系(续)l多个实体型间的一对多联系l若实体集若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实存在联系，对于实体集体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实体，最多只和中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相中的一个实体相联系，则我们说联系，则我们说Ei与与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对多的。之间的联系是一对多的。An Introduction to Database System多个实体型间的联系(续)l实例 课程、教师与参考书三个实体型课程、教师与参考书三个实体型如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用参考书只供一门课程使用课程与教师、参考书之间的联系是一对多的课程与教师、参考书之间的联系是一对多的l多个实体型间的一对一联系l多个实体型间的多对多联系An Introduction to Database System同一实体集内各实体间的联系l一对多联系l实例 职工实体集内部具有领导与被领导的联系职工实体集内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）某一职工（干部）“领导领导”若干名职工若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系这是一对多的联系l一对一联系l多对多联系An Introduction to Database System3.概念模型的表示方法l概念模型的表示方法很多l实体联系方法(E-R方法)l用E-R图来描述现实世界的概念模型lE-R方法也称为E-R模型An Introduction to Database SystemE-R图l实体型用矩形表示；属性用椭圆表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来；联系用菱形表示，并用无向边分别与有关的实体连接起来，同时在无向边旁标注联系的类型。An Introduction to Database SystemE-R图(续)E-R图实例：表表示示某某供供应应商商提提供供了了多多少少数数量量的的零零件件给给某某公公司的模型可用图司的模型可用图1-6（p8）描述。）描述。An Introduction to Database System 1-3-3 层次模型l在现实世界中，有很多事物是按层次(hierarchy)组织起来的。l一个学校有若干系，一个系有若干班，一个班有若干学生。l其他如动植物的分类、图书的编号、机关的组织，。l层次模型用棵“有向树”的数据结构来表示各类实体以及实体间的联系。l每个结点表示一个记录类型，结点间的连线（或边）表示记录类型间的关系。l每个记录类型可包含若干个字段，记录类型描述的是实体，字段描述实体的属性。l要访问某一记录类型的记录，可以从根结点起，按照有向树层次向下查找An Introduction to Database System层次模型的特征l有且仅有一个没有双亲的结点，这个结点称为根结点。l根结点以外的结点有且仅有一个双亲结点，这就使得层次数据库系统只能处理一对多的实体关系。l任何一个给定的记录只有按其路径察看时，才能显示出它的全部意义，没有一个记录能够脱离其双亲而独立存在。An Introduction to Database System层次数据模型例 1 根结点根结点 2 兄弟结点兄弟结点 3 叶结点叶结点 4 兄弟结点兄弟结点 5 叶结点叶结点 叶结点叶结点An Introduction to Database System典型的层次数据库系统IMS数据库管理系统l第一个大型商用第一个大型商用DBMSl1968年推出年推出lIBM公司研制公司研制An Introduction to Database System 1-3-4 网状模型l数据库的网状模型，是以记录类型为结点的网状结构。l网状结构必须满足如下条件：l可以有一个以上的节点无双亲。l至少有一个结点有多于一个的双亲。的存储结构An Introduction to Database System网状数据模型（续）l网状模型的数据结构是丛结构（Plex）而不是树结构。l和树结构一样，丛结构也可以用“子女”和“双亲”来描述。l是，丛结构允许任一结点无双亲或有一个以上的双亲，因此更适于描述现实世界中事物之间比较复杂的联系 An Introduction to Database System网状数据模型的数据结构 1 2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L3 L3 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4 R4 R4 R5R5 An Introduction to Database System网状模型和层次模型的差别 l一个子叶结点可以有两个或多个父结点。l在两个结点之间可以有两种或多种联系。An Introduction to Database System网状模型的优缺点l优点l能能够够更更为为直直接接地地描描述述现现实实世世界界，如如一一个个结结点点可可以以有有多个双亲多个双亲l具有良好的性能，存取效率较高具有良好的性能，存取效率较高l缺点l结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库结构比较复杂，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的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握lDDL、DML语言复杂，用户不容易使用语言复杂，用户不容易使用An Introduction to Database System典型的网状数据库系统lDBTG系统，亦称CODASYL系统l由由DBTG提出的一个系统方案提出的一个系统方案l奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术l70年代推出年代推出l实际系统lCullinet Software Inc.公司的公司的 IDMSlUnivac公司的公司的 DMS1100lHoneywell公司的公司的IDS/2lHP公司的公司的IMAGEAn Introduction to Database System 1-3-5关系模型层次模型和网状模型的数据系统被开发出来之后，在继续开发新型数据库系统的工作中，人们发现层次模型和网状模型缺乏充实的理论基础，难以进行深入的理论研究。于是就开始寻求具有较充实的理论基础的数据模型。IBM公司的EFCodd从1970年至1974年发表了一系列有关关系模型的论文，奠定了关系数据库的理论基础。An Introduction to Database System关系模型l最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型l1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd提出l本课程的重点An Introduction to Database System关系数据模型l人们通常习惯于用表格的形式，表示所关心的现实世界中的信息。我们称一张表为一个关系。表的每一列表示关系中的一个数据项（属性），表中的每一行表示关系中的一个记录（元组）。l用表格表示实体和实体间联系的模型，叫关系模型。An Introduction to Database System表的实例系 号系 名系 主 任专 业 数1计算机张三32数学李四23化学刘五44中文赵六35管理王七5An Introduction to Database System关系模型描述l数据的关系模型是若干“关系框架”组成的集 合，它 的 实 例 由 若 干“关 系”（Relation）组成，而关系则由关系框架和若干“元组”（Tuple）构成（术语的严格定义将在以后叙述）。l关系框架相当于前述的记录和联系类型；关系相当于同质文件；元组相当于记录。l在关系模型中，实体之间的联系隐含在关系中，故在关系模型中仅存放两类数据：实体本身的数据和实体间的联系。An Introduction to Database System建立实体间联系的方法l定义相同的属性名，以反映两个关系之间的联系；l定义第三个关系，把两个关系联系起来。An Introduction to Database System关系模型中的关系的特点l关系中的每一列（属性），都是不能再分的基本字段。l各列定义不同的名字。l各行不应重复。l行列次序无关紧要。An Introduction to Database System关系模型的优缺点l优点l建立在严格的数学概念的基础上建立在严格的数学概念的基础上l概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用l实体和各类联系都用关系来表示。实体和各类联系都用关系来表示。l对数据的检索结果也是关系。对数据的检索结果也是关系。l关系模型的存取路径对用户透明l具有更高的数据独立性，更好的安全保密性具有更高的数据独立性，更好的安全保密性l简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作An Introduction to Database System关系模型的优缺点（续）l缺点存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非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关系数据模型为提高性能，必须对用户的为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化查询请求进行优化增加了开发数据库管理系统的难度增加了开发数据库管理系统的难度An Introduction to Database System6.典型的关系数据库系统lORACLElSYBASElINFORMIXlDB/2lSQL ServerlCOBASElPBASElEasyBaselDM/2lOpenBaseAn Introduction to Database System1-3-6 面向对象数据模型l面向对象数据模型是由类（Type或Class）构成的一个层次结构，类是对一类对象（Object）的抽象。l类与类之间的继承（Inherit）关系构成类层次结构。面向对象数据库是面向对象的思想和方法在数据库中的应用。l它把现实世界看作由一个个对象构成，有相同特征的对象可分类，它支持对象标识和类表示Class ID等。An Introduction to Database System面向对象数据模型l面向对象模型具有较强的描述能力，能用来描述复杂对象实体。例如多媒体数据，具有宽广前景。但是，目前尚无完备的理论基础和实现标准，只是处于实验阶段，有些是扩充关系模型的半关系半面向对象数据库。An Introduction to Database System1-4 数据库的体系结构 1-4-1 三级模式结构三级模式结构l外模式、概念模式和内模式1-4-2数据独立性数据独立性l物理数据独立性物理数据独立性l逻辑数据独立性逻辑数据独立性 An Introduction to Database System数据库系统的三级模式结构An Introduction to Database System1概念模式（Schema）l模式（也称概念模式）l数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述l所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求l一个数据库只有一个模式l模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层l与数据的物理存储细节和硬件环境无关与数据的物理存储细节和硬件环境无关l与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言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l模式的定义l数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）l数据之间的联系数据之间的联系l数据有关的安全性、完整性要求数据有关的安全性、完整性要求An Introduction to Database System2.外模式（External Schema）l也称子模式或用户模式l用户级数据库是单个用户看到和使用的数据库，因此也称为用户视图(View)。l它是单个用户看到并获准使用的那部分数据的逻辑结构(称为局部逻辑结构)，用户根据系统给出的子模型，用询问语言或应用程序去操作数据库中的数据。l子模式是用于定义数据描述语言的。l具有相同数据视图的用户，共享用个子模式，一个子模式可以为多个用户所使用。An Introduction to Database System外模式（续）l设立外模式的好处是：l方便了用户的使用，简化了用户的接口。用户只要依照子模式，编写应用程序或在终端敲入命令，无须了解数据的存储结构。l保证数据的独立性。由于在三级模式之间存在两级映像，使得物理模式和概念模式的变化，都反映不到子模式一层。从而不必修改应用程序，提搞了数据的独立性。l有利于数据的安全和保密。用户程序只能操作其干模式范围内的数据，从而把其与数据库中的其他数据隔离开来，缩小了程序错误传播的范围，保证了其他数据的安全。An Introduction to Database System3内模式（Internal Schema）l内模式（也称存储模式）l是数据物理结构和存储方式的描述是数据物理结构和存储方式的描述l是数据在数据库内部的表示方式是数据在数据库内部的表示方式l记记录录的的存存储储方方式式（顺顺序序存存储储，按按照照B树树结结构构存存储储，按按hash方法存储）方法存储）l索引的组织方式索引的组织方式l数据是否压缩存储数据是否压缩存储l数据是否加密数据是否加密l数据存储记录结构的规定数据存储记录结构的规定l一个数据库只有一个内模式An Introduction to Database System三级模式与二级映象l三级模式是对数据的三个抽象级别l二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换An Introduction to Database System1外模式模式映象l定义外模式与模式之间的对应关系l每一个外模式都对应一个外模式模式映象l映象定义通常包含在各自外模式的描述中An Introduction to Database System外模式模式映象的用途保证数据的逻辑独立性l当当模模式式改改变变时时，数数据据库库管管理理员员修修改改有有关关的的外外模式模式映象，使外模式保持不变模式模式映象，使外模式保持不变l应应用用程程序序是是依依据据数数据据的的外外模模式式编编写写的的，从从而而应应用用程程序序不不必必修修改改，保保证证了了数数据据与与程程序序的的逻逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性辑独立性，简称数据的逻辑独立性。An Introduction to Database System2模式内模式映象l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。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的l数据库中模式内模式映象是唯一的l该映象定义通常包含在模式描述中An Introduction to Database System模式内模式映象的用途保证数据的物理独立性l当当数数据据库库的的存存储储结结构构改改变变了了（例例如如选选用用了了另另一一种种存存储储结结构构），数数据据库库管管理理员员修修改改模模式式内模式映象，使模式保持不变内模式映象，使模式保持不变l应应用用程程序序不不受受影影响响。保保证证了了数数据据与与程程序序的的物物理独立性，简称数据的物理独立性。理独立性，简称数据的物理独立性。An Introduction to Database System1-4-2数据独立性l建立数据库管理系统的一个重要目的就是为了在数据组织和用户的应用程序之间提供某种程度的独立性，即应用程序和数据之间相互独立，不受影响。l在数据库分为三级结构以后，数据独立性分成物理数据独立性和逻辑数据独立性两级。An Introduction to Database System1物理数据独立性l如果数据库的内模式要进行修改，即数据库的存储设备和存储方法有所变化，那么模式/内模式映像也要进行相应的修改，使概念模式尽可能保持不变。也就是对模式的修改尽量不影响概念模式。An Introduction to Database System物理数据独立性的几个方面l改变存储设备或引进新的存储设备；l改变数据的存储位置，例如把它们从一个区域迁移到另一个区域；l改变物理记录的大小；l改变数据物理组织方式，例如增加索引，或从一种结构变为另一种结构。An Introduction to Database System2逻辑数据独立性l如果数据库的概念模式要进行修改（如增加记录类型或增加数据项），那么外模式/模式映像也要进行相应的修改，使外模式尽可能保持不变。也就是对概念模式的修改尽量不影响外模式和应用程序。An Introduction to Database System逻辑数据独立性的几个方面l在模式中增加新的记录类型，只要不破坏原有记录类型之间的联系；l在原有记录类型之间增加新的联系；l在某些记录类型中增加新的数据项。An Introduction to Database System1-5 数据库管理系统（DBMS）l1-5-1数据库管理系统的主要功能数据库管理系统的主要功能l1-5-2 DBMS的程序组成的程序组成l1-5-3 用户访问数据的过程用户访问数据的过程An Introduction to Database System1-5-1数据库管理系统的主要功能数据库管理系统的主要功能lDBMS的主要任务是实现数据库三级模式之间的转换，即把用户（应用程序）对数据库的一次访问从用户级转到概念级，在转换为对物理数据的操作。lDBMS功能分类：l定义数据库：定义数据库：包括定义全局逻辑数据结构（模式）、局部逻辑数据结构（子模式）和存储模式及其模式之间的映射，以及定义数据的完整性约束，保密性约束等。An Introduction to Database SystemDBMS功能分类（续）l数据库操纵：数据库操纵：包括数据的初始装入、对数据的存取、检索和更新操作，数据库结构的维护与重新组织、数据的转贮等等。l数据控制：数据控制：DBMS对数据库的控制主要包括三个方面，数据安全性控制、数据完整性控制以及在多用户多任务环境下的并发控制 l数据安全性控制是对数据库的一种保护，它的作用是防止数据库中的数据被未经授权的人访问，并防止他们有意或无意中对数据库造成的破坏性改变。l完整性控制的目的主要是保持进入数据库中的存贮数据的语义的正确性和有效性，防止任何操作对数据造成违反其语义的改变。l并发控制的策略包括封锁单位级别的确定，死锁的预防、检测和解除等。An Introduction to Database SystemDBMS功能分类（续）l数据库的恢复和维护：数据库的恢复和维护：数据库的维护是面向系统的，它主要包括：保持工作日志、运行记录等，对数据库的性能进行监督和分析。一旦出现故障，使用这些历史和维护信息可将数据库恢复到一致状态。此外当数据库性能下降，或系统软硬设备变化时也能重新组织或更新数据库l数据接口和通信：数据接口和通信：数据通信是用来完成对应用程序、计算机终端或其他系统及系统内部运行的、进程之间的数据流动，以及与网络间的数据流通，并进行必要的处理。这一部分工作通常与橾作系统协同完成。An Introduction to Database System1-5-2 DBMS的程序组成lDBMS是完成其功能的许多系统程序的组合。每个程序都有自己的功能。一个程序或几个程序一起完成 DBMS的一项工作或一个程序完成几个工作，以设计方便与系统性能良好为原则。l各个DBMS的功能不完全一样，包含的程序也不等。An Introduction to Database System语言处理方面语言处理方面l模式级数据描述语言（Data Description Language 简称DDL）翻译程序。把模式DDL源形式翻译成机器可读的目标形式)；l子模式级DDL翻译程序，把子模式DDL源形式翻译成目标形式；l数据操作语言（Data Manipulation Language 简称DML）处理程序。把应用程序的DML语句转换成主语言的一个过程调用语句；l终端询问解释程序，解释终端询问的意义，决定操作的执行过程；l数据库控制命令解释程序，解释每个控制命令的含义，决定怎样执行。An Introduction to Database System系统运行控制方面l系统总控程序。它是DBMS的神经中枢，它控制、协调DBMS各个程序的活动，使其有条不紊地运行；l访问控制程序。其内容包括核对用户标识、密码、核对授权表，检验访问的合法性等，它决定一个访问是否能够进入系统。l并发控制程序。在许多用户同时访问数据库时，协调各个用户的访问，如按优先级安排访问队列，封锁某些访问或某些数据，撤消某种封锁，允许某个用户访问执行或撤消某个事务等；l数据完整性控制程序。在执行操作前或后，核对数据库完整约束条件，从而决定是否允许操作执行，或清除已执行操作的影响；l数据访问程序。根据用户访问请求，实施对数据的访问。从物理文件中查找数据，执行输入、删除、修改等操作；l通讯控制程序。实现应用程序与DBMS间的通讯。An Introduction to Database System系统建立，维护方面系统建立，维护方面l数据装入程序。用于把大批原始数据按某种文件组织方法(顺序、索引、Hash 等)存储到外存介质上，完成数据库的装