【正文】 DBMS及其輔助軟件 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 數(shù)據(jù)庫理論 作業(yè)： 3， 5， 7， 12， 13， 20， 22 第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 38 本章要求： 本章內(nèi)容： 請選擇內(nèi)容 返回 掌握關(guān)系、關(guān)系模式、關(guān)系數(shù)據(jù)庫等基本概念 掌握關(guān)系的三類完整性的含義 掌握關(guān)系代數(shù)運算 167。 作用 ：存儲結(jié)構(gòu)變，可修改映象使邏輯結(jié)構(gòu)（模式）保持不變，從而應用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性。對應同一個模式可以有多個外模式，對每個外模式都有一個外模式 /模式映象。 數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述 。 DB的局部邏輯結(jié)構(gòu) 。 DB的全局邏輯結(jié)構(gòu) 。 （ 2）示例 零 件 供應商 供應 m n 設(shè) 備 工 人 使用 保養(yǎng) 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 27 供應商 S S1 張三 北京 S2 李四 鄭州 … … … S SNAME SADDR 零件 P P1 電機 2022 P2 螺絲 2 … … … P PNAME PRICE （聯(lián)系）供應 SP S1 P1 200 S1 P3 22 … … … S P QTY 關(guān)系： 對應一張表， 每表起一個名稱即關(guān)系名 元組： 表中的一行 屬性： 表中一列， 每列起一個名稱即屬性名 主碼： 唯一確定一個元組的屬 性組 域： 屬性的取值范圍 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 28 （ 3）關(guān)系模式：對關(guān)系的描述，一般表示為： 關(guān)系名（屬性 1，屬性 2， … ，屬性 n） （ 4）優(yōu)點： ? 無論實體還是實體之間的聯(lián)系都用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（二維表、關(guān)系）來表示，可方便地表示 m:n聯(lián)系，因此概念簡單，用戶易懂易用 如： 可表示為： 學生（學號，姓名，性別，系和年級） 課程（課程號，課程名，學分） 選修（學號，課程號，成績） 學生 選修 課程 m n ? 表格中行、列次序無關(guān) ? 有堅實的理論基礎(chǔ)（關(guān)系理論） 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 29 ? 存取路徑對用戶透明，用戶只需指出“做什么”，不需說明“怎么做”，因此數(shù)據(jù)獨立性更高 缺點： 由于存取路徑對用戶透明，查詢效率不夠高，必須對查詢請求進行優(yōu)化。 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 24 （ 2）說明： （ a） 樹中實體間聯(lián)系只能是從父到子的 1:1或 1:n聯(lián)系， 對 m:n聯(lián)系，須使用輔助手段轉(zhuǎn)換成多個 1:n聯(lián)系， 但不易掌握 （ b） 簡單直觀，結(jié)構(gòu)清晰，運行效率高，但編程復雜 網(wǎng)狀模型 （ 1）定義： 用圖結(jié)構(gòu)來表示實體以及實體間聯(lián)系的模型 。 如 學員 —— 課程 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 18 DBS的核心問題之一： 如何表示和處理實體及實體間的聯(lián)系 。 記錄值：一個具體的記錄。 （ 1） 實體型：對實體固有特性或結(jié)構(gòu)的描述。唯一地標識一個記錄 。 實體集 ：性質(zhì)相同的同類實體的集合。 邏輯獨立性 : 總體邏輯結(jié)構(gòu)變，局部邏輯結(jié)構(gòu)可以 不變，從而應用程序也不必改變。 數(shù)據(jù)處理 ：對數(shù)據(jù)進行加工、計算、提煉， 從而產(chǎn)生新的有效數(shù)據(jù)的過程 數(shù)據(jù) 信息 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 5 管理與處理的關(guān)系 ： 管理是處理的基礎(chǔ) 處理為管理服務(wù) 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理 …… 源數(shù)據(jù) 新數(shù)據(jù) 新數(shù)據(jù) 管理和處理又可看成一個問題的兩個階段，故可以統(tǒng)一起來，其中心是管理 數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)管理 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6 三、數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段 ? 人工管理階段（ 50年代中期以前） ? 文件系統(tǒng)階段（ 50年代中期至 60年代后期） ? 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（ 60年代后期以后） 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 7 人工管理階段（程序員管理階段） 特點 ： ? 數(shù)據(jù)不保存 ? 程序員負責數(shù)據(jù)管理的一切工作 ? 數(shù)據(jù)和程序一一對應，沒有獨立性和共享性 數(shù)據(jù)和程序的關(guān)系： 應用程序 1 數(shù)據(jù) 1 應用程序 2 數(shù)據(jù) 2 應用程序 n 數(shù)據(jù) n …… 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 8 又可分為兩個階段 （ 1） 60年代初期出現(xiàn)了初等的文件系統(tǒng) 主要特點： ? 組織方式 ：順序文件 ? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ：物理結(jié)構(gòu) = 邏輯結(jié)構(gòu) ? 軟件功能 ：僅有簡單 I/O操作 （ 2 ） 60年代中期出現(xiàn)了成熟的文件系統(tǒng) 主要特點： ? 組織方式 ：順序和隨機存取并用 ? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ：物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)有了簡單的變換 ? 軟件功能 ：軟件系統(tǒng)提供了存取方法 硬件 ：有了大容量直接存儲外存設(shè)備，如磁盤、磁鼓等 軟件 ：有了專門的數(shù)據(jù)管理軟件 文件系統(tǒng) 處理方式 ：有批處理、聯(lián)機實時處理等 文件系統(tǒng)階段 基 礎(chǔ) { 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 9 三個主要缺點 ： ? 數(shù)據(jù)高度冗余 ：數(shù)據(jù)基本上還是面向應用或特定用戶的。 167。 數(shù)據(jù)庫（ DB） ：按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲在計算機內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。 4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 167。 1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 167?？捎梦淖?、圖形等多種形式表示，經(jīng)數(shù)字化處理后可存入計算機。 數(shù)據(jù)操縱功能 ： DBMS提供 DML，用戶通過它實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的查詢、插入、刪除和修改等操作。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（ DBS） ：計算機中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，包括 數(shù)據(jù)庫 DB 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS 應用系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理員 DBA和用戶 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 4 二、數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)管理 ： 對數(shù)據(jù)收集、整理、組織、存儲、維護、檢索、傳送等 對象 操作 目標：在妥當?shù)臅r候以妥當?shù)男问浇o妥當?shù)娜颂峁┩桩數(shù)臄?shù)據(jù)。可為多個不同的用戶共同使用 （ 3） 數(shù)據(jù)冗余少，易擴充 （ 4） 數(shù)據(jù)和程序的獨立性高 物理獨立性 : 存儲結(jié)構(gòu)變，邏輯結(jié)構(gòu)可以不變，從 而應用程序也不必改變。 ? 獨立于具體的計算機系統(tǒng) ?獨立于具體的 DBMS支持的數(shù)據(jù)模型 現(xiàn)實世界 ===? 信息世界 抽象 =====? 機器世界（數(shù)據(jù)世界） 轉(zhuǎn)換 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 14 實體 ：客觀存在并可相互區(qū)分的事物。 信 息 世 界 記錄 ?? 實體 （抽象表示） 文件 ?? 實體集 字段或數(shù)據(jù)項 ?? 屬性 關(guān)鍵字 ?? 實體標識符。 類似于程序設(shè)計語言中 數(shù)據(jù)類型 與 數(shù)據(jù)值 的概念。 如 （豫 A00001，豐田，張三） （ 2） 記錄型：記錄格式。 如 國家 —— 總統(tǒng) 學員隊 —— 隊長 實體之間的聯(lián)系可歸結(jié)為三類： （ 3） 多對多聯(lián)系（ m ： n）： 兩個實體集中的每一個實體都和另一個實體集中 0個或多個實體有聯(lián)系 。 其特征是：（ a）有且僅有一個結(jié)點無雙親（根結(jié)點）； （ b）其它結(jié)點有且僅有一個雙親。（因此，網(wǎng)狀模型的圖結(jié)構(gòu)實質(zhì)上是有向圖），如 學 生 課 程 選課 m n 課程成績單 學生成績單 學號 姓名 年齡 性別 課程號 名稱 學號 課程號 得分 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 26 （ b）網(wǎng)狀模型中允許兩結(jié)點間有多條邊， 層次模型則不允許 關(guān)系模型 層次、網(wǎng)狀模型基本上是面向?qū)I(yè)人員的，使用極不方便 問題：尋找一種能面向一般用戶的數(shù)據(jù)模型 ？ （ 1）定義： 用二維表（關(guān)系）來描述實體及實體間聯(lián)系的模型 。 （ 5）關(guān)系模型與非關(guān)系模型的比較 統(tǒng)一 不統(tǒng)一 均為關(guān)系 實體及實體間聯(lián)系采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 操作方式 存取路徑 關(guān)系模型 非關(guān)系模型 對用戶透明 對用戶不透明 一次一集合 一次一記錄 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 30 三級模式 （外模式、模式、內(nèi)模式） 兩級映象 （外模式 /模式，模式 /內(nèi)模式映象） 一、 DBS的三級模式結(jié)構(gòu) 模式 （ Schema）：又稱 邏輯模式 。 3 DBS的結(jié)構(gòu) 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 31 ⑤ 模式定義的任務(wù) （概念模型 ? 模式） ? 定義全局邏輯結(jié)構(gòu)（構(gòu)成記錄的屬性名、類型、寬度等） ? 定義有關(guān)的安全性、完整性要求 ? 定義記錄間的聯(lián)系 ⑥ 一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式 2 、 外模式 ：又稱 子模式 或 用戶模式 。 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 32 內(nèi)模式 ：又稱 存儲模式 。 兩級映象及其作用 （ 1） 外模式 /模式映象 ：定義外模式和模式間的對應關(guān)系。一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式，也只有一個內(nèi)模式，因此模式 /內(nèi)模式的映象也是唯一的。 有下面四部分： 第一章 緒 論 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 35 人員 用戶 應用程序員 數(shù)據(jù)庫管理員 DBA （使用） （開發(fā)） （管理） DBA（ Data Base dministrator）的職責 ： ① 決定數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu) ② 確定數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件 ③ 監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的使用和運行，維護數(shù)據(jù)庫 ④ 決定數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)和存儲策略 ⑤ 負責數(shù)據(jù)庫的改進和重組重構(gòu) 硬件 計算機及有關(guān)設(shè)備，要求有足夠大的內(nèi)、外存儲容量及較高的處理速度。 3 RDBS的數(shù)據(jù)操縱語言：關(guān)系演算語言 第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 2022/8/22 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 39 層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫 是面向?qū)I(yè)人員的，使用很不方便。它具有結(jié)構(gòu)簡單、理論基礎(chǔ)堅實、數(shù)據(jù)獨立性高以及提供非過程性語言等優(yōu)點。 例如：全體整數(shù)， 0到 100之間的整數(shù)， 長度不超過 10的字符串集合 笛卡爾積 （ Cartesian Product）：設(shè) D D … 、 Dn是 n個域 , 則它們的笛卡爾積為