【正文】 【2】關系數(shù)學模型 ，可以看出用二維表格的形式，來描述關系的內(nèi)容是非常直觀形象的。笛卡爾乘積的一個子集，就稱為定義在集合，…，之上的一個關系。這其中：笛卡爾乘積集合中的每一個元素稱為元組，表示參與笛卡爾乘積中的集合個數(shù)，又稱為笛卡爾乘積的度。 關系數(shù)據(jù)模型 。當然是要在系籍約束容許的情況下。（3）STORE（存值），將當前用戶工作區(qū)中的記錄，存放到數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)系屬籍類型，將其插入到相應系值中。（5）系的描述，列出子模式定義所涉及的系并可改變系值選擇方式。如欲將記錄名DEPT換成DEPARTMENT。其語句為：END SCHEMA【2】網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫用戶層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的設計與描述 用戶層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的設計即為子模式的設計，由于DBTG系統(tǒng)支持子模式。（C）系值的選擇方式（SET SELECTION IS THRU）常用的有二種，（i）由系當前值選擇系值，由于應用程序運行時，當前狀態(tài)指示可以得到一個系的當前值，無論當前系值中當前記錄是首記錄還是屬記錄。屬籍類別分為加入系屬籍和離開系屬籍，（i）加入系屬籍（INSERTION），它有兩種情況，自動（AUTOMATIC）和手動（MANUAL）。7（b）中學生選課系型的描述主要內(nèi)容如下：SET NAME IS S—SCMODE IS CHAINOWNER IS SMEMBER IS SC MANDATORY AUTOMATICSET SELECTION IS THRU S—SC OWNER IDENTIFIED BY CALC—KEY其中這里有三個概念需要進一步解釋一下。上述學生記錄型描述說明，記錄名為S，記錄存放方式是計算方式，計算參量為數(shù)據(jù)項S，不容許有相同S值的記錄存在，記錄S存放于域名為AREA—1的域中。（b）中學生記錄型的描述如下：RECORD NAME IS SLOCATION MODE IS CALC USING SDUPLICATES ARE NOT ALLOWEDWITHIN AREA—102 S TYPE IS CHARACTER 302 SN TYPE IS CHARACTER 15其中：記錄的存放方式有四種，它們是：（A）計算方式（CALC），記錄的存放位置由指定的數(shù)據(jù)項作為參量計算確定。（2）域條目。 (a) (b) (c) 學生選課網(wǎng)狀模型 下面我們以一個簡單例子來說明上述有關概念，（a）所示，這是一個學生選課小例子，這里有兩個實體型，他們是學生實體型（S）和課程實體型（C），它們之間的“選課”聯(lián)系是多對多的聯(lián)系，為了建立其網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，（b）所示還要建立一新的記錄型，即學生選課記錄型（SC），這樣學生記錄型和學生選課記錄型之間的聯(lián)系為一對多的聯(lián)系（S—SC），課程記錄型和學生選課記錄型之間的聯(lián)系也為一對多的聯(lián)系（C—SC），這三個記錄型中的數(shù)據(jù)項分別是：S（S—學號，SN—姓名），C（C—課號，CN—課名），SC（S—學號，C—課號，G—成績），表示兩種聯(lián)系的系型分別是S—SC（首記錄型為S，屬記錄型為SC），C—SC（首記錄型為C，屬記錄型為SC）。 同記錄的概念類似，記錄有型和值兩種形式。DBTG報告為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)模型的描述及其語言的定義制定了標準。 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應用開始于七十年代，目前仍有少量的系統(tǒng)還再運行。如R1實體為工人，R2實體為機器，SET1為“使用”聯(lián)系，SET2為“保養(yǎng)”聯(lián)系。因此在網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型中，就不能再用指定雙親的方式來定義聯(lián)系了。這描述所得到的圖形稱為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)圖。其具體定義如下：（1）對Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型中的聯(lián)系類型加以限制，只容許是一對多的聯(lián)系（包括一對一聯(lián)系），在此基礎上，用實體、屬性和聯(lián)系這三個數(shù)據(jù)概念描述客觀信息世界中的信息結(jié)構(gòu)。因此在使用層次數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)操作命令時，使用者必須熟悉層次數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)。) CLASS（CNO=39。GHU的操作功能與GU類似，只是用GHU操作檢索的片斷值是用于刪除或修改。00139。901039。③ISRT（Insert)：其功能是將用戶工作區(qū)中已建立的一個片斷值，插入滿足要求數(shù)據(jù)庫記錄中。②GN（Get Next)：其功能是從當前位置開始，檢索出滿足條件的一個片斷值。①GU（Get Unique)：其功能是檢索出滿足條件的第一個片斷值。同時由于邏輯數(shù)據(jù)庫只涉及到物理數(shù)據(jù)庫的一部分，用戶應用程序只能對這些局部的片斷進行存取，這樣對數(shù)據(jù)的安全性提供了一定的控制。③PSBGEN語句：指出PSB的應用程序所采用的主語言，并給出PSB的名字。5所示物理數(shù)據(jù)庫定義中，選取DEPT和TEACHER兩個片斷型來構(gòu)成一個邏輯數(shù)據(jù)庫，每個邏輯數(shù)據(jù)庫的定義包含兩方面內(nèi)容：（1）一個程序通訊塊（PCB），它描述邏輯數(shù)據(jù)庫與物理數(shù)據(jù)庫之間的映射關系。實際上邏輯數(shù)據(jù)庫記錄型是物理數(shù)據(jù)庫記錄型的一個帶根子集。設計邏輯數(shù)據(jù)庫時，必須遵守以下兩條規(guī)則：（1）一個邏輯數(shù)據(jù)庫中的根片斷必須是某個物理數(shù)據(jù)庫中的根片斷。這里需要注意的是片斷描述的順序必須是按照其層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從上而下、從左而右的順序逐個進行。④FIELD語句：定義片斷中的各字段，如字段名、字段數(shù)據(jù)類型、字段長度及排序碼。（C）層次直接存取方法（HDAM），即將數(shù)據(jù)庫中的所有片斷值，按照其層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從上而下、從左而右的順序用指針連接起來存放。（2）命名各片斷，指出使用的指針類型及其片斷的雙親片斷。每一條記錄包含了某個系及其該系所有教師、班級和學生的全部信息。DEPT又可稱為是TEACHER和CLASS的雙親片斷（在這里它又是根片斷），TEACHER和CLASS又可互稱為兄弟片斷。 學校行政管理機構(gòu)的邏輯組織結(jié)構(gòu) 我們以一個簡單例子來說明有關情況，這是一學校行政管理機構(gòu)的邏輯組織結(jié)構(gòu)，若學校有若干系（DEPT），每個系有若干班級（CLASS），每個班有若干學生（STUDENT），每個系還有若干教師（TEACHER）。【1】層次數(shù)據(jù)庫概念層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的設計與描述 在將現(xiàn)實世界的信息結(jié)構(gòu)用Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型（Ｅ－Ｒ圖）描述出來后，再將所獲得的Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換成層次數(shù)據(jù)模型，這時就可以進行層次數(shù)據(jù)庫概念層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的設計了。 層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應用流行于七十年代，目前已較少使用，但它在數(shù)據(jù)庫的發(fā)展過程中，扮演過重要的角色。這描述所得到的圖形稱為層次數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)圖。（2）若將實體抽象表示為一結(jié)點，聯(lián)系抽象表示為一有向線段，忽視屬性，所得到的Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型的抽象拓撲圖，滿足有向樹的定義，即：Ｍ＝Ｎ－１；其中：Ｍ為有向線段總數(shù)；Ｎ為結(jié)點總數(shù)。因此目前實體關系數(shù)據(jù)模型及其Ｅ－Ｒ圖方法還是很受歡迎的。這些聯(lián)系用菱形加以表示。獲得Ｅ－Ｒ圖的全部過程通常就被稱為Ｅ－Ｒ圖方法。（4）根據(jù)（3）步驟的結(jié)論，確定能夠描述所要求所有信息對象的各實體間的聯(lián)系的屬性。 模型的表示 前面，我們介紹Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型中的三個基本的要素，這里我們將介紹使用并描述Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型。而成績屬性的具體取值，既依賴于某個具體的學生，又依賴于某個具體的課程，所以我們將成績屬性定義為是學生和課程這兩個實體型之間選課聯(lián)系的屬性。如學生實體型中的年齡屬性的值域就是一定區(qū)間中的整數(shù)，而姓名屬性的值域就是符合一定要求的字符串等。如學生實體型，其共有的描述特征通常有學號、姓名、年齡、性別等，它們都是學生實體型的屬性。有時為了方便我們也可以將這三個實體型之間聯(lián)系，分解成每兩個實體型之間均存在一個多對多的聯(lián)系。通常將這種聯(lián)系記為Ｍ:Ｎ的聯(lián)系。１:１的聯(lián)系有時可看成是１:Ｎ的聯(lián)系的一種特殊情況。（２）一對多的聯(lián)系。這樣的聯(lián)系被稱為是一對一的聯(lián)系。實體之間存在著各種相互聯(lián)系，例如教師與學生之間至少存在一種聯(lián)系，即“教學”聯(lián)系，商店與商品之間存在一種‘供應’聯(lián)系，這些都是不同類型的實體之間存在的聯(lián)系。如學生實體集，其實體型可以通過學號、姓名、年齡等特征加以描述。凡是可以相互區(qū)別開并可以被我們所識別的事、物、概念等對象均可認為是實體。 下面我們就介紹一下Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型中的三個基本要素，即實體、聯(lián)系和屬性的有關基本知識。 ，它為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應用的設計人員提供了三個基本的模型描述成分，它們是實體、聯(lián)系和屬性。這里我們將要介紹的數(shù)據(jù)模型就是實體聯(lián)系數(shù)據(jù)模型（又稱Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型），它與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型有所不同。它不是描述個別的數(shù)據(jù)，而是描述數(shù)據(jù)的共性。首先讀出所需記錄，在程序工作區(qū)中修改好，而后再把修改好的記錄寫回數(shù)據(jù)庫中原記錄的位置上。（８）DBMS向應用程序發(fā)送反映操作執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)信息（由狀態(tài)字描述），如“執(zhí)行成功”、“數(shù)據(jù)未找到”等。（４）DBMS查閱存貯模式，確定應從哪個物理文件、存貯設備以及調(diào)用哪個訪問程序去讀取所需的記錄。用戶訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的過程實際上就是用戶與DBMS進行交互的過程。（5）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的調(diào)整。然后準備數(shù)據(jù)，對其進行正確性校驗后，將其錄入，與此同時，完成主要應用程序的編制工作。它包括了解應用系統(tǒng)的信息和處理需求，設計滿足其要求的整體數(shù)據(jù)模型及處理流程，并結(jié)合具體所采用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、硬件環(huán)境和系統(tǒng)軟件平臺的特點，設計出符合具體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應用要求的數(shù)據(jù)模型，及其應用軟件的流程圖。數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的設計方法我們將在第五章詳細介紹。（4）數(shù)據(jù)庫工具軟件。監(jiān)測操作執(zhí)行時間與存貯空間占用情況，為數(shù)據(jù)庫的再組織提供依據(jù)。（C）工作日志程序。這主要包括：（A）數(shù)據(jù)裝入程序。實施對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作，如執(zhí)行檢索、插入、修改、刪除等操作。實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全保密控制。它主要包括：（A）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的總控程序，它用于檢查訪問的合法性，以決定一個訪問是否能使用數(shù)據(jù)庫。（B）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)操縱語言的處理程序，它們可將應用程序中采用數(shù)據(jù)操縱語言所寫的數(shù)據(jù)操作語句轉(zhuǎn)換成其宿主語言編譯程序所能處理的語句。 實際上許多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)除了提供上述兩種數(shù)據(jù)操作語言之外，還提供了許多編程工具和或編程命令，以便幫助用戶更加容易地編制數(shù)據(jù)庫的應用程序，如用戶界面生成工具、報表生成工具和數(shù)據(jù)庫API接口等。這類語言的優(yōu)點是系統(tǒng)運行效率較高且使用簡單，缺點是它的應用范圍常常受到限制，例如要提取出數(shù)據(jù)庫中的一些數(shù)據(jù)進行某種復雜運算處理時，單靠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所提供的這類數(shù)據(jù)操縱語言有時就很難做到這一點。如FoxPro數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以及目前比較流行的基于SQL的多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。（3）內(nèi)模式描述語言，它是用來描述數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)在物理存貯介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)和存放方式等,它與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所運行的硬件環(huán)境特性相關。③ 描述子模式中各記錄類型之間的相互聯(lián)系。對應不同類型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它們的模式描述語言也有很大差別，即使是同一類型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，不同軟件商推出的系統(tǒng)，其模式描述語言也不盡相同。用模式描述語言寫出的數(shù)據(jù)庫全體數(shù)據(jù)的邏輯組織結(jié)構(gòu)的全部語句的集合，通常就被稱為一個模式，一個模式的主要內(nèi)容有：① 給數(shù)據(jù)庫總體數(shù)據(jù)的邏輯組織結(jié)構(gòu)，即模式取名② 描述模式中每個記錄類型名稱，以及其中各數(shù)據(jù)項的名稱、數(shù)據(jù)類型（如字符型、數(shù)字型等）和數(shù)據(jù)長度等?！?】數(shù)據(jù)描述語言 數(shù)據(jù)描述語言是建立和使用數(shù)據(jù)庫的重要工具，它是用于描述數(shù)據(jù)庫各層數(shù)據(jù)模式描述的語言。數(shù)據(jù)庫語言功能的強弱直接影響到用戶使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的方便程度。（E）維護數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)的完整和一致。（B）提供數(shù)據(jù)操縱語言，供用戶對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)按照其定義邏輯組織結(jié)構(gòu)進行各種操作，如插入、刪除、修改和查詢等，這些操作的的具體實現(xiàn)細節(jié)，則也由DBMS完成，用戶不必關心。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBase Management System，簡稱DBMS），在它的控制和幫助下，用戶可以建立、使用、修改和維護數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)各模式間關系 由于一個數(shù)據(jù)庫是采用上述的三個層結(jié)構(gòu)方式對其中的數(shù)據(jù)組織進行描述的，從而較好地保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨立性和物理獨立性，方便了用戶對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作使用，減少了數(shù)據(jù)冗余。【3】物理層數(shù)據(jù)模式，又稱為內(nèi)模式或物理模式。〈3〉數(shù)據(jù)能夠被較好地共享。而無需了解整體數(shù)據(jù)模式或數(shù)據(jù)的存儲組織結(jié)構(gòu)，從而是用戶接口變得簡單?！?】用戶層數(shù)據(jù)模式，又稱為外模式或子模式，它是對以用戶為對象使用數(shù)據(jù)庫所涉及到的所有數(shù)據(jù)局部邏輯結(jié)構(gòu)的描述。這里需要說明的是，這種描述僅僅是一種邏輯組織結(jié)構(gòu)的描述，是面向用戶需要而提出的。 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 在上一小節(jié)，我們介紹了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所涉及的三個基本成分以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所應具有的五個特點，在這一小節(jié)中，我們將略為詳盡地介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要組成之一，數(shù)據(jù)庫的有關知識?！?〉故障的發(fā)現(xiàn)與恢復 由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在運行過程中很難保證不產(chǎn)生故障、出現(xiàn)意義或受到破壞，而且往往這些情況的發(fā)生的時間都是隨機的，如斷電、用戶誤操作等，而重建一個數(shù)據(jù)庫往往要花費很大的精力和代價，有時甚至是不可能的，因此數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應提供應急保護設施，一旦系統(tǒng)的軟硬件發(fā)生故障或用戶誤操作導致系統(tǒng)異常時，系統(tǒng)應能夠以盡量小的代價，盡快地恢復數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和系統(tǒng)的正常運行。如若用兩位阿拉伯數(shù)字來表示月份，在輸入14來代表月份時顯然是無效的。并不是每個用戶都能夠存取數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)的，負責人和全體工作人員允許掌握的數(shù)據(jù)范圍顯然是有區(qū)別的，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)把各用戶存取數(shù)據(jù)的權利分成若干等級，如教學人員作為一個用戶可以登錄學生的成績，而學生作為一個用戶則僅可以查閱成績而無法對它進行修改或刪除。如果數(shù)據(jù)不能共享，數(shù)據(jù)庫中則必然會出現(xiàn)大量的冗余數(shù)據(jù)，這樣不僅造成存儲空間的浪費，更主要的是由此可能帶來數(shù)據(jù)不一致的隱患。因此數(shù)據(jù)物理組織的變化，不會影響數(shù)據(jù)的邏輯組織，因而也就不會影響已有的應用程序，這種情況就被稱為數(shù)據(jù)的物理獨立性；而數(shù)據(jù)的邏輯獨立性是指當數(shù)據(jù)的邏輯組織發(fā)生變化時，如數(shù)據(jù)模型中增加了新的記