数据库技术及应用

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1、返回返回1返回返回2返回返回3返回返回4返回返回5参考书目参考书目1.萨师煊，王珊萨师煊，王珊.数据库系统概论（第三版）数据库系统概论（第三版）.北京：高等教育出北京：高等教育出版社，版社，20012.李昭原李昭原.数据库原理与应用数据库原理与应用.北京：科学出版社，北京：科学出版社，20003.张健沛张健沛.数据库原理及应用系统开发数据库原理及应用系统开发.北京：中国水利水电出版北京：中国水利水电出版社，社，19994.王珊，陈红王珊，陈红.数据库系统原理教程数据库系统原理教程.北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，19995.（美）（美）Philip J.Pratt，Jose J.A

2、damski.陆洪毅，杨文波，程陆洪毅，杨文波，程华等译华等译.数据库管理系统基础数据库管理系统基础.北京：机械工业出版社北京：机械工业出版社.19996.Abraham Silberschatz，Henry F.Korth，S.Sudarshan.杨冬杨冬青，唐世渭等译青，唐世渭等译.数据库系统概念数据库系统概念.北京：机械工业出版社北京：机械工业出版社.20007.Hector Garcia-Molina，Jeffrey D.Ullman，Jennifer Widom.杨冬青，唐世渭，徐其钧等译杨冬青，唐世渭，徐其钧等译.数据库系统实现数据库系统实现.北京：机械北京：机械工业出版社，工业出

3、版社，2001返回返回6上机实验内容：1。MS ACCESS 2。使用多种检索方法找资料，完成考核课程考核课程考核:返回返回7 第第1 1章章 数据库系统概述数据库系统概述返回返回8本章概要本章概要 在本章中，首先介绍数据库中有关的主要概念，在本章中，首先介绍数据库中有关的主要概念，然后回顾数据管理技术的三个发展阶段。然后回顾数据管理技术的三个发展阶段。要求了解数据库的三个发展阶段及各阶段的主要求了解数据库的三个发展阶段及各阶段的主要特点，掌握数据库中的有关的基本概念、数要特点，掌握数据库中的有关的基本概念、数据库系统的组成及各部分的主要功能。据库系统的组成及各部分的主要功能。重点掌握实体、属

4、性定义和实体型之间的联系重点掌握实体、属性定义和实体型之间的联系类型及特点。类型及特点。了解三种数据模型的特点及区别，为后面各章了解三种数据模型的特点及区别，为后面各章的学习打下基础。的学习打下基础。了解面向对象数据模型的基本特征。了解面向对象数据模型的基本特征。返回返回91.1 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理1.1.1 数据与信息数据与信息 在数据处理中，我们最常用到的基本概念就是在数据处理中，我们最常用到的基本概念就是数据数据和和信息信息，信息与数据有着不同的含义。，信息与数据有着不同的含义。1.1.1.1 信息（信息（Information）1.信息的定义信息的定义 信息是关于

5、现实世界事物的存在方式或运动状态的反信息是关于现实世界事物的存在方式或运动状态的反映的综合，具体说是一种被加工为映的综合，具体说是一种被加工为特定形式的数据特定形式的数据，但这种数据形式对接收者来说是有意义的，而且对当但这种数据形式对接收者来说是有意义的，而且对当前和将来的决策具有明显的或实际的价值。前和将来的决策具有明显的或实际的价值。如如“2000年硕士研究生将扩招年硕士研究生将扩招30%”，对接受者有意义，对接受者有意义，使接受者据此作出决策。使接受者据此作出决策。返回返回102.信息的特征信息的特征 信息源于信息源于物质物质和和能量能量，它不可能脱离物质而存在，信息，它不可能脱离物质而

6、存在，信息的传递需要物质载体，信息的获取和传递要消耗能量。的传递需要物质载体，信息的获取和传递要消耗能量。v 如信息可以通过报纸、电台、电视、计算机网络进行传递。信息是信息是可以感知的可以感知的，人类对客观事物的感知，可以通过，人类对客观事物的感知，可以通过感觉器官，也可以通过各种仪器仪表和传感器等，不同感觉器官，也可以通过各种仪器仪表和传感器等，不同的信息源有不同的感知形式。的信息源有不同的感知形式。v 如报纸上刊登的信息通过视觉器官感知，电台中广播的信息通过听觉器官感知。信息是可信息是可存储存储、加工加工、传递传递和和再生再生的。动物用大脑存储的。动物用大脑存储信息，叫做记忆。计算机存储器

7、、录音、录像等技术的信息，叫做记忆。计算机存储器、录音、录像等技术的发展，进一步扩大了信息存储的范围。借助计算机，还发展，进一步扩大了信息存储的范围。借助计算机，还可对收集到的信息进行取舍整理。可对收集到的信息进行取舍整理。返回返回111.1.1.2 数据数据(Data)1.数据的定义数据的定义 数据是用来记录信息的可识别的符号，是信息数据是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式。的具体表现形式。2.数据的表现形式数据的表现形式可用可用多种多种不同的数据形式表示同一信息，而信不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形式的不同而改变。息不随数据形式的不同而改变。v如“2000年硕士研

8、究生将扩招30%”，其中的数据可改为汉字形式“两千年”、“百分之三十”。数据的概念在数据处理领域中已大大地拓宽了，数据的概念在数据处理领域中已大大地拓宽了，其表现形式不仅包括其表现形式不仅包括数字数字和和文字文字，还包括，还包括图形图形、图象图象、声音声音等。这些数据可以记录在纸上，也等。这些数据可以记录在纸上，也可记录在各种存储器中。可记录在各种存储器中。返回返回121.1.1.3 数据与信息的联系数据与信息的联系 数据是信息的符号表示或载体，信息则是数据的内涵，数据是信息的符号表示或载体，信息则是数据的内涵，是对数据的语义解释。是对数据的语义解释。v 如上例中的数据2000、30%被赋予了

9、特定的语义，它们就具有了传递信息的功能。1.1.2 数据处理数据处理 数据处理是将数据处理是将数据数据转换成转换成信息信息的过程，包括对数据的收的过程，包括对数据的收集、存储、加工、检索、传输等一系列活动。其目的是集、存储、加工、检索、传输等一系列活动。其目的是从大量的原始数据中抽取和推导出有价值的信息，作为从大量的原始数据中抽取和推导出有价值的信息，作为决策的依据。决策的依据。可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系：可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系：信息信息=数据数据+数据处理数据处理 数据是原料，是输入，而信息是产出，是输出结果。数据是原料，是输入，而信息是产出，是输出结

10、果。“信息处理信息处理”的真正含义应该是为了产生信息而处理数的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。据。返回返回131.2 数据库技术的产生、发展与研究领域数据库技术的产生、发展与研究领域1.2.1 数据库技术的产生与发展数据库技术的产生与发展 数据处理的中心问题是数据处理的中心问题是数据管理。数据管理。数据管理是指对数据的数据管理是指对数据的组织组织、分类分类、编码编码、存储存储、检检索索和和维护维护。随着计算机硬件和软件的发展，数据管理经历了随着计算机硬件和软件的发展，数据管理经历了人工人工管理管理、文件系统文件系统和和数据库系统数据库系统三个发展阶段。三个发展阶段。1.2.1.1 人工管

11、理阶段（人工管理阶段（50年代中期以前）年代中期以前）这一阶段计算机主要用于这一阶段计算机主要用于科学计算科学计算。硬件中的外存只有卡片、纸带、磁带，没有磁盘等直硬件中的外存只有卡片、纸带、磁带，没有磁盘等直接存取设备。接存取设备。软件只有汇编语言，没有操作系统和管理数据的软件。软件只有汇编语言，没有操作系统和管理数据的软件。数据处理的方式基本上是数据处理的方式基本上是批处理批处理。返回返回14人工管理阶段的特点如下：人工管理阶段的特点如下：1.数据不保存数据不保存 因为当时计算机主要用于科学计算，对于数据保存的因为当时计算机主要用于科学计算，对于数据保存的需求尚不迫切。需求尚不迫切。2.系统

12、没有专用的软件对数据进行管理系统没有专用的软件对数据进行管理 每个应用程序都要包括数据的存储结构、存取方法、每个应用程序都要包括数据的存储结构、存取方法、输入方式等，程序员编写应用程序时，还要安排数据输入方式等，程序员编写应用程序时，还要安排数据的物理存储，因此程序员负担很重。的物理存储，因此程序员负担很重。3.数据不共享数据不共享 数据是面向程序的，一组数据只能对应一个程序。数据是面向程序的，一组数据只能对应一个程序。多个应用程序涉及某些相同的数据时，也必须各自定多个应用程序涉及某些相同的数据时，也必须各自定义，因此程序之间有大量的冗余数据。义，因此程序之间有大量的冗余数据。返回返回154.

13、数据不具有独立性数据不具有独立性 程序依赖于数据，如果数据的类型、格式、或输入输程序依赖于数据，如果数据的类型、格式、或输入输出方式等逻辑结构或物理结构发生变化，必须对应用出方式等逻辑结构或物理结构发生变化，必须对应用程序做出相应的修改。程序做出相应的修改。在人工管理阶段，程序与数据之间的关系可用图在人工管理阶段，程序与数据之间的关系可用图1.1表示。表示。应用程序1数据集1应用程序2数据集2数据集3应用程序3 图图1.1 人工管理阶段人工管理阶段返回返回161.2.1.2 文件系统阶段（文件系统阶段（50年代后期至年代后期至60年代中期）年代中期）这一阶段，计算机不仅用于科学计算，还大量这一

14、阶段，计算机不仅用于科学计算，还大量用于信息管理。用于信息管理。大量的数据存储、检索和维护成为紧迫的需求。大量的数据存储、检索和维护成为紧迫的需求。硬件有了磁盘、磁鼓等直接存储设备。硬件有了磁盘、磁鼓等直接存储设备。在软件方面，出现了高级语言和操作系统。在软件方面，出现了高级语言和操作系统。操作系统中有了专门管理数据的软件，一般称操作系统中有了专门管理数据的软件，一般称为文件系统。为文件系统。处理方式有批处理，也有联机处理。处理方式有批处理，也有联机处理。返回返回17文件管理数据的特点如下：文件管理数据的特点如下：1.数据以文件形式可长期保存下来数据以文件形式可长期保存下来 用户可随时对文件进

15、行查询、修改和增删等处理。用户可随时对文件进行查询、修改和增删等处理。2.文件系统可对数据的存取进行管理文件系统可对数据的存取进行管理 程序员只与文件名打交道，不必明确数据的物理存储，程序员只与文件名打交道，不必明确数据的物理存储，大大减轻了程序员的负担。大大减轻了程序员的负担。3.文件形式多样化文件形式多样化 有顺序文件、倒排文件、索引文件等，因而对文件的有顺序文件、倒排文件、索引文件等，因而对文件的记录可顺序访问，也可随机访问，更便于存储和查找记录可顺序访问，也可随机访问，更便于存储和查找数据。数据。4.程序与数据间有一定独立性程序与数据间有一定独立性 由专门的软件即文件系统进行数据管理，

16、程序和数据由专门的软件即文件系统进行数据管理，程序和数据间由软件提供的存取方法进行转换，数据存储发生变间由软件提供的存取方法进行转换，数据存储发生变化不一定影响程序的运行。化不一定影响程序的运行。返回返回18在文件系统阶段，程序与数据之间的关系可用图在文件系统阶段，程序与数据之间的关系可用图1.2表示。表示。文件n应用程序1应用程序2应用程序n文件1文件2文 件系 统 图图1.2 文件系统阶段文件系统阶段 返回返回19与人工管理阶段相比，文件系统阶段对数据的管理有了与人工管理阶段相比，文件系统阶段对数据的管理有了很大的进步，但一些很大的进步，但一些根本性问题根本性问题仍没有彻底解决，主要仍没有

17、彻底解决，主要表现在以下三方面：表现在以下三方面：1.数据冗余度大数据冗余度大各数据文件之间没有有机的联系，一个文件基本上对应各数据文件之间没有有机的联系，一个文件基本上对应于一个应用程序，数据不能共享。于一个应用程序，数据不能共享。2.数据独立性低数据独立性低数据和程序相互依赖，一旦改变数据的逻辑结构，必须数据和程序相互依赖，一旦改变数据的逻辑结构，必须修改相应的应用程序。修改相应的应用程序。而应用程序发生变化，如改用另一种程序设计语言来编而应用程序发生变化，如改用另一种程序设计语言来编写程序，也需修改数据结构。写程序，也需修改数据结构。3.数据一致性差数据一致性差由于相同数据的重复存储、各

18、自管理，在进行更新操作由于相同数据的重复存储、各自管理，在进行更新操作时，容易造成数据的不一致性。时，容易造成数据的不一致性。返回返回201.2.1.3数据库系统阶段（数据库系统阶段（60年代末开始）年代末开始）60年代后期，计算机应用于管理的规模更加庞年代后期，计算机应用于管理的规模更加庞大，数据量急剧增加；大，数据量急剧增加；硬件方面出现了大容量磁盘，使计算机联机存硬件方面出现了大容量磁盘，使计算机联机存取大量数据成为可能；取大量数据成为可能；硬件价格下降，而软件价格上升，使开发和维硬件价格下降，而软件价格上升，使开发和维护系统软件的成本增加。护系统软件的成本增加。文件系统的数据管理方法已

19、无法适应开发应用文件系统的数据管理方法已无法适应开发应用系统的的需要。系统的的需要。为解决多用户、多个应用程序共享数据的需求，为解决多用户、多个应用程序共享数据的需求，出现了统一管理数据的专门软件系统，即出现了统一管理数据的专门软件系统，即数据数据库管理系统库管理系统。返回返回21数据库系统管理数据的特点如下：数据库系统管理数据的特点如下：1.数据共享性高、冗余少数据共享性高、冗余少 这是数据库系统阶段的最大改进，数据不再面向某个这是数据库系统阶段的最大改进，数据不再面向某个应用程序而是面向整个系统，当前所有用户可同时存应用程序而是面向整个系统，当前所有用户可同时存取库中的数据。取库中的数据。

20、这样便减少了不必要的数据冗余，节约存储空间，同这样便减少了不必要的数据冗余，节约存储空间，同时也避免了数据之间的不相容性与不一致性。时也避免了数据之间的不相容性与不一致性。2.数据结构化数据结构化 按照某种数据模型，将全组织的各种数据组织到一个按照某种数据模型，将全组织的各种数据组织到一个结构化的数据库中，整个组织的数据不是一盘散沙，结构化的数据库中，整个组织的数据不是一盘散沙，可表示出数据之间的有机关联。可表示出数据之间的有机关联。返回返回22例：要建立例：要建立学生成绩管理系统学生成绩管理系统，系统包含，系统包含学生学生（学号、姓名、性别、系别、年龄）、（学号、姓名、性别、系别、年龄）、课

21、程课程（课程号、课程名）、（课程号、课程名）、成绩成绩（学号、课程号、（学号、课程号、成绩）等数据，分别对应三个文件。成绩）等数据，分别对应三个文件。若采用文件处理方式，因为文件系统只表示记若采用文件处理方式，因为文件系统只表示记录内部的联系，而不涉及不同文件记录之间的录内部的联系，而不涉及不同文件记录之间的联系，要想查找某个学生的学号、姓名、所选联系，要想查找某个学生的学号、姓名、所选课程的名称和成绩，必须编写一段不很简单的课程的名称和成绩，必须编写一段不很简单的程序来实现。程序来实现。而采用数据库方式，数据库系统不仅描述数据而采用数据库方式，数据库系统不仅描述数据本身，还描述数据之间的联系

22、，上述查询可以本身，还描述数据之间的联系，上述查询可以非常容易地联机查到。非常容易地联机查到。返回返回233.数据独立性高数据独立性高 数据的独立性是指逻辑独立性和物理独立性。数据的独立性是指逻辑独立性和物理独立性。数据的数据的逻辑独立性逻辑独立性是指当数据的总体逻辑结构改变时，是指当数据的总体逻辑结构改变时，数据的局部逻辑结构不变，由于应用程序是依据数据数据的局部逻辑结构不变，由于应用程序是依据数据的局部逻辑结构编写的，所以应用程序不必须修改，的局部逻辑结构编写的，所以应用程序不必须修改，从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。v 例如，在原有的记录类型之间增

23、加新的联系，或在某些记录类型中增加新的数据项，均可确保数据的逻辑独立性。数据的数据的物理独立性物理独立性是指当数据的存储结构改变时，数是指当数据的存储结构改变时，数据的逻辑结构不变，从而应用程序也不必改变。据的逻辑结构不变，从而应用程序也不必改变。v 例如，改变存储设备和增加新的存储设备，或改变数据的存储组织方式，均可确保数据的物理独立性。返回返回244.有统一的数据控制功能有统一的数据控制功能 数据库为多个用户和应用程序所共享，对数据的存取数据库为多个用户和应用程序所共享，对数据的存取往往是并发的，即多个用户可以同时存取数据库中的往往是并发的，即多个用户可以同时存取数据库中的数据，甚至可以同

24、时存取数据库中的同一个数据，为数据，甚至可以同时存取数据库中的同一个数据，为确保数据库数据的正确有效和数据库系统的有效运行，确保数据库数据的正确有效和数据库系统的有效运行，数据库管理系统提供下述四方面的数据库管理系统提供下述四方面的数据控制功能数据控制功能。（1）数据的安全性（）数据的安全性（security）控制）控制：防止不合法使用：防止不合法使用数据造成数据的泄露和破坏，保证数据的安全和机密；数据造成数据的泄露和破坏，保证数据的安全和机密；v 例如，系统提供口令检查或其他手段来验证用户身份，防止非法用户使用系统；也可以对数据的存取权限进行限制，只有通过检查后才能执行相应的操作。（2）数据

25、的完整性）数据的完整性(integrity)控制控制：系统通过设置一些：系统通过设置一些完整性规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。完整性规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。返回返回25v正确性是指数据的合法性，如年龄属于数值型数据，只能含0,1,9，不能含字母或特殊符号；v有效性是指数据是否在其定义的有效范围，如月份只能用112之间的正整数表示；v相容性是指表示同一事实的两个数据应相同，否则就不相容，如一个人不能有两个性别。（3）并发（）并发（concurrency）控制）控制：多用户同时存：多用户同时存取或修改数据库时，防止相互干扰而提供给用取或修改数据库时，防止相互干扰而提供给用户

26、不正确的数据，并使数据库受到破坏。户不正确的数据，并使数据库受到破坏。返回返回26（4）数据恢复（）数据恢复（recovery）：当数据库被破坏或数据不：当数据库被破坏或数据不可靠时，系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近可靠时，系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的正确状态。某一时刻的正确状态。数据库系统阶段，程序与数据之间的关系可用图数据库系统阶段，程序与数据之间的关系可用图1.3表表示。示。图图1.3 数据库系统阶段数据库系统阶段应用程序1应用程序2应用程序n数据库数 据 库管理系统返回返回27从文件系统管理发展到数据库系统管理是信息从文件系统管理发展到数据库系统管理是信息处理

27、领域的一个重大变化。处理领域的一个重大变化。在文件系统阶段，人们关注的是在文件系统阶段，人们关注的是系统功能的设系统功能的设计计，因此程序设计处于主导地位，数据服从于，因此程序设计处于主导地位，数据服从于程序设计；程序设计；而在数据库系统阶段，而在数据库系统阶段，数据的结构设计数据的结构设计成为信成为信息系统首先关心的问题。息系统首先关心的问题。数据库技术经历了以上三个阶段的发展，已有数据库技术经历了以上三个阶段的发展，已有了比较成熟的数据库技术，但随着计算机软硬了比较成熟的数据库技术，但随着计算机软硬件的发展，数据库技术仍需不断向前发展。件的发展，数据库技术仍需不断向前发展。返回返回281.

28、2.2 数据库技术的研究领域数据库技术的研究领域数据库学科的研究范围主要包括以下三个领域数据库学科的研究范围主要包括以下三个领域:1.数据库管理系统软件的研制数据库管理系统软件的研制 DBMS是数据库系统的基础。是数据库系统的基础。v DBMS 的研制包括研制 DBMS 本身及以 DBMS 为核心的一组相互联系的软件系统，包括工具软件和中间件。v 研制的目标是提高系统的性能和提高用户的生产率。2.数据库设计数据库设计 数据库设计的研究范围包括：数据库设计的研究范围包括：v 数据库的设计方法、设计工具和设计理论的研究，v 数据模型和数据建模的研究，v 计算机辅助数据库设计及其软件系统的研究，v

29、数据库设计规范和标准的研究等。返回返回293.数据库理论数据库理论数据库理论的研究主要集中于数据库理论的研究主要集中于关系规范化理论关系规范化理论、关系数据理论关系数据理论等。等。近年来，随着人工智能与数据库理论的结合以近年来，随着人工智能与数据库理论的结合以及并行计算技术的发展，数据库逻辑演绎和知及并行计算技术的发展，数据库逻辑演绎和知识推理、并行算法等都成为新的研究方向。识推理、并行算法等都成为新的研究方向。随着数据库应用领域的不断扩展，计算机技术随着数据库应用领域的不断扩展，计算机技术的迅猛发展，数据库技术与人工智能技术、网的迅猛发展，数据库技术与人工智能技术、网络通信技术、并行计算技术

30、等到相互渗透、相络通信技术、并行计算技术等到相互渗透、相互结合，使数据库技术不断涌现新的研究方向。互结合，使数据库技术不断涌现新的研究方向。返回返回301.3 数据库系统的组成和结构数据库系统的组成和结构1.3.1 数据库系统的组成数据库系统的组成 数据库系统通常是指数据库和相应的软硬件系统。主数据库系统通常是指数据库和相应的软硬件系统。主要由要由数据（库）数据（库）、用户用户、软件软件和和硬件硬件四部分组成。四部分组成。1.3.1.1 数据（库）数据（库）数据库是长期存储在计算机内有组织的共享的数据的数据库是长期存储在计算机内有组织的共享的数据的集合。集合。它可以供用户共享，具有尽可能小的冗

31、余度和较高的它可以供用户共享，具有尽可能小的冗余度和较高的数据独立性，使得数据存储最优，数据最容易操作，数据独立性，使得数据存储最优，数据最容易操作，并且具有完善的自我保护能力和数据恢复能力。并且具有完善的自我保护能力和数据恢复能力。返回返回31数据库特点如下：数据库特点如下：1.集成性：集成性：把某特定应用环境中的各种应用相关的数据把某特定应用环境中的各种应用相关的数据及其数据之间的联系全部地集中地并按照一定的结构及其数据之间的联系全部地集中地并按照一定的结构形式进行存储，或者说，把数据库看成为若干个单个形式进行存储，或者说，把数据库看成为若干个单个性质不同的数据文件的联合和统一的数据整体。

32、性质不同的数据文件的联合和统一的数据整体。2.共享性：共享性：数据库中的一块块数据可为多个不同的用户数据库中的一块块数据可为多个不同的用户所共享，即多个不同的用户，使用多种不同的语言，所共享，即多个不同的用户，使用多种不同的语言，为了不同的应用目的，而同时存取数据库，甚至同时为了不同的应用目的，而同时存取数据库，甚至同时存取同一块数据，即存取同一块数据，即多用户系统多用户系统。返回返回321.3.1.2 用户用户 用户是指使用数据库的人，即对数据库的用户是指使用数据库的人，即对数据库的存储存储、维护维护和和检索检索等操作。等操作。用户分为三类：用户分为三类：1.第一类用户，第一类用户，终端用户

33、（终端用户（End User）v 主要是使用数据库的各级管理人员、工程技术人员、科研人员，一般为非计算机专业人员；2.第二类用户，第二类用户，应用程序员（应用程序员（Application Programmer）v 负责为终端用户设计和编制应用程序，以便终端用户对数据库进行存取操作。3.第三类用户，第三类用户，数据库管理员（数据库管理员（Dadabase Administrator，简称简称DBA）v DBA是指全面负责数据库系统的“管理、维护和正常使用的”人员，其职责如下：返回返回33（1）参与数据库设计的全过程，决定数据库的结构和内）参与数据库设计的全过程，决定数据库的结构和内容；容；（2

34、）定义数据的）定义数据的安全性安全性和和完整性完整性，负责分配用户对数据，负责分配用户对数据库的库的使用权限使用权限和和口令管理口令管理；（3）监督控制数据库的使用和运行，改进和重新构造数）监督控制数据库的使用和运行，改进和重新构造数据库系统。当数据库受到破坏时，应负责据库系统。当数据库受到破坏时，应负责恢复数据库恢复数据库；当数据库的结构需要改变时，完成当数据库的结构需要改变时，完成对数据结构的修改对数据结构的修改。DBA不仅要有较高的技术专长和较深的资历，并应具不仅要有较高的技术专长和较深的资历，并应具有了解和阐明管理要求的能力。有了解和阐明管理要求的能力。特别对于大型数据库系统，特别对于

35、大型数据库系统，DBA极为重要。对于常见极为重要。对于常见的微机数据库系统，通常只有一个用户，常常不设的微机数据库系统，通常只有一个用户，常常不设DBA，DBA的职责由应用程序员或终端用户代替。的职责由应用程序员或终端用户代替。返回返回341.3.1.3 软件软件(Software)负责数据库存取、维护和管理的软件系统，即数据库负责数据库存取、维护和管理的软件系统，即数据库管理系统（管理系统（Data Base Management System，简称，简称DBMS），），数据库系统的各类人员对数据库的各种操作请求，都数据库系统的各类人员对数据库的各种操作请求，都由由DBMS完成，完成，DBM

36、S是数据库系统的核心软件。是数据库系统的核心软件。1.3.1.4硬件（硬件（Hardware）存储和运行数据库系统的硬件设备。存储和运行数据库系统的硬件设备。包括包括CPU、内存、大容量的存储设备、外部设备等。、内存、大容量的存储设备、外部设备等。返回返回35数据库系统层次结构图如下图数据库系统层次结构图如下图由上图看出：由上图看出：DBMS在操作系统（在操作系统（OS）的支持下工作，）的支持下工作，应用程序在应用程序在DBMS支持下才能使用数据库。支持下才能使用数据库。返回返回361.3.2 数据库系统的结构数据库系统的结构 可以从多种不同的角度考查数据库系统的结构。可以从多种不同的角度考查

37、数据库系统的结构。v 从数据库管理系统的角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，这是数据库系统内部的体系结构；v 从数据库最终用户的角度看，数据库系统的结构分为集中式结构、分布式结构和客户/服务器结构，这是数据库系统外部的体系结构。1.3.2.1 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 模式（模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。征的描述。v 例如：学生记录定义为（学号、姓名、性别、系别、年龄），称为记录型，v 而（001101，张立，男，计算机，20）则是该记录型的一个记录值。v 模式只是对记录型的描述，而与具体的值无关。返

38、回返回37 在数据库系统中，对于同一意义下的数据，如：学生在数据库系统中，对于同一意义下的数据，如：学生数据，从计算机中处理的二进制表示到用户处理的诸数据，从计算机中处理的二进制表示到用户处理的诸如学生姓名、年龄等概念的数据之间，存在着许多抽如学生姓名、年龄等概念的数据之间，存在着许多抽象和转换。象和转换。通常通常DBMS把数据库从逻辑上分为三级，即把数据库从逻辑上分为三级，即外模式外模式、模式模式和和内模式内模式，它们分别反映了看待数据库的三个角，它们分别反映了看待数据库的三个角度。三级模式结构如图度。三级模式结构如图 1.5 所示。所示。返回返回38应用1应用2应用n子模式1子模式m子模式

39、/模式映象模式模式/内模式映象内模式数据库 图图 1.5 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 返回返回391.模式模式 模式（模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，又称征的描述，又称概念模式概念模式或或概念视图概念视图。视图视图可理解为可理解为一组记录的值，用户或程序员看到和使用的数据库的一组记录的值，用户或程序员看到和使用的数据库的内容。内容。模式处于三级结构的中间层，它是整个数据库实际存模式处于三级结构的中间层，它是整个数据库实际存储的抽象表示，也是对现实世界的一个抽象，是现实储的抽象表示，也是对现实世界的一个抽象，是

40、现实世界某应用环境（企业或单位）的所有信息内容集合世界某应用环境（企业或单位）的所有信息内容集合的表示，也是所有个别用户视图综合起来的结果，所的表示，也是所有个别用户视图综合起来的结果，所以又称以又称用户共同视图用户共同视图。它表示了数据库的整体数据。它表示了数据库的整体数据。由多个由多个“概念记录概念记录”组成，包含数据库的所有信息，组成，包含数据库的所有信息，也称也称“概念数据库概念数据库”、“DBA视图视图”。DBMS 提供模式描述语言（模式提供模式描述语言（模式 DDL）来定义模式。）来定义模式。返回返回402.外模式外模式 又称又称子模式子模式或或用户模式用户模式或或外视图外视图，是

41、三级结构的最外，是三级结构的最外层，个别用户只对整个数据库的一部分感兴趣，所以层，个别用户只对整个数据库的一部分感兴趣，所以外视图是个别用户看到和使用的数据库内容，因此也外视图是个别用户看到和使用的数据库内容，因此也常把外视图称为用户数据库。常把外视图称为用户数据库。它由多种外记录值构成，这些记录值是概念视图的某它由多种外记录值构成，这些记录值是概念视图的某一部分的抽象表示。即个别用户看到和使用的数据库一部分的抽象表示。即个别用户看到和使用的数据库内容，也称内容，也称“用户用户DB”。由多个由多个“外记录值外记录值”组成，是概念视图的某一部分的组成，是概念视图的某一部分的抽象表示。抽象表示。从

42、逻辑关系上看，外模式包含于概念模式。从逻辑关系上看，外模式包含于概念模式。DBMS 提供子模式描述语言（子模式提供子模式描述语言（子模式 DDL）来定义子）来定义子模式。模式。返回返回413.内模式内模式 又称又称存储模式存储模式或或内视图内视图，是三级结构中的最内层，也，是三级结构中的最内层，也是靠近物理存储的一层，即与实际存储数据方式有关是靠近物理存储的一层，即与实际存储数据方式有关的一层，由多个存储记录组成，但并非物理层，不必的一层，由多个存储记录组成，但并非物理层，不必关心具体的存储位置。关心具体的存储位置。DBMS 提供内模式描述语言（内模式提供内模式描述语言（内模式 DDL）来定义

43、内）来定义内模式。模式。在数据库系统中，外模式可有多个，而概念模式、内在数据库系统中，外模式可有多个，而概念模式、内模式只能各有一个。模式只能各有一个。内模式是整个数据库实际存储的表示，而概念模式是内模式是整个数据库实际存储的表示，而概念模式是整个数据库实际存储的抽象表示，外模式是概念模式整个数据库实际存储的抽象表示，外模式是概念模式的某一部分的抽象表示。的某一部分的抽象表示。返回返回424.三级结构的优点三级结构的优点（1）保证数据的独立性。）保证数据的独立性。v 将模式和内模式分开，保证了数据的物理独立性；v 将外模式和模式分开，保证了数据的逻辑独立性。（2）简化了用户接口。）简化了用户接

44、口。v 按照外模式编写应用程序或敲入命令，而不需了解数据库内部的存储结构，方便用户使用系统。（3）有利于数据共享。）有利于数据共享。v 在不同的外模式下可有多个用户共享系统中数据，减少了数据冗余。（4）利于数据的安全保密。）利于数据的安全保密。v 在外模式下根据要求进行操作，不能对限定的数据操作，保证了其他数据的安全。返回返回431.3.2.2 数据库系统的二级映象数据库系统的二级映象数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，它使用户能逻辑地抽象地处理数据，而不别，它使用户能逻辑地抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机内部的存储方式，把数据必关心数据在

45、计算机内部的存储方式，把数据的具体组织交给的具体组织交给 DBMS 管理。管理。为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，转换，DBMS 在三级模式之间提供了在三级模式之间提供了二级映象二级映象功能。功能。返回返回441.模式模式/内模式映象内模式映象数据库中的模式和内模式都只有一个，所以模数据库中的模式和内模式都只有一个，所以模式式/内模式映象是唯一的。内模式映象是唯一的。它确定了数据的全局逻辑结构与存储结构之间它确定了数据的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。的对应关系。v例如，存储结构变化时，模式/内模式映象也应有相应的变化，使其概念模式仍保

46、持不变，即把存储结构的变化的影响限制在概念模式之下，这使数据的存储结构和存储方法较高的独立于应用程序，通过映象功能保证数据存储结构的变化不影响数据的全局逻辑结构的改变，从而不必修改应用程序，即确保了数据的物理独立性。返回返回452.外模式外模式/模式映象模式映象数据库中的同一模式可以有任意多个外模式，数据库中的同一模式可以有任意多个外模式，对于每一个外模式，都存在一个外模式对于每一个外模式，都存在一个外模式/模式模式映象。映象。它确定了数据的局部逻辑结构与全局逻辑结构它确定了数据的局部逻辑结构与全局逻辑结构之间的对应关系。之间的对应关系。v例如，在原有的记录类型之间增加新的联系，或在某些记录类

47、型中增加新的数据项时，使数据的总体逻辑结构改变，外模式/模式映象也发生相应的变化，v这一映象功能保证了数据的局部逻辑结构不变，由于应用程序是依据数据的局部逻辑结构编写的，所以应用程序不必须修改，从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。返回返回461.4 数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）数据库管理系统是对数据进行管理的大型系统数据库管理系统是对数据进行管理的大型系统软件，它是数据库系统的软件，它是数据库系统的核心核心组成部分，组成部分，用户在数据库系统中的一切操作，包括数据定用户在数据库系统中的一切操作，包括数据定义、查询、更新及各种控制，都是通过义、查询、更新及各种控制，都是通过DBMS

48、进行的。进行的。DBMS就是实现把用户意义下的抽象的逻辑数就是实现把用户意义下的抽象的逻辑数据处理转换成计算机中的具体的物理数据的处据处理转换成计算机中的具体的物理数据的处理软件，这给用户带来很大的方便。理软件，这给用户带来很大的方便。返回返回471.4.1 DBMS的主要功能的主要功能 1.数据定义数据定义 DBMS提供数据定义语言提供数据定义语言DDL（Data Define Language），定义数据的模式、外模式和内模式三级），定义数据的模式、外模式和内模式三级模式结构，定义模式模式结构，定义模式/内模式和外模式内模式和外模式/模式二级映象，模式二级映象，定义有关的约束条件，定义有关

49、的约束条件，v 例如，为保证数据库安全而定义的用户口令和存取权限，为保证正确语义而定义完整性规则。2.数据操纵数据操纵 DBMS提供数据操纵语言提供数据操纵语言DML（Data Manipulation Language）实现对数据库的基本操作，包括检索、插）实现对数据库的基本操作，包括检索、插入、修改、删除等。入、修改、删除等。SQL语言就是语言就是DML的一种。的一种。返回返回483.数据库运行管理数据库运行管理 DBMS 对数据库的控制主要通过四个方面实现：对数据库的控制主要通过四个方面实现：v 数据的安全性控制v 数据的完整性控制v 多用户环境下的并发控制v 数据库的恢复v 以确保数据

50、正确有效和数据库系统的正常运行。4.数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能v 包括数据库的初始数据的装入，v 数据库的转储、恢复、重组织，v 系统性能监视、分析等功能。5.数据通信数据通信 DBMS提供与其他软件系统进行通信的功能。提供与其他软件系统进行通信的功能。实现用户程序与实现用户程序与DBMS之间的通信，通常与操作系统之间的通信，通常与操作系统协调完成。协调完成。返回返回491.4.2 DBMS的组成的组成 DBMS是许多是许多“系统程序系统程序”所组成的一个集合。所组成的一个集合。每个程序都有自己的功能，共同完成每个程序都有自己的功能，共同完成DBMS的一件或的一件或几件工作。

51、几件工作。1.语言编译处理程序语言编译处理程序（1）数据定义语言）数据定义语言DDL及其编译程序及其编译程序v 它把用DDL编写的各级源模式编译成各级目标模式，这些目标模式是对数据库结构信息的描述，而不是数据本身，它们被保存在数据字典中，供以后数据操纵或数据控制时使用。（2）数据操纵语言）数据操纵语言DML及其编译程序，实现对数据库及其编译程序，实现对数据库的基本操作。的基本操作。DML有两类，有两类，v 一类是宿主型，嵌入在高级语言中，不能单独使用；v 另一类是自主型或自含型，可独立地交互使用。返回返回502.系统运行控制程序，系统运行控制程序，主要包括以下几部分：主要包括以下几部分：v系统

52、总控程序：是DBMS运行程序的核心，用于控制和协调各程序的活动；v安全性控制程序：防止未被授权的用户存取数据库中的数据；v完整性控制程序：检查完整性约束条件，确保进入数据库中的数据的正确性、有效性和相容性；v并发控制程序：协调多用户、多任务环境下各应用程序对数据库的并以操作，保证数据的一致性；v数据存取和更新程序：实施对数据库数据的检索、插入、修改、删除等操作；v通信控制程序：实现用户程序与DBMS间的通信。返回返回513.系统建立、维护程序，系统建立、维护程序，主要包括以下几部分：主要包括以下几部分：v装配程序：完成初始数据库的数据装入；v重组程序：当数据库系统性能变坏时（如查询速度变慢），

53、需要重新组织数据库，重新装入数据；v系统恢复程序：当数据库系统受到破坏时，将数据库系统恢复到以前某个正确的状态。4.数据字典数据字典（Data Dictionary，简称，简称DD）v用来描述数据库中有关信息的数据目录，v包括数据库的三级模式、数据类型、用户名、用户权限等有关数据库系统的信息，v起着系统状态的目录表的作用，v帮助用户、DBA、DBMS本身使用和管理数据库。返回返回521.4.3 DBMS的数据存取的过程的数据存取的过程 在数据库系统中，在数据库系统中，DBMS与操作系统、应用程序、硬与操作系统、应用程序、硬件等协同工作，共同完成数据各种存取操作，其中件等协同工作，共同完成数据各

54、种存取操作，其中DBMS起着关键的作用。起着关键的作用。DBMS对数据的存取通常需要以下四步：对数据的存取通常需要以下四步：v1.用户使用某种特定的数据操作语言向DBMS发出存取请求；v2.DBMS接受请求并解释；v3.DBMS依次检查外模式、外模式/模式映象、模式、模式/内模式映象及存储结构定义；v4.DBMS对存储数据库执行必要的存取操作；上述存取过程中还包括安全性控制、完整性控制，以上述存取过程中还包括安全性控制、完整性控制，以确保数据的正确性、有效性和一致性。确保数据的正确性、有效性和一致性。返回返回531.5 数据模型数据模型1.5.1 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 数据模型

55、数据模型是模型的一种，是现实世界数据特征的抽象。是模型的一种，是现实世界数据特征的抽象。数据模型通常由数据模型通常由数据结构数据结构、数据操作数据操作和和数据的约束条数据的约束条件件三个要素组成。三个要素组成。1.数据结构数据结构 数据结构用于描述系统的静态特性。数据结构用于描述系统的静态特性。数据结构是所研究的对象类型的集合，它是刻画一个数据结构是所研究的对象类型的集合，它是刻画一个数据模型性质最重要的方面。数据模型性质最重要的方面。在数据库系统中，人们通常按照其数据结构的类型来在数据库系统中，人们通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。命名数据模型。数据结构有数据结构有层次结构层次结构、网

56、状结构网状结构和和关系结构关系结构三种类型，三种类型，按照这三种结构命名的数据模型分别称为层次模型、按照这三种结构命名的数据模型分别称为层次模型、网状模型和关系模型。网状模型和关系模型。返回返回542.数据操作数据操作 数据操作用于描述系统的动态特性。数据操作用于描述系统的动态特性。数据操作是对数据库中各种数据操作的集合，包括操数据操作是对数据库中各种数据操作的集合，包括操作及相应的操作规则。作及相应的操作规则。v 如数据的检索、插入、删除和修改等。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作规则以数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作规则以及实现操作的语言。及实现操作的语言。3.数据的约束条件

57、数据的约束条件 数据的约束条件是一组完整性规则的集合。数据的约束条件是一组完整性规则的集合。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依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。数据模型还应该提供定义完整性约束条件的机制，以反映数据模型还应该提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。v 例如，在学生数据库中

58、，学生的年龄不得超过40岁。返回返回551.5.2 数据之间的联系数据之间的联系1.5.2.1 三个世界的划分三个世界的划分 由于计算机不能直接处理现实世界中的具体事物，所由于计算机不能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们必须将具体事物转换成计算机能够处理的数据。以人们必须将具体事物转换成计算机能够处理的数据。在数据库中用数据模型来抽象、表示和处理现实世界在数据库中用数据模型来抽象、表示和处理现实世界中的数据。中的数据。数据库即是模拟现实世界中某应用环境（一个企业、数据库即是模拟现实世界中某应用环境（一个企业、单位或部门）所涉及的数据的集合，它不仅要反映数单位或部门）所涉及的数据的集合，它不

59、仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的联系。据本身的内容，而且要反映数据之间的联系。这个集合或者包含了信息的一部分（用用户视图模这个集合或者包含了信息的一部分（用用户视图模拟），或者包含了信息的全部（用概念视图模拟），拟），或者包含了信息的全部（用概念视图模拟），而这种模拟是通过数据模型来进行的。而这种模拟是通过数据模型来进行的。返回返回56 为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，在实际的数据处理过程中，支持的数据模型，在实际的数据处理过程中，v 首先将现实世界的事物及联系抽象成信息世界的信息模型，v 然后再抽象成计算

60、机世界的数据模型。信息模型并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个信息模型并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个DBMS所支持的数据模型，它是计算机内部数据的抽所支持的数据模型，它是计算机内部数据的抽象表示，是概念模型；象表示，是概念模型；概念模型经过抽象，转换成计算机上某一概念模型经过抽象，转换成计算机上某一DBMS支持支持的数据模型。所以说，数据模型是现实世界的两级抽的数据模型。所以说，数据模型是现实世界的两级抽象的结果。象的结果。在数据处理中，数据加工经历了现实世界、信息世界在数据处理中，数据加工经历了现实世界、信息世界和计算机世界三个不同的世界，经历了两级抽象和转和计算机世界三个不同的世

61、界，经历了两级抽象和转换。这一过程如图换。这一过程如图1.6所示。所示。返回返回57图图1.6 数据处理的抽象和转换过程数据处理的抽象和转换过程现实世界信息世界认识抽象计算机世界返回返回581.5.1.2 信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念在信息世界中，常用的主要概念如下：在信息世界中，常用的主要概念如下：1.实体（实体（Entity）客观存在并且可以相互区别的客观存在并且可以相互区别的“事物事物”称为实体。称为实体。实体可以是可触及的对象，如一个学生，一本书，一辆实体可以是可触及的对象，如一个学生，一本书，一辆汽车；也可以是抽象的事件，如一堂课，一次比赛等。汽车；也可以是抽象的事件，如

62、一堂课，一次比赛等。2.属性属性(Attributes)实体的某一特性称为属性。实体的某一特性称为属性。v 如学生实体有学号、姓名、年龄、性别、系等方面的属性。v 属性有型和“值”之分，型即为属性名，如姓名、年龄、性别是属性的型；“值”即为属性的具体内容，如（990001,张立，20，男，计算机）这些属性值的集合表示了一个学生实体。返回返回593.实体型（实体型（Entity Type）若干个属性型组成的集合可以表示一个实体的类型，若干个属性型组成的集合可以表示一个实体的类型，简称实体型。简称实体型。v 如学生（学号，姓名，年龄，性别，系）就是一个实体型。4.实体集实体集(Entity Set

63、)同型实体的集合称为实体集。同型实体的集合称为实体集。v 如所有的学生、所有的课程等。5.键（键（Key）能唯一标识一个实体的属性或属性集称为实体的键。能唯一标识一个实体的属性或属性集称为实体的键。v 如学生的学号，学生的姓名可能有重名，不能作为学生实体的键。返回返回606.域（域（Domain）属性值的取值范围称为该属性的域。属性值的取值范围称为该属性的域。v 如学号的域为6位整数，姓名的域为字符串集合，年龄的域为小于40的整数，性别的域为（男，女）。7.联系（联系（Relationship）在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联

64、系同样也要抽象和反映到信息世界中来，些联系同样也要抽象和反映到信息世界中来，在信息世界中将被抽象为实体型内部的联系和实体型之在信息世界中将被抽象为实体型内部的联系和实体型之间的联系。间的联系。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系；实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系；实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。反映实体型及其联系的结构形式称为反映实体型及其联系的结构形式称为实体模型实体模型，也称作，也称作信息模型信息模型，它是现实世界及其联系的抽象表示。，它是现实世界及其联系的抽象表示。返回返回61两个实体型之间的联系有如下三

65、种类型：两个实体型之间的联系有如下三种类型：（1）一对一联系（）一对一联系（1:1）实体集实体集A中的一个实体至多与实体集中的一个实体至多与实体集B中的一个实体相中的一个实体相对应，反之亦然，则称实体集对应，反之亦然，则称实体集A与实体集与实体集B为一对一的为一对一的联系。记作联系。记作1:1。v 如：班级与班长，观众与座位，病人与床位。（2）一对多联系（）一对多联系（1:n）实体集实体集A中的一个实体与实体集中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，中的多个实体相对应，反之，实体集反之，实体集B中的一个实体至多与实体集中的一个实体至多与实体集A中的一个中的一个实体相对应。记作实体相对应。记作

66、1:n。v 如：班级与学生、公司与职员、省与市。（3）多对多（）多对多（m:n）实体集实体集A中的一个实体与实体集中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，中的多个实体相对应，反之，实体集反之，实体集B中的一个实体与实体集中的一个实体与实体集A中的多个实体中的多个实体相对应。记作（相对应。记作（m:n）。）。v 如：教师与学生,学生与课程，工厂与产品。返回返回62 实际上，一对一联系是一对多联系的特例，而一对多实际上，一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多联系的特例。联系又是多对多联系的特例。可以用图形来表示两个实体型之间的这三类联系，如可以用图形来表示两个实体型之间的这三类联系，如图书图书 1.7所示。所示。A B A B A B (a)(b)(c)图图1.7 不同实体集实体之间的联系不同实体集实体之间的联系返回返回631.5.1.3 计算机世界中的基本概念计算机世界中的基本概念 信息世界中的实体抽象为计算机世界中的数据，存储信息世界中的实体抽象为计算机世界中的数据，存储在计算机中。在计算机中。在计算机世界中，常用的主要概念如下：在计算机世界中，常用的主要概念如下：1.