西华师范大学计算机学院
数据库系统概论
第一章 绪论（续）
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.2 数据模型
1.2.1 概念模型
1.2.2 数据模型的组成要素
1.2.3 最常用的数据模型
1.2.4 层次模型
1.2.5 网状模型
1.2.6 关系模型
1.2.5 网状模型
1,网状数据模型的数据结构
2,网状数据模型的数据操纵
3,网状数据模型的完整性约束
4,网状数据模型的存储结构
5,网状数据模型的优缺点
6,典型的网状数据库系统
1.网状数据模型的数据结构
? 网状模型
满足下面两个条件的基
本层次联系的集合为
网状模型 。
1,允许一个以上的结点
无双亲；
2,一个结点可以有多于
一个的双亲 。
学生
班级 社团
网状数据模型的数据结构
Ｒ 1 Ｒ 2
R3
L1 L2
R1 R2
L3
L1 L2 R3
L4
R4 R5
网状数据模型的数据结构 (续）
? 表示方法 （ 与层次数据模型相同 ）
实体型,用记录类型描述 。
每个结点表示一个记录类型 。
属性,用字段描述 。
每个记录类型可包含若干个字段 。
联系,用结点之间的连线表示记录 （ 类 ） 型之
间的 一对多的父子联系 。
网状数据模型的数据结构 (续）
? 特点
– 只能直接处理一对多的实体联系
– 支持记录码的概念, 码唯一标识记录的数据
项的集合
– 任何记录值只有按其路径查看时, 才能显出
它的全部意义
网状数据模型的数据结构 (续）
? 网状模型与层次模型的区别
– 网状模型允许多个结点没有双亲结点
– 网状模型允许结点有多个双亲结点
– 网状模型允许两个结点之间有多种联系（复
合联系）
– 网状模型可以更直接地去描述现实世界
– 层次模型实际上是网状模型的一个特例
网状数据模型的数据结构 (续）
Ｒ 1 Ｒ 2
R3
L1 L2
R1 R2
L3
L1 L2 R3
L4
R4 R5
网状数据模型的数据结构 (续）
Ｒ 1
L1 L2
R2
父母人
子女树
种
植
砍
伐
养
育
赡
养
网状数据模型的数据结构 (续）
学生宿舍
学生 教研室
系
教师
网状数据模型的数据结构 (续）
多对多联系在网状模型中的表示
– 用网状模型 间接 表示多对多联系
– 方法
引进联结记录
学号 姓 名 系别 课程号 课程名 学分
学号 课程号 成 绩
学生 课程
选课
S-SC C-SC
图 1.25 学生 /选课 /课程的网状数据库模式
2,网状模型的数据操纵
?查询
?插入
?删除
?更新
3.网状数据模型的完整性约束
网状数据库系统（如 DBTG）对数据操纵加
了一些限制，提供了一定的完整性约束
– 码
– 一个联系中双亲结点与子女结点之间是一对多联系
– 属籍类别
? 加入类别 (自动的，手工的 )
? 移出类别 (固定的，必须 的，随意的 )
3,网状数据模型的完整性约束
? 完整性约束条件
– 允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值
– 允许只删除双亲结点值
4.网状数据模型的存储结构
? 关键
– 实现记录之间的联系
? 常用方法
– 单向链接
– 双向链接
– 环状链接
– 向首链接
例,P29
S1 C1 A
S1 C2 A
S2 C1 A
S2 C3 B
S3 C1 B
S3 C2 B
S4 C1 A
S4 C2 A
S4 C3 B
S1
S2
S3
S4
C1
C2
C3
图 1.26 学生 /选课 /课程的网状数据库实例
5.网状模型的优缺点
? 优点
– 能够更为直接地描述现实世界, 如一个结点可以有多个双亲
– 具有良好的性能, 存取效率较高
? 缺点
– 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
– DDL,DML语言复杂，用户不容易使用
– 记录之间的联系通过存取路径实现，编写应用程序如需访问
数据就必须考虑选择适当的存取路径以获得较高的查询效率
6,典型的网状数据库系统
? DBTG系统，亦称 CODASYL系统
– 由 DBTG提出的一个系统方案
– 奠定了数据库系统的基本概念, 方法和技术
– 70年代推出
? 实际系统
– Cullinet Software Inc.公司的 IDMS
– Univac公司的 DMS1100
– Honeywell公司的 IDS/2
– HP公司的 IMAGE
1.2 数据模型
1.2.1 概念模型
1.2.2 数据模型的组成要素
1.2.3 最常用的数据模型
1.2.4 层次模型
1.2.5 网状模型
1.2.6 关系模型
1.2.6 关系模型
1,关系数据模型的数据结构
2,关系数据模型的操纵
3,关系数据模型的完整性约束
4,关系数据模型的存储结构
5,关系数据模型的优缺点
6,典型的关系数据库系统
关系模型
? 最重要的一种数据模型 。 也是目前主要
采用的数据模型
? 1970年由美国 IBM公司 San Jose研究室的
研究员 E.F.Codd提出
? 本课程的重点
关系数据模型的数据结构
? 在 用户观点 下, 关系模型中数据的逻辑结构是一张二
维表, 它由行和列组成 。
学生登记表
学 号 姓 名 年龄 性 别 系 名 年 级
95004 王小明 19 女 社会学 95
95006 黄大鹏 20 男 商品学 95
95008 张文斌 18 女 法律学 95
… … … … … …
关系模型的基本概念
– 关系 （ Relation）
一个关系对应通常说的一张表 。
– 元组 （ Tuple）
表中的一行即为一个元组 。
– 属性 （ Attribute）
表中的一列即为一个属性, 给每一个属性起一个
名称即属性名 。
关系模型的基本概念
– 主码 （ Key）
表中的某个属性组, 它可以唯一确定一个元组 。
– 域 （ Domain）
属性的取值范围 。
– 分量
元组中的一个属性值 。
– 关系模式
对关系的描述
关系名（属性 1，属性 2,…,属性 n）
学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）
关系数据模型的数据结构 (续）
? 实体及实体间的联系的表示方法
– 实体型,直接用关系（表）表示。
– 属性,用属性名表示。
– 一对一联系,隐含在实体对应的关系中。
– 一对多联系,隐含在实体对应的关系中。
– 多对多联系,直接用关系表示 。
关系数据模型的数据结构 (续）
例 1
学生, 系, 系与学生之间的一对多联系：
学生 （ 学号, 姓名, 年龄, 性别, 系号, 年级 ）
系 (系号, 系名, 办公地点 )
例 2
系, 系主任, 系与系主任间的一对一联系
关系数据模型的数据结构 (续）
例 3
学生, 课程, 学生与课程之间的多对多联系：
学生 （ 学号, 姓名, 年龄, 性别, 系号, 年级 ）
课程 （ 课程号, 课程名, 学分 ）
选修 （ 学号, 课程号, 成绩 ）
关系数据模型的数据结构 (续）
? 关系必须是规范化的, 满足一定的规范条件
最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不
可分的数据项, 不允许表中还有表 。
工 资 扣 除职 工
号
姓
名
职
称 基 本 工 龄 职 务 房 租 水 电
实
发
86051 陈 平 讲 师 105 9, 5 15 6 12 115, 5
.
.
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2.关系模型的数据操纵
? 查询, 插入, 删除, 更新
? 数据操作是集合操作, 操作对象和操作
结果都是关系, 即若干元组的集合
? 存取路径对用户隐蔽, 用户只要指出
,干什么,, 不必详细说明, 怎么干,
3.关系模型的完整性约束
? 实体完整性
? 参照完整性
? 用户定义的完整性
4.关系数据模型的存储结构
? 表以文件形式存储
? 有的 DBMS一个表对应一个操作系统文
件
? 有的 DBMS自己设计文件结构
5.关系模型的优缺点
? 优点
– 建立在严格的数学概念的基础上
– 概念单一 。 数据结构简单, 清晰, 用户易懂易用
? 实体和各类联系都用关系来表示 。
? 对数据的检索结果也是关系 。
– 关系模型的存取路径对用户透明
? 具有更高的数据独立性, 更好的安全保密性
? 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作
关系模型的优缺点（续）
? 缺点
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
为提高性能, 必须对用户的 查询请求进行优化
增加了开发数据库管理系统的难度
6,典型的关系数据库系统
（ RDBMS）
– ORACLE
? Oracle软件系统有限公司的产品, Oracle成立于 1977年,总部设在加利福
尼亚,是一家世界性的计算机软件供应商,向全球百余个国家的用户提供
大量的软件产品和电子化信息服务, ORACLE系列产品在数据库领域
一直居领先地位,它在我国的销售份额占 50%以上,它现在发展到了
Oracle 8I系列
– SYBASE
? System和 Database相结合的含义, SYBASE公司是第一个提出并推出客
户 /服务器 (C/S)体系结构的高性能数据库服务器的数据库厂商,并促进
了它的广泛流行,1999年 SYBASE公司率先在我国市场上发布企业门户
(Enterprise Portal,EP)技术
– INFORMIX
? 是关系数据库系统公司 (Relational Database System Inc)的注册商标,总
部设在美国加州,它的取名来自 Information+UNIX,自 1983年,在 UNIX上
推出第一个关系数据库产品后,INFORMIX公司继续开发了可以在
UNIX,WINDOWS,NT,NetWare,Macintosh等多种操作环境下运
行,具有很好的开放性
6,典型的关系数据库系统
– DB/2
? DB2关系型数据库家族产品是 IBM公司的主要产品。 80年代初 DB2的
发展重点放在大型的主机平台。从 80年代中期到 90年代初 DB2已发展
到中、小型机，以及微机平台。它适用于各种硬件平台，其中包括基
于 Intel的微机,IBM的 AS/400系统、大型并行处理机等
– Microsoft SQL Server
? 是微软公司的产品,它建立在 Microsoft Windows NT 操作系统基础之上,
提供了一个功能强大的客户 /服务器平台,是能同时支持多个并发用户的
关系数据库系统,不象大型机和小型机数据库,服务器数据库是通过称为
客户机的用户访问的，即是从其它计算机系统而不是从输入 /输出 (例
如终端 )进行访问的,其最新产品是 SQL SERVER 7.0
– INGRES
? 关系技术公司 (Relational Technology Inc)的 INGRES数据库系统的多
项技术直接采用了 Berkeley大学的最新研究成果,因为关系数据库技术
最早源于 Berkeley大学,所以可谓关系数据库技术之鼻祖,数据库不仅能
管理数据,而且还能管理知识和对象,属于技术上领先的智能型数据库管
理系统
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.3 数据库系统结构
1.3.1数据库系统内部的模式结构
从 数据库管理系统 角度看
三级模式结构
1.3.2数据库系统外部的体系结构
从 数据库最终用户 角度看
集中式结构、分布式结构、客户 /服务器结构
和并行结构
1.3.1 数据库系统的模式结构
? 数据库系统模式的概念
? 数据库系统的三级模式结构
? 数据库的二级映象功能与数据独立性
数据库系统模式的概念
? 数据模型中“型” 和“值” 的概念
– 型 （ Type）
对某一类数据的结构和属性的说明
– 值 （ Value）
是型的一个具体赋值
例如：学生记录
记录型：
（ 学号, 姓名, 性别, 系别, 年龄, 籍贯 ）
该记录型的一个记录值：
（ 900201,李明, 男, 计算机, 22,江苏 ）
数据库系统模式的概念（续）
? 模式（ Schema）
– 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
– 仅是型的描述, 不涉及具体的值
– 反映数据的结构及其联系
– 模式是相对稳定的
? 模式的一个实例（ Instance）
– 模式的一个具体值
– 反映数据库某一时刻的状态
– 同一个模式可以有很多实例
– 实例随数据库中的数据的更新而变动
1.3.1 数据库系统的模式结构
? 数据库系统模式的概念
? 数据库系统的三级模式结构
? 数据库的二级映象功能与数据独立性
数据库系统的三级模式结
构：数据的三个抽象级别
ó| ó? A ó| ó? B ó| ó? C ó| ó? D ó| ó? E
ía ?￡ ê? 1 ía ?￡ ê? 2 ía ?￡ ê? 3
ía ?￡ ê? / ?￡ ê? ó3 ?ó
?￡ ê?
?￡ ê? / ?ú ?￡ ê? ó3 ?ó
?ú ?￡ ê?
êy ?Y ?a
1．模式（ Schema）
? 模式 （ 也称逻辑模式 ）
– 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
– 所有用户的公共数据视图, 综合了所有用户的需求
? 一个数据库只有一个模式
? 模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层
– 与数据的物理存储细节和硬件环境无关
– 与具体的应用程序, 开发工具及高级程序设计语言无关
? 模式的定义
– 数据的逻辑结构 （ 数据项的名字, 类型, 取值范围等 ）
– 数据之间的联系
– 数据有关的安全性, 完整性要求
– 由 DBMS提供的模式描述语言 （ 模式 DDL） 实现定义
2,外模式（ External Schema）
? 外模式 （ 也称子模式或用户模式 ）
– 数据库用户 （ 包括应用程序员和最终用户 ） 使用的
局部 数据的逻辑结构和特征的描述
– 数据库用户的数据视图, 是与某一应用有关的数据
的逻辑表示
外模式（续）
? 外模式的地位：介于模式与应用之间
– 模式与外模式的关系：一对多
? 外模式通常是模式的子集
? 一个数据库可以有多个外模式 。 反映了不同的用户
的应用需求, 看待数据的方式, 对数据保密的要求
? 对模式中同一数据, 在外模式中的结构, 类型, 长
度, 保密级别等都可以不同
– 外模式与应用的关系：一对多
? 同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使
用,
? 但一个应用程序只能使用一个外模式 。
外模式（续）
? 外模式的用途
保证数据库安全性的一个有力措施 。
每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据
? 由 DBMS提供子模式描述语言定义
3．内模式（ Internal Schema）
? 内模式 （ 也称存储模式 ）
– 是数据物理结构和存储方式的描述
– 是数据在数据库内部的表示方式
? 记录的存储方式 （ 顺序存储, 按照 B树结构存储, 按 hash
方法存储 ）
? 索引的组织方式
? 数据是否压缩存储
? 数据是否加密
? 数据存储记录结构的规定
? 一个数据库只有一个内模式
? 由 DBMS提供的内模式描述语言定义
1.3.1 数据库系统的模式结构
? 数据库系统模式的概念
? 数据库系统的三级模式结构
? 数据库的二级映象功能与数据独立性
三级模式与二级映象
? 三级模式是对数据的三个抽象级别
? 二级映象在 DBMS内部实现这三个抽象
层次的联系和转换
数据库系统的三级模式结构
应用 A 应用 B 应用 C 应用 D 应用 E
外模式 1 外模式 2 外模式 3
外模式 / 模式映象
模式
模式 / 内模式映象
内模式
数据库
1．外模式／模式映象
? 定义外模式与模式之间的对应关系
? 每一个外模式都对应一个外模式／模式映象
? 映象定义通常包含在各自外模式的描述中
外模式／模式映象的用途
保证数据的逻辑独立性
– 当模式改变时, 数据库管理员修改有关的外
模式／模式映象, 使外模式保持不变
– 应用程序是依据数据的外模式编写的, 从而
应用程序不必修改, 保证了数据与程序的逻
辑独立性, 简称 数据的逻辑独立性 。
2．模式／内模式映象
? 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
? 数据库中模式／内模式映象是唯一的
? 该映象定义通常包含在模式描述中
模式／内模式映象的用途
保证数据的物理独立性
– 当数据库的存储结构改变了 （ 例如选用了另
一种存储结构 ）, 数据库管理员修改模式／
内模式映象, 使模式保持不变
– 应用程序不受影响 。 保证了数据与程序的物
理独立性, 简称 数据的物理独立性 。
1.3 数据库系统结构
? 1.3.1数据库系统内部的模式结构
– 从数据库管理系统角度看
? 1.3.2数据库系统外部的体系结构
– 从数据库最终用户角度看
1.3.2 数据库系统外部的体系结构
? 单用户结构
? 主从式结构
? 分布式结构
? 客户 /服务器结构
? 浏览器 /应用服务器 /数据库服务器结构
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.4 数据库系统的组成
? 数据库
? 数据库管理系统
（ 及其开发工具 ）
? 应用系统
? 数据库管理员
? （ 用户 ）
数据表示
外模式
模式
内模式
DB
应用系统
DBMS
OS
用
户
应用程序员
DBA,
系统分析员
图 1.30 各种人员的数据视图
数据抽象级别
一、硬件平台及数据库
? 数据库系统对硬件资源的要求
(1) 足够大的内存
– 操作系统
– DBMS的核心模块
– 数据缓冲区
– 应用程序
数据库系统对硬件资源的要求
(2) 足够大的外存
– 磁盘
? 操作系统
? DBMS
? 应用程序
? 数据库及其备份
– 光盘, 磁带, 软盘
? 数据备份
(3) 较高的通道能力, 提高数据传送率
二、软件
? DBMS
? 操作系统
? 与数据库接口的高级语言及其编译系统
? 以 DBMS为核心的应用开发工具
? 为特定应用环境开发的数据库应用系统
三、人员
? 数据库管理员
? 系统分析员
? 数据库设计人员
? 应用程序员
? 最终用户
1,数据库管理员 (DBA)
? 决定数据库中的信息内容和结构
? 决定数据库的存储结构和存取策略
? 定义数据的安全性要求和完整性约束
条件
数据库管理员 (续 )
? 监控数据库的使用和运行
– 周期性转储数据库
? 数据文件
? 日志文件
– 系统故障恢复
– 介质故障恢复
– 监视审计文件
数据库管理员 (续 )
? 数据库的改进和重组
– 性能监控和调优
– 数据重组
? 数据库重构
2,系统分析员
? 负责应用系统的需求分析和规范说明
? 与用户及 DBA协商, 确定系统的硬软件
配置
? 参与数据库系统的概要设计
3,数据库设计人员
? 参加用户需求调查和系统分析
? 确定数据库中的数据
? 设计数据库各级模式
4,应用程序员
? 设计和编写应用系统的程序模块
? 进行调试和安装
5,用户
? 偶然用户
– 企业或组织机构的高中级管理人员
? 简单用户
– 银行的职员, 机票预定人员, 旅馆总台服务
员
用户（续）
? 复杂用户
– 工程师, 科学家, 经济学家, 科技工作者等
– 直接使用数据库语言访问数据库, 甚至能够
基于数据库管理系统的 API编制自己的应用
程序
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.5 数据库技术的研究领域
? 数据库管理系统软件的研制
? 数据库设计
? 数据库理论
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
小结
? 数据库系统概述
– 数据库的基本概念
– 数据管理的发展过程
– 数据库系统的研究领域
? 数据模型
– 数据模型的三要素
– 概念模型, E-R 模型
– 三种主要数据模型
小结 (续 )
? 数据库系统的结构
– 数据库系统三级模式结构
– 数据库系统的体系结构
? 数据库系统的组成
数据库系统概论
第一章 绪论（续）
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.2 数据模型
1.2.1 概念模型
1.2.2 数据模型的组成要素
1.2.3 最常用的数据模型
1.2.4 层次模型
1.2.5 网状模型
1.2.6 关系模型
1.2.5 网状模型
1,网状数据模型的数据结构
2,网状数据模型的数据操纵
3,网状数据模型的完整性约束
4,网状数据模型的存储结构
5,网状数据模型的优缺点
6,典型的网状数据库系统
1.网状数据模型的数据结构
? 网状模型
满足下面两个条件的基
本层次联系的集合为
网状模型 。
1,允许一个以上的结点
无双亲；
2,一个结点可以有多于
一个的双亲 。
学生
班级 社团
网状数据模型的数据结构
Ｒ 1 Ｒ 2
R3
L1 L2
R1 R2
L3
L1 L2 R3
L4
R4 R5
网状数据模型的数据结构 (续）
? 表示方法 （ 与层次数据模型相同 ）
实体型,用记录类型描述 。
每个结点表示一个记录类型 。
属性,用字段描述 。
每个记录类型可包含若干个字段 。
联系,用结点之间的连线表示记录 （ 类 ） 型之
间的 一对多的父子联系 。
网状数据模型的数据结构 (续）
? 特点
– 只能直接处理一对多的实体联系
– 支持记录码的概念, 码唯一标识记录的数据
项的集合
– 任何记录值只有按其路径查看时, 才能显出
它的全部意义
网状数据模型的数据结构 (续）
? 网状模型与层次模型的区别
– 网状模型允许多个结点没有双亲结点
– 网状模型允许结点有多个双亲结点
– 网状模型允许两个结点之间有多种联系（复
合联系）
– 网状模型可以更直接地去描述现实世界
– 层次模型实际上是网状模型的一个特例
网状数据模型的数据结构 (续）
Ｒ 1 Ｒ 2
R3
L1 L2
R1 R2
L3
L1 L2 R3
L4
R4 R5
网状数据模型的数据结构 (续）
Ｒ 1
L1 L2
R2
父母人
子女树
种
植
砍
伐
养
育
赡
养
网状数据模型的数据结构 (续）
学生宿舍
学生 教研室
系
教师
网状数据模型的数据结构 (续）
多对多联系在网状模型中的表示
– 用网状模型 间接 表示多对多联系
– 方法
引进联结记录
学号 姓 名 系别 课程号 课程名 学分
学号 课程号 成 绩
学生 课程
选课
S-SC C-SC
图 1.25 学生 /选课 /课程的网状数据库模式
2,网状模型的数据操纵
?查询
?插入
?删除
?更新
3.网状数据模型的完整性约束
网状数据库系统（如 DBTG）对数据操纵加
了一些限制，提供了一定的完整性约束
– 码
– 一个联系中双亲结点与子女结点之间是一对多联系
– 属籍类别
? 加入类别 (自动的，手工的 )
? 移出类别 (固定的，必须 的，随意的 )
3,网状数据模型的完整性约束
? 完整性约束条件
– 允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值
– 允许只删除双亲结点值
4.网状数据模型的存储结构
? 关键
– 实现记录之间的联系
? 常用方法
– 单向链接
– 双向链接
– 环状链接
– 向首链接
例,P29
S1 C1 A
S1 C2 A
S2 C1 A
S2 C3 B
S3 C1 B
S3 C2 B
S4 C1 A
S4 C2 A
S4 C3 B
S1
S2
S3
S4
C1
C2
C3
图 1.26 学生 /选课 /课程的网状数据库实例
5.网状模型的优缺点
? 优点
– 能够更为直接地描述现实世界, 如一个结点可以有多个双亲
– 具有良好的性能, 存取效率较高
? 缺点
– 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
– DDL,DML语言复杂，用户不容易使用
– 记录之间的联系通过存取路径实现，编写应用程序如需访问
数据就必须考虑选择适当的存取路径以获得较高的查询效率
6,典型的网状数据库系统
? DBTG系统，亦称 CODASYL系统
– 由 DBTG提出的一个系统方案
– 奠定了数据库系统的基本概念, 方法和技术
– 70年代推出
? 实际系统
– Cullinet Software Inc.公司的 IDMS
– Univac公司的 DMS1100
– Honeywell公司的 IDS/2
– HP公司的 IMAGE
1.2 数据模型
1.2.1 概念模型
1.2.2 数据模型的组成要素
1.2.3 最常用的数据模型
1.2.4 层次模型
1.2.5 网状模型
1.2.6 关系模型
1.2.6 关系模型
1,关系数据模型的数据结构
2,关系数据模型的操纵
3,关系数据模型的完整性约束
4,关系数据模型的存储结构
5,关系数据模型的优缺点
6,典型的关系数据库系统
关系模型
? 最重要的一种数据模型 。 也是目前主要
采用的数据模型
? 1970年由美国 IBM公司 San Jose研究室的
研究员 E.F.Codd提出
? 本课程的重点
关系数据模型的数据结构
? 在 用户观点 下, 关系模型中数据的逻辑结构是一张二
维表, 它由行和列组成 。
学生登记表
学 号 姓 名 年龄 性 别 系 名 年 级
95004 王小明 19 女 社会学 95
95006 黄大鹏 20 男 商品学 95
95008 张文斌 18 女 法律学 95
… … … … … …
关系模型的基本概念
– 关系 （ Relation）
一个关系对应通常说的一张表 。
– 元组 （ Tuple）
表中的一行即为一个元组 。
– 属性 （ Attribute）
表中的一列即为一个属性, 给每一个属性起一个
名称即属性名 。
关系模型的基本概念
– 主码 （ Key）
表中的某个属性组, 它可以唯一确定一个元组 。
– 域 （ Domain）
属性的取值范围 。
– 分量
元组中的一个属性值 。
– 关系模式
对关系的描述
关系名（属性 1，属性 2,…,属性 n）
学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）
关系数据模型的数据结构 (续）
? 实体及实体间的联系的表示方法
– 实体型,直接用关系（表）表示。
– 属性,用属性名表示。
– 一对一联系,隐含在实体对应的关系中。
– 一对多联系,隐含在实体对应的关系中。
– 多对多联系,直接用关系表示 。
关系数据模型的数据结构 (续）
例 1
学生, 系, 系与学生之间的一对多联系：
学生 （ 学号, 姓名, 年龄, 性别, 系号, 年级 ）
系 (系号, 系名, 办公地点 )
例 2
系, 系主任, 系与系主任间的一对一联系
关系数据模型的数据结构 (续）
例 3
学生, 课程, 学生与课程之间的多对多联系：
学生 （ 学号, 姓名, 年龄, 性别, 系号, 年级 ）
课程 （ 课程号, 课程名, 学分 ）
选修 （ 学号, 课程号, 成绩 ）
关系数据模型的数据结构 (续）
? 关系必须是规范化的, 满足一定的规范条件
最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不
可分的数据项, 不允许表中还有表 。
工 资 扣 除职 工
号
姓
名
职
称 基 本 工 龄 职 务 房 租 水 电
实
发
86051 陈 平 讲 师 105 9, 5 15 6 12 115, 5
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2.关系模型的数据操纵
? 查询, 插入, 删除, 更新
? 数据操作是集合操作, 操作对象和操作
结果都是关系, 即若干元组的集合
? 存取路径对用户隐蔽, 用户只要指出
,干什么,, 不必详细说明, 怎么干,
3.关系模型的完整性约束
? 实体完整性
? 参照完整性
? 用户定义的完整性
4.关系数据模型的存储结构
? 表以文件形式存储
? 有的 DBMS一个表对应一个操作系统文
件
? 有的 DBMS自己设计文件结构
5.关系模型的优缺点
? 优点
– 建立在严格的数学概念的基础上
– 概念单一 。 数据结构简单, 清晰, 用户易懂易用
? 实体和各类联系都用关系来表示 。
? 对数据的检索结果也是关系 。
– 关系模型的存取路径对用户透明
? 具有更高的数据独立性, 更好的安全保密性
? 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作
关系模型的优缺点（续）
? 缺点
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
为提高性能, 必须对用户的 查询请求进行优化
增加了开发数据库管理系统的难度
6,典型的关系数据库系统
（ RDBMS）
– ORACLE
? Oracle软件系统有限公司的产品, Oracle成立于 1977年,总部设在加利福
尼亚,是一家世界性的计算机软件供应商,向全球百余个国家的用户提供
大量的软件产品和电子化信息服务, ORACLE系列产品在数据库领域
一直居领先地位,它在我国的销售份额占 50%以上,它现在发展到了
Oracle 8I系列
– SYBASE
? System和 Database相结合的含义, SYBASE公司是第一个提出并推出客
户 /服务器 (C/S)体系结构的高性能数据库服务器的数据库厂商,并促进
了它的广泛流行,1999年 SYBASE公司率先在我国市场上发布企业门户
(Enterprise Portal,EP)技术
– INFORMIX
? 是关系数据库系统公司 (Relational Database System Inc)的注册商标,总
部设在美国加州,它的取名来自 Information+UNIX,自 1983年,在 UNIX上
推出第一个关系数据库产品后,INFORMIX公司继续开发了可以在
UNIX,WINDOWS,NT,NetWare,Macintosh等多种操作环境下运
行,具有很好的开放性
6,典型的关系数据库系统
– DB/2
? DB2关系型数据库家族产品是 IBM公司的主要产品。 80年代初 DB2的
发展重点放在大型的主机平台。从 80年代中期到 90年代初 DB2已发展
到中、小型机，以及微机平台。它适用于各种硬件平台，其中包括基
于 Intel的微机,IBM的 AS/400系统、大型并行处理机等
– Microsoft SQL Server
? 是微软公司的产品,它建立在 Microsoft Windows NT 操作系统基础之上,
提供了一个功能强大的客户 /服务器平台,是能同时支持多个并发用户的
关系数据库系统,不象大型机和小型机数据库,服务器数据库是通过称为
客户机的用户访问的，即是从其它计算机系统而不是从输入 /输出 (例
如终端 )进行访问的,其最新产品是 SQL SERVER 7.0
– INGRES
? 关系技术公司 (Relational Technology Inc)的 INGRES数据库系统的多
项技术直接采用了 Berkeley大学的最新研究成果,因为关系数据库技术
最早源于 Berkeley大学,所以可谓关系数据库技术之鼻祖,数据库不仅能
管理数据,而且还能管理知识和对象,属于技术上领先的智能型数据库管
理系统
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.3 数据库系统结构
1.3.1数据库系统内部的模式结构
从 数据库管理系统 角度看
三级模式结构
1.3.2数据库系统外部的体系结构
从 数据库最终用户 角度看
集中式结构、分布式结构、客户 /服务器结构
和并行结构
1.3.1 数据库系统的模式结构
? 数据库系统模式的概念
? 数据库系统的三级模式结构
? 数据库的二级映象功能与数据独立性
数据库系统模式的概念
? 数据模型中“型” 和“值” 的概念
– 型 （ Type）
对某一类数据的结构和属性的说明
– 值 （ Value）
是型的一个具体赋值
例如：学生记录
记录型：
（ 学号, 姓名, 性别, 系别, 年龄, 籍贯 ）
该记录型的一个记录值：
（ 900201,李明, 男, 计算机, 22,江苏 ）
数据库系统模式的概念（续）
? 模式（ Schema）
– 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
– 仅是型的描述, 不涉及具体的值
– 反映数据的结构及其联系
– 模式是相对稳定的
? 模式的一个实例（ Instance）
– 模式的一个具体值
– 反映数据库某一时刻的状态
– 同一个模式可以有很多实例
– 实例随数据库中的数据的更新而变动
1.3.1 数据库系统的模式结构
? 数据库系统模式的概念
? 数据库系统的三级模式结构
? 数据库的二级映象功能与数据独立性
数据库系统的三级模式结
构：数据的三个抽象级别
ó| ó? A ó| ó? B ó| ó? C ó| ó? D ó| ó? E
ía ?￡ ê? 1 ía ?￡ ê? 2 ía ?￡ ê? 3
ía ?￡ ê? / ?￡ ê? ó3 ?ó
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?￡ ê? / ?ú ?￡ ê? ó3 ?ó
?ú ?￡ ê?
êy ?Y ?a
1．模式（ Schema）
? 模式 （ 也称逻辑模式 ）
– 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
– 所有用户的公共数据视图, 综合了所有用户的需求
? 一个数据库只有一个模式
? 模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层
– 与数据的物理存储细节和硬件环境无关
– 与具体的应用程序, 开发工具及高级程序设计语言无关
? 模式的定义
– 数据的逻辑结构 （ 数据项的名字, 类型, 取值范围等 ）
– 数据之间的联系
– 数据有关的安全性, 完整性要求
– 由 DBMS提供的模式描述语言 （ 模式 DDL） 实现定义
2,外模式（ External Schema）
? 外模式 （ 也称子模式或用户模式 ）
– 数据库用户 （ 包括应用程序员和最终用户 ） 使用的
局部 数据的逻辑结构和特征的描述
– 数据库用户的数据视图, 是与某一应用有关的数据
的逻辑表示
外模式（续）
? 外模式的地位：介于模式与应用之间
– 模式与外模式的关系：一对多
? 外模式通常是模式的子集
? 一个数据库可以有多个外模式 。 反映了不同的用户
的应用需求, 看待数据的方式, 对数据保密的要求
? 对模式中同一数据, 在外模式中的结构, 类型, 长
度, 保密级别等都可以不同
– 外模式与应用的关系：一对多
? 同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使
用,
? 但一个应用程序只能使用一个外模式 。
外模式（续）
? 外模式的用途
保证数据库安全性的一个有力措施 。
每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据
? 由 DBMS提供子模式描述语言定义
3．内模式（ Internal Schema）
? 内模式 （ 也称存储模式 ）
– 是数据物理结构和存储方式的描述
– 是数据在数据库内部的表示方式
? 记录的存储方式 （ 顺序存储, 按照 B树结构存储, 按 hash
方法存储 ）
? 索引的组织方式
? 数据是否压缩存储
? 数据是否加密
? 数据存储记录结构的规定
? 一个数据库只有一个内模式
? 由 DBMS提供的内模式描述语言定义
1.3.1 数据库系统的模式结构
? 数据库系统模式的概念
? 数据库系统的三级模式结构
? 数据库的二级映象功能与数据独立性
三级模式与二级映象
? 三级模式是对数据的三个抽象级别
? 二级映象在 DBMS内部实现这三个抽象
层次的联系和转换
数据库系统的三级模式结构
应用 A 应用 B 应用 C 应用 D 应用 E
外模式 1 外模式 2 外模式 3
外模式 / 模式映象
模式
模式 / 内模式映象
内模式
数据库
1．外模式／模式映象
? 定义外模式与模式之间的对应关系
? 每一个外模式都对应一个外模式／模式映象
? 映象定义通常包含在各自外模式的描述中
外模式／模式映象的用途
保证数据的逻辑独立性
– 当模式改变时, 数据库管理员修改有关的外
模式／模式映象, 使外模式保持不变
– 应用程序是依据数据的外模式编写的, 从而
应用程序不必修改, 保证了数据与程序的逻
辑独立性, 简称 数据的逻辑独立性 。
2．模式／内模式映象
? 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
? 数据库中模式／内模式映象是唯一的
? 该映象定义通常包含在模式描述中
模式／内模式映象的用途
保证数据的物理独立性
– 当数据库的存储结构改变了 （ 例如选用了另
一种存储结构 ）, 数据库管理员修改模式／
内模式映象, 使模式保持不变
– 应用程序不受影响 。 保证了数据与程序的物
理独立性, 简称 数据的物理独立性 。
1.3 数据库系统结构
? 1.3.1数据库系统内部的模式结构
– 从数据库管理系统角度看
? 1.3.2数据库系统外部的体系结构
– 从数据库最终用户角度看
1.3.2 数据库系统外部的体系结构
? 单用户结构
? 主从式结构
? 分布式结构
? 客户 /服务器结构
? 浏览器 /应用服务器 /数据库服务器结构
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.4 数据库系统的组成
? 数据库
? 数据库管理系统
（ 及其开发工具 ）
? 应用系统
? 数据库管理员
? （ 用户 ）
数据表示
外模式
模式
内模式
DB
应用系统
DBMS
OS
用
户
应用程序员
DBA,
系统分析员
图 1.30 各种人员的数据视图
数据抽象级别
一、硬件平台及数据库
? 数据库系统对硬件资源的要求
(1) 足够大的内存
– 操作系统
– DBMS的核心模块
– 数据缓冲区
– 应用程序
数据库系统对硬件资源的要求
(2) 足够大的外存
– 磁盘
? 操作系统
? DBMS
? 应用程序
? 数据库及其备份
– 光盘, 磁带, 软盘
? 数据备份
(3) 较高的通道能力, 提高数据传送率
二、软件
? DBMS
? 操作系统
? 与数据库接口的高级语言及其编译系统
? 以 DBMS为核心的应用开发工具
? 为特定应用环境开发的数据库应用系统
三、人员
? 数据库管理员
? 系统分析员
? 数据库设计人员
? 应用程序员
? 最终用户
1,数据库管理员 (DBA)
? 决定数据库中的信息内容和结构
? 决定数据库的存储结构和存取策略
? 定义数据的安全性要求和完整性约束
条件
数据库管理员 (续 )
? 监控数据库的使用和运行
– 周期性转储数据库
? 数据文件
? 日志文件
– 系统故障恢复
– 介质故障恢复
– 监视审计文件
数据库管理员 (续 )
? 数据库的改进和重组
– 性能监控和调优
– 数据重组
? 数据库重构
2,系统分析员
? 负责应用系统的需求分析和规范说明
? 与用户及 DBA协商, 确定系统的硬软件
配置
? 参与数据库系统的概要设计
3,数据库设计人员
? 参加用户需求调查和系统分析
? 确定数据库中的数据
? 设计数据库各级模式
4,应用程序员
? 设计和编写应用系统的程序模块
? 进行调试和安装
5,用户
? 偶然用户
– 企业或组织机构的高中级管理人员
? 简单用户
– 银行的职员, 机票预定人员, 旅馆总台服务
员
用户（续）
? 复杂用户
– 工程师, 科学家, 经济学家, 科技工作者等
– 直接使用数据库语言访问数据库, 甚至能够
基于数据库管理系统的 API编制自己的应用
程序
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
1.5 数据库技术的研究领域
? 数据库管理系统软件的研制
? 数据库设计
? 数据库理论
第一章 绪论
1.1 数据库系统概述
1.2 数据模型
1.3 数据库系统结构
1.4 数据库系统的组成
1.5 数据库技术的研究领域
1.6 小结
小结
? 数据库系统概述
– 数据库的基本概念
– 数据管理的发展过程
– 数据库系统的研究领域
? 数据模型
– 数据模型的三要素
– 概念模型, E-R 模型
– 三种主要数据模型
小结 (续 )
? 数据库系统的结构
– 数据库系统三级模式结构
– 数据库系统的体系结构
? 数据库系统的组成
