高级数据库技术第1章-数据库系统及其理论基础课件.ppt
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- 高级 数据库技术 数据库 系统 及其 理论基础 课件
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1、2022-6-71第第1章章 数据库系统及其理论基础数据库系统及其理论基础 11 数据库系统基本概念 111 数据库系统 数据库系统(Database System,DBS)是指一个计算机存储记录信息的系统,即: DBS首先是一个计算机系统。 该系统的目标是存储数据信息并支持用户检索和更新所需要的数据信息。. .2022-6-72 在人们的使用当中,DBS通常有下述两种含义。 DBS的个体含义:指一个具体的数据库管理系统软件和它建立起来的数据库。 DBS的学科含义:指研究、开发、建立、维护和应用数据库系统所涉及的理论、方法和技术所构成的科学领域。在这一含义下,数据库系统是软件研究领域的一个重要
2、的分支,常称为数据库领域。 本书中DBS正是基于这种学科含义的。. .2022-6-73 数据库系统由数据库、数据库管理系统、支持数据库运行的软、硬件环境以及用户相互独立而又相互联系的四部分组成。. .2022-6-74 (1)数据库)数据库 数据库可以看作是一个电子文件柜,它是基于计算机系统的持久性数据的“仓库”或者“容器”。是一个长期存储在计算机内、有组织的和可共享的数据集合。其特点是集中了各种应用的数据,并对其进行统一的构造与存储,同一数据库可以为不同的应用服务。. .2022-6-75 (2)数据库管理系统()数据库管理系统(DBMS) 数据库是一个多级系统结构,需要一组软件提供相应的
3、工具进行数据的管理和控制,以达到保证数据的安全性和一致性的基本要求。这样一组软件就是数据库管理系统(Database Management System,DBMS)。它具有数据组织定义、数据操作与查询优化、数据控制及数据维护、数据管理以及提供各种接口等功能。. .2022-6-76 (3)支持数据库系统的硬件)支持数据库系统的硬件/软件平台软件平台 硬件平台硬件平台 数据库系统中的硬件平台可以有狭义和广义之分。 狭义硬件平台是指数据存储和数据处理所必不可少的硬件设施 广义硬件平台是指具有广泛应用和较强功能的硬件设施 . .2022-6-77 软件平台软件平台 操作系统 数据库系统开发工具 接口
4、软件 . .2022-6-78 (4)用户)用户 一般认为,存在着三类数据库用户一般认为,存在着三类数据库用户 第一类用户:第一类用户:应用程序员 第二类用户:第二类用户:最终用户 第三类用户:第三类用户:数据库管理员 . .2022-6-79112 数据库体系结构 在实际应用当中,DBS的种类很多,它们可以支持不同的数据模型,使用不同的数据库语言,建立在不同的操作系统之上,数据的存储结构也各不相同,但它们在体系结构上通常都具有相同的特征,即采用三级模式结构(早期微机上的小型数据库系统除外)并提供两级映像功能。掌握数据库的三级结构及其联系与转换应当是深入学习和掌握数据库理论、技术与方法的必由之
5、路。. .2022-6-710 模式(Schema)是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,其主体就是数据模型,此外,一般还包括允许的各种操作、数据完整性和安全性等方面的控制。模式的一个具体值称为模式的一个实例(Instance)。同一模式可以有很多实例。模式是相对稳定的,而实例是经常变动的;模式反映数据的结构及其联系,而实例反映数据库某一时刻的状态。. .2022-6-711 DBS体系结构分为三层:外模式、概念模式和内模式。 1. 外模式 (1)外模式概念 外模式(External Schema),也称用户模式(Users Schema)或子模式(Subschema)。外模式就是用户所看
6、到的数据视图,它最接近用户,是用户和数据库系统的接口,是用户给出的对数据的描述。 . .2022-6-712 (2) 外模式的不惟一性 不同的用户由于需求的不同,看待数据的方式也会不同,对数据的保密要求及使用的程序设计语言也会不同,从而不同用户的外模式的描述方式一般是互不相同的。 . .2022-6-713 (3) 外模式DDL 在一般的DBMS中都提供相关的外模式描述语言(外模式DDL)。外模式DDL在嵌入形式下和用户选用的程序设计语言具有相容的语法格式。例如在Power Build中使用外模式DDL必须符合Power Build的语法要求。. .2022-6-714 2. 概念模式 (1)
7、 概念模式 概念模式(Conceptual Schema),也称公共逻辑模式或逻辑模式,它是介于内模式和外模式之间的层次,与结构数据模型对应。概念模式是数据库系统中全局数据逻辑结构和特征的描述,是全体用户的公共数据视图,这种描述是一种抽象描述,不涉及具体硬件平台与软件环境。 . .2022-6-715 (2) 概念模式DDL DBMS提供概念模式的DDL语言概念DDL来严格定义概念模式。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构,而且还要定义数据之间的联系,定义与数据有关的安全性和完整性要求。 . .2022-6-716 3. 内模式 (1) 内模式概念 内模式(Internal Schema)也称为
8、存储模式(Storage Schema)或物理模式(Physical Schema),是数据库物理结构和存储方式的描述,即数据库的“内部视图”。内部视图是整个数据库的底层表示,它由内部记录型中各个类型的值组成。 . .2022-6-717 (2) 内模式不深入到设备级 内模式虽然称为物理模式,但它的物理性质主要表现在操作系统级和文件级上,本身并不深入到设备级上(如磁盘及磁盘操作),内部视图仍然不是物理层,它不涉及物理记录的形式,例如物理块或页,也不考虑具体设备的柱面与磁道大小。 . .2022-6-718 (3) 内模式DDL DBMS一般提供相关的内模式描述语言(内模式DDL)来严格定义内模
9、式。当前,许多DBMS产品基本上都可以自动完成内模式的大部分定义工作,几乎不需要用户介入。当用户使用内模式DDL定义模式的同时,通常DBMS也就自动完成了相应的内模式的定义工作。. .2022-6-719 4. 三种模式的关系 在数据库系统体系结构当中,内模式处于最低层,它最接近于反映数据在计算机物理结构中的实际存储形式;概念模式处于中层,它反映了设计者的数据全局逻辑要求;而外模式处于最外层,它反映了用户对数据的实际要求。. .2022-6-720 在关系系统当中,一般成立: 概念模式一定是关系的,在该层可见的实体是关系的表和关系的操作符。 外部视图也是关系的或接近是关系的。 内模式不是关系的
10、,因为该层的实体不是关系表的照搬。事实上,不管是什么系统,其内模式都是一样的(如存储记录、指针、索引、哈希表等),关系模式与内模式无关。. .2022-6-721113 数据库二级映射 数据库系统体系结构三级模式实质上是对数据的3个级别抽象,它的基本意义在于将DBS中数据的具体物理实现留给物理模式,使得用户与全局设计者不必关心数据库的具体实现与物理背景。为了能够保证在数据库系统内部实现这3个抽象层次的联系和转换,还必须在这3个模式之间提供两个(两级)映射,这就是概念模式/内模式映射和外模式/概念模式映射。. .2022-6-722 1. 概念模式/内模式映射 该映射定义了概念视图和数据库的对应
11、关系,它说明了概念记录和字段在内部层次怎样表示。如果数据库的存储结构发生改变,即变动了存储结构的定义,概念模式/内模式映射也必须进行相应的改变,以保证概念模式能够保持不变(这是数据库管理员的工作)。 . .2022-6-723 2. 外模式/概念模式映射 该映射定义了特定的外部视图和概念视图之间的对应关系。一般而言,这两层之间存在的差异与概念模式和内模式之间的差异类似。 . .2022-6-724. .2022-6-72512 数据模型 数据模型(data model)是一种抽象模型。数据是现实世界中事物及其特征的抽象,数据模型则是数据特征的抽象。事物个体特征通过各个事物个体之间的相互关系表现
12、出来,数据模型从本质上来说,是数据间相互联系或者说约束条件的描述。数据模型正是从一般抽象的层面上模拟和描述了数据库系统的静态特征、动态行为和约束条件。. .2022-6-726121概念数据模型 概念数据模型(Conceptual Data Model)也称为信息模型。概念数据模型的实质是面向用户的模型,它是用户所容易理解的现实世界特征的数据抽象,其基本特征是按用户观点对数据和信息进行建模,与具体DBMS无关。概念数据模型作为数据库设计员与用户之间进行交流的语言,服务于数据库设计的应用目的。. .2022-6-727 概念数据模型经过转换就可以变为DBMS支持的逻辑数据模型,进而在DBMS中得
13、以实现。最常用和最著名的概念模型是实体-联系(E-R)模型,简称E-R模型。 E-R模型的图示形式就称为E-R图。E-R图提供了用图形表示实体型、属性和联系的方法 . .2022-6-728 实体型:用矩形表示,矩形框内写明实体名。 属性:用椭圆形表示,并用无向边将其与相应的实体连接起来。 联系:用菱形表示,菱形框内写明联系名,并用无向边分别与有关实体连接起来,同时在无向边旁标上联系的类型(1:1、1:n或m:n)。. .2022-6-729122结构数据模型 结构数据模型(Structure Data Model)又称为逻辑数据模型(Logic Data Model),它是既面向用户又面向系
14、统的数据模型,其特征是按计算机系统观点对数据和信息进行建模,服务于DBMS的应用实现。. .2022-6-730 一般来说,结构数据模型是严格定义的一组概念的集合,主要由数据结构、数据操作和完整性约束部分组成,通常称为数据模型要素。. .2022-6-731 1.数据结构数据结构 数据结构用于描述系统的静态特性,研究与数据类型、内容、性质有关的对象,例如关系模型中的域、属性、关系等。一般认为,数据结构是计算机数据组织方式和数据之间联系的框架描述,而数据文件中的数据就按照这种框架描述进行组织。 . .2022-6-732 2.数据操作数据操作 数据操作是指对数据库中各种对象的实例(或取值)所允许
15、执行的操作的集合,其中包括操作方法及相应操作规则,它是对数据库动态特性的描述。在数据库中,数据操作主要有数据查询和数据更新(插入、删除和修改)两大类。 . .2022-6-733 3.完整性约束完整性约束 数据的约束条件是一组完整性规则(约束条件)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,以保证数据的正确、有效、相容。 . .2022-6-734123层次模型 1层次模型的基本结构层次模型的基本结构 层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。每个结点表示一个记录类型,结点之间的连线表示记录类型间的联系,这种联
16、系只能是父子联系。每个记录类型可包含若干个字段,这里,记录类型描述的是实体,字段描述实体的属性。. .2022-6-735 任何一个给定的记录值只有按其路径查看时,才能显出它的全部意义,没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在。 限制: 只有一个结点没有双亲结点,称之为根结点 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点 这就使得层次数据库系统只能处理一对多的实体关系。. .2022-6-736 2多对多联系在层次模型中的表示多对多联系在层次模型中的表示 用层次模型表示多对多联系,必须首先将其分解成一对多联系。 分解方法有两种:冗余结点法和虚拟结点法。. .2022-6-737系号系名系主任名系
17、室号室名室主任课程号课程名学时数任课教员教研室课程姓名年龄职称办公室专长教员. .2022-6-738 层次数据模型的操纵与完整性约束层次数据模型的操纵与完整性约束 层次数据模型的操纵主要有查询、插入、删除和更新。进行插入、删除、更新操作时要满足层次模型的完整性约束条件。 进行插入操作时,如果没有相应的双亲结点值就不能插入子女结点值。 进行删除操作时,如果删除双亲结点值,则相应的子女结点值也被同时删除。 进行更新操作时,应更新所有相应记录,以保证数据的一致性。. .2022-6-739124网状模型 网状数据模型是一种比层次模型更具普遍性的结构,它去掉了层次模型的两个限制,允许多个结点没有双亲
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