1、选用教材：数据库系统原理及应用教程选用教材：数据库系统原理及应用教程 苗雪兰苗雪兰 参考教材：参考教材：1.王珊、陈红.数据库系统原理教程.北京：高等教育出版社 2.萨师煊，王珊.数据库系统概论.北京：高等教育出版社授课学时：授课学时：22实验学时：实验学时：16其他学时：其他学时：2任课教师：黄永慧任课教师：黄永慧联系：联系：1 当今时代是信息技术飞速发展的时代。而作为信息当今时代是信息技术飞速发展的时代。而作为信息技术主要支柱之一的数据库技术在社会各个领域中有着技术主要支柱之一的数据库技术在社会各个领域中有着广泛的应用。对信息进行收集、组织、存储、加工、传广泛的应用。对信息进行收集、组织、
2、存储、加工、传播、管理和使用都以数据库为基础，利用数据库可以为播、管理和使用都以数据库为基础，利用数据库可以为各种用户提供及时的、准确的、相关的信息，满足这些各种用户提供及时的、准确的、相关的信息，满足这些用户的各种不同的需要。用户的各种不同的需要。数据库技术研究的问题是：如何科学地组织和存储数据库技术研究的问题是：如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据，如何更广泛、更安数据，如何高效地获取和处理数据，如何更广泛、更安全地共享数据。全地共享数据。2数据库应用例数据库应用例1 如航空售票系统，包括的数据项：如航空售票系统，包括的数据项：1）座位预定信息：座位分配、座位确认等）座位预定
3、信息：座位分配、座位确认等2）航班信息：航班号、飞机型号、机组号、起飞地、目）航班信息：航班号、飞机型号、机组号、起飞地、目的地、起飞时间、到达时间等。的地、起飞时间、到达时间等。3）机票信息：票价、折扣、有无等。）机票信息：票价、折扣、有无等。系统工作：系统工作：1）查询：某一时间内从某个指定地到另一指定地的航班，）查询：某一时间内从某个指定地到另一指定地的航班，是否有可以选择的座位、飞机型号、票价、折扣等。是否有可以选择的座位、飞机型号、票价、折扣等。2）更新：登记航班、分配座位等）更新：登记航班、分配座位等3）统计：统计经常乘坐某一航班的乘客信息等。）统计：统计经常乘坐某一航班的乘客信息
4、等。3数据库应用例数据库应用例2 图书管理系统，包括的主要数据项：图书管理系统，包括的主要数据项：1 1）图书信息：书号、书名、作者姓名、出版日期等）图书信息：书号、书名、作者姓名、出版日期等2 2）作者信息：姓名、性别、住址、电话等）作者信息：姓名、性别、住址、电话等3 3）出版社信息：名称、地址、社长、电话等）出版社信息：名称、地址、社长、电话等4 4）读者信息：姓名、借书号、借书数量等）读者信息：姓名、借书号、借书数量等 管理工作：管理工作：1 1）查询：查看图书、检索指定作者的图书、检索指定出）查询：查看图书、检索指定作者的图书、检索指定出版社出版的图书等。版社出版的图书等。2 2）更
5、新：新书登记、作者信息等）更新：新书登记、作者信息等4本章主要内容：本章主要内容：1.1 数据定义数据定义 1.2 数据库数据库 1.3 数据库系统数据库系统 1.4 数据库管理系统数据库管理系统 1.5 数据库系统的结构和功能数据库系统的结构和功能 1.6 数据库三级模式数据库三级模式5信息、数据与数据处理 在数据处理中，我们最常用到的基本概念就在数据处理中，我们最常用到的基本概念就是数据和信息，信息与数据有着不同的含义。是数据和信息，信息与数据有着不同的含义。一、信息（一、信息（Information）1）定义：）定义：信息是关于现实世界事物的存在方式信息是关于现实世界事物的存在方式或运动
6、状态的反映的综合，具体说是一种被加工或运动状态的反映的综合，具体说是一种被加工为特定形式的数据，但这种数据形式对接收者来为特定形式的数据，但这种数据形式对接收者来说是有意义的，而且对当前和将来的决策具有明说是有意义的，而且对当前和将来的决策具有明显的或实际的价值。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，对接受者有意义，使接受者据此作出决策。者有意义，使接受者据此作出决策。6信息（Information）2.信息的特征信息的特征 信息源于物质和能量，它不可能脱离物质而存在，信息源于物质和能量，它不可能脱离物质而存在，信息的传递需要物质载体，信息的获
7、取和传递要消耗能信息的传递需要物质载体，信息的获取和传递要消耗能量。量。如信息可以通过报纸、电台、电视、计算机网络进行传递。信息是可以感知的，人类对客观事物的感知，可以通过信息是可以感知的，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。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。信息是可存储、加工、传递和再生的。动物用大脑存储信息是可存储、加工、传递和再生的。动物用大脑存储信息，叫做记忆。计算机存储器、录音、录像等技术的信息，叫做记忆。计
8、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。7二、二、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，是信息的具体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。表现形式。2.数据的表现形式数据的表现形式 可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随可用多种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。数据形式的不同而改变。如“2000年硕士研究生将扩招30%”，其中的数据可改为汉字形式“两千年”、
9、“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，其表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数字和文字，还包括图形、图象、声音现形式不仅包括数字和文字，还包括图形、图象、声音等。这些数据可以记录在纸上，也可记录在各种存储器等。这些数据可以记录在纸上，也可记录在各种存储器中。中。8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。如上例中的数据2000、30%被赋予了特定的语义，它们就具有了传递信息的功能。1.1.2 数据处理数据处理 数据处理是将数据转换成信息的
10、过程，包括对数据的数据处理是将数据转换成信息的过程，包括对数据的收集、存储、加工、检索、传输等一系列活动。其目的收集、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，作是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。为决策的依据。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
11、。据。91.2 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管理。数据处理的中心问题是数据管理。数据管理是指对数据的组织、分类、编码、数据管理是指对数据的组织、分类、编码、存储、检索和维护。存储、检索和维护。随着计算机硬件和软件的发展，数据管理经随着计算机硬件和软件的发展，数据管理经历了人工管理、文件系统和数据库系统三个发展历了人工管理、文件系统和数据库系统三个发展阶段。阶段。10人工管理阶段人工管理阶段（人工管理阶段（50年代中期以前）应用背景年代中期以前）应用背景这一阶段计算机主要用于科学计算。这一阶段计算机主要用于科学
12、计算。硬件中的外存只有卡片、纸带、磁带，没有磁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。盘等直接存取设备。软件只有汇编语言，没有操作系统和管理数据软件只有汇编语言，没有操作系统和管理数据的软件。的软件。数据处理的方式基本上是批处理。数据处理的方式基本上是批处理。11人工管理阶段的特点如下：人工管理阶段的特点如下：1.1.数据不保存：因为当时计算机主要用于科学计算，对数据不保存：因为当时计算机主要用于科学计算，对于数据保存的需求尚不迫切。于数据保存的需求尚不迫切。2.2.系统没有专用的软件对数据进行管理：每个应用程序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
13、结构、存取方法、输入方式等，程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，还要安排数据的物理存储，因此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。程序员负担很重。3.3.数据不共享：数据是面向程序的，一组数据只能对应数据不共享：数据是面向程序的，一组数据只能对应一个程序。多个应用程序涉及某些相同的数据时，也必一个程序。多个应用程序涉及某些相同的数据时，也必须各自定义，因此程序之间有大量的冗余数据。须各自定义，因此程序之间有大量的冗余数据。人工管理阶段124.数据不具有独立性：程序依赖于数据，如果数数据不具有独立性：程序依赖于数据，如果数据的类型、格式
14、、或输入输出方式等逻辑结构或据的类型、格式、或输入输出方式等逻辑结构或物理结构发生变化，必须对应用程序做出相应的物理结构发生变化，必须对应用程序做出相应的修改。修改。在人工管理阶段，程序与数据之间的关系可在人工管理阶段，程序与数据之间的关系可用图用图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人工管理阶段13文件系统阶段（50年代后期至60年代中期）应用背景应用背景 这一阶段，计算机不仅用于科学计算，还大量用于信息管这一阶段，计算机不仅用于科学计算，还大量用于信息管理。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
15、、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，一般称为文件系统。操作系统中有了专门管理数据的软件，一般称为文件系统。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。14文件系统阶段 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：用户可随时对文件数据以文件形式可长期保存下来：用户可随时对文件进行查询、修改和增删等处理。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：程序员
16、只与文件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，大大减轻了程序名打交道，不必明确数据的物理存储，大大减轻了程序员的负担。员的负担。3.文件形式多样化：有顺序文件、倒排文件、索引文件文件形式多样化：有顺序文件、倒排文件、索引文件等，因而对文件的记录可顺序访问，也可随机访问，更等，因而对文件的记录可顺序访问，也可随机访问，更便于存储和查找数据。便于存储和查找数据。4.程序与数据间有一定独立性：由专门的软件即文件系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，程序和数据间由软件提供的存取方法统进行数据管理，程序和数据间由软件提供的存取方法进行转
17、换，数据存储发生变化不一定影响程序的运行。进行转换，数据存储发生变化不一定影响程序的运行。15文件系统阶段在文件系统阶段，程序与数据之间的关系可用在文件系统阶段，程序与数据之间的关系可用图图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 16文件系统阶段 与人工管理阶段相比，文件系统阶段对数据的管理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，但一些根本性问题仍没有彻底解决，有了很大的进步，但一些根本性问题仍没有彻底解决，主要表现在以下三方面：主要表现在以下三方面：数据冗余度大：各数据文件之间没有有机的联系，一
18、个数据冗余度大：各数据文件之间没有有机的联系，一个文件基本上对应于一个应用程序，数据不能共享。文件基本上对应于一个应用程序，数据不能共享。数据独立性低：数据和程序相互依赖，一旦改变数据的数据独立性低：数据和程序相互依赖，一旦改变数据的逻辑结构，必须修改相应的应用程序。而应用程序发生逻辑结构，必须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写程序，也需修变化，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。改数据结构。数据一致性差：由于相同数据的重复存储、各自管理，数据一致性差：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。在进行更新操
19、作时，容易造成数据的不一致性。17数据库系统阶段（60年代末开始）背景背景 60年代后期，计算机应用于管理的规模更加庞大，数年代后期，计算机应用于管理的规模更加庞大，数据量急剧增加；据量急剧增加；硬件方面出现了大容量磁盘，使计算机联机存取大量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；数据成为可能；硬件价格下降，而软件价格上升，使开发和维护系统硬件价格下降，而软件价格上升，使开发和维护系统软件的成本增加。软件的成本增加。文件系统的数据管理方法已无法适应开发应用系统的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。的需要。为解决多用户、多个应用程序共享数据的需求，出现为解决
20、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，即数据库管理系统。了统一管理数据的专门软件系统，即数据库管理系统。18数据库系统阶段 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，当前所有用户可同某个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。时存取库中的数据。这样便减少了不必要的数据冗余，节约存储空间，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
21、一致性。同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一个结构化的数据库中，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。沙，可表示出数据之间的有机关联。19数据库系统阶段例：要建立学生成绩管理系统，系统包含如下数据，并例：要建立学生成绩管理系统，系统包含如下数据，并 分别对应三个文件。分别对应三个文件。学生（学号、姓名、性别、系别、年龄）学生（学号、姓名、性别、系别、年龄）课程（课程号、课程名）课程（课程号、课程名）成绩（学号、课
22、程号、成绩）成绩（学号、课程号、成绩）若采用文件处理方式，因为文件系统只表示记录内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联系，要想查部的联系，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、所选课程的名称和成绩，必找某个学生的学号、姓名、所选课程的名称和成绩，必须编写一段不很简单的程序来实现。须编写一段不很简单的程序来实现。而采用数据库方式，数据库系统不仅描述数据本身，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，上述查询可以非常容易地联机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。查到。20数据库系统阶段
23、3.、数据独立性高：数据的独立性是指逻辑独立性和物理、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。独立性。数据的逻辑独立性是指当数据的总体逻辑结构改变时，数据的逻辑独立性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。数据的物理独立性是指当数据的
24、存储结构改变时，数数据的物理独立性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。21数据库系统阶段4、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
25、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控制功能。数据库管理系统提供下述四方面的数据控制功能。（1）数据的安全性（）数据的安全性（security）控制：防止不合法使）控制：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用数据造成数据的泄露和破坏，保证数据的安全和机密；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）数据的完整性）数据的完整性(integrity)控制：系统通过设置一控制：系统通过设置一些完整性
26、规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。些完整性规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。22v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：多用户同时）控制：多用户同时存取或修改数据库时，防止相互干扰而提供给存取或修改数据库时，防止相互干扰而提供给用户不正确的数据，并使数据库受到破坏。用户不正确的数据，并使数据库受到破坏。数据库系统阶段23（4）数据恢
27、复（）数据恢复（recovery）：当数据库被破坏或数据）：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不可靠时，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。近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 库管理系统数据库系统阶段24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，人们关注的是系统功能的设在
28、文件系统阶段，人们关注的是系统功能的设计，因此程序设计处于主导地位，数据服从于计，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，数据的结构设计成为信而在数据库系统阶段，数据的结构设计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。数据库系统阶段25 数据库技术的研究领域：数据库学科的研究范围主数据库技术的研究领域：数据库学科的研究
29、范围主要包括以下三个领域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v DBMS是数据库系统的基础。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。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v 数据库设计的研究范围包括：数据库的设计方法、设计工具和设计理论的研究，数据模型和数据建模的研究，计算机辅助数据库设计及其软件系统的研究，数据库设计规范和标准的研究等。数据库技术研究领域263.数据库理论数据库理论v数据库理论的研究主要集中于关系规范化理论、关系数据理论等。v近年来，随
30、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识推理、并行算法等都成为新的研究方向。v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。数据库技术研究领域271.3 数据库系统的组成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数据库系统通常是指数据库和相应的软硬件系统。主要由数据（库）、用户、软件和硬件四统。主要由数据（库）、用户、软件和硬件四部分组成。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
31、机内有组织的共享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。它可以供用户共享，具有尽可能数据的集合。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，并且具有完善的自储最优，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。我保护能力和数据恢复能力。28数据库特点如下：数据库特点如下：集成性：把某特定应用环境中的各种应用相关集成性：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形式进行存储，或者说，把数据照一定的结构形
32、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。合和统一的数据整体。共享性：数据库中的一块块数据可为多个不同共享性：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，使用多种的用户所共享，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，甚至同时存取同一块数据，即多用取数据库，甚至同时存取同一块数据，即多用户系统。户系统。1.3 数据库系统的组成29 1.3.1.2 用户：用户是指使用数据库的人，即对数据库用户：用户是指使用数据库的人，即
33、对数据库的存储、维护和检索等操作。用户分为三类：的存储、维护和检索等操作。用户分为三类：1.第一类用户，终端用户（第一类用户，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，应用程序员（第二类用户，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，数据库管理员（第三类用户，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
34、如下：1.3 数据库系统的组成30（1）参与数据库设计的全过程，决定数据库的结构和）参与数据库设计的全过程，决定数据库的结构和内容；内容；（2）定义数据的安全性和完整性，负责分配用户对数）定义数据的安全性和完整性，负责分配用户对数据库的使用权限和口令管理；据库的使用权限和口令管理；（3）监督控制数据库的使用和运行，改进和重新构造）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，应负责恢复数据库；数据库系统。当数据库受到破坏时，应负责恢复数据库；当数据库的结构需要改变时，完成对数据结构的修改。当数据库的结构需要改变时，完成对数据结构的修改。DBA不仅要有较高的技术专长和
35、较深的资历，并应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。具有了解和阐明管理要求的能力。特别对于大型数据库系统，特别对于大型数据库系统，DBA极为重要。对于常极为重要。对于常见的微机数据库系统，通常只有一个用户，常常不设见的微机数据库系统，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。数据库管理员职责数据库管理员职责311.3.1.3 软件软件(Software)v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（Data Base Management System，简称DBMS），v数据库系统的
36、各类人员对数据库的各种操作请求，都由DBMS完成，vDBMS是数据库系统的核心软件。1.3.1.4硬件（硬件（Hardware）v存储和运行数据库系统的硬件设备。v包括CPU、内存、大容量的存储设备、外部设备等。1.3 数据库系统的组成32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1.3 数据库系统的组成由上图看出：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。33数据库系统的结构 1.3.2 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
37、不同的角度考查数据库系统的结构。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
38、体的值无关。34数据库系统的结构在数据库系统中，对于同一意义下的数据，如：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学生数据，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，存在着许多抽象和转换。间，存在着许多抽象和转换。通常通常DBMS把数据库从逻辑上分为三级，即外把数据库从逻辑上分为三级，即外模式、模式和内模式，它们分别反映了看待数模式、模式和内模式，它们分别反映了看待数据库的三个角度。三级模式结构如图据库的三个角度。三级模式结构如图 1.5 所示。所示。35应用1应用2应用n子模式1
39、子模式m子模式/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 数据库系统的结构36 1.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，又称概念模式或概念视图。视图可理解为征的描述，又称概念模式或概念视图。视图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
40、是对现实世界的一个抽象，是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，所以又称用户共同视图。以又称用户共同视图。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。数据库系统的结构37 2.外模式外模式 又称子模式或用户模式或
41、外视图，是三级结构的最外又称子模式或用户模式或外视图，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
42、视图的某一部分的抽象表示。抽象表示。从逻辑关系上看，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。38 3.内模式内模式 又称存储模式或内视图，是三级结构中的最内层，也又称存储模式或内视图，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
43、描述语言（内模式 DDL）来定义内）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。39 4.三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
44、了用户接口。）简化了用户接口。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。401.3.2.2 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，
45、把数据必关心数据在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二级映象在三级模式之间提供了二级映象功能。功能。411.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
46、念模式仍保持不变，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。42 2.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，对于每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，都存在一个外模式一个外模式，都存在一个外模式/模式映象。模式映象。它确定了数据的局部逻辑结构与全局逻辑结构之间的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。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
47、些记录类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。431.4 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，它是数据库系统的核心组成部分，软件，它是数据库系统的核心组成部分，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进行的。进行的
48、。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。44 1.4.1 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，定义有关的约束条件，v 例如
49、，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。45 3.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 以确保数据正确有效和数据库系统的正常
50、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。46 1.4.2 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。几件工作。1.语言编译处理程序语
