高级数据库技术 (2)

22
武汉大学计算机学院
关

系
模
浪费 空间
型
规则1
EMPLOYEES
eid e001 e002 e003 ename Smith, John Andrews, David Jones, Franklin position Agent Superintendent Agent dependent1 Michael J. David M. Jr. Andrew K. Mark W. dependent2 Susan R.
C
c1 c2 c3
{(a1,b1,c1), (a2,b2,c2), (a3,b3,c3)}

集合中的元素是没有次序的 关系中的行是没有次序的 {(a1,b1,c1), (a2,b2,c2), (a3,b3,c3)} = {(a2,b2,c2), (a1,b1,c1), (a3,b3,c3)}

标准查询语言不提供对指定行的存取



在不同的商业数据库产品的标准化工作方面 起了很大的作用 关系规则反映了特定的数学假定，对于关系 结构的良好性状有重大意义 关系规则反映了数据模型的特点 通过保证关系规则，使数据库中的数据正确、 一致
20
武汉大学计算机学院
关
2.

系
模
型
关系规则
规则1 第一范式规则 —— 在定义的表中，关系模型坚持不允许含 有多值属性（有时称为重复字段）和含有内 部结构（比如记录类型）的列。 规则1说明数据库系统能够处理的表对于手 工处理的表的限制
dependent3
…
Louisa M.
EMPLOYEES
eid e001 e002 e003 ename Smith, John Andrews, David Jones, Franklin position Agent Superintendent Agent
DEPENDENTS
eid e001 e001 e002 e003 e003 e003 dependent Michael J. Susan R. David M. Jr. Andrew K. Mark W. Louisa M.
DBA
内模式 OS
DB
16
武汉大学计算机学院
数据库系统的结构和组成
5.
商用数据库管理系统产品

ORACLE SYBASE UDB DB2 INGRES Informix SQL Server Foxpro
17
武汉大学计算机学院
关系模型
18
武汉大学计算机学院
关
1.
系
模
型
关系模型的三要素
EMPLOYEES
eid
e001
Smith
DEPENDENTS
eid dependent
e002 e003
Andrews Jones
David Franklin
Superintendent Agent
David M. Jr. Andrew K. Mark W. Louisa M.
e001 e001
e002 e003
物理独立性

逻辑独立性 ---- 用户的应用程序与数据库的逻辑结 构是相互独立的 物理独立性 ---- 用户的应用程序与存储在磁盘上的 数据库中的数据是相互独立的 * 如何保证应用程序所操作的数据的数据结构尽量 保持稳定？---- 分级，建立映射表
8
武汉大学计算机学院
数 据 库 系 统 的 特 点
21
武汉大学计算机学院
关

系
模
多值属 性列
型
规则1
EMPLOYEES
eid e001 ename Smith, John position Agent dependents Michael J. Susan R. e002 e003 Andrews, David Jones, Franklin Superintendent Agent David M. Jr. Andrew K. Mark W. Louisa M.
2源自文库
武汉大学计算机学院
本讲主要目标
学完本讲后，你应该能够了解：
1. 数据库系统的体系结构、组成与特点； 2. 关系模型的三要素：①数据结构 —— 关系； ②基本的关系数据操作 —— 并、交、选择、 投影与连接；③完整性约束 —— 关系规则； 3. 数据库语言SQL功能：数据定义语言、数据 查询语言、数据操纵语言、数据控制语言； 交互式SQL、嵌入式SQL； 4. 关系数据库设计的两种基本技术：实体-联 系（E-R）方法和规范化方法。
enrollment
sid 1 cno 101 major No
2
3 5
Smith
Brown White
John
Harry Edward
3
2 3
555-4321
555-1122 555-3344
1
2 3 3
108
105 101 108 102
Yes
No Yes No No
course
cno 101 102 105 108 cname French Ⅰ French Ⅱ Algebra Calculus croom 2-104 2-113 3-105 2-113 time MW2 MW3 MW2 MW4
9
武汉大学计算机学院
数 据 库 系 统 的 特 点
3.

程序与数据的高独立性
外模式（External Schema,子模式 Subschema，用户 模式）--是数据库用户能够看见和使用的局部数据的 逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图。 模式（逻辑模式） -- 是数据库中全体数据的逻辑结 构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。是数 据库数据在逻辑级上的视图。 内 模 式 （ Internal Schema ， 存 储 模 式 Storage Schema） -- 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。
EMPLOYEES
eid e001 e002 e003 ename Smith, John Andrews, David Jones, Franklin position Agent Superintendent Agent dependent1 Michael J. David M. Jr. Andrew K. Mark W. Louisa M. dependent2 Susan R. dependent3 …
3
武汉大学计算机学院
一．数据库系统的特点 二. 数据库系统的结构和组成
三．关系模型
四．数据库语言SQL 五．数据库设计
4
武汉大学计算机学院
数据库系统
的特点
5
武汉大学计算机学院
数 据 库 系 统 的 特 点
1.
数据的高度结构化
students
sid 1 fname Jones lname Allan class 2 telephone 555-1234
10


武汉大学计算机学院
数 据 库 系 统 的 特 点
4.
DBMS统一管理和控制数据
数据库的共享是并发的共享，即多个用户 可以同时存取数据库中的数据。 DBMS提供以下几方面的数据控制功能：
1) 2) 3) 4)
数据的安全性(Security)保护 数据的完整性(Integrity)检查 并发(Concurrency)控制 数据库恢复（Recovery）
11
武汉大学计算机学院
数据库系统的
结构和组成
12
武汉大学计算机学院
数据库系统的结构和组成
1.
数据库的三级模式结构
外模式 外模式 外模式
外模式/模式
模式
模式/内模式
内模式
13
武汉大学计算机学院
数据库系统的结构和组成
2.
数据库系统的组成成分

硬件（足够的内存、外存、数据传输率） 数据库 软件（OS、DBMS、以DBMS为核心的应用开发工 具、高级语言及编译系统、数据库应用系统） 人（数据库管理员、应用程序员、最终用户）
e002
e003
Andrews
Jones
David
Franklin
Superintendent
Agent
24
武汉大学计算机学院
关

系
模
EMPLOYEES
型
第一范式 —— 遵守规则1的表称为第一范式
eid position fname John Agent Michael J. Susan R. dependents e001 e002 e003 lname Smith Andrews Jones fname John David Franklin position Agent Superintendent Agent ename lname
UNIT one
数据库系统 原理、编程与设计
1
武汉大学计算机学院
利用你的数据库方面的知识 思 考 几 个 问 题
1.
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
与文件系统相比，数据库系统具有哪些特点？ 目前商用数据库管理系统有哪些？它们在数据模型方面的 共同之处是什么？它们各具有什么特点？ 数据库系统的数据组织方式具有什么特殊之处？这种组织 方式对于开发一个大型的应用系统具有什么好处？ 与高级程序设计语言相比，数据库语言具有什么特点？标 准的数据库语言是什么？ 数据库技术的目的是什么？它适用于解决什么样的问题？ 针对一个具体的应用环境，你如何组织数据（即设计数据 库的方法）？ 你接触过哪些商用的数据库管理系统产品？会使用哪些工 具？会使用数据库语言的哪些命令？会实现哪些功能？ 根据你对数据库系统知识的理解及实际经验，你觉得商用 数据库系统产品应该提供哪些功能？
23
武汉大学计算机学院
关

系
模
结构 类型
型
规则1
EMPLOYEES
eid e001 e002 e003 ename Smith, John Andrews, David Jones, Franklin position Agent Superintendent Agent
EMPLOYEES
eid e001 lname Smith fname John position Agent
26
武汉大学计算机学院
关

系
模
型
规则3 行唯一性规则 关系中任何两个 元组（表中的行）的值在同一时刻不能 是完全相同的
数学上的合理性：关系是元组的集合，而集合 不允许包含相同的元素 数据模型上的合理性：关系中的每一个元组代 表一个客观存在的事物，而事物具有唯一性 在商业数据库管理系统中，很大一部分工作要 求保证在插入一条新记录的时候，原数据库中 没有相同记录存在
关系模型是一种与计算机相关的数据模型 1) 数据结构

表
传统的集合操作 专门的关系操作 实体完整性 参照完整性 用户自定义的完整性
19
2)
数据操作

3)
数据约束条件

武汉大学计算机学院
关
2.
系
模
型
关系规则
关系规则是关系模型中的一些规则，告诉我们在表 结构中哪些变化是允许的，哪些检索操作是受限的
1) 2) 3) 4)
5)
决定DB中的信息内容和结构； 决定DB中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； 监控数据库的使用和运行； 数据库的改进和重组重构 。
15
武汉大学计算机学院
数据库系统的结构和组成
4.
各种人员的数据视图
用户 数据表示 应用系统
应用 程序员
外模式 模式 DBM S
5
5
105
No
关系模型下的学生注册数据库
6
武汉大学计算机学院
数 据 库 系 统 的 特 点
2.
数据的高共享性
例，校人事处、 财务处、房产处 共享学校职工的 基本信息，但共 享的列有一些区 别
7
武汉大学计算机学院
数 据 库 系 统 的 特 点
3.
程序与数据的高独立性
程序与数据 的独立性 逻辑独立性
3.

程序与数据的高独立性
数据结构变化的几种可能性（物理结构，逻辑结构）， 因此，将模式从上扩充，得到外模式，向下扩充，得 到内模式，即数据库系统的三级模式结构。
外模式 外模式 外模式
外模式/模式
模式
模式/内模式
内模式
* 数据库系统的三级模式结构和两级映象 ---- 程序与数据的独立性。 * 对于每一级模式，DBMS提供相应的描述语言来定义。

最终用户

临时用户——用SQL访问DBMS的用户 初级用户——通过菜单访问DBMS的用户
14
武汉大学计算机学院
数据库系统的结构和组成
3.

各种人员的职责
应用程序员
直接与DBMS打交道，为初级用户编写菜单程序


最终用户
通过菜单或SQL使用数据库，以满足日常的事务处理要求
数据库管理员（DBA）的职能
Michael J. Susan R.
David M. Jr. Andrew K. Mark W. Louisa M.
手工处理的表
第一范式
e003 e003
25
武汉大学计算机学院
关


系
模
型
规则2 基于内容存取行
数学上的合理性：行是没有次序的

关系是行的集合： A
a1 a2 a3
B
b1 b2 b3