2网络数据库技术1

2•数据库与管理技术——对在分析、决策过程中出现的大量数据进行收集、存储、加工，并且快速、及时、开放的使用这些数据•网络数据库技术——网络数据库是跨越电脑在网络上创建、运行的数据库。3内容介绍•数据库技术•网络数据库•集中式与分布式数据库•数据仓库44一、数据库系统的产生•发展数据库及数据库管理系统的目的就是为了解决文件处理系统的弊病•数据库是逻辑相关的记录和文件的集合，它把所有存储在独立文件中的记录归并在一个数据库内，以便让不同的应用程序存取•数据库管理包括数据库的建立、查询和维护，以提供用户和组织必要的数据•数据库能以最佳的方式，最少的数据冗余为多种应用服务，程序与数据具有较高的独立性55•数据库技术萌芽于60年代中期，60年代末到70年代初数据库技术日益成熟–1969年，IBM公司研制开发了基于层次结构的商品化数据库管理系统IMS–美国数据系统语言协商会CODASYL的数据库任务组DBTG确定并建立了数据库系统的许多概念、方法和技术，DBTG基于网状结构，是数据库网状模型的基础和代表–1970年，IBM公司SanJose实验室E.F.Codd研究员提出了数据库的关系模型，并开创了关系方法和关系数据研究，为关系数据库的发展奠定了理论基础一、数据库系统的产生6二、数据处理•数据组织的层次–人们需要用数据来进行决策和采取行动•如果这些数据能够在限定的时间内被检索处理，这些数据就产生了价值，成为信息。因此需要将数据有序的组织起来，才能对数据进行有效的处理。–数据的逻辑组织有四个基本的逻辑元素：•数据项•记录•文件•数据库7二、数据处理•数据组织的层次数据库文件1文件2文件n文件n-1记录1记录2记录n-1记录n数据项1数据项2数据项n-1数据项n…...…...…...姓名、性别等若干学生学生文件学校数据库8二、数据处理•数据组织的相关概念–数据项•是组成数据系统的有意义的最小基本单位。它的作用是描述一个数据处理对象的某些属性。–记录•与数据处理的某一对象有关的一切数据项构成了该对象的一条记录。标识记录的数据项称为关键项。–文件•相关（同类）记录的集合称为文件。–数据库•按一定方式组织起来的逻辑相关的文件集合形成数据库。9二、数据处理•文件的管理观–大量的企业数据不可能存放在主存中–某一时刻，企业只使用其中的一部分数据–企业的数据一般以文件形式组织起来•分类–按存储介质•光盘文件•磁盘文件•打印文件–按文件在信息系统中所执行的功能•主文件•事务文件•报告文件•工作文件•程序文件1010二、数据库系统的构成•数据库系统DBS是由计算机系统、数据库、数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织的总体–计算机系统——用于数据库管理的计算机硬件和软件系统，系统应具有较高的网络功能–数据库DB——既有存放实际数据的物理数据库，也有存放数据逻辑结构的描述数据库–数据库管理系统DBMS——一组对数据库进行管理的软件，通常包括数据定义语言及其编译程序、数据操纵语言及其编译程序，以及数据管理理性程序–人员——在数据库系统的构成中所包含的人员：数据库管理员DBA、系统程序员、用户12•数据库有哪些类型？–企业数据库的种类•操作数据库：客户数据库、人员数据库•管理数据库：指定的操作库、外来库数据，用于决策支持•信息仓库：管理库经进一步加工，外来数据，决策支持•分布式数据库：散布于企业各部门中的部门级数据库•外部数据库：网络上的信息服务商提供–文本数据库：电子文档的管理–多媒体数据库：包括文字、声音、图像等各种格式的文档三、数据库管理技术13•数据库模型–模型功能•使数据以记录的形式组织在一起，综合反映各种业务信息，既综合又没有冗余。•模型能反映用户各业务信息所存在的内在联系，而且与DBMS数据模型一致。–模型的类型•层次型•网状型•关系型（目前最流行的是关系型数据库）三、数据库管理技术是一组描述现实世界的一种方法14•数据库模型——层次模型–基本概念•层次模型是按照层次结构的形式组织数据库数据的数据模型，即用树型结构表示实体集与实体集之间的联系。•其中用结点表示实体集，结点之间联系的基本方式是1:n。三、数据库管理技术15管理系3季辉德五楼系系名系号系主任名地点图(a)记录的型例如：图(a)是一个名为系的记录。图(b)记录的一个实例16双亲子女关系（简称PCR）这是层次数据模型中最基本的数据联系。它代表了两个记录型之间一对多关系（1:n）。例如，系和班级之间的联系就构成了双亲子女联系，在“1”方的记录型称为双亲记录，在“n”方的记录型称为子女记录。图(b)是其一个实例。计算机系计科0201班计科0202班计教0201班系班1n（a)PCR型(b)一个PCR实例17•层次数据模型的特点及实例利用PCR可以构成层次数据模型。下图是一个层次数据模型的例子。系班级教研室学生教师18•层次数据模型是一棵树，其数据结构特点为：–每棵树仅有一个结点无双亲结点，即根结点。–除根结点外的任何结点有且只有一个双亲结点，但可以有任意个子女结点。–树中无子女的结点称为叶结点。19层次数据模型的一个实例计算机系计科0201班计科0202班张三李四…王五李定…计教0201班赵山周英…硬件教研室孙立钱敏…软件教研室胡恒丁伟…20虚拟记录法是在数据库中，如果有一个记录x要在多处被引用，则只存储一份这样的记录，其他需要引用的地方用其指针代替。这种用指针代替的记录称为虚拟记录，记为V.x。右图表示学生和课程间的m:n联系。学生(课程)v1m课程(学生)v1m•虚记录法层次数据模型表达多对多21•层次数据模型的优缺点层次数据模型的优点主要有：结构严谨、层次分明，便于在计算机内实现。从根结点到树中任一结点均存在一条唯一的层次路径，这为有效地进行数据操纵提供了条件。在层次结构中除根结点外，其他结点有且只有一个双亲结点，故实体集之间的联系可用双亲结点唯一地表示，因此层次模型DBMS对层次结构的数据有较高的处理效率。22•层次数据模型的缺点主要有：–层次数据模型缺乏直接表达现实世界中非层次型结构的复杂联系，如多对多联系。–对插入或删除操作有较多的限制。–查询子女结点必须通过双亲结点，程序设计人员必须指定查找路径。•层次数据模型的优缺点23•数据库模型——网状模型–为了克服层次模型不能直接描述非层次型联系的局限，20世纪60年代末出现了网状数据模型。–但对于二元m:n联系和多元m:n:p联系也不能直接表示，而是采用联系记录这个辅助数据结构，来将实体集间的m:n联系转换成两个1:n联系。–网状数据结构是set（系）–一个系一个主记录，可以是多个系的主记录，也可以是多个系的属记录。三、数据库管理技术24•网络数据库模式的例子网状数据结构是set（系）班级1m学生set主记录属记录1203241学生1学生2学生3学生4雇员LINKS1S2张三L1S1李四王五L2胡四任五L3李二田九刘七S2S1S2S2S1自己与自己的自联系25•联系记录例如学生记录与课程记录之间的m:n联系可通过引入联系记录――学生选课记录，将其转换为两个1:n联系。如下图所示。学生课程1m学生选课SL1nCL张三李四采购法律选课1选课2选课3选课4SL实务SLCLCLCL26•网状数据模型的优缺点网状数据模型的优点主要有：能够更为直接地描述现实世界。具有存取效率高等良好性能。网状数据模型的缺点主要有：数据结构比较复杂，不便于终端用户掌握。其数据定义语言（DDL）、数据操作语言（DML）较为复杂，用户掌握使用较为困难。一个形象的比喻：网状模型是数据的海洋，程序员是导航员，引导检索的船在中间查找数据。27•数据库模型——关系模型–属性和域•在现实世界中，要描述一个事物，常常取其若干特征来表示。这些特征称为属性。例如，大学生可用姓名、学号、性别、系别等属性来描述。•每个属性对应一个值的集合，作为其可以取值的范围，称为属性的域。例如性别的域是｛男，女｝,成绩的域是[0,100]等。三、数据库管理技术282）关系和元组•一个对象可以用一个或多个关系来表示。•假设R为一个关系，它有属性A1、A2、…、An，其对应的域分别为D1、D2、…、Dn，则关系R可表示为：R（A1,A2,…,An）•元组是关系中各个属性的一个取值的集合。293）键关系中的某一属性或属性组的值唯一地决定其他所有属性的值，也就是唯一决定一个元组，而其任何真子集无此性质，则称这个属性或属性组为该关系的候选键或候选码，简称键或码。30•关系数据模型的数据结构1）关系数据模型的描述功能（1）用二维表格表示实体集及其属性设实体集R有属性A1、A2、…、An，实体集的型可用一个二维表的框架表示。见表（a）。表中每一元组表示实体集的值，见表（b）A1A2A3…Ana11…am1a12…am2a13…am3………a1n…amnA1A2A3…An（a）关系R的型（b）关系R的值31关系举例学号姓名年龄性别系号S1程宏19男9S2王盟20女9S3刘莎莎18女10学生情况表32•用二维表描述实体集间的联系关系模型不仅可用二维表表示实体集，而且可以用二维表描述实体集间的联系。例如,在图书管理中经常用“读者登记表”和“图书登记表”分别存储读者和图书信息，如下表所示。姓名借书证号单位张三10001计算机系刘一10002自动化系…总编号分类号书名作者200001TP101数据库导论C.J.DATE400002TP102自动化理论周明德…读者表图书表33•用二维表描述实体集间的联系由于借书人与图书之间是m:n联系，在前面用层次模型或网状模型将是一项复杂的事情。在这里用二维表――“借书登记表”来表示借书人和图书两个实体集之间的联系则十分简便，如下表所示。借书证号总编号借阅日期100012000012003.9.1100014000022003.9.1100024000022003.10.9…34•关系的性质关系是一个二维表，表中的每一行对应一个元组，表中的每一列有一个属性名且对应一个域。列是同质的，即每一列的值来自同一个域。关系中的每一个属性是不可再分解，即所有域都应是原子数据的集合。关系中任意两个元组不能完全相同。关系中行的排列顺序、列的排列顺序是无关紧要的。每个关系都由关键字的属性集唯一标识一个元组。关系是一个简单的二维表，其主要性质为：35•关系数据模型的优缺点1）关系数据模型的优点关系模型有坚实的数学理论基础。在关系模型中，二维表不仅能表示实体集，而且能方便地表示实体集间的联系。关系数据模型中数据的表示方法统一、简单，便于计算机实现，用户操作简单。数据独立性高。36•关系数据模型的优缺点（续）2）关系数据模型的缺点关系数据模型的主要缺点是查询效率较低。不能以自然的方式表示实体集间的联系、语义信息不足、数据类型过少等弱点。因此自20世纪80年代后期以来，陆续出现了以面向对象数据模型为代表的新的数据模型。37•三种数据模型多对多处理学生(课程)v1m课程(学生)v1m张三李四采购法律选课1选课2选课3选课4SL实务SLCLCLCL课程表学生表学生课程表38•阶段总结（要求的内容）–模型与模式•模型：用计算机描述现实世界的方法•模式：用模型对一个具体企业的建模–了解三种模型的含义与数据结构特点•层次型为树状•网络型为系（或网状）•关系型为关系（或表）–三种模型的优点•层次21，网状26，关系35–三种模型的缺点•层次22，网状26，关系36三、数据库管理技术39•数据库系统的三级模式与二级映射（图）物理模型（内模式）用户A用户B用户D用户E外模式1（子模式1）外模式2（子模式2）概念模型（模式）DBMSOS子模式/概念模式映射A子模式/概念模式映射B模式/内模式映射三、数据库管理技术40•数据库系统的三级模式–模式•即逻辑模式。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。–外模式•用户模式或者子模式。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。外模式通常是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式。应用程序都是和外