软件双语Lecture32011春.ppt

第3讲数据库系统结构 难点 DatabaseSystemArchitecture Instructor 孙瑜Department 计算机科学学院计算机专业教研室Email bobsunyu QQ 782061453QQ答疑群 79453765 2 Review DataModels DataModel Asetofconceptstodescribethestructureofadatabase theoperationsformanipulatingthesestructures andcertainconstraintsthatthedatabaseshouldobey DataModelStructureandConstraints Constructs 构造 areusedtodefinethedatabasestructureConstructstypicallyincludeelements andtheirdatatypes aswellasgroupsofelements e g entity record table andrelationshipsamongsuchgroupsConstraintsspecifysomerestrictionsonvaliddata theseconstraintsmustbeenforced 强制 atalltimes 3 Review DataModels continued DataModelOperations Theseoperationsareusedforspecifyingdatabaseretrievals 获取 andupdatesbyreferringtotheconstructsofthedatamodel Operationsonthedatamodelmayincludebasicmodeloperations e g genericinsert delete update anduser definedoperations pute student gpa update inventory 4 Review CategoriesofDataModels Conceptual high level semantic datamodels Provideconceptsthatareclosetothewaymanyusersperceivedata Entity RelationshipModelPhysical low level internal datamodels Provideconceptsthatdescribedetailsofhowdataisstoredinthecomputer Implementation representational logical datamodels Provideconceptsthatfallbetweentheabovetwo andmaybeunderstoodbyendusersbutthatarenottoofarremovedfromthewaydataisorganizedwithinthecomputer Relational network hierarchical 5 课程教材的架构 数据库基本概念 Introduction Chapter1 Introduction补充 DataModel补充 DatabaseSystemArchitecture 本讲内容 关系数据模型 逻辑模型之一 RelationalModel Chapter2 1 2 4 TheRelationalModel 数据结构 和 数据的约束条件 Chapter2 5 2 8 RelationalAlgebra 数据操作 Chapter3 BasicSQLQueryLanguage 数据操作 Chapter5 ProgramstoAccessaDatabase 数据操作 数据库设计Chapter6 DatabaseDesignChapter8 Indexing 物理数据库设计 6 本讲主要内容 数据库系统结构概述数据库模式和实例的概念数据库系统的三级模式结构数据库系统的两级映射功能数据库系统外部的体系结构 7 数据库系统结构概述 数据库管理系统内部的系统结构三级模式结构 两级映射功能数据库系统外部的体系结构集中式体系结构 客户 服务器 架构 客户 应用服务器 数据库服务器 架构 8 数据库模式和实例的概念 Schema 模式 与Instance 实例 Schema Thedescriptionofadatabase Includesdescriptionsofthedatabasestructure datatypes andtheconstraintsonthedatabase Instance State Theactualdatastoredinadatabaseataparticularmomentintime Thisincludesthecollectionofallthedatainthedatabase Instance是Schema在某一时刻的具体化 实例化 类似于面向对象理论中Class与Object的关系 9 学生信息数据库的Schema 10 学生信息数据库某一时刻的Instance 11 DatabaseSchemavs DatabaseState Thedatabaseschemachangesveryinfrequently Schemaisalsocalledintension 内涵 Thedatabasestatechangeseverytimethedatabaseisupdated Stateisalsocalledextension 外延 12 数据库系统的三级模式结构 Three SchemaArchitecture 外模式 概念模式 内模式 13 Three SchemaArchitecture Internalschema 内模式 也称存储模式 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通常使用物理数据模型描述Conceptualschema 概念模式 也称全局模式 有时简称 模式 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述通常使用概念或逻辑数据模型描述Externalschemas 外模式 也称子模式或用户模式 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通常使用与概念模式相同的数据模型描述 14 注意 模型 Model 与模式 Schema 的区别数据模型是描述数据的一种通用形式 模式则是用给定的数据模型描述具体数据 注意 真正的数据内容保存在数据库状态 State 中 15 用E R概念模型表示的概念模式 16 用关系逻辑模型表示的概念模式 17 教师教授课程 外模式及其实例 学生选修课程 外模式及其实例 中文属性名 英文属性名 用关系逻辑模型表示的外模式及其实例 18 数据库系统的两级映射功能 两级映射 Mapping 概念模式 内模式映射外模式 概念模式映射数据独立性 Program DataIndependence P13 物理独立性 PhysicalDataIndependence 逻辑独立性 LogicalDataIndependence 19 数据库系统的工作流程 DBMS首先对数据查询语句进行语法检查 而后从数据字典中找到该用户对应的外模式 同时进行权限检查DBMS根据找到的外模式 利用概念模式 外模式映射 将其映射到概念模式 确定概念模式应该读入哪些数据 20 数据库系统的工作流程 续 DBMS利用内模式 概念模式映射 将概念模式映射到内模式 确定数据库应读入哪些物理记录及其具体的地址DBMS根据地址信息向操作系统发出读取记录的命令操作系统执行读取数据的命令 并将数据从硬盘读入系统缓冲区 将执行结果通知DBMS 21 数据库系统的工作流程 续 DBMS根据查询语句及数据字典定义的信息 将系统缓冲区中的数据转换成用户所需的记录格式DBMS将数据记录从系统缓冲区传送到用户工作区 22 内模式与概念模式之间的映射提供了数据的物理独立性 当数据的物理结构发生变化时 如对数据增加索引 改变数据的存储位置 改变存储设备等 不影响数据的逻辑结构 当DBA根据应用程序对数据的存取要求 对数据的物理组织进行优化后 并不需要对概念模式和外模式进行重新定义 也不需要修改应用程序 只需要修改内模式与概念模式之间的映射 数据的物理独立性 23 概念模式与外模式之间的映射提供了数据的逻辑独立性 当数据的整体逻辑结构发生变化时 如增加新的关系 新的属性 改变属性的数据类型等 可以通过修改各个外模式与概念模式之间的映射 从而使外模式和依据外模式编写的应用程序不受影响 数据的逻辑独立性 24 数据库系统外部的体系结构 CentralizedArchitectureCombineseverythingintosinglesystemincluding DBMSsoftware hardware applicationprograms anduserinterfaceprocessingsoftware Usercanstillconnectthrougharemoteterminal 终端 however allprocessingisdoneatcentralizedsite 25 26 Client ServerArchitecture网络数据库系统 数据库系统软件安装在服务器上 通过网络向外界提供数据服务Client Server 需要安装专门的客户端软件Browser Server 不需要安装专门的客户端软件 27 Client Server架构 28 Client Server架构组件 ClientApplication ClientNet Library Client SQLServer RelationalEngine StorageEngine Server LocalDatabase DatabaseAPI OLEDB ODBC DB Library Processor Memory OpenDataServices ServerNet Libraries 29 ClientApplication ClientNet Library Client SQLServer RelationalEngine StorageEngine Server LocalDatabase DatabaseAPI OLEDB ODBC DB Library Processor Memory OpenDataServices ServerNet Libraries Client Server架构通信过程 Query ResultSet ResultSet 1 2 3 4 5 30 Browser Server架构 31 客户机 Web服务器 客户请求WEB页面 WEB服务器定位指令文件 HTML流被返回浏览器 浏览器处理HTML并显示WEB页面 WEB服务器处理指令以创建HTML WEB页面创建者编写指令 Browser Server架构通信过程 32 ThreeTierClient ServerArchitecture 33 Presentationlayer 表现层 负责展示用户界面 以及与用户的交互 Businesslogiclayer Middlelayer 业务逻辑层或中间层 负责接收来自表示层的请求 并根据它包含的业务逻辑给表示层返回一个结果 Databaseserviceslayer 数据库服务层 负责存储应用程序的数据 并在接收到请求时 把这些数据发送给业务层 34 图书馆信息管理系统数据库服务层 35 36 图书馆信息管理系统业务层 37 38 图书馆信息管理系统表现层 Windows界面 图书管理员使用的界面图书管理员登陆验证书目管理 Web 浏览器 界面 读者使用的界面 ShowBooks aspx 两个界面都访问的是同一个数据库手持扫描器的作用 通过条形码读取读者证编号或图书编号 39 40 41 42 43 三层体系结构详细分析 网上购物系统Commerce