第4章 数据库系统

第四章

数据库系统及其应用第四章数据库系统及其应用4.1数据库系统概述

4.2数据库系统结构

4.3数据模型

4.4关系数据库

4.5数据库查询语言SQL4.6数据库的设计

4.7常用的数据库管理系统

4.8数据库的新发展4.1数据库系统概述1.数据数据是事物特性的反映和描述，是符号的集合。数据不仅指数值数据，文本、图形、图像、音频、视频等一切能被计算机接收且能被处理的符号都是数据。2.信息信息通常是指有一定含义的、经过加工的、对决策有价值的数据。这些数据能够反映出客观事物的内在联系及本质，从而影响信息获取者的行为或决策。从计算机系统的角度来看，数据是信息的载体，而信息则是数据加工的结果，信息来源于数据而高于数据。4.1.1数据库的基本概念4.1.1数据库的基本概念3.数据处理数据处理是指对数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护等一系列活动的总和。数据处理的基本目的是从大量的、杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人来说有价值、有意义的数据。4.数据库数据库（DataBase，DB）是一个长期存储在计算机内的、有组织的、有共享的、统一管理的数据集合。它是一个按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。

4.1.1数据库的基本概念5.数据库管理系统数据库管理系统(DatabaseManagementSystem，DBMS)是一种操纵和管理数据库的大型软件，它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。6.数据库系统数据库系统（DatabaseSystems，DS），是由数据库及其管理软件组成的系统。它是为适应数据处理的需要而发展起来的一种较为理想的数据处理的核心机构。数据库系统一般由数据库、数据库管理系统、数据库管理员、用户和应用程序四个部分组成。

4.1.2数据管理技术的产生和发展1.人工管理阶段时期20世纪40年代中--50年代中产生的背景应用需求 科学计算 硬件水平 无直接存取存储设备软件水平 没有操作系统 处理方式 批处理

1.人工管理阶段特点数据的管理者：用户（程序员），数据不保存数据面向的对象：某一应用程序数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的结构化：无结构数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段)

应用程序1数据集1应用程序2数据集2应用程序ｎ数据集n...…...…人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系

2、文件系统阶段时期20世纪50年代末--60年代中

产生的背景应用需求 科学计算、管理 硬件水平 磁盘、磁鼓 软件水平 有文件系统 处理方式 联机实时处理、批处理

文件系统阶段(续)特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的结构化：记录内有结构,整体无结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系(文件系统阶段)应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n文件系统...…...…文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系

文件系统

学生基本情况

学生管理其它的数据

学生基本情况

有关学生选课数据学生选课子系统学生管理子系统

冗余！3、数据库系统阶段时期20世纪60年代末以来产生的背景应用背景 大规模管理 硬件背景 大容量磁盘、磁盘阵列 软件背景 有数据库管理系统 处理方式 联机实时处理,分布处理,批处理 应用程序与数据的对应关系(数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库…数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系

4.分布式数据库系统阶段

分布式数据库在逻辑上象一个集中式数据库系统，实际上，数据存储在计算机网络的不同地域的结点上。每个结点有自己的局部数据库管理系统，它有很高的独立性。用户可以由分布式数据库管理系统，通过网络相互传输数据，如图所示。计算机1计算机3计算机2通信网络数据库1数据库2数据库3

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4.2数据库系统结构

4.2.1数据库系统模式的概念模式（Schema）：数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅涉及到型的描述，不涉及到具体的值。实例（Instance）：模式的一个具体值。同一个模式可以有很多实例。4.2.2数据库系统的三级模式结构

4.2.3数据库的二级映像4.3数据模型数据结构描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系等。数据操作描述在相应的数据结构上的操作类型和操作方式。数据约束描述数据结构内数据间的语法和语义联系、制约和依存关系，以及数据动态变化的规则，保证数据的正确有效。4.3.1数据模型的组成数据模型（DataModel）是数据特征的抽象，是数据库系统中用来提供信息表示和操作手段的形式构架。4.3.2数据模型的类型1.概念数据模型（ConceptualDataModel）概念数据模型，简称概念模型，是面向数据库用户的实现世界的模型，主要用来描述世界的概念化结构。概念数据模型必须换成逻辑数据模型，才能在DBMS中实现。数据模型按不同的应用层次分成3种类型，分别是概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型。2.逻辑数据模型逻辑数据模型（LogicalDataModel）：简称数据模型，这是用户从数据库所看到的模型，是具体的DBMS所支持的数据模型，如网状数据模型(NetworkDataModel)、层次数据模型(HierarchicalDataModel)、关系模型、面向对象模型等。

关系模型是目前最重要的一种数据模型。它是由若干关系组成的集合，每个关系从结构上看是一张二维表格。4.4关系数据库关系数据库，是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。目前主流的关系数据库有Oracle、SQL、Access、DB2、SQLServer，Sybase等。4.4.1关系的相关定义1.域（Domain）：一组具有相同数据类型的值的集合。2.笛卡尔积（CartesianProduct）

所有域的所有取值的集合，取值不能重复。3.关系（Relation）：笛卡尔积的有限子集。4.三类关系5.关系数据库

4.4.2关系的基本操作1.常用的关系操作插入、删除、修改和查询

2.关系操作的特点操作的对象和结果都是集合

4.4.3关系模型的完整性规则关系完整性是为保证数据库中数据的正确性和相容性，对关系模型提出的某种约束条件或规则。完整性通常包括实体完整性、参照完整性和用户定义完整性，其中实体完整性和参照完整性，是关系模型必须满足的完整性约束条件。回顾数据、信息、数据库、数据处理、数据库管理系统和数据库系统。数据库系统一般由数据库、数据库管理系统、数据库管理员、用户和应用程序四个部分组成。

关系模型是目前最重要的一种数据模型。它是由若干关系组成的集合，每个关系从结构上看是一张二维表格。关系的基本操作：插入、删除、修改和查询（操作的对象和结果都是集合）。4.5数据库查询语言SQL4.5.2SQL的组成1.数据定义语言（DDL）数据结构定义和数据库对象定义。CREATE（创建）、ALTER（修改）、DROP（删除）2.数据操纵语言（DML）INSERT（插入数据）、UPDATE（修改数据）、DELETE（删除数据）3.数据控制语言（DCL）安全管理，决定哪些用户可以查看或修改数据。4.数据查询语言（DQL）SELECT（检索数据）4.5.3数据的定义定义基本表：CREATETABLE<表名>（<列名><数据类型>[列级完整性约束条件][，<列名><数据类型>[列级完整性约束条件]]……[，<表级完整性约束条件>])；其中<表名>是所要定义的基本表的名字，它可以由一个或多个属性（列）组成。

例：建一个“学生”表Student，由学号、姓名、年龄3个属性组成，其中学号不能为空、取值唯一。CREATETABLEStudent(Sno CHAR(5)NOTNULLUNIQUE,Sname CHAR(8)UNIQUE, Sage INT);4.5.4数据的查询SELECT[ALL|DISTINCT]<目标列表达式>[，<目标列表达式>]……FROM

<表名或视图名>[，<表名或视图名>]……[WHERE<条件表达式>][GROUPBY<列名1>[HAVING<条件表达式>]][ORDERBY<列名2>[ASC|DESC]]；SELECT<字段列表>FROM<表名>从职工关系中检索出所有工资值

SELECT工资FROM职工检索仓库关系中的所有元组信息

SELECT*FROM仓库从Student学生表中查询所有学生的姓名和年龄

SELECTSname,SageFROMStudent简单查询SELECT<字段列表>FROM<表名>WHERE<筛选条件>

检索职工表中工资多于1230元的职工号

SELECT职工号FROM职工WHERE工资>1230检索Student表中年龄不小于20岁的学生学号和年龄

SELECTSno,SageFROMStudentWHERESage>=20检索在仓库“W1”或“W2”工作，并且工资少于1250元职工号

SELECT职工号FROM职工WHERE工资<1250AND(仓库号=‘W1’OR仓库号=‘W2’)一个查询同时涉及两个以上的表P138，例4-49，例4-51找出工资多于1230元的职工号和他们所在的城市

SELECT职工号,城市FROM职工,仓库WHERE(工资>1230)AND(职工.仓库号=仓库.仓库号)

找出工作在面积大于400的仓库的职工号以及这些职工工作所在的城市

SELECT职工号,城市FROM职工,仓库WHERE（面积>400)AND(职工.仓库号=仓库.仓库号)连接查询SELECT<字段列表>FROM<表名>WHERE<筛选条件>4.6数据库的设计数据库技术是信息资源的开发、管理和服务的最有效的手段，因此数据库的应用范围越来越广，从小型的单项事务处理系统到大型的信息服务系统大都利用了先进的数据库技术来保持系统数据的整体性、完整性和共享性。4.6.1数据库设计方法比较著名的新奥尔良方法将数据库设计分为四个阶段：需求分析（分析用户需求）、概念设计（信息分析和定义）、逻辑设计（设计实现）和物理设计（物理数据库设计）。S.B.Yao将数据库设计分为六个步骤：需求分析、模式构成、模式汇总、模式重构、模式分析和物理数据库设计。I.R.Palmer则主张把数据库设计当成一步接一步的过程，并采用一些辅助手段实现每一过程。4.6.2数据库设计的基本步骤1．应用规划2．需求分析3.概念设计4．逻辑设计5.物理设计6.数据库的实施7.运行维护4.7常用的数据库管理系统1.MySQLMySQL是最受欢迎的开源SQL数据库管理系统，它由MySQLAB开发、发布和支持。2.SQLServerSQLServer是由微软开发的数据库管理系统，是Web上最流行的用于存储数据的数据库，它已广泛用于电子商务、银行、保险、电力等与数据库有关的行业。4.7常用的数据库管理系统3.OracleOracle公司是全球最大的信息管理软件及服务供应商，该公司成立于1977年，最初是一家专门开发数据库的公司。Oracle在数据库领域一直处于领先地位。目前，Oracle产品覆盖了大、中、小型机等几十种机型，Oracle数据库成为世界上使用最广泛的关系数据系统之一。4.SybaseSybase主要有三种版本：一是UNIX操作系统下