第二章_数据库原理及应用

数据库原理及应用湖南交通职业技术 学 院第 1章 数据库概述v1.1 数据库技术的发展v1.2 数据库 的基本概念 v1.3 数据库系统组成v1.4 数据模型 v1.5 数据库管理系统 1.1数据管理技术的发展计算机的主要应用之一就是数据处理，将大量的信息以数据的形式存放在磁盘上。数据处理是对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动。数据管理是数据处理的中心问题，是对数据进行分类、组织、编码、存储检索和维护。数据管理技术发展经历了三个阶段：人工管理、文件系统和数据库系统阶段。数据管理的演变 ：1950 1960 1970 1980人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段第一代：层次 .网状数据库系统第二代：关系数据库系统第三代：面向对象数据系统1人工管理阶段早期的数据处理都是通过手工进行的，因为当时的计算机主要用于科学计算。应用程序和数据之间的关系如图 1-1所示。这种数据处理具有以下几个特点：v 数据量较少。v 数据不保存。v 没有软件系统对数据进行管理。v 数据不共享。v 数据不具有独立性。1人工管理阶段用户 1 应用程序 1应用程序 2应用程序 3用户 2应用程序 n用户 m用户 3应用程序 4数据组 1数据组 2数据组 3数据组 4数据组 n图 1-1 应用程序和数据之间的关系2文件系统阶段20世纪 50年代中期以后， 计算机硬件方面已有了磁盘、磁鼓等直接存取存储设备；软件方面，操作系统中已有了专门的数据管理软件，即文件系统；处理方式上不仅有了批处理，而且能够联机实时处理。文件系统对数据的管理，实际上是通过应用程序和数据之间的一种接口实现的，如图 1- 2所示。因此具有如下特点：图 1-2 应用程序与文件的关系2文件系统阶段2文件系统阶段v （ 1）数据可以长期保留，数据的逻辑结构和物理结构有了区别，程序可以按名访问，不必关心数据的物理位置，由文件系统提供存取方法。v （ 2）数据不属于某个特定的应用，即应用程序和数据之间不再是直接的对应关系，可以重复使用。但是文件系统只是简单地存取数据，相互之间并没有有机的联系，即数据存取依赖于应用程序的使用方法，不同的应用程序仍然很难共享同一数据文件。v （ 3）文件组织形式的多样化，有索引文件、链接文件和 Hash文件等。但文件之间没有联系，相互独立，数据间的联系要通过程序去构造。文件系统具有如下缺点：（ 1）数据冗余度大 文件与应用程序密切相关。相同的数据集合在不同的应用程序中使用时，经常需要重复定义、重复存储。（ 2）数据不一致性 由于相同数据的重复存储，单独管理，给数据的修改和维护带来难度，容易造成数据的不一致。（ 3）数据联系弱 文件系统中数据组织成记录，记录由字段组成，记录内部有了一定的结构。但是文件之间是孤立的，从整体上看没有反映现实世界事务之间的内在联系，因此很难对数据进行合理的组织以适应不同应用的需要。（ 4）数据独立性差 文件系统中的文件是为某一特定应用服务的，文件的逻辑结构对该应用程序来说是优化的，想对现有的数据在增加一些新的应用会很困难，系统不易扩充。一旦数据的逻辑结构改变，必须修改应用程序，修改文件结构的定义，因此数据与程序之间仍缺乏独立性。文件系统具有如下缺点：3数据库系统阶段从 20世纪 60年代后期以来，计算机硬件和软件技术得到了飞速发展，主要有：（ 1）计算机用于管理的规模更为庞大，应用越来越广泛，数据量急剧增长，而且数据的共享要求越来越强。这种共享的含义是多种应用、多种语言互相覆盖的共享数据集合。（ 2）有了大容量的磁盘，而且计算机硬件价格下降，软件价格上升，为编制和维护系统软件及应用程序所需的成本相对增加。（ 3）处理方式上联机实时处理要求更多了，并开始提出和考虑分布处理。3数据库系统阶段3数据库系统阶段为解决多用户、多应用共享数据，使数据为尽可能多的应用服务，显然文件系统已不能满足应用需求，一种新的数据管理技术 -数据库技术应运而生。该阶段应用程序与数据库之间的对应关系如图 1-3所示。数据库系统是由计算机软件、硬件资源组成的系统，它实现了有组织地、动态地存取大量关联数据，方便多用户访问，它与文件系统的重要区别是数据的充分共享、交叉访问、与应用程序的高度独立性。图 1-3 应用程序与数据库的关系3数据库系统阶段数据库系统阶段特点：v （ 1）数据结构化。即采用复杂的数据模型表示数据结构。数据模型不仅描述数据本身的特点，还描述数据之间的联系。数据不再面向某个应用，而是面向整个应用系统。v （ 2）数据共享性高、冗余度小、易扩充。数据冗余明显减少，实现数据共享。v （ 3）有较高的数据独立性。v （ 4） 数据由 DBMS统一管理和控制。数据库系统与文件系统的区别数据库对数据的存储是按照同一结构进行的，不同的应用程序都可以直接操作这些数据（即对应用程序的高度独立性）。数据库系统对数据的完整性、唯一性和安全性都提供一套有效的管理手段（即数据的充分共享性）。数据库系统还提供管理和控制数据的各种简单操作命令，使用户编写程序时容易掌握（即操作方便性）。1.3 数据库系统组成DBS的组成数据库系统主要由计算机硬件、数据库、数据库管理系统和人员组成。1.计算机硬件构成计算机系统的各种物理设备，包括存储数据所需的外围设备。硬件的配置应满足整个数据库系统的需要。1.3. DBS的组成2数据库（ DataBase， DB）数据库是存放数据的仓库，只不过这个仓库是在计算机存储设备上，而且数据是按一定的格式存放的。数据库是指长期储存在计算机内的，有组织的，可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数学模型组织，描述和储存，具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。1.3. DBS的组成3数据库管理系统数据库管理系统的目的是科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。基本功能应包括：v (1)数据定义功能： DBMS提供数据定义语言 (Data Definition Language， DDL)， 用户通过它可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。v (2)数据操纵功能： DBMS提供数据操纵语言(Data Manipulation Language,DML)， 用户可以使用DML操纵数据，实现对数据库的基本操作。(3)数据库的运行管理：数据库在建立、运用和维护时由 DBMS统一管理，统 控制，以保证数据的安全性、 完整性、 多用户对数据的并发使用及发现故障后的系统恢复。(4)数据库的建立和维护功能：包括数据库初始数据的输入、转换、 转储、恢复功能，数据库的重组功能和性能监视、 分析功能等等。1.3. DBS的组成1.3. DBS的组成4.人员（四类）第一类为系统分析员和数据库设计人员：系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明，他们和用户及数据库管理员一起确定系统的硬件配置，并参与数据库系统的概要设计。数据库设计人员负责数据库中数据的确定、数据库各级模式的设计。第二类为应用程序员，负责编写使用数据库的应用程序。第三类为最终用户，他们应用系统的接口或利用查询语言访问数据库。第四类用户是数据库管理员 (DBA)，负责数据库的总体信息控制。 DBA的职责包括：决定数据库中的信息内容和结构；决定数据库的存储结构和存取策略；定义数据库的安全性和完整性约束；监控数据库的使用和运行等等。1.3.1 DBS的组成1.4 数据模型1.4.1数据模型的概念模型就 是对现实世界特征的模拟和抽象，数据模型是对现实世界数据特征的抽象。对于具体的模型人们并不陌生，如航模飞机、地图、建筑设计沙盘都是具体的模型。数据模型应满足三方面的要求：一是能比较真实地模拟现实世界；二是容易为人所理解；三是便于在计算机上实现。 为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界，如图 1-14所示。认识抽象机器世界 DBMS支持的数据模型信息世界 概念模型转换现实世界图 1-14现实世界中客观对象的抽象过程1.4 数据模型1.信息的转换客观 事物类事物 相关性质集合 现实世界 实体 实体集合及 实体联系 相关属性集合信息世界加工 .转换数 文件据 纪录库 相关数据项集合数据世界 (E-R模型)DBMS存储 二进制结构 数据集合加工转换(数据模型 )计算机世界2. 实体联系模型 （ E-R）是用一种自然的方式来描述现实世界中的数据，使我们能够较容易地对所要处理的对象过程建立一个正确的概念模式。(1) 实体间的联系可分为：一对一联系（ 1:1）一对多联系 （ 1:n）多对多联系 （ m:n）Is-a 联系(2) 表示 E-R模型的图形实体 ：属性 ：联系 ：连线 ：注