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第1章 数据库基础知识 主要内容 1.1 数据管理 1.2 数据模型 1.3 数据库系统 1.4 关系数据库 复习思考题 第1章 数据库基础知识 1.1.1 数据与信息 1.数据 数据是数据库系统研究和处理的对象。一 般认为，数据是人们记录下来的、表示客观事 物状态特征的可以识别的符号。 2.信息 信息是指经过加工处理并对人类的客观行 为产生影响的数据表现形式。 3.数据与信息的联系和区别 信息是数据的内涵，数据是信息的具体表 现形式。 1.1 数据管理 1.1.2 数据处理与数据管理 1.数据处理 数据处理是指从某些已知的数据出发，推 导加工出一些新的数据。这些新的数据表示了 新的信息，因此有时又把数据处理叫做信息处 理。 2.数据管理 数据管理即是指采用一定的处理方法完成 数据的分类、编码、组织、存储检索和维护等 工作，其目的在于通过特定的数据处理方法提 高数据处理效率。 1.1 数据管理 1.1.3 数据管理技术的发展 1.人工管理阶段 人工管理阶段始于上个世纪(20世纪)50年 代中期以前。在该阶段计算机硬件软件技术都 不能保障程序与数据的相互独立性，其数据管 理存在如下的问题： (1)数据与程序不独立。 (2)数据不具有共享性。 (3)数据保存的短暂性。 1.1 数据管理 1.1.3 数据管理技术的发展 2.文件管理阶段 随着计算机软、硬件技术的快速发展，20世纪50 年代中期到60年代中后期出现了文件系统管理数据， 数据和程序在一定程度上实现了分离，数据能够长期 保存。在该阶段，人们把有关的数据组织成一个文件 ，这种数据文件能够独立于程序而存储在外存储器上 ，由一个专门的文件管理系统对其进行管理。与早期 人工管理阶段相比，文件管理的效率和数量都有很大 提高，但仍存在以下问题： (1)数据没有完全独立于程序。 (2)数据不能集中管理。 (3)数据存在冗余。 1.1 数据管理 1.1.3 数据管理技术的发展 3.数据库系统管理阶段 20世纪80年代随着微型机的普遍应用和数据库系 统的不断完善，数据库系统在世界范围内得到了广泛 的应用。数据库系统是将所有数据集中到一个数据库 中，形成一个数据中心，实行统一规划，集中管理， 用户通过数据库管理系统(database management system，简写为dbms)来使用数据库中的数据。在 数据库管理阶段，数据管理有如下特点： (1)实现了数据的共享。 (2)实现了数据的结构化和独立性。 (3)实现了数据的统一控制。 1.1 数据管理 1.2.1 数据处理几个常用术语 1.信息世界几个常用术语 实体：实体就是可以相互区别的客观存在，如 汽车、火车等。 属性：实体的特性即为属性。实体有很多特性 ，如学生实体有学号、姓名、年级等属性。 关键字：能唯一标识每个实体的属性或属性集 ，如学生“学号”能够唯一地标识每一个学生，“学号 +课程编号”能够唯一地标识学生的功课成绩。 联系：实体内部联系(本实体属性之间的联系)以 及实体之间的联系(一对一联系、一对多联系、多对 多联系)。 1.2 数据模型 1.2.1 数据处理的三个世界 2.计算机世界几个常用术语 数据项(field)：标记实体属性的命名单位 ，也称为字段。字段的命名与属性名相同，如 学生有学号、姓名、年龄等字段 记录(record)：字段的有序集合。如学生 记录可表示为：学生(学号、姓名、性别)。 文件：同一类记录的汇集。如所有学生的 记录组成了学生文件。 1.2 数据模型 1.2.2 基本的数据模型 数据模型是数据库系统中用于提供信息表 示和操作手段的结构形式。简单地说，数据模 型是指数据库的组织形式，它决定了数据库中 数据之间联系的表达方式。 1.层次模型(hierarchical model) 2.网状模型 (network model) 3.关系模型 用二维表的形式表示实体和实体之间联系 的数据模型称为关系数据模型。 1.2 数据模型 1.2.2 基本的数据模型 关系模型的数据结构是一个“二维表框架”组成的集合，每 个二维表又可称为关系。在二维表中，每一行称为一条记录， 用于表示一组数据项，表中的每一列称为一个字段或属性，用 于表示每列中的数据项。表中的第一行称为字段名，用于表示 每个字段的名称。 课程编号课程名课程性质学分 教师师关系框架教师编 号姓名性别职称 教师师关系 姓名性别职称 1 梁丽女副教授 1 张东东男教授 课程编号课程名课程性质学分 96120701高等数学任选12 96120701经济数学必修11 课课程关系框架 课课程关系 1.2 数据模型 1.3.1 数据库与数据库系统 1.数据库 数据库(database ,简称db)是按一定的数据组 织方法统一管理的相关数据的集合。 2.数据库系统(dbs) 数据库系统(dbs)是实现有组织地、动态地存储 大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬 件和数据资源组成的系统，即采用了数据库技术的 计算机系统。数据库系统主要包括计算机硬件、操 作系统、数据库、数据库管理系统和建立在该数据 库之上的相关软件、数据库管理员和用户等组成部 分。 1.3 数据库系统 1.3.2 数据库管理系统与数据库应用系统 1.数据库管理系统(dbms) 数据库管理系统是用于建立、使用和维护 数据库的一组软件。 2.数据库应用系统(dbas) 数据库应用系统(database application system)是在dbms支持下根据实际问题开发 出来的数据库应用软件，专指基于数据库的应 用系统，通常是由数据库和应用程序组成。 1.3 数据库系统 1.3.3 数据库系统的模式结构 数据库系统在其内部具有三级模式和二级 映射。三级模式分别是模式、内部模式与外 部模式，二级映射则分别是模式到内模式的 映射以及外模式到模式的映射。这种三级模 式与二级映射构成了数据库系统内部的抽象 结构体系 。 1.3 数据库系统 1.3.3 数据库系统的模式结构 应用应用a a应用应用b b应用 应用c c应用应用d d 外模式外模式1 1外模式 外模式2 2外模式外模式3 3 模模 式式 内模式内模式 外模式外模式/ /模式模式 2 2 3 3 1 1 1 1 模式模式/ /模式模式 数据库数据库 数 据 库 系 统 的 模 式 结 构 1.3 数据库系统 1.3.4 数据库系统的分代 数据库系统经过30多年的发展，已走过第一、 二两代，现正向第三代发展。 1.非关系型数据库系统 非关系型数据库系统是对第一代数据库系统的 总称，其中包括层次型和网状型数据库系统两种类 型。 2.关系型数据库系统(relational database system,简称rdbs) 20世纪70年代中期dbs进入了第二代。 3.对象-关系数据库系统(object-relational database systems,简称ordbs) 将数据库技术与面向对象技术相结合，构成第 三代数据库系统的基础。 1.3 数据库系统 1.3.5 数据库系统的分类 1.集中式数据库 集中式数据库系统是将数据集中在一个数 据库中。 2.分布式数据库 分布式数据库系统是将多个集中式的数据 库通过网络联接起来，使各个结点的计算机可 以利用网络通信功能访问其它结点上的数据库 资源，使各个数据库系统的数据实现高度的共 享 1.3 数据库系统 1.4 关系数据库 关系数据库是由若干依照关系模型设计的 二维数据表文件的集合。在vfp6系统中，一 个关系数据库是由若干个数据表组成，每个数 据表又是由若干条记录组成，每条记录由若干 个数据项组成。一个关系的逻辑结构就是一张 二维表。 1.4 关系数据库 1.4.1 关系模型的基本概念 关系：一个关系就是一张二维表，每一个关系必须有一个关 系名。 元组：二维表中的行称为元组。 属性：二维表中的列称为属性。 域：属性的取值范围。 关系模式：对关系的描述称为关系模式，格式为： 关系名(属性名1，属性名2，属性名n) 一个关系模式对应一个关系文件的结构： r(s#,sname,sex,birthday,class) 关键字(或码)：属性或属性组合，其值能够唯一地标识一个 元组。 主关键字(或主码)：从多个候选关键字中选择一个作为主关 键字。 外关键字(或外码)：如果一个关系中的属性或属性组并非该 关系的关键字，但它们是另外一个关系的关键字，则称其为该关 系的外关键字。 1.4 关系数据库 1.4.2 关系的数学定义 1.笛卡儿积 设d1,d2,dn为任意集合，定义d1,d2 ,dn的笛卡儿积为： d1d2 dn=(d1,d2 , ,dn) | didi,i=1 , n，其中每一个元素( d1,d2, ,dn )叫做一个n元组。 2.关系 笛卡儿积d1d2 dn的任一个子集称 为d1,d2 ,dn上的一个n元关系。 1.4 关系数据库 1.4.3 关系的性质和完整性规则 1.关系的性质 关系是用集合代数的笛卡儿积定义的，是 元组的集合，因此关系具有如下性质： 每一列称为属性，要给予不同的属性名 ； 列是同质的； 所有的属性值都是不可再分的； 关系中没有重复的元组和属性； 元组顺序以及属性顺序无关紧要。 1.4 关系数据库 1.4.3 关系的性质和完整性规则 2.关系的完整性规则 关系的完整性是指关系中的数据及具有关 联关系的数据间必须遵循的制约和依存关系， 以保证数据的正确性、有效性和相容性。关系 的完整性主要包括实体完整性、域完整性和参 照完整性。 实体完整性:实体是关系描述的对象， 一行记录是一个实体属性的集合。在关系中用 关键字来惟一地标识实体，关键字也就是关系 模式中的主属性。实体完整性是指关系中的主 属性值不能取空值(null)且不能有相同值。 1.4 关系数据库 1.4.3 关系的性质和完整性规则 2.关系的完整性规则 域完整性:域完整性约束也称为用户自 定义完整性，是对数据表中字段属性的约束， 包括字段的值域、字段的类型及字段的有效规 则等，它是由确定关系结构时所定义的字段的 属性所决定。 参照完整性:在实际的应用系统中，为 减少数据的冗余度，常设计几个关系来描述相 同的实体，这就存在关系之间的引用参照，即 一个关系属性的取值要参照其它关系。 1.4 关系数据库 1.4.4 关系运算 基本的关系运算有3种：选择、投影和连接。 1.选择：选择是指从关系中找出满足给定条件的 所有元组。在vfp命令中的范围、条件子句完成的即 是选择运算。 2.投影：投影是指从关系中挑选若干属性组成新 的关系 。在vfp命令中的fields子句完成的即是投 影运算。 3.连接：连接是指将两个关系的属性名拼接成一 个更宽的关系，生成的新关系中包含满足连接条件 的元组。在vfp中典型命令是join with。 1.4 关系数据库 复习思考题 1.什么是数据？什么是信息？两者有何联系与