软件技术数据库概述.ppt

1,第十二章 数据库系统概述,本章基本内容与要求,基本内容 数据库基本概念 数据模型 数据库系统结构 关系数据库的基本概念 要求 熟练掌握数据库的基本概念和关系数据模型 熟悉数据库系统结构特别是三级模式结构,3,数据管理的发展阶段,人工管理阶段（50年代中期以前） 文件系统阶段（50年代后期-60年代中期） 数据库系统阶段（60年代后期开始）,4,人工管理阶段,背景 计算机主要用于科学计算 外存为顺序存取设备 没有操作系统，没有数据管理软件,特点 用户完全负责数据管理工作 数据完全面向特定的应用程序 数据与程序没有独立性,5,文件系统阶段,背景 计算机不但用于科学计算，还用于管理 外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备 有了OS,文件系统(专门管理数据的软件),6,文件系统阶段,7,文件系统阶段,特点 系统提供一定的数据管理功能 数据与程序有一定的独立性 数据仍是面向应用的 数据与程序的独立性差 数据的共享性差，冗余度大 数据面向应用 数据孤立 数据的不一致性,8,数据库系统阶段,背景 计算机管理的数据量大，关系复杂，共享性要求强（多种应用、不同语言共享数据） 外存有了大容量磁盘，光盘 软件价格上升，硬件价格下降，编制和维护软件及应用程序成本相对增加，其中维护的成本更高，力求降低,9,数据库系统阶段,数据库观点 数据不是依赖于处理过程的附属品，而是现实世界中独立存在的对象,数据1,DBMS 统一存取,数据2,数据n,程序2,程序1,程序n,10,数据库系统阶段,特点 有了数据库管理系统 面向全组织，面向现实世界 独立性较强 由DBMS统一存取，维护数据语义及结构,11,学号,姓名,性别,系别,年龄,住址,出身,学位,学分,补贴,学籍科,房产科,人事科,生活科,数据库系统的特点,12,数据库系统阶段数据管理的特点,数据结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制 数据的安全性（Security）保护 数据的完整性（Integrity）检查 并发（Concurrency）控制 数据库恢复（Recovery）,13,第一节 数据库基本概念,一、数据库（DataBase，简称DB） 数据库是长期存放在计算机内、有组织、可共享的数据集合， 数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有尽可能小的冗余度和较高的数据独立性和易扩展性， 并可为各种用户共享。,数据1,数据2,数据n,14,第一节 数据库基本概念,二、数据库管理系统（DBMS） 数据库系统的核心组成部分，对数据进行管理的软件。 主要功能： 数据定义 :对数据库中的数据对象（包括表、视图、索引等）进行定义 。 数据操纵 ：对数据库操作 查询 插入 删除 修改等 数据库的运行管理：对数据库的建立、运用和维护进行统一管理和控制 安全性控制、完整性控制、并发控制、备份与恢复 数据库的建立和维护功能 数据库初始数据的输入和转换功能、数据库的转储和恢复功能以及数据库重组织功能和性能监视、分析功能等。,数据1,DBMS 统一存取,数据2,数据n,15,第一节 数据库基本概念,三、数据库系统（DBS） 在计算机系统中引入数据库后的系统构成 组成： 数据库（及相关硬件） 数据库管理系统（DBMS） 开发工具 应用系统 数据库管理员 用户 数据库管理员(DataBase Administrator,简称DBA),16,数据库系统 示意图,PB,VB,VC DELPHI,Oracle,Db2, Sybase, SQL Server, Informix Visual Foxpro Access,17,数据库在计算机系统中的地位示意图,18,第二节 数据模型,数据模型的基本概念 概念模型与E-R图 最常用的数据模型即结构模型 将E-R图表示的概念模型转换为关系模型,19,一、数据模型的基本概念,现实世界,信息世界,计算机世界,20,一、数据模型的基本概念,数据模型 表示实体和实体之间联系的模型,应用,概念数据模型（E-R表示）,结构数据模型 （DBMS支持）,21,二、概念模型与E-R图,独立于计算机系统的数据模型 信息世界模型 信息世界基本概念 实体(Entity) 属性(Attribute) 域(Domain) 实体型(Entity Type) 实体集(Entity set) 码(Key) 联系(Relationship),22,E-R图(实体联系图）,矩形框 ：实体 菱形框 ：联系 椭圆形框 ：属性 联系种类：1：1 1：m m: n,23,三、结构模型,三要素： 数据结构 数据操作 数据完整性约束 常用的结构模型 层次模型 网状模型 关系模型,直接面向数据库中数据的结构,数据模型,24,层次模型,用树形结构来表示实体及实体之间联系 层次清楚、容易理解 两个结点间的关系是1-m关系,25,网状模型,用网状结构来表示实体及实体之间联系 允许结点有多于一个的父结点 可以表示m -m关系,26,关系模型,用表格表示实体及实体之间联系,27,关系模型,关系(Relation) 一个关系对应一张二维表。 元组(Tuple) 二维表中的一行称为一个元组。 属性(Attribute) 二维表中的一列称为一个属性，对应每一个属性的名字称为属性名。 超码(Super Key) 二维表中的某个属性或是属性组可以唯一确定一个元组，则称为超码。 候选码(Candidate Key) 最小的超码 主码(Primary Key) 任选一个候选码 域(Domain) 属性的取值范围称为域。 分量 元组中的一个属性值。,28,关系模型,关系模式 关系名和属性集的集合，是对关系的具体描述。一般表示为： 关系名（属性1，属性2,属性N）,例：S(S#,SNAME,AGE,SEX) 其中关系模式中属性的数目称为元数。,关系模型 由多个关系模式组成了关系模型，也称为关系数据库模式。,29,关系模型,成功的关系数据库产品 Oracle Sybase DB2 SQL Server ACCESS Visual Foxpro,30,关系数据库,对应于一个关系模型的全部关系的集合称为关系数据库 一个关系应具备下列特点 关系的每一列具有不同的名称（属性名） 关系的每一列具有同一类型的域 关系中任意两行（元组）不能完全相同 关系的每一列是不可再分的数据单位 关系中行、列的次序可以互换 每一个关系有一个唯一的主码,四、将E-R图表示的概念模型转换为关系模型,实体集的转换 E-R模型中的每个实体集转换成一个与实体同名的关系模式，实体的属性为关系模式的属性，实体的主码为关系模式的主码。 联系的转换 E-R模型中的联系转换成为关系模式时，要根据联系方式的不同采用不同的转换方式： 若联系的方式是一对一的（1 ：1），可以在两个实体关系模式中的任意一个关系模式中加入另一个关系模式的主码和联系类型的属性。 若联系方式是一对多的（1 ：N），则在N端实体的关系模式中加入1端实体关系模式的主码和联系类型的属性。 若联系方式是多对多的（M ：N），则将联系也转换成关系模式，其属性为互为联系的两个实体的主码和联系自身的属性。,数据模型,部门,工作,员工,1,m,32,例：E-R图转换为关系模型,学生（学号，姓名，性别，班号） 班级（班号，班名，位置） 教师（教师号，姓名，职称） 课程（课程号，课程名，学分） 授课（教师号，课程号） 选修（学号，课程号，成绩）,33,第三节 数据库系统结构,一、数据库的三级模式结构 模式的分级 为了提高数据的物理独立性和逻辑独立性，使数据库的用户观点(即用户看到的数据库)与数据库的物理方面(即实际存储的数据库)区分开来，数据库系统的模式是分级的 数据库系统三级模式结构 CODASYL（Conference On Data System Language,美国数据系统语言协商会）提出模式、外模式、存储模式三级模式的概念。三级模式之间有两级映象,34,第三节 数据库系统结构,一、数据库的三级模式结构 外模式 用户的数据视图 模式 所有用户的公共数据视图 内模式 是数据的物理结构及存储方式 模式之间的映象关系 外模式/模式映象 模式/内模式映象,例,35,第三节 数据库系统结构,一、数据库的三级模式结构,36,数据库的三级模式结构,数据库,内模式,模式,外模式2,外模式3,外模式1,应用A,应用B,应用C,应用D,应用E,外模式/模式映象,模式/内模式映象,例,37,模式之间的映象关系,外模式/模式映象 定义某一个外模式和模式之间的对应关系，映象定义通常包含在各外模式中 当模式改变时，修改外模式/模式映象，使外模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为数据的逻辑独立性 模式/内模式映象 定义数据逻辑结构与存储结构之间的对应关系 存储结构改变时，修改模式/内模式映象，使模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为数据的物理独立性,38,课堂练习（选择题）,1）数据库系统的核心是_。 A、数据库管理系统 B、数据库 C、操作系统 D、编译系统 2）数据库的三级模式结构中，描述数据库中全体数据的全局逻辑结构和特性的是_。 B、 外模式 B、内模式 C、存储模式 D、模式 3 ）数据库中存储的内容是_。 C、表 B、数据和数据之间的关系 D、数据集合 D、数据模型的定义和数据字典,39,第三节 数据库系统结构,二、数据库系统体系结构 集中式数据库系统：数据是集中的，数据的管理也是集中的 客户/服务器数据库系统：数据是集中的，应用分布 分布式数据库系统 ：数据分布、应用分布,40,客户/服务器数据库系统,41,分布式数据库系统,42,第四节 关系数据库的基本概念,关系数据结构 关系操作 关系的完整性,43,关系数据结构的形式化定义,域（Domain） 笛卡尔积（Cartesian Product） 关系（Relation） 关系模式 关系数据库,44,关系数据结构的形式化定义,域（Domain） 一组值的集合，这组值具有相同的数据类型 如整数的集合、字符串的集合、全体学生的集合 笛卡尔积（Cartesian Product） 一组域D1 , D2 , Dn的笛卡尔积为: D1D2Dn = (d1 , d2 , , dn) | diDi , i=1,n 笛卡尔积的每个元素(d1 , d2 , , dn)称作一个n-元组（n-tuple）,45,关系数据结构的形式化定义,例：设 D1为教师集合（T）= t1，t2 D2为学生集合（S）= s1，s2 ，s3 D3为课程集合（C）= c1，c2 则D1D2D3是个三元组集合，元组个数为232，是所有可能的（教师，学生，课程）元组集合 笛卡尔积可表为二维表的形式,46,关系数据结构的形式化定义,关系 笛卡尔积D1D2Dn的子集叫做在域D1 , D2 , Dn上的关系，用R(D1 , D2 , Dn )表示 R是关系的名字，n是关系的度或目 关系是笛卡尔积中有意义的子集 关系也可以表示为二维表 关系TEACH(T, S, C),元组,属性,47,关系数据结构的形式化定义,关系模式 一个关系的属性名表，即二维表的框架 形式定义为：关系名（属性名1，属性名2，) 例：S(S#,SNAME,AGE,SEX) 其中关系模式中属性的数目称为元数。,关系模型 由多个关系模式组成了关系模型，也称为关系数据库模式。,48,关系模型,DEPT(D# , DN , DEAN) S(S# , SN , SEX , AGE , D#) C(C# , CN , PC# , CREDIT) SC(S# , C# , SCORE) PROF(P# , PN, D# , SAL) TEACH(P# , C#),学生,课程,选修,属于,系,教师,教授,工作,管理,49,关系数据库,对应于一个关系模型的全部关系的集合称为关系数据库 一个关系应具备下列特点 关系的每一列具有不同的名称（属性名） 关系的每一列具有同一类型的域 关系中任意两行（元组）不能完全相同 关系的每一列是不可再分的数据单位 关系中行、列的次序可以互换 每一个关系有一个唯一的主码,50,关系操作,查询(query)操作： 选择（select） 投影(project) 连接(join) 除(divide) 并(union) 交(intersection) 差(difference) 更新操作： 增加(insert) 删除(delete) 修改(update) 关系操作的特点：采用集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。,51,关系操作语言,关系代数：抽象的关系操作语言