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5数据库 5 1数据库系统概述5 2数据模型5 3关系模型5 4关系数据库5 5常见关系数据库管理系统简介 1 一 数据管理技术的发展数据管理主要面向非数值数据的处理问题 这类数据的特点是数据量大 数据处理的内容主要是数据的分类 组织 编码 存储 检索和维护等 随着计算机技术的不断发展 数据管理一共经历了下面三个阶段 5 1数据库系统概述 2 1 人工管理阶段 50年代中期以前 2 文件系统阶段 50年代中期至60年代中期 3 3 数据库系统阶段 60年代后期以来 数据结构化数据的共享性高 冗余度低 易于扩充数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制 4 二 数据库系统的组成 重点 1 数据库2 硬件支持系统3 软件支持系统4 应用系统5 有关人员 5 二 数据库系统的组成 1 数据库数据库是以一定的数据模型进行组织 长期存放在外存储器 如硬盘 上的一组可共享的相关数据集合 2 硬件支持系统主要是存储和运行数据库系统的计算机硬件设备 6 3 软件支持系统主要包括 数据库管理系统 DBMS 操作系统应用开发工具等 二 数据库系统的组成 7 数据库管理系统 DBMS 是管理和控制数据库的系统软件 DBMS是数据库系统的核心软件 功能 数据定义数据操纵数据库管理和控制功能 数据库管理系统 DBMS 建立数据库 DDL语言 数据查询 更新 DML语言 重点 8 不同的DBMS其功能 规模 价格是不同的 目前常见的DBMS Oracle SQLServer Sybase DB2 Access VisualFoxpro等 DBMS 数据库管理系统 9 4 应用系统以数据库为基础开发的各种应用程序 5 有关人员主要包括 数据库管理员 DBA 系统分析员 数据库设计人员 应用程序员和用户 二 数据库系统的组成 10 1 数据结构化2 数据共享性高 冗余度低3 程序和数据具有比较高的独立性4 为用户提供了良好的接口5 统一和管理控制数据6 系统灵活 易于扩充 三 数据库系统的特点 重点 11 从DBMS角度来看 数据库的体系结构是数据库的一个总框架 它是一种三级模式和二级映象结构 这是数据库内部的系统结构 从数据库最终用户角度来看 数据库结构可分为单机结构 集中式结构 C S结构 B S结构等 这是数据库外部的体系结构 四 数据库系统的体系结构 重点 12 数据库的体系结构 三级模式和二级映像 13 1 三级模式 1 概念模式 ConceptualSchema 又称模式 是数据库设计者综合所有用户数据 按照统一的观点构成的全局逻辑结构 2 外模式 ExternalSchema 又称子模式或用户模式 是用户与数据库的接口 也是应用程序可见的数据描述 外模式是概念模式的一部分 子集 3 内模式 InternalSchema 又称物理模式或存储模式 用来记录数据库在存储介质上的安排与存储方式 14 外模式 模式映象它表达了用户数据库和概念数据库之间的对应关系 模式 内模式映象它表达了概念数据库和物理数据库之间的对应关系 2 二级映象 15 1 银行业务系统2 超市销售系统3 学校教学管理系统4 图书管理系统 五 数据库系统的应用 16 六 数据库技术的发展 层次模型网状模型关系模型面向对象模型 1 数据模型的发展 17 六 数据库技术的发展 单机结构集中式结构客户机 服务器结构 C S结构 浏览器 服务器结构 B S结构 2 数据库系统体系结构的发展 18 3 目前数据库技术面临的挑战 六 数据库技术的发展 1 信息化社会进程加快 信息量剧增 大量信息来不及处理 2 数据类型多样化和一体化传统的数据库系统 以字符格式表示数据新的数据库系统 要求能处理文字 图形 视频 声音 动画等 如 地图 地质图 空间或平面图 机器人控制 医学图像等 19 3 目前数据库技术面临的挑战 六 数据库技术的发展 3 数据库的安全问题 4 对不确定和不精确的模糊信息的处理 5 对数据的理解和知识获取 知识发现 20 分布式数据库面向对象数据库并行数据库工程数据库空间数据库多媒体数据库主动数据库模糊数据库 4 发展趋势 多学科与数据库技术结合 六 数据库技术的发展 21 一 数据模型的概念模型 现实世界特征的模拟和抽象 数据模型 现实世界数据特征的抽象 5 2数据模型 重点 作用 将现实世界中存在的事物以及事物之间的联系抽象出来 加以描述 处理 用以提供有用信息 22 概念模型 数据模型 现实世界数据抽象为数据模型 现实世界 抽象 抽象 信息世界 计算机世界 23 概念模型是从现实世界到计算机世界的一个中间层次 是一种信息世界的模型 特点 使用简单的概念 清晰的表达方式来直观表达应用对象及语义的关联 便于用户理解 且使所描述的问题和具体的计算机无关 E R数据模型 Entity Relationshipdatamodel 即实体 联系数据模型 二 概念模型 24 1 概念模型涉及的基本概念 1 实体 客观世界中存在的且可相互区分的事物 2 属性 实体或联系所具有的性质 3 码 唯一标识实体的属性集 4 域 属性的取值范围 5 实体型 具有相同属性的实体必然具有共同的特征和特性 用实体名和属性名的集合来抽象刻画同类实体 成为实体型 6 实体集 同型实体的集合 7 联系 现实世界中事物之间的联系抽象到信息世界反映为实体之间的各种联系 25 联系 1 1联系 one to one 如果对于实体集A中的每一个实体 B中至多有一个实体与之有联系 反之亦然 则称A B有1 1联系 如 班级与班长校长与学校 A B 联系名 1 1 两个实体集之间的联系 一对一联系 一对多联系 多对多联系 26 1 m联系 one to many 设有两个实体集A B 若A中每个实体与B中任意个实体 包括零个 相联系 而B中每个实体至多和A中一个实体有联系 则称A和B是1 m联系 如 班级与学生系部与教师 A B 联系名 1 m 27 m n联系 many to many 若两个实体集A B中的每一个实体都和另一个实体集中任意个实体 包括零个 有联系 则称A B是m n联系 如 教师与学生学生与课程 A B 联系名 m n 28 实体 用矩形表示 属性 用椭圆形表示联系 用菱形表示连线 实体与属性间 联系与属性间 联系与实体间 连线上要标注联系类型 2 E R图 E R图表示方法 29 学生 课程 学生选课系统E R图 30 三 数据模型的分类 数据模型是直接面向计算机系统中数据的逻辑结构 根据实体集之间的不同结构 常分为以下四种类型 1 层次模型 2 网状模型 3 关系模型 4 面向对象模型 目前常用 31 5 3关系模型 重点 一 关系模型的数据结构关系模型的数据结构包括 关系模型的逻辑结构关系模型的存储结构 32 5 3关系模型 重点 1 关系模型的逻辑结构关系模型 用关系 二维表结构 表示实体集以及实体集之间的联系的数据模型 关系 把数据组织成二维表的形式 这种表格称为关系 表中存放两类数据 实体本身的数据和实体间的联系 33 关系 二维表元组 行 记录属性 列 字段关键字 唯一确定元组的属性主键 主关键字 域 属性的取值范围 分量 元组中一个属性值 关系模式 对关系的描述 学生 学号 姓名 性别 出生日期 系别 学生登记表 34 2 关系的性质 1 同一属性的数据具有同质性 2 属性值必须是不可分的数据项 3 同一关系的属性具有不能重复性 4 关系中任意两个元组不能相同 5 关系中元组的顺序可以任意交换 6 关系中列的顺序可以任意交换 35 3 关系模型的存储结构 在支持关系模型的数据库物理结构中 关系以文件形式存储 二维表与操作系统中的文件对应 有的DBMS一个表对应一个文件 有的DBMS多个表对应一个文件 36 二 关系操作 关系操作包括 查询操作按照某种条件获取某张表中行 列的内容 或者通过表之间的联系获取多张表相应行 列的内容 更新操作插入 删除 修改表中的数据 37 二 关系操作 关系操作的表示 关系代数关系演算具有关系代数和关系演算双重特点的语言关系代数的运算可分成两类 传统的集合运算专门的关系运算 38 二 关系操作 1 传统的集合运算 1 并两个关系的并运算是将两个关系中的所有元组构成一个新的关系 并运算要求两个关系具有相同的模式结构 如果关系R和关系S 它们具有相同的模式结构 则称R和S是 并相容 的 39 注意 并运算的结果必须消除重复的元组 40 2 差 设关系R和S并相容 其差操作结果生成一个新的关系 该关系由属于R但不属于S的元组组成 3 交 设关系R和S并相容 其交操作结果关系中的元组由既属于R又属于S的元组组成 41 4 广义笛卡尔积 设关系R和S分别具有p和q个属性 R和S的广义笛卡尔积是一个具有 p q 个属性的元组集合 每一个元组的前p个属性来自R的一个元组 后q个属性来自S的一个元组 广义笛卡尔积记为RxS 42 43 2 专门的关系运算 1 选择 选择运算是从关系中选择满足条件的元组组成一个新关系 是从行的角度进行的水平操作 例如 用选择操作可在学生登记表中找出所有计算机系的学生 44 2 投影投影运算是从关系的属性中选择属性列 由这些属性列组成一个新关系 例如 在学生登记表中找出所有学生的学号和姓名 可以对学生登记表做投影操作 2 专门的关系运算 45 3 连接连接操作是将不同的两个关系连接成为一个新关系 它是从两个关系的广义笛卡尔积中选取属性值满足一定条件的元组 连接后的新关系是一个包含原有关系所有列的新关系 连接运算中最为常用的连接 等值连接 自然连接 2 专门的关系运算 46 等值连接 连接运算符为 的连接为等值连接 它是从两个关系的广义笛卡尔积中选取属性值相等的那些元组 47 自然连接 是一种特殊的等值连接 它要求两个关系中进行比较的必须是相同的属性组 并且在结果中把重复的属性去掉 48 三 关系完整性约束 了解 完整性 数据库中的数据应始终保持正确的状态 防止不符合语义的错误数据输入 以及无效操作所造成的错误 1 实体完整性 关系的主码不能取空值 2 参照完整性 3 用户定义的完整性 49 将E R图转换为关系模型 实际上就是将实体 实体的属性和实体间的联系转换为关系模型 四 由E R图向关系模型的转换 转换方法 1 一个实体转换为一个关系 实体的属性就是关系的属性 实体的码就是关系的码 2 实体间的联系遵循一定的转换规则 50 实体间的联系的几种转换规则 1 一个1 1的联系可以转换为一个独立的关系 也可以与任意一端对应的关系合并 2 一个1 n联系可以转换为一个独立的关系 也可以与n端对应的关系合并 3 一个m n联系转换为一个关系 4 三个或三个以上实体间的一个多元联系可以转换为一个关系 51 例 将图5 8所示的学生选课系统E R图转换为关系模型 图5 8中有两个实体 学生和课程 和一个联系 选课 Access数据库模式定义窗口 52 学生关系实例 S 课程关系实例 C 53 选课关系实例 CS 54 5 4关系数据库 一 关系数据库的特点关系数据库是采用关系模型组成的数据库 模型简单数据独立性高有坚实的理论基础 55 5 4关系数据库 二 关系数据库的设计 了解 基本步骤 1 需求分析 2 概念结构设计 3 逻辑结构设计 4 物理结构设计 5 数据库实施 6 数据库运行和维护 56 二 关系数据库标准语言SQL简介 1 SQL的发展及其特点 SQL是目前关系数据库的标准语言 SQL 结构化查询语言 是一种介于关系代数与关系演算之间的语言 SQL的功能集数据定义 数据操纵和数据控制于一体 SQL两种使用方式 自主语言 独立使用嵌入式语言 嵌入其他高级语言中 宿主语言 57 2 SQL的主要功能 SQL包括数据定义语言 数据操纵语言和数据控制语言 其主要功能 数据定义功能 数据操纵功能 数据控制功能 58 AccessOracleSQLServerDB2MySQLSybaseVisualFoxPro 5 5常见关系数据库管理系统简介 59 5 5常见关系数据库管理系统简介 1 AccessAccess是Microsoft公司推出的Office系列办公软件中的组件之一 是目前流行的桌面数据库管理系统 主要适用于中小型应用系统 主要特点 1 存储方式单一 2 操作简便 使用方便 3 兼容多种数据库格式 4 嵌入VBA编程语言 5 具有Web网页发布功能 6 可应用于客户 服务器方式 60 2 OracleOracle数据库管理系统是由Oracle公司推出的关系型数据库管理系统 它是当前世界上应用最广泛 功能最强大 可用性最高的数据库管理系统 适用于大型数据库应用系统 5 5常见关系数据库管理系统简介 主要特点 1 具有完整的数据管理功能 2 提供分布式数据库能力 3 可兼容性 4 可移植性 5 可连接性 6 提供功能齐全的数据库开发工具 61 3 SQLServerSQLServer是Microsoft公司推出的大型关系数据库管理系统 适用于中 大型数据库应用系统 5 5常见关系数据库管理系统简介 主要特点 1 基于客户机 服务器体系结构 2 支持分布式数据库结构 3 SQLServer与Windows集成 4 SQLServer与MicrosoftBackOffice服务器类集成 5 多线程体系结构 62 4 DB2DB2是IBM公司推出的一种关系型数据库系统 适用于大型数据库应用系统 5 4常见关系数据库管理系统简介 主要特点 能够处理各类复杂企业日常信息 这些信息包括多媒体信息 网页内容和电子邮件 支持标准的SQL语言 能与异种数据库相连 具有速度快 可靠性好的优点 能在所有主流平台上运行 适用于海量数据处理 DB2在企业级的应用广泛 63 5 MySQLMySQL是一种流行的开源关系数据库管理系统 它具有良好的连通性 速度和安全性 适合于访问Internet上的数据库 5 4常见关系数据库管理系统简介 主要特点 1 MySQL是一种开放源码软件 2 MySQL服务器具有快速 可靠和易于使用的特点 3 MySQL服务器工作在客户 服务器或嵌入式系统中 4 有大量的MySQL软件可以使用 64 6 SybaseSybase是美国Sybase公司推出的一种关系型数据库系统 是由SybaseSQLServer发展和演化而来 5 5常见关系数据库管理系统简介 作为企业级的关系数据库系统 Sybase提供了强大的事务处理能力和决策支持功能 具有完备的密钥保护等技术 拥有高可靠性和低运行风险 Sybase同时还支持服务器的高可用性 即两个服务器互为备份 从而保证数据库的持续可用性 65 6 VisualFoxProVisualFoxPro是一种小型关系数据库管理系统 它是一种可视化的数据库管理系统 也是面向对象的应用程序编程工具 使用简单 易于掌握 5 5常见关系数据库管理系统简介 66 5数据库 5 1数据库系统概述 掌握 5 2数据模型 掌握 5 3关系模型 重点掌握 5 4关系数据库 掌握 5 5常见关系数据库简介 了解 小结 67 5 1数据库系统概述 重点掌握 数据管理技术的发展 了解 数据库的组成 掌握 数据库系统的组成有关概念及作用 数据库 DB 数据库系统数据库管理系统