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数据库技术与应用 SQLServer2005 第1章数据库系统概论 本章内容 1 1数据和数据管理1 2数据管理技术的发展1 2数据库和数据库系统1 4数据模型1 5数据库新技术 1 1数据和数据管理 数据与数据处理1 数据和信息数据是人们用于记录事物情况的物理符号 信息是数据中所包含的意义 通俗地讲 信息是经过加工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据 数据与信息既有区别 又有联系 数据是表示信息的 但并非任何数据都能表示信息 信息只是加工处理后的数据 是数据所表达的内容 2 数据处理和数据管理数据处理是指将数据转换成信息的过程 它包括对数据的收集 存储 分类 计算 加工 检索和传输等一系列活动 数据管理是指数据的收集 组织 存储 检索和维护等操作 1 2数据管理技术的发展 数据管理技术1 人工管理阶段程序与数据是一个整体 一个程序中的数据无法被其他程序使用 因此程序与程序之间存在大量的重复数据 特点 程序之间不能共享数据 程序复杂 数据量小且无法长期保存 人工重复输入数据数据不保存 1 2数据管理技术的发展 2 文件管理阶段20世纪50年代后期至60年代后期 计算机外存储器有了磁鼓和磁盘等直接存取设备 软件有了操作系统和文件系统 程序通过数据文件访问数据 数据输入程序 数据文件 数据文件 1 2数据管理技术的发展 特点 多个程序共享数据 易于长期保存数据 程序代码有所简化 数据冗余 重复 度较大 程序对数据依赖性较强 人员专业性较强 查询程序 01090103 查询程序 例如 数据查询与报表 1 2数据管理技术的发展 1 2数据管理技术的发展 3 数据库管理阶段数据库是在数据库管理系统的集中控制之下 按一定的组织方式存储起来的 相互关联的数据集合 特点 数据真正实现了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 1 2数据管理技术的发展 此阶段将数据集中存储在一台计算机上 进行统一组织和管理 数据库 1 2数据管理技术的发展 特点 数据结构化并与程序分离 数据集中式管理 高度共享 数据冗余度小 具有数据一致性和完整性控制规则 1 2数据管理技术的发展 图1 3应用程序和数据库的关系 1 2数据管理技术的发展 1 3数据库和数据库系统 数据库 DB DataBase 数据库是存储在计算机系统中 有组织 结构化的关联数据集合 以文件方式存储 硬件 存放数据库的介质 常见数据库文件扩展名 MDF SQLServer MDB Access DBC VFP VisualFoxPro 数据库系统的组成数据库系统 DatabaseSystem DBS 是一个计算机应用系统 它是把有关计算机硬件 软件 数据和人员组合起来为用户提供信息服务的系统 数据库系统是由计算机系统 数据库及其描述机构 数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织性的总体 1 3数据库和数据库系统 数据库系统的简单结构 应用程序1 应用程序2 应用程序n 数据库管理系统 DBMS 数据库管理员 DBA 数据库 基础 1 3数据库和数据库系统 数据库 是数据的汇集 它以一定的组织形式存于存储介质上 DBMS 是管理数据库的系统软件 它实现数据库系统的各种功能 是数据库系统的核心 DBA 负责数据库的规划 设计 协调 维护和管理等工作 应用程序 指以数据库为基础的应用程序 相关人员 数 据 库 用 应 系 统 DBMS OS 硬件 1 3数据库和数据库系统 数据库的三级模式结构为了有效地组织 管理数据 提高数据库的逻辑独立性和物理独立性 人们为数据库设计了一个严谨的体系结构 数据库领域公认的标准结构是三级模式结构 它包括外模式 模式和内模式 根据各类人员与数据库的不同关系 可把视图 所谓视图是指观察 认识和理解数据的范围 角度和方法 分为三种 对应于用户的外部视图对应于应用程序员的概念视图对应于系统程序员的内部视图 1 3数据库和数据库系统 外模式模式 概念模式或逻辑模式 内模式 1 3数据库和数据库系统 三级模式结构的一个具体实例 外模式 模式 内模式 数据库系统的优点数据共享减少数据冗余具有较高的数据独立性增强了数据安全性和完整性保护 1 3数据库和数据库系统 1 4数据模型 现实世界的数据描述1 数据处理的3个阶段 现实世界 信息世界 机器世界 图1 5数据处理的三个阶段 抽象 转换 2 实体是客观事物的真实反映 可以是实际存在的对象 抽象概念或事件 1 属性将事物特性称为实体属性 例如 为描述一个职工 可能涉及如下属性 编号 姓名 性别 出生日期和职称 例如 1 4数据模型 2 实体型和实体值实体型就是实体的结构描述 通常是实体名和属性名的集合 具有相同属性的实体 有相同的实体型 实体值是一个具体的实体 是属性值的集合 例如 教师实体型是 教师 编号 姓名 性别 出生日期 职称 基本工资 研究方向 教师 李亦光 的实体值是 15031 李亦光 男 09 21 65 教授 678 数据库技术 1 4数据模型 3 属性型和属性值属性型就是属性名及其取值类型 属性值就是属性在其值域中所取的具体值 例如 103601 是编号值 李晓光 是姓名值 1 是性别值 4 实体集性质相同的同类实体的集合称为实体集 如一个系的教师 1 4数据模型 3 实体间的联系实体之间的对应关系称为联系 它反映了现实世界事物之间的相互关联 联系的类型 一对一联系记为1 1 如学校与校长间的联系 一对多联系记为 n 如宿舍房间与学生的联系 多对多联系记为m n 如一个教师可以教授多个学生 而一个学生又可以受教于多个教师 1 4数据模型 1 4数据模型 4 概念模型概念模型是反映实体之间联系的模型 E R模型 描述现实世界的概念模型 实体 用矩形框表示 框内写入实体名 属性 用椭圆形表示 属性的名称记入椭圆形内 联系 用菱形框表示实体间的相互关系 框内注明联系的名称 1 4数据模型 E R模型示例 1 4数据模型 数据模型概念模型只是将现实世界的客观对象抽象为某种信息结构 这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统 而对应于数据世界的模型则由数据模型描述 数据模型是数据库中实体之间联系的抽象描述即数据结构 常见的数据模型 层次数据模型 网状数据模型 关系数据模型 1 4数据模型 树叶 树枝 根 通过树形结构表示实体及联系 如描述学校管理机构 每个结点表示一个实体 型 箭头表示实体 型 间的联系 由父到子 1 层次数据模型 非根 根 层次数据模型主要特点 有且仅有一个根结点 每个非根结点有且仅有一个父 直接上层 结点 它最适合表示实体的一对多联系 根 多个父结点 通过网状结构表示实体及联系 网 中每个结点表示一个实体 型 结点之间箭头表示实体 型 间的联系 网状数据模型主要特点 网状数据模型可能有多个根结点 某些非根结点可能有多个父结点 适合表示实体的多对多联系 2 网状数据模型 层次与网状模型优缺点 优点 能直观 形象地描述实体及其联系 易于被人们所理解和掌握 缺点 数据结构较复杂 存储数据需要更多的链接指针 在检索数据时 需要考虑数据的存储路径 在插入或删除数据时 涉及到调整链接指针 关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的差别 它是用二维表格来表示实体及其相互之间的联系 3 关系数据模型 表1 1教师关系 一个关系就是没有重复行和重复列的二维表 二维表的每一行在关系中称为元组 每一列在关系中称为属性 学生关系的每一行代表一个学生的记录 每一列代表学生记录的一个字段 属性个数 n 称为关系的元 属性信息 1 5数据库新技术 分布式数据库分布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不同结点 逻辑上属于同一系统的数据库系统 分布式数据库的主要特点是 数据是分布的数据是逻辑相关的结点的自治性 图1 8一个分布式数据库应用系统实例 全国票务中心 多媒体数据库能存储和管理多种媒体的数据库称为多媒体数据库 多媒体数据库对数据库管理系统的功能要求 要求数据库管理系统能方便地描述和处理具有内部层次结构的数据 要求数据库管理系统提供由用户定义的新的数据类型和相应操作的功能 要求数据库管理系统能够提供更灵活的定义和修改模式的能力 要求数据库管理系统提供对多媒体信息管理中特殊的事务管理与版本控制能力 1 5数据库新技术 工程数据库所谓工程数据库是指在工程设计中 主要是CAD CAM中所用到的数据库 由于在工程中的环境和要求不同 工程数据库与传统的信息管理中用到的数据库有着很大的区别 图1 9工程数据库的应用环境 1 5数据库新技术 面向对象数据库面向对象数据库系统 Object OrientedDatabaseSystem OODBS 是将面向对象的模型 方法和机制 与先进的数据库技术有机地结合而形成的新型数据库系统 它从关系模型中脱离出来 强调在数据库框架中发展类型 数据抽象 继承和持久性 1 5数据库新技术 数据仓库技术数据仓库 OLAP和数据挖掘是作为三种独立的信息处理技术出现的 数据仓库用于数据的存储和组织 OLAP集中于数据的分析 数据挖掘则致力于知识的自动发现 它们都可以分别应用到信息系统的设计和实现中 以提高相应部分的处理能力 1 5数据库新技术 本章小结 1 关于数据库的几个概念 数据库是存储在计算机内的有结构的数据集合 数据库管理系统是一个软件 用以维护数据库 接受并完成用户对数据库的一切操作 数据库系统指由硬件设备 软件系统 数据库和管理人员构成的一个运行系统 2 E R模型 在E R模型中 现实世界被