自考互联网数据库绪论ppt课件.ppt

第一章绪论 本章重点 1 有关数据库的基本概念2 数据库系统的特点3 数据模型4 三级模式和二级映象 1 往年试题分析 2 往年试题分析 3 往年试题分析 4 往年试题分析 5 使用数据库的必要性 已成为生活中不可缺少的一部分 去银行存款预定车票检索图书超市购物饭卡 上机卡以上称为传统的数据库应用 特征 存取和访问的信息都是文本或数字型的数据 6 随着技术的进步 产生了新的应用 多媒体数据库 存储图像 视频 音频等 地理信息系统 存储和分析地图信息 气象数据和卫星图像等 数据仓库和联机分析处理系统 从规模巨大的数据库中抽取和分析有用信息以支持企业决策 数字图书馆数据库检索技术 总之 几乎所有涉及到计算机应用的领域中 数据库都担当着非常关键的角色 如 商业 工程 医药 法律 教育 等等 7 1 1数据库系统概述 数据库的概念最初产生于20世纪50年代 1968年IBM推出层次模型的IMS数据库系统 1969年DBTG发表报告提出网状模型 1970年IBM研究人员发表关于关系模型论文 以上事件的发生奠定了现代数据库技术的基础数据库技术经历三次演变 8 1 1数据库系统概述 数据 Data 实际上就是描述事物的符号记录 数据库 Database DB 是长期存储在计算机内有结构的大量的共享的数据集合 数据库管理系统 DatabaseManagementSystem 简称DBMS 是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 9 1 1数据库系统概述 数据库系统 DatabaseSystem 简称DBS 是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成 一般由数据库 数据库管理系统 及其开发工具 应用系统 数据库管理员和用户构成 数据库系统管理员 DatabaseAdministrator 简称DBA 负责数据库的建立 使用和维护的专门人员 10 数据库系统 DBS 数据库系统 是指在计算机系统中引入数据库后的系统 一般由DB DBMS 应用系统 DBA和Users构成 11 数据库系统构成 数据库系统的构成 Database 12 1 1数据库系统概述 续 数据库管理技术的产生和发展人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段 思考一下在程序设计中的文件系统 人工管理与计算机有绝对关系吗 13 人工管理 特点数据不保存应用程序管理数据数据不共享数据不具有独立性 14 文件系统 特点 数据可以长期保存由文件系统管理数据数据共享性差 冗余度大数据的独立性差 15 数据库系统 特点 数据结构化数据的共享性高 冗余度低 容易扩充数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制 16 1 1数据库系统概述 续 数据库系统的特点数据结构化 是数据库与文件系统的根本区别 在描述数据时不仅要描述数据本身 还要描述数据之间的联系 数据的共享性高 冗余度低 易扩充数据独立性高 逻辑独立性 物理独立性由DBMS统一管理和控制 17 数据结构化 是与文件系统的根本区别文件系统中数据最小单位是 记录 而数据库系统中能细化到数据项文件系统中 记录内部有了某些结构 但记录之间没有联系 数据库系统不仅要描述数据本身 还要描述数据之间的联系 18 数据的共享性高 冗余度低 容易扩充 数据可以被多个用户 多个应用同时使用冗余度是指同一数据被重复存储的程度 上述两个能减少数据的不一致性易于扩充 因为面向整个系统 适应不同用户的需求 19 数据独立性高 物理独立性指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的 当数据的物理存储改变了 应用程序不用改变 逻辑独立性指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的 数据的逻辑结构改变了 用户程序也可以保持不变 20 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 检查数据完整性 数据的正确性 有效性和相容性 并发 Concurrency 控制数据库恢复 Recovery 21 综上所述 数据库是长期存储在计算机内的有组织的大量的共享的数据集合 它可以供很多用户共享 具有最小冗余度和较高的数据独立性 DBMS在数据库建立 运行和维护时对数据库进行统一的控制 以保证数据的完整性 安全性 并在多用户同时使用数据库时进行并发控制 在发生故障后对系统进行恢复 22 1 2数据模型 数据模型 DataModel 在数据库中用数据模型这个工具来抽象 表示和处理现实世界中的数据和信息 通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟 数据模型分成两个不同的层次 1 概念模型 也称信息模型 2 数据模型 主要包括网状模型 层次模型 关系模型等 它是按用户的观点来对数据和信息建模 它是按计算机系统的观点对数据建模 数据模型是数据库系统的核心和基础 23 1 2 1数据模型的组成 3 要素 数据结构 用于描述系统的静态特性 研究与数据类型 内容 性质有关的对象 例如关系模型中的域 属性 关系等 数据操作 数据库主要有检索和更新 包括插入 删除 修改 两大类操作 数据模型必须定义这些操作的确切含义 操作符号 操作规则 如优先级 以及实现操作的语言 数据的约束条件 是一组完整性规则的集合 完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则 用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化 以保证数据的正确 有效 相容 此外 数据模型还应该提供定义完整性约束条件的机制 24 1 2 2概念模型 概念模型用于信息世界的建模 概念模型不依赖于某一个DBMS支持的数据模型 概念模型可以转换为计算机上某一DBMS支持的特定数据模型 概念模型特点 具有较强的语义表达能力 能够方便 直接地表达应用中的各种语义知识 应该简单 清晰 易于用户理解 是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言 25 对象的抽象过程 第一级抽象 现实世界 信息世界概念模型 机器世界数据模型 第二级抽象 事物个体实体记录事物总体实体集文件特征属性字段事物间联系实体模型数据模型 认识抽象 转换 26 1 2 2概念模型 续 信息世界中的基本概念 1 实体 Entity 2 属性 Attribute 3 码 Key 4 域 Domain 5 实体型 EntityType 6 实体集 EntitySet 7 联系 Relationship 27 信息世界中的基本概念 实体 Entity 客观存在的 可以相互区别的事物称为实体 实体集 EntitySet 性质相同的同类实体组成的集合 称为实体集 属性 Attribute 实体有很多的特征 如果我们把我们感兴趣的每一个特征抽取出来 每个特征称为属性 码 Key 能唯一标识每个实体的属性或属性集 称为码 28 字段 Field 表示属性的命名单位称为字段或数据项 它是可以命名的最小信息单位 字段的定义包括字段名 字段类型 字段长度等 记录 Record 字段的有序集合称为记录 一般对应信息世界中的一个实体 如描述图书的由有序的字段集组成 图书编号 单价 出版社 文件 File 同类的记录汇集成文件 文件是描述实体集的 例如 所有图书记录组成了一个图书文件 码 Key 能唯一标识文件中每个记录的字段或字段集 称为记录的码 机器世界中数据描述的术语 29 机器世界和信息世界术语是相互对应 它们的对应关系如表所示 30 200133102张强男计算机 学号姓名性别专业 数据结构 静态特性 200133103李丽女计算机 200133104王新男计算机 添加 删除 修改 查询 不填或内容不为 男 或 女 则不允许写入 数据模型实例 31 概念模型 续 学生 课程号课程名选课学生 120101数据结构200133102 120102组成原理200133104 选课 实体 属性 码 域 男 女 实体型 实体集 联系 32 1 2 2概念模型 续 联系 Relationship 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系 1对1联系 1对多联系 多对多联系表示概念模型的实体 联系方法 Entity RelationshipApproach E R图方法该方法用E R图来描述现实世界的概念模型 E R图提供了表示实体型 属性和联系的方法 实体型 用矩形表示 矩形框内写明实体名 属性 用椭圆形表示 并用无向边将其与相应的实体连接起来 联系 用菱形表示 菱形框内写明联系名 并用无向边分别与有关实体连接起来 同时在无向边旁标上联系的类型 1 1 1 n或m n 注意 联系本身也是一种实体型 可以有属性 如果一个联系具有属性 则这些属性也要用无向边与该联系连接起来 33 E R图实例 属性 34 最常用的数据模型 层次模型结构 二叉树结构 按实体所属关系依次生长 层次模型的特点 优点 数据模型比较简单 操作简单 对于实体间联系是固定的 且预先定义好的应用系统 性能较高 提供良好的完整性支持 缺点 不适合于表示非层次性的联系 对插入和删除操作的限制比较多 查询子女结点必须通过双亲结点 由于结构严密 层次命令趋于程序化网状模型结构 网状数据模型比层次模型更具普遍性的结构 它允许多个结点没有双亲结点 允许结点有多个双亲结点 此外它还允许两个结点之间有多种联系 称之为复合联系 特点 优点 能够更为直接地描述现实世界 具有良好的性能 存取效率较高 缺点 其DDL语言极其复杂 数据独立性较差 35 最常用的数据模型 续 关系模型 在用户看来 一个关系模型的逻辑结构是一张二维表 它由行和列组成 关系模型的数据结构 关系 对应通常说的表 元组 表中的一行即为一个元组 属性 表中的一列即为一个属性 主码 Key 表中的某个属性组 它可唯一确定一个元组 域 Domain 属性的取值范围 分量 元组中的一个属性值 关系模式 对关系的描述 一般表示为 关系名 属性1 属性2 属性n 36 最常用的数据模型 续 关系模型的完整性约束 关系数据模型的操纵主要包括查询 插入 删除和更新数据 这些操作必须满足关系的完整性约束条件 关系数据模型的存储结构 关系数据模型中 实体及实体间的联系都用表来表示 在数据库的物理组织中 表以文件形式存储 每一个表通常对应一种文件结构 关系模型的特点 优点 关系模型是建立在严格的关系代数的基础上的 无论实体还是实体之间的联系都用关系来表示 对数据的检索结果也是关系 即表 因此 概念单一 其数据结构简单 清晰 关系模型的存取路径对用户透明 从而具有更高的数据独立性 更好的安全保密性 也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作 缺点 由于存取路径对用户透明 查询效率往往不如非关系数据模型 因此为了提高性能 必须对用户的查询请求进行优化 增加了开发数据库管理系统的负担 37 关系数据模型 学生人事记录表 关系名 关系 元组 行 属性 列 主码 男女 域 分量 关系模式 学生 学号 姓名 性别 年龄 籍贯 属性名 38 1 3数据库系统结构 数据库系统的三级模式结构 39 三级模式 1 模式 Schema 模式 也称逻辑模式 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述一个数据库只有一个模式模式的地位 是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境 具体的应用程序 开发工具及高级程序设计语言无关模式的定义包括 数据的逻辑结构 数据之间的联系 数据有关的安全性 完整性要求 40 2 外模式 ExternalSchema 外模式 也称子模式或用户模式 数据库用户 包括应用程序员和最终用户 使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图 是与某一应用有关的数据的逻辑表示通常是模式的子集 一个数据库可以有多个外模式外模式的地位 介于模式与应用之间模式与外模式的关系 一对多外模式与应用的关系 一对多外模式的用途 保证数据库安全性的一个有力措施 41 3 内模式 InternalSchema 内模式 也称存储模式 是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式 例如 记录的存储方式 顺序存储 按照B树结构存储 按hash方法存储 索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否加密数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式 42 数据库的二级映象功能与数据独立性 三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换 三级模式与二级映象 43 二级映象 44 1 外模式 模式映象的用途 保证数据的逻辑独立性当模式改变时 数据库管理员修改有关的外模式 模式映象 使外模式保持不变应用程序是依据数据的外模式编写的 从而应用程序不必修改 保证了数据与程序的逻辑独立性 简称数据的逻辑独立性 45 2 模式 内模式映象的用途 保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了 例如选用了另一种存储结构 数据库管理员修改模式 内模式映象 使模式保持不变应用程序不受影响 保证了数据与程序的物理独立性 简称数据的物理独立性 46 三级模式二级映象 应用A 应用B 应用C 应用D 外模式1 外模式2 外模式3 概念模式 内模式 数据库 外模式 概念模式映象 概念模式 内模式映象 47 1 4数据库系统设计与应用 数据库系统的体系结构 48 1 4数据库系统设计与应用 续 数据库应用系统的设计目标 数据库应用系统设计 49 数据库系统设计与应用 续 数据库应用系统设计步骤 系统需求分析阶段 概念结构设计阶段 逻辑结构设计阶段 物理结构设计阶段 应用系统实施阶段 系统使用维护阶段 运行 维护 备份数据库 数据入库 编制应用程序 将E R图转换成具体关系模式建立逻辑模型 用户视图 综合各个用户的应用需求 形成独立于DBMS的概念模型用E R图描述 安排物理存储 设计索引 50 DBMS的功能 DBMS面向用户的功能 检查用户合法性检查数据合法性按用户要求进行操作 谁能访问数据更新数据有什么要求 用户定义的数据安全性完整性 1 User通过DDL语言定义数据格式 2 User通过DML语言操纵数据进出数据库 3 User通过DCL语言定义数据安全性 4 User通过DDL语言定义数据安全性 完整性 51 DBMS的功能 续 DBMS的工作过程 读取记录 数据库 系统缓冲区 应用程序 程序工作区 DBMS OS 概念模式 物理模式 外模式 52 DBMS的功能 续 DBMS的实现方法 OS N方案 2N方案 N M方案 N 1方案 53 DBMS的功能 续 DBMS的实现方法 OS N方案 2N方案 N M方案 N 1方案 54 数据库系统的组成 数据库数据库管理系统应用开发工具软件应用程序数据库管理员数据库的软 硬件支持环境 数据库管理员系统分析员数据库设计人员应用程序员 最终用户 55 硬件支持环境 数据库系统对硬件的要求足够大的内存以存放操作系统 DBMS例行程序 应用程序 数据库表等 大容量的直接存取外存储器 供存放数据和系统副本 较强的数据通道能力以提高数据处理速度 有些数据库系统还要求提供网络环境 56 软件系统 数据库管理系统 DBMS 数据库系统的核心 用于数据库的建立 使用和维护支持DBMS运行的操作系统 OS 操作系统是DBMS与硬件之间的接口具有与数据库接口的高级语言及其编译系统以DBMS为核心的应用开发工具软件为特定应用环境开发的数据库应用系统 57 数据库 数据库是一个单位 组织需要管理的全部相关数据的集合 并以一定的组织形式存于存储介质上 包括两部分内容 按照一定的数据模型组织并实际存储的所有应用需要的工作数据 它们存放在物理数据库中 存放在数据字典 DataDictionary 中各级模式的描述信息 主要包括所有数据的结构名 意义 描述定义 存储格式 完整性约束 使用权限等信息 58 数据字典包含了数据库系统中的大量描述信息 而不是用户数据 因此也称为 描述数据库 DBMS存取和管理数据的基本依据 主要由系统管理和使用 数据字典通常包含下列文件 表示数据库文件的文件表示数据库中属性的文件视图定义文件同义词文件授权关系文件索引关系文件 59 数据库管理员 系统分析员 程序设计员及用户 数据库管理员 Databaseadministrator DBA 参与数据库系统的设计与建立对系统的运行进行监控定义数据的安全性要求和完整性约束条件负责数据库性能的改进和数据库的重建及重构工作 60 系统分析员负责应用系统的需求分析和规范使命 与DBA和用户一起确定数据库系统得硬件平台和软件配置 并参与数据库系统的设计 程序设计员负责设计和编制应用系统的程序模块 并进行调试和安装 最终用户通过应用系统的用户接口使用数据库 61 数据库的研究领域 DBMS的研制数据设计数据理论 62 问题讨论 什么是数据库 它的内涵是什么 关系型数据库的特点 你怎么看关系型数据库的缺点 如何看待E R图 就完整性约束提出你的看法 在有关数据库的应用中你认为最重要的是什么 三级映像模式的根本所在是什么 63 作业 题目谈谈你对数据库系统三级模式结构的理解 要求参考其他书籍 包含自己的观点大约400字10日内提交如果通过纸张提交 请注明姓名和学号如果通过Email提交 必须在邮件主题中严格注明如 学号数据库作业1姓名 字样 64 联系 举例 实体型之间的联系 1 一对一联系 1 1 实体集A中的每一个实体 实体集B中至多有一个实体与之有联系 反之亦然 则称实体集A与B具有一对一联系 记为1 1 例 一个班只有一个班长 一个班长也只在一个班中任职 则班级与班长之间具有一对一联系 65 1 2 2概念模型 实体型之间的联系 2 一对多联系 1 1 实体集A中的每一个实体 实体集B中有n n 0 个实体与之有联系 而实体B中的每一个实体 实体A中至多有一个与之有联系 则称实体集A与B具有一对多联系 记为1 n 例 一个班有若干名学生 而每个学生只能在一个班中学习 则班级与学生之间具有一对多联系 66 1 2 2概念模型 实体型之间的联系 3 多对多联系 m n 实体集A中的每一个实体 实体集B中有n n 0 个实体与之有联系 而实体B中的每一个实体 实体A中有m m 0 个与之有联系 则称实体集A与B具有多对多联系 记为m n 例 一个老师可以教授若干学生 而一个学生可以上若干老师的课 则老师与学生之间具有多对多联系 67 1 2 2概念模型 两个以上实体型之间也存在一对一 一对多 多对多联系 一对多联系 若实体集E1 E2 En存在联系 对于实体集Ej中给定的实体 最多只和Ei i j 中的一个实体相联系 则说Ei与E1 E2 Ei 1 Ei 1 En之间的联系是一对多的 例 一门课可以有若干个教师讲授 使用若干本参考书 而每一个教师只讲授一门课程 每一本参考书只供一门课程使用 则课程与教师 参考书之间的联系是一对多的 68 1 2 2概念模型 两个以上实体型之间也存在一对一 一对多 多对多联系 供应商 项目 零件的联系 一个供应商可以供给多个项目多个零件 每种零件可以由