信息系统与数据库PPT课件

第6章信息系统与数据库 6 1计算机信息系统什么是计算机信息系统计算机信息系统的类型信息系统的结构和发展趋势 选学 什么是计算机信息系统 1 计算机信息系统 Computer basedInformationSystem 简称信息系统 是一类以提供信息服务为主要目的的数据密集型 人机交互的计算机应用系统 4个主要技术特点 数据量大 一般需存放在外存中 数据存储持久性 数据资源使用共享性 信息服务功能多样性 管理 检索 分析 决策等 什么是计算机信息系统 2 信息系统是一种面广量大的计算机应用系统 教学管理系统地理信息系统信息检索系统医学信息系统决策支持系统民航订票系统电子政务系统电子商务系统 信息系统的发展1960年代以前 数据由文件系统管理 1960年代中期以后以数据库系统进行集中管理和数据共享数据和信息的关系有用的数据就是信息信息系统的结构基础设施层 资源管理层 业务逻辑层 应用表现层信息系统的软件体系结构包括客户机 服务器 C s 和浏览器 服务器 B S 计算机信息系统的类型 1 从信息处理的深度来区分信息系统 基本可分为3大类 业务处理系统信息检索系统信息分析系统 管理业务系统辅助技术系统办公信息系统 计算机信息系统的类型 2 业务处理系统 由于在企事业单位中 不同层次的业务处理系统服务对象不同 因而可以进一步将划分 管理业务系统辅助技术系统办公信息系统 计算机信息系统的类型 3 管理业务系统辅助技术系统办公信息系统 面向操作层次面向管理层次面向知识层次 业务处理自动化 提高工效率和质量 划分 按业务层次进一步划分 业务处理系统 直接信息 一次信息 的生产与处理 计算机信息系统的类型 4 业务处理系统管理业务系统辅助技术系统办公信息系统 又称OA 以先进设备与相关技术构成服务于办公事务的信息系统 按工作流技术充分利用信息资源 提高协同办公效率和质量 辅助技术人员在特定应用领域 如工程设计 音乐制作 广告设计等 内完成相应的任务 诸如 CAD CAM CAPP等 计算机信息系统的类型 5 业务处理系统信息检索系统信息分析系统 一种高层次的信息系统 为管理决策人员掌握部门运行规律和趋势 制订规划 进行决策的辅助系统 例如 决策支持系统 DSS 经理支持系统ess 将原始信息进一步处理 二次信息 并存储专门供检索用的DB中 用户检索匹配获得信息 例如 中国科技文献库 专利数据库 学位论文数据库 DIALOG ORBIT以及WE检索系统等 专家系统ES 知识库与推理机程序模块 信息系统的结构和发展趋势 选学 1 基础设施层 硬件 系统软件和网络 资源管理层 包括各类数据信息 资源管理系统 业务逻辑层 实现应用部门业务功能 流程 规则 策略等的处理程序构成 应用表现层 通过人机交互方式 向用户展现结果 如Web浏览器界面 信息系统的结构 信息系统的结构和发展趋势 选学 2 信息系统的结构 实现业务功能的流程 规则 策略和程序 向用户显示信息处理结果 如Web浏览器的界面 支持系统运行的硬件 系统软件和网络 各类数据信息 资源管理系统 主要有数据库管理系统等 信息系统的结构和发展趋势 选学 2 新的应用需求和新的计算机技术是推动信息系统发展的动力 目前 信息系统有下列共同的发展趋势 1 系统集成化 2 信息多媒体化 3 功能智能化 4 结构分布化 第6章信息系统与数据库 6 2关系数据库系统数据管理的应用需求数据库系统的组成和特点关系数据模型 结构 完整性 操作 关系数据库语言SQL关系数据库系统以应用新技术 数据管理的应用需求 1 一个应用实例 高校教学业务管理 学生信息 学号 姓名 教师信息 工号 姓名 教材信息 书号 教材名 课程信息 课程号 课程名 教室信息 教室号 位置 选课信息 学生号 课程号 大量数据 数据库 DB 各部门共享数据 按一定的结构组织 存储到计算机 数据管理的应用需求 2 数据库 数据库管理系统 应用程序1 应用程序2 应用程序K 用户 数据库系统中用户共享数据库资源 数据管理的应用需求 3 综上 由于数据量急剧增长 计算机用于管理并实现共享数据的需求越来越迫切 人们逐步发展了以统一管理和共享数据为主要特征的数据库系统 DBS 在DBS中 数据不再仅仅服务于某个程序或用户 而是按一定的结构存储于数据库 作为共享资源 由数据库管理系统 DBMS 的软件管理 使得数据能为尽可能多的应用服务 数据库系统的组成和特点 1 数据库系统 DBS 的组成 数据库 设计 开发 管理DBS的人员和用户 利用DBS资源开发的 解决管理和决策问题的各种应用程序 对数据进行管理的软件系统功能 创建DB结构 对DB中的数据操作 对DB数据管理和控制 指按一定的数据模式组织并长期存放在外存上的 可共享的 面向部门全局应用的数据集合 计算机支持系统 数据库系统的组成和特点 2 DBS中人员 数据和数据结构 相关软件之间的关系 数据库系统的组成和特点 3 数据库系统的特点 数据结构化 数据可共享 数据独立于程序 统一管理控制数据 DBMS管理控制数据功能 安全性 完整性 并发控制 恢复 从全局分析和描述数据 适应多个用户 多种应用共享数据的需求 可减少数据冗佘 节省存储空间 保证数据的一致性 数据面向全局应用 用数据模型描述数据和数据之间的联系 逻辑独立性 应用程序与DB的逻辑结构相互独立 物理独立性 应用程序与DB的存储结构相互独立 逻辑独立性和物理独立性 数据模型 数据模型的基本概念问题的提起 DB数据 应用单位所涉及数据的综合 反映数据本身的内容 反映数据之间的联系 问题 数据如何在DB中用特定结构表示 数据以何种方式进行存储和处理的 数据模型 续 由于使用数据库的信息系统是一种计算机软件系统 而计算机是不可能直接处理现实世界中的事物的 所以必须通过以下过程来处理数据 具体事物及其特征 概念化加工 计算机能够存储处理的数据 DB 计算机不可能直接处理现实世界中的事物 数据模型 续 进一步具体说明 客观对象抽象到数据模式描述的结构 从概念上描述对象和对象间的关联 经过识别 选择 分类等综合分析 形成 概念结构 用实体 联系工具E R图表示 按计算机系统支持的结构 组织数据 数据模式 逻辑结构为二维表存储结构为文件 数据模型 续 综上可见 概念结构是分析过程中的一个中间结果 它将现实世界中的客观对象和对象间的关联 经过识别 选择 分类等综合分析 形成 概念结构 用实体 联系工具E R图表示 E R图的有关术语 实体 属性 主键 联系 三种不同语义的联系1 1 1 n m n 数据模型是直接面向计算机系统 即数据库 中数据的数据结构 包括逻辑结构和存储结构 用数据模型来描述数据结构 数据模型 续 在常见的数据库系统中 根据实体集之间的不同结构 通常把数据模型分为层次模型 网状模型 关系模型和面向对象模型4种 层次模型网状模型关系模型面向对象模型 国内DBS普遍采用关系模型 95 以上 课程介绍关系模型 关系数据模型 关系数据模型描述数据的逻辑结构3要素 数据结构 重点介绍 数据完整性 参阅教学指导书 数据的操作 重点介绍 关系模型的数据结构 为什么当今大多数DBMS都支持关系数据模型 当今大多数DBMS都支持关系数据模型 关系数据模型建立在严格的数学理论基础上 集合论的 关系概念 概念清晰 简洁 用统一的结构表示数据对象和它们之间的联系 关系模型的数据结构 续 关系数据模型的基本结构是关系 在用户观点下 关系数据模型中数据的逻辑结构是一张二维表 Table 它由表名 行和列组成 表的每一行称为一个元组 Tuple 每一列称为一个属性 Attribute 例如 例表1 学生登记表 S 关系模型的数据结构 续 例表2 课程开设表 C 关系模型的数据结构 续 例表3 学生选课成绩表 SC 关系数据模型 结构 续 学生登记表 S 课程开设表 C 与学生选课成绩表之间的联系 关系数据模型 结构 续 数据库中数据的逻辑结构 二维表 纵观示意图 存储模式 关系数据模型 结构 续 关系数据模式 数据的关系模型结构就是二维表结构 3张二维表分别是数据对象 学生 S 课程开设 C 和其联系 学生选课成绩 SC 的反映 这种用关系数据模型对一个具体单位中客观对象及其联系的结构描述 称为关系数据模式 简称 关系模式 关系数据模型 结构 续 关系模式的描述形式 其中 R为关系模式名 即二维表名 Ai 1 i n 是二维表中的列名 或者 R A1 A2 Ai An R A1 A2 Ai An 关系数据模型 结构 续 上述数据对象 S和C 以及数据对象之间的联系 SC 表示成关系模式分别为 S SNO SNAME DEPART SEX BDATE HEIGHT C CNO CNAME LHOUR SEMESTER SC SNO CNO GRADE 关系数据模型 结构 续 这3个关系模式也可以用汉字定义为 学生 学号 姓名 系别 性别 出生日期 身高 课程 课程号 课程名 学时 开课时间 选课成绩 学号 课程号 成绩 关系数据模型 结构 续 关系模式主键 DB 如何从DB的一个二维表中找到我们所了解的内容 例如 查询学生周光明的情况 李霞霞选修ME234课程的成绩是多少 关系数据模型 结构 续 关系模式 即二维表 主键 能够唯一标识二维表中指定元组的属性或者属性组 这组属性的任何真子集无此性质 称为该二维表的候选键 如果一个关系模式有多个候选键存在 则可从中选一个最常用的作为该关系模式主键 简称主键 候选键 学号 姓名 出生年月 主键 学号 关系数据模型 结构 续 例如 学生登记表中的学生有下列属性 列 学号 姓名 系别 出生年月等 则学号可作为候选键 用它来标识一个学生 因学生可能有重名 因而姓名不能作为候选键 但若学生的出生年月不同 则也可用属性组 姓名 出生年月 作为候选键 必须再从这两个候选键中选其一 如学号 作为学生登记表的主键 关系数据模型 结构 续 基本术语的对照 关系模型中的术语来自关系数学 与程序员和用户的习惯说法是相对应的 关系模型的存储结构在关系数据模型中 数据对象和数据对象之间的联系都用二维表来表示 在支持关系模型的数据库物理组织 即存储结构 中 二维表以文件形式存储 在大多数数据库中 二维表与操作系统中的文件相对应 关系数据模型 结构 续 DB 文件 文件 文件 关系数据模型 结构 续 关系数据模型是1970年由 美 E F Codd首次提出的 关系数据库得以迅速发展和普遍应用 主要得力于关系数据模型所具有的下列特点 关系模型建立在严格的数学理论基础上 关系数据模型的概念单一 对二维表的操作是 非过程性 集合论的关系概念 数据对象和联系都是二维表 对二维表的操作结果也是二维表 存取路径对用户透明 简化了程序员的编程工作 数据独立性和安全性好 E F Codd 关系数据库之父亲 关系数据模型 结构 续 特别提示 严格地说明 关系是一种规范化二维表中行的集合 在关系数据模型中 对每个关系还作了如下限制 每一个列对应一个域 列名不能相同 关系中所有的列是原子数据 原子数据是不可再分的 关系中不允许出现相同的行 即不能出现重复的行 关系是行的集合 行的次序可以交换 按集合的性质 行中列的顺序可以任意交换 按集合的性质 但使用按定义顺序 关系数据模型 结构 续 特别提示 数据模型和模式是有区别的 数据模型 用一组概念和定义描述数据的手段 数据模式 用某种数据模型对具体情况下相关数据结构的描述 具体地说 关系模式是以关系数据模型为基础 综合考虑了用户的需求 并将这些需求抽象而得到的逻辑结构 因而不应将关系数据模型和关系模式相混淆 正象不应把高级语言和用高级语言编写的程序模块混为一谈一样 应注意它们在概念上的差异 关系数据模型 结构 续 特别提示 关系模式 反映了二维表的静态结构 是相对稳定的 关系 是关系模式在某一时刻的状态 它反映二维表的内容 由于对关系的操作不断更新着二维表中的数据 因此关系是随时间动态变化的 但在一般表述中 人们常常将关系模式和关系都称为关系 实际上对此二者应加以科学的区分 关系数据模型 完整性 选学 关系模式用R A1 A2 An 表示 仅仅说明关系的语法 但是并不是每个合乎语法的行 元组 都能成为二维表R中的元组 它还要受到语义的限制 数据的语义不但会限制属性的值 例如 小学 中学和大学都有规定的最低入学年龄的限制 一个企业仓库管理中的库存量不能为负值等 数据的语义还会制约属性间的关系 如 学生选课成绩表SC中的学生必须是学生登记表S中已注册的学生等 以上所述的约束可以用来保证数据库中数据的正确性 称其为关系模型的完整性约束 关系数据模型 完整性 续 实体完整性约束关系模型的完整性约束引用完整性约束用户定义完整性约束 阅读材料6 4 关系数据模型 操作 在关系数据库中 通常可以定义一些操作来通过已知的关系 二维表 创建新的关系 二维表 最常用的关系操作有 并插入交更新差删除笛卡尔积选择除连接投影 专门的关系操作 传统集合的关系操作 关系数据模型 操作 举例用例 5张二维表 SC1 60 80分成绩表 SC2 70 100分成绩表 关系数据模型 传统集合的关系操作 并并操作是一个二元操作 它要求参与操作的两个关系有相同的关系模式 其作用是将两个关系组合成一个新的关系 根据集合论的定义 并操作创建的新关系中的每一个元组或者属于第一个关系 或者属于第二个关系 或者在两个关系中皆有 结果关系表示选课程学生的 60 100分成绩表 关系数据模型 传统集合的关系操作 交交操作也是一个二元操作 它对两个具有相同关系模式的关系进行操作 创建一个新关系 根据集合论的定义 交操作所创建新关系中的每一个元组必须是两个原关系中共有的成员 结果表示选课学生 70分 80分成绩表 关系数据模型 传统集合的关系操作 差差操作也是一个二元操作 它应用于具有相同关系模式的两个关系 生成新关系中的元组是存在于第一个关系而不存在于第二个关系中的元组 例如 关系SC1与关系SC2进行差操作 结果关系包括那些在SC1表中而不在SC2表中的成绩信息 即 60 69分成绩表 关系数据模型 传统集合的关系操作 差 续 在集合操作中 并 和 交 具有交换律的性质 而 差 操作没有交换律的性质 例如 关系SC2与关系SC1进行差操作 结果关系包括那些在SC2表中而不在SC1表中的成绩信息 即 81 100分成绩表 SC2 SC1 差 SC1 SC2 SC2 SC1SC1 SC2 SC2 SC1SC1 SC2 SC2 SC1 关系数据模型 专门的关系操作 插入插入操作是一种一元操作 它应用于一个关系 其操作是在关系中插入新的元组 或另一个具有相同模式的关系 例如 在课程开设表 C 中插入一个新的课程信息 CW101 论文写作 30 春 关系数据模型 专门的关系操作 删除删除操作为一元操作 它根据要求删去表中相应的元组 例如 从课程表 C 中删除课程CC112 关系数据模型 专门的关系操作 更改更改操作也是一种一元操作 它应用于一个关系 用来改变关系中指定元组中的部分属性值 例如 课程开设表 C 中的课程ME234元组的LHOUR值由 40 改为 30 SEMESTER值由 秋 改为 春 关系数据模型 专门的关系操作 选择选择操作是一元操作 它应用于一个关系并产生另一个新关系 新关系中的元组 行 是原关系中元组的子集 选择操作根据要求从原先关系中选择部分元组 结果关系中的属性 列 与原关系相同 保持不变 例如 从学生登记表 S 中 选出性别为 男 的学生元组 组成一个新关系 男学生登记表 关系数据模型 专门的关系操作 投影是一元操作 它作用于一个关系并产生另一个新关系 新关系中的属性 列 是原关系中属性的子集 在一般情况下 虽然新关系中的元组属性减少了 但其元组 行 的数量与原关系保持不变 例如 需要了解学生选课情况而不关心其成绩时 可对学生选课成绩表 SC 进行相关的投影操作 其结果的每个元组仅包括学 SNO 课程号 CNO 两个属性 关系数据模型 专门的关系操作 连接是一个二元操作 它基于共有属性把两个关系组合起来 连接操作比较复杂并有较多的变化 例如 学生登记表 S 和学生选课成绩表 SC 的连接 生成一个信息更全面的关系 对于已选课程的学生而言 结果关系包含SC表原来的信息 并增加了该学生选修课程号 CNO 和成绩 GRADE 关系数据模型 关于 关系代数 的操作 对于以上所介绍的关系操作 在理论上均可用一种称之 关系代数 的逻辑运算来表示 参阅第6章阅读材料6 5 设有关系R和关系S 关系代数的操作有 关系数据库语言SQL 数据库语言以上讨论的关系操作 比较直观地说明了其对二维表运算的含意 数学上对关系操作的抽象描述是 关系代数 在此基础上 关系数据库管理系统必须配置与此相应的语言 使用户可以对数据库进行各式各样的操作 这就构成了用户和数据库的接口 由于DBMS所提供的语言一般局限于对数据库的操作 不同于计算机的程序设计语言 因而称它为数据库语言 DB 数据库语言程序 用户 关系数据库语言SQL 关系数据库语言SQL特点 是一种 非过程语言 体现关系模型在结构 完整性和操作方面的特征 有命令和嵌入程序两种使用方式 功能齐全 简洁易学 使用方便 为主流DBMS产品所支持 用户只要指出 做什么 而 如何做 的过程由DBMS完成 命令式 直接用语句操作嵌入式 将语句嵌入程序 ORACLE MS SQLServer SybaseDB2 Access VFP有接口 关系数据库语言SQL 关系数据库语言SQL3级体系结构 用户看到的关系模式主要是视图 系统的全局关系模式是基本表 系统的存储结构是文件 关系数据库语言SQL SQL数据定义语言DDL作为建立数据库最重要的一步 根据关系模式定义所需的基本表 SQL语句表示为 其中 表示可含有该子句 也可为空 基本表名字 每个基本表可以由一个或多个列组成 定义基本表时要指明每个列的类型和长度 同时还可以定义与该表有关的完整性约束条件 CREATETABLE 列名 数据类型 完整性约束条件 关系数据库语言SQL DDL例 按照关系模式S 定义学生基本表的SQL语句 执行语句后 在数据库建立一个学生表S的结构 CREATETABLES SNOCHAR 4 类型为定长字符串 SNAMEVARCHAR 8 类型为变长字符串 串长为8 DEPARTVARCHAR 12 SEXCHAR 2 BDATEDATE 类型为日期型 HEIGHTDEC 5 2 类型为5位十进制数 小数点后2位 PRIMARYKEY SNO 指明SNO为S的主键 关系数据库语言SQL SQL的数据查询查询是数据库的核心操作 SQL提供SELECT语句 具有灵活的使用方式和极强查询的功能 关系操作中最常用的是 投影 选择和连接 都体现在SELECT语句中 SELECTA1 A2 AnFROMR1 R2 Rm WHEREF SELECT语句语义为 将FROM子句所指出的R 基本表或视图 进行连接 从中选取满足WHERE子句中条件F的行 元组 最后根据SELECT子句给出的A 列名 将查询结果表输出 指出目标表的列名 相应于 投影 指出基本表或视图 相应于 连接 F为 选择 操作的条件 关系数据库语言SQL 单表查询从指定的一个表中找出符合条件的元组 例如 查询所有男学生名的情况 SELECT FROMSWHERESEX 男 关系数据库语言SQL 连接查询一个查询同时涉及两个以上的表 称连接查询 是关系数据库中最主要的查询 例如 查询每个男学生及其选修课程的情况 要求列出学生名 系别 选修课程名及成绩 SELECTSNANE DEPART CNAME GRADEFROMS C SCWHERES SNO SC SNOANDSC CNO C CNOANDS SEX 男 查询涉及S C和SC三个表 S和SC表通过SNO作连接 C和SC表通过CNO来实现连接 关系数据库语言SQL SQL的数据更新SQL提供了插入数据 更改数据和删除数据的3类语句 1 插入语句插入语句INSERT可将一个记录插入到指定的表中 例如 将一个新的课程记录插入到课程开设表C中 INSERTINTO VALUES INSERTINTOS CNO CNAME LHOUR SEMESTER VALUES CW101 论文写作 30 春 关系数据库语言SQL 2 更改语句对指定表中已有数据进行修改 语句格式如下 其功能是修改指定表中满足WHERE子句条件的记录 其中SET子句给出的值用于取代相应列的值 例如 将 ME234 课程的课时改为30 并改成春季开设 UPDATESET WHERE UPDATECSETLHOUR 30 SEMESTER 春 WHERECNO ME234 关系数据库语言SQL 3 删除数据SQL删除语句的格式为 其功能是从指定表中删除满足WHERE子句条件的记录 如果省略WHERE子句 则删除表中所有记录 例如 从C表中删除课程号为 CC112 的记录 DELETEFROM WHERE DELETEFROMCWHERECNO CC112 关系数据库语言SQL SQL的视图视图是DBMS所提供的一种由用户观察数据库中数据的重要机制 视图可由基本表或其他视图导出 它与基本表不同 视图只是一个虚表 在数据字典中保留其逻辑定义 而不作为一个表实际存储数据 SQL用CREATEVIEW语句建立视图 其格式为 CREATEVIEW 视图名 列名 AS 子查询 关系数据库语言SQL SQL视图的例 例如 若建立管理工程系学生的视图ME S 语句为 视图定义后 用户就可以象对基本表操作一样对视图进行查询 例如 在管理工程系的学生视图中找出年龄大于25岁的学生 其SQL语句为 CREATEVIEWME sAS SELECTSNO SNAME SEX BDATE HEIGHTFROMSWHEREDEPART 管理工程 SELECTSNANE2008 YEAR BDATE FROMME SWHERE2008 YEAR BDATE 25 数据库系统及应用新技术 数据库体系结构的发展DBS运行在计算机系统之上 其体系结构与计算机体系结构密切相关 因此DBS的系统结构也随着它的硬件和软件支撑环境的变化而不断演变 集中式数