数据库基础理论PPT课件

第1章,数据库基础理论,2,第1章,1.1数据库系统基本概念,1.2数据模型,1.3关系数据库,1.4关系及关系运算,3,1.1数据库系统基本概念,1.1.1数据管理技术的发展1.1.2数据库简介1.1.3数据库系统的基本概念,4,1.1.1数据库管理技术的发展,数据管理技术的发展大致经历了四个阶段：人工管理阶段、文件管理阶段、数据库系统管理阶段和分布式数据库系统阶段。1.人工管理阶段人工管理阶段出现在计算机应用于数据管理的初期。这个时期，数据管理的特点是：（1）数据与程序不具有独立性（2）没有统一的数据管理软件,5,1.1.1数据库管理技术的发展,2.文件管理阶段文件管理阶段出现在20世纪50年代后期到60年代,和人工管理阶段相比，文件管理系统阶段的优点是：（1）数据可以以文件的形式长期保存在磁盘等辅助存储器中。（2）数据与程序之间的独立性增强了。文件管理阶段虽然比人工管理前进了一步，但是仍有以下一些缺点：（1）数据冗余度大（2）缺乏数据独立性,6,1.1.1数据库管理技术的发展,3.数据库系统管理阶段为了适应迅速增长的数据处理需要，人们开发出了更加强大的数据管理软件系统，这就是数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）。数据库系统管理阶段即对所有的数据实行统一规划管理，形成一个数据中心，构成一个数据“仓库”。数据库中的数据能够满足所有用户的不同要求，供不同用户共享使用。在数据库系统管理的系统环境下，应用程序对数据的管理和访问灵活方便，而且数据与应用程序之间完全独立，使程序的编制质量和效率都有所提高，由于数据文件间可以建立关联关系，数据的冗余大大减少，数据的共享性增强。,7,1.1.1数据库管理技术的发展,4.分布式数据库系统阶段在分布式网络环境中，数据可以分布在网络的各台机器上。一种重要的分布式体系结构是客户端/服务器（Client/Server，简称C/S）体系结构，建立在这种体系结构上的应用程序，具有本地客户用户界面，但访问的是远程服务器上的数据。随着Internet的兴起，浏览器/服务器（Browser/Server，简称B/S）体系结构得到了极大的应用，在这种结构下，用户工作界面是通过浏览器来实现，浏览器只负责发送接受数据，几乎不进行数据的处理，主要的任务在服务器端处理。一次典型的B/S应用过程是浏览器接受用户的输入，以超文本形式向Web服务器提出访问数据库的要求，Web服务器接受客户端请求后，并交给数据库服务器，通过特定的DBMS进行数据处理，然后再将处理后的结果以HTML文档形式，转发给客户端浏览器。,8,1.1.2数据库简介,数据库是在计算机系统中按一定的数据模型组织、存储和使用的相关联的数据集合。使用数据库来管理数据，具有以下优点：（1）减少数据冗余（2）避免数据矛盾（3）数据可以共享（4）数据独立,9,1.1.3数据库系统的基本概念,1.数据库（DataBase，简称DB）在计算机系统中按一定的数据模型组织、存储和使用的相关联的数据集合。2.数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）数据库管理系统是管理数据库资源的系统软件，为用户实现数据库的建立、使用和维护。具有以下优点:（1）提供对数据库资源进行统一管理和控制的功能，数据与应用程序隔离。（2）提供安全性和保密性措施，使数据不被破坏、不被窃用。（3）提供并发控制，在多用户共享数据时保证数据库的一致性。（4）提供恢复机制，当出现故障时，数据恢复到某时刻的状态。3.计算机硬件及相关软件4.人员,10,数据库中数据的结构形式称为数据模型，它是指数据库中数据与数据之间的关系，是数据库系统的数据组织、信息表示和操作手段的一种模型化表示。数据库中常用的数据模型有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象数据模型。,1.2数据模型,11,1.2.1层次模型,用树型结构表示实体及实体之间联系的模型称为层次模型。特点1：有且仅有一个根结点无父结点。特点2：其它结点：向上仅有一个父结点，向下有若干子结点。,层次模型示例,12,用网状结构表示实体及实体之间联系的模型称为网状模型。特点1：有一个以上结点无父结点。特点2：至少有一个结点有多于一个的父结点。,1.2.2网状模型,网络模型示例,13,1.2.3关系模型,关系模型是用二维表的形式来表示数据之间的联系。,常用术语：关系：一个关系就是一张二维表。元组：表中的行称为元组。每一元组由若干数据分量组成。属性：表中的列称为属性。每一列有一个属性名，又称为字段域：属性的取值范围。例如：性别只能取男或女。关键字：能惟一标识一个元组的属性。若一个关系有多个关键字，可以选定一个为主关键字。,14,关系模型的主要特征：（1）每一竖列的分量是同属性的，列数根据需要而设，各列的顺序是任意的（2）每一行由一个元祖事物的多个属性构成，各行的顺序可以是任意的（3）一个关系就是一张二维表，不允许有相同的属性名，也不允许有相同的元组。,1.2.3关系模型,15,1.2.3关系模型,关系模型示例如下表:表1-1学校的系关系,16,1.2.3关系模型,表1-2教师关系,17,利用面向对象理论建立的数据模型就是面向对象模型。面向对象模型中最基本的概念是对象和类。一个对象包含若干属性，用以描述对象的状态、组成和特性。属性也是对象，它又可以包含其他对象作为其属性。除了属性外，对象还包含若干方法，用以描述对象的行为特性。将类似的对象归并为类。,1.2.4面向对象数据模型,18,按关系模型组织和建立的数据库称为关系数据库。关系数据库的特点：（1）关系数据库是若干个关系的集合（2）每一个数据表都具有相对的独立性（3）在关系数据库中，数据表之间具有相关性的,1.3关系数据库,1.3.1关系数据库概述,19,关系数据库的优点：（1）以面向系统的观点组织数据，使数据具有小冗余度，支持复杂的数据结构（2）具有高度的数据和程序独立性（3）由于数据具有共享性，使得数据库中的数据能为多个用户服务（4）关系数据库允许多个用户同时访问，并且提供了各种控制功能，保证数据的安全性、完整性和并发性控制。,1.3.1关系数据库概述,20,关系模型是以关系集合理论中最基本的数学原理为基础的，通过确立关系中的规范化准则，既可以方便数据库中的数据的处理，又可以给程序设计带来方便，这一规范化准则称为关系规范化。关系规范化的三个范式原则如下：（1）第一范式：在一个关系中消除重复字段，且各字段都是不可分的基本数据项。（2）第二范式：若关系模型属于第一范式，且所有非主属性都完全依赖关键字段。（3）第三范式：若关系模型属于第二范式，且关系中所有非主属性都直接依赖关键字段。,1.3.2规范化原则,21,1.4关系及关系运算,关系运算是以关系为运算对象的运算，在关系运算中，变量是关系，运算结果仍然是关系。常见的关系运算有选择运算、投影运算和连接运算三种。,22,1.4.1选择,选择（select）：从给定的关系R中选择满足条件F的那些元组，组成一个新的关系，记为S=F（R）,【例1-1】从表1-2教师关系中选出所有男同志的纪录，其选择运算记作：(教师关系)，运算结果如表1-3所示。,23,1.4.1选择,表1-3选择运算结果,24,1.4.2投影,投影（project）：从关系中选择某些字段的所有值组成一个新的关系。记为S=A（R），A为R的字段名表。,【例1-2】若将“教师关系”中的教师编号、姓名、性别、出生日期从关系中选出，其投影运算记作：教师编号,姓名,性别,出生日期（教师关系），运算结果如表1-4所示。,25,