ch1 数据库系统概述

第1章数据库系统概述,国家“十三五”重点出版规划项目上海高校优秀教材奖获得者主编,主编贾铁军谷伟副主编俞小怡王冠万程编者戴春妮王坚,数据库原理及应用与实践,上海市高校精品课程上海高校优质在线课程,基于SQLServer2016（第3版立体化.新形态）,课程教学目的,教学目的通过数据分析、处理及应用的学习和训练，掌握数据库有关基本知识、基本技术及基本应用，提高运用数据库技术解决实际应用问题的知识、素质和能力,为以后的学习和工作奠定重要基础。,课程性质:专业基础课(必修课-考查)学时学分:68(计)/48(非)学时,3.0学分(理论/实验32/16)16周考核办法:理论与实践结合,课内与课外结合,知识素质能力考核结合.期末60%,平时(出勤作业表现)40%。,国家十三五重点规划项目上海市高校精品课程,周一12:30-15:50信息516教授室,答疑辅导,三大支柱(生存发展)物资、信息、能源三大热门技术网络、数据库、人工智能应用:处理业务数据、资源共享、信息服务。方向、定位、目标、规划:励志、进取、成功最优化学习方法:预习听课研读练习与实践教学模式:授课实验(模拟+训练)课设/大作业交流总结,上海高校精品课程2项,本课程目录,国家十三五重点规划项目上海市高校精品课程,本课程目录第1章数据库系统概述第2章关系数据库基础第3章SQLServer2016概述第4章数据库、表及数据操作第5章索引及视图操作*第6章存储过程与触发器(非专业略)第7章T-SQL应用编程第8章数据库安全技术*第9章关系数据库的规范化(非专业略)第10章数据库应用系统设计*第11章数据库新技术(各章含同步实验及课程资源),重点,重点,重点,重点,第1章目录,第1章目录1.1数据库系统的发展、概念及特点1.2数据库系统的数据模型1.3数据库系统的组成和结构1.4数据库管理系统概述1.5实验一数据模型画法及应用1.6本章小结1.7练习与实践一(注:网上作业),国家十三五重点规划项目上海市高校精品课程,第1章教学目标,教学目标了解数据库技术的发展及主要趋势熟悉数据、数据处理和数据库等概念掌握数据库技术的特点、内容和应用理解数据库系统的组成及数据库体系结构掌握DBMS的工作模式、功能和组成学会概念模型与数据模型及其实际应用,重点,重点,同步实验(上机),友情提示,重点,国家十三五重点规划项目上海市高校精品课程,1.1.1数据库系统的发展及趋势1.人工数据管理阶段1946年后计算机以电子管为主要元器件,主要依靠硬件系统,工作效率低,用于计算且输入输出很少数据.特点：（1)数据面向应用。（2)数据不独立。（3)数据无法存取。（4)无数据文件处理软件。,1.1数据库系统的发展、概念及特点,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,【案例1-数据库技术及应用重要且广泛。著名未来学家阿尔文.托夫勒指出:“谁掌握了信息，谁控制了网络，谁就将拥有整个世界”.现实世界信息无处不在、数据无处不用，数据库技术是各业务数据处理系统的核心。数据库的建设规模和应用深度已成为衡量一个国家信息化程度重要标志,世界各国高度重视数据资源和数据库技术,并纳入重要优先发展战略。,案例1-1,2.文件系统管理数据阶段从20世纪50年代中期到60年代中期，计算机以晶体管取代了运算器和控制器中的电子管。出现了操作系统、汇编语言和一些高级语言。计算机不仅限于科学计算，还大量用于管理等,在操作系统中有专门的数据管理软件，称为文件系统。（1）文件系统管理数据的特点1)数据以文件保存。2)数据无法共享。3)数据不独立。4)数据管理功能简单。（2）文件系统的不足文件系统的缺陷为：1）数据不共享冗余大。2）数据不一致。3）数据文件缺乏关联。,类似电子表格,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,图1-1应用和数据文件间的关系,1.1数据库系统的发展、概念及特点,3.初级数据库阶段从20世纪60年代末到80年代，CPU向超大规模集成电路发展,操作系统得到了发展，而且各种DBMS软件不断涌现，使得数据库管理技术不断发展和完善,成为计算机领域中最具影响力和发展潜力、应用范围最广、成果最显著技术之一,形成了“数据库时代”。主要特点包括：1)数据共享冗余低2)数据统一管理和控制3)数据独立性强4)结构化集成,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,DBMS数据库管理系统,4.高级数据库阶段从20世纪80年代后期,数据库技术在商业领域取得巨大成功，激发了其他领域对其需求的快速增长，开辟了新的应用领域。（1）分布式数据库技术具有如下5个主要特点：1）以本地为主处理大部分数据。本地分布处理各种业务数据,提高系统处理效率和可靠性，并通过数据复制技术实现网络数据共享。2）各地终端数据有关网络互联。3）降低中心数据库及数据传输负载。4）系统安全可靠性更高,局部系统故障,其他仍可继续.5）系统分布扩展便捷.DB集中分布式DBS。,分布式数据库系统兼顾集中管理和分布处理两项任务，具体结构如图1-3所示。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,图1-2分布式数据库系统,（2）面向应用领域的专用数据库为了适应应用多元化的需求，结合各应用领域的特点，将数据库技术应用到特定领域，产生了工程数据库、地理数据库、统计数据库、科学数据库、空间数据库等多种数据库，同时也出现了数据仓库和数据挖掘等技术，使数据库领域中的新技术不断涌现，如图1-3。*（3）面向对象数据库技术主要有2个特点：1）对象数据模型能完整地描述现实世界的数据结构,表达数据间嵌套、递归的联系。2）具有面向对象技术的封装性(数据与操作定义一起)和继承性(继承数据结构和操作)的特点,提高软件可重用性。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,图1-3数据库技术发展简图,*5.数据库技术的发展趋势（1）云数据和混合数据快速发展（2）数据集成与数据仓库倾向内容管理（3）主数据管理和商务智能（4）大数据促进新型数据库（5）利用网络自动化管理（6）其他新技术应用,为决策分析提供智能支持的各类数据的策略集合,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,1.1.2数据库系统的相关概念1.数据的概念及分类*1）信息(Information)是客观事物状态和特征在人脑中的反映.是对事物的状态和特征的描述,是进行决策的重要依据.信息是实际客观事物的存在方式、形态和特征,及其之间相互联系等要素在人脑中的反映,通过人脑抽象后形成的概念及描述.2）数据（Data）是信息的表达方式和载体。是人们描述客观事物及其活动的抽象表示,是描述事物的符号记录,是利用信息技术进行采集、处理、存储和传输的基本对象。数据的概念包括两方面含义：一是数据的内容-含义(实质)是信息,二是数据的表现形式是符号（记录）。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,信息时代,购书信息(数据),天气信息(局部数据),数据分为数值数据和非数值数据两大类，可以是数字、文字、符号、图形、表格、图像、声音、视频等形式。数据是数据库中存储与处理的基本对象。3）数据与信息的区别数据是信息的载体和具体表示形式，一种符号化表示方法.信息反映数据含义。信息来源于数据,信息以数据的形式存储、管理、传输和处理,数据经过处理后可得到更多有价值的信息。信息是概念性的，数据是物理性的。信息可用数据的不同形式来表示，数据的表示方式可以选择，而信息不随数据表现形式而改变。,注意,企业供销信息系统,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,注意：数据处理与数据管理区别：狭义上常将数据发生较大根本性变化的加工称为数据处理(其他称为数据管理),如图像处理，而广义上时常不加区别地统称为数据处理。,2.数据处理与数据管理数据处理（DataProcessing）是对数据进行加工的过程.对数据进行的查询、分类、修改、变换、运算、统计、汇总等都属于加工。其目的是根据需要,从大量的数据中抽取出有意义、有价值数据(信息),作为决策和行动的依据，其实质是信息处理。数据管理（DataManagement）是对原有基本数据进行管理为目的,在数据处理过程中,数据收集、存储、检索、分类、传输等基本环节统称为数据管理。,注意,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,1-2】商品信息管理系统的商品数据管理。系统中的“价格”，可以索引统计商品数据（信息）或查询价格最高的商品、按价格从高到低排序、修改或打印价格等操作都属于数据管理，而商品价格的汇总或制作商品价格数据图则属于数据处理。,装备制造业用法兰盘,法兰盘质量数据库表（数据）,案例1-2,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,3.数据库及数据库系统数据库(DataBase,DB)是按照数据结构组织、存取和处理数据的集合。可理解为“按一定结构存管数据的库(空间)”,是在机器内、有组织(结构)、可共享、长期存储的数据集合。数据库中的数据可按一定的数据模型(结构)进行组织、描述和存储，具有较高的数据独立性、易扩展性、较小冗余度，以及集成性、共享性、海量性和持久性等特性。数据库系统（DataBaseSystem，DBS）是具有数据库功能特点的系统。是实现有组织地、动态地存储大量关联数据、方便多用户访问的软硬件和数据资源组成的系统。数据库技术主要用于根据需求自动处理管理和控制大量业务数据,研究和处理的对象是数据,是研究、处理和应用数据库的一门软件科学，也是计算机科学与技术中发展最快、应用最广泛的学科之一。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,4.数据库管理系统数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）是指建立、运用、管理和维护数据库，并对数据进行统一管理和控制的系统软件。用于用户定义（建立）和操作、管理、控制数据库和数据，并保证数据的安全性、完整性、多用户对数据并发操作及发生意外时的备份恢复等。DBMS是整个数据库系统的核心，对数据库中的各种数据进行统一管理、控制和共享。DBMS的功能和结构将在1.5中介绍,其地位如图1-4所示.常见大型关系型DBMS,如微软的SQLServer,IBM的DB2,以及Oracle、Sybase、Informix等,桌面单机FoxPro,Access等。图1-4DBMS的地位作用,返回Ch3,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,1.1.3数据库的特点、内容及应用1数据库系统的主要特点（1）数据统一管理控制和规范（2）数据整体结构化（3）数据高共享低冗余易扩充（4）数据独立性高且程序维护便利（5）数据完整性和安全性高（6）保证数据一致性2数据库技术相关内容和应用主要内容:通过DBMS对数据库系统及业务数据相关事务统一管理、控制和维护.按照指定结构(数据模型)建立和组织相应的数据库及其处理对象(数据表、视图、索引等).各种业务数据的处理操作,包括数据添加(输入或插入)、修改与更新、删除、查询、统计、报表和打印等.通过用户对业务数据处理的需求,构建数据库应用系统的需求分析，设计并实现数据处理和综合应用的数据库应用软件。数据库技术应用从数据处理与管理,扩展到网络服务、决策支持系统、商务智能和计算机辅助设计等新领域。在21世纪现代信息化社会，由于信息（数据）无处不在,数据库技术的应用非常广泛深入,遍布各个领域、行业、业务部门和各个层面。网络数据库应用系统已成为信息化建设和应用中的重要支撑性信息产业，得到广泛应用。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,物理独立性:应用程序与存储数据相互独立逻辑独立性.应用程序与数据库的逻辑结构相互独立,当数据的逻辑结构（数据元素间逻辑关系）改变时,用户程序不受影响.,指数据的正确性、有效性和相容性.正确性:数据的合法性;有效性:数据规定的有效范围;相容性:描述同一实体各数据保持一致性,DB完整性关系到数据是否正确、可信和一致。分为三类:实体、域与参照.,专业-财务管理、市场营销等业务数据处理,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,案例1-3】数据库技术应用行业案例。电子商务。网购及商品数据输入、查询、订购、销售、统计和汇总等。电子政务。网上政策发布、办公、查询、数据输入、传输和反馈等。网银证券。用于银行客户信息、账户、贷款和银行的交易记录。以及股票、债券、金融票据、出售和买卖金融与保险产品等数据处理。电信通讯。各种网络通信、数据交换、各种电信业务服务，存储通信网络信息、通话记录及短信、用户付费业务记录、通讯账单和交费情况。制造库存。零部件等产品的生产、供销、库存及产品订单、原料供应及进展,跟踪产品生产、质量和库存,极大提高企业经济效益和管理水平.航空航天。是最先以地理上分布方式使用数据库行业之一，通过通信网络或其他数字网络访问中央数据库系统。主要用于输入、存储、查询、网络订购国内外各种航班及票务信息，数据传输、更新、统计、汇总。教育界。院校教学与管理相关信息、课程及实验信息、图书资料信息、人力资源、设备及实验室、学生及成绩信息、大学生科创活动和毕业及就业信息等。高校信息化数据库应用实例如图1-5所示,案例1-3,图1-5高校信息化数据库应用实例,讨论思考数据库技术的发展分为哪几个阶段？各阶段有何特点？什么是数据、数据处理和数据库的概念？数据库系统与数据库管理系统的区别有哪些？数据库技术的主要特点有哪些？其应用有哪些？,讨论思考,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.1数据库系统的发展、概念及特点,1.2.1数据模型的概念及类型1.数据模型的基本概念数据从客观现实进入到数据库(存储计算机)经历三个阶段：客观现实世界阶段、信息世界阶段和机器世界阶段，也称为数据的三个范畴。其关系如图1-6所示。（1）现实世界。是客观存在的事物(实体)及联系。（2）信息世界.是对现实世界的认识和抽象描述,按用户的观点对数据和信息进行建模(概念模型实体与联系ER图)。（3）机器世界。是建立在计算机上的数据模型，以计算机系统的观点进行数据建模（逻辑模型）,如关系模型课程二维表。数据模型（DataModel）是一种表示数据结构特征的抽象模型,是数据处理的关键和基础.用于抽象、表示和处理现实世界中的数据（信息）的工具,DBMS的实现都建立在数据模型基础上。,图1-6数据抽象转换过程,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,数据结构特征抽象表示描述,1.2数据库系统的数据模型,注意:数据模型3方面要求:能真实模拟现实世界、容易理解、易于机器实现.,2数据模型组成三要素数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束(数据约束条件)三个基本部分组成，称为数据模型的三要素。3数据模型的类型根据模型的不同应用，可将模型分为三类：概念模型。也称信息模型,位于客观现实世界与机器世界之间.只用于描述某个特定机构所关心的数据结构，实现数据在计算机中表示的转换，是一种独立于计算机系统的数据模型。逻辑（结构）模型。包括网状模型、层次模型和关系模型等是以计算机系统的观点对数据建模，是直接面向数据库逻辑结构，是对客观现实世界的第二层抽象。这类模型直接与DBMS有关。物理模型。面向数据处理存储设备物理表示的模型，描述数据在储存介质的组织结构，如存储位置和方式、索引等。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,图1-3数据模型及三要素的关系,客户,网站,商品,销售,m,n,p,学生-选课,1.2.2概念模型的相关概念及表示1概念模型的相关概念（1）实体的相关概念实体（Entity）是现实世界中可以相互区别的事物或活动。如一个文件或一项活动等。如一批货物、一项业务、一次测试。实体集（Entityset）是同类实体的集合。如一个班级的全部课程、一个图书馆的全部藏书、一年中的所有会议等都是相应的实体集。如所有产品测控数据。实体型（Entitytype）是对同类实体的共有特征的抽象定义.实体值（Entityvalue）是符合实体型定义的、对一个实体的具体描述。,f(x,y),上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,注意：实体、实体集、实体型、实体值等概念有时很难区分,在以后叙述中经常统称为实体，可根据上下文知其具体含义。,实体型属性(字段)列,实体值记录(元组),上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,商品的实体型可用（商品ID,商品名称,价格,品牌,型号,颜色,生产商,产地)等属性特征定义,而(KB2016013,U盘,108,闪迪,SDCZ48-064G-Z46,黑色,SanDisk,深圳）就是一个实体值，描述的是一个具体的实际商品。在表1-1中,第一行规定商品的实体型，各行为该实体型的一次取值（当前值）。,案例1-4,(2）联系的相关概念联系（Relationship）是指实体之间的相互关系,常为一种相关活动。联系集（Relationshipset）是同类联系的集合。联系型(Relationshiptype）是对同类联系的共有特征的抽象定义。联系值(Relationshipvalue)指同类联系型确定的某个联系的具体值.,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,对于学生“选课”联系，联系型可以包括（学号，课程代码，成绩）等属性（特征），其中学号和课程代码分别对应“学生”实体和“课程”实体中的相应学生数据表和课程数据表。表1-2中第一行是选课联系的型,其后各行是选课记录,即选课联系型的值。,案例1-5,学生,课程,选课,说明：与实体的有关概念类似，联系、联系集、联系型、联系值等概念也常统称为联系。联系元数是指一个联系中所涉及的实体型的个数。若涉及到两个实体型则称为二元联系，若涉及到三个实体型则称为三元联系等。特殊地，若涉及到的两个实体型对应同一个实体则为一元联系。如在选课联系中，涉及到学生和课程两个实体，为二元联系。,学生,学号,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,客户,网站,商品,销售,m,n,p,拥有,1.2数据库系统的数据模型,（3）属性、键和域属性（Attribute）是描述实体或联系中的一种特征(性),一个实体或联系通常具有多个（项）特征，需要多个相应属性来描述。实体选择的属性由实际应用需要决定，并非一成不变.如学生（学号，姓名，专业）。键（key）或称码、关键字、关键码等,是属性中可对实体值唯一标识.如学号、商品编号、工号、电话号码等。主属性（mainattribute），实体中用于键的属性，否则称为非主属性（nonmainattribute）。如在职工实体中，职工号为主属性，其余为非主属性。域（domain）是实体中相应属性的取值范围。如性别属性域为（男，女）。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,（4）联系分类联系分类(Rrelationshipclassify)是指两个实体型（含联系型在内）之间的联系的类别。图1-7所示。1）1对1联系。简记为11。2）1对多联系。简记为1n。3）多对多联系。简记为mn。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,【案例1-61对1联系的两个实体型不一定相同，相同时为同一个实体型。如在同一个购物网站注册用户登记表（实体）如表1-3所示。如图1-8所示，注册登记次序是1对1联系，即一个用户的后面只有一个直接后继者（最后一个除外），每个后继者的前面只有一个直接前驱者（第一个除外）。,案例1-6,表1-3购物网站注册登记表,图-8网站用户1对1联系图,表1-3购物网站注册登记表,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,学生,课程,？,【案例1-7学生与所选课程之间为多对多联系，每个学生允许选修多门课程，每门课程允许由很多学生选修。表1-4为学生实体，表1-5为课程实体，图1-8为选课联系示意图（表明学生和选课之间的多对多联系）。,案例1-7,2概念模型及其表示方法1976年,美籍华人陈平山（P.S.Chen）提出实体联系模型（Eentityrelationshipmodel）也称E-R模型或E-R图(或实体-联系方法),是描述事物(实体)及其联系的概念模型,是数据库应用系统设计者与普通用户进行数据建模和交流沟通的常用工具,非常直观易懂、简单易用.（1）E-R模型的基本构件E-R模型是一种用图形表示实体及其联系的方法,所使用的图形构件（元件）表示包括矩形、菱形、椭圆形和连线。矩形表示实体，矩形框内写上实体名；菱形表示联系,菱形框内写上联系名；椭圆形表示属性,椭圆形框内写上属性名；连线表示实体、联系与属性之间的所属关系或实体与联系之间的相连关系。（2）实体联系的E-R图表示实体之间的三种联系包括：1对1、1对多和多对多，对应的ER图如图1-10所示，其中每个实体或联系暂时没画出相应的属性框和连线。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,注意：联系的两个实体也可能来自同一个实体。若每种联系的两个实体均来自同一个实体,则对应ER图如图1-11。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,在实际业务中,经常出现三个或更多实体相互联系的情况.如在顾客购物活动中,涉及到顾客、售货员和所售商品之间的三者关系,某个顾客通过某个售货员购买某件商品,其中每两个实体间都是多对多的联系.购物联系所对应的ER图如图1-12所示。,图1-12购物联系的E-R图,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,销售,1.2数据库系统的数据模型,对电子商务（网络购物）应用建立E-R图的过程。通过对某购物网站运营和管理情况调研,可及时进行业务数据的整理分析。客户的一次购物活动为:先到某个购物网站（加盟的商家）订购某种商品，得到商家开出的（电子）订货单；客户凭依据订货单上的“金额”到金融机构（网银等）交款，获得“交款”确认；客户凭此提醒商家发货，商家见到交款后发给快递公司提货单取货（库房）并送货。网购对应的E-R图如图1-13所示。,商家（如淘宝）可通过加盟的多家购物网站进行运营，各购物网站需要涉及金融机构、客户、购物网站、商家、库房、快递、货物（商品）、收款单、订货单、归属、提货单、送货等实体和联系,前面7个为实体，后面5个为联系.,购物网站,商家,快递,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,银行,1.2数据库系统的数据模型,图1-13网络购物过程的E-R图,案例1-8,1.2.3常用的逻辑模型概述数据库的逻辑模型又称逻辑结构模型.1.层次模型的结构及特点（1）层次模型的结构层次模型（Hierarchicalmodel）是一个树状结构模型,有且只有一个根节点，其余节点为其子孙；每个节点（除根节点外）只能有一个父节点(也称双亲节点),却可以有一个或多个子节点,当然也允许无子节点被称为叶;每个节点对应一个记录型，即对应概念模型中的一个实体型,每对节点的父子联系隐含为1对多(含1对1)联系。2）层次模型的特点特点:在此模型数据库系统中,要定义和保存每个节点的记录型及其所有值和每个父子联系。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,叶,1.2数据库系统的数据模型,主要数据模型6种:层次模型,网状模型、关系模型、面向对象模型、对象关系模型和半结构化数据模型。,父节点,根节点,子节点,2.网状模型的结构和特点（1）网状模型的结构网状模型（Networkmodel）是一个网状结构模型，是对层次模型的扩展，允许有多个节点无双亲，同时也允许一个节点有多个双亲。层次模型为网状模型中的一种最简单情况。如图1-15所示为几个工厂和生产零件的网状模型。,图1-15网状模型示例,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,（2）网状模型的特点网状模型也有型和值的区别。型是抽象的、静态的、相对稳定不变的。值是具体的、动态的且需要经常变化的。由于经常需要对数据库中的业务数据(值)进行插入、删除和修改等实际操作，改变具体实际的数据值；而逻辑数据结构模型一经建立后一般不会被轻易修改。以网状数据模型实现的数据库系统中，同样需要建立和保存所有节点的记录型、父子联系型，以及所有数据值。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,3.关系模型概述（1）关系模型的概念关系模型(Relationalmodel)是一种简单的二维表结构，概念模型中的每个实体及其之间的联系都可以直接转换为对应的二维表形式。每个二维表称做一个关系,一个二维表的表头称为关系的型(结构),其表体（内容）称做关系的值。关系中的每行数据(记录)称做一个元组，其列数据称做属性，列标题称做属性名。,客户信息表,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,元组(记录)关系的值,关系的型(结构),属性/列(字段),职工(工号,系部编号,教师姓名,性别,年龄,职称,所在院系),上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,表1-6为一个高校职工关系。该关系的型为（工号，系部编号，教师姓名，性别，年龄，职称，所在院系），值为表中6个记录（元组），表中的每一列称为该关系的一个属性。性别属性的当前全部取值为（男，女），年龄属性的全部取值为（43，38，41，39，36，）。一个属性的当前全部取值加上可能的取值构成该属性的域，通常员工年龄的值域为18至60的整数。,案例1-9,关系的两种表示,（2）关系模型应用案例关系模型易于表示概念模型中的实体和各种类型的联系，都同样对应一个关系,该关系中必定包含相联系的每个实体的键.如表1-4、表1-5和图1-7表示的学生、课程表及选课联系,对应的关系模型包含三个关系(表),包括学生关系和课程关系,选课联系所对应的关系如表1-7所示。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,学生,课程,选课,（3）关系型的关系定义为了区别于一般的保存数据的关系，将保存关系定义的关系称为该数据库的元关系（元数据、系统数据、数据字典等），其提供了数据库中所有关系的模式（即关系的型(数据库结构)）。元关系是在用户建立数据库应用系统时，由DBMS根据该数据库中每个关系的模式自动定义的。学生选课关系模型的元关系如表1-8所示。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,表(数据表)结构,1.2数据库系统的数据模型,表1-8学生选课关系模型的元关系,（4）关系模型中的查询和更新（5）关系模型的特点关系模型的特点：1)坚实的理论基础(关系运算)2)数据结构简单3)查询处理方便，存取路径简捷4)关系的完整性好5)数据独立性高关系模型存在的缺点：1)查询效率低。2)RDBMS实现较难。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,连接属性-关联属性,学生-课程-选课,1.2数据库系统的数据模型,*案例1-10关系模型用于GIS地理数据库的局限性。关系模型表示各种地理实体及其间的关系，方式简单、灵活，支持数据重构；具有严格的数学基础，并与一阶逻辑理论密切相关，具有一定的演绎功能；关系操作和关系演算具有非过程式特点。关系模型用于GIS地理数据库也还存在一些不足.主要问题：（1）无法用递归和嵌套的方式来描述复杂关系的层次和网状结构，模拟和操作复杂地理对象的能力较弱；（2）用关系模型描述本身具有复杂结构和涵义的地理对象时，需对地理实体进行不自然的分解，导致存储模式、查询途径及操作等方面均显得语义不甚合理；（3）概念模式和存储模式的相互独立性及实现关系之间联系需要执行系统开销大的联接操作，运行效率不够高。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,案例1-10,1.2数据库系统的数据模型,*4.面向对象模型（1）面向对象模型的概念面向对象模型（Object-OrientedModel，OOM）是以面向对象思想描述实体的逻辑组织、对象间限制、联系等模型。将客观世界的实体都模型化为一个对象，每个对象有一个惟一的标识。共享同样属性和方法集的所有对象构成一个对象类，简称为类，而一个对象就是某一类的一个实例。（2)面向对象的基本思想面向对象的基本思想是通过对问题领域进行自然的分割，以更接近人们通常思维的方式建立问题领域的模型，并进行结构模拟和行为模拟，从而使设计的软件能尽可能地直接表现出问题的求解过程.因此，面向对象的方法是将客观世界的一切实体模型化为对象。每一种对象都有各自的内部状态和运动规律，不同对象之间的相互联系和相互作用就构成了各种不同的系统。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,（3）面向对象数据库技术的特点面向对象数据库技术特点包括：数据模型可完整描述现实事物的数据结构，表达数据之间的嵌套及递归联系。且具有面向对象技术的封装性（数据与操作定义一起）和继承性（继承数据结构和操作）的特点，可提高软件可重用性和实现与维护的效率。四种逻辑数据模型主要区别和特点,如表1-9所示。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.2数据库系统的数据模型,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,（1）什么是数据模型？数据模型的组成要素有哪些？（2）什么是概念模型？ER模型的基本构件有哪些？（3）数据模型的种类和特点是什么？,讨论思考,1.2数据库系统的数据模型,1.3数据库系统的组成和结构,1.3.1数据库系统的组成数据库系统是一个具有数据库功能特点的系统。是按照数据库方式存储、管理、维护并可提供数据支持的系统，一个典型数据库系统包括数据库、DBMS、应用程序、用户（含数据库管理员DBA）四个部分。如图1-16所示。,图1-16数据库系统的构成,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,用户（User）是指使用数据库的人员。用户可分为终端用户和数据库管理员DBA。终端用户（EndUser）在终端按权限使用数据库的各类人员.*数据库管理员（DataBaseAdministrator，DBA)是数据库所属机构的专职管理员。DBA主要职责为：（1）参与数据库分析设计或引进的整个过程，决定数据库的结构和数据内容。（2）定义（建立-设置）数据的安全性和完整性，负责分配用户对数据库的使用权限和口令管理。（3）监督控制数据库的使用和运行,改进和重新构造数据库系统.当数据库受到意外破坏时，负责进行恢复；当数据库的结构需要改变时，负责对其修改。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.3数据库系统的组成和结构,数据处理的主要方式是将DBMS作为数据库系统的核心。数据库系统由DBMS统一管理和控制,DBMS直接面向应用软件和数据库,数据面向自身集成,并以结构化组织方式存放在数据库中,参见1.4介绍,数据库与应用程序的关系如图1-17所示。,图1-17数据库与应用程序的关系,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,核心,1.3数据库系统的组成和结构,1.3.2数据库系统的部署结构1集中式数据库系统集中式（Centralized）结构是指一台主机带有多个用户终端的数据库系统。终端一般只是主机的扩展（如显示屏），并非独立的计算机。终端本身并不能完成任何操作，完全依赖主机完成所有的操作如图1-18,如超市收款或缴费终端.,图1-18集中式数据库系统结构,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.3数据库系统的组成和结构,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,2.C/S及B/S数据库系统在客户机/服务器（Client/Server，C/S）结构中，采用“功能分布”原则，将实际业务应用分解成多个子任务，由多台客户机分别完成。客户端完成数据处理、数据表示和用户接口功能，服务器端完成DBMS的核心功能。客户请求服务、服务器提供服务的处理方式是现有常用的新型网络数据库应用模式，如图1-19所示。,图1-19C/S系统的一般结构图1-20三层C/S体系结构图,返回第3章,1.3数据库系统的组成和结构,三层结构的C/S体系结构比二层结构增加一个应用服务器层，如上图。三层C/S结构优点主要包括：整个系统被分成不同的逻辑块，层次清晰，一层的改动不会影响其他层次，可减轻的客户机负担，开发和管理工作向服务器端转移，使得分布的数据处理成为可能，管理和维护变得相对简单。浏览器/服务器（B/S）结构是一种由在三层C/S体系结构在Web上应用的特例。其中，中间功能层的应用服务器极为重要。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.3数据库系统的组成和结构,3分布式数据库系统分布式数据库系统（DistributedDatabaseSystems）的数据具有“逻辑整体性”，分布在各地（结点）的数据逻辑上是一个整体，由计算机网络、数据库和多个结点构成，用户使用时如同一个集中式数据库。如分布在不同地域的大型银行和企业等采用的数据库.分布式数据库结构如图1-21。图1-21分布式数据库系统结构,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.3数据库系统的组成和结构,4并行式数据库系统并行式数据库系统（ParallelDatabaseSystems）使用多个CPU和多个磁盘进行并行操作，提高数据处理和I/O速度。并行处理时，许多操作同时进行，而不是采用分时的方法。并行DBS有两个重要性能指标：（1）吞吐量（2）响应时间,时间片,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.3数据库系统的组成和结构,1.3.3数据库系统的模式结构1数据模式与型数据模式(DataSchema)是对某类数据结构、属性和约束的描述.型(Type)是对某类数据的结构和属性(特征)具体描述说明.值(Value)是型的一个具体值。如货物数据的型定义为（货物编号,名称,种类,型号,颜色,产地,价格）称为记录型，而（K01101，服装,西服，XXL，黑色，上海，2800）则是该记录型的一个记录值。模式只涉及型的描述,而不涉及具体的值.某数据模式下的一组具体的数据值称为数据模式一个实例（Instance）。2.数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构，从逻辑上主要是指数据库系统由内模式、模式（概念模式）和外模式三级构成,且在这三级模式之间还提供了外模式模式映像、模式内模式映像,分别反映看待数据库的三个角度。,如同f(x,y,z),上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.3数据库系统的组成和结构,记录值,记录型,同模型区别前对实体-后对数据,（请求指令代码操作处理“调用-转换”）,三级模式结构如图1-22所示。,图1-22数据库系统的三级体系结构,逻辑结构-特征（数据模式-联系）,物理结构-表示（存取结构-方式）,视图（外模式）,局部逻辑结构和特征,网站N,网站2,网站1,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,逻辑/概念模式E-R图,子/用户模式,存储模式-如存储文件,确定数据的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系,1.3数据库系统的组成和结构,（1）外模式（ExternalSchema）也称子模式（Subschema）或用户模式、外视图，用于描述数据库数据的局部逻辑结构和特征。（2)模式（Schema）也称逻辑模式（LogicSchema）、概念模式(ConceptualSchema）或概念视图，是数据库中所有数据的整体逻辑结构和特征的描述，各数据库只有一个。如E-R图。（3）内模式（InternalSchema）也称内视图或存储模式（StorageSchema）,在三级模式结构中的最内层，靠近物理存储的一层,即与实际存储的数据方式有关的一层，是数据在数据库内部的表示方式，详细描述了数据复杂的物理结构和存储方式，由多个存储记录组成，不必关心具体的存储位置。如存储文件。（4）三级模式结构的优点三级模式结构是数据库系统最本质的系统结构。数据共享。简化用户接口（交互）。数据安全。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.3数据库系统的组成和结构,3.数据库系统的二级映像数据的独立性由DBMS的二级映象功能实现,分为物理独立性和逻辑独立性两种.物理独立性指数据的物理结构(包括存储结构、存取方式等)的改变,如更换存储设备或物理存储、改变存取方式等都不影响数据库的逻辑结构,从而不致引起应用程序改变.逻辑独立性指数据的总体逻辑结构改变时,如修改数据模式、改变数据间的联系等,不需修改相应应用程序.（1）外模式模式映像外模式模式映象位于外部级和概念级之间，用于定义外模式和概念模式之间的对应性。外模式描述数据的局部逻辑结构，模式描述数据的全局逻辑结构。数据库中的同一模式可以有任意多个外模式，对于每一个外模式，都存在一个外模式模式映像。（2）模式内模式映像模式内模式映象位于概念级和内部级之间，用于定义概念模式和内模式之间的对应性。数据库中的模式和内模式都只有一个，所以模式内模式映像是唯一的。确定了数据的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.3数据库系统的组成和结构,数据库系统是由哪几部分组成？数据库系统的部署结构有哪些？什么是数据库系统的三级模式结构？,作业见指导：练习与实践一1.选择题（1）（3）（4）;2.填空题（1）（2）（3）;3.简答题（1）（2）（3）（7）（13）4.实践题（2）.,讨论思考,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,答疑解惑【网上作业安排】,1.3数据库系统的组成和结构,*1.4.1DBMS的模块组成（1）按程序实现的功能分4部分：1）语言编译处理程序。2）系统运行控制程序。3）系统建立与维护程序。4）数据字典。*（2）按照模块结构分,可将DBMS分成查询处理器和存储管理器2部分:查询处理器4个主要成分：DDL编译器、DML编译器、嵌入式DML的预编译器及查询运行核心程序。存储管理器4个主要成分：权限和完整性管理器、事务管理器、文件管理器及缓冲区管理器。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.4数据库管理系统概述,1.4.2DBMS的主要功能DBMS的主要功能（1）数据定义（创建）功能-数据定义语言DDL,定义库、表、视图、索引等。（2）数据操作功能-数据操作语言DML、数据查询语言DQL。如对数据库中数据进行查询、插入、删除和修改等（3）事务与运行管理(核心功能)-数据控制语言DCL、事务管理语言TML、系统运行控制程序。（4）组织、管理和存储数据-分类、管理、数据字典、存取路径/方式（5）数据库的导入和维护-数据载入,重组,备份恢复,维护。（6）其他功能-与其他系统通信,互访,互操作,转换及安全。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,建立（创建）,1.4数据库管理系统概述,1.4数据库管理系统概述,1.4.3DBMS的工作模式和机制1.DBMS的工作模式DBMS是对数据库及其数据进行统一管理控制的系统软件.是数据库系统的核心和关键，用于统一管理控制数据库系统中的各种操作，包括数据定义、查询、更新及各种管理与控制，都是通过DBMS进行的.DBMS的查询操作工作示意图如图1-23。,图1-23DBMS的查询工作示意图,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,SQLServer2016,2DBMS的工作机制DBMS的工作机制是将用户对数据的操作转化为对系统存储文件的操作，有效地实现数据库三级模式结构之间的转化。通过DBMS可以进行数据库及数据的定义和建立、数据库和数据的操作（输入、查询、修改、删除、统计、输出等）与管理，以及数据库的控制与维护、故障恢复和交互通信等。,上海市高校精品课程国家十三五规划项目,1.4数据库管理系统概述,为了对数据库系统工作有个整体概念，现以查询为例，概述访问数据库的主要步骤，其过程如图1-24所示。,图1-24用户访问数据的过程,（1）当用户执行应用程序中一条查询数据库纪录，如“数据库”书名时,就向DBMS发出读取相应记录的命令，并指明外模式名。（2）DBMS接到命令后，调出所需的外模式，并进行权限检查；若合法，则