数据库第1章绪论.ppt

1、2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,1,第1章 绪论,本章主要介绍与数据库技术有关的基本概念与术语。 数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志 数据库技术已经经历了三次演变： 层次数据库和网状数据库 关系数据库（流行） 面向对象数据库和网络数据库（发展）,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,2,1.1 数据库系统概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构 1.4 数据库系统

2、的组成,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,3,1.1 数据库系统概述,1.1.1 信息与社会 1.1.2 数据库的基本概念 1.1.3 数据库系统的特点 1.1.4 数据库管理系统的功能,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,4,1.1.1 信息与社会,1、现实世界 不同的事物之间，存在不同的静态或动态的特征，事物之间相互独立又相互联系。例： “学生”用姓名、学号、班级、籍贯等来描述 “教师”用姓名、教工号，年龄、性别、籍贯、职称等描述 利用这些特征，我们就可以区别不同的学生或教师，在教学活动中，“教师”和“学生”之间存在“教学”的联系（也称为关联）。,一、三个世界（现实世

3、界、信息世界和机器世界）,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,5,2、信息世界 现实世界中的事物及其联系由人们的感观所感知，经过大脑的分析、归纳、抽象，形成信息。对这些信息进行记录、整理、归纳和格式化后它们就构成了信息世界。 “信息”，通俗讲，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。数据是信息的载体。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,6,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。可以是具体的人、事、物也可以是抽象的概念或联系。 实体集（Entity Set）：性质相同的同类实体组成的集合，称为实体集。

4、 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。,“学生”的码是什么？,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,7,3、机器世界 计算机只能识别并处理数据化的信息，数据化后的信息称为数据。当前多媒体技术的发展使计算机能够识别和处理图形、图像、声音等数据。,机器世界中数据描述的常用概念： 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。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,8,记录（R

5、ecord）：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。 关键字（Key）：能唯一标识文件中每个记录的字段或字段集，称为记录的关键字。对应信息世界的“码”。例如图书的图书编号可以作为图书记录的关键字。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,9,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1-1 所示：,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,10,二、三个世界的关系,2020/11/6,计算机应用技术系

6、史桂娴,11,上节内容回顾,1、三个世界的关系,2、概念对照：,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,12,1.1.2 数据库的基本概念,数据(Data) 数据库(Database) 数据库管理系统(DBMS) 数据库管理员(DBA) 数据库系统(DBS),2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,13,1、数据（Data） 数据的定义 是数据库中存储的对象，用来记录现实世界的信息，并可以被计算机识别的符号。 数据的形式 文字、图形、图象、声音等 例： 学生档案中的学生记录 （李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,14,2、数

7、据库(DB,DataBase) 数据库的定义 数据库是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。 例：,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,15,数据库的特征 数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享 冗余度较小 数据独立性较高 易扩展,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,16,3、数据库管理系统（ DBMS ， Database Management System ） 定义 是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。是以统一的方式管理和维护数据库中的数据的一系列软件的集合。 用途 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据,2020/11/6,计算机

8、应用技术系 史桂娴,17,典型的关系数据库管理系统,国外 ORACLE DB/2 SYBASE SQL Server Access Mysql,国产 KingbaseES OpenBase EasyBase DM/2 HUABase,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,18,4、数据库管理员（ DBA，Database Administrator ） 定义 是控制数据整体结构的一组人员，负责数据库系统的正常运行，承担创建、监控和维护数据库结构的责任. 主要任务 为用户授予数据库的存取权限 统筹和监控数据库的使用情况 获得必需的软件和硬件资源,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂

9、娴,19,5、数据库系统（ DBS，Database System ） 定义 指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。 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。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,20,数据库系统在计算机系统中的位置图示,？思考：数据库、数据库管理系统、数据库系统之间的联系,负责数据库的建立、使用和维护的专门的人员。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,21,1.1.3 数据库系统的特点,数据库中的所有数据独立于应用程序而由DBMS统一管理，实现了数据资源的整体

10、管理 数据库技术是应数据管理任务的需要而产生 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,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,22,一、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,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,23,二、文件系统 特点： 数据可以长期保存 由文件系统管理数据 数据的最小存取单位是记录 记录内有结构性，但整体上数据无结构 数据共享性差、冗余度大 数据的独立性差,记录格式实例：,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,24,三、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

11、充 数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,25,1、数据结构化 整体数据的结构化是数据库的主要特征之一，也是和文件系统的根本区别。 数据库中实现的是数据的真正结构化 数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释。 数据可以不定长。 数据的最小存取单位是数据项。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,26,记录格式实例：,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,27,、数据的共享性高，冗余度低，容易扩充,数据被重复存储的程度,数据可以被多个用户、多个应用同时使用 数据共享和减少冗余还能避免数据之间的不一致性 易于扩充，因为面向整个

12、系统，适应不同用户的需求,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,28,、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，用户程序也可以不变。,简化了应用程序的编制,大大减少了应用程序的维护和修改工作量。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,29,、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（Concurr

13、ency）控制 数据库恢复（Recovery）,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,30,1.1.4 数据库管理系统的功能,1、数据定义功能 提供数据定义语言(DDL) 定义数据库中的数据对象 2、数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML) 操纵数据实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改),2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,31,3、数据库的运行管理 保证数据的安全性、完整性、 多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复 4、数据库的建立和维护功能(实用程序) 数据库数据批量装载 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视等,2020/11/6,计算机应

14、用技术系 史桂娴,32,5、数据库的组织、存储和管理 确定文件结构和存取方式 实现数据之间的联系 提高存储空间利用率和操作效率 6、数据通信接口 提供与其他DBMS和文件系统的接口，便于转换和接收数据,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,33,1.2 数据库模型,1.2.1 概念模型 1.2.2 数据模型 1.2.3 常用数据模型,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,34,数据模型是数据库系统的核心和基础，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 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理

15、解 便于在计算机上实现,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,35,数据库模型分成两个不同的层次 (1) 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。 (2) 数据模型 主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,36,客观对象的抽象过程-两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。 概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。（信息世界的模型）,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,37,1.2.1 概念模型,概念模型：把现实世界抽象为

16、信息世界的过程中，只抽取需要的元素及其关联，所形成的模型。 不涉及数据组织，也不依赖于数据组织，只是现实世界到机器世界的一个中间描述形式。,E-R方法：描述概念模型最常用的方法是实体-联系方法(E-R方法)，由P.P.s.chen于1976年提出的。其使用的工具称作（E-R图）。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,38,一、信息世界（概念模型）中的相关概念：,1、实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。在E-R图中用矩形表示，实体名写在矩形框中。,2、属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。在E-R图中用椭圆框表示，属性名写在椭圆框中，用连线连到

17、相应的实体。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,39,（1）、码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。,与属性相关的几个概念：,（2）、域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域。,（3）、实体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画的同类实体称为实体型。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,40,（4）、关系模型（Relation Schema） 对关系的描述成为关系模型。一般表示为： 关系名（属性1，属性2，属性n）,（5）、实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,41,

18、三个世界中的同一意义，不同概念的对照,200133102 张强 男 计算机,200133102 张强 男 计算机 200133103 李丽 女 计算机 200133104 王新 男 计算机,学号，姓名，性别等,学生（学号，姓名，性别，专业）,注：再不引起混淆的情况下我们通常把信息世界中的实体型简称为实体。,概念模型实例,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,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,43,3、联系（不是关系） 现实世界中事物内部以及事物

19、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 实体型间联系 ： 两个实体型 一对一联系（1:1） 三个实体型 一对多联系（1:n） 一个实体型 多对多联系（m:n）,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,44,（1）两个实体型间的联系,1）一对一联系 （1:1） 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。 实例 班级与班长之间的联系： 一个班级只有一个正班长 一个班长只在一个班中任职,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,45,2）一对多联系（1:n） 如果对于实体集A中的每一个实

20、体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系，记为1:n 实例： 班级与学生之间的联系： 一个班级中有若干名学生， 每个学生只在一个班级中学习,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,46,3）多对多联系（m:n） 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n 实例： 课程与学生之间的联系： 一门课程同时有若干个学生选修 一个学生可以同时选修多

21、门课程,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,47,（2）多个实体型间的联系,一般来说，两个以上的实体之间也可以存在一对一、一对多和多对多的联系。,实例 课程、教师与学生三个实体型 如果一门课程可以有若干个教师讲授，每一个教师可以讲授多门课程，每名学生可以学习多门课程。 课程与教师、教师与学生、学生与课程之间的联系是多对多的,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,48,（3）同一个实体集内实体间的联系,一般来说，同一个实体型内的实体之间也可以存在一对一、一对多和多对多的联系。 实例 职工实体集内部具有领导与被领导的联系 某一职工（干部）“领导”若干名职工 一个职工仅被另外一个职

22、工直接领导 这是一对多的联系,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,49,二、联系的表示方法：,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,50,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,51,联系的表示方法示例：,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,52,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,53,E-R图实例物资管理,仓库：属性有仓库号、面积、电话,(2) 零件：属性有零件号、名称、规格、单价、描述,(3) 职工：属性有职工号、姓名、出生日期、职称,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,54,联系1：仓库和零件,实体：仓库、零件、职工,联系2：仓库和

23、职工,联系3：职工之间,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,55,1.2.2 数据模型,数据模型通常由数据结构、操作系统和完整性约束3部分组成。,1. 数据结构,定义 所研究的对象类型及其相互关联的集合。 两类对象 语义结构：指实体、应用语义之间的关联，与数据类型、内容、性质有关的对象 组织结构：指表达实体及关联的数据的记录和字段结构，与数据之间联系有关的对象 数据结构是对系统静态特性的描述,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,56,2.数据操作,定义 对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则 数据操作的类型 应用类：如检索 （查询） 更新类：（包

24、括插入、删除、修改）,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,57,3.数据的约束条件,数据的约束条件 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。,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,58,1.3.3 常用数据模型,非关系模型 层次模型（Hierarchical Model） 网状模型(Network Model ) 关系模型 面向对象的模型,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,59,1、层次模型,也称为树型模型。以记录为结点，以记录之间的联系为

25、边的有向树。,R1是R2,R3的双亲结点,R2是R4,R5的双亲结点,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,60,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,61,2、网状模型,是一种较通用的模型，从图论的观点看，它是一个不加任何条件的无向图。与层次模型的根本区别如下： 一个子结点可以有很多父结点 在两个结点之间可以有两个或多种联系,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,62,网状数据模型的数据结构,表示方法（与层次数据模型相同）,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,63,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,64,上节内容回顾,1、数据库、数据库管理系统、

26、数据库系统的定义 2、数据模型通常由数据结构、操作系统和完整性约束3部分组成。 3、常用的数据模型 4、习题,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,65,最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型 1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd提出 本课程的重点,3、关系模型,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,66,关系数据模型的数据结构,在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,一个关系的性质： （1）没有两个完全相同的元组 （2）行的次序无关 （3）列的次序无关,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,6

27、7,关系模型的特点：,1描述的一致性，无论实体还是联系都用关系（二维表）描述 2利用公共属性连接 3结构简单直观 4有数学基础 5语言表达简练,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,68,关系模型的基本概念,关系（Relation）：一个关系对应通常说的一张表。 元组（Tuple）：表中的一行即为一个元组。 属性（Attribute）：表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。 码（Key）：表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。 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）

28、例如：学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,69,1.3 数据库系统结构,1.3.1 数据库系统的三级模式结构 1.3.2 数据库的二级映象功能与数据独立性,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,70,1.3.1 数据库系统的三级模式结构,模式（Schema） 数据库逻辑结构和特征的描述 反映的是数据的结构及其联系 模式是型的描述，是相对稳定的 模式的一个实例（Instance） 模式的一个具体值 同一个模式可以有很多实例 实例随数据库中的数据的更新而变动,对某一类数据的结 构和属性的说明,是型的一个具体赋值,2020/11/6,计算机

29、应用技术系 史桂娴,71,1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,2020/11/6,计算机应用技术系 史桂娴,72,2. 外模式（External Schema）,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