数据库系统概论SQLServer清华大学版课件PPT课件

1、1第1章 数据库系统概论第1页/共43页2本章内容本章内容 1.1 数据管理技术的发展 1.2 数据库和数据库系统 1.3 数据模型 1.4 数据库新技术第2页/共43页31.1 数据管理技术的发展 数据与数据处理 1数据和信息 数据是人们用于记录事物情况的物理符号。信息是数据中所包含的意义。通俗地讲，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。数据与信息既有区别，又有联系。数据是表示信息的，但并非任何数据都能表示信息，信息只是加工处理后的数据，是数据所表达的内容。2. 数据处理 数据处理是指将数据转换成信息的过程。它包括对数据的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一

2、系列活动。第3页/共43页41.1 数据管理技术的发展 数据管理技术 1. 人工管理阶段 程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其他程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。特点: 程序之间不能共享数据； 程序复杂； 数据量小且无法长期保存； 人工重复输入数据数据不保存。第4页/共43页5人事管理应用程序教师信息数据组学生管理应用程序学生信息数据组教务管理应用程序课程信息数据组学生部门教务部门人事部门图1-1 应用程序和数据的依赖关系第5页/共43页61.1 数据管理技术的发展2. 文件管理阶段20世纪50年代后期至60年代后期,计算机外存储器有了磁鼓和磁盘等直接存取设备；软件有了

3、操作系统和文件系统；程序通过数据文件访问数据。外存储器数据输入程序数据输入程序01090101林小辉12111980120122长春市东朝阳路10委6号 1300210431-789910101090102李晓娜24101984022923黑龙江省哈尔滨市建设街5号1500860431-565465401090103王强 14011984060322长春市民康路10号 1300240431-987451901090104张丽丽23101984071122吉林珲春市第二高级中学 1333000440-751886401090105赵海燕23011984021523黑龙江大庆市萨尔图区 16331

4、10459-637936301090101林小辉12111980120122长春市东朝阳路10委6号 1300210431-789910101090102李晓娜24101984022923黑龙江省哈尔滨市建设街5号1500860431-565465401090103王强 14011984060322长春市民康路10号 1300240431-987451901090104张丽丽23101984071122吉林珲春市第二高级中学 1333000440-751886401090105赵海燕23011984021523黑龙江大庆市萨尔图区 1633110459-6379363数据文件数据文件第6页/共

5、43页7外存储器01090101林小辉12111980120122长春市东朝阳路10委6号 1300210431-789910101090102李晓娜24101984022923黑龙江省哈尔滨市建设街5号1500860431-565465401090103王强 14011984060322长春市民康路10号 1300240431-987451901090104张丽丽23101984071122吉林珲春市第二高级中学 1333000440-751886401090105赵海燕23011984021523黑龙江大庆市萨尔图区 1633110459-6379363特点特点:多个程序共享数据；易于长期

6、保存数据；程多个程序共享数据；易于长期保存数据；程序代码有所简化；数据冗余（重复）度较大；程序对序代码有所简化；数据冗余（重复）度较大；程序对数据依赖性较强；人员专业性较强。数据依赖性较强；人员专业性较强。查询程序王强长沙市五一路10号1300240731-487451901090103查询程序例如：例如：数据查询与报表数据查询与报表第7页/共43页8学生部门教务部门人事部门文件系统教师数据文件学生数据文件课程数据文件人事管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序图1-2 应用程序和数据文件的关系第8页/共43页91.1 数据管理技术的发展3数据库管理阶段数据库是在数据库管理系统的集中控制之

7、下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。特点： 数据真正实现了结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制第9页/共43页10外存储器此阶段将此阶段将数据集中存储数据集中存储在一台计算机上，进行统一在一台计算机上，进行统一组织和管理。组织和管理。数据库字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称第10页/共43页11特点特点：数据结构化数据结构化并与程序分离；并与程序分离；数据集中式数据集中式管管理，理，高度共享高度共享

8、；数据冗余度小，具有数据一致性和完整；数据冗余度小，具有数据一致性和完整性控制规则。性控制规则。外存储器字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称字段名称字段名称 数据类型数据类型 字段宽度字段宽度说 明说 明JSBH文本文本6教师编号教师编号XM文本文本8 8教师姓名：最多教师姓名：最多4个汉字个汉字CSRQ日期日期8出生日期出生日期XB文本文本1 1性别：性别：1表示男，表示男，2表示女表示女ZC文本文本1 1职称：1 助教，2 讲师，3 副教授，4教授，5博士导师

9、职称：1 助教，2 讲师，3 副教授，4教授，5博士导师ZZF逻辑逻辑1 1在职否：TRUE 表示在职，FALSE 表示退休在职否：TRUE 表示在职，FALSE 表示退休BGDH文本文本1010办公电话办公电话ZZDH文本文本1010住宅电话住宅电话YDDH文本文本1515移动电话移动电话JSBHXMCSRQXB ZCZZFBGDHZZDHYDDH103601 李晓光李晓光1960-5-113TRUETRUE8922331 516612313019298657103621 李敏李敏1970-1-1222TRUETRUE8456721 566030413809228127106723 赵丹茹赵

10、丹茹 1945-12-325FALSEFALSE849921313019876502105721 张大伟张大伟 1957-3-1114TRUETRUE8426115 849921213902125631第11页/共43页12学生部门教务部门人事部门学校数据库数据库管理系统人事管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序图1-3 应用程序和数据库的关系第12页/共43页131.2 数据库和数据库系统 数据库（DB-Data Base）数据库数据库是存储在计算机系统中，有组织、结构化的关联数据是存储在计算机系统中，有组织、结构化的关联数据集合；以文件方式存储。集合；以文件方式存储。硬件硬件存放数据

11、存放数据库的介质库的介质常见数据库文件扩展名：常见数据库文件扩展名： MDF-SQL ServerMDF-SQL Server；MDB-AccessMDB-Access；DBC-VFPDBC-VFP（Visual FoxProVisual FoxPro）第13页/共43页141.2 数据库和数据库系统 数据库系统的组成数据库系统(Database System，DBS)是一个计算机应用系统。它是把有关计算机硬件、软件、数据和人员组合起来为用户提供信息服务的系统。数据库系统是由计算机系统、数据库及其描述机构、数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织性的总体。应用程序数据库管理员开发工具数据库管

12、理系统操作系统数据库第14页/共43页15数据库系统的简单结构应用程序1应用程序2应用程序n数 据 库 管 理系统（DBMS）数 据 库 管 理员（DBA）数据库基础基础第15页/共43页161.2 数据库和数据库系统数据库：是数据的汇集，它以一定的组织形式存于存储介质上。DBMS：是管理数据库的系统软件，它实现数据库系统的各种功能。是数据库系统的核心。DBA：负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作。应用程序：指以数据库为基础的应用程序。相关相关人员人员数数据据库库用用应应系系统统DBMSOSOS硬件第16页/共43页171.2 数据库和数据库系统 数据库的三级模式结构 为了有效地组织

13、、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式、模式和内模式 。根据各类人员与数据库的不同关系，可把视图（所谓视图是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法）分为三种： 对应于用户的外部视图 对应于应用程序员的概念视图 对应于系统程序员的内部视图第17页/共43页181.2 数据库和数据库系统外模式外模式模式模式（概念模式或逻辑模式）（概念模式或逻辑模式）内模式内模式第18页/共43页19三级模式结构的一个具体实例图书信息图书信息出版社名称出版社名称字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030作者姓

14、名作者姓名字符型字符型2020出版日期出版日期日期型日期型作者著书信息作者著书信息作者姓名作者姓名字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030出版社出书类型出版社出书类型出版社名称出版社名称字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030类型类型字符型字符型1 1作者作者作品作品出版社出版社数据文件数据文件数据文件数据文件数据文件数据文件索引文件索引文件索引文件索引文件索引文件索引文件作者作者作品作品出版社出版社作者编号作者编号字符型字符型5 5书号书号字符型字符型6 6出版社编号出版社编号字符型字符型5 5作者姓名作者姓名字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030出版社名称出版社名

15、称字符型字符型2020通信地址通信地址字符型字符型5050类型类型字符型字符型1 1城市城市字符型字符型1010邮编邮编字符型字符型6 6价格价格货币货币电话电话字符型字符型1111出版日期出版日期日期型日期型外模式模式内模式第19页/共43页201.2 数据库和数据库系统 数据库系统的优点 数据共享 减少数据冗余 具有较高的数据独立性 增强了数据安全性和完整性保护 第20页/共43页211.3 数据模型 现实世界的数据描述 1. 数据处理的3个阶段 现实世界信息世界机器世界图1-5 数据处理的三个阶段抽象转换第21页/共43页221.3 数据模型2. 实体是客观事物的真实反映。可以是实际存在

16、的对象、抽象概念或事件。（1）属性将事物特性称为实体属性。例如，为描述一个职工，可能涉及如下属性：编号、姓名、性别、出生日期和职称。例如： 第22页/共43页231.3 数据模型（2）实体型和实体值实体型就是实体的结构描述，通常是实体名和属性名的集合；具有相同属性的实体，有相同的实体型。实体值是一个具体的实体，是属性值的集合。例如，教师实体型是：教师(编号、姓名、性别、出生日期、职称、基本工资、研究方向)教师“李亦光”的实体值是：(15031，李亦光，男，09/21/65，教授，678，数据库技术)第23页/共43页241.3 数据模型（3）属性型和属性值 属性型就是属性名及其取值类型，属性值

17、就是属性在其值域中所取的具体值。例如：“103601”是编号值；“李晓光”是姓名值；“1”是性别值 。(4)实体集性质相同的同类实体的集合称为实体集。如一个系的教师。第24页/共43页251.3 数据模型3实体间的联系实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。 联系的类型： 一对一联系 记为1 ：1。 (如学校与校长间的联系) 一对多联系 记为：n。 (如宿舍房间与学生的联系 ) 多对多联系 记为m ：n。 （如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以受教于多个教师）第25页/共43页261.3 数据模型厂长工厂任职11(a)公司职员就职1n(b)读者图书借阅mn(c)

18、图1-6 实体间的联系第26页/共43页274. 4. 概念模型概念模型概念模型是反映实体之间联系的模型。概念模型是反映实体之间联系的模型。E-RE-R模型模型: :描述现实世界的概念模型。描述现实世界的概念模型。& 实体：用矩形框表示，框内写入实体：用矩形框表示，框内写入实体名。实体名。 & 属性：用椭圆形表示，属性的名属性：用椭圆形表示，属性的名称记入椭圆形内。称记入椭圆形内。& 联系：用菱形框表示实体间的相联系：用菱形框表示实体间的相互关系，框内注明联系的名称。互关系，框内注明联系的名称。学生 学号学生与课程间的联系1.3 数据模型第27页/共43页281.3 数

19、据模型mn借阅姓名借书证号职称出版社书号定价书名作者借书日期读者图书所在学院图1-7 图书借阅系统中的E-R模型第28页/共43页291.3 数据模型 数据模型 概念模型只是将现实世界的客观对象抽象为某种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，而对应于数据世界的模型则由数据模型描述，数据模型是数据库中实体之间联系的抽象描述即数据结构。数据模型数据世界数据世界记录记录, ,数据项数据项信息世界信息世界实体实体, ,属性属性常见的数据模型：层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型。第29页/共43页30树叶树 枝根通过通过树树形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每形结构表示实体及联

20、系。如描述学校管理机构。每个个结点结点表示一个表示一个实体（型）实体（型），箭头表示实体（型）间的联系箭头表示实体（型）间的联系（由父到子）。（由父到子）。（1） 层次数据模型第30页/共43页31非根根层次数据模型主要特点：层次数据模型主要特点：有且仅有一个有且仅有一个根结点根结点；每个；每个非根结点非根结点有且仅有一个父有且仅有一个父( (直接上层直接上层) )结点。它最适合表示实体的一对多结点。它最适合表示实体的一对多联系。联系。第31页/共43页32根多个父结点通过通过网状结构网状结构表示实体及联系。表示实体及联系。“网网”中每个结点表示中每个结点表示一个实体一个实体(型型)，结点之间

21、箭头表示实体，结点之间箭头表示实体(型型)间的联系。间的联系。网状数据模型主要特点：网状数据模型主要特点：网状数据模型网状数据模型可能有可能有多个根结多个根结点点，某些非根结点可能，某些非根结点可能有多个父结点有多个父结点，适合表示实体的多对多，适合表示实体的多对多联系。联系。（2 2） 网状数据模型第32页/共43页33层次与网状模型优缺点层次与网状模型优缺点:优点优点: :能直观、形象地描述实体及其联系，易于被能直观、形象地描述实体及其联系，易于被人们所理解和掌握人们所理解和掌握 。缺点缺点: :数据结构较复杂，存储数据需要更多的链数据结构较复杂，存储数据需要更多的链接指针；在检索数据时，

22、需要考虑数据的存储路径；接指针；在检索数据时，需要考虑数据的存储路径；在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针。在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针。第33页/共43页34关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的差别，关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的差别，它是用它是用二维表格二维表格来表示实体及其相互之间的联系。来表示实体及其相互之间的联系。 （3 3）关系数据模型）关系数据模型编号编号姓名姓名性别性别婚否婚否出生日期出生日期职称职称基本工资基本工资简历简历23101张伶俐张伶俐女女已婚已婚09/24/56教授教授138023102罗稼宛罗稼宛男男已婚已婚11/27/73讲师讲师5

23、6023103黎达仁黎达仁男男未婚未婚12/23/81助教助教45023104顾高粲顾高粲男男已婚已婚01/27/63副教授副教授97023105黄丹秋黄丹秋女女未婚未婚07/15/79助教助教480表1-1 教师关系第34页/共43页35一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二维表一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二维表的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称为属性。的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称为属性。学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生记录的一个字段。记录的一个字段。属性个数（属性个数（n n）称为关系

24、的元。）称为关系的元。属性信息JSBHXMCSRQXB ZCZZFBGDHZZDHYDDH103601 李晓光李晓光 1960-5-113TRUETRUE 8922331 5166123 13019298657103621 李敏李敏1970-1-12 22TRUETRUE 8456721 5660304 13809228127106723 赵丹茹赵丹茹 1945-12-3 25FALSEFALSE8499213 13019876502105721 张大伟张大伟 1957-3-11 14TRUETRUE 8426115 8499212的集合9 9元关系第35页/共43页

25、361.4 数据库新技术 分布式数据库 分布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不同结点，逻辑上属于同一系统的数据库系统。分布式数据库的主要特点是： 数据是分布的 数据是逻辑相关的 结点的自治性第36页/共43页37图1-10 一个分布式数据库应用系统实例全国票务中心第37页/共43页381.4 数据库新技术 多媒体数据库 能存储和管理多种媒体的数据库称为多媒体数据库。多媒体数据库对数据库管理系统的功能要求： 要求数据库管理系统能方便地描述和处理具有内部层次结构的数据。 要求数据库管理系统提供由用户定义的新的数据类型和相应操作的功能。 要求数据库管理系统能够提供更灵活的定义和修改模式的能力。 要求数据库管理系统提供对多媒体信息管理中特殊的事务管理