数据库--第1章--基础知识及基本概念

1、第二篇第二篇三级数据库技术及应用三级数据库技术及应用基本概念与基础知识基本概念与基础知识 重点 1 1、DBDB、DBMSDBMS、DBSDBS、数据独立性等概念、数据独立性等概念2 2、数据库系统的特点、数据库系统的特点3 3、数据模型的三要素、数据模型的三要素4 4、概念模型的表示方法（、概念模型的表示方法（E-RE-R图）图）5 5、数据库系统的模式结构、数据库系统的模式结构 难点：E-R图一、数据库系统概述一、数据库系统概述 ( (一一) )信息：是现实世界各种事物的存在方式或运动形态信息：是现实世界各种事物的存在方式或运动形态及事物之间联系的反映。及事物之间联系的反映。 （二）数据（

2、二）数据（Data）1、数据是描述事物的符号记录。2、文字、图形、图象、声音、档案记录等都是数据。3、数据与其语义（含义）是不可分的。4、数据的4个特征： 1) 数据有“型”和“值”之分。 2) 数据受数据类型和取值范围的约束。 3) 数据有定性表示和定量表示之分。 4) 数据应具有载体和多种表现形式。5 5、数据处理、数据处理 是指对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播等一系列活动的总和。 数据处理分为三类：数据处理分为三类： 数据管理 数据的保存、维护、查询 数据加工 对数据进行变换、抽取、运算 数据传播 数据在时、空传递（三）数据库（三）数据库（Database，简称，简称DB） 1

3、、数据库是长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。 2、数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。 （四）数据库管理系统（四）数据库管理系统（Database Management System，简，简称称DBMS） 1、DBMS是管理与维护数据库中的数据的软件,是位于用户与操纵系统之间的一个数据管理软件，是用户与数据库之间的接口，是数据库系统中的核心软件，它可以实现对共享数据的组织、管理和存取，实现对数据库的查询与更新。用户是通过它来创建数据库的。典型的数据库系统有：Microsoft SQL Server、M

4、icrosoft Access 等.2、DBMS的主要功能：的主要功能： （1）数据库定义功能（数据库定义功能（DDLDDL）: :描述数据库结构，定义外模式、模描述数据库结构，定义外模式、模式和内模式，定义数据的完整性约束，定义数据库的安全性控制。式和内模式，定义数据的完整性约束，定义数据库的安全性控制。实现上述语言称为数据定义语言（实现上述语言称为数据定义语言（DDL）。）。（2）数据操纵功能数据操纵功能 （DML）实现对数据库数据的检索、插入、修实现对数据库数据的检索、插入、修改和删除等数据操纵。实现上述语言称为数据操纵语言（改和删除等数据操纵。实现上述语言称为数据操纵语言（DML）。）

5、。 （3）数据库的运行管理（数据库的运行管理（DCLDCL）DBMSDBMS运行时的核心部分运行时的核心部分, ,包括安全包括安全性、完整性、并发的控制，故障后恢复性、完整性、并发的控制，故障后恢复（4）数据库的建立和维护功能（实用程序）数据库的建立和维护功能（实用程序） 初始数据的输入与数初始数据的输入与数据转换；据转换； 数据库的转储与恢复、重组织与重构造、性能的监视与分数据库的转储与恢复、重组织与重构造、性能的监视与分析等。析等。DBMS是一个软件系统，主要包括：数据定义语言机器翻译处是一个软件系统，主要包括：数据定义语言机器翻译处理程序、数据操纵语言机器编译（或解释）程序、数据库运行理

6、程序、数据操纵语言机器编译（或解释）程序、数据库运行控制程序和实用程序。控制程序和实用程序。 数据库语言：数据库语言： 由数据定义语言（由数据定义语言（Data Definition Language,简称简称DDL）和数据操纵语言（和数据操纵语言（Data Manipulation Language ,简称简称DML）组成。）组成。 （1）、）、DDL用于定义数据库的模式，通过它可以将数据库用于定义数据库的模式，通过它可以将数据库的结构和数据的特性通知相应的的结构和数据的特性通知相应的DBMS。 （2）、）、DML实现对数据库数据的各种基本操作：检索、插实现对数据库数据的各种基本操作：检索、

7、插入、修改和删除。入、修改和删除。DML语言有两类：一类是本身不能独立使语言有两类：一类是本身不能独立使用，要嵌入主语言中的宿主型用，要嵌入主语言中的宿主型DML语言；另一类是交互式命语言；另一类是交互式命令语言，可以独立使用的自主型令语言，可以独立使用的自主型DML语言。语言。 例：例：在数据库里建表用在数据库里建表用DDL，而在表里输入内容就要用，而在表里输入内容就要用DML。 数据库系统是指引入数据库后的计算机系统，一般构成为: DB ; DBMS（及其开发工具） ; DBA ; 应用系统 ; 用户（五）数据库系统（五）数据库系统（Database System，简称，简称DBS）有些题

8、目中,DBS仅包括：数据库、数据库管理系统和数据库用户。数据库用户数据库用户：终端用户、应用程序开发人员、数据库管理员。 A、终端用户是指将数据存储到数据库管理系统中，并对数据进行操作的人。 B、应用程序开发人员：开发程序包，以便终端用户通过数据库管理系统来存取数据。 C、数据库管理员（Database Administrator，简称 DBA）：是专门负责设计和维护数据库的人员。他们的主要任务是： （1）、决定数据库的内容与结构 （2）、决定数据库的存储结构和存取策略。 （3）、定义数据库的安全性要求和数据完整性约束条件。 （4）、监督和控制数据库的使用和运行，提供数据库故障恢复策略。比如定

9、期对数据进行备份和维护系统日志文件等。 （5）、数据库的改建和重组。二、二、 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 （一）人工管理阶段人工管理阶段 1、50年代中期以前 2、该阶段数据处理的主要特点如下：（1）数据不长期保存。（因面向应用程序，无法共享，也无长期保存的必要） （2）应用程序管理数据。（数据和程序完全结合成一个不可分割的整体） （3）数据不共享。（数据是面向应用的，不同应用的数据之间是相互独立、彼此无关的。数据高度冗余，无法共享） （4）数据无独立性。 （二）文件系统阶段（二）文件系统阶段 1、从50年代后期到60年代中期 应用程序1数据集1应用程序2数据集2应用程序

10、n数据集n人工管理阶段数据与程序的关系 文件管 理系统 应用程序 应用程序 2 应用程序 n 文件 文件 2 文件 n 文件系统数据与程序的关系 2、该阶段数据处理的主要特点如下：（1）数据可以长期保存。 （2）由文件系统管理数据。 （3）数据虽可共享，但共享程度不高，数据冗余度大。 （4）数据与程序之间的独立性差。 （三）数据库系统阶段（三）数据库系统阶段 1、60年代后期，终于进入了数据库管理阶段。 数 据 库 管 理 系 统 应 用 程 序1 应 用 程 序2 应 用 程 序n 数 据 库 数 据 库 系 统 数 据 与 程 序 的 关 系 2、数据库系统的特点数据库系统的特点 （1）数

11、据整体结构化数据整体结构化（数据库与文件系统的根本区别） （2）数据共享性高，冗余度低，易扩充数据共享性高，冗余度低，易扩充 （3）数据的独立性高数据的独立性高 （4）数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制 数据的安全性数据的安全性：其作用是防止数据库中数据被未经授权的用户访问，并防止他们有意或无意地对数据库造成破坏性改变。 数据的完整性：数据的完整性：保护数据库中数据的正确性、有效性和相容性。 并发控制：并发控制：其基本思想是当一个应用程序对数据库的某个数据对象执行修改操作时，对该数据对象实行封锁，拒绝其他用户对它的并发访问，直至对该对象的修改操作执行完毕。 数据库恢复：数据库恢复

12、：当出现软硬件故障，或者是人为的错误，DBMS必须能够将数据库恢复到某一正确的状态。 （5）数据项是最小的数据存取单位）数据项是最小的数据存取单位 从数据库管理系统角度看从数据库管理系统角度看，数据库系统是一个三级模式结构；，数据库系统是一个三级模式结构； 从用户角度看从用户角度看，数据库系统结构又分为单用户结构、主从式结，数据库系统结构又分为单用户结构、主从式结 构、分布式结构和客户构、分布式结构和客户/服务器结构。服务器结构。 1数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构 1975年年ANSI公布了一个关于数据库的标准报告，提出了数据公布了一个关于数据库的标准报告，提出了数据库的三级模式体系

13、结构，即库的三级模式体系结构，即SPARC分级结构。三级模式是对数据分级结构。三级模式是对数据的的3个抽象级别，从外向内依次为：个抽象级别，从外向内依次为：外模式、模式和内模式外模式、模式和内模式，三级，三级模式之间存在模式之间存在两级映像两级映像，即，即外模式外模式/模式映像模式映像和和模式模式/内模式映像内模式映像。三级模式和两级映像保证了数据库具有较高的逻辑独立性和物理独三级模式和两级映像保证了数据库具有较高的逻辑独立性和物理独立性。立性。外模式外模式：又称为子模式，它是数据库用户看见和使用的：又称为子模式，它是数据库用户看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是与某一应用有关局部数

14、据的逻辑结构和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑结构表示，是数据库用户的数据视图。的数据的逻辑结构表示，是数据库用户的数据视图。模式：模式：又称逻辑模式，是数据库全体数据的逻辑结构和又称逻辑模式，是数据库全体数据的逻辑结构和特征的描述，不涉及数据物理存储，是数据库管理人员特征的描述，不涉及数据物理存储，是数据库管理人员视图。视图。内模式：内模式：又称为子存储模式，它描述数据的物理结构和又称为子存储模式，它描述数据的物理结构和存储结构，它是系统程序员视图。存储结构，它是系统程序员视图。模式描述数据的全局逻辑结构，外模式描述数据的局部模式描述数据的全局逻辑结构，外模式描述数据的局部逻辑结构，

15、内模式描述数据的组织和存储方式。逻辑结构，内模式描述数据的组织和存储方式。一个数一个数据库只有一个内模式和模式，却可以有多个外模式。据库只有一个内模式和模式，却可以有多个外模式。外模式外模式/模式映像：模式映像：定义某一个外模式和模式之间的对应关系，定义某一个外模式和模式之间的对应关系，当模式改变时，外模式当模式改变时，外模式/模式映像做相应的改变，一保证外模模式映像做相应的改变，一保证外模式保持不变。式保持不变。模式模式/内模式映像：内模式映像：定义数据逻辑结构和数据存储结构之间的定义数据逻辑结构和数据存储结构之间的对应关系，当数据存储结构改变时，修改模式对应关系，当数据存储结构改变时，修改

16、模式/内模式映像，内模式映像，从而可以使模式保持不变。从而可以使模式保持不变。数据的逻辑独立性：数据的逻辑独立性：当数据库的总体逻辑结构改变时，通过改当数据库的总体逻辑结构改变时，通过改变局部逻辑结构到总体逻辑结构的映像，即修改外模式变局部逻辑结构到总体逻辑结构的映像，即修改外模式/模式模式映像，使局部逻辑结构不变，从而使局部结构编写的应用程序映像，使局部逻辑结构不变，从而使局部结构编写的应用程序不必改变，这就是数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑不必改变，这就是数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。独立性。数据的物理独立性：数据的物理独立性：当数据存储结构改变时，通过改变存储结当数

17、据存储结构改变时，通过改变存储结构到逻辑结构之间的映像，即修改模式构到逻辑结构之间的映像，即修改模式/内模式映像，可以使内模式映像，可以使数据的逻辑结构不变，从而应用程序也不必改变，这就是数据数据的逻辑结构不变，从而应用程序也不必改变，这就是数据与物理独立性，简称数据的物理独立性。与物理独立性，简称数据的物理独立性。 BACK信息的三个领域信息的三个领域 ：现实世界、信息世界和机器世界 现实世界现实世界 是人脑之外的客观世界，是我们赖以生存的生活环境。 信息世界信息世界（概念世界）（概念世界）是现实世界在人们头脑中的反映。 机器世界机器世界 是数据库管理系统的处理对象。现实世界信息化信息化后为

18、信息世界，信息世界数据化数据化后为机器世界二、二、 数据模型数据模型模型是抽象地模仿现实世界的事物，在数据库技术中使用模型的概念描述数据库的结构和语义。根据应用的目的不同，数据模型：数据模型：包括概念模型与逻辑数据模型。一般应从系统的静态结构、动态特性和完整性约束条件等三个方面进行说明。 2 2、 数据模型数据模型逻辑数据模型逻辑数据模型：又称数据模型（也叫结构模型） ，用于描述数据库中数据组织的结构和形式，反映了客观世界中各种实体之间的联系。是面向数据库系统的模型。主要用于数据库系统的实现。它是数据库系统的核心数据库系统的核心。（一）数据模型的组成要素（一）数据模型的组成要素 1、数据模型三

19、要素、数据模型三要素 数据结构数据结构（静态结构）（静态结构） 数据操作数据操作（动态特性）（动态特性） 完整约束条件完整约束条件 （1 1）数据结构：所研究的对象类型的集合，）数据结构：所研究的对象类型的集合，包括数据对象包括数据对象及其之间的联系。及其之间的联系。它是数据模型的基础，是对系统静态特性它是数据模型的基础，是对系统静态特性的描述。的描述。主要的数据模型：主要的数据模型： 层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型对应的数据结构：对应的数据结构： 树、树、 图、图、 二维表、二维表、 类层次图类层次图（2）数据操作数据操作：指对数据库中各

20、种对象实例执行的操作的指对数据库中各种对象实例执行的操作的集合，集合中包括操作和有关的操作规则。主要包括检索集合，集合中包括操作和有关的操作规则。主要包括检索（或叫查询）和更新（插入、删除和修改）两类操作。（或叫查询）和更新（插入、删除和修改）两类操作。（3）数据的约束条件：）数据的约束条件：指数据完整性规则的集合。完整性指数据完整性规则的集合。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依存规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据状态以及状态的变化，规则，用以限定符合数据模型的数据状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。以保证数

21、据的正确、有效和相容。 包括：实体完整性、参照完整性、用户自定义完整性包括：实体完整性、参照完整性、用户自定义完整性主要的数据模型有下面四种：层次模型、网状模型、关系主要的数据模型有下面四种：层次模型、网状模型、关系模型和面向对象数据模型。模型和面向对象数据模型。 学 校系班 级学 生 层次模型的数据约束：层次模型的数据约束：上一层记录与下一层记录之间的上一层记录与下一层记录之间的关联关系只能是一对多联系，即每一个记录至多有一个父关联关系只能是一对多联系，即每一个记录至多有一个父记录，同时，全部数据必须以有序树的形式组织起来，任记录，同时，全部数据必须以有序树的形式组织起来，任何一个记录只有按路径查看，才能显示其全部意义。何一个记录只有按路径查看，才能显示其全部意义。 层次模型的数据操作：层次模型的数据操作：层次模型支持数据记录的插入、层次模型支持数据记录的插入、删除、修改和检索删除、修改和检索4种基本数据操作。种基本数据操作。 课课 程程教教 师师班班 级级学学 生生 网状模型的数据结构约束：网状模型的数据结构约束：任何时刻任何系值中至多任何时刻任何系值中至多只有一个主记录；任何记录在同一时刻在同一系型中只能只有一个主记录；任何记录在同一时刻在同一系