数据库的基本原理(下).

1、第第2 2章章 数据库基本原理数据库基本原理本章主要内容本章主要内容 数据库系统介绍数据库系统介绍 数据库系统定义和组成数据库系统定义和组成 数据库的三级模式数据库的三级模式 数据库管理系统数据库管理系统 数据库安全保护数据库安全保护 数据模型数据模型2.1 数据库系统介绍1、数据与信息的概念、数据与信息的概念1）数据）数据u 数据是指存储在某一媒体上可加以鉴别的符号。数据是指存储在某一媒体上可加以鉴别的符号。u数据的概念包括以下两部分：数据的概念包括以下两部分：p数据内容是事物特性的反映或描述。数据内容是事物特性的反映或描述。p“符号符号” 指数字、字母、文字、图形、图像、声音等指数字、字母

2、、文字、图形、图像、声音等举例：学生档案中的学生记录举例：学生档案中的学生记录（李明，男，（李明，男，1972，江苏，计算机系，江苏，计算机系，1990）2）信息）信息u信息是来自于现实世界事物的存在方式或运动形态的信息是来自于现实世界事物的存在方式或运动形态的集合，是人们进行各种活动所需要的知识，是数据加集合，是人们进行各种活动所需要的知识，是数据加工的结果。工的结果。3）数据与信息的关系）数据与信息的关系u 数据是承载信息的载体。数据是承载信息的载体。u信息是经过加工处理的数据，是对客观世界的认识，信息是经过加工处理的数据，是对客观世界的认识，是知识。是知识。 数据 数据存储 处理过程 信

3、息 2、计算机数据管理的发展、计算机数据管理的发展1）人工管理阶段）人工管理阶段u数据与处理数据的程序密切相关；数据不做长数据与处理数据的程序密切相关；数据不做长期保存；数据是依附于计算机程序或软件。期保存；数据是依附于计算机程序或软件。 。应用程序应用程序A1应用程序应用程序A2应用程序应用程序An。数据集数据集S1数据集数据集S2数据集数据集Sn2、计算机数据管理的发展、计算机数据管理的发展2）文件系统阶段）文件系统阶段u程序与数据有了一定的独立性，程序和数据分开存储，程序与数据有了一定的独立性，程序和数据分开存储，具有程序文件和数据文件的各自属性；数据文件可以具有程序文件和数据文件的各自

4、属性；数据文件可以长期保存，但数据冗余度大；缺乏数据独立性；不集长期保存，但数据冗余度大；缺乏数据独立性；不集中管理数据。中管理数据。 。应用程序应用程序A1应用程序应用程序A2应用程序应用程序An。数据集数据集S1数据集数据集S2数据集数据集Sn 文件文件 系统系统2、计算机数据管理的发展、计算机数据管理的发展3）数据库系统阶段）数据库系统阶段u基本实现了数据共享，减少了数据冗余；采用基本实现了数据共享，减少了数据冗余；采用特定的数据模型；具有较高的数据独立性；有特定的数据模型；具有较高的数据独立性；有统一的数据控制和管理功能。统一的数据控制和管理功能。 数据库数据库 管理系统管理系统。应用

5、程序应用程序A1应用程序应用程序A2应用程序应用程序An 数数 据据 库库2、计算机数据管理的发展、计算机数据管理的发展4）分布式数据库系统阶段）分布式数据库系统阶段u分布式数据库在逻辑上是一个整体、地理分布分布式数据库在逻辑上是一个整体、地理分布在不同位置的数据集合，是计算机网络环境下在不同位置的数据集合，是计算机网络环境下各个局部数据库的逻辑集合，受分布式数据库各个局部数据库的逻辑集合，受分布式数据库管理系统的控制和管理。其特点如下：管理系统的控制和管理。其特点如下：（1）分布透明性；）分布透明性；（2）局部自治与集中控制相结合；）局部自治与集中控制相结合；（3）高可靠性和可用性；）高可靠

6、性和可用性；（4）高效率和灵活性。）高效率和灵活性。 3 数据库系统定义和组成数据库系统定义和组成1）定义）定义数据库系统数据库系统（DBS）是指安装和使用了数据库技术）是指安装和使用了数据库技术的计算机系统；的计算机系统；u包括：硬件系统、数据库、数据库管理系统、软件、包括：硬件系统、数据库、数据库管理系统、软件、DBA数据库数据库（DB）是长期保存在计算机系统中的、有组）是长期保存在计算机系统中的、有组织的、可以被共享的数据集合。织的、可以被共享的数据集合。数据库管理系统数据库管理系统(DBMS) 是位于用户和操作系统之是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件间的一层数据管理软件,它负责

7、数据库在建立、使用它负责数据库在建立、使用和维护时的统一管理、统一控制；使用户可以方便和维护时的统一管理、统一控制；使用户可以方便的定义数据和操纵数据，并保证数据的安全性、完的定义数据和操纵数据，并保证数据的安全性、完整性、并发控制和系统的恢复。整性、并发控制和系统的恢复。 2）数据库系统的组）数据库系统的组成成3） 数据库系统的三级模式数据库系统的三级模式数据库系统的三级模式：数据库系统的三级模式：u模式、外模式和内模式；模式、外模式和内模式；u与之对应的是数据库的三级结构：全局逻辑结与之对应的是数据库的三级结构：全局逻辑结构、局部逻辑结构和物理存储结构。构、局部逻辑结构和物理存储结构。u全

8、局逻辑结构是数据库中所有信息的集合全局逻辑结构是数据库中所有信息的集合p一个数据库只有一个模式一个数据库只有一个模式u局部逻辑结构是数据库中部分信息局部逻辑结构是数据库中部分信息p一个数据库可以有多个外模式一个数据库可以有多个外模式u物理存储结构是数据保存的方法和介质物理存储结构是数据保存的方法和介质p一个数据库只有一个内模式一个数据库只有一个内模式3） 数据库系统的三级模式数据库系统的三级模式模式之间的关系：模式之间的关系：3） 数据库系统的三级模式数据库系统的三级模式数据独立性：数据独立性：u数据的物理独立性数据的物理独立性p模式和内模式的映射保证物理独立性模式和内模式的映射保证物理独立性

9、,即数据的存储即数据的存储结构发生改变，保持逻辑结构不变，从而保证应用结构发生改变，保持逻辑结构不变，从而保证应用程序不变程序不变。u数据的逻辑独立性数据的逻辑独立性p模式和外模式的映射保证逻辑独立性，即当全局逻模式和外模式的映射保证逻辑独立性，即当全局逻辑结构改变时，保持局部逻辑结构不变，从而保证辑结构改变时，保持局部逻辑结构不变，从而保证应用程序不变。应用程序不变。4） 数据库管理系统功能数据库管理系统功能数据库的定义功能：定义数据库中的对象数据库的定义功能：定义数据库中的对象数据操纵功能数据操纵功能u数据的查询、增加、删除、修改数据的查询、增加、删除、修改数据库运行控制功能数据库运行控制

10、功能u完整性控制、并发操作、安全性控制、数据库的恢复完整性控制、并发操作、安全性控制、数据库的恢复数据字典数据字典u存储有关数据的数据（元数据）存储有关数据的数据（元数据）4、 数据库的保护数据库的保护1)数据的完整性控制数据的完整性控制u域完整性控制：是数据库的表中某个特定字段允许的域完整性控制：是数据库的表中某个特定字段允许的数据元素的类型和范围。数据元素的类型和范围。u关联完整性控制：规定的约束条件以防止对数据进行关联完整性控制：规定的约束条件以防止对数据进行增、删、改操作时，破坏本身及其它相关数据的完整增、删、改操作时，破坏本身及其它相关数据的完整性，或产生不良影响，性，或产生不良影响

11、，2)并发控制并发控制u数据库的并发能力是指多用户在同一时间对相同数据数据库的并发能力是指多用户在同一时间对相同数据同时访问的能力。同时访问的能力。u如果一个数据库是多个用户的，那么如果一个数据库是多个用户的，那么DBMS必须对多必须对多用户的并发操作加以控制、协调，以保证数据的准确用户的并发操作加以控制、协调，以保证数据的准确性。性。3) 数据的安全性控制数据的安全性控制u数据安全性分为系统安全和环境安全两大类。数据安全性分为系统安全和环境安全两大类。4) 数据库恢复数据库恢复u为使数据库具有可恢复性，一旦被破坏或丢失，可以为使数据库具有可恢复性，一旦被破坏或丢失，可以使用保存的副本来恢复，

12、所以基本原则就是保存备份使用保存的副本来恢复，所以基本原则就是保存备份的副本。的副本。4、 数据库安全保护数据库安全保护5 数据模型数据模型数据模型是工具，是用来抽象、表示和处数据模型是工具，是用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息的工具。理现实世界中的数据和信息的工具。（1）现实世界）现实世界u人们管理的对象存于现实世界中，现实世界的人们管理的对象存于现实世界中，现实世界的事物及事物之间存在着联系，这种联系是客观事物及事物之间存在着联系，这种联系是客观存在的，是由事物本身的性质决定的。存在的，是由事物本身的性质决定的。u举例：医院的医疗管理系统中有医生、患者、举例：医院的医疗管理系统中有

13、医生、患者、专科等构成元素，医生为患者诊疗，患者被送专科等构成元素，医生为患者诊疗，患者被送到不同科室诊治，医生、患者、专科是相互关到不同科室诊治，医生、患者、专科是相互关联的。联的。 1）三个世界的概念）三个世界的概念5 数据模型数据模型（2）概念世界）概念世界u概念世界是现实世界在人们头脑中的反映，是概念世界是现实世界在人们头脑中的反映，是对客观事物及其联系的一种抽象描述，从而产对客观事物及其联系的一种抽象描述，从而产生概念模型。生概念模型。u举例，对医生的描述包括姓名、性别、专长、举例，对医生的描述包括姓名、性别、专长、电话、职称等不同项目。电话、职称等不同项目。1）三个世界的概念）三个

14、世界的概念5 数据模型数据模型u术语：术语： u实体：把客观存在并且可以相互区别的事物实体：把客观存在并且可以相互区别的事物-实体可以是实际事物，也可以是抽象事件，例如一个医实体可以是实际事物，也可以是抽象事件，例如一个医生记录。生记录。 u实体集：同一类实体的集合称为实体集。例如，实体集：同一类实体的集合称为实体集。例如，全体医生的记录构成一个完整的医生表，是一个全体医生的记录构成一个完整的医生表，是一个实体集。实体集。 u属性：描述实体的特性称为属性。例如，医生的属性：描述实体的特性称为属性。例如，医生的编号、姓名、性别、职称、科室等。编号、姓名、性别、职称、科室等。 u关键字：如果某个属

15、性或属性组合的值能唯一地关键字：如果某个属性或属性组合的值能唯一地标识出实体集中的每一个实体，可以选作关键字，标识出实体集中的每一个实体，可以选作关键字，例如，医生编号是唯一标识医生的不相重复信息，例如，医生编号是唯一标识医生的不相重复信息，可选作关键字。可选作关键字。 u联系：实体集之间的对应关系称为联系，反映现联系：实体集之间的对应关系称为联系，反映现实世界事物之间的相互关联。实世界事物之间的相互关联。（3）数据世界）数据世界u存入计算机系统的数据是将概念世界中的事物存入计算机系统的数据是将概念世界中的事物数据化的结果。数据化的结果。u为了准确地反映事物本身及事物之间的各种联为了准确地反映

16、事物本身及事物之间的各种联系，数据库表中的数据一定存在一个结构，用系，数据库表中的数据一定存在一个结构，用数据模型表示结构。数据模型表示结构。u数据模型数据模型将概念世界中的实体及实体间的联系将概念世界中的实体及实体间的联系进一步抽象为便于计算机处理进一步抽象为便于计算机处理 。2） ER图图uER图也被称为图也被称为ER模型（实体联系模型），模型（实体联系模型），是描述概念世界、建立概念模型的实用工具。是描述概念世界、建立概念模型的实用工具。uER图包括三个要素：图包括三个要素： p实体（型）：用矩形框表示，框内标注实体名称实体（型）：用矩形框表示，框内标注实体名称p属性：用椭圆形表示，并用

17、连线与实体连接起来。属性：用椭圆形表示，并用连线与实体连接起来。 p实体之间的联系：用菱形框表示，框内标注联系名实体之间的联系：用菱形框表示，框内标注联系名称，并用连线将菱形框分别与有关实体相连，并在称，并用连线将菱形框分别与有关实体相连，并在连线上注明联系类型。连线上注明联系类型。 学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名3）关系的三种类型：）关系的三种类型： u一对一联系（一对一联系（1:1） 例如，学校与校长之间是一对一的关系。例如，学校与校长之间是一对一的关系。u一对多联系（一对多联系（1:n） 例如，一个学校和学生之间是一对多的关系。例如，一个学校和学生之间是一对多的关系。 u多对多

18、联系（多对多联系（m:n） 例如，学生与所选修的课程之间存在多对多的例如，学生与所选修的课程之间存在多对多的关系。关系。 两个实体型间的联系两个实体型间的联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2111:1联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2mnm:n联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型21n1:n联系联系E-R图举例图举例实体和属性实体和属性实体和联系实体和联系班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系职工职工领导领导1n同一实体型内部同一实体型内部的的1:n联系联系课程课程

19、讲授讲授教师教师1m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系参考书参考书nE-R图举例图举例课堂练习课堂练习1:有学生有学生,专业专业,院系院系3个实体个实体,学生有学号学生有学号,姓名姓名,性别性别,专业等属性专业等属性,专业有专业代码专业有专业代码,专业名称专业名称,负责人负责人,所属院系等属性所属院系等属性,院系有院系代码院系有院系代码,院院系名称系名称,院长等属性院长等属性,一个学生只属于一个专一个学生只属于一个专业业,一个专业可以有多个学生一个专业可以有多个学生,一个专业只属一个专业只属于一个院系于一个院系,一个院系设置多个专业一个院系设置多个专业,试画出试画出E-R图图.学生学生

20、属于属于专业专业n1属于属于院系院系1m4）模型类型）模型类型 层次模型层次模型 网状模型网状模型 关系模型关系模型（1）层次模型（树型层次结构）层次模型（树型层次结构） 有且仅有一个结点无父结有且仅有一个结点无父结点，此结点是根结点，例点，此结点是根结点，例如，在大学数据模型中的如，在大学数据模型中的校长；校长； 其它结点有且仅有一个父其它结点有且仅有一个父结点，比如，校长下属的结点，比如，校长下属的学院院长，他们的父接点学院院长，他们的父接点就是大学校长；就是大学校长； 适合于表示一对多的联系，适合于表示一对多的联系，比如，一个校长下属若干比如，一个校长下属若干院长。院长。 （2）网状模型

21、）网状模型允许结点有多于一个允许结点有多于一个的父结点，可以有一的父结点，可以有一个以上的结点无父结个以上的结点无父结点。点。网状模型适用于表示网状模型适用于表示多对多的联系，例如，多对多的联系，例如，供应商与项目、项目供应商与项目、项目与库存间的关系等都与库存间的关系等都是是M:N的关系，。的关系，。（3）关系模型）关系模型一个关系的逻辑结构是一张二维的表，二一个关系的逻辑结构是一张二维的表，二维表的形式表示实体和实体之间联系的数维表的形式表示实体和实体之间联系的数据模型称为关系数据模型。据模型称为关系数据模型。关系在磁盘上以文件形式存储，每个字段关系在磁盘上以文件形式存储，每个字段对应表的

22、一列，每个记录是表中的一行。对应表的一列，每个记录是表中的一行。医生编号医生编号姓名姓名职称职称科室编号科室编号特长特长01104李博李博主任医师主任医师01牙科牙科01106刘晓刘晓副主任医师副主任医师0101020王林王林副主任医师副主任医师0102100李颦李颦医师医师0203002王西平王西平主任医师主任医师0304005吴星智吴星智副主任医师副主任医师0406007李可茹李可茹主任医师主任医师06关系和表关系和表术语（术语（1）u关系关系 一个关系是一张二维表，每个关系有一个关系一个关系是一张二维表，每个关系有一个关系名。在计算机里，一个关系可以存储为一个数据名。在计算机里，一个关系

23、可以存储为一个数据库文件的表，例如，医生表或患者表。库文件的表，例如，医生表或患者表。 u元组元组 表中的行称为元组。一行是一个元组，对应表中表中的行称为元组。一行是一个元组，对应表中的一个记录。的一个记录。术语（术语（2）u属性属性 表中的列称为属性，每一列有一个属性名，对表中的列称为属性，每一列有一个属性名，对应数据表中的一个字段，例如医生编号、姓名、应数据表中的一个字段，例如医生编号、姓名、职称等字段。职称等字段。 u域域 属性的取值范围，即不同元组对同一个属性的属性的取值范围，即不同元组对同一个属性的取值所限定的范围。例如，在取值所限定的范围。例如，在“患者患者”表表“女女”或或“男男

24、”是性别的取值范围，对应是性别的取值范围，对应“性别性别”字字段的一个域。段的一个域。 元组元组属性属性取值范围取值范围(“男男”,”女女”)域域术语（术语（3）u候选码候选码 如果某个属性的值能唯一地标识一个元组，就如果某个属性的值能唯一地标识一个元组，就称其为候选码做；在关系的多个候选码中，选称其为候选码做；在关系的多个候选码中，选择一个作为主键择一个作为主键-主关键字，作为表中的主键。主关键字，作为表中的主键。主键的属性被称做主属性。主键的属性被称做主属性。 u外键定义外键定义 F是基本关系是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系的一个或一组属性，但不是关系R的候选码，如果的候选码，如果

25、F与基本关系与基本关系S的主键的主键Ks相对相对应，则称应，则称F是基本关系是基本关系R的外键。的外键。 主键主键主键主键外键外键外键外键课堂练习课堂练习2:有医生和科室两个表有医生和科室两个表,说明医生表中有多少元组说明医生表中有多少元组,多少属多少属性性,医生表的主键是医生表的主键是?,科室表的主键是科室表的主键是?,哪个属性可以作为哪个表的哪个属性可以作为哪个表的外键外键,为什么为什么?医生编号医生编号姓名姓名职称职称科室编号科室编号特长特长01104李博李博主任医师主任医师01牙科牙科01106刘晓刘晓副主任医师副主任医师0101020王林王林副主任医师副主任医师0102100李颦李颦

26、医师医师0203002王林王林主任医师主任医师0304005吴星智吴星智副主任医师副主任医师0406007李可茹李可茹主任医师主任医师05科室编号科室编号科室名称科室名称01牙科牙科02内科内科03外科外科04呼吸呼吸05皮肤皮肤术语（术语（4）u关键字关键字 属性或属性组合，其值能够唯一地标识一个元属性或属性组合，其值能够唯一地标识一个元组。比如，组。比如，“医生医生”表中的表中的“医生编号医生编号”字段，字段，“患者患者”表中的表中的“患者病历号患者病历号”都唯一地表示都唯一地表示一名医生、一名患者，那么它们都可以作为记一名医生、一名患者，那么它们都可以作为记录的关键字。录的关键字。u关系

27、模式关系模式 对关系的描述称为关系模式，其格式为：关系对关系的描述称为关系模式，其格式为：关系名（属性名（属性1，属性，属性2，属性，属性N）。一个关系）。一个关系模式对应一个关系的结构。模式对应一个关系的结构。 关系数据模型的操作和完整性约束关系数据模型的操作和完整性约束u关系模型的操作主要包括查询、插入、删除和关系模型的操作主要包括查询、插入、删除和修改数据等。修改数据等。u操作必须参照数据的完整性约束条件。操作必须参照数据的完整性约束条件。关系数据模型的存储结构关系数据模型的存储结构u在关系模型中实体与实体的联系都用表来表示。在关系模型中实体与实体的联系都用表来表示。选择选择u选择运算是

28、从关系中找出满足给定条件的那些选择运算是从关系中找出满足给定条件的那些元组（记录）的运算。其中，条件是以逻辑表元组（记录）的运算。其中，条件是以逻辑表达式形式给出的，取值为真的元组将被选取。达式形式给出的，取值为真的元组将被选取。u运算是从水平方向选取满足条件的元组。运算是从水平方向选取满足条件的元组。u例如，从学生数据库中找到所有例如，从学生数据库中找到所有“金融金融”系的系的学生记录，记录是在水平方向被读取的。学生记录，记录是在水平方向被读取的。5）常用关系运算）常用关系运算投影投影u从关系模式中挑选若干属性组成新的关系的运从关系模式中挑选若干属性组成新的关系的运算是投影运算。算是投影运算

29、。u投影运算是从列（字段）的角度进行运算，相投影运算是从列（字段）的角度进行运算，相当于对关系进行垂直分解。当于对关系进行垂直分解。u例如，从例如，从“学生学生”表中选择几个字段表中选择几个字段 “学号、学号、姓名、专业和班级姓名、专业和班级”生成一个新的关系。生成一个新的关系。联接联接u联接运算是将两个关系模式通过共有的属性联接运算是将两个关系模式通过共有的属性名拼接成一个更宽的关系模式的运算。生成的名拼接成一个更宽的关系模式的运算。生成的新关系中包含满足联接条件的元组。新关系中包含满足联接条件的元组。u运算过程是通过联接条件来控制的，联接条运算过程是通过联接条件来控制的，联接条件中将出现两

30、个关系中的公共属性名，也可以件中将出现两个关系中的公共属性名，也可以是具有相同语义、可比的属性。是具有相同语义、可比的属性。u例如，将例如，将“学生学生”的基本信息表与的基本信息表与“成绩成绩”表通过表通过“学号学号”连接。连接。课堂练习课堂练习2:有医生和科室两个表有医生和科室两个表,说明下列操作涉及哪些关系运说明下列操作涉及哪些关系运算算:(1) 查询所有查询所有”主任医师主任医师”的信息的信息 (2)查询医生的姓名和职查询医生的姓名和职称称(3)查询所有查询所有”主任医师主任医师”的姓名和科室的姓名和科室 (4)查询所有医生的姓名和科室名称查询所有医生的姓名和科室名称医生编号医生编号姓名姓名职称职称科室编号科室编号特长特长01104李