第1章 数据库系统概述

1、1数据库原理数据库原理上海工程技术大学上海工程技术大学杨孜茁杨孜茁教材教材 作者：孔丽红作者：孔丽红 主编主编 游晓明游晓明 钟伯成钟伯成 张瑜张瑜 参编参编 ISBN：97873023988132015.08.012课程教学目的和要求课程教学目的和要求 掌握数据库系统的基本概念和原理；掌握数据库系统的基本概念和原理； 掌握结构化查询语言掌握结构化查询语言SQL； 了解关系代数和关系演算等数据库语言；了解关系代数和关系演算等数据库语言； 学会关系数据库规范化设计的方法和步骤；学会关系数据库规范化设计的方法和步骤； 了解数据库安全保护；了解数据库安全保护； 掌握掌握SQL SERVER2005平

2、台平台 具备使用关系数据库软件开发数据库应用系统的能力具备使用关系数据库软件开发数据库应用系统的能力 。 3课程的学习方法课程的学习方法 勤于思考、善于总结、敢于提问；勤于思考、善于总结、敢于提问； 掌握教材中重要的例题和习题掌握教材中重要的例题和习题; 重视上机实验重视上机实验 ; 重视数据库设计重视数据库设计 。4课堂教学内容课堂教学内容 第第1章章 数据库系统概述；数据库系统概述； 第第2章章 实体联系模型；实体联系模型； 第第3章章 关系数据模型与关系运算；关系数据模型与关系运算； 第第4章章 关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQL； 第第5章章 关系数据库设计理论；关系数据库设计

3、理论； 第第6章章 数据库设计；数据库设计；5课堂教学内容课堂教学内容 第第7章章 数据库安全保护；数据库安全保护； 第第8章章 关系数据库管理系统关系数据库管理系统SQLServer2005； 第第9章章 基于基于Visual Basic的关系数据库应用系统开发；的关系数据库应用系统开发； 第第10章章 数据库技术的发展；数据库技术的发展； 第第11章章 数据库实验数据库实验6实验内容和安排实验内容和安排 实验一实验一 数据库的创建与管理（数据库的创建与管理（2学时）学时） 实验二实验二 表的创建与管理（表的创建与管理（ 2学时）学时） 实验三实验三 访问与修改数据（访问与修改数据（6-8个

4、学时）个学时） 实验四实验四 视图与索引视图与索引(2学时学时) 实验五实验五 存储过程与触发器（存储过程与触发器（ 2-4学时）学时） 实验六实验六 SQL Server2005的安全与保护的安全与保护(2-4学时学时) 实验七实验七 利用利用VB开发图书管理系统开发图书管理系统(2-6学时学时)7 教学内容：教学内容： 1.11.1引言；引言； 1.21.2数据库技术的产生、发展；数据库技术的产生、发展； 1.31.3数据库系统的组成和结构数据库系统的组成和结构 1.4 1.4数据模型数据模型 教学重点：教学重点： 数据库技术的产生和发展；数据库系统的组成数据库技术的产生和发展；数据库系统

5、的组成和结构；数据模型和结构；数据模型8第第1章章 数据库系统概述数据库系统概述教学目的教学目的 了解数据管理技术的发展，理解数据库系统的基本特点，掌了解数据管理技术的发展，理解数据库系统的基本特点，掌握数据库、数据库系统、数据库管理系统的基本概念，掌握握数据库、数据库系统、数据库管理系统的基本概念，掌握数据库管理系统的原理及其基本组成，逻辑数据模型和概念数据库管理系统的原理及其基本组成，逻辑数据模型和概念数据模型的定义及其类型，掌握数据库的体系结构，掌握概数据模型的定义及其类型，掌握数据库的体系结构，掌握概念数据模型和几种常用的结构数据模型。念数据模型和几种常用的结构数据模型。91.1 引言

6、引言信息和数据信息和数据 信息信息：是对事物的状态、特征、运动及变化的描述，是现实是对事物的状态、特征、运动及变化的描述，是现实世界在人大脑中的抽象反映，是通过人的感觉器官感知出来世界在人大脑中的抽象反映，是通过人的感觉器官感知出来并经过人脑加工而形成的反映现实世界中事物的概念。并经过人脑加工而形成的反映现实世界中事物的概念。 数据：数据：是一切文字、符号、声音、图像等有意义的组合。它是一切文字、符号、声音、图像等有意义的组合。它是描述现实世界中各种具体事物或抽象概念的可存储并具有是描述现实世界中各种具体事物或抽象概念的可存储并具有明确意义的信息。明确意义的信息。10数据具有如下特征数据具有如

7、下特征 1)数据有数据有“型型”和和“值值”之分；之分； 2)数据应具有载体和多种表现形式；数据应具有载体和多种表现形式； 3)数据有定性表示和定量表示之分；数据有定性表示和定量表示之分； 4)数据受数据类型和取值范围的约束；数据受数据类型和取值范围的约束；11表表1.1“课程课程”数据数据12课号课号课程名课程名学分学分学时学时任课教师任课教师C1数据库原理数据库原理483T1C2操作系统操作系统644T3C3高等数学高等数学644T8：数据、信息区别和联系数据、信息区别和联系 数据是对事物状态和特征的表述符号，是信息的载体，是用数据是对事物状态和特征的表述符号，是信息的载体，是用于载荷信息

8、的物理符号。于载荷信息的物理符号。 数据是信息的一种表现形式，数据通过能书写的信息编码表数据是信息的一种表现形式，数据通过能书写的信息编码表示信息。示信息。 信息是以数据的形式来表示的，即它是以数据为载体而表现。信息是以数据的形式来表示的，即它是以数据为载体而表现。 信息是数据的内涵，数据则是表示信息的一种手段。信息是数据的内涵，数据则是表示信息的一种手段。131.2 数据库技术的产生、发展数据库技术的产生、发展 1.2.1人工管理阶段人工管理阶段 1.2.2文件系统阶段文件系统阶段 1.2.3数据库系统阶段数据库系统阶段141.2.1人工管理阶段人工管理阶段 (20世纪世纪40年代中年代中5

9、0年代中年代中) -数据管理的特点：数据管理的特点： 计算机中没有软件系统对数据进行管理，没有文件概念；计算机中没有软件系统对数据进行管理，没有文件概念； 数据均由应用程序管理，程序员在程序设计中不仅要规定数据均由应用程序管理，程序员在程序设计中不仅要规定数据的逻辑结构，还要设计其物理结构；数据的逻辑结构，还要设计其物理结构； 数据与程序不独立，当数据的物理组织或存储设备改变时，数据与程序不独立，当数据的物理组织或存储设备改变时，用户程序就必须重新编制；用户程序就必须重新编制； 无法进行数据共享。无法进行数据共享。151.2.1人工管理阶段人工管理阶段数据与程序关系数据与程序关系161.2.2

10、文件系统阶段文件系统阶段 (20世纪世纪50年代末年代末60年代中年代中) -数据管理的特点：数据管理的特点： 数据以文件为单位可以长期存储在外存；数据以文件为单位可以长期存储在外存； 文件的逻辑结构与物理结构脱钩，程序和数据分离，使数文件的逻辑结构与物理结构脱钩，程序和数据分离，使数据与程序有了一定的独立性；据与程序有了一定的独立性； 文件形式多样化；文件形式多样化； 数据的存取基本上以记录为单位。数据的存取基本上以记录为单位。171.2.2文件系统阶段文件系统阶段数据与程序关系数据与程序关系18文件系统的缺陷文件系统的缺陷 1)数据的组织仍然是面向数据的组织仍然是面向程序程序，存在，存在数

11、据数据的的冗余冗余性、数据不性、数据不一致性、数据联系弱；一致性、数据联系弱； 2)缺乏数据与程序独立性缺乏数据与程序独立性。191.2.3数据库系统阶段数据库系统阶段 20世纪世纪60年代后期年代后期数据库系统阶段数据管理特点数据库系统阶段数据管理特点 1）采用一定的数据模型，使数据结构化。）采用一定的数据模型，使数据结构化。 2）数据库系统的数据共享度高、冗余度小。）数据库系统的数据共享度高、冗余度小。 3）数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性。）数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性。 4）数据库中数据的最小存取单位是数据项）数据库中数据的最小存取单位是数据项 5）数据库系统提

12、供统一的数据并发控制、恢复、完整性和）数据库系统提供统一的数据并发控制、恢复、完整性和安全性等数据控制功能。安全性等数据控制功能。 6）数据库系统为用户提供了方便的用户接口。）数据库系统为用户提供了方便的用户接口。20数据库系统阶段应用程序和数据之间的联系数据库系统阶段应用程序和数据之间的联系211.3 数据库系统的组成和结构数据库系统的组成和结构 1.3.1数据库、数据库管理系统和数据库系统数据库、数据库管理系统和数据库系统 1.3.2数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构221.3.1数据库、数据库管理系统和数据库系统数据库、数据库管理系统和数据库系统 数据库数据库（Database，简

13、称，简称DB）指的是以一定方式储存在计）指的是以一定方式储存在计算机内、能为多个用户共享、有组织、统一管理的相关数据算机内、能为多个用户共享、有组织、统一管理的相关数据的集合。的集合。 数据库的基本特征数据库的基本特征： 数据按一定的数据模型组织、描述和储存；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；可为各种用户共享； 冗余度较小；冗余度较小； 数据独立性较高；数据独立性较高； 易扩展。易扩展。23数据库管理系统数据库管理系统 数据库管理系统数据库管理系统(DatabaseManagementSystem，简称，简称DBMS)，它是位于用户与操作系统之间的，专门用于管理，它是位

14、于用户与操作系统之间的，专门用于管理数据库的一层数据管理软件，是一个通用的软件系统。数据库的一层数据管理软件，是一个通用的软件系统。DBMS的基本功能有的基本功能有： 1）数据定义功能）数据定义功能 2）数据操作功能）数据操作功能 3）数据库维护功能）数据库维护功能 4）数据库的保护）数据库的保护 5）通信）通信24数据库系统数据库系统 数据库系统数据库系统（DatabaseSystem，简称，简称DBS）是指在计算机）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，由计算机硬件设备、数据系统中引入数据库后的系统构成，由计算机硬件设备、数据库及相关的计算机软件系统、开发管理使用数据库系统的人库及相关

15、的计算机软件系统、开发管理使用数据库系统的人员三部分组成。员三部分组成。 简单的说，数据库系统由硬件、软件和用户组成。简单的说，数据库系统由硬件、软件和用户组成。DBS = DB + OS + DBMS + App + DBA + Users+硬件硬件25数据库管理员数据库管理员 数据库管理员数据库管理员(DataBaseAdministrator，简称，简称DBA)是负责是负责全面地管理和控制数据库系统，承担着创建、监控和维护整全面地管理和控制数据库系统，承担着创建、监控和维护整个数据库结构的责任。个数据库结构的责任。26DBA的主要职责有：的主要职责有： 1)在用户与数据库开发人员之间进行

16、协调和沟通在用户与数据库开发人员之间进行协调和沟通 2)参与数据库和应用系统设计的全过程，进行数据库的建立、参与数据库和应用系统设计的全过程，进行数据库的建立、配置和管理。配置和管理。 3)数据库完整性控制、权限设置和安全管理数据库完整性控制、权限设置和安全管理 4)负责监视和控制数据库的正常运行，负责系统的维护和数负责监视和控制数据库的正常运行，负责系统的维护和数据恢复等工作。据恢复等工作。 5)提出数据库的重构计划，进行数据库的改进和重组。提出数据库的重构计划，进行数据库的改进和重组。271.3.2数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构 体系结构：体系结构：三级模式、两级映像、两级数据独

17、立性三级模式、两级映像、两级数据独立性的结构特的结构特征征28模式模式 又称又称逻辑模式或概念模式逻辑模式或概念模式，是数据库全体数据的全体逻辑结，是数据库全体数据的全体逻辑结构和特性的描述。是所有用户的公共数据视图。构和特性的描述。是所有用户的公共数据视图。 一个数据库系统一个数据库系统只能有一个模式只能有一个模式，以模式为框架组成的数据，以模式为框架组成的数据库为概念数据库。库为概念数据库。 在关系数据库管理系统中，一个数据库系统的模式由多个关在关系数据库管理系统中，一个数据库系统的模式由多个关系模式构成，多个关系模式通过外键联系。系模式构成，多个关系模式通过外键联系。29外模式外模式 又

18、称又称子模式或用户模式子模式或用户模式，是对各个用户或程序所涉及到的数，是对各个用户或程序所涉及到的数据的逻辑结构和数据特征的描述。据的逻辑结构和数据特征的描述。 外模式是模式的子集。外模式是模式的子集。 外模式是完全按用户自己对数据的需要、站在局部的角度进外模式是完全按用户自己对数据的需要、站在局部的角度进行设计的。行设计的。 一个数据库系统可能有一个数据库系统可能有多个外模式多个外模式。30内模式内模式 又称又称存储模式或物理模式存储模式或物理模式，对应于物理级，是全体数据库数，对应于物理级，是全体数据库数据的内部表示或者低层描述。据的内部表示或者低层描述。 是数据在数据库内部的表示方式，

19、对应着实际存储在外存储是数据在数据库内部的表示方式，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。介质上的数据库。 在一个数据库系统只有在一个数据库系统只有一个内模式一个内模式。31外模式外模式/模式的映像及逻辑数据独立性模式的映像及逻辑数据独立性 外模式外模式/模式映像模式映像：定义并保证了外模式与数据模式之间的：定义并保证了外模式与数据模式之间的对应关系。对应关系。 当数据库系统模式变化时，当数据库系统模式变化时，DBA可以通过修改外模式可以通过修改外模式/模式模式映像的方法使外模式不变；由于应用程序是根据外模式进行映像的方法使外模式不变；由于应用程序是根据外模式进行设计的，只要外模式不改变，应用

20、程序就不需要修改，因而设计的，只要外模式不改变，应用程序就不需要修改，因而保证了保证了数据的逻辑独立性数据的逻辑独立性。32模式模式/内模式的映像及物理数据独立性内模式的映像及物理数据独立性 模式模式/内模式映像内模式映像，定义并保证了数据的逻辑模式与内模式，定义并保证了数据的逻辑模式与内模式之间的对应关系之间的对应关系,即定义数据全局逻辑结构和存储结构之间即定义数据全局逻辑结构和存储结构之间的对应关系。的对应关系。 当数据库的存储结构改变时，当数据库的存储结构改变时，DBA可以通过修改模式可以通过修改模式/内模内模式映像，使数据库模式不变。由于有些用户或程序是按数据式映像，使数据库模式不变。

21、由于有些用户或程序是按数据库的模式使用数据的，所以只要数据库模式不变，用户仍可库的模式使用数据的，所以只要数据库模式不变，用户仍可以按原来的方式使用数据，程序也不需要修改，因而保证了以按原来的方式使用数据，程序也不需要修改，因而保证了数据的物理独立性数据的物理独立性。331.4 数据模型数据模型341.4.1概念模型概念模型 (1)实体：实体： (2)属性：属性： (3)域：域： (4)实体集：实体集： (5)实体型：实体型： (6)实体标识符实体标识符35概念模型概念模型实体实体-联系模型联系模型(简称简称E-R模型模型) 矩形框矩形框：表示实体类型。：表示实体类型。 菱形框菱形框：表示实体

22、间的联系类型。：表示实体间的联系类型。 椭圆形框椭圆形框：表示实体类型和联系类型的属性。相应的命名：表示实体类型和联系类型的属性。相应的命名均记入各种框中。对于作为实体标识符的属性，在属性名下均记入各种框中。对于作为实体标识符的属性，在属性名下划一横线。划一横线。 直线直线：联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连接，并：联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连接，并在直线端部标上联系的种类在直线端部标上联系的种类(1：1，1：N，M：N)。36 【例例2-1】 在课程管理系统中在课程管理系统中,涉及到学生涉及到学生,课程课程,教师等实体教师等实体,学生实体集的属性有学号，姓名，年龄，性别，班级等

23、。课学生实体集的属性有学号，姓名，年龄，性别，班级等。课程实体集的属性有课号，课名，学时，学分；教师实体集的程实体集的属性有课号，课名，学时，学分；教师实体集的属性有工号，教师名，职称等。属性有工号，教师名，职称等。 假设，假设，一个学生可以选修多门课程一个学生可以选修多门课程，一门课也可以由多个学一门课也可以由多个学生选修，当一个学生选修一门课程时，会有成绩生选修，当一个学生选修一门课程时，会有成绩。一门课只。一门课只能有一个教师教，一个教师可以教多门课程。能有一个教师教，一个教师可以教多门课程。37课程管理系统的课程管理系统的ER图图38层次模型层次模型 用用树结构树结构表示实体类型及实体

24、之间联系的模型。表示实体类型及实体之间联系的模型。39层次结构模型具有如下特点：层次结构模型具有如下特点： （1）是用树结构表示实体类型及实体之间联系的模型。）是用树结构表示实体类型及实体之间联系的模型。 （2）记录之间的联系都用指针来实现。）记录之间的联系都用指针来实现。 优点：优点：数据模型较简单，使用方便数据模型较简单，使用方便，描述一对多的层次关系描述一对多的层次关系自然、直观，易理解。自然、直观，易理解。 不足：不足：只能表示一对多的联系，用户难以掌握只能表示一对多的联系，用户难以掌握，应用程序编应用程序编写困难。写困难。401.4.2网状模型网状模型 用用有向图结构有向图结构表示实体类型及实体间联系的模型称为网状模表示实体类型及实体间联系的模型称为网状模型型41网状