第01章数据库系统

1、2022-4-29哈工大计算机科学与技术学院 张建国 郑晓霞1第第1 1章章 数据库系统概述数据库系统概述第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-21.1 概述概述 1.1.1 数据库技术产生的背景数据库技术产生的背景 随着计算机技术的发展，数据处理和数据管理在计算机应用随着计算机技术的发展，数据处理和数据管理在计算机应用中所占比例越来越大，几乎所有规模较大的数据处理活动中所占比例越来越大，几乎所有规模较大的数据处理活动都涉及到大量的数据，于是如何妥善地保存数据、科学地都涉及到大量的数据，于是如何妥善地保存数据、科学地管理数据、高效率地使

2、用数据，便成为数据处理活动中的管理数据、高效率地使用数据，便成为数据处理活动中的一个重要问题。一个重要问题。 20 20世纪世纪50-6050-60年代，人们常采用高级语言进行数据处理和数年代，人们常采用高级语言进行数据处理和数据管理，但高级语言一般无法满足存储和处理大量的、关据管理，但高级语言一般无法满足存储和处理大量的、关系错综复杂的数据要求，于是在系错综复杂的数据要求，于是在2020世纪世纪60 60 年代末数据库技年代末数据库技术便应运而生了。术便应运而生了。 数据库技术已成为对大量数据进行组织和管理的重要技术手数据库技术已成为对大量数据进行组织和管理的重要技术手段，也是信息化系统的基

3、础。段，也是信息化系统的基础。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-31.1.2 数据库技术的特点数据库技术的特点 数据面向整个组织；数据面向整个组织； 数据结构化；数据结构化； 共享性高，冗余度低，可扩充性强；共享性高，冗余度低，可扩充性强； 程序与数据具有较高的独立性；程序与数据具有较高的独立性； 数据管理灵活方便；数据管理灵活方便； 易于被应用程序使用；易于被应用程序使用； 安全性和保密性好；安全性和保密性好； 数据的算法相对较简单，但数据之间的关系复杂。数据的算法相对较简单，但数据之间的关系复杂。因此，现在的信息系统一般都是建立

4、在数据库系统之上的。因此，现在的信息系统一般都是建立在数据库系统之上的。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-41.1.3 数据库技术的应用领域数据库技术的应用领域 各种信息系统；各种信息系统； 联机事务处理联机事务处理( (OLTPOLTP- -O On n L Lineine T Transactionransaction P Process)rocess)； 数据仓库数据仓库( (DWDW- -D DataataW Wareare) )； 电子商务；电子商务； 计算机辅助系统计算机辅助系统( (CADCAD, ,CAICAI, ,

5、CAMCAM等等) )； 计算机集成制造系统计算机集成制造系统( (CIMSCIMS- -C Computer omputer I Integrated ntegrated M Manufacture anufacture S System)ystem)； 人工智能；人工智能；等等等等第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-51.1.4 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统1.1.信息与数据信息与数据 信息信息(Information)(Information) 信息是信息是人类对于自然界的感知

6、。人类对于自然界的感知。 物质世界：物质世界：物质与信息物质与信息 物质存在物质存在信息存在信息存在 物质变化物质变化信息变化信息变化 如何表示信息？如何表示信息？ 如何处理信息？如何处理信息？第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-6 数据数据(Data)(Data) 数据是信息的符号化表示。数据是信息的符号化表示。 信息的表现形式多种多样：信息的表现形式多种多样： 文字、声音、图形、图像、动画、视频、气味等文字、声音、图形、图像、动画、视频、气味等 在计算机中，数据是描述各种信息的符号记录。在计算机中，数据是描述各种信息的符号记录。注

7、意注意: :信息和数据的区别信息和数据的区别! ! 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-7 数据的分类数据的分类 数值数据型：数值数据型：数值型、非数值型数值型、非数值型 数据：数据：文字、声音、图形、图像、动画、视频等文字、声音、图形、图像、动画、视频等 数据的语义数据的语义 对数据记录的解释。对数据记录的解释。 数据处理数据处理 对数据进入收集、存储、加工和传播等过程。对数据进入收集、存储、加工和传播等过程。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-8信息数据指导社会活动数据处

8、理新信息新数据人机 数据处理关系数据处理关系第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-92.2.数据库数据库( (DBDB- -D Data ata B Base)ase)长期存放在计算机存储介质中的有组织的、动态的、可共享长期存放在计算机存储介质中的有组织的、动态的、可共享的具有最小冗余的数据集合。的具有最小冗余的数据集合。3.3.数据库管理系统数据库管理系统( (DBMSDBMS- -D Data ata B Base ase M Management anagement S System)ystem) 组织、存储、维护和获取数据库中数

9、据的软件系统，是介于组织、存储、维护和获取数据库中数据的软件系统，是介于数据用户和操作系统之间的数据管理软件。数据用户和操作系统之间的数据管理软件。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-104.4.数据库系统数据库系统( (DBSDBS- -D Data ata B Base ase S System)ystem)在计算机系统中引入数据库后的系统，包括：在计算机系统中引入数据库后的系统，包括： 数据库数据库DBDB 数据库管理系统数据库管理系统DBMSDBMS 各种开发工具各种开发工具 数据库应用系统数据库应用系统 数据库管理员数据库管

10、理员 DBADBA 用户用户 计算机硬件及其他软件计算机硬件及其他软件 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-11 用户 1 用户 2 用户 n DBMS DB 数据库系统示意图数据库系统示意图第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-12图书馆系统：图书馆系统：书库书库图书管理系统图书管理系统读者读者设施设施数据库系统数据库系统数据库数据库数据库管理系统数据库管理系统用户（应用）用户（应用）计算机系统计算机系统数据库系统与图书馆系统数据库系统与图书馆系统第1章 数据库系统概述 黑龙

11、江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-13数据处理 数据处理与数据管理的区别：数据处理与数据管理的区别： 数据处理：数据处理：对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。系列活动的总和。 数据管理：数据管理：对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护过程。维护过程。 数据管理是数据处理的核心。数据管理是数据处理的核心。 数据管理技术的三个阶段：数据管理技术的三个阶段： 人工管理阶段人工管理阶段 文件系统阶段文件系统阶段 数据库系统阶段数据库系统阶段数据管理1.2 数据库技

12、术的发展数据库技术的发展第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-141.2.1 人工管理阶段（人工管理阶段（ 50 50 年代中期以前）年代中期以前） 需要：需要：计算机主要用于科学计算计算机主要用于科学计算 硬件：硬件：无直接存取存储设备无直接存取存储设备 软件：软件：无操作系统和数据管理软件无操作系统和数据管理软件 数据处理方式：数据处理方式：批处理批处理 特点：特点： 数据在计算机中不保存数据在计算机中不保存 数据数据由由应用程序管理应用程序管理 数据不能共享数据不能共享 数据与程序不具有独立性数据与程序不具有独立性 基本上是一个程

13、序对应一批数据基本上是一个程序对应一批数据 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-15 程序程序 数据数据 数据数据 程序程序第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-161.2.2 文件系统阶段文件系统阶段(50(50年代后期年代后期6060年代中期年代中期) ) 需要：需要：数据量增大，联机处理增多数据量增大，联机处理增多 硬件：硬件：磁盘、磁鼓等直接存取存储设备磁盘、磁鼓等直接存取存储设备 软件：软件：操作系统及其文件管理软件操作系统及其文件管理软件 数据处理方式：数据处理方式

14、：批处理、联机实时处理批处理、联机实时处理 特点：特点： 数据可以在计算机中长期保存数据可以在计算机中长期保存 由存取方法进行程序与文件中的数据之间的转换由存取方法进行程序与文件中的数据之间的转换 文件形式多样化：顺序文件、直接文件、索引文件等文件形式多样化：顺序文件、直接文件、索引文件等 数据共享性差、冗长余度大数据共享性差、冗长余度大 数据容易出现不一致性数据容易出现不一致性 数据与程序之间缺乏独立性数据与程序之间缺乏独立性第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-17 程序 1 程序 2 程序 n 数据 n 数据 2 数据 1 存取方

15、法 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-181.2.3 数据库系统阶段数据库系统阶段 需要：需要：数据管理需要越来越多、规模越来越大，多种应用、数据管理需要越来越多、规模越来越大，多种应用、多种语言互相覆盖，共享要求越来越大。多种语言互相覆盖，共享要求越来越大。 硬件：硬件：大容量硬盘，硬件价格下降。大容量硬盘，硬件价格下降。 软件：软件：软件价格上升，编制和维护成本增加。软件价格上升，编制和维护成本增加。 处理方式：处理方式：联机实时处理多，分布处理需求。联机实时处理多，分布处理需求。 文件系统已无法满足要求，数据库系统应运而生。文

16、件系统已无法满足要求，数据库系统应运而生。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-191. 1. 数据库系统的特点数据库系统的特点(1) 数据结构化数据结构化 文件系统文件系统 一般是为某个特定应用服务的。一般是为某个特定应用服务的。 管理数据的能力较差，一般只是将本程序需要的数据存放在管理数据的能力较差，一般只是将本程序需要的数据存放在数据文件中。数据文件中。 一般只考虑数据本身，数据之间无联系。一般只考虑数据本身，数据之间无联系。 数据库系统数据库系统 从一个组织全部应用的角度，全面考虑并集成数据的结构。从一个组织全部应用的角度，全面

17、考虑并集成数据的结构。 不仅能反映数据本身，而且还能反映数据之间的联系。不仅能反映数据本身，而且还能反映数据之间的联系。 数据之间的联系通过存取路径实现。数据之间的联系通过存取路径实现。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-20例：例：一个简单的教学数据库系统一个简单的教学数据库系统学生学生( (学号学号, ,姓名姓名, ,性别性别, , 出生日期出生日期, ,党派党派, ,籍贯籍贯, ,系号系号) )家庭成员家庭成员( (学号学号, ,姓名姓名, ,性别性别, ,与本人关系与本人关系, ,单位单位, ,职务职务) )奖惩奖惩( (学号

18、学号, ,时间时间, ,类别类别, ,事由事由, ,级别级别) )学历学历( (学号学号, ,时间时间, ,学校学校, ,性质性质) )系系( (系号系号, ,系名系名, ,地址地址, ,电话电话, ,系主任系主任) )课程课程( (课号课号, ,课程名课程名, ,学时学时, ,学分学分, ,性质性质) )选课选课( (学号学号, ,课号课号, ,教师号教师号, ,成绩成绩) )教师教师( (教师号教师号, ,姓名姓名, ,职称职称, ,系号系号) )该系统由一个主记录文件和若干个详细记录文件组成该系统由一个主记录文件和若干个详细记录文件组成, ,各记录各记录文件存在着联系。文件存在着联系。第

19、1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-21第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-22(2) (2) 数据的共享性高、冗余度低、易扩充、避免不一致性数据的共享性高、冗余度低、易扩充、避免不一致性 共享性高共享性高 数据是从整体角度看待和描述的，可以被多个用户、多个应数据是从整体角度看待和描述的，可以被多个用户、多个应用共享。用共享。 冗余度低冗余度低 相同的数据不必重复存放，大大减少了数据的冗余度，节约相同的数据不必重复存放，大大减少了数据的冗余度，节约存储空间避免数据之间的不一致性

20、。存储空间避免数据之间的不一致性。 易扩充、易修改易扩充、易修改 在增加、修改或删除数据时，只是在一部分数据上进行的，在增加、修改或删除数据时，只是在一部分数据上进行的，可以减少操作量。可以减少操作量。 避免数据不一致避免数据不一致 数据修改只在部分数据进行。数据修改只在部分数据进行。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-23User A(SQL)User D(FORTRAN)User B(C )User C(COBOL)DB数据库共享数据库共享第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide

21、1-24(3) 数据独立性高数据独立性高 数据独立性数据独立性 数据与应用程序之间相互依赖的程度数据与应用程序之间相互依赖的程度 数据独立性包括：数据独立性包括：逻辑独立性和物理独立性逻辑独立性和物理独立性 数据逻辑独立性数据逻辑独立性 在全局逻辑结构与局部逻辑结构之间有一种映象，当全局逻在全局逻辑结构与局部逻辑结构之间有一种映象，当全局逻辑结构发生变化时，通过修改该映象，可以使局部逻辑结构辑结构发生变化时，通过修改该映象，可以使局部逻辑结构不改变，而用户程序是根据局部逻辑结构编写的，所以不必不改变，而用户程序是根据局部逻辑结构编写的，所以不必修改用户程序。修改用户程序。 数据物理独立性数据物

22、理独立性 在全局逻辑结构与存储结构之间有一种映象，当存储结构发在全局逻辑结构与存储结构之间有一种映象，当存储结构发生变化时，通过修改该映象，可以使全局逻辑结构不改变，生变化时，通过修改该映象，可以使全局逻辑结构不改变，由此不必修改局部逻辑结构，所以不必修改用户程序。由此不必修改局部逻辑结构，所以不必修改用户程序。 数据独立性是通过数据库的三级逻辑结构实现的。数据独立性是通过数据库的三级逻辑结构实现的。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-25局部逻辑结构局部逻辑结构1局部逻辑结构局部逻辑结构n局部逻辑结构局部逻辑结构2全局逻辑结构全局逻

23、辑结构物理结构物理结构DataBase映象映象1映象映象2逻辑独立性逻辑独立性物理独立性物理独立性第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-26 三级逻辑结构：三级逻辑结构： 全局逻辑结构全局逻辑结构 描述数据库的整体结构。描述数据库的整体结构。 局部逻辑结构局部逻辑结构 描述某一用户观点的数据集合。描述某一用户观点的数据集合。 物理结构物理结构 描述数据的物理存储。描述数据的物理存储。 两种映象：两种映象： 全局逻辑结构与局部逻辑结构映象全局逻辑结构与局部逻辑结构映象 逻辑独立性逻辑独立性 全局逻辑结构与物理结构映象全局逻辑结构与物理结构

24、映象 物理独立性物理独立性 这两种独立性将数据的定义从程序中分离出去，再用这两种独立性将数据的定义从程序中分离出去，再用DBMSDBMS管管理数据，简化了应用程序的编制，方便了应用程序的修改和理数据，简化了应用程序的编制，方便了应用程序的修改和维护。维护。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-27(4)(4)数据由数据由DBMSDBMS统一管理和控制统一管理和控制 数据库中的数据是共享的。数据库中的数据是共享的。 单用户系统单用户系统 数据在不同时间内被不同用户共享。数据在不同时间内被不同用户共享。 多用户或分布系统多用户或分布系统 数

25、据在同一时间被不同用户共享（并发操作）。数据在同一时间被不同用户共享（并发操作）。 因此，必须有一种机制，保证数据的安全性、完整性、并发控因此，必须有一种机制，保证数据的安全性、完整性、并发控制和数据库恢复等。制和数据库恢复等。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-28 数据的安全性数据的安全性 保护数据，防止非法使用造成数据泄密保护数据，防止非法使用造成数据泄密( (保密保密) )和破坏和破坏( (保护保护) )。 数据的完整性数据的完整性 数据的数据的正确性、有效性和相容性。正确性、有效性和相容性。 并发控制并发控制 多个用户同时存

26、取、修改数据时，防止可能发生因相互干扰多个用户同时存取、修改数据时，防止可能发生因相互干扰导致错误的结果或使数据库被破坏。导致错误的结果或使数据库被破坏。 数据库恢复数据库恢复 计算机运行过程中可能会发生各种故障，影响数据的正确性，计算机运行过程中可能会发生各种故障，影响数据的正确性，甚至导致数据库中部分数据或全部数据丢失。这就要求有一甚至导致数据库中部分数据或全部数据丢失。这就要求有一种机制，使数据库从错误的状态恢复到正确的状态或某一时种机制，使数据库从错误的状态恢复到正确的状态或某一时刻正确状态。刻正确状态。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29

27、Slide1-29(5) (5) 数据存取最小单位是数据项数据存取最小单位是数据项 文件系统按记录存取，数据库系统一次可以存取一个数据项，文件系统按记录存取，数据库系统一次可以存取一个数据项，也可以存取几个记录的若干个数据项，既增加了数据存取的也可以存取几个记录的若干个数据项，既增加了数据存取的灵活性，又实现了数据的保护和保密。灵活性，又实现了数据的保护和保密。例如：例如：一个简单的学生一个简单的学生课程数据库系统课程数据库系统 全局逻辑结构全局逻辑结构学生学生( (学号学号, ,姓名姓名, ,性别性别, ,系号系号, ,出生日期出生日期, ,党派党派) )课程课程 ( (课程号课程号, ,课

28、名课名, ,学时学时, ,学分学分, ,性质性质) )选课选课 ( (学号学号, ,课号课号, ,教师号教师号, ,成绩成绩) )教师教师 ( (教师号教师号, ,姓名姓名, ,职称职称, ,系号系号) ) 局部逻辑结构局部逻辑结构成绩成绩( (学号学号, ,姓名姓名, ,课程名课程名, ,成绩成绩, ,教师姓名教师姓名, ,学时学时) )第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-30第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-31第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系

29、郑晓霞2022-4-29Slide1-321.2.4 常见的数据库产品常见的数据库产品 visual FoxPro SQL Server DB2 Oracle Sysbase PowerBuilder Informix Ingres第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-331.2.5 数据库的新技术数据库的新技术 分布式数据库分布式数据库 并行数据库并行数据库 工程数据库工程数据库 多媒体数据库多媒体数据库 知识库知识库 模糊数据库库模糊数据库库 数据挖掘与数据仓库数据挖掘与数据仓库 面向对象数据库技术面向对象数据库技术 C/S结构数据

30、库技术结构数据库技术 Web数据库技术数据库技术(ASP,JSP)第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-341.3 概念模型与数据模型概念模型与数据模型 数据库是某个组织所涉及的数据的集合。数据库是某个组织所涉及的数据的集合。 数据库不仅仅能表示数据本身，还能反映数据之间的联系。数据库不仅仅能表示数据本身，还能反映数据之间的联系。 在进行数据库逻辑设计时，首先需要将客观世界中的在进行数据库逻辑设计时，首先需要将客观世界中的信息信息及及其内在其内在联系联系用一种形式表现出来，然后将这种表示用具体数用一种形式表现出来，然后将这种表示用具体数

31、据库的据库的数据模型数据模型实现。实现。 用于描述客观世界的模型叫用于描述客观世界的模型叫概念模型概念模型或或信息模型信息模型 用于在计算机内部表示概念模型的叫用于在计算机内部表示概念模型的叫数据模型数据模型。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-35概念模型与数据模型概念模型与数据模型 客观世界客观世界 信息世界信息世界 机器世界机器世界 认识，抽象认识，抽象 转换转换 客观存在客观存在 概念模型概念模型 数据模型数据模型 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-361.3.1

32、概念模型及其表示方法概念模型及其表示方法 在设计数据库应用系统之前，应认真研究系统中需要使用的在设计数据库应用系统之前，应认真研究系统中需要使用的数据及数据之间的联系。数据及数据之间的联系。 现实世界是错综复杂的，描述现实世界有许多方法，概念模现实世界是错综复杂的，描述现实世界有许多方法，概念模型是其中的一种。型是其中的一种。 概念模型是用于将现实世界进行抽象的一种表示建模的方法，概念模型是用于将现实世界进行抽象的一种表示建模的方法，是数据库设计人员与用户进行交流的一种语言。是数据库设计人员与用户进行交流的一种语言。 概念模型要具有较强的语义表达能力，能方便、直接地表达概念模型要具有较强的语义

33、表达能力，能方便、直接地表达应用系统中的各种语义知识，并要求表示简单，易于理解。应用系统中的各种语义知识，并要求表示简单，易于理解。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-371. 三个世界三个世界(1)(1)客观世界客观世界 客观世界研究的是客观世界研究的是对象对象。 对象是具体事务细和抽象概念的总和。对象是具体事务细和抽象概念的总和。 组成客观世界的细胞称为组成客观世界的细胞称为事务事务。 人们对事务的认识是通过事务的人们对事务的认识是通过事务的特征特征进行的。进行的。人人具体的人具体的人表示人的特征表示人的特征第1章 数据库系统概述

34、 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-38(2)(2)信息世界信息世界 对客观世界中的事务进行认识，经过选择、命名、分类后进对客观世界中的事务进行认识，经过选择、命名、分类后进入信息世界。入信息世界。 信息世界中的概念：信息世界中的概念： 实体实体EntityEntity 客观世界中存在并可相互区分的事务。客观世界中存在并可相互区分的事务。 实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念。 属性属性AttributeAttribute 实体所具有的某一特征。实体所具有的某一特征。 一个实体由若干个属性描述。一个

35、实体由若干个属性描述。键键( (码码) ) KeyKey 唯一标识实体的属性集。唯一标识实体的属性集。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-39域域 DomainDomain 属性的取值范围属性的取值范围属性是个变量，属性值是变量的取值，域是变量的取值范围。属性是个变量，属性值是变量的取值，域是变量的取值范围。实体型实体型 Entity TypeEntity Type 用实体名和属性名来抽象和描述实体的框架用实体名和属性名来抽象和描述实体的框架实体集实体集 Entity Set 同一类型实体的集合同一类型实体的集合联系联系 Relati

36、on 现实世界中的事务不是独立存在的，而是相互联系的。现实世界中的事务不是独立存在的，而是相互联系的。 联系有两种：联系有两种： 实体内部各属性之间的联系实体内部各属性之间的联系 实体之间的联系实体之间的联系 概念模型的联系是指实体之间的联系。概念模型的联系是指实体之间的联系。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-40(3)(3)数据世界数据世界 将信息世界中的概念转换成计算机内部表示，就进入了数据将信息世界中的概念转换成计算机内部表示，就进入了数据世界或称机器世界。世界或称机器世界。 客观世界客观世界 信息世界信息世界 数据世界数据世

37、界 对象对象 实体集合实体集合 文件文件 事务事务 实体实体 记录记录 特征特征 属性属性 数据项数据项 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-41 客观世界客观世界 信息世界信息世界 数据世界数据世界对象对象事务事务记录记录文件文件属性属性实体实体实体集合实体集合特征特征数据项数据项第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-422.2.实体之间的联系实体之间的联系 一对一联系一对一联系 (1:1)(1:1)例如：例如：学校和校长，丈夫和妻子等。学校和校长，丈夫和妻子等。 一对多联系

38、（一对多联系（1:n1:n）例如：例如：班级和学生，单位和职工等。班级和学生，单位和职工等。 多对多联系多对多联系 (m:n)(m:n)例如：例如：教师和学生，学生和课程等。教师和学生，学生和课程等。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-43 1:1 联系 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 b5 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-44 1:n 联系 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 b5 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑

39、晓霞2022-4-29Slide1-45 m:n 联系 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 b5 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-463. 概念模型的表示方法概念模型的表示方法实体联系方法实体联系方法 E-RE-R 图图Entity_Relationship ApproachEntity_Relationship Approach（ P.P.Chen 1976 P.P.Chen 1976 ）(1) (1) E-RE-R图的表示方法图的表示方法 实体型：实体型： 联系：联系： 属性：属性：姓名姓名学生学生学习学习第1章

40、数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-47(2)(2)联系的几种形式联系的几种形式 两个实体之间的联系两个实体之间的联系 学校学校校长校长管理管理班级班级学生学生课程课程学生学生组织组织选课选课分数分数1mn11n第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-48(2)(2)多个实体联系多个实体联系 (3)(3)一个实体内部联系一个实体内部联系 学生学生课程课程教学教学教师教师职工职工领导领导分数分数mn1pn第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Sl

41、ide1-49例：例：一个简单的教学数据库系统的一个简单的教学数据库系统的E-RE-R图图学生学生( (学号学号, ,姓名姓名, ,性别性别, , 出生日期出生日期, ,党派党派, ,籍贯籍贯, ,系号系号) )家庭成员家庭成员( (学号学号, ,姓名姓名, ,性别性别, ,与本人关系与本人关系, ,单位单位, ,职务职务) )奖惩奖惩( (学号学号, ,时间时间, ,类别类别, ,事由事由, ,级别级别) )学历学历( (学号学号, ,时间时间, ,学校学校, ,性质性质) )系系( (系号系号, ,系名系名, ,地址地址, ,电话电话, ,系主任系主任) )课程课程( (课号课号, ,课名

42、课名, ,学时学时, ,学分学分, ,性质性质) )选课选课( (学号学号, ,课号课号, ,教师号教师号, ,成绩成绩) )教师教师( (教师号教师号, ,姓名姓名, ,职称职称, ,领导号领导号, ,系号系号) )第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-50学生学生奖惩奖惩家庭成员家庭成员学历学历教师教师课程课程系系经历经历管理管理获得获得拥有拥有选课选课工作工作nmn1n1nn1n1p1成绩成绩领导领导n1第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-51学生学生籍贯籍贯党派党派出生

43、日期出生日期性别性别姓名姓名学号学号课程课程学号学号性质性质学分学分学时学时课名课名第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-521.3.3 1.3.3 数据模型数据模型数据库的数据模型由三部分组成：数据库的数据模型由三部分组成： 数据结构数据结构 数据操作数据操作 数据完整性约束数据完整性约束称为数据模型的三要素称为数据模型的三要素第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-531. 1. 数据结构数据结构 描述存储在数据库中的对象类型的集合。描述存储在数据库中的对象类型的集合。 对数据

44、库系统的静态结构描述。对数据库系统的静态结构描述。 数据结构包括两部分：数据结构包括两部分： 数据类型、内容、性质、取值范围等。数据类型、内容、性质、取值范围等。 在不同的数据模型中，数据结构的表示方法不同。在不同的数据模型中，数据结构的表示方法不同。 数据之间的联系。数据之间的联系。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-542.2.数据操作数据操作 描述对数据库中各种对象的型和值所允许的操作集合。描述对数据库中各种对象的型和值所允许的操作集合。 对数据库系统的动态结构描述。对数据库系统的动态结构描述。 数据操作包括两大类：数据操作包括

45、两大类： 检索检索 更新（插入、修改和删除）更新（插入、修改和删除） 数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则（优先级等）及实现操作的语言等。则（优先级等）及实现操作的语言等。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-553. 数据的完整性约束数据的完整性约束 数据的完整性约束是一组完整性规则的集合。数据的完整性约束是一组完整性规则的集合。 完整性限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以完整性限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确性、有效性和相容性

46、。保证数据的正确性、有效性和相容性。 完整性主要有三类：完整性主要有三类： 实体完整性实体完整性 参照完整性参照完整性 用户定义完整性用户定义完整性 实体完整性和参照完整性是任何数据库都必须满足的。实体完整性和参照完整性是任何数据库都必须满足的。 用户定义完整性是根据用户的具体要求定义的。用户定义完整性是根据用户的具体要求定义的。 数据库数据库系统应不仅能设置完整性，还能执行完整性约束条件。系统应不仅能设置完整性，还能执行完整性约束条件。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-561.4 常见的数据模型常见的数据模型 目前，常见的数据模型

47、有四种：目前，常见的数据模型有四种： 层次模型层次模型(Hierarchical Model)(Hierarchical Model) 网状模型网状模型(Network Model)(Network Model) 关系模型关系模型(Relational Model)(Relational Model) 面向对象模型面向对象模型(Object Oriented Model)(Object Oriented Model) 层次模型和网状模型称为非关系模型。层次模型和网状模型称为非关系模型。 非关系模型在非关系模型在 20 20 世纪世纪 80 80 年代初以前非常流行，目前已逐年代初以前非常流行，

48、目前已逐渐被关系模型和面向对象模型所取代。但由于开发较早，有渐被关系模型和面向对象模型所取代。但由于开发较早，有些多非关系模型的数据库系统仍在使用。些多非关系模型的数据库系统仍在使用。 我国引进数据库技术较晚，因此一般多使用关系数据库。我国引进数据库技术较晚，因此一般多使用关系数据库。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-571.4.1 层次模型（要求一般了解）层次模型（要求一般了解）层次模型是层次数据库采用的数据模型，是最早出现的数据层次模型是层次数据库采用的数据模型，是最早出现的数据模型。模型。层次数据库的典型代表是层次数据库的典型

49、代表是IBM的的IMS(Information Management System)。1. 数据结构数据结构 层次模型采用树形结构，满足下面层次模型采用树形结构，满足下面两个条件两个条件： 有且仅有一个结点无双亲，称根结点；有且仅有一个结点无双亲，称根结点； 除根结点外，其他结点有且仅有一个双亲结点。除根结点外，其他结点有且仅有一个双亲结点。R1R2R3R4R6R5R7第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-58学校学校产业产业部处部处学院学院中心中心系系实验室实验室教研室教研室某大学机构层次模型某大学机构层次模型(部分部分)学校学校研院

50、研院航院航院计院计院计工程系计工程系计基础系计基础系硬件教研室硬件教研室软件教研室软件教研室张三张三李四李四王五王五某大学机构层次模型实例某大学机构层次模型实例(部分部分)第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-592. 2. 数据操纵和完整性约束数据操纵和完整性约束 插入：插入：没有双亲结点不能插入子女结点。没有双亲结点不能插入子女结点。 删除：删除：删除双亲结点，同时删除子女结点。删除双亲结点，同时删除子女结点。 修改：修改：应修改所有记录，以免出现数据不一致。应修改所有记录，以免出现数据不一致。 查询：查询：通过存取路径实现。通过存

51、取路径实现。3. 特点特点 优点：优点： 结构简单，完整性好，适用于实体之间联系固定且预先定义结构简单，完整性好，适用于实体之间联系固定且预先定义好的应用系统。好的应用系统。 缺点：缺点： 应用范围有限，插入和删除限制较多、查询子女结点必须通应用范围有限，插入和删除限制较多、查询子女结点必须通过双亲结点。过双亲结点。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-601.4.2网状模型网状模型（要求一般了解）（要求一般了解） 层次模型是网状模型的特例。层次模型是网状模型的特例。 网状数据库的典型代表是网状数据库的典型代表是DBTG，该系统是美国数

52、据系统语言，该系统是美国数据系统语言协商会协商会CODASYL下设的数据库任务组下设的数据库任务组DBTG提出的一个系统提出的一个系统方案，而不是一个实际的数据库系统。方案，而不是一个实际的数据库系统。 该方案建立了许多数据库的概念和原则，该方案建立了许多数据库的概念和原则，70年代产生许多网年代产生许多网状数据库，如状数据库，如IDS/2，IMAGE，IDMS，DMS1100等。等。1. 数据结构数据结构 满足下列条件的基本层联系的集合称为网状数据库：满足下列条件的基本层联系的集合称为网状数据库： 可以有一个以上结点无双亲；可以有一个以上结点无双亲； 至少有一个以上结点有多于一个双亲。至少有

53、一个以上结点有多于一个双亲。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-61R1R2R3R4R1R3R2R4R3R2R1R5第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-622. 特点特点 优点优点 能比较直接地描述客观世界，存取效率高、性能好。能比较直接地描述客观世界，存取效率高、性能好。 缺点缺点 结构复杂，不容易掌握。结构复杂，不容易掌握。 数据查询必须通过存取路径。数据查询必须通过存取路径。第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-

54、631.4.3 关系模型关系模型 关系模型是关系模型是IBM公司的公司的San Jose研究所的研究员研究所的研究员E.F.Codd在在1970年首先提出来的。年首先提出来的。 他发表了一系列文章，开创了关系方法和关系数据理论研究，他发表了一系列文章，开创了关系方法和关系数据理论研究，1981年获年获ACM图灵奖。图灵奖。1. 数据结构数据结构 关系模型是通过满足一定条件的关系模型是通过满足一定条件的二维表格二维表格，来表示实体集合，来表示实体集合及数据之间联系的一种数据模型。及数据之间联系的一种数据模型。 具有坚实的具有坚实的数学基础数学基础和较和较严密的理论严密的理论，使用灵活方便使用灵活

55、方便，得到，得到了迅速发展，了迅速发展，80年代以后的数据库系统几乎都支持关系模型。年代以后的数据库系统几乎都支持关系模型。 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-64例：一个例：一个学生学生关系关系学生学生(学号学号,姓名姓名,性别性别,出生日期出生日期,专业专业)计算机计算机1982.12.03男男张伟张伟01031103计算机计算机1983.05.23女女李小莉李小莉01031102计算机计算机1982.02.18男男王小明王小明01031101专业专业出生日期出生日期性别性别姓名姓名学号学号关系名关系名属性名属性名记录，记录，元

56、组元组数据项，分量数据项，分量码码学生学生第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-65关系的术语：关系的术语： 关系：一张二维表格关系：一张二维表格 元组：表中的一行元组：表中的一行 属性：表中的一列，每个属性有一个属性名属性：表中的一列，每个属性有一个属性名 主键主键( (码码) )：唯一标识一个元组的属性组：唯一标识一个元组的属性组 域：属性的取值范围域：属性的取值范围 分量：元组的一个属性值分量：元组的一个属性值 关系模式：对关系的描述，表示为：关系模式：对关系的描述，表示为： 关系名关系名（属性属性1 1，属性，属性2 2，,属性

57、属性n n）例：例： 学生学生( (学号，姓名，性别，出生日期，专业学号，姓名，性别，出生日期，专业）第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-662. 2. 数据操纵数据操纵 关系操作是集合操作，只需指出要干什么，不必指出怎么干，关系操作是集合操作，只需指出要干什么，不必指出怎么干，不必指出存取路径。不必指出存取路径。 关系的查询、插入、删除和修改操作都必须满足完整性约束关系的查询、插入、删除和修改操作都必须满足完整性约束条件。条件。3.3.完整性约束完整性约束 实体完整性实体完整性 参照完整性参照完整性 用户定义完整性用户定义完整性4.

58、 4. 存储结构存储结构 一个一个实体用一个表表示实体用一个表表示 一个联系也用一个表来表示一个联系也用一个表来表示 每个表一般对应一个文件。每个表一般对应一个文件。注意：注意：在关系数据库理论中，在关系数据库理论中，关系关系就是就是表表 有些资料将有些资料将联系联系称为称为关系关系。 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29Slide1-675.5.关系模型优缺点关系模型优缺点 优点：优点： 理论基础扎实：集合论，关系数据理论理论基础扎实：集合论，关系数据理论 概念单一概念单一: : 实体用关系表示，联系也用关系表示。实体用关系表示，联系也用关系表示

59、。 存取路径对用户是透明的。存取路径对用户是透明的。 规范化：最基本的要求是每一个属性不可再分割。规范化：最基本的要求是每一个属性不可再分割。 数据用表表示，查询结果也用表表示。表是一个集合，查询数据用表表示，查询结果也用表表示。表是一个集合，查询结果也是一个集合，操作简单，用户不必知道存取路径。结果也是一个集合，操作简单，用户不必知道存取路径。 缺点：缺点： 效率不如非关系模型，因此需要进行查询优化，这样增加了效率不如非关系模型，因此需要进行查询优化，这样增加了DBMSDBMS自身的开发难度。自身的开发难度。 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞2022-4-29

60、Slide1-681.5 数据库系统数据库系统 内部结构（从数据库管理系统角度看数据结构）内部结构（从数据库管理系统角度看数据结构） 三级模式（外模式、模式和内模式）三级模式（外模式、模式和内模式） 外部结构（从最终用户角度看数据结构）外部结构（从最终用户角度看数据结构） 集中式结构集中式结构 分布式结构分布式结构 客户客户/ /服务器结构服务器结构（C Client/lient/S Servererver） 浏览器浏览器/ /服务器结构服务器结构（B Browser/rowser/S Servererver） 并行结构并行结构 第1章 数据库系统概述 黑龙江工程学院计算机科学与技术系 郑晓霞