数据库技术与应用—SQL_Server_2008(第2版)第1章_数据库基础知识

1、第一章第一章 数数据据库库基基础础知知识识本章主要内容本章主要内容l一、数据库、数据库管理系统与数据库系统一、数据库、数据库管理系统与数据库系统 l二、数据库技术的产生与发展二、数据库技术的产生与发展 l三、数据库系统的组成与结构三、数据库系统的组成与结构 l四、数据库系统的作用与特点四、数据库系统的作用与特点 l五、数据模型五、数据模型 l六、概念模型六、概念模型 一、一、数据库、数据库管理系统与数据库系统 l什么是数据库（什么是数据库（DatabaseDatabase，DBDB） 1. 存放数据的仓库 2. 存在于计算机的存储设备上 3. 数据是按照一定的数据模型组织的一组相关数据的集合4

2、. 数据可以被共享l数据库是长期存储在计算机内，有组织的、大量的、可共享的数据集合。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，并可为用户共享。一、一、数据库、数据库管理系统与数据库系统l什么是数据库管理系统（什么是数据库管理系统（Database Management SystemDatabase Management System，DBMSDBMS） 数据分为两种： 1. 用户可以直接使用的数据； 2. 有关数据库的定义信息数据，如数据库的名称，表的定义，数据库用户名及密码、权限等。 问题1：如何建立一个容器，来存放数据？问题2：如何把数据

3、装入容器？问题3：如何从1万条数据中，挑选出1千条数据进行排序？数据库管理系统（数据库管理系统（DBMSDBMS） 一、一、数据库、数据库管理系统与数据库系统l什么是数据库管理系统（什么是数据库管理系统（Database Management SystemDatabase Management System，DBMSDBMS） 1. DBMS是指数据库系统中对数据进行管理的软件系统软件系统，它是数据库系统的核心组成部分，数据库系统的一切操作，包括查询、更新及各种控制，都是通过DBMS进行的。 2. DBMS是基于数据模型数据模型的，根据所采用数据模型的不同，DBMS可以分成网状型、层次型、关系

4、型、面向对象型等。 3. DBMS的主要目标是使数据成为一种可管理的资源可管理的资源。 一、一、数据库、数据库管理系统与数据库系统l什么是数据库系统（什么是数据库系统（Database SystemDatabase System，DBS DBS ） 1. 数据库2. 数据库管理系统，及其开发工具3. 应用系统4. 数据库管理员（Database Administrator，DBA） 以及其他相关数据人员一、一、数据库、数据库管理系统与数据库系统l什么是数据库系统（什么是数据库系统（Database SystemDatabase System，DBS DBS ） 1. 数据库2. 数据库管理系统

5、，及其开发工具3. 应用系统4. 数据库管理员（Database Administrator，DBA） 以及其他相关数据人员应用系统用户用户应用开发工具数据库管理员数据库管理系统数据库操作系统用户二、数据库技术的产生与发展 l2.12.1人工管理阶段（人工管理阶段（2020世纪世纪5050年代中期以前年代中期以前 ）硬件条件：硬件条件：外存只有纸带、卡片、磁带，没有磁盘等直接存取的存储设备。软件条件：软件条件：没有操作系统，没有管理数据的软件。人工管理阶段特点：人工管理阶段特点：（1）数据不保存（2）应用程序管理数据（3）数据不共享 （4）数据不具有独立性 二、数据库技术的产生与发展 l2.2

6、2.2文件系统阶段（文件系统阶段（2020世纪世纪5050年代后期到年代后期到6060年代中期）年代中期） 硬件条件：硬件条件：已有了磁盘、磁鼓等直接存储设备软件条件：软件条件：操作系统中已有了专门的数据管理软件文件系统。文件系统阶段特点：文件系统阶段特点： （1）数据可以长期保存 （2）由文件系统管理数据 （3）数据共享性差，冗余度大 （4）数据独立性差 二、数据库技术的产生与发展 l2.32.3数据库系统阶段（数据库系统阶段（2020世纪世纪6060年代后期年代后期 ）硬件条件：硬件条件：已有大容量磁盘，硬件价格下降；软件条件：软件条件：软件价格上升，为编制和维护系统软件及应用程序所需的成

7、本相对增加。以文件系统作为数据管理手段已经不能满足应用的需求。出现了统一管理数据的专用软件系统数据库管理系统，以满足多用户、多应用共享数据的需求，使数据为尽可能多的应用服务，数据库技术便应运而生。二、数据库技术的产生与发展 l2.32.3数据库系统阶段数据库系统阶段 数据库是以数据为中心组织数据，减少了数据的冗余，提供更高的数据共享能力。程序和数据具有了较高的独立性，降低了应用程序研制与维护的费用。二、数据库技术的产生与发展 l2.42.4高级数据库阶段（高级数据库阶段（2020世纪世纪8080年代年代以后）分布式数据库系统分布式数据库系统数据物理上分布在不同地方，但逻辑上是一个整体各个分散的

8、数据库既可以执行局部应用（访问本地数据库），又可以执行全局应用（访问异地数据库）各分散的计算机由数据通信网络相连，任务处理可以寻求其他数据库和计算机支持二、数据库技术的产生与发展 l2.42.4高级数据库阶段（高级数据库阶段（2020世纪世纪8080年代年代以后）对象数据库系统对象数据库系统对象数据库模型能完整地描述现实世界的数据结构，能表达数据间嵌套、递归等关系。具有面向对象技术的封装性（把数据与操作定义在一起）和继承性（继承数据结构和操作）的特点，提高了软件的可重用性。二、数据库技术的产生与发展 l2.42.4高级数据库阶段（高级数据库阶段（2020世纪世纪8080年代年代以后）网络数据库

9、系统网络数据库系统 C/S（客户机/服务器）结构的出现，使得人们可以更有效地使用计算机资源。但在网络环境中，如何隐藏各种复杂性，这就要使用中间件。 中间件是网络环境中保证不同的操作系统、通信协议和DBMS之间进行对话、互操作的软件系统。其中涉及到数据访问的中间件，就是20世纪90年代提出的ODBC和JDBC技术。 三、数据库系统的组成与结构 l3.13.1数据库系统的组成数据库系统的组成（1 1）硬件平台）硬件平台要有足够大的内存，存放操作系统和DBMS的核心模块、数据库缓冲区和应用程序；足够大的磁盘等直接存取设备存放数据库数据足够的光盘、磁盘、磁带等作为数据备份介质连接系统的网络有较高的数据

10、传送率；较强处理能力的中央处理器（CPU）来保证数据处理的速度。三、数据库系统的组成与结构 l3.13.1数据库系统的组成数据库系统的组成（2 2）软件）软件 支持DBMS运行的操作系统DBMS，为数据库的建立、使用和维护配置的软件与数据库通信的高级程序语言及编译系统为特定应用环境开发的数据库应用系统三、数据库系统的组成与结构 l3.13.1数据库系统的组成数据库系统的组成（3 3）数据库管理员及其他相关人员）数据库管理员及其他相关人员数据库管理员（Database Administrator，DBA）决定数据库中的信息内容和结构；决定数据库的存储结构和存取策略；监控数据库的运行，及时处理数据

11、库系统运行过程中出现的问题；安全性管理，权限设置、完整性控制设置；数据库日常维护；管理数据库有关文档。系统分析员和数据库设计人员应用程序员用户三、数据库系统的组成与结构l3.2 3.2 数据库系统的结构数据库系统的结构数据库系统的三级模式与两级映像数据库系统的三级模式与两级映像三、数据库系统的组成与结构l3.2 3.2 数据库系统的结构数据库系统的结构三级模式三级模式概念模式（概念模式（Conceptual SchemaConceptual Schema），也称模式），也称模式对数据库中全局数据逻辑结构的描述，是全体用户公共的数据视图。这种描述是一种抽象描述，不涉及具体硬件环境与平台。外模式（

12、外模式（External SchemaExternal Schema），也称子模式或用户模式），也称子模式或用户模式数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用相关的数据的逻辑表示。 内模式（内模式（Internal SchemaInternal Schema），也称存储模式），也称存储模式数据物理结构和存储方式的描述，它定义所有的内部记录类型、索引和文件的组织形式，以及数据控制方面的细节，一个数据库只有一个内模式。三、数据库系统的组成与结构l3.2 3.2 数据库系统的结构数据库系统的结构二级映像二级映像 外模式外

13、模式/ /模式映像模式映像数据库的每一个外模式都有一个外模式/模式映像为了保证数据的逻辑独立性，应用程序一般是依据外模式编写的，因此应用程序也不必修改 模式模式/ /内模式映像内模式映像模式/内模式映像是唯一的为了保证数据的物理独立性，当数据库的存储结构改变时，由数据库管理员对模式/内模式映像做相应改变，可以使模式保持不变，应用程序也不必改变。四、数据库系统的作用与特点 l4.14.1数据库系统的作用数据库系统的作用促进数据标准化，方便数据控制。对数据进行集中控制，就能保证所有用户在同样的数据上操作，而且数据对所有部门具有相同的含义。数据的冗余减到最少，消除了数据的不一致性。加快应用系统开发速

14、度。程序员和系统分析员可以集中精力于应用的逻辑方面，而不必关心数据操纵和文件设计的细节。后援和恢复问题均由系统保证。方便系统维护升级。数据独立性使得修改数据库结构时尽量不损害已有的应用程序，使程序维护的工作量大为减少。保证数据安全。将数据和应用程序处理分开，对数据进行权限控制、数据备份等操作可以单独完成，提高数据安全性四、数据库系统的作用与特点l4.2 4.2 数据库系统的特点数据库系统的特点 （1）面向企业或部门，以数据为中心，供各应用程序共享。（2）数据结构化，采用一定的数据模型来表示数据结构。数据库正是通过数据逻辑间的联系，较好地反映了现实世界事物之间的自然联系。（3）数据冗余小、易修改

15、、易扩充。在数据库系统中，用户直接取数据库中的数据子集。不同的应用程序根据处理要求不同，从数据库中获取需要的数据，这样就减少了数据的重复存储，也便于增加新的数据结构，同时也利于维护数据的一致性。四、数据库系统的作用与特点l4.2 4.2 数据库系统的特点数据库系统的特点 （4）较高的数据独立性。数据独立性是数据库技术努力追求的目标。简单地说，就是令数据与程序无关，数据存储方式的改变不会影响应用程序。 （5）为用户提供方便的用户接口。数据库管理系统作为用户与数据库的接口，提供数据库定义、运行、维护等功能。用户可方便地开发和使用数据库。（6）对数据进行统一管理和控制，包括数据库的恢复、并发控制、数

16、据安全性和数据完整性，从而可以保证数据库中的数据是安全的、正确的和可靠的。五、数据模型l5.1 5.1 数据模型（数据模型（Data ModelData Model）的概念）的概念由于计算机不可能直接处理现实世界中的具体事物，因此必须把具体事物转换成计算机能够处理的数据数据模型是数据库中用来对现实世界进行抽象的工具，是数据库中用于提供信息表示和操作手段的形式构架，是现实世界的一种抽象模型。 它是现实世界数据特征的抽象。五、数据模型5.2 5.2 数据模型按不同的应用层次分为数据模型按不同的应用层次分为3 3种类型种类型概念数据模型（概念数据模型（conceptual data modelcon

17、ceptual data model）一种面向客观世界、面向用户的模型，与计算机平台、数据库管理系统无关。仅仅是将现实世界中的事物抽象到信息世界。概念模型是从现实世界到机器世界的一个中间层次。逻辑数据模型（逻辑数据模型（logic data modellogic data model）一种面向数据库系统的模型，它是概念模型到计算机之间的中间层次。概念模型只有在转换成逻辑模型之后才能在数据库中得以表示。目前，逻辑模型的种类很多，其中比较成熟的有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。五、数据模型5.2 5.2 数据模型按不同的应用层次分为数据模型按不同的应用层次分为3 3种类型种类型物理

18、数据模型（物理数据模型（physical data modelphysical data model）物理数据模型又称物理模型，它是一种面向计算机物理表示的模型，此模型是数据模型在计算机上的物理结构表示。六、概念模型 l6.1 6.1 概念模型概念模型是现实世界的第一层抽象独立于计算机系统概念模型用于建立信息世界的数据模型强调其语义表达能力，概念应该简单、清晰，易于用户理解。概念模型中最著名的是实体联系模型（Entity Relationship Model，ER模型）。六、概念模型l6.2 6.2 概念模型有以下特点概念模型有以下特点真实性。概念模型是对现实世界的抽象和概括，它必须真实地反映

19、现实世界中的事物及事物之间的联系。易理解性。概念模型是独立于机器的信息结构，容易被用户理解。设计人员可以用概念模型和不熟悉计算机的用户交换意见，使用户能积极参与数据库的设计工作，保证设计工作顺利进行。易修改性。应用环境和应用需求是经常改变的，概念模型应该容易修改和扩充。易转换性。概念模型应该容易向关系、网状、层次等各种数据模型进行转换。六、概念模型 l6.36.3实体联系模型（实体联系模型（Entity Relationship ModelEntity Relationship Model，ERER模型）模型）实体联系模型是PPChen于1976年提出的。这个模型直接从现实世界中抽象出实体类型

20、及实体间联系，然后用实体联系图（E-R图）表示数据模型。设计E-R图的方法称为E-R方法。E-R图是设计概念模型的有效工具。名词术语：名词术语：名词名词1 1实体实体现实世界中客观存在并可相互区分的事物叫做实体。实体可以是一个具体的人或物，如王伟、汽车等；也可以是抽象的事件或概念，如购买一本图书。六、概念模型 l6.36.3实体联系模型（实体联系模型（Entity Relationship ModelEntity Relationship Model，ERER模型）模型）名词名词2 2属性属性实体的某一特性称为属性。如学生实体有学号、姓名、年龄、性别、系等方面的属性。属性有“型”和“值”之分，

21、“型”即为属性名，如姓名、年龄、性别是属性的型；“值”即为属性的具体内容，如（990001，张立，20，男，计算机）；这些属性值的集合表示了一个学生实体。名词名词3 3实体型实体型若干个属性的型组成的集合可以表示一个实体的类型，简称实体型。如学生（学号，姓名，年龄，性别，系）就是一个实体型。六、概念模型 l6.36.3实体联系模型（实体联系模型（Entity Relationship ModelEntity Relationship Model，ERER模型）模型）名词名词4 4实体集实体集同型实体的集合称为实体集。如所有的学生、所有的课程等。名词名词5 5码码能唯一标识一个实体的属性或属性集

22、称为实体的码。如学生的学号可以作为码，学生的姓名可能有重名，不能作为学生实体的码。名词名词6 6域域属性值的取值范围称为该属性的域。如学号的域为6位整数，姓名的域为字符串集合，年龄的域为小于40的整数，性别的域为（男，女）。六、概念模型 l6.36.3实体联系模型（实体联系模型（Entity Relationship ModelEntity Relationship Model，ERER模型）模型）名词名词7 7联系联系两个实体型之间的联系有如下3种类型。（1）一对一联系（11）。实体集A中的一个实体至多与实体集B中的一个实体相对应，如：班级与班长，观众与座位。（2）一对多联系（1n）。实体集

23、A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，而实体集B中的一个实体至多与实体集A中的一个实体相对应，如：班级与学生、公司与职员、省与市。（3）多对多（mn）。实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，而实体集B中的一个实体与实体集A中的多个实体相对应，如：教师与学生,学生与课程六、概念模型 l6.36.3实体联系模型（实体联系模型（Entity Relationship ModelEntity Relationship Model，ERER模型）模型）E-RE-R图的图的4 4个基本成分个基本成分 矩形框，表示实体类型（研究问题的对象）。 菱形框，表示联系类型（实体间的联系）。 椭圆形

24、框，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。对于实体标识符的属性，在属性名下面画一条横线。 直线，联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连接，用来表示它们之间的联系，并在直线端部标注联系的种类（11、1n或mn）。六、概念模型 l6.36.3实体联系模型（实体联系模型（Entity Relationship ModelEntity Relationship Model，ERER模型）模型）【例【例1.11.1】为图书管理设计一个】为图书管理设计一个E-RE-R模型。读者从图书馆借模型。读者从图书馆借书，图书馆从出版社购书，书，图书馆从出版社购书，E-RE-R图的具体建立过程如下。图的具体建立过程如下。 确定实体类型。本问题有个实体类型：读者、书、出确定实体类型。本问题有个实体类型：读者、书、出版社。版社。确定联系类型。读者和书之间是确定联系类型。读者和书之间是m mn n联系，起名为联系，起名为“借借阅阅”，书和出版社之间是，书和出版社之间是11n n联系，起名为联系，起名为“订购订购”。把实体类型和联系类型组合成把实体类型和联系类型组合成E-RE-R图。图。六、概念模型 l6.36.3实体联