数据库技术基础

数据库原理与应用（Oracle版）使用数据库的必要性存储数据的方法第一种方法：用大脑来记住数据第二种方法：写在纸上第三种方法：写在计算机的内存中第四种方法：写成磁盘文件……人民邮电出版社2使用数据库的必要性“信息爆炸”面临的问题人民邮电出版社3存储信息爆炸访问共享安全使用数据库的必要性信息时代数据容量海量增长KB,MB,GB,TB,PB,EB,ZB,YB.....对数据进行分析和处理可以产生巨大的经济效益天气预报、电子商务、银行、股市传统的方法不能满足需求数据库可以解决这些问题人民邮电出版社4使用数据库的必要性数据库可以提供高效存储高效访问数据共享数据安全人民邮电出版社5数据库的地位数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。人民邮电出版社6课程目的如何科学地组织数据和存储数据的理论和方法；如何高效地检索数据和处理数据；如何既减少数据冗余，又能保证数据安全，实现数据共享的计算机应用技术。人民邮电出版社7人民邮电出版社8第1章数据库技术基础1.1数据、信息与数据处理1.2数据管理技术的发展1.3数据库系统的组成1.4数据模型1.5数据库系统的结构1.1数据、信息与数据处理数据(Data）和信息数据库（DB，Database）和数据库表数据库管理系统（DBMS,DatabaseManagementSystem）数据库系统（DBS，DatabaseSystem）人民邮电出版社91.1基本概念——数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象；数据的定义：描述事物的符号记录，是信息的符号表示，或称载体；数据的种类：数字、文本、图形、图像、声音、视频、学生的档案记录(40951001,王二小，男，1988，内蒙，tx1201)等。信息：数据的内涵，是数据的语义解释。数据处理：将数据转换成信息的过程，包括对数据收集、存储、分类、加工、检索、维护等一系列活动人民邮电出版社101.1基本概念——数据数据是信息的载体数据是信息的表述方式信息是从数据而来的知识人民邮电出版社11信息系统加工处理数据信息1.1基本概念——数据库

数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库的基本特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存以文件方式存储。常见数据库文件扩展名：MDF-SQLServer；MDB-Access；DBC-VFP（VisualFoxPro）可为各种用户共享冗余度较小数据独立性较高易扩展人民邮电出版社121.1基本概念——数据库管理系统数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）管理数据库的系统软件，是数据库系统的核心。位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。人民邮电出版社13操作系统DBMS应用软件开发工具应用系统硬件用户1.1基本概念——数据库管理系统DBMS的主要功能数据定义功能（DDL）数据操纵功能（DML）：CRUD数据库的事务管理和运行管理数据库的建立和维护功能人民邮电出版社141.1基本概念——数据库管理系统人民邮电出版社151.1基本概念——数据库系统数据库系统（DatabaseSystem，DBS）有管理数据库功能的计算机系统数据库系统是可运行、可维护的软件系统人民邮电出版社16关系？DBDBMS主机外存OS1.2数据管理技术的发展人工管理（20世纪50年代中期前）文件系统（20世纪50年代后期到60年代中期）数据库系统（20世纪60年代后期至今）1968,InformationManagementSystem,宿主语言系统1969,DatabaseTaskGroup,网状数据模型1970,IBMSanJose实验室E.F.Codd,关系型数据库系统人民邮电出版社171.2数据管理技术的发展（1）人工管理数据不保存应用程序管理数据数据不具有独立性和共享性人民邮电出版社18学生管理程序学生数据集合人事管理程序教工数据集合教务管理程序选课数据集合1.2数据管理技术的发展（2）文件系统阶段数据可以长期保存在外存储设备上由文件系统管理数据数据共享性差，冗余度大数据独立性差人民邮电出版社19学生管理程序学生数据文件人事管理程序教工数据文件教务管理程序选课数据文件文件管理系统简单、方便、低效率1.2数据管理技术的发展（2）文件系统阶段学生记录（学号，姓名，性别，系）教师记录（编号，姓名，系）课程记录（课程号，课程名，学分，教师）成绩记录（学号，姓名，课程名，成绩）查询学生李明的英语学习成绩和学分人民邮电出版社201.2数据管理技术的发展（2）文件系统阶段人民邮电出版社21外存储器数据输入程序数据输入程序数据文件数据文件1.2数据管理技术的发展（2）文件系统阶段人民邮电出版社22外存储器查询程序王强长沙市五一路10号1300240731-487451901090103查询程序例如：数据查询与报表1.2数据管理技术的发展（3）数据库系统阶段数据结构化并与程序分离数据的共享性高，冗余度低，易扩充（集中存储）数据独立性高数据由数据库管理系统统一控制人民邮电出版社23学生管理程序人事管理程序教务管理程序数据库管理系统数据库1.2数据管理技术的发展（3）数据库系统阶段——数据独立性高物理独立性用户的应用程序与数据库中数据相互独立。当数据的存储格式和组织方法改变时，不影响数据库的逻辑结构，从而不影响应用程序。逻辑独立性指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序不用改变。数据独立性由DBMS的二级映像功能来保证。人民邮电出版社241.2数据管理技术的发展第一代数据库60、70年代网状数据库层次数据库IBM公司的IMS层次结构数据库系统人民邮电出版社251.2数据管理技术的发展第二代数据库70、80年代关系模型数据库小型的：dBase、FoxPro、Access、Paradox中型的：SQLServer6.5大型的：DB2、ORACLE人民邮电出版社261.2数据管理技术的发展新一代数据库面向对象的数据库分布式数据库并行数据库图形图像数据库人民邮电出版社271.3数据库系统的组成数据库系统（DatabaseSystem，DBS）人民邮电出版社281.4数据模型人民邮电出版社29抽象转化信息世界（概念模型）机器世界（数据模型）现实世界（事物）概念模型→逻辑模型数据库设计人员完成现实世界→概念模型数据库设计人员完成逻辑模型→物理模型由DBMS完成1.4数据模型—三个世界术语间关系人民邮电出版社30

学生

学

号

姓

名

年龄

性别

籍贯学生1

100927杨明白22男

北京学生2

100652刘明24男

湖北学生3

101091李伟23男

山西学生4

100676王莹莹22女

四川实体↓属性↓

←

值1←

值2←

值3←

值4←记录型记录↓项↓机器世界信息世界↑事物

↑特征

现实世界用概念模型用数据模型

值1→

实体型→

值3→

值4→

值2→实体集1.4数据模型根据应用目的，模型分为两个层次：概念模型(信息模型)按用户的观点，独立于计算机实现的，只用来描述和组织所关心的信息结构的概念数据模型，强调语义数据库设计人员和用户之间进行交流的语言对应于信息世界数据模型按计算机系统的观点，直接面向计算机系统的，描述数据库中数据的逻辑结构的基本数据模型对应于数据世界（机器世界）包括逻辑模型和物理模型人民邮电出版社311.4数据模型数据模型逻辑模型：采用某一数据模型组织数据，如关系模型。物理模型：描述数据在系统内部的表示方式和存取方法概念模型概念模型用于信息世界的建模；是现实世界到机器世界的第一层抽象；是数据库设计的有力工具；数据库设计人员和用户之间进行交流的语言；人民邮电出版社321.4数据模型信息世界中的基本概念实体Entity：客观存在并相互区别的事物。具体的人、事、物，抽象的概念（订货）属性Attribute：实体或联系的特征。学生（学号，姓名，性别）关键字，键Key：唯一标识实体的属性或属性组域Domain：属性的取值范围。性别（男，女）实体型EntityType：实体名＋属性名集合实体集EntitySet：同型实体的集合联系Relationship：实体与实体之间的联系人民邮电出版社33设实体集

E1E21.4数据模型实体间的联系

实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。联系的类型：一对一联系记为1：1。如学校与校长间的联系一对多联系记为１：n。

如宿舍房间与学生的联系多对多联系记为m：n。

如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以受教于多个教师人民邮电出版社341.4数据模型实体间的联系人民邮电出版社35实体集A

实体集B

联系名 1 1 (a) 实体集A

实体集B

1 n (b) 实体集A

实体集B

m n (c) 联系名 联系名 1.4数据模型概念模型的一种表示方法E-R图提供了表示实体、属性和实体间联系的方法实体：矩形属性：椭圆联系：菱形人民邮电出版社36学生与课程间的联系学号

学生1.4数据模型人民邮电出版社37实体集间联系的表示:两实体集间多实体集间同一实体集内相同实体集间的两个联系职工E领导1n职工E领导1n职工中的M医生D病人P诊病1n护理mn1.4数据模型E-R模型实例人民邮电出版社38mn选修姓名学号出生日期课程号学分课程名成绩

学生课程1.4数据模型数据模型概念模型只是将现实世界的客观对象抽象为某种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，而对应于数据世界的模型则由数据模型描述。数据模型是表示实体类型和实体间联系的模型，是机器世界对现实世界中的数据和信息抽象、表示和处理。人民邮电出版社39数据模型数据世界记录,数据项信息世界实体,属性1.4数据模型数据模型用来形式化描述数据数据之间的联系数据语义和约束规则数据模型的组成要素数据结构数据操作数据完整性人民邮电出版社401.4数据模型数据结构的概念描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系数据结构描述的内容对象的数据类型、内容、性质，如关系模型中的属性与数据之间联系有关的对象人民邮电出版社411.4数据模型数据操作对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作及有关的操作规则，是对系统动态特性的描述数据操作的类型查询更新(包括插入、删除、修改)人民邮电出版社421.4数据模型数据的完整性约束一组完整性规则的集合。完整性规则：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库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。人民邮电出版社431.4数据模型最常用的数据模型非关系模型层次模型(HierarchicalModel)网状模型(NetworkModel)关系模型(RelationalModel)人民邮电出版社441.4数据模型层次模型层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型层次数据库系统的典型代表是IBM公司1968年推出的IMS（InformationManagementSystem）数据库管理系统层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系人民邮电出版社451.4数据模型层次模型通过树形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每个结点表示一个实体（型），箭头表示实体（型）间的联系（由父到子）。人民邮电出版社46树枝根1.4数据模型层次数据模型主要特点有且仅有一个根结点；每个非根结点有且仅有一个父(直接上层)结点。它最适合表示实体的一对多联系。人民邮电出版社47非根根1.4数据模型网状数据模型典型代表是DBTG系统：70年代由DBTG提出的一个系统方案奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术实际系统CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE人民邮电出版社481.4数据模型网状数据模型通过网状结构表示实体及联系。“网”中每个结点表示一个实体(型)，结点之间箭头表示实体(型)间的联系。网状数据模型主要特点：网状数据模型可能有多个根结点，某些非根结点可能有多个父结点，适合表示实体的多对多联系。人民邮电出版社49根多个父结点1.4数据模型网状数据模型适合复杂的关系最少的数据冗余算法复杂、专用优点:能直观、形象地描述实体及其联系，易于被人们所理解和掌握。缺点:数据结构较复杂，存储数据需要更多的链接指针；在检索数据时，需要考虑数据的存储路径；在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针人民邮电出版社501.4数据模型关系模型1970年美国IBM公司SanJose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型关系数据结构：规范化的二维表（关系）人民邮电出版社51编号姓名性别出生日期年级系名简历23101张伶俐女1991.1.12010通信系23102罗稼宛男1990.8.82010计算机23103黎达仁男1992.6.62010信安23104顾高粲男1992.5.52010电子23105黄丹秋女1992.6.182010通信系1.4数据模型关系模型一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二维表的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称为属性。学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生记录的一个字段。属性个数（n）称为关系的元。人民邮电出版社52属性信息值的集合9元关系1.4数据模型关系模型的组成关系数据结构单一的数据结构----关系现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示数据的逻辑结构----二维表从用户角度，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。关系操作集合插入、删除、修改、查询（选择、投影、连接、除、并、交、差）关系完整性约束实体完整性、参照完整性、域完整性、用户定义完整性人民邮电出版社531.4数据模型关系数据库就是一些相关的二维表和其他数据库对象的集合。在这个定义中明确，关系数据库中的所有信息都存储在二维表格中；一个关系数据库可能包含多个表；除了这种二维表外，关系数据库还包含一些其他对象，如视图等。北京科技大学通信工程系54数据表….…

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产品数据库表1.4数据模型1.关系是一张二维表，通常将一个无重复行、重复列的二维表看成一个关系，每个关系都有一个关系名。2.元组二维表的每一行在关系中称为元组。描述了现实世界中的一个实体或不同实体间的一种联系。3.属性二维表的每一列在关系中称为属性，每个属性都有一个属性名，各个属性的取值称为属性值。每个属性有一定的取值范围，称为值域。人民邮电出版社551.4数据模型4．域（Domain）关系中每个属性的值是有一定变化范围，每一个属性所对应的变化范围叫做属性的变域或简称域，它是属性值的集合，关系中所有属性的实际取值必须来自于它对应的域。5．分量一个元组在一个属性域上的取值称为该元组在此属性上的分量。人民邮电出版社561.4数据模型6．关系模式二维表的表头那一行称为关系模式，即一个关系的关系名及其全部属性名的集合。关系模式是概念模型中实体型及实体型之间联系的数据模型表示。一般表示为：关系名（属性名1，属性名2，……，属性名n）关系模式指出了一个关系的结构；而关系则是由满足关系模式结构的元组构成的集合。关系模式是稳定的、静态的，而关系则是随时间变化的、动态的。人民邮电出版社571.4数据模型举例人民邮电出版社58元组1元组2元组3元组4元组…行(元组)列(属性)同一关系1.4数据模型举例人民邮电出版社59学号姓名性别出生日期年级所在系101张三男1991.1.12009通信102李四男1992.5.52009电子103王娟女1992.5.152009计算机104周玲玲女1990.3.182009计算机105胡小斌男1992.4.252009通信学生表1.4数据模型7.候选码（Candidatekey）若关系中的某一属性或属性组合的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码在最简单的情况下，候选码只包含一个属性。在最极端的情况下，关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）人民邮电出版社601.4数据模型8.主码若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码（Primarykey）主码的各个属性称为主属性（Primeattribute）。不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性（Non-keyattribute）人民邮电出版社611.4数据模型10.外码如果关系中某个属性或属性组合并非码，但却是另一个关系的主码，则称此属性或属性组合为本关系的外码或外键(ForeignKey)。在关系数据库中，用外码表示两个表间的联系。人民邮电出版社62学号姓名性别所在系101张三男901102李四男902105胡小斌男901系编号系名系主任901通信王平902电子李义学生表所在系表PKPKFK1.4数据模型关系数据库的基本特征有坚实的理论基础（关系代数）几个元素组成的一个有序组称为一个元组，通常元组是用圆括号括起来的一些元素表示，元素间使用逗号分隔。例如(E001,钱达理,男,东风路78号)是元组的例子。在关系数据库中，可以把一个表的每一行看作一个元组。数据结构简单、易于理解对用户提供了较全面的操作支持得到了众多开发商的支持人民邮电出版社631.4数据模型三种模型比较人民邮电出版社64结构联系表示特点

联系方式效率与使用理论基础操作方式层次网络关系树图表1:n层次联系m:n间接联系m:n任意联系通过指针(或路经)通过指针(或路经)自然联系创建联系较高较难较高复杂较低容易无无关系理论过程式过程式非过程式1.5数据库系统结构概念模型的一种表示方法数据库系统内部结构从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构数据库系统外部结构从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为:单用户结构；客户/服务器结构；浏览器／应用服务器／数据库服务器多层结构等。人民邮电出版社651.5数据库系统结构数据库系统的三级模式结构为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，即外模式、模式和内模式。根据各类人员与数据库的不同关系，可把视图分为三种对应于用户的外部视图对应于应用程序员的概念视图对应于系统程序员的内部视图人民邮电出版社661.5数据库系统结构数据库系统的三级模式结构人民邮电出版社67外模式模式（概念模式或逻辑模式）内模式1.5数据库系统结构图书信息出版社名称字符型20书名字符型30作者姓名字符型20出版日期日期型

人民邮电出版社68作者著书信息作者姓名字符型20书名字符型30出版社出书类型出版社名称字符型20书名字符型30类型字符型1

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作者编号字符型5书号字符型6出版社编号字符型5

作者姓名字符型20书名字符型30出版社名称字符型20

通信地址字符型50类型字符型1城市字符型10

邮编字符型6价格货币

电话字符型11出版日期日期型

外模式模式内模式1.5数据库系统结构模式（Schema，也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关人民邮电出版社691.5数据库系统结构外模式（ExternalSchema）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）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示人民邮电出版社701.5数据库系统结构外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求外模式与应