第一章-数据库系统概述

第一章数据库系统概述

基本概念数据库技术发展历史数据库系统组成结构数据库管理系统数据模型数据库系统的发展重点

数据的基本概念数据库系统的特点

DBMS的主要功能

数据模型的组成要素

1.1基本概念

信息（information）数据(Data)

数据处理与数据管理1、信息（information）定义：关于现实世界事物的存在方式或运动状态反映的综合。特点：客观存在可以感知可存储、加工、传递和再生2、数据(Data)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数据的种类文字、图形、图像、声音数据的特点数据与其语义是不可分的举例学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容数据的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系请给出另一个解释和语义信息和数据的关系事物的属性通过数据来表示，数据经过加工处理后形成信息。信息是经过加工的数据；信息是有一定含义的数据；信息是对决策者有价值的数据；信息是预先不知道的数据。3、数据处理定义：将数据转换成信息的过程，包括数据的收集、管理、加工利用乃至信息输出演变与推导等一系列活动。信息＝数据＋处理4、数据管理定义：数据的收集、整理、组织、编码、存储、维护、检索和传输等操作。数据管理技术的优劣，直接影响数据处理的效率。案例研究银行管理系统1.2数据库技术的产生和发展人工管理阶段(40年代中--50年代中)：数据不保存、不共享文件系统阶段(50年代末--60年代中)：数据可长期保存、共享性差、由文件系统管理数据数据库系统阶段(60年代末--现在)：数据共享性高、由数据库系统管理数据数据管理技术的发展过程数据管理技术的产生和发展(续)数据管理技术的发展动力应用需求的推动计算机硬件的发展计算机软件的发展Paper：请查阅与数据库技术发展相关的资料，根据自己的理解，谈谈数据库管理技术的发展过程，并比较各阶段的特点，试说明造成区别的原因。1.3数据库系统的组成应用系统数据库管理系统操作系统数据库数据库管理员用户用户用户1.数据库(Database，简称DB)长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合2.用户（User）终端用户应用程序员数据库管理员数据库系统定义数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。数据库系统的构成由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。1.4数据库系统的模式结构数据库系统模式的概念数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性（一）、数据库系统模式的概念“型”和“值”的概念型（Type）对某一类数据的结构和属性的说明值（Value）是型的一个具体赋值例如：学生记录记录型：（编号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯，最高学历）该记录型的一个记录值：（900201，张三，男，计算机，32，江苏，博士）数据库系统模式的概念（续）模式（Schema）数据库逻辑结构和特征的描述是型的描述反映的是数据的结构及其联系模式是相对稳定的模式的一个实例（Instance）模式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动（二）、数据库系统的三级模式结构数据库1．模式（Schema）模式（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2.外模式（ExternalSchema）外模式（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）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外模式（续）外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同外模式与应用的关系：一对多同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用但一个应用程序只能使用一个外模式3．内模式（InternalSchema）内模式（也称存储模式）是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式一个数据库只有一个内模式（三）、数据库的二级映象功能与数据独立性三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换数据库系统的三级模式结构数据库1．外模式／模式映象定义外模式与模式之间的对应关系每一个外模式都对应一个外模式／模式映象映象定义通常包含在各自外模式的描述中外模式／模式映象的用途保证数据的逻辑独立性当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。2．模式／内模式映象模式／内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的数据库中模式／内模式映象是唯一的该映象定义通常包含在模式描述中模式／内模式映象的用途保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。1.5数据库系统的外部体系结构单用户结构的数据库系统主从式结构的数据库系统分布式结构的数据库系统客户/服务器（C/S）结构的数据库系统浏览器/服务器结构（B/S）的数据库系统数据库系统结构数据库系统内部的模式结构从数据库管理系统角度看数据库系统外部的体系结构从数据库最终用户角度看1.6数据库管理系统（DBMS）DBMS(DataBaseManagementSystem的缩写)，是对数据进行管理的大型系统软件，它是数据库系统的核心组成部分，用户在数据库系统中的一切操作，包括数据的定义、查询、更新及各种控制，都是通过DBMS进行的。DBMS对数据的控制功能数据的安全性（Security）保护使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。数据的完整性（Integrity）检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。DBMS对数据的控制功能并发（Concurrency）控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。典型的关系数据库管理系统MySQLORACLESYBASESQLSERVERDB/2AccessPBASEEasyBaseDM/21.7数据模型（DataModel）数据模型用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。数据模型应满足三方面要求能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解易于在计算机上实现1.客观对象的抽象过程机器世界信息世界现实世界中的客观对象抽象为概念模型把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型认识抽象现实世界数据模型(续)客观对象的抽象过程---两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。

概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。数据模型(续)数据模型分成两个不同的层次(1)概念模型也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。(2)数据模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。

2.信息世界中的基本概念(1)实体（Entity）

客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念或联系。例：一个学生、一个国家、一次旅游等。(2)实体集（EntitySet）

同型实体的集合称为实体集。(3)属性（Attribute）

实体所具有的某一特性称为属性。例：实体－“明星”（950231，刘德华，Andy，香港，27-9-1961，天秤座，牛，174cm，68kg，AB）(4)主键（Key）唯一标识实体的属性集称为码，又称主键，或关键字。

(5)联系（Relationship）现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。两个实体型间的联系一对一联系一对多联系多对多联系两个实体型间的联系（续）一对一联系（1：1）

如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。

两个实体型间的联系（续）一对多联系（1：n）

如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系。记为1:n。两个实体型间的联系（续）多对多联系（m:n）

如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m≥0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n。联系的表示方法示例班级班级-班长班长111:1联系课程选修学生mnm:n联系班级组成学生1n1:n联系两个实体型间的联系实体型1联系名实体型2mnm:n联系1:1联系实体型1联系名实体型2111:n联系实体型1联系名实体型21n3.计算机世界及其有关的概念字段（field）：标记实体属性的命名单位，字段的命名常与属性名相同。记录（record）：字段的有序集合。文件（file）：同一类记录的集合称为文件。关键字（key）：唯一标识文件中每个记录的字段或字段集合。4.概念模型的表示方法概念模型的表示方法很多实体－联系方法(E-R方法)用E-R图来描述现实世界的概念模型E-R方法也称为E-R模型E-R图实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。学生教师E-R图(续)属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来学生学号年龄性别姓名E-R图(续)联系联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n）联系的属性：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来

联系属性的表示方法课程选修学生mn成绩思考题假设一个销售公司的主要信息如下：职工的信息：职工号、姓名、住址和所在部门。部门的信息：部门名称、所有职工、经理和销售的产品。产品的信息：产品名、制造商、价格、型号及产品编号。一个职工只属于一个部门，一个部门可包括多个职工；一个部门可销售多种产品，一种产品可由多个部门销售。试为该公司设计相应的数据库管理系统的E-R图。5.数据模型的组成要素数据结构数据操作数据的约束条件1.数据结构什么是数据结构对象类型的集合两类对象与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象数据结构是对系统静态特性的描述2.数据操作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数据操作的类型检索更新（包括插入、删除、修改）3.数据的约束条件一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，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。1.8四种数据模型非关系模型层次模型（HierarchicalModel）网状模型(NetworkModel)数据结构：以基本层次联系为基本单位关系模型(RelationalModel)数据结构：表面向对象模型(ObjectOrientedModel）数据结构：对象本课程的重点关系数据模型简介

系统而严格地提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd1970年提出关系数据模型之后，提出了关系代数和关系演算的概念1972年提出了关系的第一、第二、第三范式1974年提出了关系的BC范式提供了严格的数学基础关系数据模型的数据结构关系模型的基本概念关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表。元组（Tuple）表中的一行即为一个元组。属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。关系模型的基本概念主码（Key）表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。域（Domain）属性的取值范围。分量元组中的一个属性值。关系模式对关系的描述。关系名（属性1，属性2，…，属性n）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）关系数据模型的数据结构主码分量关系域：{男、女}属性元组关系数据模型