1数据库系统概述《数据库系统》课件-

0引言数据库系统学习数据库的意义大数据时代已经来临数据已经成为重要的资源2025/4/15数据库原理及应用教程2课程安排课程性质：学科基础课，必修课数据库设计软件开发数据分析课程学时：56学时（42理论+14实践）学分：3.5学分2025/4/15数据库原理及应用教程3课程设计的拓扑安排前序课程：离散数学数据结构面向对象程序设计语言后续课程：软件工程Web程序设计数据挖掘技术2025/4/15数据库原理及应用教程4课程教材选择2025/4/15数据库原理及应用教程5主要教材辅助教材课程考核手段考核分数=平时成绩+考试成绩平时成绩：30%由课堂表现和作业完成情况决定考试成绩：闭卷考试由试卷实际分数决定实验环节分数：平时+设计成果2025/4/15数据库原理及应用教程61、数据库系统概述授课教师：崔晓晖联系方式：cuixiaohui@授课学时：42数据库及其地位概述数据的仓库，即数据存放的地方2025/4/15数据库原理及应用教程8database通讯录：小型数据库手工管理图书馆：大型数据库计算机管理实例地位计算机主要应用领域数据处理-70%科学计算过程控制本章目录2025/4/15数据库原理及应用教程91.1信息、数据、数据处理与数据管理1.2数据库管理技术的发展1.3数据库系统组成1.4数据库管理系统1.5数据库系统的内部体系结构1.6数据库系统的外部体系结构1.7数据模型1.8四种数据类型1.9数据库系统的发展1.10数据库技术和其他技术相结合1.1信息、数据、数据处理与数据管理1.1.1数据与信息（Information）2025/4/15数据库原理及应用教程10信息是一种资源，与能源、材料构成客观世界三大要素信息采集、加工、传递消息情报指令数据信号……学号姓名性别年龄所在系别学生基本情况信息的特征源于物质和能量可以感知可存储加工传递和再生1.1信息、数据、数据处理与数据管理1.1.1数据（data）与信息2025/4/15数据库原理及应用教程11数据是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式学生信息S1赵亦女17岁计算机学生基本情况学号姓名性别年龄所在系别描述学生信息的数据数据表现形式数字文字图形图像声音……数据是信息的符号表示或载体信息是数据的内涵，是对数据的语义解释1.1信息、数据、数据处理与数据管理1.1.2数据处理和数据管理2025/4/15数据库原理及应用教程12学生基本情况将数据转换成信息的过程，包括对数据进行收集、储存、加工和传播等一系列活动数据处理数据管理信息=数据+数据处理指数据的收集、整理、组织、编码、存储、维护、检索、传输等操作研究通用、高效、便捷的管理软件管理技术决定处理效率1.2数据库管理技术的发展2025/4/15数据库原理及应用教程13人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段50年代中期以前磁带、纸带，无磁盘无外存无软件无共享50年代后期到60年代中期有外存数据与程序紧耦合共享程度低、安全性差、冗余度高、并发控制难。60年代后期至今大容量磁盘，硬件价格下降软件价格上升，开发和维护成本增加，出现DBMS有外存数据与程序松耦合1.2数据库技术的产生、发展2025/4/15数据库原理及应用教程141.2.1人工管理阶段数据不保存没有专门的程序进行数据管理一组数据对应一个程序，冗余度大且不共享数据不具有独立性，数据变化，程序变化特点应用程序1程序与数据之间的关系数据集1应用程序n数据集n………………一一对应1.2数据库技术的产生、发展2025/4/15数据库原理及应用教程151.2.2文件系统阶段数据可以长期保存在外存上（保存的要求）由文件系统管理数据，实现了“按文件名访问，按记录进行存取”的数据管理技术（检索的要求）数据与程序有了一定的独立性，设备和数据间具有“设备独立性”（开发的要求）特点程序与数据之间的关系应用程序1文件1应用程序n文件n…………文件系统1.2数据库技术的产生、发展2025/4/15数据库原理及应用教程161.2.3数据库系统阶段数据结构化数据共享性高、冗余度低（缓解存储和计算压力）数据独立性高（缓解开发压力）IMG有统一的数据控制功能（数据的安全性，数据的完整性，并发控制，数据恢复）（环境控制能力）特点程序与数据之间的关系应用程序1应用程序n……数据库管理系统1.3数据库系统的组成2025/4/15数据库原理及应用教程171.3数据库系统的组成2025/4/15数据库原理及应用教程181.3.1数据库OfflineBusiness와

OnlineBusiness의최적화长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型（或结构）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，并可为各种用户共享。集成性和共享性1.3数据库系统的组成2025/4/15数据库原理及应用教程191.3.2用户OfflineBusiness와

OnlineBusiness의최적화非计算机专业人员使用数据库终端用户设计和编制应用程序应用程序员负责设计、建立、管理和维护数据库以及协调用户对数据库要求的个人或工作团队数据库管理员1.3数据库系统的组成2025/4/15数据库原理及应用教程201.3.3软件系统DBMSOS应用系统1.3.4硬件系统CPU内存大容量存储输入输出设备外部设备DBMS在操作系统支持下工作，应用程序在DBMS支持下才能使用数据库。1.4数据库系统的内部体系结构2025/4/15数据库原理及应用教程21数据库系统的体系结构数据库内部的体系结构结构：模式、外模式、内模式。数据库外部的体系结构结构：单用户、主从式、分布式。1.4数据库系统的模式结构2025/4/15数据库原理及应用教程221.4.1数据库系统的三级模式结构型(Type)和值(Value)的概念模式(scheme)的概念型：对某一类数据的结构和属性的说明学号姓名性别年龄系别

001101张立男20计算机值：型的一个具体赋值例：学生表数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅涉及型的描述，而不涉及具体的值模式实例(instance)+具体值1.4数据库系统的模式结构2025/4/15数据库原理及应用教程231.4.1数据库系统的三级模式结构ANSI将数据库系统内部的体系结构分为三级应用1应用2应用n外模式1…外模式m…外模式/模式映象模式模式/内模式映象内模式数据库用户级概念级物理级从用户的角度多个一个一个1.4数据库系统的模式结构2025/4/15数据库原理及应用教程241.4.1数据库系统的三级模式结构三级模式之间的关系对一个数据库系统而言，实际存在的只是物理级数据库，它是数据访问的基础(内模式)概念级数据库只是物理级数据库的一种抽象描述(模式)用户级数据库是用户与数据库的接口(外模式)DBMS的中心工作之一就是完成三级数据库模式间的转换，把用户对数据库的操作转换到物理级去执行1.4数据库系统的模式结构2025/4/15数据库原理及应用教程251.4.2数据库系统的二级映象与数据独立性数据库系统的二级映象与数据独立性外模式/模式映象模式/内模式映象保证了数据与程序间的逻辑独立性确保了数据的物理独立性在三级模式间提供了二级映象功能DBMS1.4数据库系统的模式结构2025/4/15数据库原理及应用教程261.4.3数据库系统的三级模式及二级映像的优点保证数据的独立性：既保证了数据的物理独立性，又保证了数据的逻辑独立性简化了用户接口：用户需要了解数据库内部存储结构，方便使用系统。有利于数据共享：不同外模式提供不同用户使用，减少了数据的冗余。有利于数据的安全保密：用户只在受控制的外模式下操作，保证了其他数据的安全。1.5数据库系统的外部体系结构2025/4/15数据库原理及应用教程27单用户结构的数据库系统一台计算机，不能共享数据主从式结构的数据库系统大型主机带多个终端；主机处理，终端输入和输出分布式结构的数据库系统是分布在计算机网络上的多个逻辑相关的数据库的集合客户/服务器结构的数据库系统把DBMS的功能与应用程序分开；管理数据的节点称为服务器,应用DBMS的节点称为客户机浏览器/服务器结构的数据库系统将客户端运行的应用程序转移到应用服务器上，充当了客户机和数据库服务器的中介1.6数据库管理系统2025/4/15数据库原理及应用教程28DBSDBMS数据定义查询更新各种控制1.6.1DBMS的主要功能数据定义功能数据操作功能数据库运行管理功能数据通信接口数据的组织、存储和管理1.6数据库管理系统2025/4/15数据库原理及应用教程291.6.1DBMS的主要功能1.数据定义功能：DBMS提供数据定义语言（DataDefineLanguage，DDL）定义了：例：定义口令和存取权限，定义完整性规则例：SQL的Create、Drop、AlterDatabase定义数据的模式、外模式和内模式三级模式结构定义模式/内模式和外模式/模式二级映象定义有关的约束条件DDL定义的各种模式需要翻译转换成机器内部表示，保存在数据字典(DataDictionary,DD)中。DD是DBMS存取数据的基本依据。1.6数据库管理系统2025/4/15数据库原理及应用教程301.6.1DBMS的主要功能2.数据操纵功能：DBMS提供数据操作语言(DataManipulationLanguage,DML)实现对数据库的基本操作，包括检索和更新(插入、删除、修改)等。DML有两类：例：SQL的Select、Insert、Update、Delete自主型：通过交互式命令语言执行，可独立使用自含型：嵌入到高级语言中执行，不能单独使用1.6数据库管理系统2025/4/15数据库原理及应用教程311.6.1DBMS的主要功能3.数据运行管理：对数据库运行的管理是DBMS运行的核心部分。DBMS主要从四方面进行运行管理：数据的安全性控制数据的完整性控制多用户环境下的并发控制数据库的维护1.6数据库管理系统2025/4/15数据库原理及应用教程321.6.1DBMS的主要功能数据通信接口：提供与其它软件通讯的功能，与其它DBMS或文件系统的数据转换；实现用户程序与DBMS、DBMS之间，DBMS与文件系统之间的通信。数据组织、存储和管理：对数据词典、用户数据、存取路径等的组织、存储和管理；以何种方式组织物理数据，提供时空利用率。1.6数据库管理系统2025/4/15数据库原理及应用教程331.6.2DBMS的组成语言编译处理程序系统运行控制程序系统建立、维护程序数据字典数据定义语言DDL编译程序数据操纵语言DML编译程序系统总控程序安全性控制程序完整性控制程序并发控制程序数据存取和更新程序通信控制程序装配程序重组程序系统恢复程序描述数据库中有关信息的数据目录1.6数据库管理系统2025/4/15数据库原理及应用教程341.6.3DBMS的数据存取过程（1）用户使用某种特定的数据操作语言向DBMS发出存取请求；（2）DBMS接受请求并将该请求解释转换成机器代码指指令；（3）DBMS依次检查外模式、外模式/模式映象、模式、模式/内模式映象及存储结构定义；（4）DBMS对存储数据库执行必要的存取操作。（5）从对数据库的存取操作中接受结果。（6）对得到的结果进行必要的处理，如格式转换等。（7）将处理的结果返回给用户。1.7数据模型计算机不能直接处理现实世界的具体事物和联系，需要转换成计算机能够处理的数据。数据模型描述了数据的组织方式。数据模型是数据库的框架，是DBMS的核心和基础2025/4/15数据库原理及应用教程351.7三个世界的划分及其概念为了把现实世界的事物及联系抽象、组织为DBMS支持的数据模型：首先将现实世界的事物及联系抽象成信息世界的信息模型然后再抽象成计算机世界的数据模型数据加工经历了两级抽象和转换经历现实世界、信息世界和计算机世界三个不同世界的数据加工，需要经过两级抽象和转换2025/4/15数据库原理及应用教程36现实世界概念模型认识抽象DBMS支持的数据模型信息世界计算机世界现实世界1.7现实世界和信息世界现实世界即客观存在的世界。每个事物都有自己的特征或性质，一般选取最能代表该事物的特征表示该事物。例：学号、姓名、性别、年龄事物之间是相互联系的，选取感兴趣的联系例：学生管理系统中的“学生选修课程”2025/4/15数据库原理及应用教程37信息世界是现实世界在人们头脑中的反映。信息世界中常用的概念如下：实体：客观存在并且可以相互区别的“事物”称为实体，一个学生实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的事件属性：实体所具有的某一特性称为属性型值属性名具体值1.7区分概念2025/4/15数据库原理及应用教程38用实体名及属性名集合来抽象和描述同类实体，称为实体型。实体型同型实体的集合称为实体集实体集能惟一标识一个实体的属性或属性集称为实体的键键属性的取值范围称为该属性的域域学生（学号，姓名，年龄，性别，系）标记实体属性的命名单位称为字段。1.7计算机世界的有关概念2025/4/15数据库原理及应用教程39计算机世界是信息世界中信息的数据化，就是将信息用字符和数值等数据表示，便于计算机识别和处理。字段（Field）字段的有序集合称为记录，通常用记录来描述实体，因此，也定义为能完整描述一个实体的字段集例：学生（990001，张立，20，男，计算机）记录（Record）同一类记录的集合称为文件。文件是用来描述实体集的例：所有学生的记录组成了一个学生文件文件（File）能惟一标识文件中每个记录的字段或字段集，或简称键关键字（Key）1.7三个世界中概念的对应关系2025/4/15数据库原理及应用教程401.7描述数据或信息的模型的分类2025/4/15数据库原理及应用教程41概念模型也称为信息模型，是按用户观点对数据和信息建模，是对现实世界事物及联系的第一级抽象。不依赖与具体的计算机系统，不涉及信息如何在计算机内表示、处理；主要用于数据库设计时用户和设计人员的交互，从现实世界到逻辑世界的转换由数据库设计人员完成实体联系模型(EntityRelationshipmodel，简称E-R模型)是概念模型中的典型代表概念模型1.7实体联系模型及E-R图2025/4/15数据库原理及应用教程42两个实体之间的联系1.7联系2025/4/15数据库原理及应用教程43实体型内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系实体型之间的联系通常是指不同实体集之间的联系两个实体型之间的联系有如下三种类型：图1-14不同实体集实体之间的联系ABABAB(a)一对一联系

(b)一对多联系

(c)多对多联系

班级和班长班级和学生课程和学生2025/4/15数据库原理及应用教程441.7实体联系模型及E-R图两个实体以上之间的联系同一实体内部的联系领导职工1n1.7描述数据或信息的模型的分类2025/4/15数据库原理及应用教程45逻辑模型是计算机世界中的模型，是按计算机的观点对数据建模，是对现实世界的第二级抽象，有严格的形式化定义，以便于在计算机系统中实现主要用于DBMS的实现由概念模型到逻辑模型的转换可由设计人员完成，也可以借助数据库设计工具完成典型的逻辑模型：层次、网状、关系、面向对象逻辑模型1.8层次模型2025/4/15数据库原理及应用教程46层次模型的数据结构无双亲，根节点根以外的其他结点有且仅有一个双亲结点；父子结点之间的联系是一对多（1:n）的联系。1.8层次模型的例子2025/4/15数据库原理及应用教程47具有四个实体型：D，R，S，TS与T是叶结点，它们没有子女结点由D到R，R到T，由D到S均是一对多的关系1.8层次模型的优缺点层次模型的数据操纵与数据完整性约束进行插入操作时，如果没有相应的双亲结点值就不能插入子女结点值。（插入前自然确定）进行删除操作时，如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除。（删除前自然确定）修改操作时，应修改所有相应的记录，以保证数据的一致性。2025/4/15数据库原理及应用教程48层次模型的优缺点1.8网状模型2025/4/15数据库原理及应用教程49网状模型的数据结构网状模型是采用有向图结构表示记录型与记录型之间联系的数据模型。每个结点表示一个实体型，每个实体型可包含若干个属性，实体型描述的是实体。结点间的带箭头的连线（或有向边）表示记录型间的1：n的父子联系。网状模型的特点：有一个以上的结点没有双亲结点。允许结点有多个双亲结点。允许两个结点之间有多种联系（复合联系）。1.8网状模型2025/4/15数据库原理及应用教程50网状模型的数据操纵与完整性约束插入数据时，允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值。删除数据时，允许只删除双亲结点值。修改数据时，只需更新指定记录即可。网状模型的优缺点1.8关系模型2025/4/15数据库原理及应用教程511.8关系模型2025/4/15数据库原理及应用教程52关系模型的数据操纵与完整性约束关系模型中的数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集