数据库系统概述PPT课件

1、数据库原理及应用，讲师：林祥国，交通部电子教研室，(09民航运输信息管理)，第一章数据库系统概述，学习要点：关系数据库的基本概念数据和数据模型数据库的构成及数据库内部结构的数据完整性约束，第一章数据库系统概述， 1.1什么是数据库系统1.2数据和数据模型1.3实体-关系模型1.4关系数据模型1.5从E-R模型到关系模型的转换1.6数据库系统的内部结构1.7现代数据库系统的优势1.1什么是数据库系统，今天的社会是一个信息社会，我们在日常工作、学习和生活中接触到大量的信息。 这些数据可以存储在不同类别的表中，然后这些表可以存储在计算机中。计算机不仅能存储数据，还能管理和维护数据。这需要使用数据库。

2、1.1.1数据库系统的组成，一个数据库系统(DBS)应该由五个部分组成，图1-1数据库系统和相关人员的组成，database (DB)是一个存储数据的仓库，是相互关联的数据的集合。准确地说，它是一个长期存在于计算机中的有组织的、可共享的数据集。它不仅包括描述事物的数据本身，还包括相关事物之间的关系。1.1.1数据库系统的组成、应用程序的数据处理程序以及为解决用户问题而设计开发的应用程序。它的数据信息是从某个数据源获得的。数据库系统是指将数据库引入计算机系统后的系统。它由计算机硬件、数据库、数据库管理系统(和开发工具)、应用系统和用户组成。数据库管理系统(DBMS)的用户必须拥有相应的计算机软件

3、，即数据库管理系统，才能创建、管理和维护数据库。它是用于统一管理数据库的计算机软件，位于用户和操作系统之间。数据库管理系统可以定义数据存储结构，提供数据操作机制，维护数据库的安全性、完整性和可靠性。当今的大多数数据库管理系统都是建立在关系模型上的，所以它们被称为关系数据库管理系统(RDBMS)。用户与数据库应用程序(即应用程序)交互，数据库应用程序与数据库管理系统交互，数据库管理系统访问数据库中的数据。数据库管理系统是位于用户和操作系统之间的数据管理软件。它包括四个功能：(1)数据定义功能(2)数据操作功能(3)数据库操作管理功能(4)数据库建立和维护功能，学生选课系统，图1-4选课信息查询窗

4、口，1.1.1数据库系统组成，学生选课管理系统，主要实现对高校学生信息、课程信息、选课信息等的综合管理。学生：学生编号、姓名、性别、出生日期、系、籍贯及其他属性；课程：课程编号、课程名称、先前课程、学分和其他属性；学生应该在上课后记录相应的成绩。1.1.2数据库系统和人，一个数据库系统，如果撇开它的设计过程、实施过程、调试阶段不谈，假设前几个阶段的工作已经完成，通过验收，交付给用户，即进入日常运行阶段。然后，数据库设计人员、应用程序开发人员、调试、测试和验收人员都辞职了。只有用户和数据库系统管理员参与日常操作。他们每个人都有自己的职责。1.2数据和数据模型，一个大型数据库的设计和开发过程，是一

5、个系统工程还是一个软件工程。数据库用户和系统管理员不必参与设计或开发工作。然而，作为数据库的用户，他们需要更多地了解数据库系统中的许多基本概念和技术。1.2.1数据，数据标准及其动态特性，1 .数据2 .数据标准和实际规格，3 .数据的静态和动态特性，1.2.1数据，数据标准及其动态特性，1 .信息信息是新的有用的事实和知识。信息具有有效性、有用性和知识性的特征。它是客观世界的反映。信息具有以下四个特征：(1)信息的内容是关于客观事物或思想的知识；(2)信息是有用的，它是人们活动的必要知识；(3)信息可以在空间和时间上传递。在空间传输的信息称为信息交流，在时间传输的信息称为信息存储。(4)信息

6、需要以某种形式表达。信息不能与其表达符号分开。1.2.1数据、数据标准、其动态特征和信息功能：(1)能提高人们对事物的认识，减少人们在活动中的盲目性；(2)信息是社会有机体开展活动的纽带。所有社会组织相互理解，通过信息网络共同努力，使整个社会和谐发展。(3)信息也是管理活动的核心。2.描述事物的符号记录称为数据。描述事物的符号可以是数字，也可以是单词、图形、图像、声音、语言等。数据有多种表达形式，可以数字化并存储在计算机中。数据需要被解释来表达它的语义。1.2.1数据，数据标准及其动态特性，3。数据标准和实际规范每个数据项不仅有易于识别的名称，而且有具体的数据类型和取值范围等。4.数据的静态和

7、动态特性静态特性：数据的基本结构、数据类型和值的范围等。动态特征：插入、删除、修改、查询等。1.2.2数据模型，任何数据库系统的建立，都必须依靠一定的数据模型来描述和表示信息系统。因此，数据模型一般应满足三个要求：(1)真实世界的数字(信息)特征应尽可能真实地模拟或反映出来。(2)便于人们理解和交流。(3)便于在计算机系统上存储和处理。1.2.2数据模型、1-6信息数据转换过程和1.2.2数据模型。数据库是根据数据模型建立的，因此数据模型是数据库系统的基础。数据模型的三个要素(1)数据结构：正在研究的对象类型集。这些对象是数据库的组成部分。(2)数据操作：数据操作是指允许对数据库中的各种对象(

8、类型)和实例(值)执行的操作的集合。包括操作和相关操作规则。(3)数据约束：一组完整性规则。它是给定数据模型中数据及其关系的约束和依赖规则。1.2.3概念数据模型，将信息或数据从现实世界转换到信息世界，即概念模型的设计，应该说是最困难和最具挑战性的。因为它是一种创造性的工作，它要求设计师对学科内容有深入透彻的理解，丰富的实践经验，较高的综合素质和良好的抽象综合能力。这种综合素质和抽象能力当然不是主要从教科书中学来的。设计师必须进行深入的用户调查等等。1.2.4组织级数据模型。最常用的组织级数据模型是4: 1。分层数据模型2。网络数据模型3。关系数据模型4。面向对象的数据模型1。分层模型。分层模

9、型是指使用树结构来表示数据之间关系的模型。这种组织结构代表一棵树。层次模型的特点是：(1)只有一个节点，没有父节点。这个节点称为根节点。(2)除根节点之外的其他节点有且只有一个父节点。根据层次模型建立的数据库系统称为层次模型数据库系统。美国IBM公司于1969年开发的IMS是分层模型的典型代表。第25页，第1页。层次模型，高等院校组织结构，广州民航职业技术学院(2)一个节点可以有多个父节点。(3)允许两个节点之间有两个或多个连接。根据网格数据结构建立的数据库系统称为网格数据库系统，其典型代表是DBTG系统，也称为CODASYL系统。，广州民航职业技术学院，第27、2页。网络模型，学生/选修/课

10、程网络模型，107广州民航职业技术学院，字段名称(属性名称)对应标题栏中的标题。(2)记录(元组)二维表中的每一行都称为记录(元组)。记录由几个相关的属性组成。(3)二维表(关系)二维表是一种关系。它由相关记录组成。广州民航职业技术学院，第29、3页。关系模型，表1-1学生基本信息表(学生)，广州民航职业技术学院，(2)表中的每一列必须有相同的数据类型(如字符型或数字型)。(3)表中每一列的名称必须是唯一的。(4)表中不应有内容相同的行。(5)行和列的顺序不影响表中表示的信息的含义。由关系数据结构组成的数据库系统称为关系数据库系统。例如：Foxpro，SYBASE，INFORMIX，ORACL

11、E，DB2，SQLServer2005，广州民航职业技术学院，4。面向对象的数据模型。面向对象的数据模型是由类组成的层次结构，类是相似对象的抽象，对象由属性和操作组成。1.3实体关系模型，现在通用的概念层数据模型，是实体关系模型和面向对象模型。1.3.1E-R模型中，常用名词和实体连接图，在E-R模型中，经常使用下列名词和概念。1.实体：具有一些共同特征的相似对象的集合。2.属性：描述实体的各种特征和特性的数据项。3.接触：包括内部接触和外部接触。实体之间存在以下关系：一对一关系(1: 1)实体A中的一个个体对应于实体b中的一个个体。另一方面，实体A中只有一个个体对应于表b中的一个个体。一对多

12、关系(1: n)实体A中的一个个体在实体b中有与之对应的个体记录。另一方面， 实体b中的个体在表A中只有一个与之对应的个体。多对多关系(M: N)实体A中的个体在表b中有多个与之对应的个体。另一方面，表b中的个体在表A中也有多个与之对应的个体，1.3.1E-R模型常用名词和实体联系图，关系模型E-R图表示(1)矩形框表示实体，在矩形框中写实体名称。 (2)菱形框表示实体之间的联系，联系人姓名写在菱形框中。(3)椭圆形框表示实体和连接的属性，属性名写在框中。广州民航职业技术学院，1.3.2一个实用的E-R模型案例，案例1，学生状态和成绩管理的概念模型。简介：建立数据库系统的概念模型不仅是数据库设

13、计者的首要任务，也是最困难和最有创造性的工作。因为它需要充分的用户研究，对用户需求进行深入细致的分析，并形成一套数据流图、数据字典和相关文档来反映用户需求。只有在此基础上，我们才能设计出满足需求的概念模型。建立一个新的系统概念模型是费力、费时和费力的。这里，省略了用户调查、需求分析和概念模型设计的具体过程，仅给出最终结果，即模型的E-R图。1.3.2实际的电子病历模型案例，1 .由该模型管理的实体及其属性1)实体一部门2)实体二课程3)实体三学生，1.3.2实际的电子病历模型案例，2 .实体之间的链接学生按部门组织，学生只能属于一个部门。允许个别学生在一段时间内对他们所在的系不确定。学生们根据

14、他们的专业选修一些课程。1.4关系数据模型，它是组织数据模型中常用的模型。组织模型是在数据库实现阶段使用的数据模型。尽管它是从概念模型转换而来的，但两者是不同的。1.4.1关系模型的数据结构。下面是关系数据库中常用的一些术语。每个数据库用户都应该熟悉这些概念。1.关系：二维表是一种关系。它由相关记录组成。2.属性：二维表的每一列都被称为一个字段(即属性)。字段名(属性名)对应于标题栏中的标题。3.元组：二维表中的每一行都被称为记录(元组)。记录由几个相关的属性组成。4.候选代码、主代码和外部代码5。域：值域。关系数据库的介绍。关系数据库是一些相关表和其他数据库对象的集合。这个定义包含三层含义：

15、1。在关系数据库中，信息存储在二维表中，称为表。关系数据库包含多个数据表，每个表包含行(记录)和列(字段)。图1-10和2。表格和表格是相互关联的。表之间的关系可以通过公共字段(关键字)来建立。密钥分为：主键(简称主键)和外键(简称外键)。主键是指表中一列或多列的组合。此列的值可以唯一标识表中的记录。外键指的是包含与另一个表A的主键相对应的列的表B，那么该列在表B中被称为外键。图1-11示出了表之间的以下关系：一对一关系(1: 1)表A中的一个记录对应于表B中的一个记录。另一方面， 表b中的一条记录仅对应于表a中的一条记录。一对多关系(1: n)表a中的一条记录对应于表b中的多条记录。另一方面

16、，表b中的一条记录仅对应于表a中的一条记录。多对多关系(m: n)表a中的一条记录对应于表b中的多条记录。另一方面，表b中的一条记录也对应于表a中的多条记录。数据库不仅包含表，还包含其他对象，如视图、存储过程、索引等。 图1-121多关系和1.4.2关系模型的数据操作。广义地说，关系模型的数据操作主要是查询、插入、删除和修改数据。虽然不同厂家的数据库系统产品会有一些差异，但最基本的数据操作语句基本相同。其次，(数据)操作对象和关系模型的操作结果有一个共同的特征，即操作对象是二维表，操作结果也是二维表。1.4.3关系模型的数据完整性约束。在数据库系统中，数据的正确性、一致性和完整性非常重要。有三

17、种类型的数据完整性约束，即：实体完整性、引用完整性和用户定义的完整性。1.5.1从E-R模型到关系模型，E-R图到关系模型的转换要解决的问题是如何将实体和实体之间的关系转换成关系模型，如何确定这些关系模型的属性和代码。将概念模型转换为关系模型的基本方法如下：1 .实体集的转换规则。概念模型中的实体集被转换成关系模型中的关系。实体的属性就是关系的属性，实体的代码就是关系的代码，关系的结构就是关系模式。2.实体集之间连接的转换规则在向关系模型转换的过程中，实体集之间的连接可以按照以下规则进行转换：1.5.1从E-R模型到关系模型，(1)连接的1: 1转换方法1:1连接可以转换成独立的关系，也可以与两端实体集对应的关系合并。(2)如果1: 1关系被转换为独立关系，则与该关系相关联的每个实体的代码和该关系本身的属性被转换为该关系的属性，并且每个实体的代码是该关