石油大学软件技术基础 chap6数据库

1、1,1. 数据库技术概述,2. 数据管理技术的发展,3. 数据模型,4. E-R基本概念,5. 结构数据模型,第六章 数据库基础,6. 数据库系统的构成,NO2,1. 数据库技术概述,数据库系统应用示例 航空售票系统（最早使用数据库技术） 包括信息： 座位预定信息：座位分配、座位确认、餐饮选择 航班信息：航班号、飞机型号、机组号、起飞地、目的地、起飞时间、到达时间、飞行状态等 机票信息：票价、折扣、有无等,NO3,1. 数据库技术概述,航空售票系统（最早使用数据库技术） 主要功能： 查询在某一段时间内从某个指定城市到另个指定城市的航班、是否有可以选择的座位、是否有其他飞机型号、飞机票价、是否折

2、扣等信息 更新乘客登记航班、分配座位、选择餐饮等 任何时候都有许多航空售票代理商访问这些数据、避免卖同一座位。 通过这些数据，可以统计出经常坐某一航班的乘客信息，并为这些乘客提供优惠 系统特点：数据庞大，人工不能提供及时、准确服务,NO4,1.数据库技术概述,图书管理系统 包括信息： 图书信息：书号、书名、作者姓名、出版日期、类型、页数、价格、出版商名称等 作者信息：姓名、身份证号、性别、出生日期、学历、住址、电话等 出版社信息：名称、地址、社长、成立日期等 读者信息：姓名、借书号、书名、借书日期、借书数量等 主要功能： 查询：某种类型的图书、浏览指定出版商出版的图书、检索指定作者的图书等 更

3、新：登记新书信息、作者信息、借阅者信息等 对存书几百万的图书馆，人工操作劳动强度大,NO5,1.数据库技术概述,数据库系统作用 管理大量数据：10TB数据，大约可存储183亿个航班信息，45亿本书的简要信息，2800万本40页图书的所有内容 数据库定义功能：将数据的存储结构定义到数据库中 数据查询功能：方便地检索数据、插入数据、修改数据和删除数据 控制多用户访问：许多用户同时访问系统，确保不同用户只能使用自己所需数据，不同用户操作互不干扰 确保故障恢复:,NO6,1. 数据库技术概述,主流数据库系统 Oracle 8i：对象/关系型数据库系统 Microsoft SQL Server Syba

4、se Informix,NO7,2. 数据管理技术的产生和发展,数据管理：对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护 人工管理阶段： 数据不保存 应用程序管理数据 数据不共享 数据不具独立性,应用程序1,数据集1,应用程序2,数据集2,应用程序n,数据集n,NO8,2. 数据管理技术的产生和发展,文件系统阶段： 数据保存 文件系统管理数据 数据共享差，冗余大 数据独立性差,应用程序1,文件1,应用程序2,文件2,应用程序n,文件n,存取方法,NO9,2. 数据管理技术的产生和发展,数据库系统阶段： 数据结构化：,NO10,2. 数据管理技术的产生和发展,文件中记录内部有结构，但记录间无联系,

5、NO11,2. 数据管理技术的产生和发展,数据共享性高、冗余度低、易扩充、数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制：安全、完整、并发、恢复,应用程序1,应用程序2,数据库 管理系统,数据库,人机交互,NO12,3. 数据模型,数据模型：是一组概念的集合，用于对现实世界数据特征进行抽象。,NO13,数据模型 是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架,3. 数据模型,NO14,概念数据模型(与DBMS无关) 按用户的观点来对数据和信息建模 用于组织信息世界的概念，表现从现实世界中抽象出来的事物以及它们之间的联系 这类模型强调其语义表达能力，概念简单、清晰，易于用户理解 它是现实世界到信

6、息世界的抽象，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言 易于向结构数据模型转换,3. 数据模型,NO15,结构（逻辑）数据模型 从计算机实现的观点来对数据建模 是信息世界中的概念和联系在计算机世界中的表示方法 一般有严格的形式化定义，以便于在计算机上实现 如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型,3. 数据模型,NO16,4.-基本概念,历史 -模型：Entity-Relationship Model 1976年，P.P.S.Chen提出-模型，用-图来描述概念模型 观点 世界是由一组称作实体的基本对象和这些对象之间的联系构成的,NO17,4.-基本概念,实体(Entity) 客观存在并可

7、相互区分的事物叫实体 如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论 属性(Attribute) （用椭圆表示） 实体所具有的某一特性 一个实体可以由若干个属性来刻画 例如，学生可由学号、姓名、年龄、系等组成 域(Domain) 属性的取值范围 例如，性别的域为（男、女），月份的域为到的整数,NO18,4.-基本概念,实体型(Entity Type) （用矩形表示） 实体名与其属性名集合共同构成实体型 例:学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年级） 注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前者的一个特例 如:(9808100，王平，21，男，计算机系，2)是一个实体 实体集(Entity Set)

8、同型实体的集合称为实体集 如全体学生,NO19,4.-基本概念,码(Key) 能唯一标识实体的属性或属性组称作超码 从所有候选码中选定一个用来区别同一实体集中的不同实体，称作主码 一个实体集中任意两个实体在主码上的取值不能相同 学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年级）,NO20,4.-基本概念,联系(Relationship) （用菱形表示） 实体之间的相互关联 如：学生与老师间的授课关系 联系也可以有属性 如：学生与课程之间有选课联系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性 元或度（Degree） 参与联系的实体集的个数称为联系的元 如：学生选修课程是二元联系，供应商向工程供应零件则是三元联系,

9、NO21,映射的基数（Mapping Cardinalities） 实体之间的联系的数量 可以有一对一的（1:1），一对多的（1:m），多对多的（m:n）几种情况,4.-基本概念,NO22,二元联系集的映射基数 设有两个实体集E1， E2 一对一（1:1） E1中的一个实体与E2中至多一个实体相联系，并且 E2中的一个实体与E1中至多一个实体相联系 如“职工”与“部门”之间的“管理”联系（假定每个部门只有一个经理，一个职工不能兼任两个部门经理,4.-基本概念,NO23,一对多（1:m） E1中的一个实体与E2中n（n0）个实体相联系，并且 E2中的一个实体与E1中至多一个实体相联系 如“教师”

10、和“学生”之间的“班主任”联系,4.-基本概念,NO24,多对多（m:n） E1中的一个实体与E2中n（n0）个实体相联系，并且 E2中的一个实体与E1中m（m0）一个实体相联系 如“学生”和“课程”之间的“选修”联系,4.-基本概念,NO25,多个实体集间联系的情况 一对多 设有n个实体集E1 , E2 , , En ,若对于 E1 , , Ei-1, Ei+1 , , En ，分别给定实体e1 , , ei-1 , ei+1 , , en 时，至多有一个实体ei Ei与之相联系，则称有一个从Ei到E1 , , Ei-1 , Ei+1 , , En的一对多联系 如“课程”，“教员”，“参考书

11、”之间的“讲课”联系,教员,参考书,讲课,课程,4.-基本概念,NO26,例：学生选修课程,学生,课程,选修,姓名,学号,系别,课程名,先修课,学分,成绩,用矩形表示实体集，在框内写上实体名,用椭圆表示实体的属性,用无向边把实体与其属性连接起来,用菱形表示实体间的联系,将参与联系的实体用线段连接,m,n,联系的 数量,4.-基本概念,NO27,码在E-R图中的表示 实体集属性中作为主码的一部分的属性用下划线来标明。,4.-基本概念,NO28,5. 结构数据模型,数据结构（描述系统的静态特性） 是指对实体类型和实体间联系的表达和实现 数据本身 类型、内容、性质。如网状模型中的数据项、记录，关系模

12、型中的域、属性，关系等 数据之间的联系 例如网状模型中的系型，关系模型中的外码 在数据库系统中一般按数据结构的类型来命名数据模型,NO29,5. 结构数据模型,数据操作 描述系统的动态特性，即对数据库中对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及操作规则 一般有检索、更新（插入、删除、修改）操作 数据模型要定义操作含义、操作符号、操作规则，以及实现操作的语言 数据的约束条件 数据的约束条件是完整性规则的集合，规定数据库状态及状态变化所应满足的条件，以保证数据的正确、有效、相容,NO30,5.结构数据模型层次模型,层次模型 用树结构表示实体类型和实体间联系的模型叫层次模型 树由节点和连线组成 节点

13、代表实体型 记录类型 连线表示两实体型间的一对多联系 树的特性 每棵树有且仅有一个节点无父节点，称为树的根 树中的其它节点都有且仅有一个父节点,NO31,优点 结构简单，易于实现 缺点 支持的联系种类太少 只支持二元一对多联系 只允许实体集间的一种联系，不支持实体集间的多种联系 数据操纵不方便 子结点的存取只能通过父结点来进行 插入、删除复杂，父结点的删除导致子结点的删除，丢失必要的信息 代表产品： IBM的IMS数据库，1969年研制成功,5.结构数据模型层次模型,NO32,5.结构数据模型网状模型,网状模型（用有向图表示实体类型和实体间联系） 是一个满足下列条件的有向图 可以有一个以上的节

14、点无父节点 至少有一个节点有多于一个的父节点（排除树结构） 节点代表实体型，有向边（从箭尾到箭头）表示两实体型间的一对多联系,NO33,优点 表达的联系种类丰富 性能良好，存取效率高 缺点 结构复杂 语言复杂 DBTG报告 1969年，由美国CODASYC（Conference On Data System Language，数据系统语言协商会）下属的DBTG（Data Base Task Group）组提出，确立了网状数据库系统的概念、方法、技术,5.结构数据模型网状模型,NO34,5.结构数据模型关系模型,用二维表来表示实体型及其相互联系,NO35,5.结构数据模型关系模型,优点 简单，表

15、的概念直观、单一，用户易理解 非过程化的数据请求，数据请求可以不指明路径 数据独立性，用户只需提出“做什么”，无须说明“怎么做” 坚实的理论基础,NO36,一个实体型转化为关系模式，实体属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。,E-R模型向关系模式的转换,NO37,一个联系转换为一个关系模式，与该联系相连的各实体的码以及联系的属性转换为关系的属性，该关系的码分为三种情况： 若联系为1：1，则每个实体的码均是该关系的候选码； 若联系为1：n，则关系的码为n端实体的码； 若联系为m：n，则关系的码为诸实体码的组合。 具有相同码的关系模式可以合并。,E-R模型向关系模式的转换,NO38,E-R模型

16、向关系模式的转换,合并方法： 在将一个E-R模型转换为关系模型时，并不一定都要通过单独的关系来表示联系。 当联系为二元的1：1或1：n（包括自反关系）时，也可以在表示多方实体集的关系中，增加一项一方的表示码属性来表示这类联系 这样可以减少关系的数目，有利于数据库的操作和维护。,NO39,二元联系1:1的情况举例,设班级与班长有1:1的联系，在将其转换为 关系模型时，班级和班长各为一个 关系模式。 如果常从班级查询其班长，那么可在班级模式中加入班长名和任职年月。 其关系模式的设计如下:,班长（姓名，性别，年龄） 班级（编号，所在系，人数，班长名、任职年月）,NO40,二元联系1:N的情况举例,设

17、班级与学生有1:N的联系， 在将其转换为关系模型时，班级和学生各为一 个关系模式。然后在学生模式中加 入班级号，其关系模式的设计如下：,班级（编号，所在系，人数） 学生（学号，姓名，性别，年龄，班级号）,NO41,二元联系M:N的情况举例,设学生与课程有N:M的联系，将其转换 为关系模型时，学生和课程各为一 个关系模式。 然后将M:N联系也转换成关系模式，其属性为两端实体的码和联系类型的属性。 其关系模式的设计如下：,课程（课程号，课程名，教师） 学生（学号，姓名，性别，年龄） 选课（学号，课程号，成绩）,NO42,6 数据库系统的构成,几个相关概念 数据库系统的软硬件层次 数据库系统的主要成

18、分 数据库管理系统的层次结构及其功能 数据库系统结构,NO43,几个相关概念,数据库（DataBase DB） 长期储存在计算机内的、有组织(结构)的、可共享的数据集合。由DBMS统一管理，多用户共享。 特性：DB 是具有逻辑关系和确定意义的数据集合；DB 是针对明确的应用目标而设计、建立和加载的，每个DB都有一组用户，并为这些用户应用服务；一个DB表示了现实世界的某些方面。 数据库管理系统DBMS (DataBase Management System) 是数据库系统的核心，是为DB的建立、使用和维护而配置的系统软件，负责对数据库进行统一管理和控制。,NO44,几个相关概念,数据库系统(Da

19、taBase Sysyem DBS) 计算机系统中引入数据库后的系统构成，包括硬件、软件、数据、人员。 数据库技术 是研究数据库结构、存储、设计和使用的一门软件科学。,NO45,数据库系统的软硬件层次,NO46,模式的分级 为了提高数据的物理独立性和逻辑独立性，使用户看到的数据库与实际存储的数据库区分开来，数据库系统的模式是分级的。 数据库系统三级模式结构 CODASYL（Conference On Data System Language,美国数据系统语言协商会）提出模式、外模式、存储模式三级模式的概念。三级模式之间有两级映象。,数据库模式,NO47,数据库模式,NO48,外模式(Sub-S

20、chema) 用户的数据视图（子模式、用户模式） 是数据的局部逻辑结构，模式的子集 模式(Schema)（概念模式） 所有用户的公共数据视图 是数据库中全体数据的全局逻辑结构和特性的描述 内模式(Storage Schema) 又称存储模式 是数据的物理结构及存储方式,数据库模式,NO49,外模式/模式映象 定义某一个外模式和模式之间的对应关系，映象定义通常包含在各外模式中 当模式改变时，修改外模式/模式映象，使外模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为数据的逻辑独立性 模式/内模式映象 定义数据逻辑结构与存储结构之间的对应关系 存储结构改变时，修改模式/内模式映象，使模式保持不变，从而应

21、用程序可以保持不变，称为数据的物理独立性,数据库模式,NO50,数据库定义功能 DDL语言（Data Description Language） 描述外模式、模式、内模式（源模式） 模式翻译程序 把源模式翻译成目标模式，存入数据字典中 数据字典（DATA DICTIONARY）：存放DB中数据的各种定义，由DBMS自动维护，在大型系统中，DD单独成为一个系统。,DBMS的主要功能,NO51,数据存取功能 DML语言（Data manipulation language） 对数据库进行检索、插入、修改、删除 DML类型 宿主型:DML不独立使用，嵌入到高级语言（主语言）程序中使用 自含型:独立使用，交互式命令方式 DML语句执行方式 宿主型:预编译和增强编译 自含型:解释执行,DBMS的主要功能,NO52,数据库运行管理 并发控制、存取控制、完整性约束条件检查和执行，日志组织和管理，事务管理和自动恢复 数据组织、存储和管理 用户数据、索引、数据字典的组织、存储和管理，包括文件结构、存取方式、数据之间联系的实现等 数据库的建立和维护功能 数据的装入、转换、卸出，数据库的转储、恢复、性能监视和分析等,DBMS的主要功能,NO53,关系代数运算汇总,基本运算(5种) 一