第一章 数据库理论基础

1、网络数据库原理及应用，盛志伟网络存储密码：12345678电话E_mail:教学目的，了解数据库技术的发展方向。深刻理解数据库系统的基本概念。掌握数据库设计的一般方法，能够使用微软的SQL Server进行数据库设计。具有设计和开发数据库应用系统的能力。2005年9月2日，应用实例，成都信息科技大学教务辅助系统，2005年9月3日，第1章，数据库理论基础，教学内容：数据库发展简史数据库，数据库管理系统，数据库系统结构数据库设计过程标准化和非标准化数据库应用结构，2005年9月4日，首先，数据库发展简史，数据库系统的萌芽出现在20世纪60年代，当时，计算机开始广泛应用于

2、数据管理，这就对数据共享提出了越来越高的要求。传统的文件系统已经不能满足人们的需求，能够统一管理和共享数据的数据库管理系统应运而生。2005年9月5日，主要应用：科学计算，数据处理。数据处理：收集、记录、存储(组织和编码)、分类、分类、检索和维护数据。例如，学生成绩的管理，图书馆和信息管理等。数据处理的发展：人工处理、机械处理和电子(计算机)数据处理。计算机处理数据经历了以下三个发展阶段：手工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。二，计算机数据管理技术的发展，2005年9月，第6页，(1)手工管理阶段，这一阶段的特点：数据不保存；没有管理数据的软件系统；在这个时期，没有文件的概念，数据的组织

3、必须由程序员自己设计。一组数据对应一个程序，不同的程序不能相互使用数据。2005年9月7日，数据管理模式处于手动管理阶段，一套数据和程序，2005年9月8日，(2)文件系统阶段，前提：操作系统具有文件管理功能。这一阶段的特点是：数据从程序文件中分离出来，作为一个独立的文件，数据可以被多个程序使用，但多个文件之间缺乏联系，导致数据冗余和存储空间大。2005年9月9日，文件系统阶段的数据管理模型，程序1，程序2，程序3，文件3，文件2，文件1，文件管理系统，例如，文件管理系统，当购物者购买玩具时，他们首先查找文件2来判断该用户是否合法；如果合法，进入文件1判断是否有这个玩具；如果是，请将订单信息写

4、入文件3，第11页，2005年9月。优点：1。数据可以长时间存储在磁盘上。2.有软件提供文件和程序之间的访问方法转换。程序员不必关心数据的物理位置，他们可以专注于算法，节省维护程序的工作量。3.文件形式多样化。对于直接访问设备，有索引文件、链接文件和直接访问文件。4.数据访问基于记录。2005年9月，第12页。缺点：1。大数据冗余。文件系统中的数据仍然面向应用程序，因此相同的数据可能会重复存储在多个应用程序的文件中。2.不一致。由于数据的冗余性，在修改时，相同的数据可能会在不同的文件中产生不一致。3.数据连接很弱。4.数据和程序缺乏独立性。如果数据的逻辑结构改变，应用程序必须被修改。2005年

5、9月，第13页，(3)在数据库系统阶段，数据库管理技术本质上是存储在计算机中的所有相关数据的集合(所有数据都是统一、集中和独立管理的，数据独立于程序而存在，可以由不同的用户共享)。2005年9月14日，数据库阶段的数据管理模型，应用程序1，应用程序2，应用程序N，数据库管理系统(DBMS)，数据库(DB)，2005年9月15日，特性：数据库中的数据是结构化的。不仅要考虑数据项之间的联系，还要考虑记录之间的联系。数据冗余很小，易于扩展。高数据和程序独立性。它为用户提供了一个方便的界面。您可以使用数据库系统提供的查询语言和交互式命令来操作数据库。最小访问单位是数据项。2005年9月，第16页。第三

6、，信息描述和数据模型，它是对现实世界特征的模拟和抽象。根据模型应用的不同目的，模型可以分为两类或两个层次：一类是概念模型(也称信息模型)，另一类是数据模型。(1)概念模型：也称为概念模型或信息模型，它从数据应用语义的角度提取模型，从用户的角度对数据和信息进行建模。这种模型主要用于数据库的设计阶段，与具体的数据库管理系统无关。(2)数据模型：从计算机系统的角度对数据进行建模。是数据库系统的核心和基础。它分为以下模型：层次模型(用树结构组织数据)。网格模型(用图形结构组织数据)。关系模型(用简单的二维表结构组织数据)。对象关系模型(用复杂的表和其他结构组织数据)。2005年9月，第17页，(1)概

7、念数据模型(概念性模型)，它是现实世界的抽象反映，不依赖于特定的计算机系统，是从现实世界到机器世界的中间层次。信息世界建模是一种面向用户的现实世界数据模型，与特定的数据库管理系统无关。2005年9月18日，现实世界中客观事物的抽象过程，2005年9月19日，常用的概念模型是实体关系模型。它主要涉及三个概念：实体、属性和关系。(1)概念层数据模型(概念性模型)，2005年9月，第20页，(1)概念层数据模型，1。实体实体是具有相同属性并且可以相互区分的现实世界对象的集合。在关系数据库中，一个实体通常被映射到一个关系表中，表中的一行对应于一个可区分的现实世界对象(它构成了一个实体)，这被称为实体实

8、例。在E-R图中，具体的实体用矩形框表示，实体名称写在框中。2005年9月，第21页，(1)概念层数据模型，(2)属性实体的特征称为其属性。描述实体或关系性质的数据项(如下所述)。每个实体都有一个标识符(或实体的密钥)。标识符是实体中的一个属性或几个属性的组合，每个实体实例在标识符上都有不同的值。在E-R图中，属性用省略号表示，属性名用省略号表示。2005年9月，第22页，(1)概念数据模型，(3)关系：实体内的关系构成实体属性之间的关系。例如，在“员工”实体中，假设有“员工编号”和“部门经理编号”。不同实体之间的关系示例。“玩具”实体(带属性：标识号、名称、价格、重量、商标标识)与“商标”实

9、体(带属性：商标标识、商标名称、商标说明)之间的“商标标识”关系用菱形框表示，其中写有关系名称，相关实体之间用连接线连接。2005年9月，第23页，(1)概念数据模型，有三种类型的关系：一对一(1:1)一对多(1:n)多对多(m:n)，2005年9月，第24页，(1)概念数据模型，2005年9月，第25页。实体的属性由椭圆表示，其中属性名被写入，并通过无向边与其实体相连。，学生，学号，姓名，性别，系，入学时间，2005年9月，第26页，(1)概念层数据模型，关系(实体之间的联系)用菱形表示，关系用适当的含义命名，名称写在菱形框中；参与对应连接的实体的矩形框通过无向连接与菱形连接；并在连接线上标

10、明触点类型，即1:1、1:N或N:M。如果接触具有属性，它也应该通过无向边与接触相连。教学，教师，学生，姓名，工作编号，姓名，学生编号，1，n，2005年9月，第27页，(I)系统中的实体确定每个实体的属性，以确定实体之间的关系，2005年9月，第28页，E-R绘图，确定每个实体的属性，学生，学生编号，姓名，性别，部门，入学时间，课程，课程编号，课程名称，2005年9月，第29页。年级，2005年9月30日，绘制E-R图，学生，课程，学习，M，N，年级，学生编号，姓名，性别，系，入学时间，课程编号，课程名称，2005年9月31日，实习，实习，2005年9月，第32页，2005年9月，第33页，

11、(2)数据模型，数据模型的三个要素是：数据结构。系统静态特性的描述。存储在数据库中的对象类型的集合。一个是与数据类型、内容和属性相关的对象，例如关系模型中的域、属性和关系。另一个是与数据之间的关系相关的对象，它从数据组织层表达数据记录和字段的结构。2005年9月，第34页，数据模型的三个元素：数据操作。允许对数据库中各种对象的实例执行的操作的集合。数据检索：在不改变数据结构和数据值的情况下，从数据集中提取用户感兴趣的内容。数据更新：包括插入、删除和修改数据，改变数据的值。数据完整性约束。是完整性规则的集合。用于根据数据模型定义数据库状态和状态变化，以保证数据的正确性、有效性和兼容性。2005年

12、9月35日，实际数据库系统支持的主要数据模型：层次模型，网格模型，关系模型，2005年9月36日，1。层次模型，用树结构来表达实体之间关系的模型称为层次模型。树由节点和链接组成，其中节点代表实体，链接代表两个实体之间的一对多关系。树有以下特征：每棵树只有一个没有父节点的节点，这个节点称为树的根。树中的其他节点只有一个父节点。2005年9月，第37页，分层模型图，一个数据模型可以有多个模型实例，如某个大学，某个系，第38页，2005年9月。2.网格模型是满足以下条件的有向图。它可以有多个没有父节点的节点。至少一个节点有多个父节点(不包括树结构)。2005年9月，第39页，网格模型示意图，2005

13、年9月，第40页，网格数据库和分层数据库很好地解决了数据集中和共享的问题，但是数据的独立性和抽象性有很大的缺陷。当从这两个数据库访问数据时，用户仍然需要定义数据存储结构并指出访问路径。关系数据库可以很好地解决这些问题。1969年，E.F. Codd发明了关系数据库。1976年，霍尼韦尔开发了第一个商业关系数据库系统多数据库关系数据存储。3，关系模型，2005年9月，第41页，表示实体和实体之间关系的模型称为关系数据模型，它使用二维表来表示实体及其相互关系、字段和记录，2005年9月，第42页，关系模型中的基本术语关系(table relationship)是二维表，每一列都不能细分，属性不能重

14、命名，列的顺序可以交换。元组(行，记录)表中的每一行数据被称为元组属性(列，字段)。表中的每一列都是一个属性值集，该列可以被命名为属性名。2005年9月，第43页，关系模型中的基本术语主键(主键、关键字、代码)用于唯一标识表中的元组。外键(FK，外键代码)当一个表的主键作为属性存在于另一个表中时，它在另一个表中被称为外键，并且外键可以重复。域属性的值域称为域。2005年9月，第44页。数据库系统由数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)、应用系统(Application system)、数据管理员(DBA)和用户(USER)组成，是集成的结构化数据的集合，是DBMS的管理对象，DBMS是DB

15、S的核心软件。负责数据库的使用、控制和管理。用户：管理和使用数据库的人。数据库管理员：设计、管理和使用数据库的人。应用：这是一些应用数据库数据的软件。2005年9月，第45页，1。数据库系统的组成，数据库，应用程序，数据库管理系统，用户，数据库管理员，用户，图1-3数据库系统的组成，2005年9月，第46页，数据库，数据库数据库是存储数据的“仓库”。它是相关数据(在计算机中表示信息的符号)的集合。数据库是以一定的数据结构存储在一起的相关数据集合，具有冗余数据少、共享、独立、完整等特点。(2)数据库管理系统(DBMS)，一套介于用户和操作系统之间的数据管理软件，可以组织、存储、维护和获取数据等。

16、2005年9月48日，数据库管理系统应具备以下功能：数据定义功能：定义数据结构、数据与数据的关系、数据完整性约束等。数据操作功能：实现对数据库中数据的操作，包括数据的插入、删除和修改；数据查询功能：实现灵活的数据查询功能，方便用户使用数据库中的数据；数据控制功能：实现数据库数据安全控制、完整性控制等方面的控制功能；数据管理功能：数据库的备份和恢复；数据通信功能：数据通信功能也必须在分布式数据库或提供网络操作功能的数据库中提供。还有性能优化、并发控制等。2005年9月，第49页，第2节，数据库系统硬件和软件层次结构，2005年9月，第50页，第3节，数据库系统结构，三级模式结构内部模式(storage mode)是最接近物理存储的，即数据的物理存储模式；数据库管理系统提供的工具或语言完成模式(逻辑模式、概念模式)描述了数据库的物理存储结构，是内部模式和外部模式之间的中间层次。它描述了数据的全局逻辑结构。在现实世界中，数据库用户的数据抽象描述了整个数据库的结构，重点描述了最接近用户的实体、属性、关系和约束模式(子模式、用户模式)，即用户看到的数据视图；它描述了数据的本地逻辑结构。描述特定用户组感兴趣的数据库部分，2005年9月51日，2005年9月52日。三层模式结构的优势确保了数据的独立性，简化了用户界面，