《数据库基本概论》PPT课件.ppt

1、1,第1章 数据库系统概论,2,常用的企业数据库软件,导入,3,1.1 数据管理技术的发展,数据与数据处理 1数据和信息,数据(Data)：是人们用于记录事物情况的物理符号。,可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形式的不同而改变。 如“2000年硕士研究生将扩招30%”，其中的数据可改为汉字形式“两千年”、“百分之三十”。 数据的表现形式不仅包括数字和文字，还包括图形、图象、声音等。,4,1.1 数据管理技术的发展,信息：是数据中所包含的意义。通俗地讲，信息是经过加工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据。,数据与信息联系 数据是信息的符号表示或载体，信息则是数据的内涵

2、，是对数据的语义解释。 如数据例子中的数据2000、30%被赋予了特定的语义，它们就具有了传递信息的功能。,如“2005年硕士研究生英语考试初试不考听力”，对接受者有意义，使接受者据此作出决策。,5,1.1 数据管理技术的发展,2. 数据处理 数据处理是将数据转换成信息的过程，包括对数据的收集、存储、加工、检索、传输等一系列活动。其目的是从大量的原始数据中抽取和推导出有价值的信息，作为决策的依据。 可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系： 信息=数据+数据处理 数据是原料，是输入，而信息是产出，是输出结果。“信息处理”的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。,6,1.1 数据管理技术的发

3、展,数据管理技术的发展 1. 人工管理阶段 20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算，当时的硬件状况是：没有磁盘等直接存取设备；软件状况是：没有操作系统，没有管理数据的软件。 特点: 数据不保存. 因为当时计算机主要用于科学计算，对于数据保存的需求尚不迫切。 数据不共享，冗余度大； 数据是面向程序的，一组数据只能对应一个程序。 多个应用程序涉及某些相同的数据时，也必须各自定义，因此程序之间有大 量的冗余数据。 数据不具有独立性，完全依赖于程序； 程序依赖于数据，如果数据的类型、格式、或输入输出方式等逻辑结构或物理结构发生变化，必须对应用程序做出相应的修改。,7,8,1.1 数据管理技术

4、的发展,2. 文件管理阶段 20世纪50年代后期至60年代后期,计算机外存储器有了磁鼓和磁盘等直接存取设备；软件有了操作系统和文件系统；程序通过数据文件访问数据。,数据输入程序,数据文件,数据文件,9,查询程序,01090103,查询程序,例如：数据查询与报表,特点: (1) 数据以文件形式可长期保存下来 用户可随时对文件进行查询、修改和增删等处理。 (2) 程序与数据间有一定独立性 由专门的软件即文件系统进行数据管理，程序和数据间由软件提供的存取方法进行转换，数据存储发生变化不一定影响程序的运行。,10,11,与人工管理阶段相比，文件系统阶段对数据的管理有了很大的进步，但一些根本性问题仍没有

5、彻底解决，主要表现在以下三方面： (1) 数据冗余度大 各数据文件之间没有有机的联系，一个文件基本上对应于一个应用程序，数据不能共享。 (2) 数据独立性低 数据和程序相互依赖，一旦改变数据的逻辑结构，必须修改相应的应用程序。 (3)数据一致性差 由于相同数据的重复存储、各自管理，在进行更新操作时，容易造成数据的不一致性。,12,此阶段将数据集中存储在一台计算机上，由数据库管理系统 DBMS对数据进行统一控制和管理。,数据库,1.1 数据管理技术的发展,3数据库管理阶段,13,特点：数据结构化并与程序分离；数据集中式管理，高度共享；数据冗余度减小，统一的数据管理和控制。,14,图1-3 应用程

6、序和数据库的关系,15,1.2 数据库和数据库系统,数据库（DB-Data Base）,数据库是指数据库系统中按照一定方式组织的、存储在外部存储设备上的、能为多个用户共享的、与应用程序相互独立的相关数据集合。,硬件,存放数据库的介质,16,1.2 数据库和数据库系统,数据库系统(Database System，DBS)的组成,DBS通常是指数据库和相应的软硬件系统。主要由数据库、用户、软件和硬件四部分组成。 1 .数据库 数据库是长期存储在计算机内有组织的共享的数据的集合。 2. 用户 第一类用户，终端用户（End User） 主要是使用数据库的各级管理人员、工程技术人员、科研人员，一般 为非

7、计算机专业人员； 第二类用户，应用程序员（Application Programmer） 负责为终端用户设计和编制应用程序，以便终端用户对数据库进行存 取操作。 第三类用户，数据库管理员（Dadabase Administrator，简称DBA） DBA是指全面负责数据库系统的“管理、维护和正常使用的”人员.,17,3.软件 (Software) 负责数据库存取、维护和管理的软件系统，即数据库管理系统（Data Base Management System，简称DBMS）， 数据库系统的各类人员对数据库的各种操作请求，都由DBMS完成， DBMS是数据库系统的核心软件。 4.硬件（Hardwa

8、re） 存储和运行数据库系统的硬件设备。 包括CPU、内存、大容量的存储设备、外部设备等。,18,数据库系统层次结构图如下 由上图看出： DBMS在操作系统（OS）的支持下工作， 应用程序在DBMS支持下才能使用数据库。,19,1.2 数据库和数据库系统,数据库的三级模式结构 为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括 外模式：面向用户或应用程序员的用户级 模式： 面向建立和维护数据库人员的概念级 内模式：面向系统程序员的物理级,视图”是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法，是数据库在用

9、户“眼中”的反映。,20,1.2 数据库和数据库系统,外模式(子模式,是不唯一的） 模式(概念模式或逻辑模式,是唯一的) 内模式(存储模式,是唯一的),21,三级模式结构的一个具体实例,外模式,模式,内模式,模式/内模式,外模式/模式,22,1.2 数据库和数据库系统,数据库系统的特点 数据共享，减少数据冗余 这是数据库系统阶段的最大改进，数据不再面向某个应用程序而是面向整个系统，当前所有用户可同时存取库中的数据。 这样便减少了不必要的数据冗余，节约存储空间，同时也避免了数据之间的不相容性与不一致性。,23,数据独立性高 数据的独立性是指逻辑独立性和物理独立性。 数据的逻辑独立性是指当数据的逻

10、辑结构改变时，不影响用户的应用程序不必须修改。 例如，在原有的记录类型之间增加新的联系，或在某些记录类型中增加新的数据项，均可确保数据的逻辑独立性。 数据的物理独立性是指当数据的存储结构改变时，数据的逻辑结构不变，从而应用程序也不必改变。 例如，改变存储设备和增加新的存储设备，或改变数据的存储组织方式，均可确保数据的物理独立性。,24,有统一的数据控制功能 数据库为多个用户和应用程序所共享，对数据的存取往往是并发的，即多个用户可以同时存取数据库中的数据，甚至可以同时存取数据库中的同一个数据，为确保数据库数据的正确有效和数据库系统的有效运行，数据库管理系统提供下述四方面的数据控制功能。 a. 数

11、据的安全性（security）控制：防止不合法使用数据造成数据的泄露和破坏，保证数据的安全和机密； 例如，系统提供口令检查或其他手段来验证用户身份，防止非法用户使用系统；也可以对数据的存取权限进行限制，只有通过检查后才能执行相应的操作。,25,正确性是指数据的合法性，如年龄属于数值型数据，只能含0,1,9，不能含字母或特殊符号； 有效性是指数据是否在其定义的有效范围，如月份只能用112之间的正整数表示； 相容性是指表示同一事实的两个数据应相同，否则就不相容，如一个人不能有两个性别。,b. 数据的完整性(integrity)控制：系统通过设置一些完整性规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。,2

12、6,d.数据恢复（recovery）：当数据库被破坏或数据不可靠时，系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的正确状态。,c.并发（concurrency）控制：多用户同时存取或修改数据库时，防止相互干扰而提供给用户不正确的数据，并使数据库受到破坏。,27,练习： 在下面关于数据库技术说法中，不正确的是 A)数据的完整性是指数据的正确性和一致性 B)防止非法用户对数据的存取，称为数据库的安全性保护 C)采用数据库技术处理数据，数据冗余应完全消失 D)不同用户可以使用同一数据库，称为数据共享 在数据库的三级模式体系结构中，外模式与模式之间的映像，实现了数据库的 独立性。 3 数据库系统的三

13、级模式结构是指 。,28,1.3 数据模型,现实世界的数据描述 1. 数据处理的3个阶段,现实世界,信息世界(概念模型),机器世界,图1-5 数据处理的三个阶段,抽象,转换,29,1.3 数据模型,2. 实体（Entity） 是客观事物的真实反映。可以是实际存在的对象、也可是抽象概念或事件。 SQL Server中称为“记录”. （1）属性(Attributes) 将实体的特征称为属性。每个属性都有特定的取值范围，即值域。SQL Server中称为“字段”。 例如，为描述一个职工，可能涉及如下属性：编号、姓名、性别、出生日期和职称。,30,1.3 数据模型,（2）实体型（Entity Type

14、）和实体值 实体型就是实体的结构描述，通常是实体名和属性名的集合；具有相同属性的实体，有相同的实体型。实体值是一个具体的实体，是属性值的集合。SQL Server中实体型称为“表结构”. 例如，教师实体型是： 教师(编号、姓名、性别、出生日期、职称、基本工资、研究方向) 教师“李亦光”的实体值是： (15031，李亦光，男，09/21/65，教授，678，数据库技术),31,1.3 数据模型,（3）属性型和属性值 属性型就是属性名及其取值类型，属性值就是属性在其值域中所取的具体值。 例如：教师实体中的姓名属性，“姓名”和取值字符类型是属性型，而“李亦光”是属性值。 （4）实体集(Entity

15、Set) 性质相同的同类实体的集合称为实体集。SQL Server中称为“表”。 如一个系的教师。,32,1.3 数据模型,3实体间的联系 实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。 联系的类型： 一对一联系 记为1 ：1 实体集A中的一个实体至多与实体集B中的一个实体相对应，反之亦然，则称实体集A与实体集B为一对一的联系。记作1:1。 如：班级与班长，观众与座位，病人与床位。 一对多联系 记为1：n 实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，反之，实体集B中的一个实体至多与实体集A中的一个实体相对应。记作1:n。 如：班级与学生、公司与职员、省与市。 多对多联系

16、 记为m ：n 实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，反之，实体集B中的一个实体与实体集A中的多个实体相对应。记作（m:n）。 如：教师与学生,学生与课程，工厂与产品。,33,4. 概念模型 概念模型是反映实体之间联系的模型。E-R模型:描述现实世界的概念模型。 实体：用矩形框表示，框内写入实体名。 属性：用椭圆形表示，属性的名称记入椭圆形内。 联系：用菱形框表示实体间的相互关系，框内注明联系的名称。,1.3 数据模型,34,1.3 数据模型,35,练习： 有两个实体：“出版社”和“作者”。这两个实体属于多对多的联系，请自己设计适当的属性，画出E-R图。,图1-7 图书借阅系统中的

17、E-R模型,36,1.3 数据模型,数据模型 概念模型只是将现实世界的客观对象抽象为某种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，而对应于数据世界的模型则由数据模型描述，数据模型是数据库中实体之间联系的抽象描述。,常见的数据模型：层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型。,37,树叶,树 枝,根,通过树形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每个结点表示一个实体，箭头表示实体间的联系。,（1） 层次数据模型,38,非根,根,层次数据模型主要特点：有且仅有一个根结点；每个非根结点有且仅有一个父(直接上层)结点。它最适合表示实体的一对多联系。,39,根,多个父结点,通过网状结构表示实体及

18、联系。“网”中每个结点表示一个实体，结点之间箭头表示实体间的联系。 网状数据模型主要特点：网状数据模型可能有多个根结点，某些非根结点可能有多个父结点，适合表示实体的多对多联系。,（2） 网状数据模型,40,层次与网状模型优缺点: 优点:能直观、形象地描述实体及其联系，易于被人们所理解和掌握 。,缺点:数据结构较复杂，存储数据需要更多的链接指针；在检索数据时，需要考虑数据的存储路径；在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针。,41,关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的差别，它是用二维表格来表示实体及其相互之间的联系。,（3）关系数据模型,表1-1 教师关系,42,一个关系就是没有重复行和重复

19、列的二维表，二维表的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称为属性。学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生记录的一个字段。属性个数（n）称为关系的元。,属性信息,43,练习： 在数据库技术中，实体联系模型是一种 A)逻辑数据模型 B)物理数据模型 C)结构数据模型 D)概念数据模型 所谓概念模型，指的是 A)客观存在的事物及其相互联系 B)将信息世界中的信息数据化 C)实体模型在计算机中的数据化表示 D)现实世界到机器世界的一个中间层次，即信息世界 E-R方法的三个要素是 。 用二维表结构表示实体以及实体间联系的数据模型称为 数据模型。,44,1.4 数据库新技术,分布式数据库 分

20、布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不同结点，逻辑上属于同一系统的数据库系统。 分布式数据库的主要特点是： 数据是分布的 数据是逻辑相关的 结点的自治性,45,图1-10 一个分布式数据库应用系统实例,全国票务中心,46,1.4 数据库新技术,多媒体数据库 能存储和管理多种媒体的数据库称为多媒体数据库。 多媒体数据库对数据库管理系统的功能要求： 要求数据库管理系统能方便地描述和处理具有内部层次结构的数据。 要求数据库管理系统提供由用户定义的新的数据类型和相应操作的功能。 要求数据库管理系统能够提供更灵活的定义和修改模式的能力。 要求数据库管理系统提供对多媒体信息管理中特殊的事务管理与版本控制能力。,47,1.4 数据库新技术,工程数据库 所谓工程数据库是指在工程设计中，主要是CAD/CAM中所用到的数据库。由于在工程中的环境和要求不同，工程数据库与传统的信息管理中用到的数据库有着很大的区别。,图1-11 工程数据库的应用环境,48,1.4 数据库新技术,面向对象数据库 面向对象数据库系统(Object-Oriented Database System，OODBS)是将面向对象的模型、