信息系统技术基础.ppt

1、An Introduction to Database Systenm,数据库技术,数据处理 计算机数据管理 数据库系统的构成 数据模型 关系的规范化,数据处理,1、数据处理 在计算机中，通过计算机软件来管理数据，通过应用程序来 对数据进行加工处理。用外存储器来存储数据。 数据处理是指将数据转换成信息的过程。数据处理的内容主要包括：数据的收集、整理、存储、加工、分类、维护、排序、检索和传输等一系列活动的总和。数据处理的目的是从大量的数据中，根据数据自身的规律和及其相互联系，通过分析、归纳、推理等科学方法，利用计算机技术、数据库技术等技术手段，提取有效的信息资源，为进一步分析、管理、决策提供依据

2、。 数据处理也称信息处理,2、计算机数据管理 计算机对数据的管理是指对数据的组织、分类、编码、存储、检索和维护提供操作手段。,数据处理,3、数据处理的发展 伴随着计算机技术的不断发展，数据处理及时地应用了这一先进的技术手段，使数据处理的效率和深度大大提高，也促使数据处理和数据管理的技术得到了很大的发展，其发展过程大致经历了人工管理、文件管理、数据库管理及分布式数据库管理等四个阶段。,数据处理,1人工管理阶段 早期的计算机主要用于科学计算，计算处理的数据量很小，基本上不存在数据管理的问题。从50年代初开始，开始将计算机应用于数据处理。当时的计算机没有专门管理数据的软件，也没有像磁盘这样可随机存取

3、的外部存储设备，对数据的管理没有一定的格式，数据依附于处理它的应用程序，使数据和应用程序一一对应，互为依赖。,数据处理,1人工管理阶段 由于数据与应用程序的对应、依赖关系，应用程序中的数据无法被其他程序利用，程序与程序之间存在着大量重复数据，称为数据冗余；同时，由于数据是对应某一应用程序的，使得数据的独立性很差，如果数据的类型、结构、存取方式或输入输出方式发生变化，处理它的程序必须相应改变，数据结构性差，而且数据不能长期保存。,数据处理,在人工管理阶段，应用程序与数据之间的关系如图所示。,数据处理,2文件管理阶段 从50年代后期开始至60年代末为文件管理阶段，应用程序通过专门管理数据的软件即文

4、件系统管理来使用数据。由于计算机存储技术的发展和操作系统的出现，同时计算机硬件也已经具有可直接存取的磁盘、磁带及磁鼓等外部存储设备，软件则出现了高级语言和操作系统，而操作系统的一项主要功能是文件管理，因此，数据处理应用程序利用操作系统的文件管理功能，将相关数据按一定的规则构成文件，通过文件系统对文件中的数据进行存取、管理，实现数据的文件管理方式。,数据处理,文件管理阶段中，文件系统为程序与数据之间提供了一个公共接口，使应用程序采用统一的存取方法来存取、操作数据，程序与数据之间不再是直接的对应关系，因而程序和数据有了一定的独立性。程序和数据分开存储，有了程序文件和数据文件的区别。数据文件可以长期

5、保存在外存储器上被多次存取。 数据和程序相互依赖。同一数据项可能重复出现在同一个文件中，这就导致了数据冗余度大。造成数据的不一致性。,数据处理,在文件管理阶段，应用程序与数据之间的关系如图所示。 , ,数据处理,3数据库系统 数据库管理阶段是20世纪60年代后期开始在文件管理基础上发展起来的。为了实现计算机对数据的统一管理，达到数据共享的目的，发展了数据库技术。 数据库技术的主要目的是有效地管理和存取大量的数据资源。,数据处理,3数据库系统 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）数据库管理系统利用了操作系统提供的输入/输出控制和文件访问功能。Vf就是一

6、种在操作系统上运行的数据库管理系统软件。 数据库技术使数据有了统一的结构，对所有的数据实行统一、集中、独立的管理，以实现数据的共享，保证数据的完整性和安全性，提高了数据管理效率。数据库也是以文件方式存储数据的，但它是数据的一种高级组织形式。在应用程序和数据库之间，由数据库管理软件DBMS把所有应用程序中使用的相关数据汇集起来，按统一的数据模型，以记录为单位存储在数据库中，为各个应用程序提供方便、快捷的查询、使用。,数据处理,在数据库管理阶段，应用程序与数据之间的关系如图所示。 ,数据处理,2 计算机数据管理,1数据库系统的组成 数据库应用系统简称为数据库系统（DataBase System，D

7、BS），是一个计算机应用系统。它由计算机硬件、数据库管理系统、数据库、应用程序和用户等部分组成。,最终 用户,开发人员,数据库管 理人员,1计算机硬件 计算机硬件（Hardware）是数据库系统赖以存在的物质基础，是存储数据库及运行数据库管理系统DBMS的硬件资源，主要包括主机、存储设备、I/O通道等。大型数据库系统一般都建立在计算机网络环境下。 为使数据库系统获得较满意的运行效果，应对计算机的CPU、内存、磁盘、I/O通道等技术性能指标，采用较高的配置。,2 计算机数据管理,2数据库管理系统 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）是指负责数据库存取、

8、维护、管理的系统软件。DBMS提供对数据库中数据资源进行统一管理和控制的功能，将用户应用程序与数据库数据相互隔离。它是数据库系统的核心，其功能的强弱是衡量数据库系统性能优劣的主要指标。 DBMS必须运行在相应的系统平台上，在操作系统和相关的系统软件支持下，才能有效地运行。,2 计算机数据管理,3数据库 数据库(DataBase，DB )是指存储在计算机存储设备上结构化的相关数据集合。它不仅包括描述事物的数据本身，而且还包括相关事物之间的联系。可以被多个用户共享的、与应用程序相互独立。数据库中的数据也是以文件的形式存储在存储介质上的，它是数据库系统操作的对象和结果。数据库中的数据具有集中性和共享

9、性。所谓集中性是指把数据库看成性质不同的数据文件的集合，其中的数据冗余很小。所谓共享性是指多个不同用户使用不同语言，为了不同应用目的可同时存取数据库中的数据。 数据库中的数据由DBMS进行统一管理和控制，用户对数据库进行的各种数据操作都是通过DBMS实现的,2 计算机数据管理,2数据库系统的特点 数据库系统的出现是计算机数据处理技术的重大进步，它具有以下特点。 1实现数据共享，减少数据冗余 数据的最小单位是字段，即可以按字段的名称存取库中某一个或某一组字段，也可以存取一条记录或一组记录。 数据冗余就是数据重复 2.采用特定的数据模型 数据库中的数据是有结构的，这种结构由数据库管理系统所支持的数

10、据模型表现出来。数据库系统不仅可以表示事物内部各数据项之间的联系，而且可以表示事物与事物之间的联系，从而反映出现实世界事物之间的联系。,2 计算机数据管理,3具有较高的数据独立性 所谓数据独立是指数据与应用程序之间的彼此独立，它们之间不存在相互依赖的关系。应用程序不必随数据存储结构的改变而变动，这是数据库一个最基本的优点。 在数据库系统中，数据库管理系统通过映像，实现了应用程序对数据的逻辑结构与物理存储结构之间较高的独立性。数据库的数据独立包括两个方面： （1）物理数据独立：数据的存储格式和组织方法改变时，不影响数据库的逻辑结构，从而不影响应用程序。 （2）逻辑数据独立：数据库逻辑结构的变化（

11、如数据定义的修改，数据间联系的变更等）不影响用户的应用程序。 数据独立提高了数据处理系统的稳定性，从而提高了程序维护的效益。,2 计算机数据管理,4.有统一的数据控制功能 数据的存取是并发的，既多个用户同时使用一个数据库。所以，数据库管理系统必须要提供必要的保护措施，（并发访问控制、数据安全控制和数据的完整性控制）。,2 计算机数据管理,An Introduction to Database Systenm,3数据库系统的构成,计算机系统 数据库 数据库管理系统（DBMS） 人员,An Introduction to Database Systenm,数据库的定义 数据库(Database,简

12、称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合,An Introduction to Database Systenm,数据库的特征 数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享 冗余度较小 数据独立性较高 易扩展,An Introduction to Database Systenm,什么是DBMS 数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。 DBMS的用途 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据,An Introduction to Database Systenm,DBMS的

13、主要功能,数据定义功能 提供数据定义语言(DDL) 定义数据库中的数据对象 数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML) 操纵数据实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改),An Introduction to Database Systenm,DBMS的主要功能,数据库的运行管理 保证数据的安全性、完整性、 多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复 数据库的建立和维护功能(实用程序) 数据库数据批量装载 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织,An Introduction to Database Systenm,4数据模型,概念模型 E-R方法 数据模型,An Introduct

14、ion to Database Systenm,数据模型分成两个不同的层次 (1) 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。 (2) 数据模型 主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。,An Introduction to Database Systenm,概念模型,1. 概念模型 2. 概念模型的表示方法,An Introduction to Database Systenm,1. 概念模型,概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模 是现实世界到机器世界的一个中间层次 是数据库设计的有力工具 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言,An

15、 Introduction to Database Systenm,概念模型常用的基本概念,实体（Entity） 属性（Attribute） 联系（Relationship）,An Introduction to Database Systenm,两个实体型间的联系,一对一联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。 实例 班级与班长之间的联系： 一个班级只有一个正班长 一个班长只在一个班中任职,An Introduction to Database Systenm,两个实体型间的联系,一对多联系 如果对于

16、实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系 记为1:n 实例 班级与学生之间的联系： 一个班级中有若干名学生， 每个学生只在一个班级中学习,An Introduction to Database Systenm,两个实体型间的联系,多对多联系（m:n） 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n 实例 课程与学生之间的联系：

17、一门课程同时有若干个学生选修 一个学生可以同时选修多门课程,An Introduction to Database Systenm,2 .概念模型的表示方法E-R方法,概念模型的表示方法很多 实体联系方法(E-R方法) 用E-R图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为E-R模型,An Introduction to Database Systenm,E-R,实体型 用矩形表示，矩形框内写明实体名。,学生,教师,An Introduction to Database Systenm,E-R图(续),属性 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来,An Introduction to

18、Database Systenm,E-R图(续),联系 联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n）,An Introduction to Database Systenm,联系的表示方法,An Introduction to Database Systenm,联系的表示方法示例,An Introduction to Database Systenm,电话,系编号,系名,性别,学号,姓名,年龄,籍贯,成绩,课程号,课程名,学时,系,学生,课程,所属,选修,An Introduction to Database

19、 Systenm,电话,系编号,系名,性别,学号,姓名,年龄,籍贯,成绩,课程号,课程名,学时,系,学生,课程,所属,选修,1,n,m,n,An Introduction to Database Systenm,E-R图(续),E-R图实例： 某工厂物资入库管理E-R图,An Introduction to Database Systenm,物资,库存,结算,合同,供应单位,入库,订货,验收,购进,付款,N,M,I,N,N,M,M,N,N,I,L,物资入库管理E-R图,练习,对于职工和部门两个实体，一般情况下，一个部门有多个职工，而一个职工仅属于一个部门。职工有职工号、姓名、性别、年龄等属性，

20、部门具有部门号、部门名称及电话等属性，同时对于职工和工种（工种名,工种号）两个实体通过分工进行联系，一个工种有多个职工，而一个职工仅属于一个工种，而工种和劳保用品（用品号、用品名、价格、库存量），一个工种可以领取多种劳保用品，一种劳保用品也可以被多个工种领取。具体领取的劳保用品数量依据每次领取的具体情况而定。,An Introduction to Database Systenm,练习,An Introduction to Database Systenm,职工,部门,劳保用品,工种,性别,职工号,姓名,年龄,工种名,数量,部门名,电话,部门号,用品名,库存量,价格,所属,发放,分工,工种号,

21、用品号,练习,An Introduction to Database Systenm,职工,部门,劳保用品,工种,性别,职工号,姓名,年龄,工种名,数量,部门名,电话,部门号,用品名,库存量,价格,所属,发放,分工,m,1,1,m,n,n,工种号,用品号,An Introduction to Database Systenm,数据模型,常用数据模型 关系数据模型,An Introduction to Database Systenm,常用数据模型,非关系模型 层次模型（Hierarchical Model） 网状模型(Network Model ) 数据结构：以基本层次联系为基本单位 基本层次

22、联系：两个记录以及它们之间的一对多（包括一对一)的联系,An Introduction to Database Systenm,常用数据模型(续),关系模型(Relational Model) 数据结构：表 面向对象模型(Object Oriented Model） 数据结构：对象,An Introduction to Database Systenm,关系数据模型,最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型 1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd提出,An Introduction to Database Systenm,关系数据模型的数据结构,在用户

23、观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,An Introduction to Database Systenm,关系模型的基本概念,关系（Relation） 一个关系对应通常说的一张表。 元组（Tuple） 表中的一行即为一个元组。 属性（Attribute） 表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。 主码（Key） 表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。,关系模型的基本概念,外部关键字 关系中某个属性或属性组合并非关键字，但却是另一个关系的主关键字，称此属性或属性组合为本关系的外部关键字。关系之间的联系是通过外部关键字实现的。 域（Domain）

24、属性的取值范围。 关系模式 对关系的描述 关系名（属性1，属性2，属性n） 学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）,An Introduction to Database Systenm,关系数据模型的数据结构(续）,实体及实体间的联系的表示方法 实体型：直接用关系（表）表示。 属性：用属性名表示。 一对一联系 一对多联系 多对多联系,An Introduction to Database Systenm,关系数据模型的数据结构(续）,例1 学生、系、系与学生之间的一对多联系： 学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级） 系 (系号，系名，办公地点) 例2 系、系主任、系与系主任间的一对一联

25、系,An Introduction to Database Systenm,关系数据模型的数据结构(续）,例3 学生、课程、学生与课程之间的多对多联系： 学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级） 课程（课程号，课程名，学分） 选修（学号，课程号，成绩）,关系的基本特点 在关系模型中，关系具有以下基本特点： （1）关系必须规范化，属性不可再分割 规范化是指关系模型中每个关系模式都必须满足一定的要求，最基本的要求是关系必须是一张二维表，每个属性值必须是不可分割的最小数据单元，即表中不能再包含表。 （2）在同一关系中不允许出现相同的属性名（字段） （3）关系中不允许有完全相同的元组（记录） （4）

26、在同一关系中元组及属性的顺序可以任意 （5）任意交换两个元组（或属性）的位置，不会改变关系模式。,关系数据库系统,关系模型实例,关系数据库系统,关系运算 1.传统的集合运算 进行并、差、交集合运算的两个关系必须是具有相同的关系模式，既结构相同。 1）并 两个相同结构关系的并是有属于这两个关系的元组（记录）组成的集合。 2）差 关系R和关系S，是有属于R而不属于S的元组组成的集合，从R中去掉S中也有的元组。 3）交 关系R和关系S，既属于R又属于S的元组组成的集合。,关系数据库系统,2.专门的关系运算 在关系数据库中查询用户所需数据时，需要对关系进行一定的关系运算。关系运算主要有选择、投影和联接三种。 1）选择（Selection）运算是从关系中查找符合指定条件元组的操作。(对记录) 2）投影（Projection）运算是从关系中选取若干个属性的操作。 （对字段） 3）联接（Join）运算是将两个关系模式的若干属性拼接成一个新的关系模式的操作，对应的新关系中，包含满足联接条件的所