数据库系统概论

1.1 数据库技术的发展,第一代数据库第二代数据库新一代数据库:分布式数据库、并行数据库、主动数据库、空间数据库、Web数据库、工程数据库,1.2 数据库系统概述,概念数据（Data）是描述事物的符号记录，是数据库中存储的基本对象，也是数据库管理系统处理的基本对象。数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共 享的数据集合。数据库管理系统(Data Base Management System)是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。,1.2 数据库系统概述,概念数据库系统（database system，DBS）是引入了数据库的计算机系统，是计算机软硬件和数据资源共同组成的系统，目的是为了实现有组织地、动态地存储大量关联数据，以方便多用户对数据进行访问。,1.2 数据库系统概述,数据管理技术的三个阶段 人工管理阶段：数据不保存、数据不具有独立性、数据不共享、由应用程序管理数据。 文件系统阶段： 优点：数据长期保留、数据的独立性、实时处理。 缺点：数据共享性差，冗余度大 数据和程序缺乏足够的独立性 数据库系统阶段：数据结构化，数据共享性高、冗余度小、易扩充，数据独立性高，统一的数据管理和控制功能。,1.3 数据模型,数据模型所描述的内容包括三个部分：数据结构、数据操作、数据约束。数据模型按不同的应用层次分为3种类型，分别是概念数据模型(Conceptual Data Model)、逻辑数据模型(Logic Data Model)和物理数据模型(Physical Data Mod -el)。,1.3.1概念数据模型,E-R模型： 术语：实体、属性、实体型、实体集、码、域、联系 两个实体之间的联系有3种类型： 一对一联系(1:1)、一对多联系(1:n)、多对多(m:n) 基本成分： 矩形框、菱形框、椭圆形框、直线,1.3.1概念数据模型,例1.1为药品管理设计一个E-R模型。医院从供应商采购药品，E-R图的具体建立过程如下。 首先确定实体类型。本问题有2个实体类型：药品、供应商。 确定联系类型。药品和供应商之间是M:N联系，起名为“供应”。 把实体类型和联系类型组合成E-R图。 确定实体类型和联系类型的属性。实体类型药品的属性有：药品代码、药品名称、拼音简码、剂型、规格、单位、批号、生产日期，失效日期，药品类别；实体类型供应商的属性有：供应商代码、供应商、拼音简码、地址、电话、邮编、Email、联系人；联系类型供应的属性有：药品代码、供应商代码、供应日期、价格、数量。 确定实体类型的键，在E-R图属于键的属性名下画一条横线。,1.3.1概念数据模型,E-R模型有两个明显的优点： 一是接近于人的思维，容易理解； 二是与计算机无关，用户容易接受。因此E-R模型已成为软件工程中的一个重要设计方法。但是E-R模型只能说明实体间语义的联系，还不能进一步说明详细的数据结构。一般遇到一个实际问题，总是先设计一个E-R模型，然后再把E-R模型转换成计算机已实现的数据模型。,1.3.2逻辑数据模型,层次模型：用树形结构表示实体之间联系的模型叫层次模型。层次模型的结构特点是： 1）有且仅有一个根结点。 2）根结点以外的其它结点有且仅有一个父结点。 层次模型的物理存储有两种实现方法：序法和指针法。,1.3.2逻辑数据模型,网状模型：用网络结构表示实体类型及其实体之间联系的模型。网状模型的数据结构主要有以下两个特征:1)允许一个以上的节点无双亲。2)一个节点可以有多于一个的双亲。,1.3.2逻辑数据模型,关系模型：基本术语：二维表、属性及值域、关系模式、元组、键（或码）、主属性与非主属性。关系模式：二维表中的行定义(表头)、记录的类型，即对关系的描述称为关系模式，关系模式的一般形式为：关系名(属性1，属性2，属性n)如表1.1中的两个关系模式表示为：药品信息关系(药品代码、药品名称、拼音简码、剂型、规格、单位、批号、生产日期，失效日期，药品类别)供应信息关系(药品代码、供应商代码、供应日期、价格、数量)表1.1（a）中，药品信息关系中有药品代码、药品名称、拼音简码、剂型、规格、单位、批号、生产日期，失效日期，药品类别10个属性，是多元关系。其中药品类别属性的值域是“中成药”和“西药”。表1.1（b）供应信息关系中有药品代码、供应商代码、供应日期、价格、数量5个属性，是多元关系。药品代号“10002”就是药品属性的一个值。,1.3.2逻辑数据模型,表1.1关系模型示例表（a）药品信息关系表,1.3.2逻辑数据模型,（b）供应信息关系表,1.3.2逻辑数据模型,元组：二维表中的一行，即每一记录的值称为关系的一个元组。其中，每一个属性的值称为元组的分量。关系由关系模式和元组的集合组成。药品信息关系有以下元组：(10001,小儿感冒颗粒,Xegmkl,颗粒剂,12g/袋,Z53020405,2009-01-01,2012-12-31,中成药,是)(10002,维生素C银翘片,Wsscyqp,片剂,49.5mg/片,Z41022318,2010-01-01,2012-06-30,中成药,是)(10003，清热解毒胶囊，Qrjdjn，胶囊剂，0.3g/粒，Z20054663，2012-06-30，2014-06-30，中成药, 是) (10004, 小柴胡冲剂, Xchcj, 颗粒剂, 10g/袋, Z44020709, 2012-12-01, 2014-08-30, 中成药, 是)(20006, 新康泰克, Xktk, 胶囊剂, 0.25g/粒, H20010430, 2011-02-25, 2013-08-25, 西药, 是)(20007, 护彤, ht, 颗粒剂, 2g/袋, H23022613, 2004-10-07, 2007-10-07, 西药, 否)(20008, 救急散, Jjs, 散剂, 1.5g/瓶, Z11020138, 2012-01-01, 2015-01-01, 西药, 否),1.3.2逻辑数据模型,供应信息关系有以下元组：(10002， S001， 3.00，150，2010-02-01)(10003，S001，24.00，230，2012-08-01)(10004，S001，9.00，500，2013-01-01)(10004，S002，9.00，100，2013-02-02)(20004，S002，35.00，200，2012-01-01)(20008，S003，70，100，2012-04-01),1.3.2逻辑数据模型,关系的性质：关系中每个属性值都是不可分解的关系中不允许出现相同的元组在定义一个关系模式时，可随意指定属性的排列次序，因为交换属性排序的先后，并不改变关系的实际意义关系模式相对稳定，关系却随着时间的推移不断变化,1.3.2逻辑数据模型,关系的操作性和完整性关系的完整性约束条件包括三大类：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性例1.2下面各种情况说明了参照完整性规则在关系中是如何实现的。在关系数据库中有下列两个关系模式：药品关系模式：Y(药品代码、药品名称、拼音简码、剂型、规格、单位、批号、生产日期，失效日期，药品类别)，PK(药品代码)供应关系模式：GY(药品代码、供应商代码、供应日期、价格、数量)，PK(药品代码、供应商代码)，FK1(药品代码)，FK2(供应商代码),1.3.2逻辑数据模型,用户定义的完整性就是针对某一具体关系数据库的约束条件，它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由应用程序承担这一功能。例1.3对于例1.2中的供应关系模式GY，价格的定义为Money，但范围还太大，为此用户可以写出如下规则，把价格限制在01000元之间：CHECK(Price BETWEEN 0 AND 1000),1.3.2逻辑数据模型,关系数据模型的存储结构关系数据模型的优缺点：优点：关系模型与非关系模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的。关系模型的概念单一。无论实体还是实体之间的联系都用关系表示。对数据的检索结果也是关系(即表)。所以其数据结构简单、清晰，用户易懂易用。关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作。缺点：由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模型,1.4数据库系统结构,数据库系统的三级模式结构：模式（Schema） 外模式（External Schema）内模式（Internal Schema）,1.4数据库系统结构,三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换外模式模式映像模式内模式映像,1.4数据库系统结构,数据库系统的组成：数据库、硬件、软件、人员数据库系统的特点：数据结构化，数据的共享性、冗余度低、易扩充，数据独立性高，数据由DBMS统一管理和控制。对数据库系统的基本要求是：能够保证数据的独立性。数据和程序相互独立有利于加快软件开发速度，节省开发费用。 冗余数据少，数据共享程度高。 系统的用户接口简单，用户容易掌握，使用方便。能够确保系统运行可靠，出现故障时能迅速排除；能够保护数据不受非受权者访问或破坏；能够防止错误数据的产生，一旦产生也能及时发现。有重新组织数据的能力，能改变数据的存储结构或数据存储位置，以适应用户操作特性的变化，改善由于频繁插入、删除操作造成的数据组织零乱和时空性能变坏的状况。具有可修改性和可扩充性。能够充分描述数据间的内在联系。,1.4数据库系统结构,数据库系统的数据模式：数据模型是信息模型在数据世界中的表示形式。可将数据模型分为三类:层次