数据库系统基础知识

1、1数据库系统原理2课程的地位、目的和任务课程的地位、目的和任务 课程地位：课程地位：数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之一，也是应用最为广泛的技术之一，它已成为计算机信息系统与一，也是应用最为广泛的技术之一，它已成为计算机信息系统与应用系统的核心技术和重要基础。因此，本门课程是信息管理与应用系统的核心技术和重要基础。因此，本门课程是信息管理与信息系统专业非常重要的专业基础课。信息系统专业非常重要的专业基础课。 课程目的与任务：课程目的与任务：u在理论方面：在理论方面：通过本课程的学习，使学生掌握和理解数据库通过本课程的学习，使学生掌握和理解数

2、据库系统的基本概念和基本原理，为以后学习和应用数据库打下系统的基本概念和基本原理，为以后学习和应用数据库打下坚实的理论基础。坚实的理论基础。u在实践方面：在实践方面：要求学生利用数据库的原理知识，熟练掌握一要求学生利用数据库的原理知识，熟练掌握一种流行的关系型数据库管理系统的应用。其最终目的是培养种流行的关系型数据库管理系统的应用。其最终目的是培养学生运用数据库技术解决问题的能力，为以后能够运用一种学生运用数据库技术解决问题的能力，为以后能够运用一种流行的数据库管理系统设计数据库及进行简单的应用系统开流行的数据库管理系统设计数据库及进行简单的应用系统开发打下基础。发打下基础。课程考核、教材课程

3、考核、教材 课程考核：课程考核：u期末成绩：学生参加闭卷理论考试，占期末成绩：学生参加闭卷理论考试，占70%70%u平时成绩：平时作业（上机作业）、到课率，占平时成绩：平时作业（上机作业）、到课率，占30%30% 教材：教材：u数据库原理与数据库原理与VisualFoxpro9VisualFoxpro9 实用教程实用教程u作者：作者：高春玲高春玲4u掌握数据库、数据库管理系统等基本概念掌握数据库、数据库管理系统等基本概念u掌握三种常用的数据模型掌握三种常用的数据模型u掌握关系型数据模型的相关概念掌握关系型数据模型的相关概念数据库系统原理5一、数据、信息和数据处理一、数据、信息和数据处理数据：数

4、据：datadatau数据：数据：是用于描述现实事物的各种特征的符号，它的形是用于描述现实事物的各种特征的符号，它的形式可以是数字、文本、图形、音频和视频等式可以是数字、文本、图形、音频和视频等u数据包括两大类：数据包括两大类：数值型数据和非数值型数据数值型数据和非数值型数据信息：信息：informationinformationu信息：信息：是指数据经过加工处理后所获取的有用知识，是是指数据经过加工处理后所获取的有用知识，是指有意义的数据指有意义的数据u数据与信息之间的数据与信息之间的关系关系：数据是信息的具体表现形式，数据是信息的具体表现形式，信息是数据经过加工处理后的有意义的知识信息是数

5、据经过加工处理后的有意义的知识数据库系统原理6一、数据、信息和数据处理一、数据、信息和数据处理 数据和信息的举例数据和信息的举例学生档案中一学生记录的数据学生档案中一学生记录的数据得到下列信息：得到下列信息：数据库系统原理7一、数据、信息和数据处理一、数据、信息和数据处理数据处理：数据处理：u数据处理：数据处理：又称数据管理，是将数据转换（加工）为信又称数据管理，是将数据转换（加工）为信息的过程。息的过程。u数据处理的内容主要包括：数据处理的内容主要包括：数据的收集、整理、存储、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加工、分类、维护、排序、检索和传输等一系列活

6、动的总和。总和。u数据处理的目的：数据处理的目的：从大量的数据中，根据数据自身的规从大量的数据中，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，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、管理和决策提供依据。信息资源，为进一步分析、管理和决策提供依据。u数据库技术的发展数据库技术的发展实际上是应实际上是应数据管理数据管理的需求而发展起的需求而发展起来的技术来的技术数据数据信息信息数据处理数据处理信息信息=数据数据+数据处理数据处理数据库系统原理8二、

7、数据处理技术的发展二、数据处理技术的发展 数据处理的中心问题数据处理的中心问题是对数据的进行组织、分类、编是对数据的进行组织、分类、编码、存储、检索和维护。码、存储、检索和维护。 随着计算机硬件和软件技术的发展，数据管理经历了随着计算机硬件和软件技术的发展，数据管理经历了人工管理、文件系统和数据库系统人工管理、文件系统和数据库系统三个发展阶段。三个发展阶段。数据库系统原理9二、数据处理技术的发展二、数据处理技术的发展 人工管理阶段人工管理阶段u时期：时期：4040年代中年代中-50-50年代中年代中u产生的背景产生的背景 应用需求：科学计算应用需求：科学计算 硬件水平：无直接存取存储设备（卡片

8、、纸带、磁带）硬件水平：无直接存取存储设备（卡片、纸带、磁带） 软件水平：没有操作系统软件水平：没有操作系统 数据处理方式：批处理数据处理方式：批处理u特点：特点： 数据不保存：数据不保存：用户在操作时将数据输入，用完就撤走用户在操作时将数据输入，用完就撤走 数据不独立：数据是程序的组成部分，数据不独立：数据是程序的组成部分，即数据和程序结合为一即数据和程序结合为一个不可分割的整体，数据的结构发生改变，程序要做相应的修个不可分割的整体，数据的结构发生改变，程序要做相应的修改改 数据不共享：数据不共享：数据面向应用，一组数据对应一个程序。程序和数据面向应用，一组数据对应一个程序。程序和程序间存在

9、大量的冗余数据程序间存在大量的冗余数据数据库系统原理10二、数据处理技术的发展二、数据处理技术的发展 文件系统阶段文件系统阶段u时期：时期：5050年代末年代末-60-60年代中年代中u产生的背景产生的背景 应用需求：科学计算、数据管理应用需求：科学计算、数据管理 硬件水平：磁盘、磁鼓硬件水平：磁盘、磁鼓 软件水平：有文件系统（出现操作系统）软件水平：有文件系统（出现操作系统）u特点：特点： 数据可以长期保存，反复使用。数据可以长期保存，反复使用。 由文件系统管理数据：由文件系统管理数据：文件系统把数据组织成相互独立的文件系统把数据组织成相互独立的数据文件，程序和数据之间由文件系统提供的存取方

10、法进数据文件，程序和数据之间由文件系统提供的存取方法进行转换，使应用程序与数据之间有一定的独立性行转换，使应用程序与数据之间有一定的独立性数据库系统原理11二、数据处理技术的发展二、数据处理技术的发展 文件系统阶段文件系统阶段u缺点：缺点： 数据共享性差：数据共享性差：通常由一个文件对应一个程序（数据面向通常由一个文件对应一个程序（数据面向程序）。程序）。 数据冗余度大：数据冗余度大：由于文件之间缺乏联系；相同的数据常常由于文件之间缺乏联系；相同的数据常常在不同的文件中重复存贮。在不同的文件中重复存贮。 易造成数据的不一致性：易造成数据的不一致性：由于冗余而在更新时，稍不注意由于冗余而在更新时

11、，稍不注意就有可能使同样的数据对象在不同的文件中不一致。就有可能使同样的数据对象在不同的文件中不一致。 数据独立性差：数据独立性差：文件的逻辑结构改变时，应用程序必须改文件的逻辑结构改变时，应用程序必须改变，同时修改文件结构的定义。变，同时修改文件结构的定义。数据库系统原理12二、数据处理技术的发展二、数据处理技术的发展 数据库系统阶段数据库系统阶段u时期：时期：6060年代末以来年代末以来u产生的原因：产生的原因： 应用需求：大量的数据处理，数据需共享应用需求：大量的数据处理，数据需共享 磁盘技术的发展：大容量、高速度、低成本磁盘技术的发展：大容量、高速度、低成本 软件发展：出现专门的数据管

12、理软件软件发展：出现专门的数据管理软件DBMSDBMSu特点：特点： 采用数据模型组织数据：采用数据模型组织数据：实现了数据的结构化，既能够描实现了数据的结构化，既能够描述数据本身，也能够描述数据之间的联系，这是与文件系述数据本身，也能够描述数据之间的联系，这是与文件系统的根本区别统的根本区别 数据共享性高，冗余度低：数据共享性高，冗余度低： 独立性高：独立性高：数据与应用程序之间相互独立数据与应用程序之间相互独立 数据由数据由DBMSDBMS统一管理和控制：统一管理和控制：数据操作简单数据操作简单数据库系统原理13三、重要基本概念三、重要基本概念数据库：数据库：databasedatabas

13、e（DBDB）uDBDB：是指长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数是指长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。据集合。u特点：特点： 数据库的数据是按一定的数据库的数据是按一定的数据模型组织、描述和存储数据模型组织、描述和存储 数据库的数据具有数据库的数据具有较小的冗余度较小的冗余度、较高的数据独立性较高的数据独立性和和扩展性扩展性 可以为各种用户可以为各种用户共享共享数据库系统原理14三、重要基本概念三、重要基本概念数据库管理系统：数据库管理系统：DBMSDBMSuDBMSDBMS：（DataBase Management systemDataBase Management sy

14、stem），是指负责数），是指负责数据库数据存取、维护和管理的系统软件。据库数据存取、维护和管理的系统软件。uDBMSDBMS提供对数据库中数据资源进行提供对数据库中数据资源进行统一管理统一管理和和控制控制的功能，的功能，并将用户应用程序与数据库数据并将用户应用程序与数据库数据相互隔离相互隔离u在在DBMSDBMS的支持下，数据与程序的关系如图所示：的支持下，数据与程序的关系如图所示：u现实中，现实中，常用的常用的DBMSDBMS有：有：OracleOracle、SQL ServerSQL Server、SybaseSybase、InformixInformix、DB2DB2、Visual F

15、oxproVisual Foxpro、AccessAccess应用程序与数据之间的关系应用程序与数据之间的关系数据库系统原理15三、重要基本概念三、重要基本概念DBMSDBMS的主要功能的主要功能u数据库的定义功能：数据库的定义功能：必须提供定义数据库的功能（如建立、必须提供定义数据库的功能（如建立、删除数据库），删除数据库），DBMSDBMS用数据定义语言（用数据定义语言（Data Definition Data Definition Language,DDLLanguage,DDL）实现）实现u数据操纵功能：数据操纵功能：对数据库中的数据进行插入、修改、删除、对数据库中的数据进行插入、修改

16、、删除、检索等操作，检索等操作，DBMSDBMS用数据操纵语言（用数据操纵语言（Data Manipulation Data Manipulation Language,DMLLanguage,DML）实现）实现u数据库运行控制功能：数据库运行控制功能：必须提供并发控制功能、数据的安全必须提供并发控制功能、数据的安全性控制功能、数据完整性控制功能，性控制功能、数据完整性控制功能，DBMSDBMS一般通过数据控制一般通过数据控制语言（语言（Date Control Language,DCLDate Control Language,DCL）实现）实现u数据字典：数据字典：存放数据库中所有数据的定

17、义和设置信息存放数据库中所有数据的定义和设置信息数据库系统原理16三、重要基本概念三、重要基本概念数据库系统：数据库系统：DBSDBS（Database SystemDatabase System）u定义：定义：DBSDBS是指引进了数据库技术后的整个计算机系统是指引进了数据库技术后的整个计算机系统u组成：组成： 硬件系统硬件系统 系统软件：操作系统、数据库管理系统系统软件：操作系统、数据库管理系统DBMSDBMS 数据库集合：应用程序的数据库数据库集合：应用程序的数据库 数据库应用系统：以数据库为基础和核心的应用系统数据库应用系统：以数据库为基础和核心的应用系统 数据库管理员：数据库管理员：

18、DataBase AdministratorDataBase Administrator（DBADBA） 用户：用户：UserUser，包括普通用户和一般程序员，包括普通用户和一般程序员数据库系统原理17三、重要基本概念三、重要基本概念 数据库系统示意图：数据库系统示意图：用户用户数据库管理员数据库管理员用户用户用户用户应用程序应用程序数据库管理系统数据库管理系统操作系统操作系统数据库数据库数据库系统原理18四、数据模型四、数据模型 三个三个“世界世界”u将现实世界的事物及其联系转化为计算机及数据库所允将现实世界的事物及其联系转化为计算机及数据库所允许的形式的过程，一般要经过三个阶段，或者说，

19、要通许的形式的过程，一般要经过三个阶段，或者说，要通过三个过三个“世界世界”。 u如图：如图：现实世界现实世界现实事物现实事物及联系及联系信息世界信息世界概念模概念模型型数据世界数据世界数据模数据模型型抽象抽象数据表示数据表示数据库系统原理19四、数据模型四、数据模型 概念模型：概念模型：u实体（实体（EntityEntity）：）：客观存在的、可以相互区别的事物，客观存在的、可以相互区别的事物，可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念u实体集：实体集：具有相同性质的多个实体所组成的集合具有相同性质的多个实体所组成的集合u属性（属性（Attribut

20、eAttribute）：）：实体所具有的特征，一个实体可实体所具有的特征，一个实体可以用若干属性来刻画以用若干属性来刻画u属性的域（属性的域（DomainDomain）：）：属性的取值范围属性的取值范围u码或关键字（码或关键字（KeyKey）：在实体属性中，）：在实体属性中，能够区别实体集能够区别实体集中不同实体的某个属性或某几个属性的组合中不同实体的某个属性或某几个属性的组合数据库系统原理20四、数据模型四、数据模型 概念模型：概念模型：u实体间的联系（实体间的联系（RelationshipRelationship）：）：实体集之间的关系实体集之间的关系 一对一（一对一（1:11:1）：）：

21、对于实体集对于实体集A A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B B中至多有一个实体与之联系中至多有一个实体与之联系 一对多（一对多（1:n1:n）：）：对于实体集对于实体集A A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B B中有中有n n个实体（个实体（n=0n=0）与之联系；反之，对于实体集）与之联系；反之，对于实体集B B中的中的每一个实体，实体集每一个实体，实体集A A中至多只有一个实体与之联系中至多只有一个实体与之联系 多对多（多对多（m:nm:n）：）：对于实体集对于实体集A A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B B中有中有n n个实体（个实体（n=0n=0

22、）与之联系；反之，对于实体集）与之联系；反之，对于实体集B B中的中的每一个实体，实体集每一个实体，实体集A A中也有中也有m m个实体与之联系个实体与之联系ABABAB1:11:nn:m数据库系统原理21四、数据模型四、数据模型 常用数据模型常用数据模型u数据模型：数据模型：是是DBMSDBMS采用的数据结构，它表示数据库中数据的采用的数据结构，它表示数据库中数据的组织方式。组织方式。u常见数据模型有三种：常见数据模型有三种：层次模型、网状模型、关系模型，层次模型、网状模型、关系模型，对对应于三种数据结构：应于三种数据结构：树、图、表树、图、表u层次模型：层次模型：是指用树型结构来表示实体及

23、其联系是指用树型结构来表示实体及其联系 特点：特点： 有且只有一个结点无双亲，该结点为根 其他结点有且仅有一个双亲结点 同层次的结点之间没有联系 层次模型可以方便地表示一对一联系和一对多 联系，但不能直接表示多对多联系系系班级班级办公室办公室教研室教研室学院学院处处科科数据库系统原理22四、数据模型四、数据模型 数据模型数据模型u网状模型：网状模型：是指用网络结构来表示实体及其联系是指用网络结构来表示实体及其联系 特点：特点： 允许有一个以上的结点无双亲 允许一个结点有多个双亲结点 允许两个结点之间有多种联系ABDCE 网状模型可以直接表示多对多多对多联系，层次模型 是网状模型的特殊形式，网状

24、模型是层次模型 的一般形式学生学生教室教室专业专业教师教师课程课程数据库系统原理23四、数据模型四、数据模型 关系模型：关系模型：用关系来表示实体及其联系，每个关系是一个二维表用关系来表示实体及其联系，每个关系是一个二维表 与关系模型有关的术语：与关系模型有关的术语：u关系：关系：RelationRelation，一个关系就是一张二维表，一个关系就是一张二维表u元组：元组：TupleTuple，表中的行称为元组。一行为一个元组，或为一条记，表中的行称为元组。一行为一个元组，或为一条记录（录（RecordRecord）u属性：属性：AttributeAttribute，表中的列称为属性（字段、，

25、表中的列称为属性（字段、FieldField）。每一列）。每一列有一个属性名（字段名），关系的有一个属性名（字段名），关系的n n个属性称为关系的个属性称为关系的目或度目或度u域：域：DomainDomain，属性的取值范围，属性的取值范围u关键字：关键字：KeyKey，能唯一标识一个元组的属性或属性组合；若一个关，能唯一标识一个元组的属性或属性组合；若一个关系中有多个关键字，可以选定一个为主关键字（系中有多个关键字，可以选定一个为主关键字（Primary KeyPrimary Key）u关系模式：关系模式：Relation ModelRelation Model，对关系的描述，对关系的描述，

26、格式格式 关系名（属性名关系名（属性名1 1，属性名，属性名2 2，属性名，属性名n n）数据库系统原理24关关 系系关系名关系名山西21物 理男杨小东03007北京19计算机男张 力03004北京18数 学女王 名03003山东19信 息女柳 城03002江苏20计算机男李 永03001籍贯籍贯年龄年龄系系 别别性别性别姓姓 名名学学 号号属性（列）属性（列）属性名属性名元组（行）元组（行）男女1100整数字符串信息、数学、域域学学生生表表关关键键字字北京、上海学生表学生表（学号（学号, ,姓名姓名, ,性别性别, ,系别系别, ,年龄年龄, ,籍贯）籍贯）数据库系统原理25四、数据模型四、

27、数据模型 关系模型的实体间联系：关系模型的实体间联系：无论实体还是实体间的联系，都用关系模式来表示无论实体还是实体间的联系，都用关系模式来表示例：例：1: “1: “学生学生”、“课程课程”实体，用两个二维表表示实体，用两个二维表表示 2: “2: “学生学生”与与“课程课程”之间的联系，用一个新的关系之间的联系，用一个新的关系“选修选修”表示表示四、数据模型四、数据模型 关系的性质：关系的性质：6 6条性质条性质u不允许不允许“表中表表中表”，即表中元组的分量必须是原子的，即表中元组的分量必须是原子的u列是同质的，即每一列的所有分量是相同类型的数据，列是同质的，即每一列的所有分量是相同类型的

28、数据，取自同一个域。取自同一个域。u不同的列的域可以相同。不同的列的域可以相同。u列的次序可以任意交换，不改变关系的实际意义列的次序可以任意交换，不改变关系的实际意义u表中不允许出现完全相同的两行，两个元组至少具有不表中不允许出现完全相同的两行，两个元组至少具有不同的关键字同的关键字u行的次序可以任意交换，不改变关系的实际意义行的次序可以任意交换，不改变关系的实际意义数据库系统原理27四、数据模型四、数据模型 关系模型的优点：关系模型的优点：u关系不但可以表示实体间一对多的联系，也可以方便表关系不但可以表示实体间一对多的联系，也可以方便表示多对多联系示多对多联系u数据结构单一：无论实体还是实体

29、间的联系，都用关系数据结构单一：无论实体还是实体间的联系，都用关系表示，其数据结构简单、清晰，用户易懂易用表示，其数据结构简单、清晰，用户易懂易用u有严密的数学基础，每个关系可以做关系运算有严密的数学基础，每个关系可以做关系运算 关系型的数据库管理系统简称为：关系型的数据库管理系统简称为：RDBMSRDBMS数据库系统原理28五、数据库系统结构五、数据库系统结构 从数据库管理系统从数据库管理系统DBMSDBMS的角度看，数据库系统分为三级模的角度看，数据库系统分为三级模式结构：式结构：内模式、模式和外模式内模式、模式和外模式应用应用程序程序M外模式外模式1外模式外模式n模式模式内模式内模式模式

30、模式/内模式内模式的映射的映射应用应用程序程序A应用应用程序程序B外模式外模式/模式模式的映射的映射数据库数据库用户视图用户视图逻辑视图逻辑视图物理视图物理视图数据库系统原理29五、数据库系统结构五、数据库系统结构 模式：模式：u也称为逻辑模式，模式是对数据库中全部数据的也称为逻辑模式，模式是对数据库中全部数据的逻辑结构的逻辑结构的描述描述，是数据库数据的，是数据库数据的全局视图全局视图u模式是三级结构的模式是三级结构的中间层中间层，既不涉及数据的物理存储细节，既不涉及数据的物理存储细节，又与应用程序及程序开发语言无关又与应用程序及程序开发语言无关u一个数据库只有一个模式，一个数据库只有一个模式，是数据库的是数据库的逻辑视图逻辑视图应用应用程序程序M外模式外模式1外模式外模式n模式模式内模