第01章_数据库系统概论_0827

1、1数据库应用技术数据库应用技术天津大学计算机基础教学部天津大学计算机基础教学部2014年年9月月2教学要求教学要求总学时：总学时：48课堂教学课堂教学28学时，上机学时，上机20学时学时教材：教材： 数据库应用技术数据库应用技术 喻梅主编喻梅主编 天津天津大学出版社大学出版社3第第1章章 数据库系统概论数据库系统概论n 1.1 1.1 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理n 1.2 1.2 数据管理技术的发展数据管理技术的发展n 1.3 1.3 数据模型数据模型n 1.4 1.4 数据库的体系结构数据库的体系结构n 1.5 1.5 数据库系统数据库系统41.1 信息、数据与数据处理信息、数

2、据与数据处理n 信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理 1 1信息与数据信息与数据 数据数据( (DataData) )是用来记录信息的可识别的符号是用来记录信息的可识别的符号, ,是信息的具是信息的具体表现形式体表现形式。数据是信息的载体，用来载荷信息，信息是数据的内涵，数据是信息的载体，用来载荷信息，信息是数据的内涵，是对数据的语义解释。是对数据的语义解释。数据与信息既有区别，又有联系。数数据与信息既有区别，又有联系。数据是表示信息的，信息只是加工处理后的数据，是数据所表据是表示信息的，信息只是加工处理后的数据，是数据所表达的内容。达的内容。随着信息技术的发展，数据的概念在数据处理领域中

3、已随着信息技术的发展，数据的概念在数据处理领域中已大大拓宽大大拓宽, 其其表现形式已不仅包括数字和文字表现形式已不仅包括数字和文字, 还包括图形、还包括图形、图像、声音等等。图像、声音等等。52. 2. 数据处理数据处理数据处理数据处理是指将数据转换成信息的过程。它包括对数据是指将数据转换成信息的过程。它包括对数据的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一系列的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一系列活动。活动。数据管理数据管理是指数据的收集、组织、存储、检索和维护等是指数据的收集、组织、存储、检索和维护等操作。操作。61.2 数据管理技术的发展数据管理技术的发展n 数据管理技术的

4、发展数据管理技术的发展 1. 人工管理阶段人工管理阶段 程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其他程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其他程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。特点特点:数据不保存在机器中数据不保存在机器中 ；没有软件系统对数据进行管理没有软件系统对数据进行管理 ；只有程序的概念，没有文件的概念只有程序的概念，没有文件的概念 ；数据是面向应用的数据是面向应用的 。7图图1.1 人工管理阶段程序与数据的关系人工管理阶段程序与数据的关系82. 文件系统阶段文件系统阶段20世纪世纪50年代后期至年代后期至60年代

5、后期，计算机年代后期，计算机外存储器外存储器有了有了磁盘和磁鼓等直接存取设备；软件有了操作系统和文件系统；磁盘和磁鼓等直接存取设备；软件有了操作系统和文件系统；程序通过程序通过数据文件数据文件访问数据。访问数据。特点特点:数据可以长期保存在外存储设备上；数据可以长期保存在外存储设备上；数据的逻辑结构与物理结构有区别；数据的逻辑结构与物理结构有区别；文件组织呈现多样化；文件组织呈现多样化；数据不再属于某个特定的程序，可以重复使用。数据不再属于某个特定的程序，可以重复使用。91.2 数据管理技术的发展数据管理技术的发展缺陷缺陷:数据冗余度大；数据冗余度大；数据和程序缺乏独立性；数据和程序缺乏独立性

6、；数据间联系弱。数据间联系弱。图图1.2 文件系统阶段程序与数据的关系文件系统阶段程序与数据的关系101.2 数据管理技术的发展数据管理技术的发展3数据库系统阶段数据库系统阶段数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。特点：特点： 面向全组织的复杂的数据结构；面向全组织的复杂的数据结构；数据冗余度小，易扩充；数据冗余度小，易扩充；具有较高的数据和程序的独立性；具有较高的数据和程序的独立性； 统一的数据控制功能统一的数据控制功能 ；数据的最小存取单位是数据项。数据

7、的最小存取单位是数据项。 11外存储器此阶段将此阶段将数据集中存储数据集中存储在一台计算机上，进行统一在一台计算机上，进行统一组织和管理。组织和管理。数据库字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称12特点特点：数据结构化数据结构化并与程序分离；并与程序分离；数据集中式数据集中式管管理，理，高度共享高度共享；数据冗余度小，具有数据一致性和完整；数据冗余度小，具有数据一致性和完整性控制规则。性控制规则。外存储器字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_M

8、C字符型 12省市名称字段名类型 宽度 小数位说 明F_BM字符型 2省市编码F_MC字符型 12省市名称字段名称字段名称 数据类型数据类型 字段宽度字段宽度说 明说 明JSBH文本文本6教师编号教师编号XM文本文本8 8教师姓名：最多教师姓名：最多4个汉字个汉字CSRQ日期日期8出生日期出生日期XB文本文本1 1性别：性别：1表示男，表示男，2表示女表示女ZC文本文本1 1职称：1 助教，2 讲师，3 副教授，4教授，5博士导师职称：1 助教，2 讲师，3 副教授，4教授，5博士导师ZZF逻辑逻辑1 1在职否：TRUE 表示在职，FALSE 表示退休在职否：TRUE 表示在职，FALSE 表

9、示退休BGDH文本文本1010办公电话办公电话ZZDH文本文本1010住宅电话住宅电话YDDH文本文本1515移动电话移动电话JSBHXMCSRQXB ZCZZFBGDHZZDHYDDH103601 李晓光李晓光1960-5-113TRUETRUE8922331 516612313019298657103621 李敏李敏1970-1-1222TRUETRUE8456721 566030413809228127106723 赵丹茹赵丹茹 1945-12-325FALSEFALSE849921313019876502105721 张大伟张大伟 1957-3-1114TRUETRUE8426115

10、84992121390212563113图图1.3 数据库系统阶段程序与数据的关系数据库系统阶段程序与数据的关系 141.3 数据模型数据模型n 数据描述的三个领域数据描述的三个领域 图图1.4 三个领域之间术语的对应关系三个领域之间术语的对应关系151.3 数据模型数据模型n 数据模型数据模型1. 数据模型的基本概念数据模型的基本概念（1）概念数据模型）概念数据模型用于信息世界用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象。抽象。常用的概念数据模型是常用的概念数据模型是实体联系模型实体联系模型。 （2）结构数据模型）结构数据模型用于机器世界用于机器世

11、界，是信息世界到机器世界的第二层抽象。，是信息世界到机器世界的第二层抽象。结构数据模型包括结构数据模型包括层次模型层次模型、网状模型网状模型、关系模型关系模型和和面面向对象模型向对象模型等。等。 161.3 数据模型数据模型2. 数据描述数据描述（1）数据的静态描述）数据的静态描述包括包括数据的基本结构数据的基本结构、数据间的联系数据间的联系和和数据中的约束数据中的约束。 （2）数据的动态特征）数据的动态特征 指定义在数据上的指定义在数据上的操作操作。3. 数据模型的三要素数据模型的三要素（1）数据结构）数据结构（2）数据操作）数据操作（3）数据的约束条件）数据的约束条件171.3 数据模型数

12、据模型n 概念数据模型概念数据模型现实世界 信息世界 机器世界 DBMS 支持的数据模型 认识、抽象 转换 客观事物 概念模型 图图1.5 现实世界中的客观事物的抽象过程现实世界中的客观事物的抽象过程181.3 数据模型数据模型1. 信息世界涉及的主要概念信息世界涉及的主要概念（1）实体）实体是是客观存在客观存在的且的且又能相互区别又能相互区别的事物。的事物。（2）属性）属性 指现实世界中指现实世界中事物所具有的特性事物所具有的特性。属性有名和值两部分。属性有名和值两部分。例如，张三是姓名属性的值。例如，张三是姓名属性的值。（3）码）码惟一标识惟一标识实体的属性或属性集实体的属性或属性集 。

13、例如，学生实体的码是学号。例如，学生实体的码是学号。例如，例如，191.3 数据模型数据模型（4）域）域 某个某个(些些)属性的取值范围。属性的取值范围。 例如，性别的域为例如，性别的域为“男男”和和“女女” 。（5）实体型）实体型实体型就是实体的结构描述实体型就是实体的结构描述，通常，通常是实体名和属性名的是实体名和属性名的集合集合；具有相同属性的实体，有相同的实体型。；具有相同属性的实体，有相同的实体型。例如，教师实体型是：例如，教师实体型是：教师教师(编号、姓名、性别、出生日期、职称、基本工资、编号、姓名、性别、出生日期、职称、基本工资、研究方向研究方向)（6）实体集）实体集同类实体的集

14、合同类实体的集合 。例如，全体学生就是一个实体集。例如，全体学生就是一个实体集。 201.3 数据模型数据模型（7）联系）联系实体之间的对应关系实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。之间的相互关联。 联系的类型联系的类型：一对一联系一对一联系 记为记为1 ：1。 (如学校与校长间的联系如学校与校长间的联系) 一对多联系一对多联系 记为记为：n。 (如宿舍房间与学生的联系如宿舍房间与学生的联系 )多对多联系多对多联系 记为记为m ：n。 （如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可（如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以受教于多个教师

15、）以受教于多个教师）211.3 数据模型数据模型图图1.6 两个实体之间的联系两个实体之间的联系221.3 数据模型数据模型一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多联系的特例。对多联系的特例。例如，供应商、项目和零件三者间的关系如图例如，供应商、项目和零件三者间的关系如图1.7所示。所示。图图1.7 三个实体之间的联系三个实体之间的联系231.3 数据模型数据模型同一实体集内的各实体之间可以有某种关系。同一实体集内的各实体之间可以有某种关系。 例如，职工实体集内的关系如图例如，职工实体集内的关系如图1.8所示。所示。 图图1.8 同一

16、实体集内的联系同一实体集内的联系241.3 数据模型数据模型2. 实体关联模型实体关联模型 E-R模型模型：描述现实世界的概念模型。：描述现实世界的概念模型。实体实体：用：用矩形框矩形框表示，框内写入实表示，框内写入实体名。体名。属性属性：用：用椭圆形椭圆形表示，属性的名称表示，属性的名称记入椭圆形内。记入椭圆形内。联系联系：用：用菱形框菱形框表示实体间的相互表示实体间的相互关系，框内注明联系的名称。关系，框内注明联系的名称。 学生 学号学生与课程学生与课程间的联系间的联系251.3 数据模型数据模型图图1.9 学生与课程关系的学生与课程关系的E-R图图261.3 数据模型数据模型n 结构数据

17、模型结构数据模型结构数据模型是结构数据模型是从数据的组织结构角度从数据的组织结构角度来描述信息，将来描述信息，将现实世界的客观对象抽象为某种信息结构。现实世界的客观对象抽象为某种信息结构。常用的结构数据模型有常用的结构数据模型有层次模型层次模型、网状模型网状模型、关系模型关系模型和和面向对象模型面向对象模型。 结构数据模型数据世界数据世界记录记录, ,数据项数据项信息世界信息世界实体实体, ,属性属性27通过通过树形结构表示实体及联系树形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每。如描述学校管理机构。每个个结点结点表示一个表示一个实体（型）实体（型），箭头表示实体（型）间的联系箭头表示实体（型

18、）间的联系（由父到子）。（由父到子）。（1） 层次模型层次模型图图1.10 层次模型示例层次模型示例28通过通过网状结构网状结构表示实体及联系。表示实体及联系。“网网”中每个结点表示中每个结点表示一个实体一个实体(型型)，结点之间箭头表示实体，结点之间箭头表示实体(型型)间的联系。间的联系。（2 2） 网状模型网状模型图图1.11 网状模型示例网状模型示例2929关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的差别，关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的差别，它是它是用用二维表格二维表格来表示实体及其相互之间的联系来表示实体及其相互之间的联系。 （3 3）关系模型）关系模型学号学号姓名姓名性别性

19、别年龄年龄所在系所在系专业专业S040112周芬健周芬健男男19电子系电子系通信通信S040201张存理张存理男男19计算机系计算机系网络网络S040209任玉任玉女女18计算机系计算机系网络网络S040515马欣马欣女女20自动化系自动化系自动控制自动控制S040820孟达孟达男男18精密仪器系精密仪器系光电子光电子表表1.1 学生表学生表30一个一个关系就是关系就是没有重复行和重复列的没有重复行和重复列的二维表二维表，二维表，二维表的的每一行每一行在关系中在关系中称为元组称为元组，每一列每一列在关系中在关系中称为属性称为属性。学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生学生关系的每一

20、行代表一个学生的记录，每一列代表学生记录的一个字段。记录的一个字段。属性个数称为关系的元属性个数称为关系的元。属性信息属性信息JSBHXMCSRQXB ZCZZFBGDHZZDHYDDH103601 李晓光李晓光 1960-5-113TRUETRUE 8922331 5166123 13019298657103621 李敏李敏1970-1-12 22TRUETRUE 8456721 5660304 13809228127106723 赵丹茹赵丹茹 1945-12-3 25FALSEFALSE8499213 13019876502105721 张大伟张大伟 1957-3-11 14TRUETRU

21、E 8426115 8499212的集合值的集合9 9元关系元关系31（4 4）面向对象模型）面向对象模型现实世界中仍然存在着许多含有更复杂数据结构的应用现实世界中仍然存在着许多含有更复杂数据结构的应用领域，例如，领域，例如，CAD数据、图形数据等，而关系模型在这方面数据、图形数据等，而关系模型在这方面的处理能力就显得力不从心。的处理能力就显得力不从心。优点：能完整地描述现实世界的数据结构；优点：能完整地描述现实世界的数据结构； 具有丰富的表达能力。具有丰富的表达能力。缺点：模型相对比较复杂；缺点：模型相对比较复杂； 涉及的知识面广，实现起来较困难。涉及的知识面广，实

22、现起来较困难。 321.4 数据库的体系结构数据库的体系结构n 数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构 图图1.12 数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构331.4 数据库的体系结构数据库的体系结构n 三级模式结构三级模式结构 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和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构体系结构，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，它包括外模式外模式、模式模式和和内模式内模式 。根据各类人员与数据库的不同关系，可

23、把视图（根据各类人员与数据库的不同关系，可把视图（所谓视所谓视图是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法）图是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法）分为三分为三种：种：对应于用户的对应于用户的外部视图外部视图对应于应用程序员的对应于应用程序员的概念视图概念视图对应于系统程序员的对应于系统程序员的内部视图内部视图341.4 数据库的体系结构数据库的体系结构n 两级模式映像及数据独立性两级模式映像及数据独立性两级模式映像：两级模式映像： 外模式外模式/模式映像模式映像 模式模式/内模式映像内模式映像数据独立性：数据独立性： 物理独立性物理独立性 逻辑独立性逻辑独立性35外模式外模式/模式映像

24、模式映像外模式外模式/模式模式 模式：数据的全局逻辑结构模式：数据的全局逻辑结构 外模式：数据的局部逻辑结构外模式：数据的局部逻辑结构一个模式可推导出任意多个外模式一个模式可推导出任意多个外模式 每个外模式每个外模式定义一个定义一个外模式外模式/模式映像模式映像 描述该外模式与模式之间的映射关系描述该外模式与模式之间的映射关系映像定义通常包含在各个外模式的定义描述中映像定义通常包含在各个外模式的定义描述中 36数据的逻辑独立性数据的逻辑独立性程序与程序与数据的逻辑独立性数据的逻辑独立性 模式改变时模式改变时数据库管理员修改相关的数据库管理员修改相关的外模式外模式/模式映像模式映像 保证外模式不发生变化保证外模式不发生变化应用程序依赖于数据库的外模式应用程序依赖于数据库的外模式应用程序代码不必修改应用