第一章数据库系统概论

1、衡阳师范学院数学系衡阳师范学院数学系数据库原理数据库原理、方法与应用方法与应用主讲主讲: :王增波王增波邮箱邮箱: :22022年5月17日星期二参考书参考书 参考书参考书 萨师煊，王珊：数据库系统概论数据库系统概论(第四版第四版) ， 高等教育出版社，2006 32022年5月17日星期二内容安排内容安排 基础知识部分 第一章 数据库系统概论 第二章 关系数据模型 第三章 结构化查询语言 第四章 数据库设计 第五章 关系的规范化 实用技术部分 第六章 SQL编程技术 第七章 数据库管理 *第八章 数据库系统体系结构 *第九章 Web数据库42022年5月17日星期二第一章第一章 数据库系统概

2、论数据库系统概论1.1 数据库系统的应用实例数据库系统的应用实例1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成1.3 数据库管理的发展数据库管理的发展1.4 数据模型数据模型52022年5月17日星期二数据库的地位数据库的地位v数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。v数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。v数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。62022年5月17日星期二第一章第一章 数据库系统概论数据库系统概论1.1数据库系统的应用实例数据库系统的应用实例 1.1.1 超

3、市信息管理系统超市信息管理系统 1.1.2 银行信息管理系统银行信息管理系统 1.1.3 电子商务网站电子商务网站 72022年5月17日星期二1.1.1 超市信息管理系统超市信息管理系统v管理和交易是由一个数据库系统支持v超市的数据库存储所有进销存信息 信息包括：供应商、商品、库存、销售、现金帐和人员等超市运营的信息 信息以表的方式存储，表与表之间存在一定的联系。如下图1.1所示。多个表之间的联系多个表之间的联系商品表中存储的商品信息商品表中存储的商品信息图图1.1 超市数据库超市数据库82022年5月17日星期二超市信息管理系统超市信息管理系统v顾客购买商品过程（由数据库系统协助完成）顾客

4、购买商品过程（由数据库系统协助完成） 扫描条形码 计算机系统识别条形码 条形码商品编码 根据商品编码读出商品的品名、单价 扫描完全部所购商品，经收银员确认，系统显示应收款、实收金额、找零金额，并打印单据，交易结束 与此同时，销售表销售表中增加一条销售记录，库存控制表库存控制表中减去已售商品的数量，现金帐现金帐中增加本次销售的金额92022年5月17日星期二1.1.2 银行信息管理系统银行信息管理系统v广域网环境下大型的数据库应用系统v数据库中存储客户的帐户信息、业务信息、银行转帐、贷款等业务信息。v客户到银行取款的过程 业务员扫描存折（或银行卡）上的磁条，数据库系统核对确认后，允许业务员接受该

5、客户的业务 数据库系统要求客户输入密码，并判断帐面余额 经过正确性认证之后，修改帐户余额和银行现金帐并记录这笔业务内容102022年5月17日星期二1.1.3 电子商务网站电子商务网站是一种基于Internet的新型交易方式。是电子商务系统运行的主要平台,是电子商务系统的体现者和承担者。则是电子商务网站数据的集散地和管理中心。 例如：阿里巴巴投资的淘宝网淘宝网、国内最大中文书刊音像城的当当网当当网 112022年5月17日星期二v数据库管理系统已经从专用的计算机应用软件发展成为了现代计算环境的重要组成部分和核心软件。因此，在教育中，有关数据库系统的知识就成为计算机学科的重要的基础课程。1220

6、22年5月17日星期二v“设计和开发数据库及其应用的技术是非常需要的，在之方面有许多富有挑战性的、令人满意的、收入很好的职位。出现这种情况的原因在于许多事务人员需要利用数据库技术的好处，但很少有人知道如何使用这种技术。因此，迫切需要有人在事务用户和数据库技术之间进行沟通。”132022年5月17日星期二v数据库的学术地位 1998年度的图灵奖（计算机界的诺贝尔奖）授予了数据专家詹姆士格雷James Gray。 数据库作为管理信息的最先进的工具，无论是学术地位还是在实际的应用领域，都占有很重要的位置。142022年5月17日星期二1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成v数据库(DB)v数据库管

7、理系统(DBMS)v数据库应用v数据库管理员(DBA)数据库系统（数据库系统（DBS）的四个组成部分：）的四个组成部分：152022年5月17日星期二1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成 1.2.1 数据库数据库 1.2.2 数据库管理系统数据库管理系统 1.2.3 数据库应用数据库应用 1.2.4 数据库管理员数据库管理员162022年5月17日星期二图图1.2 数据库系统的组成部分数据库系统的组成部分数据库数据库数据库管理系统数据库管理系统数据库管理员数据库管理员应用应用1应用应用2应用应用n172022年5月17日星期二数据数据v数据(Data

8、)是数据库中存储的基本对象v数据的定义 描述事物的符号记录v数据的种类 文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等v数据的特点 数据与其语义（数据的含义）是不可分的182022年5月17日星期二数据举例数据举例v 数据的表现形式不能完全表达其内容，需要经过解释v 例如 93是一个数据 语义：学生某门课的成绩 语义：某人的体重 语义：计算机系2003级学生人数 语义：同学们自己给出192022年5月17日星期二数据举例数据举例v学生档案中的学生记录（李明，男，197205，江苏南京市，数学系，1990） 语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、入学时间 解释：李明是个

9、大学生，1972年5月出生，江苏南京市人，1990年考入数学系请给出另一个解释和语义202022年5月17日星期二一、数据库一、数据库v 数据库，顾名思义，是存放数据存放数据的仓库。v 人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息。v数据库的定义 数据库(Database,简称DB)是长期储存长期储存在计算机内、有组织有组织的、可共享可共享的大量数据的集合。212022年5月17日星期二数据库（举例）数据库（举例）用户的数据用户的数据表的结构描述信息（元数据）表的结构描述信息（元数据）数据库一般由多个表组成，表与表之间存在着一定的联系。数据

10、库一般由多个表组成，表与表之间存在着一定的联系。222022年5月17日星期二一、数据库一、数据库(续续)v数据库的特征 数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享可为各种用户共享 冗余度较小冗余度较小 数据独立性较高数据独立性较高 易扩展易扩展232022年5月17日星期二二、数据库管理系统二、数据库管理系统v什么是DBMS 数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）： 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。vDBMS的用途 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据242022年5月17日星期二硬

11、件平台硬件平台基础软件平台基础软件平台软件基础构架平台软件基础构架平台应用软件平台应用软件平台软件产品软件产品协同软件协同软件办公软件办公软件 中间件中间件 应用服务器应用服务器数据库在计算机系统中的位置数据库在计算机系统中的位置252022年5月17日星期二数据库管理系统数据库管理系统v 例如，查询有关学生的信息，终端用户发出下列请求：例如，查询有关学生的信息，终端用户发出下列请求： SELECT 学号，姓名，专业 FROM 学生vDBMS的产品 例如Oracle,Sybase,DB2,SQL Server,Acess,FoxPro等262022年5月17日星期二DBMS的主要功能的主要功能

12、 数据定义数据定义 建立数据库和定义表的结构 数据操作数据操作 输入、查询、更新、插入、删除、修改数据等 数据库运行的管理数据库运行的管理 并发控制、完整性检查、安全性检查等 数据库维护数据库维护数据库内部索引、系统目录的自动维护、备份、恢复等可靠性保障272022年5月17日星期二DBMS的其它功能的其它功能 其它功能其它功能 DBMS与网络中其它软件系统的通信 两个DBMS系统的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作282022年5月17日星期二三、数据库应用三、数据库应用v 什么是数据库应用什么是数据库应用 用户对数据库的操作就是数据库应用v 数据库应用的方式数据库应用的方式 屏幕格式、

13、查询窗口、报表、菜单、应用程序和交互式操作。v 数据库应用开发工具数据库应用开发工具 Oracle公司的Developer 2000 Sybase公司的PowerBuilder 开发工具的主要特点主要特点：支持与数据库的连接，支持可视化图形用户界面，支持面向对象的程序设计。292022年5月17日星期二数据库应用设计举例数据库应用设计举例v1.屏幕格式实例 2.查询窗口设计302022年5月17日星期二v3.报表设计v4.菜单设计312022年5月17日星期二v5.应用程序设计利用C、Pascal、Cobol或嵌入式SQL语言编程。例如，嵌入式SQL语言程序段：EXEC SQL SELECT

14、学号，姓名 INTO :SNO,:SNAMEFROM 学生 WHERE 学号=:vsnov6.交互式单命令操作 例如，利用SQL查询语句，从商品表中查询编码为MK112002的商品信息SELECT * FROM 商品 WHERE 编码=MK112002322022年5月17日星期二四、数据库管理员四、数据库管理员v数据库管理员（DBA） 专门从事数据库管理的机构和人员,称为DBA DBA负责数据库管理的计划、组织、测试、监控和服务vDBA的主要职责 1.向终端用户提供数据和信息 确认用户的信息需求，提供解决信息需求的方法 2.制定数据库管理的政策、标准和规程 制定安全性方面控制方面的规定和实施

15、规范 3.确保数据库的安全性，防止非法操作 管理用户访问权限、视图的定义以及对DBMS操作的监控332022年5月17日星期二 4.数据库的备份和恢复 备份和恢复是最有效的数据库保护方法，是数据库的关键问题之一。DBA必须对故障进行处理，为备份和恢复做好准备。 5.培训终端用户 DBA要制定对终端用户的全面培训计划，明确培训的目的、要求、方法和步骤。即要明确地指出谁做什么、什么时候和怎样做。342022年5月17日星期二1.3 数据管理的发展数据管理的发展v什么是数据管理 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题处理

16、的中心问题v数据管理技术的发展过程 人工管理阶段人工管理阶段(20世纪世纪40年代中年代中-50年代中年代中) 文件系统阶段文件系统阶段(20世纪世纪50年代末年代末-60年代中年代中) 数据库系统阶段数据库系统阶段(20世纪世纪60年代末年代末-现在现在)352022年5月17日星期二一、人工管理阶段一、人工管理阶段v时期 20世纪40年代中-50年代中v产生的背景 应用需求科学计算 硬件水平无直接存取存储设备 软件水平没有操作系统 处理方式批处理362022年5月17日星期二人工管理阶段人工管理阶段(续续)v特点 数据的管理者：用户（程序员），数据不保存 数据面向的对象：某一应用程序 数据

17、的共享程度：无共享、冗余度极大 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序 数据的结构化：无结构 数据控制能力：应用程序自己控制372022年5月17日星期二应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段人工管理阶段) 应用程序应用程序1数据集数据集1应用程序应用程序2数据集数据集2应用程序应用程序数据集数据集n.人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系 382022年5月17日星期二二、文件系统阶段二、文件系统阶段v时期 20世纪50年代末-60年代中v产生的背景 应用需求科学计算、管理 硬件水平磁盘、磁鼓 软件水平有文件系统 处理方式联机实时处理、批处理392022年5月17日星

18、期二v研究文件系统细节的益处： 文件系统体现了数据处理方法的历史演变过程； 如果应用数据库软件的用户不了解数据管理可能出现的某些问题，那么在应用数据库软件时，很可能重蹈使用文件系统的覆辙； 了解文件系统的基本特性有助于了解更复杂的数据库软件。v文件系统所涉及的内容有： 应用系统的文件结构、数据管理软件和应用程序。402022年5月17日星期二文件系统举例文件系统举例v一个小型房地产公司销售文件的实例利用销售文件中的数据，编写程序为公司提供有用的业务报表。利用销售文件中的数据，编写程序为公司提供有用的业务报表。412022年5月17日星期二文件系统阶段文件系统阶段(续续)v特点数据的管理者：文件

19、系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的结构化：记录内有结构,整体无结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须 修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制422022年5月17日星期二文件系统的缺陷文件系统的缺陷v.文件系统的数据管理方法 就算最简单的任务都必须用第三代语言编程实现，很难做到“及时处理”。 文件系统中的每一个文件至少要编写5个独立的文件管理程序，使用户能够： 建立文件的结构 向文件添加数据 从文件中删除数据 修改文件的数据 显示文件的内容432022年5月17日星期二442022年5月17日星期二 程序设计人员必须花费很

20、大精力设计和维护文件的结构 例如，要修改销售文件中的一个字段，必须编写程序完成下面的步骤： (1)在个缓冲区中，存放新的文件结构； (2)在另一个缓冲区中，打开旧文件； (3)从旧文件中读出一个记录； (4)按新的结构对旧文件的数据进行交换操作 (5)把经过变换的数据写入新的文件； (6)最后再删除旧的文件，还必须修改所有使用销售文件的程序，以适应新的文件结构。 452022年5月17日星期二文件系统的主要缺陷文件系统的主要缺陷v文件系统的主要缺陷 (1)数据很难共享 (2)数据冗余 (3)数据独立性差 (4)数据控制困难462022年5月17日星期二三、数据库系统阶段三、数据库系统阶段v时期

21、 20世纪60年代末以来v产生的背景 应用背景大规模管理 硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列 软件背景有数据库管理系统 处理方式联机实时处理,分布处理,批处理472022年5月17日星期二数据库系统的数据管理方法数据库系统的数据管理方法图1.22 数据库系统的数据管理方法482022年5月17日星期二数据库系统的主要优点数据库系统的主要优点v(1)在数据字典中存储数据结构(元数据)和数据之间的联系。v (2)在建立数据库时，只需要简单地定义数据的逻辑结构，不必花费大量的精力定义数据的物理结构和编写程序。v(3)可以自动地将用户输入的逻辑数据转换成物理数据。逻辑数据与物理数据之间的变换由DBMS完成。

22、492022年5月17日星期二数据库系统的主要优点数据库系统的主要优点(续续)v (4)DBMS中通过封锁和授权机制，确保数据库的安全性和保密性。v (5)能够实现数据共享，支持多个用户的数据存取。v (6)具有数据备份和数据恢复的能力，保证数据的可靠性。v (7)提供完整性约束功能，可以控制数据冗余和消除潜在的数据不一致问题。v (8)提供功能强大的结构化查询语言(SQL)。SQL属于一种非过程性语言只需用户出做什么，不必说明怎么做。同时，DBMs还提供了第三代语言存取数据的接口，如COBOl、C、Pascal等语言。502022年5月17日星期二数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和

23、控制v 数据库的共享是并发的（Concurrency）共享，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同一个数据 v DBMS提供的数据控制功能 (1)数据的安全性（Security）保护 指保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。使每个用户只能按规定，对某些数据以某些方式进行使用和处理 。512022年5月17日星期二数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制 (2)数据的完整性（Integrity）检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。 (3)并发（Concurrency）控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误

24、的结果。 (4)数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。522022年5月17日星期二典型数据库系统国外的典型数据库系统国外的vORACLEvSYBASEvSQL SERVERvDB2vINFORMIXvINGRESvVFP532022年5月17日星期二开发数据库应用系统的典型开发工具开发数据库应用系统的典型开发工具v商业DBS本身所带开发工具如FORMSvC，VC，C，C vVBvPowerBuilder （简PB）vDelphivJAVAv基于WEB开发工具与技术如ASP/JSP，ASP.NETv与DBS的接口ODBC/JDBC542022年5月17日星期

25、二小结小结v 数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集合。 可以供各种用户共享 具有最小冗余度 具有较高数据独立性v DBMS 在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性 在多用户同时使用数据库时进行并发控制 在发生故障后对数据库进行恢复 552022年5月17日星期二第一章第一章 数据库系统概论数据库系统概论1.1 数据库系统的应用实例数据库系统的应用实例1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成1.3 数据库管理的发展数据库管理的发展1.4 数据模型数据模型562022年5月17日星期二数据模型数据模型v 在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和

26、处理抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。v 通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。v 数据模型应满足三方面要求 能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界 容容易易为人所为人所理解理解 便于在计算机上便于在计算机上实现实现572022年5月17日星期二两大类数据模型两大类数据模型v数据模型分为两类（分属两个不同的层次）(1) 概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。最常见来对数据和信息建模，用于数据库设计。最常见的概念模型是实体联系的概念模型是实体联系(E-R)模型。模型。 582022年5月17日星期二概念模型

27、概念模型v概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模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数据库设计人员和用户之间进行交流的语言v对概念模型的基本要求 较强的语义表达能力较强的语义表达能力 能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识 简单、清晰、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解592022年5月17日星期二实现模型(2) 实现模型实现模型 按计算机系统的观点对数据建模，用按计算机系统的观点对数据建模，用于于DB

28、MS实现。主要包括层次、网状、和关系三种实现。主要包括层次、网状、和关系三种数据模型数据模型。 602022年5月17日星期二 层次数据模型层次数据模型v 层次模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型1. 有且只有一个结点（片段）没有父结点，这个结点称为根结点有且只有一个结点（片段）没有父结点，这个结点称为根结点2. 根以外的其它结点有且只有一个父结点根以外的其它结点有且只有一个父结点v 层次模型中的几个术语 根结点，父结点，子结点，兄弟结点，叶结点根结点，父结点，子结点，兄弟结点，叶结点612022年5月17日星期二层次数据模型层次数

29、据模型(续续) 1 根结点根结点 2 兄弟结点兄弟结点 3 叶结点叶结点 4 兄弟结点兄弟结点 5 叶结点叶结点 叶结点叶结点一个层次模型的示例一个层次模型的示例622022年5月17日星期二层次数据模型层次数据模型(续续)教员学生层次数据库模型 根结点根结点系关系的子结点系关系的子结点教员关系的父结教员关系的父结点点叶结点叶结点叶结点叶结点字段字段632022年5月17日星期二层次数据模型层次数据模型(续续) 图图1.14 个层次数据库应用实例个层次数据库应用实例642022年5月17日星期二网络数据模型网络数据模型v网络模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合：满足下面两个条件的基本层次联

30、系的集合：1. 允许一个以上的结点无父结点；允许一个以上的结点无父结点；2. 一个结点可以有多于一个的父结点一个结点可以有多于一个的父结点。652022年5月17日星期二网络数据模型网络数据模型(续续)v网络模型与层次模型的区别 网络模型允许多个结点没有父结点网络模型允许多个结点没有父结点 网网络络模型允许结点有多个父结点模型允许结点有多个父结点 网网络络模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系） 网网络络模型可以更直接地去描述现实世界模型可以更直接地去描述现实世界 层次模型实际上是网层次模型实际上是网络络模型的一个特例模型的一个特例662022年5月17日星期二网络数据模型的例子网络数据模型的例子R1与与R3之间的之间的联系联系L1R2与与R3之间的之间的联系联系L2 672022年5月17日星期二网络数据模型的例子网络数据模型的例子(续续)网络模型的例子 682022年5月17日星期二网络数据模型网络数据模型v网络模型的节点表示存储的记录，用指针实现记录与记录之间的联系。学生记录学生记录成绩记录成绩记录课程记录课程记录692022年5月17日星期二网络数据模型网络数据模型v网状模型的开发小组DBTG提出关于数据库的3个重要规范：