第二篇 第2讲 管理信息系统设计与开发之数据库系统原理概述(1)

1、数据库数据库深圳大学机电与控制工程学院深圳大学机电与控制工程学院主讲人主讲人 王贵斌王贵斌r本章要求本章要求理理解、掌握数据库相关的基本概念了了解数据管理技术的发展、数据库系统的研究领域和几种主要的数据模型重重点学习、领会和掌握关系数据模型熟熟练掌握E-R图的画法及其对于数据模型的描述理理解数据库系统的结构、组成，重重点在于数据库系统的内模式、外模式及数据的独立性2.1 概述2.2 数据模型2.3 数据库系统结构2.4 数据库系统的组成2.5 本章小结2.1.1 数据库的地位2.1.2 几个基本概念2.1.3 数据管理技术的产生与发展2.1.4 数据库技术的发展及研究领域数据库技术产生于六十年

2、代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支数据库技术是信息系统的核心和基础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2.2.1 数据库的地位2.1.2 几个基本概念2.2.3 数据管理技术的产生与发展2.2.4 数据库技术的发展及研究领域r数据(Data)r信息(Information)r数据库(Database)r数据库管理系统(DBMS)r数据库系统(DBS)r信息系统(IS)r管理信息系统(MIS)r数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象4 数据的定义数据的定义用来

3、反映客观世界而记录下来的可以鉴别的符号，是指用来反映客观世界而记录下来的可以鉴别的符号，是指原始（即未经加工）的事实原始（即未经加工）的事实是描述现实世界中各种具体事物或抽象概念的可存储并是描述现实世界中各种具体事物或抽象概念的可存储并具有明确意义的信息具有明确意义的信息一组表示数量、行动和目标的非随机的可鉴别的符号一组表示数量、行动和目标的非随机的可鉴别的符号FDATA - are any raw facts or observations that describe a particular phenomenon4 ISO对于数据的定义对于数据的定义对事实、概念或指令的一种特殊表达形式，它

4、可以用人工或自动化装置进行通信、翻译或处理4 数据的形式数据的形式文字、图形、图象、声音是能记录下来并可以输入到计算机中进行鉴别和处理的对象数数 据据表示方法表示方法数值数据数值数据数字、字母和其它字符数字、字母和其它字符 声音数据声音数据声音、噪声或音调声音、噪声或音调图形数据图形数据图形或图片图形或图片视觉数据视觉数据动画或图片动画或图片 不同的数据载体不同的数据载体4数据的特点数据的特点数据是对客观事实和运动的物理的反映形式，可以用人工或自动化装置，进行通信、翻译和处理数据是借助不同载体直接记录和描述的客观事实和状态数据有强烈的载体依赖性，不同的载体涉及不同的处理技术和方法，数据承载质量

5、也有差别数据与其语义是不可分的数据与其语义是不可分的4数据举例数据举例学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容数据的解释F语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间F解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系r信息(Information)4目前，关于信息的定义有几十种之多目前，关于信息的定义有几十种之多定义一F信息来源于数据，但又不同于数据F信息是可通信的F信息是形成知识的基础定义二F信息是客观存在的事实F信息是物质系统运动轨迹的真实反映定义三信息是信号、符号或消息所表示的内容，用以消除对客观事物

6、认识的不确定性，并实现对系统的控制INFORMATION - is simply data that has a particular meaning within a specific context.F信息是客观世界各种事物的特征的反映F信息是经过加工后的数据，具有特定的价值F信息是可以通讯的F信息形成知识定义四F信息是客观存在的事实F信息是物质系统运动轨迹的真实反映4信息包含三方面的含义：（即信息的三要信息包含三方面的含义：（即信息的三要素）素）统计信息（即信息量）信息中所含信息量的大小，可用数理统计等方法来衡量语义信息信息所包含的意义价值信息或有效信息（即信息的作用）信息的发出者所发出

7、的信息被信息的接受者收到后所产生的效果和作用4信息的典型特征信息对客观事实和运动的抽象的反映，是人们信息对客观事实和运动的抽象的反映，是人们从数据中得出的抽象性认识从数据中得出的抽象性认识信息是根据一定的规则对数据所承载的事实进行组织后的结果，这种组织方式往往具有超出数据本身的额外价值嵌在数据当中的信息内容具有稳定性，并不因嵌在数据当中的信息内容具有稳定性，并不因载体的转换而随意变动载体的转换而随意变动信息是有生命周期的，由信息的多个阶段组成信息是有生命周期的，由信息的多个阶段组成信息的收集、信息的转输、信息的加工、信息的储存、信息的收集、信息的转输、信息的加工、信息的储存、信息的维护和信息的

8、使用信息的维护和信息的使用4 与信息密切相关的几个概念与信息密切相关的几个概念消息消息往往指语言形式的信息载体；知识知识知识是系统化信息的集合，具有整体性；智慧智慧人所拥有对知识进行创造性应用的系统能力情报情报与人的活动有关的，有目的搜集的、往往伴随保密要求的那部分信息4不同学科对信息的理解不同学科对信息的理解管理学：信息是进行决策的数据管理学：信息是进行决策的数据哲学：信息是熵的数理化哲学：信息是熵的数理化数学：信息是对概率的表达和描述数学：信息是对概率的表达和描述通信：信息是对不确定性的描述通信：信息是对不确定性的描述信息论：信息是蕴涵在具体消息中的抽象量信息论：信息是蕴涵在具体消息中的抽

9、象量信息经济学：客观事实的状态及其变化信息经济学：客观事实的状态及其变化4信息是加工后的数据，它对接收者的行为信息是加工后的数据，它对接收者的行为能产生影响，它对接受者的决策具有价值能产生影响，它对接受者的决策具有价值减少了不确定性减少了不确定性没有减少没有减少不确定性不确定性信息信息数据数据4 数据转换为信息的过程数据转换为信息的过程 数据处理的形式 质的处理质的处理F对数据或数据间关系进行的分解、组合、认定、联想、提炼、比较判断等；对数据或数据间关系进行的分解、组合、认定、联想、提炼、比较判断等； 量的处理量的处理F简化数据量及重复性操作的筛选、提炼、加工等；简化数据量及重复性操作的筛选、

10、提炼、加工等； 载体形式的变换载体形式的变换F以增加信息含量或便于内容表述所进行的质和量的综合性变换以增加信息含量或便于内容表述所进行的质和量的综合性变换 信息是一个相对的概念。同一个数据，不同的人对它做不同的处理，获得的信息价值不同信息是一个相对的概念。同一个数据，不同的人对它做不同的处理，获得的信息价值不同数据信息处理（运用知识采集、组织和处理数据）4信息数据？信息数据？数据（数据（Data）信息（信息（Information）消除不确定性例如： 广播“到往北京方向的到往北京方向的T31次列车将于次列车将于8：30分发车分发车”对到北京的乘客对到北京的乘客信息信息对到武汉的乘客对到武汉的乘

11、客数据数据4信息与数据的关系信息与数据的关系信息的表现形式是数据，数据（信号）是信息的载体信息是数据（信号）所要表达的内容信息对决策有价值，即信息必定有人的参与，必定包含在人的决策活动中信息可以用来消除对事物理解的不确定性另外，信息是消息中蕴涵的事实和内容；消息是信息的外在形式（态）4 什么是知识呢什么是知识呢信息（Information） 加 . * 信念 （Beliefs）* 功能 （Commitments ） * 假设 （Assumptions ）* 为了应用的设计 （Design for application）例如水 - H2O，有时候它是液体，改变条件是固体，再次改变条件，又成了气

12、体。其中，水 - H2O就是数据，我们使用它来表示我们周围的现实世界；改变条件得到不同的状态，这就是信息；而如何使用这些信息就是知识；最后，混合入一些经验，就是所谓的智慧，或者学习了。知识是事物的系列信息在人大脑中加工处理后的结果，信息是形成知识的基础信息形成知识 【案例】尿布+啤酒=更大的利益 在一个大的超级市场里面，人来人往。一角的货架在一个大的超级市场里面，人来人往。一角的货架上，尿布和啤酒赫然地摆放在一起出售。而且，尿布和上，尿布和啤酒赫然地摆放在一起出售。而且，尿布和啤酒的销售量双双增加。啤酒的销售量双双增加。这是上个世纪发生在美国沃尔玛连锁超市的真实事这是上个世纪发生在美国沃尔玛连

13、锁超市的真实事件，而且也许是将尿布和啤酒最好地联系起来的方法，件，而且也许是将尿布和啤酒最好地联系起来的方法，因为它甚至符合了今天正在流行的因为它甚至符合了今天正在流行的“双赢双赢”原理。原理。 其实想到答案的不是人，是是信息化信息化。具体地说，就是美国沃尔玛超市的数据仓库数据仓库。是它，通过集中商店一年多的详细原始交易数据，利用自动数据挖掘工具对这些数据进行分析，得到了这个意外的发现。 原来，美国的太太经常嘱咐他们的丈夫下班以后为小孩购买尿布，而丈夫们在买尿布以后又顺手带回了啤酒。啤酒和尿布在一起购买的机会是最多的。按照常规思维可能风马牛不相及的商品，成了商家津津乐道的故事。尿布尿布+ +啤

14、酒啤酒= =更大更大的利益的利益，当然，这里绝对不是简单的相加，而是有着神奇的变化。但是，谁又能说信息化不是从简单的相加开始的呢？4信息形成知识的过程信息形成知识的过程对象对象数据数据信息信息知识知识识别、识别、检测、检测、表达表达转变、转变、处理处理获取、获取、创造创造4数据、信息、知识的关系数据、信息、知识的关系4 信息的属性信息的属性事实性事实性（客观性、准确性）信息表现的是物质系统的真实面貌和客观事实，信息表现的是物质系统的真实面貌和客观事实，进行管理信息进行管理信息系统开发的一个重要前提系统开发的一个重要前提严格的基础数据管理。严格的基础数据管理。 “进去的是垃圾，出来的仍是垃圾”（

15、Garbage-in，garbage-out）。 “三分技术，七分管理，十二分数据。”增值性增值性指人们通过利用信息，可以获得收益指人们通过利用信息，可以获得收益,用于某种目的的价值耗尽对另用于某种目的的价值耗尽对另一目的可能又显示作用一目的可能又显示作用量变的基础上可能产生质变再生性再生性信息的增值性是隐含的，只有被人们认识和利用，才能发挥出来信息的增值性是间接的，必须通过利用其它资源，其价值才能实现不完全性不完全性 由于各种原因的限制，在市场中交易的双方所掌握的由于各种原因的限制，在市场中交易的双方所掌握的信息是不对称的，不同企业掌握的信息的程度各有不同信息是不对称的，不同企业掌握的信息的

16、程度各有不同信息的不完全性信息的不对称性时效性 信息滞后于数据信息滞后于数据 等级性战略战略级级战术级战术级作业级作业级 来源来源 寿命寿命 精度精度 加工加工 保保密密 方法方法 要要求求 外外 长长 低低 不固定不固定 高高 内内 短短 高高 固定固定 低低可压缩性信息可以进行浓缩、集中、概括以及综合，而不至于丢失信息的本质信息冗余扩散性信息的浓度越大，信息源和接收者之间的梯度越大，信息的扩散力度越强。信息的传播/保密传输性信息的传输成本远远低于传输物质和能源共享性信息分享的非零和 / 复杂性信息分享性有利于信息成为企业的一种资源转换性信息可以转换为物质，信息是有价值的4信息生命周期的各阶

17、段信息生命周期的各阶段信息的收集主要是识别、采集、表达信息的传输信道、编码、转换信源编码器信道译码器接收器噪音干扰卫星调制解调信息的加工数据要经过加工以后才能成为信息，过程具体如：信息的一个重要特征：滞后性F在批处理和实时处理方式中，对信息的滞后要求是不同的数据数据预信息预信息信息信息决策决策结果结果t1t2t3t4信息的存储什么？在哪？时效信息的维护保持信息处于合用状态叫做信息维护F狭义上指经常更新存储器中的数据，使数据保持合用状态F广义上指系统建成后的全部数据管理工作F信息维护的目的在于保证信息的准确、及时、安全、保密4信息的使用信息的使用技术方面要解决的问题是如何高速度高质量的把信息提供

18、给使用者价值转化是信息使用概念上的深化，是信息内容使用深度上的提高提高效率阶段F联系于数据处理阶段，主要目的是提高效率，是手工作业机械化，是省人及时转化价值阶段F驾驭信息，通过信息的及时转化实现管理控制寻找机会阶段F挖掘数据得到更深入和潜在地信息，提供预测和决策的依据4信息有那些类型信息有那些类型不同管理层对信息的要求是不同的基层需要的是事务处理过程中的细化数据，高层管理者需要的是决策所需的概括性数据。按信息的重要性战略级信息F是指那些关系到企业长远发展和全局的信息战术级信息F是指那些关系到企业运营管理的信息执行级信息F是指那些关系到企业业务运作的信息生命期最长？密级最高？频率和精度最高？从理

19、论上可分为：自然信息和社会信息从系统的角度可分为：内部信息和外部信息从信息的性质角度可分为：自然约束性信息、分析性信息和变动性信息从时间角度可分为：历史性信息、现实性信息和预测性信息从管理层次可分为：战略信息、管理控制信息和作业信息按加工深度可分为：一次信息、二次信息和三次信息按应用领域可分为：科技信息、经济信息和管理信息按表现形式可分为：数字信息、图像信息和声音信息4信息的价值信息的价值按照花费的社会必要劳动量计算方法与计算其他产品价值的方法相同计算方法与计算其他产品价值的方法相同，即：即： V = C + P 其中： V，信息产品的价值；C，生产该信息所花费的成本；P，利润4衡量使用效果方

20、法衡量使用效果方法信息的价值体现在决策过程中应用了信息后增加了收益，用这增加的收益减去获取信息所花费用，从而得到的便是信息的价值4信息维度信息维度衡量信息价值的另一角度准确性准确性相关性相关性完整性完整性及时性及时性新颖性新颖性详尽性详尽性清晰性清晰性内容内容时间时间形式形式例如：对于一位到例如：对于一位到“武汉武汉”旅客而言旅客而言南京有飞机飞往武汉南京有飞机飞往武汉南京南京1818日日8:158:15有飞机有飞机飞往武汉飞往武汉南京南京1818日日8:158:15有有东航东航飞机飞往武汉飞机飞往武汉天河机场天河机场信息量小大数据资料中包含信息量的数据资料中包含信息量的多少是由消除对事物认识

21、多少是由消除对事物认识的的“不确定程度不确定程度”来决定的。来决定的。r数据库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4数据库的定义数据库的定义数据库(Database，简称DB)4数据库的主要功能数据库的主要功能数据独立性较高、数据抽象支持数据的不同视图控制数据冗余限制非授权的存取提供多种用户界面表示数据之间的复杂联系完整性约束数据恢复4数据库的特性数据库的特性数据与其语义是不可分的，是具有逻辑关系和确定意义的数据集合数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据库是针对明确的应用目标而设计、建立和加载的一个数据库表现了现实世界的某些方面（

22、称为小世界）信息完整、功能通用，可为各种用户共享（并发机制）4数据库举例数据库举例4数据库举例数据库举例r数据库管理系统4什么是什么是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系统4DBMS的用途的用途提供一个软件环境，科学、方便地组织和存储数据、高效地获取、管理和维护数据4 DBMS的主要功能的主要功能数据定义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，包括数据库模式、数据库存储结构与存取方法两个方面数据操纵功能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

23、操作(查询、插入、删除和修改)数据库的运行管理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数据库的建立和维护功能(实用程序实用程序)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；性能监视等r数据库系统4什么是什么是数据库系统数据库系统数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库4数据库系统的构成数据库系统的构成由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、数据库管理员、应用系统程序和用户构成4数据库系统在计算机系统中的位

24、置图示数据库系统在计算机系统中的位置图示r信息系统(Information System，IS)4信息系统信息系统是一系列相互关联的可以输入是一系列相互关联的可以输入（信息采集）、处理（信息加工）、输出（信息采集）、处理（信息加工）、输出（打印、传输、保存等）数据和信息，并（打印、传输、保存等）数据和信息，并提供反馈机制以实现其目标的元素或组成提供反馈机制以实现其目标的元素或组成部分的集合部分的集合输入处理输出反馈r管理信息系统(Management Information System， MIS)4 明尼苏达大学卡而森管理学院明尼苏达大学卡而森管理学院 Gordon B.Davis 教教授授

25、 管理信息系统是一个利用计算机硬件和软件，手工作业，分析、计划、控制和决策模型以及数据库的用户机器系统。它能提供信息，支持企业或组织的运行、管理和决策功能4 ISOMIS是借助于自动化数据处理手段进行管理的系统，它由计算机硬件、软件（包括：系统软件、应用软件和管理学软件包）、数据库各种规程和人共同组成 4中国企业管理百科全书的定义中国企业管理百科全书的定义MIS是一个由人、计算机等组成的能进行管理信息的收集、传递、加工的信息系统。4国内学者最近的定义国内学者最近的定义不仅仅把信息系统看作是一个能对管理者提供帮助的基于计算机的人机系统，而且把它看作一个社会技术系统，将信息系统放在组织与社会这个大

26、背景去考察，并把考察的重点从科学理论转向社会实践，从技术方法转向使用这些技术的组织与人，从系统本身转向系统与组织、环境的交互作用。强调人的主导作用 现代化工具 目的明确 支持不同管理层 集成化人机系统4关于关于MIS定义的几点讨论定义的几点讨论管理信息系统是用系统思想建立起来的，以电子计算机为基本信息处理手段，以现代通讯设备为基本传输工具，且能为管理决策提供信息服务的人机系统从以上定义可以看出管理信息系统的本质，它不仅是技术系统，也是社会系管理信息系统的本质，它不仅是技术系统，也是社会系统，是社会和技术的综合系统统，是社会和技术的综合系统它运用管理模型来分析数据，实辅助决策它运用管理模型来分析

27、数据，实辅助决策它是基于计算机的人机系统（它是基于计算机的人机系统（Computer-based Information System，CBIS）任何企业没有计算机也有管理信息系统，管理信息系统任何企业没有计算机也有管理信息系统，管理信息系统是任何企业不可或缺的系统是任何企业不可或缺的系统基层业务人员基层业务人员职能人员职能人员中级管理人员中级管理人员（控制、决策）（控制、决策）高级管理人员高级管理人员（计划、决策）（计划、决策）市场市场分系统分系统生产生产分系统分系统财务财务分系统分系统其他其他分系统分系统管管理理信信息息系系统统中央数据库中央数据库业务业务信息信息系统系统知识工作系统知识工

28、作系统经理支持经理支持系统系统决策支持决策支持系统系统概念图概念图管理思想管理思想数据库数据库计算机网络计算机网络管理信息系统（软件）管理人员管理人员（用户）（用户）界面界面（Interface）2.1.1 数据库的地位2.1.2 几个基本概念2.1.3 数据管理技术的产生与发展2.1.4 数据库技术的发展及研究领域r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，是数据处理的中心问题4 数据管理技术的发展过程数据管理技术的发展过程人工管理阶段(40年代中-50年代中)文件系统阶段(50年代末-60年代中)数据库系统阶段(60年代末-现在)4 数据管理技术的发展动力数据管理技术的发

29、展动力应用需求的推动计算机硬件的发展计算机软件的发展r人工管理4时期时期40年代中50年代中4产生的背景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4特点特点数据的管理者：应用程序，数据不保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：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：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集n.r文件系统4时期时期50年代末60年代中4产生的背景产生的背景应用需求科学计算、管理硬件水平磁盘、磁鼓软

30、件水平有文件系统处理方式联机实时处理、批处理4特点特点数据的管理者：文件系统，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：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系应用程序应用程序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件n存取存取方法方法.4文件系统中数据的结构文件系统中数据的结构记录内有结构数据的结构是靠程序定义和解释的数据只能是定长的可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了文件间是独立的，因此数据整体无结构可以间接实

31、现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系数据的最小存取单位是记录r数据库系统4时期时期60年代末以来4产生的背景产生的背景应用背景大规模管理硬件背景大容量磁盘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4特点特点数据的管理者：DBMS数据面向的对象：现实世界数据的共享程度：共享性高数据的独立性：高度的物理独立性和一定的 逻辑独立性数据的结构化：整体结构化数据控制能力：由DBMS统一管理和控制应用程序与数据的对应关系(数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库4数据的高共享性的好处数据的高共享性的好处降低数据的冗余度，节省存储空间避免数据间的不一致性使系统易

32、于扩充4数据独立性数据独立性物理独立性指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变逻辑独立性指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变4数据结构化数据结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一数据库中实现的是数据的真正结构化数据的结构用数据模型数据模型描述，无需程序定义和解释数据可以变长变长数据的最小存取单位是数据项数据项4DBMS对数据的控制功能对数据的控制功能数据的安全性（Security）保护使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏数据的完

33、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的结果数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态2.1.1 数据库的地位2.1.2 几个基本概念2.1.3 数据管理技术的产生与发展2.1.4 数据库技术的发展及研究领域r数据库技术的发展历程数据库技术从20世纪60年代中期开始萌芽，40年来，它从第一代的网状、层次数据库技术和第二代的关系数据库技术，发展到第三代的面向新一代应用的数据库技术数据库技术与网络通信技术、人工智能技术、面向对象程序设

34、计技术、并行计算技术等互相渗透、有机结合，成为当代数据库技术发展的重要特征4 第一代数据库系统第一代数据库系统第一代数据库系统是20世纪60年代中后期和70年代发展起来的层次和网状数据库系统1969年IBM公司基于层次研制、开发了基于层次模型的数据库管理系统IMS（Information Management System），是首例成功的数据库管理系统的商品软件美国数据系统语言协会CODASYL (Conference on Data System Language)下属的数据库任务组DBTG (Data Base Task Group)对网络数据库方法进行系统的研究和讨论后，于20世纪60年

35、代末到70年代初提出DBTG报告，确定并建立了网络数据库系统的许多概念、方法和技术4 第二代数据库系统第二代数据库系统第二代数据库系统是关系数据库系统1970年IBM公司San Jose实验室的研究员E. F. Codd发表了题为“大型共享数据库数据的关系模型”的论文，提出了数据库的关系模型，开创了数据库关系方法和关系数据理论为关系数据库技术奠定了理论基础IBM San Joe实验室开发的System R和加利福尼亚大学伯克利分校研制的Ingres是那个时期的关系数据库原型系统这个时期关系数据库系统的一系列成果奠定关系模型理论基础推出关系数据语言，如关系代数、关系演算、SQL语言、QBE等大量

36、关系数据库系统原型，攻克查询优化、并发控制、故障恢复等关键技术20世纪70年代后期，关系数据库系统从实验室走向社会，日益广泛地应用到企业管理、情报检索、决策支持等各个方面，成为信息系统和计算机应用系统的重要基础4 第三代数据库系统第三代数据库系统进入20世纪70年代后数据库技术又有了很大地发展出现了许多商品化的数据库管理系统数据库技术成为实现和优化信息系统的基本技术F商用的数据库管理系统的推出和运行使数据库技术日益广泛地应用到企业管理、交通运输、情报检索、军事指挥、政府管理和辅助决策等各个方面，深人到人类生产和生活的各个领域关系方法的理论研究和软件系统的研制取得了很大成果F1981年IBM公司

37、宣布具有system R特征的新型数据库软件产品SQL/DS问世F与此同时，美国加州大学柏克利分校推出商用的Ingres系统20世纪80年代以来，数据库技术在商业领域的巨大成就刺激了其它领域对数据库需求的增长，但也对传统的数据库技术提出了新的要求复杂对象的存储和处理复杂数据类型的支持，如抽象数据类型、无结构超长数据、时间、图形图像、声音等数据、对象和知识的统一管理长事务和嵌套事务的处理程序设计语言与数据库语言的无缝集成巨型数据库（数据库量可达1012B）的管理下一代数据库系统是什么？面向对象数据模型是第三代数据库系统的主要特征之一第三代数据库系统的另一特征是与其他学科相互结合，使得数据库领域中

38、的新技术层出不穷F分布式数据库、工程数据库、演绎数据库、知识数据库、模糊数据库、时态数据库、统计数据库、空间数据库、多媒体数据库、并行数据库等与传统数据库相比，在整体概念、技术内容、应用领域、原理等方面都有重要发展和变化4Internet时代的数据库技术时代的数据库技术进入20世纪90年代以来，随着Internet的兴起和迅速发展，数据库应用环境发生了巨大变化，Internet/Web向数据库技术提出了巨大挑战数据仓库、OLAP分析、数据挖掘、数字图书馆、电子出版物、电子商务、Web医院、远程教育、移动数据库、Web上的数据管理与信息检索、数据流管理等r 数据库技术的研究领域4 数据库管理系统

39、软件的研制数据库管理系统软件的研制DBMS核心一组相互联系的软件系统工具软件中间件4 数据库设计数据库设计数据库设计方法设计工具设计理论数据模型和数据建模4 数据库理论数据库理论关系的规范化理论关系数据理论分布式数据库、并行数据库、数据仓库、知识数据库、移动数据库等新一代数据库理论研究及其开发2.1 概述2.2 数据模型2.3 数据库系统结构2.4 数据库系统的组成2.5 本章小结2.2.1 概述2.2.2 信息的三种世界及其描述2.2.3 数据模型的组成要素2.2.4 概念模型2.2.5 常用数据模型r数据库系统的核心是数据库，而数据库是根据数据模型建立的，数据模型是数据库系统的核心4 什么

40、是数据模型什么是数据模型数据库这是利用数据模型数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息4 数据模型应满足三方面要求数据模型应满足三方面要求能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现4一个数据库建立数据模型的基本过程一个数据库建立数据模型的基本过程现实世界中事务（客观对象）经过以下两步抽象可映射成计算机世界里的数据库模型现实世界中的客观对象抽象为概念模型概念模型把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型数据模型现实世界现实世界事物及联系事物及联系信息世界信息世界信息概念信息概念（概念模型）（概念模型）计算机世界计算机世界数据模型数据模型系统分析系统分析信息化信息化数

41、据化数据化数据库设计数据库设计数据模型分成两个不同的层次概念模型概念模型，也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模数据模型数据模型，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概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次2.2.1 概述2.2.2 信息的三种世界及其描述2.2.3 数据模型的组成要素2.2.4 概念模型2.2.5 常用数据模型r信息的三种世界4是指现实世界、信息世界和计算机世界是指现实世界、信息世界和计算机世界(也也称数据世界称数据世界)数据库是模拟现实世界中某些事务活动的信息模拟现实世界中某些事务活动的信息集合集合数据库中所存储的数据，来源于

42、现实世界的信息流信息流用来描述现实世界中一些事物的某些方面的特征及事物间的相互联系在处理信息流前，须先对其进行分析并用一定的方法加以描述，并将描述转换成计算机所能接受的数据形式r信息的现实世界现实世界泛指存在于人脑之外的客观世界，是我们要管理的客观存在的各种事物、事物之间的相互联系及事物的发生、变化过程通过对现实世界的了解和认识，可以获得所管理对象、过程和方法的概念模型，这个过程称为系统分析那么，我们是如何了解和认识现实世界的呢？通过对现实世界中的实体及其特征、实体集及联系进行划分和认识4 实体实体现实世界中存在的可以相互区分的事物或概念称为实体(Entity)，可以是具体的人、事、物或抽象的

43、概念实体可以分为事物实体事物实体和概念实体概念实体例如例如一个学生、一个工人、一台机器、一部汽车等是事物实体一门课、一个班级等称为概念实体4 实体的特征实体的特征每个实体都有其区别于其它实体的特征 (Entity characteristic）例如例如F学生通过姓名、性别、年龄、身高、体重等许多特征来描述自己一般只选择其中对管理及处理有用的或有意义的特征例如例如F对于人事管理，职工的特征可选择姓名、性别、年龄、工资、职务等F而在描述一个人健康情况时，可以用职工的身高、体重、血压等特征表示4 实体集及实体集之间的联系实体集及实体集之间的联系具有相同特征或能用同样特征描述的实体的集合称为实体集(E

44、ntity Set)例如例如，学生、工人、汽车等都是实体集实体集不是孤立存在的，实体集之间有着各种各样的联系例如例如，学生和课程之间有“选课”联系，教师和教学系之间有“工作”联系r信息世界4 反映到人们头脑里的现实世界中的事物，经过认识、反映到人们头脑里的现实世界中的事物，经过认识、选择、命名、分类等综合分析而形成对事物的印象选择、命名、分类等综合分析而形成对事物的印象和概念，进而得到关于事物的相关信息，这即进入和概念，进而得到关于事物的相关信息，这即进入信息世界信息世界4 在信息世界中在信息世界中实体特征在头脑中形成的知识称为属性实体通过其属性表示称为实例同类实例的集合称为对象对象，对象即实

45、体集中的实体用属性表示得出的信息集合实体与实例是不同的例如张三是个实体，而“张三，男，25岁，计算机系学生”是实例，现实世界中的张三除了姓名、性别、年龄断在系外还有其他的特征，而实例仅对需要的特征通过属性进行了描述实体集之间的联系用对象联系表示4 信息世界通过信息世界通过概念模型概念模型(也称信息模型也称信息模型)、过程模型过程模型和和状态模型状态模型反映现实世界，它要求对现实世界中的事物、反映现实世界，它要求对现实世界中的事物、事物间的联系和事物的变化情况准确、如实、全面地事物间的联系和事物的变化情况准确、如实、全面地表示表示概念模型概念模型通过E-R图中的对象、属性和联系对现实世界的事物及

46、关系给出静态描述过程模型过程模型通过信息流程图和数据字典描述事物的处理方法和信息加工过程状态模型状态模型通过事物状态转换图对事物进行动态描述数据库根据概念模型而设计，而数据处理方法这主要根据过程模型设计，状态模型对数据库的系统功能设计则有重要的参考价值注：数据字典（英语：data dictionary）是一个自动的或手动的存储数据元的定义和属性的文档r信息的计算机世界信息世界中的信息，经过数字化处理形成计算机能够处理的数据，就进入计算机世界在转换信息为数据的过程中，对计算机硬件和软件(主要指数据库管理系统)都有限定和要求也就是说，数据模型应符合具体的计算机系统和DBMS的要求4 数据项数据项数

47、据项(Item)是对象属性的数据表示数据项有型和值之分数据项的型是对数据特性的表示，通过数据项的名称、数据类型、数据宽度和值域等来描述数据项的值是其具体取值数据项的型和值都要符合计算机数据的编码要求，即都要符合数据的编码要求4记录记录记录(Record)是实例的数据表示记录有型和值之分记录的型是结构，由数据项的型构成记录的值表示对象中的一个实例，其分量是数据项值例如F“姓名，性别，年龄，所在系”是学生数据的记录型F而“张三，男，23，计算机系”是一个学生的记录值，它表示学生对象的一个实例，“张三”、“男”、“23”、“计算机系”都是分量 数据项值4 文件文件文件(File)是对象的数据表示，是

48、同类记录的集合即同一个文件中的记录类型应是一样的例如将所有学生的登记表组成一个学生数据文件，文件中的每条记录都要按“姓名，性别，年龄，所在系”的结构组织数据项值4 数据模型数据模型现实世界中的事物反映到计算机世界中就形成文件的记录结构和记录事物之间的联系就形成了不同文件间的记录的联系记录结构结构及其记录联系联系的数据化的结果数据化的结果就是数据模型(Data Model)实体特征实体集实体间联系实例属性对象对象间联系记录数据项数据或文件数据模型信息的三个世界的联系和转换过程现实世界现实世界信息世界信息世界计算机世界计算机世界2.2.1 概述2.2.2 信息的三种世界及其描述2.2.3 数据模型

49、的组成要素2.2.4 概念模型2.2.5 常用数据模型r数据模型的组成要素包括数据结构 数据操作 数据的约束条件4 数据结构数据结构什么是数据结构对象类型（Object Type）的集合两类对象与数据类型、内容、性质有关的对象F例如层次模型和网状模型中的数据项和记录；关系模型中的关系和属性等与数据之间联系有关的对象F例如网状模型中的系型(Set Type)数据结构是对系统静态特性的描述，层次结构、网状结构和关系结构的数据模型则称为层次模型、网状模型和关系模型4 数据操作数据操作对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则数据操作的类型检索更新（包括插入、删除、修改）数据模

50、型须对数据库中的全部数据进行操作定义操作的确切含义操作对象操作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述r数据的约束条件一组数据完整性规则的集合完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容4数据模型对约束条件的定义数据模型对约束条件的定义反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件2.2.1 概述2.2.2 信息的三

51、种世界及其描述2.2.3 数据模型的组成要素2.2.4 概念模型2.2.5 常用数据模型r概念模型r信息世界中的基本概念r概念模型的表示方法r概念模型是对现实世界中的对象、属性及联系的学习描述，是现实世界真实的全面反映4 概念模型的概念模型的用途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4 对概念模型的基本要求对概念模型的基本要求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简单、清晰、易于用户理解r概念模型的基本概念4 基本概念基本概念对象和实例对象和实例现实世界中具有相同性质、遵循相同规则的同一

52、类事物（或概念，也即实体）的抽象，称为对象对象中的每一个具体实体的抽象则是该对象的实例（Instance）属性属性(Attribute)实体所具有的某一特性抽象表示，称为属性一个实体可以由若干个属性来刻画F例如，可用“姓名”、“学号”、“年龄”、“性别”、“专业”等特征来描述学生 属性的具体取值，就是属性值F如“张三”、“2006011117”、“22”、“男”、“材料”域（域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域码（码（Key）也称关键字，可以唯一标识实体码可以是属性或属性集（组），如果码是属性组，则不能有多余的属性F例如，学号可以唯一标识某个学生，一旦确定后则可确定其其他属性，学号

53、是码可有多个码，但须没有重复的F通常选取其中一个作为主码(Primary Key)F其它的码则是候选码不能唯一标识实体的属性称为次码(Secondary Key)实体型（实体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型实体集（实体集（Entity Set）同型实体的集合称为实体集联系（联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系4两个实体型间的联系两个实体型间的联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2111:1联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2mnm:n联系联系实体

54、型实体型1联系名联系名实体型实体型21n1:n联系联系实体型间联系实体型间联系 两个实体型 一对一联系（1:1） 三个实体型 一对多联系（1:n） 一个实体型 多对多联系（m:n）一对一联系（1:1） 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：实例：班级与班长之间的联系一对多联系（1: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：实例：班级与学生之间的联系多对

55、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：实例：课程与学生之间的联系4多个实体型间的联系多个实体型间的联系多个实体型间的一对多联系若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ei与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对多的实例(见下图中)F课程、教师与参考书三个实体型F如果一门课程可以有若干个教师讲授，

56、使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用F课程与教师、参考书之间的联系是一对多的课程教师参考书讲授1mn供应商项目参考书供应mnp实体型实体型1联系名联系名实体型实体型21m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系实体型实体型3n多个实体型间的多对多联系在两个以上的多个实体集之间，当一个实体集与其它实体集之间均存在多对多联系，而其它实体集之间没有联系时，这种联系则是多实体集间的多对多联系例如，供应商、项目、零件（见上图右）F一个供应商可供给多个项目多种零件F每个项目可使用多个供应商供应的零件F每种零件可由不同供应商供给4同一实体集内各实体间的联系同一实体集内各

57、实体间的联系一对多联系实例F职工实体集内部具有领导与被领导的联系F某一职工（干部）“领导”若干名职工F一个职工仅被另外一个职工直接领导F这是一对多的联系一对一联系多对多联系实体型实体型1联系名联系名mn同一实体型内部同一实体型内部的的m:n联系联系职工职工领导领导1n同一实体型内部同一实体型内部的的1:n联系联系An Introduction to Database SystenmE-R图描述现实世界的概念模型概念模型概念模型的表示方法很多，其中最为著名和广泛使用的是P.P.Chen于1976年提出的实体-联系方法(Entity-Relationship Approach)，见称E-R图法，也

58、称为E-R模型用E-R图来描述现实世界的概念模型实体：实体：属性：属性：联系：联系：实体集实体集属性属性联系集联系集线段线段An Introduction to Database SystenmER图设计原则图设计原则真实性原则避免冗余原则简单性原则合适性原则（用实体或属性或联系集）注意对客观对象的约束映射约束、键码约束、参照完整性约束映射约束、键码约束、参照完整性约束An Introduction to Database SystenmER图绘制图绘制图书图书作者作者写作写作出版社出版社类别类别页数页数ISBN书名书名姓名姓名出生地出生地身份证号身份证号定稿时间定稿时间价格价格包含实体集包含

59、实体集“图书图书”和和“作者作者”的的ER图图An Introduction to Database Systenm关系数据模型最重要的一种数据模型数据模型，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提出在美国计算机学会会刊在美国计算机学会会刊Communication of the ACM上发上发表题为表题为“A Relational Model of Data for Shared Data Banks”的论文的论文目前主流的数据库系统大都是基于关系数据模型的关系数据库系统80年代以来推出的数据库管理系统几乎都支持关系数据模型年代以来

60、推出的数据库管理系统几乎都支持关系数据模型关系理论的确立标志着关系数据库系统的基础研究接近顶峰，而且关系数据库已经占据数据库系统的市场An Introduction to Database Systenm关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构建立在严格的数学概念基础之上关系数据模型是由若干个关系模式组成的集合，其主要特征是用二维表格结构表达实体集，用外键表示实体间联系其逻辑结构是一张二维表，由行和列组成An Introduction to Database SystenmAn Introduction to Database Systenm关系模型的基本概念关系（Relation）一个关