数据库 DB第1章绪论

1、数据库原理与应用数据库原理与应用主讲：郑先容主讲：郑先容Gdpu_密码：密码：yydzsw第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型1.3 数据库系统结构1.4 数据库系统的组成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。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。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。数据库的地位数据库的地位1.1.1 四个基本概念四个基本概念数据(Data)数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS)一、数据一、数

2、据数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象是数据库中存储的基本对象数据的定义数据的定义描述事物的符号记录描述事物的符号记录数据的种类数据的种类文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等记录、货物的运输情况等数据的特点数据的特点数据与其语义是不可分的数据与其语义是不可分的例如例如 93是一个数据是一个数据语义语义1：学生某门课的成绩：学生某门课的成绩语义语义2：某人的体重：某人的体重语义语义3：计算机系：计算机系2005级学生人数级学生人数语义语义4：请同学给出。：请同学给出。数据举例数据举例学生档案中的学生记录学生档案中的学生记录

3、（李明，男，（李明，男，198505，江苏南京市，计算机系，江苏南京市，计算机系，2006）语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、 入学时间入学时间解释：李明是个大学生，解释：李明是个大学生，1985年年5月出生，江苏南京市人，月出生，江苏南京市人，2006年考入计算机系。年考入计算机系。二、数据库二、数据库数据库的定义数据库的定义数据库数据库(Database,简称简称DB)是是长期储存长期储存在计算机在计算机内、内、有组织有组织的、的、可共享可共享的的大量大量数据的集合。数据的集合。数据库的基本特征数据库的基本特征数据按一定的数据模

4、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三、数据库管理系统三、数据库管理系统什么是什么是DBMS位于用户与操作系统之间的一层位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件数据管理软件；是基础是基础软件，是一个大型复杂的软件系统软件，是一个大型复杂的软件系统 DBMS的用途的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据DBMS的主要功能的主要功能数据定义功能数据定义功能数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理数据操纵功能数据操纵功能数据库的事务管理和运行

5、管理数据库的事务管理和运行管理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)其它功能其它功能四、数据库系统四、数据库系统什么是数据库系统什么是数据库系统（Database SystemDatabase System，简称，简称DBSDBS） 在计算机系统中引入数据库后的系统构成在计算机系统中引入数据库后的系统构成数据库系统的构成数据库系统的构成数据库数据库数据库管理系统（及其开发工具）数据库管理系统（及其开发工具）应用系统应用系统数据库管理员数据库管理员 数据库数据库 应用系统应用系统应用开发工具应用开发工具 操作系统操作系统 数据库管理系统数据库管理系统 数据库管理员数据库

6、管理员用户用户用户用户用户用户 数据库系统数据库系统1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展什么是数据管理什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护数据处理的中心问题数据处理的中心问题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)高级数据库阶段高级数据库阶段数据管理技术的发展动力数据管理技术的发展动力应

7、用需求的推动应用需求的推动计算机硬件的发展计算机硬件的发展计算机软件的发展计算机软件的发展1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点数据结构化数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制减少数据冗余，节约存储空间减少数据冗余，节约存储空间;避免数据之间的不相容性与不避免数据之间的不相容性与不一致性一致性 ;使系统易于扩充使系统易于扩充数据独立性高数据独立性高物理独立性物理独立性指用户的指用户的应用程序应用程序与存储在与存储在磁盘磁盘上的数据库中上的数据库中数据数据是相互是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序

8、不用改变。逻辑独立性逻辑独立性指用户的指用户的应用程序应用程序与数据库的与数据库的逻辑结构逻辑结构是相互独立的。数据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。改变了，用户程序也可以不变。数据独立性是由数据独立性是由DBMS的的二级映像二级映像功能来保证的功能来保证的数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制DBMS提供的数据控制功能提供的数据控制功能(1)数据的安全性（数据的安全性（Security）保护）保护保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。(2)数据的完整性（数据的完整性（Integrity

9、）检查）检查将数据控制在有效范围内，或保证数据之间满足一定的关系。将数据控制在有效范围内，或保证数据之间满足一定的关系。(3)并发（并发（Concurrency）控制）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。误的结果。(4)数据库恢复（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。将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。1.2 数据模型数据模型在数据库中用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。通俗地讲：数据模型就是现实世界的模拟。数据模型应满足三方面要求数据模型

10、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 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型数据模型分为两类（分属两个不同的层次）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，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。 (2) 逻辑模型和物理模型逻辑模型和物理模型 逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。 物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。DBMS支持的数据模型支持的数据模型概念模型概念模型

11、认识认识抽象抽象信息世界信息世界机器世界机器世界现实世界中客观对象的抽象过程（三步抽象）现实世现实世界界现实世界现实世界 概念模型概念模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成逻辑模型逻辑模型 物理模型物理模型由由DBMS完成完成概念模型概念模型 逻辑模型逻辑模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素数据结构 数据操作 完整性约束条件描述数据库的组成对象，以描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系；及对象之间的联系；是对系统静态特性的描述是对系统静态特性的描述对数据库中各种对象对数据库中各种对象(型型)的实例的实例(值值)允许执行的允许执行的 操作操

12、作及有关的及有关的操作规则，操作规则，有有：查询，更新：查询，更新(包括插入、删除、包括插入、删除、修改修改)；是对系统动态特性的描述是对系统动态特性的描述一组一组完整性规则完整性规则的集合。的集合。完整性规则完整性规则：给定的数据模型中数据及其：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则联系所具有的制约和储存规则1.2.3 概念模型概念模型概念模型的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

13、用户理解一、信息世界中的基本概念一、信息世界中的基本概念l (1)实体实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念l (2)属性属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画 l (3)码码（Key）唯一标识实体的属性集称为码l (4)域域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域l (5)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l (6)实体集实体集（Entity Set）同一类型实体的集合称为实体集l (7) 联系联系（Relationship）现实世界

14、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。分为：实体内部的联系实体内部的联系和实体之间的联系实体之间的联系。二、两个实体型之间的联系二、两个实体型之间的联系实体型实体型A联系名联系名实体型实体型B111:1联系联系实体型实体型A联系名联系名1n1:n联系联系实体型实体型A实体型实体型B联系名联系名mnm:n联系联系实体型实体型B用图形来表示两个实体型之间的这三类联系用图形来表示两个实体型之间的这三类联系 班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系一对一联系（一对一联系（1:1）实例：一个班级只有一个正班长，一个班长只在一个班中任职班级班级组成组成学

15、生学生1n1:n联系联系一对多联系（一对多联系（1 1：n n）实例：一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系多对多联系（多对多联系（m:n）实例： 课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程实例 课程、教师与参考书三个实体型一门课程可以有若干个教师讲授，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课程课程讲授讲授教师教师1 1m m两个以上实体型间两个以上实体型间1:n1:n联系联系参考书参考书n n三、两个以上实体型之间的联系三、两个以上实体型之间的联系l实例供应商、项目、零

16、件三个实体型一个供应商可以供给多个项目多种零件，每个项目可以使用多个供应商供应的零件，每种零件可由不同供应商供给。供应商供应商供应供应项目项目m mp两个以上实体型间两个以上实体型间m:nm:n联系联系零件零件n n四、单个实体型内的联系四、单个实体型内的联系一对多联系实例职工实体型内部具有领导与被领导的联系，某一职工（干部）“领导”若干名职工，一个职工仅被另外一个职工直接领导一对一联系多对多联系职工职工领导领导1 1n n单个实体型内部单个实体型内部1:n1:n联系联系v多对多联系多对多联系 v 举例举例零件、供应商、产品；零件、供应商、产品；社团、学生社团、学生五、五、 概念模型的一种表示

17、方法概念模型的一种表示方法实体联系方法(E-R方法)用E-R图来描述现实世界的概念模型E-R方法也称为E-R模型五、五、 概念模型的一种表示方法概念模型的一种表示方法E-R方法方法实体型实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。属性属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来联系联系用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n）学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名课程课程选修选修学生学生m mn n成绩成绩联系的属性：联系的属性：联系本身也是一种实体型，也 可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系

18、连接起来 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型非关系模型层次模型(Hierarchical Model)网状模型(Network Model)关系模型(Relational Model) 面向对象模型(Object Oriented Model）对象关系模型(Object Relational Model)1.2.5 层次模型层次模型层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型 层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系 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1.2.6 网状模型网状模型网状数据库系统采用网状模型

19、作为数据的组织方式 ；与层次模型的区别1.2.7 关系模型关系模型关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式 1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型 计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型 一、关系数据模型的数据结构一、关系数据模型的数据结构 在在用户观点用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表二维表，它由行和列组成。它由行和列组成。学 号姓 名年 龄性 别系 名年 级2005004王小明19女社会学20052005006黄大鹏20男商品学20052005008张文斌18女法律

20、2005学生登记表学生登记表属性属性元组元组关系（关系（RelationRelation）- - 一一个关系对应通常说的一张表个关系对应通常说的一张表元组（元组（TupleTuple）-表中的一行即为一个元组表中的一行即为一个元组属性（属性（AttributeAttribute）-表中的一列即为一个属性，给每一个表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名属性起一个名称即属性名主码（主码（KeyKey）-表中的某个属性组，它可以唯一确定表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。一个元组。域（域（DomainDomain）-属性的取值范围。属性的取值范围。分量分量-元组中的一个属性值。

21、元组中的一个属性值。关系模式关系模式对关系的描述对关系的描述关系名（属性关系名（属性1 1，属性，属性2 2，属性，属性n n）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）一、关系数据模型的数据结构一、关系数据模型的数据结构 关系必须是规范化的，满足一定的关系必须是规范化的，满足一定的规范条件规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项，不可分的数据项，不允许表中还有表不允许表中还有表 图图1.271.27中工资和扣除是可分的数据项中工资和扣除是可分的数据项 ，不符合不符合关系模型要求关系模型

22、要求 职工号职工号姓名姓名职职 称称工工 资资扣扣 除除实实 发发基基 本本津津 贴贴职务职务房房 租租水水 电电86051陈陈 平平讲讲 师师13051200501601122283图图1.27 一个工资表一个工资表(表中有表表中有表)实例实例 关系术语关系术语一般表格的术语一般表格的术语关系名关系名表名表名关系模式关系模式表头（表格的描述）表头（表格的描述）关系关系（一张）二维表（一张）二维表元组元组记录或行记录或行属性属性列列属性名属性名列名列名属性值属性值列值列值分量分量一条记录中的一个列值一条记录中的一个列值非规范关系非规范关系表中有表（大表中嵌有小表）表中有表（大表中嵌有小表）表表

23、1.2 术语对比术语对比 三、关系数据模型的操纵与完整性约束三、关系数据模型的操纵与完整性约束数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系查询；插入；删除；更新数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”。关系的完整性约束条件 实体完整性参照完整性用户定义的完整性四、关系数据模型的优缺点四、关系数据模型的优缺点1.3 数据库系统结构数据库系统结构从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构 从数据库最终用户角度看（数据库系统外部的体系结构） ，数据库系统的结构分为:单用

24、户结构主从式结构分布式结构客户服务器浏览器应用服务器数据库服务器多层结构等1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念“型” 和“值” 的概念型(Type)对某一类数据的结构和属性的说明值(Value)是型的一个具体赋值学生记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）学生记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯） 一个记录值：（一个记录值：（060201，李明，男，计算机，李明，男，计算机，22，江苏），江苏）模式（Schema）数据库逻辑结构和特征的描述，是型的描述实例（Instance）模式的一个具体值，同一个模式可以有很多实例例如：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、例如

25、：在学生选课数据库模式中，包含学生记录、课程记录和学生选课记录课程记录和学生选课记录 2006年的一个学生数据库实例，包含：年的一个学生数据库实例，包含：2006年学校中所有学生的记录年学校中所有学生的记录学校开设的所有课程的记录学校开设的所有课程的记录所有学生选课的记录所有学生选课的记录 2006年度学生数据库模式对应的实例与年度学生数据库模式对应的实例与2007年度学生年度学生数据库模式对应的实例是不同的数据库模式对应的实例是不同的 1.3.2 数据库系统的三级模式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） 模式（模式（Schema，也称逻辑模式），也称逻辑模式）数据库中数据库中全体全体数据的数据的逻辑结构和特征逻辑结构和特征的描述的描述外模式（外模式（External Schema，也称子模式或用户模式），也称子模式或用户模式）数据库用户的数据库用户的数据视图数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表，是与某一应用有关的数据的逻辑表示示内模式（内模式（ Inter