石油大学软件技术基础 chap6-数据库

1、1第六章第六章 数据库基础数据库基础第第六六章章数数据据库库基基础础NO21. 数据库技术概述数据库系统应用示例航空售票系统（最早使用数据库技术）包括信息：座位预定信息：座位分配、座位确认、餐饮选择航班信息：航班号、飞机型号、机组号、起飞地、目的地、起飞时间、到达时间、飞行状态等机票信息：票价、折扣、有无等第第六六章章数数据据库库基基础础NO31. 数据库技术概述航空售票系统（最早使用数据库技术）主要功能：查询在某一段时间内从某个指定城市到另个指定城市的航班、是否有可以选择的座位、是否有其他飞机型号、飞机票价、是否折扣等信息更新乘客登记航班、分配座位、选择餐饮等任何时候都有许多航空售票代理商访

2、问这些数据、避免卖同一座位。通过这些数据，可以统计出经常坐某一航班的乘客信息，并为这些乘客提供优惠系统特点：数据庞大，人工不能提供及时、准确服务第第六六章章数数据据库库基基础础NO41.数据库技术概述图书管理系统包括信息：图书信息：书号、书名、作者姓名、出版日期、类型、页数、价格、出版商名称等作者信息：姓名、身份证号、性别、出生日期、学历、住址、电话等出版社信息：名称、地址、社长、成立日期等读者信息：姓名、借书号、书名、借书日期、借书数量等主要功能：查询：某种类型的图书、浏览指定出版商出版的图书、检索指定作者的图书等更新：登记新书信息、作者信息、借阅者信息等对存书几百万的图书馆，人工操作劳动强

3、度大第第六六章章数数据据库库基基础础NO51.数据库技术概述p数据库系统作用管理大量数据：10TB数据，大约可存储183亿个航班信息，45亿本书的简要信息，2800万本40页图书的所有内容数据库定义功能：将数据的存储结构定义到数据库中数据查询功能：方便地检索数据、插入数据、修改数据和删除数据控制多用户访问：许多用户同时访问系统，确保不同用户只能使用自己所需数据，不同用户操作互不干扰确保故障恢复:第第六六章章数数据据库库基基础础NO61. 数据库技术概述p主流数据库系统Oracle 8i：对象/关系型数据库系统Microsoft SQL Server SybaseInformix第第六六章章数数

4、据据库库基基础础NO72. 数据管理技术的产生和发展p数据管理：对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护人工管理阶段：数据不保存应用程序管理数据数据不共享数据不具独立性应用程序1数据集1应用程序2数据集2应用程序n数据集n第第六六章章数数据据库库基基础础NO82. 数据管理技术的产生和发展文件系统阶段：数据保存文件系统管理数据数据共享差，冗余大数据独立性差应用程序1文件1应用程序2文件2应用程序n文件n存取方法第第六六章章数数据据库库基基础础NO92. 数据管理技术的产生和发展数据库系统阶段：数据结构化：学号 姓名 性别 年龄 系别 政治面貌籍贯家庭成员学号 姓名 性别 年龄 系别 政治面

5、貌籍贯姓名 与本人关系详细情况第第六六章章数数据据库库基基础础NO102. 数据管理技术的产生和发展文件中记录内部有结构，但记录间无联系901李明 男 19计算机团员辽宁沈阳李义山 父子张玉母子李平弟弟第第六六章章数数据据库库基基础础NO112. 数据管理技术的产生和发展数据共享性高、冗余度低、易扩充、数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制：安全、完整、并发、恢复应用程序1应用程序2数据库管理系统数据库人机交互第第六六章章数数据据库库基基础础NO12现实世界信息世界计算机世界概念化形式化用户计算机3. 数据模型数据模型p数据模型：是一组概念的集合，用于对现实世界数据特征进行抽象。第第六六章章

6、数数据据库库基基础础NO13数据模型是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架应用概念数据模型结构数据模型现实世界信息世界计算机世界3. 数据模型数据模型第第六六章章数数据据库库基基础础NO14p概念数据模型(与DBMS无关)按用户的观点来对数据和信息建模用于组织信息世界的概念，表现从现实世界中抽象出来的事物以及它们之间的联系这类模型强调其语义表达能力，概念简单、清晰，易于用户理解它是现实世界到信息世界的抽象，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言易于向结构数据模型转换3. 数据模型数据模型第第六六章章数数据据库库基基础础NO15p结构（逻辑）数据模型从计算机实现的观点来对数据建模是

7、信息世界中的概念和联系在计算机世界中的表示方法一般有严格的形式化定义，以便于在计算机上实现如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型3. 数据模型数据模型第第六六章章数数据据库库基基础础NO164.4.-基本概念p历史-模型：Entity-Relationship Model1976年，P.P.S.Chen提出-模型，用-图来描述概念模型p观点世界是由一组称作的基本对象和这些对象之间的构成的第第六六章章数数据据库库基基础础NO174.4.-基本概念p实体(Entity)客观存在并可相互区分的事物叫实体如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论p属性(Attribute) （用椭圆表示）实体所

8、具有的某一特性一个实体可以由若干个属性来刻画例如，学生可由学号、姓名、年龄、系等组成p域(Domain)属性的取值范围例如，性别的域为（男、女），月份的域为到的整数第第六六章章数数据据库库基基础础NO184.4.-基本概念p实体型(Entity Type) （用矩形表示）实体名与其属性名集合共同构成实体型例:学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年级）注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前者的一个特例如:(9808100，王平，21，男，计算机系，2)是一个实体p实体集(Entity Set)同型实体的集合称为实体集如全体学生第第六六章章数数据据库库基基础础NO194.4.-基本概念p码(Ke

9、y)能唯一标识实体的属性或属性组称作从所有候选码中选定一个用来区别同一实体集中的不同实体，称作一个实体集中任意两个实体在主码上的取值不能相同学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年级）第第六六章章数数据据库库基基础础NO204.4.-基本概念p联系(Relationship) （用菱形表示）实体之间的相互关联如：学生与老师间的授课关系联系也可以有属性如：学生与课程之间有选课联系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性p元或度（Degree）参与联系的实体集的个数称为联系的元如：学生选修课程是二元联系，供应商向工程供应零件则是三元联系第第六六章章数数据据库库基基础础NO21p映射的基数（Mapping

10、Cardinalities）实体之间的联系的数量可以有一对一的（1:1），一对多的（1:m），多对多的（m:n）几种情况4.-基本概念第第六六章章数数据据库库基基础础NO22p二元联系集的映射基数设有两个实体集E1， E2 一对一（1:1） E1中的一个实体与E2中至多一个实体相联系，并且 E2中的一个实体与E1中至多一个实体相联系如“职工”与“部门”之间的“管理”联系（假定每个部门只有一个经理，一个职工不能兼任两个部门经理职工职工部门部门管理管理4.-基本概念第第六六章章数数据据库库基基础础NO23一对多（1:m） E1中的一个实体与E2中n（n0）个实体相联系，并且 E2中的一个实体与E1

11、中至多一个实体相联系如“教师”和“学生”之间的“班主任”联系教师教师学生学生班主任班主任4.-基本概念第第六六章章数数据据库库基基础础NO24多对多（m:n） E1中的一个实体与E2中n（n0）个实体相联系，并且 E2中的一个实体与E1中m（m0）一个实体相联系如“学生”和“课程”之间的“选修”联系学生学生课程课程选修选修4.-基本概念第第六六章章数数据据库库基基础础NO25p多个实体集间联系的情况一对多设有n个实体集E1 , E2 , , En ,若对于 E1 , , Ei-1, Ei+1 , , En ，分别给定实体e1 , , ei-1 , ei+1 , , en 时，至多有一个实体ei

12、 Ei与之相联系，则称有一个从Ei到E1 , , Ei-1 , Ei+1 , , En的一对多联系如“课程”，“教员”，“参考书”之间的“讲课”联系教员教员参考书参考书讲课讲课课程课程4.-基本概念第第六六章章数数据据库库基基础础NO26例 ： 学 生 选 修 课 程学生学生课程课程选修选修姓名姓名学号学号系别系别课程名课程名先修课先修课学分学分成绩成绩用矩形表示实用矩形表示实体集，在框内体集，在框内写上实体名写上实体名用椭圆表示用椭圆表示实体的属性实体的属性用无向边用无向边把实体与把实体与其属性连其属性连接起来接起来用菱形表示实体用菱形表示实体间的联系间的联系将参与联系的实体将参与联系的实体

13、用线段连接用线段连接mn联系的联系的数量数量4.-基本概念第第六六章章数数据据库库基基础础NO27p码在E-R图中的表示实体集属性中作为主码的一部分的属性用下划线来标明。学生学生课程课程选修选修姓名姓名学号学号系别系别课程名课程名先修课先修课学分学分4.-基本概念第第六六章章数数据据库库基基础础NO285. 5. 结构数据模型结构数据模型p数据结构（描述系统的静态特性）是指对实体类型和实体间联系的表达和实现数据本身类型、内容、性质。如网状模型中的数据项、记录，关系模型中的域、属性，关系等数据之间的联系例如网状模型中的系型，关系模型中的外码在数据库系统中一般按数据结构的类型来命名数据模型第第六六

14、章章数数据据库库基基础础NO295. 5. 结构数据模型结构数据模型p数据操作描述系统的动态特性，即对数据库中对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及操作规则一般有检索、更新（插入、删除、修改）操作数据模型要定义操作含义、操作符号、操作规则，以及实现操作的语言p数据的约束条件数据的约束条件是完整性规则的集合，规定数据库状态及状态变化所应满足的条件，以保证数据的正确、有效、相容第第六六章章数数据据库库基基础础NO305.5.结构数据模型结构数据模型层次模型p层次模型用树结构表示实体类型和实体间联系的模型叫层次模型树由节点和连线组成节点代表实体型 记录类型连线表示两实体型间的一对多联系树的特性每

15、棵树有且仅有一个节点无父节点，称为树的根树中的其它节点都有且仅有一个父节点第第六六章章数数据据库库基基础础NO31优点结构简单，易于实现缺点支持的联系种类太少只支持二元一对多联系只允许实体集间的一种联系，不支持实体集间的多种联系数据操纵不方便子结点的存取只能通过父结点来进行插入、删除复杂，父结点的删除导致子结点的删除，丢失必要的信息代表产品：IBM的IMS数据库，1969年研制成功5.5.结构数据模型结构数据模型层次模型第第六六章章数数据据库库基基础础NO325.5.结构数据模型结构数据模型网状模型p网状模型（用有向图表示实体类型和实体间联系）是一个满足下列条件的有向图可以有一个以上的节点无父

16、节点至少有一个节点有多于一个的父节点（排除树结构）节点代表实体型，有向边（从箭尾到箭头）表示两实体型间的一对多联系科室科室医生医生病病房房病人病人实体型1 : N联系第第六六章章数数据据库库基基础础NO33优点表达的联系种类丰富性能良好，存取效率高缺点结构复杂语言复杂DBTG报告1969年，由美国CODASYC（Conference On Data System Language，数据系统语言协商会）下属的DBTG（Data Base Task Group）组提出，确立了网状数据库系统的概念、方法、技术5.5.结构数据模型结构数据模型网状模型第第六六章章数数据据库库基基础础NO345.5.结构

17、数据模型结构数据模型关系模型关系模型p用二维表来表示实体型及其相互联系属性属性元组元组男女男性别192221年龄D01李红S02D02王伟S03D01张军S01系号姓名学号第第六六章章数数据据库库基基础础NO355.5.结构数据模型结构数据模型关系模型关系模型优点简单，表的概念直观、单一，用户易理解非过程化的数据请求，数据请求可以不指明路径数据独立性，用户只需提出“做什么”，无须说明“怎么做”坚实的理论基础第第六六章章数数据据库库基基础础NO36p一个实体型转化为关系模式，实体属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。E-R模型向关系模式的转换S（SNO，SNAME，DEPT）学生学生姓名姓名

18、学学号号系别系别第第六六章章数数据据库库基基础础NO37p一个联系转换为一个关系模式，与该联系相连的各实体的码以及联系的属性转换为关系的属性，该关系的码分为三种情况：若联系为1：1，则每个实体的码均是该关系的候选码；若联系为1：n，则关系的码为n端实体的码；若联系为m：n，则关系的码为诸实体码的组合。具有相同码的关系模式可以合并。E-R模型向关系模式的转换第第六六章章数数据据库库基基础础NO38E-R模型向关系模式的转换合并方法：在将一个E-R模型转换为关系模型时，并不一定都要通过单独的关系来表示联系。当联系为二元的1：1或1：n（包括自反关系）时，也可以在表示多方实体集的关系中，增加一项一方

19、的表示码属性来表示这类联系这样可以减少关系的数目，有利于数据库的操作和维护。第第六六章章数数据据库库基基础础NO39二元联系1:1的情况举例 设班级与班长有1:1的联系，在将其转换为 关系模型时，班级和班长各为一个 关系模式。 如果常从班级查询其班长，那么可在班级模式中加入班长名和任职年月。其关系模式的设计如下:班长班长（姓名姓名，性别，年龄），性别，年龄）班级班级（编号编号，所在系，人数，所在系，人数，班长名班长名、任职年月任职年月） 班长班长性别性别年龄年龄姓名姓名班级班级所在系所在系人数人数编号编号管理管理任职年月任职年月11第第六六章章数数据据库库基基础础NO40二元联系1:N的情况举

20、例设班级与学生有1:N的联系， 在将其转换为关系模型时，班级和学生各为一 个关系模式。然后在学生模式中加 入班级号，其关系模式的设计如下： 班级班级（编号编号，所在系，人数），所在系，人数）学生学生（学号学号，姓名，性别，年龄，姓名，性别，年龄，班级号班级号） 学生学生性别性别年龄年龄姓名姓名班级班级所在系所在系人数人数编号编号属于属于学号学号n1第第六六章章数数据据库库基基础础NO41二元联系M:N的情况举例 设学生与课程有N:M的联系，将其转换 为关系模型时，学生和课程各为一 个关系模式。 然后将M:N联系也转换成关系模式，其属性为两端实体的码和联系类型的属性。 其关系模式的设计如下： 课

21、程课程（课程号课程号，课程名，教师），课程名，教师）学生学生（学号学号，姓名，性别，年龄），姓名，性别，年龄）选课选课（学号，课程号学号，课程号，成绩），成绩） 学生学生性别性别年龄年龄姓名姓名课程课程课程名课程名教师教师课程号课程号选修选修成绩成绩学号学号nm第第六六章章数数据据库库基基础础NO426 6 数据库系统的构成数据库系统的构成p几个相关概念p数据库系统的软硬件层次p数据库系统的主要成分p数据库管理系统的层次结构及其功能p数据库系统结构第第六六章章数数据据库库基基础础NO43几个相关概念几个相关概念数据库（DataBase DB）长期储存在计算机内的、有组织(结构)的、可共享的数据

22、集合。由DBMS统一管理，多用户共享。特性：DB 是具有逻辑关系和确定意义的数据集合；DB 是针对明确的应用目标而设计、建立和加载的，每个DB都有一组用户，并为这些用户应用服务；一个DB表示了现实世界的某些方面。数据库管理系统DBMS (DataBase Management System)是数据库系统的核心，是为DB的建立、使用和维护而配置的系统软件，负责对数据库进行统一管理和控制。第第六六章章数数据据库库基基础础NO44几个相关概念几个相关概念数据库系统(DataBase Sysyem DBS)计算机系统中引入数据库后的系统构成，包括硬件、软件、数据、人员。数据库技术是研究数据库结构、存储

23、、设计和使用的一门软件科学。第第六六章章数数据据库库基基础础NO45数据库系统的软硬件层次数据库系统的软硬件层次硬件硬件操作系统操作系统DBMS，编译系统编译系统应用开发工具软件应用开发工具软件应用系统应用系统PB,VB,VCDELPHiOracle,Db2,Sybase,SQL Server,Informix第第六六章章数数据据库库基基础础NO46模式的分级为了提高数据的物理独立性和逻辑独立性，使用户看到的数据库与实际存储的数据库区分开来，数据库系统的模式是分级的。数据库系统三级模式结构CODASYL（Conference On Data System Language,美国数据系统语言协商

24、会）提出模式、外模式、存储模式三级模式的概念。三级模式之间有两级映象。数据库模式数据库模式第第六六章章数数据据库库基基础础NO47数据库数据库内模式内模式模模 式式外模式外模式2 2外模式外模式3 3外模式外模式1 1应用应用A A应用应用B B应用应用C C应用应用D D应用应用E E外模式外模式/ /模式映象模式映象模式模式/ /内模式映象内模式映象 数据库模式数据库模式第第六六章章数数据据库库基基础础NO48外模式(Sub-Schema)用户的数据视图（子模式、用户模式）是数据的局部逻辑结构，模式的子集模式(Schema)（概念模式）所有用户的公共数据视图是数据库中全体数据的全局逻辑结构

25、和特性的描述内模式(Storage Schema)又称存储模式是数据的物理结构及存储方式 数据库模式数据库模式第第六六章章数数据据库库基基础础NO49外模式/模式映象定义某一个外模式和模式之间的对应关系，映象定义通常包含在各外模式中当模式改变时，修改外模式/模式映象，使外模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为模式/内模式映象定义数据逻辑结构与存储结构之间的对应关系存储结构改变时，修改模式/内模式映象，使模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为 数据库模式数据库模式第第六六章章数数据据库库基基础础NO50数据库定义功能DDL语言（Data Description Language）描述

26、外模式、模式、内模式（源模式）模式翻译程序把源模式翻译成目标模式，存入数据字典中数据字典（DATA DICTIONARY）：存放DB中数据的各种定义，由DBMS自动维护，在大型系统中，DD单独成为一个系统。源模式源模式模式翻译程序模式翻译程序数据字典数据字典目标模式目标模式DBMS的主要功能的主要功能第第六六章章数数据据库库基基础础NO51数据存取功能DML语言（Data manipulation language）对数据库进行检索、插入、修改、删除DML类型宿主型:DML不独立使用，嵌入到高级语言（主语言）程序中使用自含型:独立使用，交互式命令方式DML语句执行方式宿主型:预编译和增强编译自

27、含型:解释执行DBMS的主要功能的主要功能第第六六章章数数据据库库基基础础NO52数据库运行管理并发控制、存取控制、完整性约束条件检查和执行，日志组织和管理，事务管理和自动恢复数据组织、存储和管理用户数据、索引、数据字典的组织、存储和管理，包括文件结构、存取方式、数据之间联系的实现等数据库的建立和维护功能数据的装入、转换、卸出，数据库的转储、恢复、性能监视和分析等DBMS的主要功能的主要功能第第六六章章数数据据库库基基础础NO53关系代数运算汇总p基本运算(5种)一元运算选择、投影、更名多元运算笛卡儿积、并、集合差p其它运算集合交、自然连接、除、赋值p扩展运算广义投影、外连接第第六六章章数数据据库库基基础础NO54投影（Projection）定义从关系R中取若干列组成新的关系（从列的角度）投影的结果中要去掉相同的行cbcfedcbaCBABCbcef R R B , C(R)第第六六章章数数据据库库基基础础NO55选择运算(Selection)基本定义在关系R中选择满足给定条件的元组（从行的角度）第第六六章章数数据据库库基