数据库原理及应用课件：第一章 数据库系统概述

1、数据库原理及应用课时安排： 1平时作业、出勤：10%2上机实践：20%3期末考试：70%计算机的应用 1科学计算（或称为数值计算）2过程检测与控制3信息管理（数据处理）4计算机辅助系统 1. 学校的教学管理系统 2. 图书馆的图书借阅系统 3. 车站及航空公司的售票系统 4. 在互联网上，使用搜索引擎、在线购物甚至是访问网站地址都与数据库有关。 数据库在我们生活中无处不在，例如：目录第一章 数据库系统概述 第二章 关系数据库 第三章 关系数据库设计理论 第四章 关系数据库标准语言SQL 第五章 关系数据库管理系统ACCESS 第六章 数据库设计 第一章 数据库系统概述基本概念（什么是数据库）数

2、据库管理技术的产生与发展 数据库系统结构 数据模型 1.1 基本概念数据库数据库管理系统数据库系统1.数据库 数据库定义：长期存储在计算机内的、有结构的、大量的、可共享的数据集合。 J.Martin定义：数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结构化的，无有害的或不必要的冗余，并为多种应用服务；数据的存储独立于使用它的程序；对数据库插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行。2.数据库管理系统 数据库管理系统（DataBase Management System，简称DBMS） ：为了方便数据库的建立、运用和维护，人们研制的一种数据管理软件（DB2，Oracle，A

3、ccess, Microsoft SQL Server ，Sybase等）。 3.数据库系统 基于数据库的计算机应用系统数据用户数据库管理员; 系统分析员；应用程序员; 终端用户。学号姓名性别年龄001张建华男21002李德文男20003刘建国男19004王丹萍女20软件1.数据库管理系统(DBMS) （DB2，Oracle，Access,SQL Server,SYbase）2.支持DBMS运行的操作系统3.应用开发工具（Delphi，VB等）4.为特定应用开发的数据库应用软件（OA） 硬件举例：吉林大学珠海学院教务系统数据库：教务数据库操作系统：Windows 2000 Windows xp

4、数据库管理系统：oracle数据库管理员：教务处XXX开发工具：JAVA1.2数据库管理技术的产生与发展三个阶段：人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段人工管理阶段的特点（1）数据不保存在计算机中。（2）没有专用的软件系统管理数据，数据由应用程序自己管理。（3）数据是面向应用的，不具有独立性。（4）数据不共享，冗余量大。 人工管理阶段数据和程序的关系 文件系统阶段的特点（1）数据可长期保存在磁盘上。（2）数据由文件系统管理，文件系统提供数据与程序之间的存取方法，文件形式多样化。（3）数据共享性差、冗余大。（4）数据仍然是面向应用的，数据缺乏独立性。（5）程序有了一定的独立性。（6）文件之间缺乏

5、联系，相互孤立，仍然不能反映现实世界各种事物之间错综复杂的联系。文件系统阶段数据和程序的关系 数据库发展史1. 1961年 ，Charles Bachman ，第一个网状 DBMS 集成数据存储（Integrated DataStore IDS）；2. ARPA(1963,1965) Development and Management of a Computer-Centered DatabaseARPA是英文Advanced Research Projects Agency的缩写，代表美国国防部高级研究计划署。 3. 1968年, IBM, IMS 4. 1969年, CODASYL, D

6、BTG系统。5. 1970年, E.F.Code, “A Relation Model of Data for Large Shared Data Banks” 论文。 数据系统语言会议（Conference on Data Systems Languages, CODASYL）是1959年,美国国防部召开的一个有政府机关、企业、计算机厂商参加的会议。会上大家认为有必要设计一种数据处理专用的语言。这就是著名的数据系统语言会议CODASYL(Congference on Data Systems Languages)。 Database Task Group，数据库任务组。 数据库技术(系统)的

7、特点数据结构化。 数据共享性高、冗余度低。数据独立性高。数据存取粒度小 (数据存取粒度可以小到记录中的一个数据项。)数据由DBMS集中管理方便的用户接口 数据库系统阶段程序与数据的关系 1.3数据库系统结构1.3.1 数据库系统的模式结构1.3.2 数据库系统的外部体系结构1.3.1 数据库系统的模式结构从数据库管理系统的角度看，数据库系统通常采用三级模式结构。外模式、模式和内模式外模式外模式也称子模式或用户模式，是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。 模式模式也称概念模式，是数据库中的数据

8、在逻辑级上的视图，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。它通常以某一数据模型为基础，定义数据库全部数据逻辑结构。 内模式内模式也称存储模式。它既定义了数据库中全部数据的物理结构，还定义了数据的存储方法、存取策略等。 三级模式结构用户A1用户A2用户B1用户B2外视图A外视图B概念视图 存储数据库 （内视图）DBMS外模式A外模式B概念模式（模式）存储结构定义 （内模式）由数据库管理员建立和维护的模式1.3.2 数据库系统的外部体系结构1集中式数据库 集中式数据库是指数据库的运行和数据库中的数据存储都集中在一台计算机上，与其他计算机系统不进行交互。 2分布式数据库 分布式数据库系统由一个逻辑

9、数据库组成，这个逻辑数据库的数据存储在一个或多个网络结点的物理数据库上，由系统统一管理，并且提供透明的数据访问和事务管理功能。 1.4 数据模型 数据模型主要是指数据的表示方法和组织方法，即如何存放数据以及数据之间的关系，确定获取需要信息的方法与途径，是对现实世界进行抽象的工具。 1.4.1 数据模型的分类：按照不同的应用目的可将数据模型分两类：1.概念数据模型，它是按用户的观点对数据建模，是用户和数据库设计人员之间交流的工具。概念数据模型不涉及信息在计算机中的表示和实现。2.逻辑数据模型，它是按计算机系统的观点对数据建模，是具体的DBMS所支持的数据模型，如关系数据模型、网状数据模型、层次数

10、据模型等等。逻辑数据模型既要面向用户，又要面向系统。 客观世界概念数据模型逻辑数据模型1.4.3 概念数据模型概念模型是对真实世界中问题域内的事物的描述，不是对软件设计的描述。构建概念模型，需要从场景中提取各种“对系统目标有用”的概念。通常的方法是通过识别主要的领域词汇，或者通过已有的概念目录检查表来查找。一般来说，构建概念模型的过程与程序员的关系并不大。最适合进行这项活动的人，应该是那些有较深资历的领域专家，极端一点，甚至可以就是最为熟悉自身业务流程的客户代表。概念模型基本概念 客观事物在信息世界中称为实体。实体可以是具体的，如一个学生，一本书，也可以是抽象的事件，如一场足球比赛。实体用类型

11、(Type)和值(Value)表示，例如学生是一个实体，而具体的学生郑大钱是实体值。实体（entity）属性(Attribute)实体有许多特性，每一特性在信息世界中都称为属性。每个属性都有一个值，值的类型可以是整数、实数或字符型。属性用类型和值表示，例如学号、姓名、年龄是属性的类型，而具体的数值01010101、李拜天、19是属性值。概念模型中，每一个实体在它的属性取值上都是有限的。一个属性的取值范围就是这个属性的域（Domain）。例如：学号的域是8位整数。姓名的域是4个汉字组成的字符串。域（Domain）实体型（Entity Type）实体名及其所有属性名的集合称为实体型（Entity

12、Type）。例如：学生（学号，姓名，性别，系院编码，成绩）是一个实体型。 关键字或码（Key） 在一个实体集中，根据一个或几个属性的值可唯一的确定实体。这一个或多个属性就成为关键字或码（Key）。实体之间的联系一对一联系（1：1）一对多联系（1：n）多对一联系（n：1）多对多联系（m：n）一对一联系（1：1）实体集A中的每一个实体，若实体集B中只有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与B是一对一的联系，记作1:1。 一对多联系（1：n）实体集A中的每一个实体，若实体集B中有n(n=0)个实体与之联系；反之，实体集B中的每一个实体，实体集A中只有一个实体与之联系，则称实体集A与B是一对多联系

13、，记作1:n。 多对多联系（m：n）实体集A中的每一个实体，若实体集B中有n(n=0)个实体与之联系，反之，实体集B中的每一个实体，实体集A中有m(m=0)个实体与之联系，则称实体集A与B是多对多联系，记作n:m。 例如：篮球比赛中球队与场上队长之间具有一对一的联系；队长与队员之间具有一对多的联系；队员与裁判之间为多对多的联系。概念模型的表示（E-R模型 ）概念模型的常用表示方法是实体-联系（Entity-Relationship Approach），即E-R模型。它是由P.P.S Chen于1976年首先提出来的。 设计概念模型 确定概念模型的范围 定义实体 定义联系 确定属性 画出E-R图

14、，并附以相应的说明在E-R图中，其构成成分是实体集、属性和联系集。椭圆形表示属性，并用无向边把实体与其属性连接起来。用长方形表示实体菱形表示实体间的联系，用无向边把菱形与有关实体连接起来并在无向边旁标上联系的类型，1：1或1：n或n：1或m：n；若联系具有属性，则也把属性与菱形用无向边连接。例如：以学生管理系统为例，用E-R图描述其概念模型。 通过分析可知，该系统中所涉及实体类型有学生、课程、班级、系院和教师。假设各实体分别具有以下属性：（1）学生：学号、姓名、性别、年龄、系院编码（2）课程：课程编号、课程名、任课教师、学分（3）班级：班级名称、辅导员（4）系院：系院编码、系院名称、系主任、联

15、系方式（5）教师：教师编号、教师姓名、性别、年龄、职称1.4.4 逻辑数据模型数据模型描述了数据库中的数据内容及其联系方式，体现了数据库的逻辑结构。不同的数据模型就是用不同的数据组织形式来表达实体及其联系。 逻辑数据模型的组成一数据结构二数据操作三数据的完整性约束条件一.数据结构数据结构用于描述系统的静态特性。数据结构是所研究的对象类型及其逻辑关系的集合，这些对象就是数据库的组成部分。（层次结构、网状结构和关系结构）网状模型中的数据项、记录，关系模型中的属性、关系等都属于数据结构。二.数据操作数据操作用于描述系统的动态特性。数据操作是指对数据库中各种数据允许执行的操作的集合，包括操作及相关的操

16、作规则。数据库主要涉及检索和更新（包括插入、删除、修改）两类操作。三.数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件是一组完整性规则的集合。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。1.层次模型层次模型是将数据组织成有向有序的树结构，也叫树形结构。 (反映数据之间的隶属关系)层次模型是数据库技术中发展最早、技术上比较成熟的一种数据模型。2.网状模型 现实世界中实体集间的联系更多的是非层次关系，层次模型难以直观的表现这种联系树的集合，网状模型克服了它的局限性，可以清晰灵活地表示这种非层次关系。3.关系模

17、型关系模型是用二维表格数据来表示实体及实体之间联系的模型。一个表就是一个关系。一张表格中的一列称为一个“属性”，相当于记录中的一个数据项（或称为字段），属性的取值范围称为域。 关系表涉及关系模型的几个概念：元组：表中的一行称为一个元组。属性和属性名：表中每一列称为一个属性。每个属性都有一个属性名。分量：一个元组在一个属性上的值称为该元组在此属性上的分量。关系模型对二维表有以下的约束：每一列是不能再分的最小基本项。每一列不能有两个属性具有相同的属性名。各行必须不同，即不允许重复的元组。行（元组）、列（属性）间次序无关。S（学生关系） T（教师关系）学号姓名性别年龄系别教师编号教师姓名性别年龄职称060101何文男18050510张烨男27助教060102王明男17050511许桓男35副教授060308张欣女18070703刘松林女46教授061014刘莉女19090908吴涛男30讲师C（课程关系） D（系院关系）课程编号课程名课时学分系院编号系院名称系主任联系方式A01大学语文48301电子系高志辉1111111B03图形学36305计算机系孙东2222222C02C程序设计68407中文系王怡3333333S01管理学32209工商系刘强4444444