电子教案数据库原理与应用（第3版）a1

1、第1章 数据库基础 学习要点1、数据库系统的概念、特点、组成及分类2、信息的三个领域3、实体联系模型、数据模型4、层次、网状、关系模型5、数据库管理系统的功能、 现状及发展方向第1章 数据库基础1.1 数据库基础1.2 数据库系统方法1.3 现实世界的数据描述1.4 三种主要的数据模型1.5 数据库管理系统习题及参考答案1.1 数据管理技术的发展 数据处理是指对各种形式的数据进行收集、组织、加工、存储、抽取、传播等工作。其基本目的是从大量的、杂乱无章的甚至是难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人们来说是有价值的、有意义的数据，为进一步的活动提供决策的依据。数据管理是指对数据的组织、存储、

2、检索和维护等工作。所以数据管理是数据处理的基本环节。随着20世纪40年代末电子计算机的广泛使用，特别是高效率存储设备的出现，使数据处理工作发生了革命性的改变，不仅加快了处理速度，而且扩大了数据处理的规模和范围。这时把电子计算机进行的数据处理称为电子数据处理，简称为EDP（Electronic Data Processing）。1.1.1 EDP技术的发展阶段 随着计算机软件和硬件的发展，EDP技术的发展大体上经历了三个阶段。 1程序管理方式阶段 电子数据处理技术发展的第一阶段（大约在1960年以前）为程序管理方式阶段。 该阶段数据处理的主要特点是： （1）数据不保存。 （2）数据不能独立，它是

3、程序的组成部分，即数据和程序完全结合成一个不可分割的整体。 （3）数据是面向应用的，不同应用的数据之间是相互独立、彼此无关的。1.1.1 EDP技术的发展阶段 2文件系统阶段 文件系统阶段的背景是计算机不仅用于科学计算，还大量用于经济管理。 这一阶段的主要特点是： （1）文件的组织方式既可以是顺序的，也可以是随机的。 （2）数据的物理结构不再等同于数据的逻辑结构。 （3）计算机的文件管理系统提供了数据的存取方法。 （4）数据可以共享，但数据仍存在相当程度的冗余。1.1.1 EDP技术的发展阶段 3数据库系统阶段 利用数据库系统方式实现数据处理是在文件系统的基础上发展起来的先进技术。它克服了文件

4、系统的弱点，提供了一个完美的、高级的数据处理技术，以实现对数据集中统一的独立管理，使数据的存储和维护不受任何用户的影响。 数据库系统的目标是：解决数据冗余问题，实现独立性，实现数据共享并解决由于数据共享而带来的数据完整性、安全性及并发控制等一系列问题。为实现这一目标，数据库的运行必须由一个软件系统来控制，这个软件系统称为数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）。1.1.2 数据库技术的发展 数据库技术是计算机科学技术中发展最快的分支。20世纪70年代以来，数据库系统从第一代的网状和层次数据库系统发展到第二代的关系数据库系统。目前现代数据库系统正向着面

5、向对象数据库系统发展，并与网络技术、分布式计算、面向对象程序设计技术相结合。 第一代数据库系统为网状和层次数据库系统。1.1.2 数据库技术的发展 第二代数据库系统为关系数据库系统（Relational Database System，简称RDBS）。1970年IBM公司研究员E.F.Codd发表的关于关系模型的论文推动了关系数据库系统的研究和开发。尤其关系数据库标准语言结构化查询语言SQL的提出使关系数据库系统得到了广泛的应用。 目前市场上的主流数据库产品包括Oracle、DB2 UDB、Sybase、SQL Server、FoxPro等，这些产品都基于关系数据模型。1.1.2 数据库技术的

6、发展 根据第三代数据库系统宣言提出的原则，第三代数据库系统除应包含第二代数据库系统的功能外，还应支持正文、图像、声音等新的数据类型，支持类、继承、函数/服务器应用的用户接口。数据挖掘和知识发现技术也应运而生。 数据库技术的研究范围是十分广泛的，可以概括为三个主要领域。 （1）数据库管理系统软件的研制 （2）数据库设计 （3）数据库理论1.2 数据库系统方法 1.2.1 数据库系统的概念 数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统是数据库技术中常用的术语。 1数据（Data） 数据实际上就是描述事物的符号记录，如文字、图形图像、声音、学生的档案记录都是数据。数据的形式本身并不能完全表达其内容，需要

7、经过语义解释。数据与其语义是不可分的。 2数据库（Database，简称DB） 数据库是长期存储在计算机内有结构的大量的共享的数据集合。它可以供各种用户共享、具有最小冗余度和较高的数据独立性。1.2.1 数据库系统的概念 3数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS） 数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一个以统一的方式管理、维护数据库中数据的一系列软件的集合。DBMS在操作系统的支持与控制下运行，按功能DBMS可分为三大部分。 （1）语言处理部分 （2）系统运行控制部分 （3）系统维护部分1.2.1 数据库系统的概念 4数据库系统（Database

8、 System，简称DBS） 数据库系统是指在计算机系统中引进数据库后的系统构成。一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。 5数据库管理员（Database Administrator，简称DBA） 数据库管理员是负责数据库的建立、使用和维护的专门人员。 1.2.2 数据库系统的特点1数据结构化2数据的共享性3可控数据冗余度 4数据的一致性5物理独立性1.2.2 数据库系统的特点6逻辑独立性 7数据的安全性 8数据的完整性 9并发控制 10数据库恢复1.2.3 数据库系统的组成与结构 1组成成分 一个数据库系统一般应包含四个部分： （1）数据和应用程序。

9、 （2）数据库管理系统。 （3）支持数据库系统的硬件和软件。 （4）系统人员和用户。1.2.3 数据库系统的组成与结构图1-1 带有数据库的计算机系统的构成1.2.3 数据库系统的组成与结构 数据库管理员主要任务是： 决定数据库的信息内容。 充当数据库系统与用户的联络员。 决定数据存储结构和访问策略。 决定数据库的保护策略。 监视系统的工作，响应系统的某些变化，改善系统的“时空”性能，提高系统的效率。1.2.3 数据库系统的组成与结构 2数据库系统的分级结构 ANSI（美国国家标准学会）所属标准计划和要求委员会（Standards Planning And Requirements Commi

10、ttee，简称SPARC）在1975年公布的研究报告Interim Report中，把数据库分为三级：外模式（External Schema）、概念模式（Conceptual Schema）、内模式（Internal Schema）。不管实际的数据库系统有多大差异，它们的基本结构大体上是一致的，都可用这一分级结构来表示。1.2.3 数据库系统的组成与结构 图1-2 数据库系统三级结构的相互关系 1.2.3 数据库系统的组成与结构 用户级数据库对应于外模式，是用户看到和使用的数据库，因此也称为用户视图(View)。 概念级数据库对应于概念模式，简称模式，是对数据库的整体逻辑描述（故称数据库的整体

11、逻辑结构），通常又称DBA视图。即数据库管理员看到的数据库，是所有用户视图的一个最少并集。 物理级数据库对应于内模式，又称存储模式。它包含数据库的全部存储数据，这些被存储在内、外介质上的数据也称为原料（Raw）数据，是用户加工（或操作）的对象。1.2.3 数据库系统的组成与结构 3模式（Schema） 模式又称概念模式（Conceptual Schema）或数据库模式（Database Schema）。它是数据库数据的总体逻辑描述，用于对数据库逻辑结构和内容所进行的描述。由此可知，模式的主体是数据库的数据模型。 4子模式（Subschema） 子模式又叫局部模式。它描述局部或用户的逻辑数据结构

12、。子模式是模式的一个子集，并允许在一定范围内有所变化。1.2.4 数据库系统的分类 1987年，著名的美国数据库专家厄尔曼（J.D.Ullman）教授在一篇题为数据库理论的过去和未来的论文中，把数据库理论概括为4个分支：关系数据库理论、分布式数据库理论、演绎数据库和面向对象数据库。今天，关系数据库理论已日趋成熟，在微机数据库系统中获得普遍的应用；ORDBS已发展为第三代数据库系统的主流。其余两个分支分布式数据库和智能数据库也在过去10年间取得了不小的进展，扩大了应用范围。1.2.4 数据库系统的分类1单用户数据库和多用户数据库2集中式数据库和分布式数据库3传统数据库和智能数据库1.3 现实世界

13、的数据描述 1.3.1 信息的三个领域 作为客观世界的一切真知的信息从客观事物出发，经过筛选流经数据库，通过控制决策机构又回到客观事物。信息的这一循环经历了三个领域： 1现实世界（Real World） 2观念世界（Conception World） 3数据世界（Data World）1.3.2 常用术语1实体（Entity）2个体（Individual）和总体（Ensemble)3属性（Attribute）4实体集（Entiry Set）5域（Domain）1.3.2 常用术语6键（Key）7联系（Relationship）8实体型（Entity Type）9实体联系方法（Entity Re

14、lationship Approach）10实体联系图（Entity Relationship Diagram）1.3.3 实体联系模型两个实体集之间的联系可分为三类。1一对一联系（One-to-one）1.3.3 实体联系模型2一对多联系（One-to-many）1.3.3 实体联系模型3多对多联系（Many-to-many）1.3.3 实体联系模型 图1-6 教学情况的实体联系模型1.3.4 数据模型 数据模型是对客观事物及其联系的数据描述，是实体联系模型的数据化。数据库设计的核心问题之一就是要设计一个好的数据模型。因此，应了解以下与数据模型设计有关的问题。 1记录与数据项 2型与值 3记

15、录与文件1.3.4 数据模型图1-7 信息的三个领域中有关术语及其对应关系1.3.4 数据模型 4数据模型 数据模型是一种形式化描述数据、数据之间联系以及有关语义约束的方法，是数据库系统中用以提供信息表示和操作手段的形式框架。它包括能精确描述系统的静态结构（数据结构）、动态结构（数据操作）和完整性约束条件三部分。 （1）数据结构 （2）数据操作 （3）完整性约束条件1.4 三种主要的数据模型 1.4.1 层次模型 层次模型是数据库系统中最常用的数据模型之一。它属于格式化数据模型。这种模型的特征是： （1）有且仅有一个节点无双亲，这个节点称为根节点。 （2）其他节点有且仅有一个双亲。1.4.2

16、网状模型 网状模型又叫网络模型，它也属于格式化数据模型。广义讲，任意一个连通的基本层次联系的集合就是一个网状模型。这种广义的提法把树也包含在网状模型之中。为了与树相区别，将满足下列条件的基本层次联系的集合称为网状模型： （1）可以有一个以上的节点无双亲。 （2）至少有一个节点有多于一个的双亲。1.4.2 网状模型 层次模型与网状模型不同之处主要有三点： （1）层次模型中从子女到双亲的联系是惟一的，而网状模型则可以不惟一。1.4.2 网状模型 （2）网状模型中允许使用复合链，层次模型则不可以。即两个记录型之间可以有两种以上的联系， （3）寻找记录时，层次模型必须从根找起，网状模型允许从任一节点找

17、起，经过指定的系名，就能在整个网内找到所需的记录。1.4.3 关系模型 关系模型有不同于格式化模型的风格和理论基础。总的来说，它是一种数学化的模型。关系模型的基本组成是关系。它把记录集合定义为一张二维表，即关系。表的每一行是一个记录，表示一个实体，也称为一个元组。每一列是记录中的一个数据项，表示实体的一个属性。1.5 数据库管理系统 数据库管理系统（DBMS）是一个非常复杂的系统软件，是为数据库的建立、使用和维护而配置的。它把用户程序的数据操作语句转换成对系统存储文件的操作；它又像一个向导，把用户对数据库的一次访问，从用户级带到概念级，再导向物理级。1.5.1 数据库管理系统的功能 DBMS是

18、指创建、管理和使用数据库的软件系统。DBMS是数据库系统的核心，是位于操作系统和用户之间的数据库管理软件。 不同的DBMS所要求的硬件资源和软件环境各不相同，在功能和性能上也存在一定的差异，但都包括以下功能。 1定义功能 2操纵功能 3保护功能 4维护功能 5数据字典功能1.5.2 数据库管理系统现状和发展方向 数据库管理系统经历了30多年的发展演变，已经取得了辉煌的成就，发展成了一门内容丰富的学科，形成了总量达数百亿美元的一个软件产业。根据Gartner Dataquest公司的调查，2000年国际数据库市场销售总额达88亿美元，比1999年增长10%。根据CCID的报告，2000年的中国数据库管理系统市场销售总额达24.8亿元，比1999年增长了41.7%，占软件市场总销售额的10.8%。可见，数据库已经发展成为一个规模巨大、增长迅速的市场。1.5.2数据库管理系统现状和发展方向 目前，市场上具有代表性的数据库产品包括Oracle公司的Oracle、IBM公司的DB2以及微软的SQL Server、Visual FoxPro等。在一定意义上，这些产品的特征反映了当前数据库产业界的最高水平和发展趋势。 1关系数据库技术仍然是主流 2产