数据库原理与联机事务分析课件

数据仓库和决策支持系统主讲：鲁明羽大连海事大学计算机科学与技术学院研究方向：智能数据分析与数据挖掘电话mail：lumingyu@数据仓库和决策支持系统主讲：鲁明羽大连海事大学计算机科学与技1

第三章数据库原理与联机事务分析第三章数据库原理与联机事务分析2本章内容数据库基本概念关系数据库系统数据库操作特性与联机事务处理本章内容数据库基本概念3§1、数据库基本概念1、数据及其特性数据：描述事物的符号记录=〉有结构的符号串数据的相关特性

（1）数据表现的多样性常见形式：数字型/字符型/时间型/布尔型/…多媒体数据：图形/图像/声音/视频抽象数据：表示知识、规则及推理等的数据。§1、数据库基本概念1、数据及其特性4§1、数据库基本概念（2）数据的可构造性在数据库理论中，数据可按型（type）和值（value）两方面进行构造。数据的型表示数据的逻辑结构，可理解为数据类型，也可引申为数据结构或数据模式数据的值给出了符合数据型的数据取值。§1、数据库基本概念（2）数据的可构造性5§1、数据库基本概念（3）数据的挥发性和持久性（4）数据的私有性与共享性（5）数据的量：小量，大量，海量数据仓库所依托的数据库：海量、复杂结构、持久的、共享的数据库§1、数据库基本概念（3）数据的挥发性和持久性6§1、数据库基本概念2、数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。3、数据库管理系统（DBMS）

是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件，它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一管理和控制。它负责数据的组织、操纵及维护，并提供数据库的安全性、完整性和数据服务机制，是数据库系统的核心。§1、数据库基本概念2、数据库7§1、数据库基本概念4、数据库子语言是数据库管理系统的一部分，通常分为：（1）数据定义语言DDL（2）数据操纵语言DML（3）数据控制语言DCL

以上三类语言都是非过程性的，可以作为交互式命令语言运用，也可以将语句嵌入到某些宿主语言（C、C++、Fortran等）中使用。§1、数据库基本概念4、数据库子语言8§1、数据库基本概念5、数据库系统一般由以下5部分组成：（1）数据库（数据）（2）数据库管理系统（DBMS软件）（3）数据库管理员（DBA）（4）系统硬件平台（计算机，网络环境）（5）系统软件平台（操作系统，开发工具，接口软件，中间件）

§1、数据库基本概念5、数据库系统9§1、数据库基本概念数据库系统的特点（1）数据集成性二维表模型，三级数据模式，全局与局部的统一（2）数据的高共享性和低冗余性

面向多个应用，多级数据范式（3）数据独立性

逻辑独立性，物理独立性=〉两级映像机制（4）数据统一管理和控制

操纵方式，完整性，安全性，并发控制，故障恢复§1、数据库基本概念数据库系统的特点10§1、数据库基本概念6、数据模型

数据模型是数据特性的抽象表示，主要描述数据的结构、定义在其上的操作以及约束条件，包括了系统的静态特性、动态行为和约束条件。按应用层次，可分为三种类型：（1）概念（数据）模型

面向客观世界和用户，与具体的DBMS及计算机平台无关。（2）逻辑（数据）模型

面向数据库系统，着重于在逻辑级上描述数据特性。（3）物理（数据）模型面向数据在计算机中的内部表示。§1、数据库基本概念6、数据模型11§1、数据库基本概念数据模型的四个世界

数据模型可以将复杂的现实世界事物及其要求反映到计算机数据库种的物理世界，其反应过程分为四个阶段：（1）现实世界（2）概念世界（3）信息世界（4）计算机内部世界§1、数据库基本概念数据模型的四个世界12§2、关系数据库系统关系数据库系统是基于关系数据模型的数据库系统，也是目前最为常用、占主流地位的一种数据库系统，与数据仓库、决策支持、数据挖掘等关系密切，在DSS中多以它为基础。1970年，E.F.Codd

发表多篇论文，系统地提出了严密的关系模型理论。20世纪70年代末，IBM的SanJose实验室研制出关系数据库实验模型SystemR。1976年后，相继出现了许多实验性和商品化的关系DBMS，例如Oracle、DB2、SQLServer等等。§2、关系数据库系统关系数据库系统是基于关系数据模型的数据库13§2、关系数据库系统1、关系数据库系统的优点（1）理论严密、完善（2）数据结构简单（3）功能强（4）数据独立性高（5）用户使用方便§2、关系数据库系统1、关系数据库系统的优点14§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则关系模型的奠基人E.F.Codd分别于1974年和1985年在ComputerWorld等杂志上发表文章，具体给出了全关系型的关系系统应遵循的十二条基本准则。从理论意义上看，这十二条准则是对关系数据模型的具体而又深入的论述，是从理论和实际紧密结合的高度，对关系型DBMS的评述。从实际意义上看，它可以作为评价或购买关系型产品的标准。§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则15§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则准则0：

关系准则---一个关系型的DBMS必须能完全通过它的关系能力来管理数据库准则1：信息准则--关系型DBMS的所有信息都应在逻辑一级上用一种方法即表中的值显式地表示准则2：保证访问准则---依靠表名、主码和列名的组合，保证能以逻辑方式访问关系数据库中的每个数据项。准则3：空值的系统化处理---全关系型的DBMS应支持空值的概念，并用系统化的方式处理空值。

§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则16§2、关系数据库系统准则4：基于关系模型的动态的联机数据字典--数据库的描述在逻辑级上应该和普通数据采用同样的表示方式，使得授权用户可以使用查询一般数据所用的关系语言来查询数据库的描述信息。准则5：统一的数据子语言准则---一个关系系统可以具有几种语言和多种终端使用方式。但必须有一种语言，它的语句可以表示为具有严格语法规定的字符串，并能全面地支持：数据和视图定义、数据操作、完整性约束、授权、事务处理等功能。

准则6：视图更新原则---所有理论上可更新的视图，也应该允许由系统更新。§2、关系数据库系统准则4：基于关系模型的动态的联机数据字典17§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则准则7：高级的插入、修改和删除操作---关系系统的操作对象是单一的关系。准则8：数据物理独立性---无论数据库的数据在存储表示或存取方法上有任何变化，应用程序和终端活动都保持逻辑上的不变性。准则9：数据逻辑独立性---当对基本关系进行理论上信息不受损害的任何改变时，应用程序和终端活动都保持逻辑上的不变性。

§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则18§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则准则10:数据完整性的独立性---关系数据库的完整性约束条件必须是用数据库语言定义并存储在数据字典中的，而不是在应用程序中加以定义的。准则11:分布独立性---关系型DBMS具有分布独立性。准则12:无破坏准则---如果一个关系系统具有一个低级（指一次操作一个记录）语言，则这个低级语言不能违背或绕过完整性原则（准则10）。

§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则19图3.1全关系系统的12条基本准则准则0：

一个关系型的DBMS必须能完全通过它的关系能力来管理数据库

准则1：

信息准则准则2：保证访问准则准则3：空值的系统化处理准则4：基于关系模型的动态的联机数据字典准则5：统一的数据子语言准则准则6：视图更新原则准则7：高级的插入、修改和删除操作准则8：数据物理独立性准则9：数据逻辑独立性准则10:

数据完整性的独立性准则11:分布独立性准则12:无破坏准则图3.1全关系系统的12条基本准则准则0：一个关系型的D20按照E.F.Codd的思想，可以把关系系统分类：(a)表式系统（b）（最小）关系系统（c）关系完备的（d）全关系的S--结构(Structure)；圆--表示关系数据模型={S，I，M}I--完整性(Integrity)；阴影部分--表示各类系统支持M--数据操纵(Manipulation)。模型的程度

图3.2关系系统的分类

按照E.F.Codd的思想，可以把关系系统分类：(a)表式21

(1)

表式系统：仅支持关系数据结构，不支持集合级的操作。表式系统不能算是一个关系系统。(2)

最小关系系统：支持关系数据结构支持选择、投影和连接三种关系操作。许多微机关系数据库系统，如Foxbase、FoxPro等属于这一类。

(1)

表式系统：(2)

最小关系系统：22

(4)

全关系系统：具备关系模型的所有特征，即不仅是关系上完备的，而且支持数据结构中域的概念，支持实体完整性和参照完整性。(3)

关系完备系统：支持关系数据结构支持所有的关系操作。

(4)

全关系系统：(3)

关系完备系统：23§2、关系数据库系统3、关系模型关系模型包括关系数据结构、关系操作和关系中的数据约束三部分组成。（1）关系数据结构关系模型采用二维表结构，由表框架（frame）和表元组（tuple）组成。表框架中的每个属性称为数据项，其取值范围称为值域。按关系模型组织的数据库，其中的每一行称为一个元组。元组中的每个数据项的值称为一个分量。§2、关系数据库系统3、关系模型24§2、关系数据库系统二维表满足下列性质：

元组个数是有限的元组各不相同元组次序无关元组分量不可再分---原子性属性名唯一属性次序无关属性列中的分量具有与该属性相同的值域§2、关系数据库系统二维表满足下列性质：25§2、关系数据库系统几个相关术语：关系

码候选码主码外码关系子模式---用户视图/外模式§2、关系数据库系统几个相关术语：26§2、关系数据库系统（2）关系操作数据查询数据变更：添加/删除/修改（3）关系中的数据约束

实体完整性约束参照完整性约束用户自定义完整性约束（4）SQL语言§2、关系数据库系统（2）关系操作27§3、数据库操作特性与联机事务处理1、数据库操作特性客观上反映了现实世界的实际活动过程具有原始性一般为短事务形式大量、频繁多样性与随机性操作对象一般为局部数据§3、数据库操作特性与联机事务处理1、数据库操作特性28§3、数据库操作特性与联机事务处理2、联机事务处理数据库系统应用领域极其广泛，主要有：MIS（管理信息系统）ERP（企业资源规划）CRM（客户关系管理）IRS（信息检索系统）OA（办公自动化系统）§3、数据库操作特性与联机事务处理2、联机事务处理29§3、数据库操作特性与联机事务处理上述应用领域中的数据库系统均具有数据库操作的6大特点，在应用中构成了独特的应用领域和范畴，一般称之为数据库事务处理或联机事务处理（OLTP）。OLTP在DSS系统中的操作形式主要表现为非原始性、长事务性、非随机性、只读性以及一定的主观随意性。§3、数据库操作特性与联机事务处理上述应用领域中的数据库系统30数据仓库和决策支持系统主讲：鲁明羽大连海事大学计算机科学与技术学院研究方向：智能数据分析与数据挖掘电话mail：lumingyu@数据仓库和决策支持系统主讲：鲁明羽大连海事大学计算机科学与技31

第三章数据库原理与联机事务分析第三章数据库原理与联机事务分析32本章内容数据库基本概念关系数据库系统数据库操作特性与联机事务处理本章内容数据库基本概念33§1、数据库基本概念1、数据及其特性数据：描述事物的符号记录=〉有结构的符号串数据的相关特性

（1）数据表现的多样性常见形式：数字型/字符型/时间型/布尔型/…多媒体数据：图形/图像/声音/视频抽象数据：表示知识、规则及推理等的数据。§1、数据库基本概念1、数据及其特性34§1、数据库基本概念（2）数据的可构造性在数据库理论中，数据可按型（type）和值（value）两方面进行构造。数据的型表示数据的逻辑结构，可理解为数据类型，也可引申为数据结构或数据模式数据的值给出了符合数据型的数据取值。§1、数据库基本概念（2）数据的可构造性35§1、数据库基本概念（3）数据的挥发性和持久性（4）数据的私有性与共享性（5）数据的量：小量，大量，海量数据仓库所依托的数据库：海量、复杂结构、持久的、共享的数据库§1、数据库基本概念（3）数据的挥发性和持久性36§1、数据库基本概念2、数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。3、数据库管理系统（DBMS）

是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件，它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一管理和控制。它负责数据的组织、操纵及维护，并提供数据库的安全性、完整性和数据服务机制，是数据库系统的核心。§1、数据库基本概念2、数据库37§1、数据库基本概念4、数据库子语言是数据库管理系统的一部分，通常分为：（1）数据定义语言DDL（2）数据操纵语言DML（3）数据控制语言DCL

以上三类语言都是非过程性的，可以作为交互式命令语言运用，也可以将语句嵌入到某些宿主语言（C、C++、Fortran等）中使用。§1、数据库基本概念4、数据库子语言38§1、数据库基本概念5、数据库系统一般由以下5部分组成：（1）数据库（数据）（2）数据库管理系统（DBMS软件）（3）数据库管理员（DBA）（4）系统硬件平台（计算机，网络环境）（5）系统软件平台（操作系统，开发工具，接口软件，中间件）

§1、数据库基本概念5、数据库系统39§1、数据库基本概念数据库系统的特点（1）数据集成性二维表模型，三级数据模式，全局与局部的统一（2）数据的高共享性和低冗余性

面向多个应用，多级数据范式（3）数据独立性

逻辑独立性，物理独立性=〉两级映像机制（4）数据统一管理和控制

操纵方式，完整性，安全性，并发控制，故障恢复§1、数据库基本概念数据库系统的特点40§1、数据库基本概念6、数据模型

数据模型是数据特性的抽象表示，主要描述数据的结构、定义在其上的操作以及约束条件，包括了系统的静态特性、动态行为和约束条件。按应用层次，可分为三种类型：（1）概念（数据）模型

面向客观世界和用户，与具体的DBMS及计算机平台无关。（2）逻辑（数据）模型

面向数据库系统，着重于在逻辑级上描述数据特性。（3）物理（数据）模型面向数据在计算机中的内部表示。§1、数据库基本概念6、数据模型41§1、数据库基本概念数据模型的四个世界

数据模型可以将复杂的现实世界事物及其要求反映到计算机数据库种的物理世界，其反应过程分为四个阶段：（1）现实世界（2）概念世界（3）信息世界（4）计算机内部世界§1、数据库基本概念数据模型的四个世界42§2、关系数据库系统关系数据库系统是基于关系数据模型的数据库系统，也是目前最为常用、占主流地位的一种数据库系统，与数据仓库、决策支持、数据挖掘等关系密切，在DSS中多以它为基础。1970年，E.F.Codd

发表多篇论文，系统地提出了严密的关系模型理论。20世纪70年代末，IBM的SanJose实验室研制出关系数据库实验模型SystemR。1976年后，相继出现了许多实验性和商品化的关系DBMS，例如Oracle、DB2、SQLServer等等。§2、关系数据库系统关系数据库系统是基于关系数据模型的数据库43§2、关系数据库系统1、关系数据库系统的优点（1）理论严密、完善（2）数据结构简单（3）功能强（4）数据独立性高（5）用户使用方便§2、关系数据库系统1、关系数据库系统的优点44§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则关系模型的奠基人E.F.Codd分别于1974年和1985年在ComputerWorld等杂志上发表文章，具体给出了全关系型的关系系统应遵循的十二条基本准则。从理论意义上看，这十二条准则是对关系数据模型的具体而又深入的论述，是从理论和实际紧密结合的高度，对关系型DBMS的评述。从实际意义上看，它可以作为评价或购买关系型产品的标准。§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则45§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则准则0：

关系准则---一个关系型的DBMS必须能完全通过它的关系能力来管理数据库准则1：信息准则--关系型DBMS的所有信息都应在逻辑一级上用一种方法即表中的值显式地表示准则2：保证访问准则---依靠表名、主码和列名的组合，保证能以逻辑方式访问关系数据库中的每个数据项。准则3：空值的系统化处理---全关系型的DBMS应支持空值的概念，并用系统化的方式处理空值。

§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则46§2、关系数据库系统准则4：基于关系模型的动态的联机数据字典--数据库的描述在逻辑级上应该和普通数据采用同样的表示方式，使得授权用户可以使用查询一般数据所用的关系语言来查询数据库的描述信息。准则5：统一的数据子语言准则---一个关系系统可以具有几种语言和多种终端使用方式。但必须有一种语言，它的语句可以表示为具有严格语法规定的字符串，并能全面地支持：数据和视图定义、数据操作、完整性约束、授权、事务处理等功能。

准则6：视图更新原则---所有理论上可更新的视图，也应该允许由系统更新。§2、关系数据库系统准则4：基于关系模型的动态的联机数据字典47§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则准则7：高级的插入、修改和删除操作---关系系统的操作对象是单一的关系。准则8：数据物理独立性---无论数据库的数据在存储表示或存取方法上有任何变化，应用程序和终端活动都保持逻辑上的不变性。准则9：数据逻辑独立性---当对基本关系进行理论上信息不受损害的任何改变时，应用程序和终端活动都保持逻辑上的不变性。

§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则48§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则准则10:数据完整性的独立性---关系数据库的完整性约束条件必须是用数据库语言定义并存储在数据字典中的，而不是在应用程序中加以定义的。准则11:分布独立性---关系型DBMS具有分布独立性。准则12:无破坏准则---如果一个关系系统具有一个低级（指一次操作一个记录）语言，则这个低级语言不能违背或绕过完整性原则（准则10）。

§2、关系数据库系统2、关系数据库系统的衡量准则49图3.1全关系系统的12条基本准则准则0：

一个关系型的DBMS必须能完全通过它的关系能力来管理数据库

准则1：

信息准则准则2：保证访问准则准则3：空值的系统化处理准则4：基于关系模型的动态的联机数据字典准则5：统一的数据子语言准则准则6：视图更新原则准则7：高级的插入、修改和删除操作准则8：数据物理独立性准则9：数据逻辑独立性准则10:

数据完整性的独立性准则11:分布独立性准则12:无破坏准则图3.1全关系系统的12条基本准则准则0：一个关系型的D50按照E.F.Codd的思想，可以把关系系统分类：(a)表式系统（b）（最小）关系系统（c）关系完备的（d）全关系的S--结构(Structure)；圆--表示关系数据模型={S，I，M}I--完整性(Integrity)；阴影部分--表示各类系统支持M--数据操纵(Manipulation)。模型的程度

图3.2关系系统的分类

按照E.F.Codd的思想，可以把关系系统分类：(a)表式51

(1)

表式系统：仅支持关系数据结构，不支持集合级的操作。表式系统不能算是一个关系系统。(2)

最小关系系统：支持关系数据结构支持选择、投影和连接三种关系操作。许多微机关系数据库系统，如Foxbase、FoxPro等属于这一类。

(1)

表式系统：(2)

最小关系系统：52

(4)

全关系系统：具备关系模型的所有特征，即不仅是关系上完备的，而且支持数据结构中域的概念，支持实体完整性和参照完整性