数据库原理与应用课件

数据库原理与应用第一章绪论

12数据管理技术的发展数据库系统结构34DB、DBMS和DBS数据库技术的发展

数据：描述客观事物的一组文字、数字和符号，它是客观事物的反映和记录。如：（李明，男，20，1992，江苏，数理学院，信息与计算科学专业，2008）

信息：潜在于数据中的意义，它反映了客观世界中各种事物的状态与特征，它能增长人的知识，影响接受者的行为。基本概念1.1数据管理技术的发展数据处理：对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。其目的是从大量原始数据中抽取出对用户有价值的信息，以作为行动和决策的依据。信息=数据+数据处理数据管理：指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的1.1数据管理技术的发展人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）文件系统阶段（20世纪50年代后期--60年代中期）数据库系统阶段（20世纪60年代后期—今）

硬件(外存贮器)和软件的发展应用需求扩大数据管理技术经历了三个发展阶段：人工管理阶段（--50年代中期）应用程序1应用程序2应用程序n数据集1数据集2数据集n…

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计算机主要用于科学计算数据量小、结构简单。

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外存为顺序存取设备磁带、卡片、纸带，没有磁盘等直接存取设备。

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没有操作系统及数据管理软件用户用机器指令编码，通过纸带机输入程序和数据，程序运行完毕后，由用户取走纸带和运算结果，再让下一用户操作。●

用户完全负责数据管理工作●

数据完全面向特定的应用程序每个用户使用自己的数据，用完撤走不保存，无共享。●

数据与程序没有独立性程序中存取数据的子程序随着存储结构的改变而改变。背景特点文件系统阶段（50年代后期--60年代中期）文件系统……文件组1文件组2文件组3应用程序1应用程序2应用程序n●

计算机不但用于科学计算，还用于管理。●

外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。●

有了专门管理数据的软件，一般称为文件系统。●

数据可以长期保存●

数据与程序有一定的独立性文件的逻辑结构与存储结构由系统进行转换，数据在存储上的改变不一定反映在程序上。●

共享性差、冗余度大（一个文件对应一个程序）背景特点数据库系统阶段（60年代后期--）…应用程序1应用程序2应用程序n数据库

数据库管理系统

DBMS●计算机管理的数据量大，关系复杂，共享性要求强（多种应用、不同语言共享数据）●外存有了大容量磁盘，光盘●软件价格上升，硬件价格下降。●数据有整体的结构性，面向全组织，面向现实世界●由DBMS统一存取，维护数据语义及结构●数据共享性好●

数据与程序完全相互独立背景特点常见DBMS：Oracle,IBMDB2,Informix,Sybase,SQLServer,FoxPro,Access等例：学生基本信息记录表：学号姓名性别出生年月学院籍贯奖惩情况200505101张三男1987/10/10数理学院广东2005-06学年一等奖学金2005-06学年校三好学生200505102李四男1988/01/10数理学院河南200505103钱红女1987/05/21数理学院上海200505106赵晓林女1989/02/10数理学院上海2005-06学年一等奖学金………………………这个表格的缺点：有些同学的奖惩记录很多，但大部分没有，因此“奖惩情况”这一栏该留多大的位置很难确定，而且很难统计奖励的次数修改后的记录表：将学生基本信息和奖惩情况分开来学号奖惩情况2005051012005-06学年一等奖学金2005051012005-06学年校三好学生2005051062005-06学年一等奖学金学号姓名性别出生年月学院籍贯200505101张三男1987/10/10数理学院广东200505102李四男1988/01/10数理学院河南200505103钱红女1987/05/21数理学院上海200505106赵晓林女1989/02/10数理学院上海………….……………………奖惩情况表修改后的学生基本信息记录表特点：描述数据时不仅描述数据本身，还描述了数据间的联系。数据库库系统统的特特点1.数据结结构化化---数据库库系统统与文文件系系统根本区区别即采用用复杂杂的数数据模模型表表示数数据结结构按照某某种数数据模模型,将整个个组织织的全全部数数据组组织成成一个个结构构化的的数据据整体体，即即实现现了整整体数数据的的结构构化。。数据模模型不不仅描描述数数据本本身,还描述述了数数据之之间的的联系系。数据不不再面面向应应用，，而是是面向向系统统，弹弹性更更大。。存取方方式更更灵活活，存存取粒粒度可可为数数据项项。数据库库系统统的特特点2.数据的的共享享性高高、冗冗余度度低，，易扩扩充共享是是指多多用户户、多多种应应用、、多种种语言言互相相覆盖盖地共共享数数据集集合。。数据据共享享可减减少数数据冗冗余，，节约约存储储空间间，避避免数数据之之间的的不相相容性性与不不一致致性。。数据不一一致指同同一数据据不同拷拷贝的值值不同。。数据面向向系统＋＋结构化化＋数据据共享→→系系统易扩扩充。数据库系系统的特特点3.数据独立立性高包括数据据的物理独立立性和逻辑独立立性物理独立立性：指用户的的应用程程序与存存储在磁磁盘上的的数据库库中的数数据相互互独立。。逻辑独立立性：指用户的的应用程程序与数数据库的的逻辑结结构相互互独立。。数据描述述、定义义从应用用程序中中分离出出来，独独立于应应用程序序而存在在，相互互独立，，互不依依赖，大大大简化化了应用用程序的的设计维维护的工工作量。。数据库系系统的特特点4.数据由DBMS统一管理理和控制制共享一般般是并发的，即多多个用户户可同时时使用数数据库中中的数据据。DBMS应提供如如下功能能：数据安全全性保护护数据完整整性检查查（正确确性、有有效性、、相容性性）并发控制制数据库恢恢复人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段背景特点数据的结构化无结构数据管理理技术三个发展展阶段的的详细比比较应用背景景科学计算算科科学学计算、、管理大大规模管管理硬件背景景无直接存存取存储储设备磁磁盘、、磁鼓大大容量量磁盘软件背景景没有操作作系统有有文件系系统有有DBMS处理方式式批处理实时处理理、批处处理数据的管管理者用户（程程序员））文文件系统统数数据库库管理系系统数据面向向的对象象某一应用用程序某某一应用用现现实实世界数据的共共享程度度无共享，，冗余度度很大共享性差差，冗余余度大共享性高高，冗余余度小独立性差差实时处理理、分布布处理、、批处理理具有高度度的物理理独立性性和一定定的逻辑辑独立性性数据的独独立性不独立，，完全依依靠于程程序记录内有有结构、、整体无无结构整体结构构化，用用数据模模型描述述数据控制制能力应用程序序自己控控制文文件系统统 数据据库管理理系统1.2数据库系系统结构构数据库管管理系统统角度：：三级模式式结构最终用户户角度：：单用户结结构主从式结结构分布式结结构内部外部1.2数据库系系统结构构单用户主从式结构分布式结构结构特点整个数据库系统在一台机器上，由一个用户独占，不同机器间不能共享数据。一个主机带多个终端的多用户系统。数据库系统在主机上，所有处理由主机完成，各用户通过终端并发地存取数据库共享资源。数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但物理上分布在计算机网络的不同结点上。网络中的每个结点可以执行局部应用和全局应用。优点简单易实现。简单，数据易维护管理。难满足大公司对数据应用的需求。缺点不同部门数据不共享，冗余。用户数增多时主机负担重性能下降，系统可靠性不高。数据管理维护难，系统效率受网络制约。1.2数据库系系统结构构1.2数据库系系统结构构模式：是数据库库中全体体数据的的逻辑结结构和特特征的描描述。实例：模式的一一个具体体值。模式反映的是数据的结构及其联系－相对稳定实例反映的是数据库某一时刻的状态－相对变动第二章数数据模型12数据模型的概概念E-R模型3面向对象模型型2.1数据模型的概概念在数据库中用用数据模型这这个工具来抽象、表示和和处理现实世界中的的数据和信息息。通俗地讲讲数据模型就就是现实世界界的模拟．数据模型应满满足三方面要要求: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机上实现数据的三个范范畴从事物的客观观特性到计算算机中的数据据表示，经历历了三个阶段段：存在于人们头头脑之外的客客观世界.现实世界在人人们头脑中的的反映，人们们把它用文字字和符号记载载下来。信息世界的信信息在机器世世界以数据形形式存储。现实世界信息世界

概念模型机器世界DBMS支持的数据模型转换认识抽象数据的三个范范畴1.信息世界相相关术语(1)实体：客观存在并并可相互区别别的事物。实体可以是具具体的对象（（一个学生、、一辆汽车）），也可以是是抽象的事件件（一次借书书，一次比赛赛）。(2)实体集：性质相同的的同类实体的的集合。如：全体学生生，全国足球球联赛的所有有比赛。(3)属性：实体所具有有的某一特性性。一个实体可以以由若干个属属性来刻画，，每个属性有有一个值域和和类型。如：：学生实体由由学号、姓名名等构成。(4)码：唯一标识实实体的属性或或属性集。如：学号是学学生实体的码码。数据的三个范范畴2.机器世界相关关术语：(1)字段（数据项项）：标记实体属性性的命名单位位，是可以命命名的最小信信息单位，往往往和属性名名相同。例如：学生有有学号、姓名名、年龄、性性别等字段。。(2)记录：字段的有序集集合称为记录录。一般用一一个记录描述述一个实体。。例如：学生记记录：（学号号，姓名，年年龄，性别））。(3)文件：同一类记录的的汇集称为文文件。文件是是描述实体集集的。例如：所有学学生记录组成成了一个学生生文件。(4)码：能惟一标识文文件中每个记记录的字段或或字段集，与与实体的码相相对应。例如：学生的的学号可以作作为学生记录录的码。机器世界和信信息世界术语语的对应关系系:信息世界机机器世界实体…………………记录属性…………………字段（数据项项）实体集……………文件码…………………….码数据的三个范范畴以学生数据为为例表示信息息在三个世界界中的有关术术语及其联系系:2.2E-R模型基本概念(1)实体：现实世界中客客观存在并可可相互区别的的事物。(2)属性：实体所具有的的某一特性称称为属性。(3)码（key）：唯一表示实体体的属性集称称为码。(4)域（Domain）：属性的取值范范围。（5）实体集：具有相同特征征或能用同样样特征描述的的实体集合。。组成实体集的的各实体称为为实体集的外外延。例如：某单位位所有员工称称为实体集Employee的外延。（6）实体型：具有相同属性性的实体必然然具有共同的的特征和性质质。用实体名名及其属性名名集合来抽象象和刻画同类类实体，称为为实体型。例如：员工（（员工编号、、姓名、部门门、性别、年年龄、职称））就是一个实实体型。基本概念（7）联系：实体内部的联联系：组成实体的各各属性之间的的联系（如：学号－－姓名）。实体之间的联联系：不同实体集之之间的联系。。两个实体型之之间的联系可可分为三类：：1对1联系系(1:1)1对多多联联系系(1:n)多对对多多联联系系(m:n)基本本概概念念1对1联系系：：定义义：：若若对对于于实实体体集集A中的的每每一一个个实实体体，，实实体体集集B中至多多有一一个个实实体体与与之之联联系系，，反反之之亦亦然然，，则则称称实实体体集集A与实实体体集集B具有有一一对对一一联联系系，，记记为为1:1。例：：部部门门---负责责人人实体型A联系名实体型B11位于部门负责人11基本本概概念念1对多多联联系系:定义义：：若若对对于于实实体体集集A中的的每每一一个个实实体体，，实实体体集集B中有有n个实体体(n≥≥0)与之之联联系系，，反反之之，，对对于于实实体体集集B中的每每一一个个实实体体，，实实体体集集A中至多多只有有一一个个实实体体与与之之联联系系，，则则称称实实体体集集A与实实体体集集B具有有一一对对多多联联系系，，记记为为1:n。例：：部部门门---员工工实体型A联系名实体型B1n属于部门员工1N基本本概概念念多对对多多联联系系:定义义：：若若对对于于实实体体集集A中的的每每一一个个实实体体，，实实体体集集B中有有n个实体体(n≥≥0)与之之联联系系，，反反之之，，对对于于对对于于实实体体集集B中的每每一一个个实实体体，，实实体体集集A中也也有有m个实体体(m≥≥0)与之之联联系系，，则则称称实实体体集集A与实实体体集集B具有有多多对对多多联联系系，，记记为为m:n。例：：学学生生---课程程实体型B实体型A联系名mn选课学生课程MN基本本概概念念同一一实实体体集集内内的的各各实实体体之之间间也也存存在在着着一一对对一一、、一一对对多多和和多多对对多多的的联联系系.员工领导1n同一一实实体体集集内内一一对对多多联联系系员工配偶11同一一实实体体集集内内一一对对一一联联系系基本本概概念念一般般地地，，两两个个以以上上实实体体型型之之间间也也存存在在着着一一对对一一、、一一对对多多和和多多对对多多的的联联系系.学生教师课程选课mnn三个实体型之间的多对多关系（8）弱弱实实体体集集：：在描描述述实实体体的的过过程程中中，，有有些些实实体体集集的的属属性性可可能能不不足足以以形形成成主主码码，，需需要要依依赖赖其其他他实实体体集集中中的的部部分分属属性性。。这这样样的的实实体体集集叫叫做做弱弱实实体体集集，，不不需需要要依依赖赖其其他他的的实实体体的的实实体体集集称称为为强强实实体体集集。。例如一个单位位的员工实体体集Employee与工作履历实实体集Career，则工作履历历实体集Career是以职工存在在为前提的，，即工作履历历实体集Career是弱实体集。。基本概念图设计用E-R图来描述现实实世界的概念念模型。E-R图提供了表示示实体集、属属性和联系的的方法。实体名矩形框表示实体属性名椭圆形表示属性菱形表示联系联系名连接实体型与联系类型，也可用于表示实体与属性的联系并注明种类；对构成码的属性，在属性名下画一横线表示。n课程成绩选修m学号姓名学生注：用虚边矩矩形和虚边菱菱形分别表示示弱实体和弱弱实体之间的的联系。图设计确定实体类型型：几个实体类类型及相应的的实体名确定联系类型型：各实体类型型之间是否有有联系，是何何种联系类型型及相应的联联系名.连接实体类型型和联系类型型，组合成E-R图确定实体类型型和联系类型型的属性确定实体类型型的码例：学生选修修课程学生课程选修姓名学号系别成绩用矩形表示实体用椭圆表示实实体的属性用无向边把实实体与其属性性连接起来用菱形表示实实体间的联系系实体与联系用用线段连接并并注明类型mn课程号课程名学分图设计----ER图实例举例：为仓库库管理设计一一个E-R模型，该仓库库主要管理零零件的入库、、出库和采购购等事项；仓仓库根据需要要向外面厂家家（供应商））订购零件，，而许多工程程项目需要仓仓库供应零件件；一个仓库库有多个保管管员。实体有：仓库：属性有仓库号号、仓库面积积、电话号码码。零件：属性有零件号号、名称、规规格、单价、、描述。供应商：属性有供应商商号、姓名、、地址、电话话号码、帐号号。项目：属性有项目号号、预算、开开工日期。职工：属性有职工号号、姓名、年年龄、职称。。图设计----ER图实例实体之间的联联系如下：一个仓库可以以存放多种零零件，一种零零件可以存放放在多个仓库库中，某种零零件在某个仓仓库中的数量量用库存量描描述。仓库:零件－m:n仓库:职工－1:n职工实体集之之间－1:n供应商:项目:零件－m:n:p一个仓库有多多个职工当仓仓库保管员，，一个职工只只能在一个仓仓库工作。职工之间具有有领导被领导导的关系，即即仓库主任领领导若干保管管员。一个供应商可可以供给若干干项目多种零零件，每个项项目可以使用用不同供应商商供应的零件件，每种零件件可由不同供供应商供给。。图设计计----ER图实例例如果某某个部部门的的概念念模型型中涉涉及的的实体体和实实体属属性较较多，，可以以把实实体及及其属属性在在另一一个图图上画画出。。实体及及其属属性图图仓库仓库号面积电话号图设计计----ER图实例例供应商项目零件供应供应量库存仓库库存量职工领导工作nmpmn1n1n实体及及其联联系图图图设计计----ER图实例例【例2.1】某电力力公司司的配配电物物资存存放在在仓库库中，，假设设一个个仓库库可以以存放放多种种物资资，一一种配配电物物资只只能存存放在在一个个仓库库中；；一个个配电电抢修修工程程可能能需要要多种种配电电物资资，一一种配配电物物资可可以应应用到到多个个抢修修工程程中。。仓库库包含含仓库库编号号、仓仓库名名称仓仓库面面积等等属性性，配配电物物资包包含物物资编编号、、物资资名称称、单单价、、规格格、数数量等等属性性，抢抢修工工程包包含工工程编编号、、工程程名称称、工工程开开始日日期、、工程程结束束日期期、工工程状状态（（工程程是否否完工工）等等属性性，某某一抢抢修工工程领领取某某配电电物资资时，，必须须标明明领取取数量量、领领取