数据库技术课件计算机科学与技术

信息学院计算机系1数据库原理PrincipalofDatabase大连工业大学信息学院——计算机系第1章认识数据库数据管理技术的发展1数据库系统组成及其结构2数据模型3大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库技术的发展数据库技术的产生、发展应数据管理任务的需要而产生的。人工管理文件系统DB系统高级DB技术20世纪50年代中期前，计算机用于科学计算硬件：外存只有纸带，磁带，没有磁盘。软件：没有管理数据软件，采用批处理方法处理数据。20世纪50年代后期到60年代中期硬件：有了磁盘、磁鼓。软件：OS中有了数据管理软件—文件系统。20世纪60年代后期至今硬件：有大容量的磁盘，且硬件价格下降。软件：价格上升，出现了统一管理数据的软件—(DBMS)。现今数据库技术和面向对象等新技术的结合的产物。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库技术的发展数据库技术的产生、发展

各阶段特点：人工管理高级DB技术人工管理数据不保存应用程序管理数据数据不共享数据不具有独立性大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库技术的发展数据库技术的产生、发展

各阶段特点：人工管理高级DB技术文件系统数据长期保存文件系统管理数据数据共享性差，冗余度大数据独立性差文件之间数据孤立不支持并发访问大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库技术的发展数据库技术的产生、发展

各阶段特点：人工管理高级DB技术DB系统数据一体化，结构化数据共享性高、冗余度低，易扩充。数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制，提供更好的安全和保护物理独立性：应用程序与磁盘上的数据库的数据逻辑独立性：应用程序与数据库逻辑结构数据的安全性（Security）保护数据的完整性（Integrity）检查并发（Concurrency）控制数据库恢复（Recovery）结构化是数据库系统与文件系统最根本区别。数据按某种数据模型组织起来，文件内部数据彼此相关，文件之间在结构上也有机联系。描述数据不仅描述数据本身，更重要描述数据之间联系。数据库结构是面向全组织的复杂结构大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）在计算机系统中引入了数据库后的系统。DBS构成：

数据库硬件系统软件系统人员大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构人工管理高级DB技术

数据库系统数据库系统层次结构大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

数据库（DataBase，简称DB）：长期存放在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

硬件系统存储和运行数据库系统的硬件设备，包括CPU、内存、大容量的辅助存储器及备份设备等。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

软件系统数据库管理系统（DBMS）操作系统（OS）应用开发工具大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

软件系统——数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）是数据库的核心是帮助用户创建和管理数据库的程序集合。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

软件系统——数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）主要功能：数据定义（DDL）数据组织、存储和管理数据操纵（DML）数据库的运行管理数据库的建立和维护功能数据通信与转换大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

软件系统——数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）DBMS类型：总是基于某种数据模型。层次网状关系大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

软件系统——应用系统为特定应用环境开发的数据库应用系统，方便用户使用数据库。用户通过开发好的应用系统提供的接口提出数据访问要求；应用系统对请求进行分析、处理后，形成DBMS所支持的操作请求，并将其传递给与应用系统建立连接的DBMS；DBMS执行相应的数据访问操作，并把结果返回给应用系统；应用系统对DBMS返回结果和信息进行数据表示，将结果直观展示给用户。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

人员数据库管理员（DatabaseAdministrator，DBA）数据库设计人员（DatabaseDesigner）最终用户（EndUser）系统分析员（SystemAnalyst，SA）应用程序员（ApplicationProgrammer）大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

人员——DBA职责：决定数据库中的信息内容和结构决定数据库的存储结构和存取策略定义数据库的安全性要求和完整性约束条件监督和控制数据库的运行数据库的改进和重组重构大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

人员——数据库设计人员职责：数据的确定，选择适当的结构表示和存储数据；有责任与以后可能使用数据库的用户沟通，理解需求，并针对需求设计合理的逻辑结构和物理结构；通常可由DBA担任。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

人员——最终用户通过应用系统提供的接口使用数据库的人员，通常为了查询、更新及生成报表等需要访问数据库。三类：偶然用户简单用户复杂用户大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据库系统数据库系统组成及其结构

人员——系统分析员和应用程序员都属于应用系统开发人员（软件工程师）。职责不同：系统分析员：应用程序员：系统分析员要确定最终用户的需求，负责应用系统的需求分析和规范说明，与DBA和用户相结合，确定系统的软硬件配置，并参与数据库系统的概要设计。应用程序员负责利用应用开发工具编写数据库应用程序，为最终用户提供数据访问接口，以便实现最终用户对数据库进行存取操作。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库:三级模式数据库管理系统角度（数据库内部系统结构）三级模式(结构)+两级映象(功能)应用程序（用户）的角度（数据库系统外部的体系结构）

（1）

集中式结构（2）

分布式结构

（3）

并行结构大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库:三级模式美国国家标准协会（AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI）的数据库管理系统小组于1978年提出了标准化建议，将数据库结构分为三级：面向用户或应用程序员的用户级——外模式面向建立和维护数据库人员的概念级——模式面向系统程序员的物理级——内模式大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库:三级模式三级模式变换+二级映像大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库:三级模式数据库的三级模式结构

外模式ExternalSchema模式Schema内模式InternalSchema也称逻辑模式或概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共视图外模式位于三级模式的最外层，又称子模式（Subschema）或用户模式，是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是单个用户的视图。内模式又称存储模式或物理模式，是三级模式结构的最内层，它描述数据的物理结构和存储方式，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式，是对整个数据库的底层表示。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：二级映像外模式/模式映象该映象定义了外模式（描述的是数据的局部逻辑结构）与模式（描述的是数据的全局逻辑结构）之间的对应关系。保证了数据的逻辑独立性。模式/内模式映象（是唯一的吗？为什么？）定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。保证了数据的物理独立性。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构用户一般通过数据库应用程序提供的接口来使用数据库。比较典型的：客户/服务器（Client/Server，C/S）浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构客户/服务器（Client/Server，C/S）后端服务器通常运行某个DBMS，通常称为数据库服务器，为客户机上的应用程序提供数据服务。客户端程序和服务器系统构成了客户/服务器（C/S）结构的基本框架。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构客户/服务器（Client/Server，C/S）客户机主要负责界面的描述和显示、业务逻辑和计算、向服务器发送请求并分析从服务器接收的数据。服务器主要负责数据管理和程序处理、响应客户请求并将处理结果返回给客户机

。两层C/S结构大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构客户/服务器（Client/Server，C/S）在客户和数据库服务器之间增加了应用服务器。客户机主要负责界面描述和显示和与应用服务器进行通信，不再包含直接的数据请求和业务逻辑。应用服务器负责应用程序的业务逻辑以及与数据库服务器和客户机进行通信。数据库服务器仍然提供数据服务，接收由应用服务器传递的请求，并将处理结果返回给应用服务器。三层C/S结构大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构客户/服务器（Client/Server，C/S）优点：交互性强。具有安全的存取模式。网络通信量低。响应速度快。缺点：需要在客户机上安装客户端程序，分布功能弱，不能够实现快速部署安装和配置.缺少通用性，业务的变更，需要重新设计和开发，增加了维护和管理的难度，进一步的业务拓展困难较多。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）随着互联网技术的发展产生的一种应用程序结构，这种结构在很大程度上克服了C/S结构的一些不足。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）B/S结构应用程序主要包括三部分：浏览器(Browser)、Web服务器和数据库服务器。

应用程序只需安装在一台服务器（Web服务器）上，用户通过浏览器软件就可以访问数据库。数据请求、加工、结果返回以及动态网页生成、对数据库的访问和应用程序的执行等工作全部由WebServer完成。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）B/S结构数据访问基本过程为：用户浏览器通过页面形式向Web服务器发送请求；Web服务器接收到用户请求后，按照特定的方式将请求发送给数据库服务器；数据库服务器执行这些请求并把结果返回给Web服务器，Web服务器再将这些结果以页面形式返回给用户的浏览器大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）B/S结构主要优点维护和升级方式简单。异地浏览和信息采集的灵活性好。B/S结构主要缺点数据安全性问题对服务器要求较高数据传输速度慢软件的个性化特点明显降低大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：应用程序体系结构浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）B/S和C/S结构比较B/S和C/S结构各有千秋，它们都是当前非常重要的应用程序结构。在适用于互联网、维护工作量等方面，B/S结构比C/S结构要强得多。但在运行速度、数据安全、人机交互等方面，B/S结构远不如C/S结构。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据模型什么是数据模型？

数据模型：对现实世界中数据特征的模拟和抽象。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据模型数据模型的种类有哪些？

根据应用的目的划分为两类概念模型（信息模型）按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。特点：直观，清晰，容易被理解。逻辑模型:按计算机系统的观点对数据建模,用于DBMS的实现包括网状、层次和关系模型物理模型:描述数据在系统内部的表示方式和存取方法具体实现是DBMS的任务大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：数据模型数据结构描述数据库的组成对象及对象之间的联系;是对系统静态特性的描述;是刻画一个数据模型性质最重要的方面。数据操作对数据库中各种数据（对象的实例）允许执行的操作的集合。包括操作及操作规则。是对系统动态特征的描述。类型包括：检索、更新数据的约束条件对数据的哪些操作可以进行，哪些不可以进行。是一组完整性规则的集合。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：基本概念介绍一些信息世界的基本概念

实体（Entity）可以是具体的人、事、物，可以是抽象的概念或者联系。例如：一名学生、一个部门、天气等等。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：基本概念介绍一些信息世界的基本概念

属性（Attribute）可以是一个实体，可以是单纯的属性。例如：学生实体：由姓名、学号、性别、所在系等属性组成。轮胎是实体“汽车”的属性，轮胎本身也可以作为一个实体。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：基本概念介绍一些信息世界的基本概念

码（Key）也叫关键字、键，是唯一标识实体的属性集。例如：学生的学号：可以唯一的标识一位学生，学号就是学生实体的码。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：基本概念介绍一些信息世界的基本概念

域（Domain）属性的取值范围。例如：属性“性别”的域为男、女。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：基本概念介绍一些信息世界的基本概念

实体型（EntityType）具有相同属性的实体。例如：学生（学号，姓名，性别，系）实体集（EntitySet）具体值的集合。例如：整个专业的学生就是一个实体集。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：基本概念介绍一些信息世界的基本概念联系（Relationship）分类实体内部联系：组成实体的各属性之间的联系。实体间联系：不同实体集之间的联系。一对一联系一对多联系多对多联系

大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：基本概念介绍一些信息世界的基本概念

一对一联系：如果对于实体A中的每一个实体，实体B中至多有一个（可以没有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系，记为1：1。例如：工厂和厂长AB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：基本概念介绍一些信息世界的基本概念

一对多联系：如果对于实体集A中每一个实体，实体集B中有n（n>=0）个实体与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系，记为1：n。例如：班导师和学生。AB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：基本概念介绍一些信息世界的基本概念

多对多联系：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n（n>=0）个实体与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m（m>=0）与之联系，则称实体集A与实体集B具有多对多联系，记为m：n。例如：学生和课程。AB大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：E-R概念模型的表示方法ER图（实体—联系）（Entity--RelationshipApproach）现实世界—>信息世界：第一步设计的关键矩形框表示实体(考虑问题的对象)菱形框表示联系(实体间联系)表示实体和联系的属性椭圆形框大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：E-R概念模型的表示方法E-R模型不仅能够描述两个实体间的联系，也可以描述两个以上实体间的联系和单个实体内的联系。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：E-R概念模型的表示方法E-R实例

学校有若干院/系，每个院/系有若干教研室和班级，而每个教研室和班级只能属于一个院/系。每个教研室包括若干教师，而每位教师只属于一个教研室。每个班级由若干学生组成，每名学生只在一个班级学习。每个院/系由一名教师担任院长/主任，负责院/系的管理工作，每个院长/主任只负责管理一个院/系。每个班级指定一名学生作为班长，负责班级的日常事务管理，而一名班长只能负责一个班级。每个教师可以为多名学生讲授不同的课程，每门课程可以由多名学生选修且可以由不同的教师讲授，每个学生可以选修不同教师讲授的不同课程。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：E-R概念模型的表示方法E-R实例

院/系信息：包括院/系名称、办公室地址、办公室电话、建立时间和教工数，院/系名称唯一标识一个院/系。教研室信息：包括教研室名称、办公地点、电话和教师数，教研室名称唯一标识一个教研室。班级信息：包括班级号、班级名称、专业、入学年份、学生数，班级号唯一标识一个班级。教师信息：包括教师号、姓名、性别、职称、出生年月、学历/学位，教师号唯一标识一名教师。课程信息：包括课程号、课程名、性质、学时、学分，课程号唯一标识一门课程。学生信息：包括学号、姓名、性别、出生年月、家庭住址、政治面貌，学号唯一标识一名学生。成绩信息：对于每个学生选修某位教师所讲授的每一门课程要记载相应的成绩。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：E-R概念模型的表示方法E-R实例

大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：E-R概念模型的表示方法E-R实例——另一种表示

先画实体及属性然后画联系及属性大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：E-R概念模型的表示方法E-R实例——另一种表示

画联系及属性大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：模型分类层次模型网状模型关系模型面向对象模型传统数据模型，是文件系统中所用数据模型的继承和发展，它实现了数据管理质的飞跃：从数据私有到数据共享；从孤立的文件到彼此互相联系的数据模式；从简单的文件操作发展为较复杂的数据库操作和数据库语言。大连工业大学信息学院——计算机系认识数据库：模型分类层次模型——层次数据库系统

满足下面两个条件：有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点为根