第1章 数据库的基本概念

第1章数据库的基本概念与方法

1.1基本概念1.2数据库系统的特点1.3数据库系统的结构1.4数据模型1.5数据库设计第1章数据库的基本概念与方法

1.1基本概念1.1基本概念数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统是与数据库技术最为密切的四个基本概念数据数据是数据库中存储的基本对象描述事物的符号记录称为数据

1.1基本概念数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统是与数据库技术最为密切的四个基本概念2.数据库（Database，DB）数据库（DB）是存放数据的仓库，只不过这些数据存在一定的关联，并按一定的格式存放在计算机上。例如，把学校的学生、课程、学生成绩等数据有序地组织并存放在计算机内，就可以构成一个数据库。因此，数据库是长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。

1.1基本概念数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统是与数据库技术最为密切的四个基本概念3.数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS）数据库管理系统（DBMS）是位于操作系统和用户之间的一层数据管理软件，它按照一定的数据模型科学地组织和存储数据，并能提供高效的获取和维护。

目前流行的数据库管理系统有：小型数据库管理系统：Access、VisualFoxPro等。中型数据库管理系统：SQLServer、Sybase、MySQL等。大型数据库管理系统：Oracle、DB2、Informix等。MySQL已经广泛应用于Internet上各类中小型网站和信息管理系统的开发1.1基本概念1.1基本概念DBMS提供如下功能：（1）数据定义功能：可定义数据库中的数据对象。（2）数据操纵功能：可对数据库表进行基本操作，如插入、删除、修改、查询。（3）数据的运行管理：数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。（4）数据库的建立和维护功能（5）提供方便、有效存取数据库信息的接口和工具。1.1基本概念数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统是与数据库技术最为密切的四个基本概念4.数据库系统（DatabaseSystem，DBS）数据、数据库、数据库管理系统与操作数据库的应用程序，加上支撑它们的硬件平台、软件平台和与数据库有关的人员一起构成了一个完整的数据库系统。图1.1描述了数据库系统的构成。图1.1数据库系统的构成第1章数据库的基本概念与方法

1.2数据库系统的特点1.2数据库系统的特点数据结构化数据冗余度小数据共享性好数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制第1章数据库的基本概念与方法

1.3数据库系统的结构1.3数据库系统的结构从用户试图角度：采用三级模式结构从数据库管理系统角度：分为集中式结构、分布式结构、客户/服务器结构和并行结构从数据库系统应用的角度：客户/服务器结构和浏览器/服务器结构1.3数据库系统的结构1.3.1三级模式结构人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式、概念模式、内模式，有效地组织、管理数据，提高了数据库的逻辑独立性和物理独立性。用户级对应外模式概念级对应概念模式物理级对应内模式使不同级别的用户对数据库形成不同的视图。所谓视图，就是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法，是数据库在用户“眼中"的反映，很显然，不同层次（级别）用户所“看到”的数据库是不相同的。1.3数据库系统的结构1.3.1三级模式结构图1.2数据库系统的三级模式结构1.3数据库系统的结构1.3.1三级模式结构对于一个数据库系统而言——物理级数据库是客观存在的，它是进行数据库操作的基础，概念级数据库中不过是物理数据库的一种逻辑的、抽象的描述(即模式)，用户级数据库则是用户与数据库的接口，它是概念级数据库的一个子集(外模式)。数据库的三级模式是数据库在三个级别(层次)上的抽象，使用户能够逻辑地、抽象地处理数据而不必关心数据在计算机中的物理表示和存储。用户应用程序根据外模式进行数据操作，通过外模式——模式映射，定义和建立某个外模式与模式间的对应关系，将外模式与模式联系起来，当模式发生改变时，只要改变其映射，就可以使外模式保持不变，对应的应用程序也可保持不变；另一方面，通过模式——内模式映射，定义建立数据的逻辑结构(模式)与存储结构(内模式)间的对应关系，当数据的存储结构发生变化时，只需改变模式一内模式映射，就能保持模式不变，因此应用程序也可以保持不变。1.3数据库系统的结构1.3.2数据库系统的运行和应用结构C/S结构可以通过命令行客户端、图形化界面管理工具或应用程序等来连接数据库管理系统，并可以通过数据库管理系统查询和处理存储在底层数据库中的数据。

B/S结构基于WEB应用1）

客户/服务器（C/S）模式应用系统图1.3数据库应用程序与数据库、数据库管理系统之间的关系从图1.3中可看出，当应用程序需要处理数据库中的数据时，首先向数据库管理系统发送一个数据处理请求，数据库管理系统接收到这一请求后，对其进行分析，然后执行数据操作，并把操作结果返回给应用程序。由于应用程序直接与用户打交道，而数据库管理系统不直接与用户打交道，所以应用程序被称为“前台”，而数据库管理系统被称为“后台”。由于应用程序是向数据库管理系统提出服务请求，通常称为客户程序（Client），而数据库管理系统是为其他应用程序提供服务，通常称为服务器程序（Server），所以又将这种操作数据库模式称为客户/服务器（C/S）模式。2）浏览器/服务器（B/S）模式应用系统基于Web的数据库应用采用三层客户/服务器模式，也称B/S结构。第一层为浏览器第二层为Web服务器第三层为数据库服务器。浏览器是用户输入数据和显示结果的交互界面，用户在浏览器表单中输入数据，然后将表单中的数据提交并发送到Web服务器，Web服务器应用程序接收并处理用户的数据，通过数据库服务器，从数据库中查询需要的数据（或把数据录入数据库）送到Web服务器，Web服务器把返回的结果插入HTML页面，传送到客户端，在浏览器中显示出来，如图1.4所示。图1.4三层客户/服务器结构第1章数据库的基本概念与方法

1.4数据模型1.4数据模型模型（Model)是现实世界特征的模拟和抽象。数据模型（DataModel）是数据特征的抽象。数据库管理系统根据数据模型对数据进行存储和管理。数据模型按不同的应用层次分成三种类型：分别是概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型。1.4数据模型1）概念模型概念模型（ConceptualDataModel），是面向数据库用户的实现世界的模型，主要用来描述世界的概念化结构，它使数据库的设计人员在设计的初始阶段，摆脱计算机系统及DBMS的具体技术问题，集中精力分析数据以及数据之间的联系等，与具体的数据管理系统无关。概念数据模型必须换成逻辑数据模型，才能在DBMS中实现。在概念数据模型中最常用的是E-R模型，E-R模型是从现实世界中抽象出一些实体集及相互之间的联系，并用E-R图来表示。1.4数据模型1）概念模型在E-R模型中采用以下概念和名词术语：实体（Entity）。

客观存在并可相互区别的事物称为实体，实体可以是具体的人、事、物或抽象的概念。比如，在教务管理系统中，我们要保存学生的详细信息，其中的“学生”就是一个实体。在E-R图中，实体一般用一个矩形表示，矩形框内写明实体名，如图所示：1.4数据模型1）概念模型在E-R模型中采用以下概念和名词术语：实体（Entity）。属性（Attribute）。

实体所具有的某一特性称为属性，一般说来，一个实体可以由若干个属性来刻画。比如，在教务管理系统中，我们要保存学生的详细信息，其中的“学生”就是一个实体，学生的信息有学号、姓名、性别，学号、姓名和性别就是3个属性。在E-R图中，属性，一般用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。如图所示：1.4数据模型1）概念模型在E-R模型中采用以下概念和名词术语：实体（Entity）。属性（Attribute）。联系（Relationship）。

信息世界中，实体内部和实体之间是有联系的。比如，在教务管理系统中，学生和课程之间有个选择关系，这个“选择”就是学生和课程这两个实体之间的关系。在E-R图中，联系，一般用菱形表示，连接着若干个实体，菱形框内写明关系名称，并用无向边分别与有关实体连接起来。如图所示：1.4数据模型1）概念模型根据现实世界中事物之间的联系情况，在E-R模型中联系被归纳为3种类型：一对一联系（1：1）。一对多联系（1：n）。多对多联系（m：n）。1.4数据模型2）逻辑模型逻辑模型（LogicalDataModel），这是用户从数据库所看到的模型，是具体的DBMS所支持的数据模型，此模型既要面向用户，又要面向系统，主要用于数据库管理系统（DBMS）的实现。常见的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型等等。1.4数据模型2）逻辑模型——关系模型关系型数据库是目前几乎所有流行的DBMS采用的数据库技术。如果要用一句话来讲述关系型数据库理论的核心思想，那就是：将数据保存在关系表（Table）中。也就是说：关系型数据库以行和列的形式存储数据，这一系列的行和列被称为表，一组表组成了数据库。1.4数据模型2）逻辑模型——关系模型行：表中的一条记录。列：表中的一个字段。主键：表中的一列或者一组列，其值能唯一区分表中的每个行。外键：表中的一列或者一组列，其包含另一张表中的主键值。主要用于定义两个表之间的关系。学号（主键）姓名性别班长学号（外键）0001雷萍女00010002郭丽方女0001……学生信息表1.4数据模型3）物理模型物理模型（PhysicalDataModel），是面向计算机物理表示的模型，描述了数据在储存介质上的组织结构，它不但与具体的DBMS有关，而且还与操作系统和硬件有关。每一种逻辑数据模型在实现时都有其对应的物理数据模型。DBMS为了保证其独立性与可移植性，大部分物理数据模型的实现工作由系统自动完成，而设计者只设计索引、聚集等特殊结构。第1章数据库的基本概念与方法

1.5数据库设计1.5数据库的设计数据库的设计是指对于一个给定的应用环境，构造最有的数据库模式，建立数据库，使之能有效的存储数据，满足各种用户的应用需求、信息需求和处理需求。数据库设计分为6个阶段：需求分析概念结构设计逻辑结构设计物理结构设计数据库实施数据库运行和维护1.5.1逻辑结构设计1.

（1:1）联系的E-R图到关系模式的转换一对一情况下，表设计的一般经验是：1.每个实体设计一张表。2.任选一表，表中增加一列，该列必须是对应另一个表的主键。1.5.1逻辑结构设计1.

（1:1）联系的E-R图到关系模式的转换一对一情况下，表设计的一般经验是：每个实体设计一张表。任选一表，表中增加一列，该列必须是对应另一个表的主键。1.5.1逻辑结构设计2.（1:n）联系的E-R图到关系模式的转换一对多情况下，表设计的一般经验是：1.每个实体设计一张表。2．选“一”方表中的主键，在“多”方表中增加一列，充当外键。1.5.1逻辑结构设计2.（1:n）联系的E-R图到关系模式的转换一对多情况下，表设计的一般经验是：1.每个实体设计一张表。2．选“一”方表中的主键，在“多”方表中增加一列，充当外键。学号（主键）姓名性别出生年月051001张小红女1987-2-11051002李东男1988-5-21……