数据库技术基础及应用 CH1

数据库技术主讲教师：刘海龙华南理工大学

计算机科学与工程学院

徐芝琦联系方式：Email：HLLIU@

电话公室：创新园大厦A1213考核办法：考勤——10%作业——30%期末——60%第一章数据管理与数据模型1.1信息、数据和数据处理1.2数据管理技术的发展1.3数据模型第一章数据管理与数据模型1.1信息、数据和数据处理1.2数据管理技术的发展1.3数据模型信息

现实世界各种事物的特征、形态以及不同事物间的联系等在人脑里的抽象反映。信息描述数据之间的关系。信息是人类对于自然界的感知。数据

表达信息的载体。数据是信息的符号化表示。1.1信息、数据和数据处理数据是信息的载体，而信息是数据的内涵。注意！不能把数据简单地与数字等同起来。

数据在计算机内存储和处理时，都转换成计算机能够识别的符号。尽管信息与数据两个术语严格地讲是有区别的，但在很多场合下，往往无需严谨地加以区分也不致引发误解。信息与数据的区别和联系信息处理从已获知的信息中，经过加工推理，得到新的信息，并以此作为社会活动的决策依据。数据处理对数据的收集记载、整理、组织、存储、检索、计算、加工、维护、传送等一系列活动的总和。数据处理数据管理

是一切数据处理过程的基本环节，是所有数据处理任务必需的共性部分。数据处理数据管理数据处理集中处理方式 如果把要处理的数据作为一个完整的集合，所有的工作都由一台计算机来完成；分散处理方式 若把数据集合分成多个部分，分别放在多台计算机上，对数据的管理和操纵都是分开并相互独立，彼此之间没有数据通信联系；分布处理方式 若把分散在多台计算机上的数据通过网络连接起来，数据虽然分开存储，但逻辑上却仍是一个整体，每一台计算机既可以单独进行“局部处理”，多台计算机也可以合起来进行“全局处理”就如同集中处理方式一样。

数据处理方式信息数据指导社会活动数据处理新信息新数据人机

数据处理关系第一章数据管理与数据模型1.1信息、数据和数据处理1.2数据管理技术的发展1.3数据模型1.2数据管理技术的发展人工管理阶段（1.2.1）文件系统阶段（1.2.2）数据库系统阶段（1.2.3）1.2数据管理技术的发展人工管理阶段（50年代中期以前）

需要：计算机主要用于科学计算

硬件：无直接存取存储设备

软件：无操作系统和数据管理软件

数据处理方式：批处理

特点：

数据在计算机中不保存

数据由应用程序管理

数据不能共享

数据与程序不具有独立性

基本上是一个程序对应一批数据（面向应用）1.2数据管理技术的发展文件系统阶段（50年代后期-60年代中期）

需要：数据量增大，联机处理增多

硬件：磁盘、磁鼓等直接存取存储设备

软件：操作系统及其文件管理软件

数据处理方式：批处理、联机实时处理

特点：

数据可以在计算机中长期保存

由存取方法进行程序与文件中的数据之间的转换

文件形式多样化：顺序文件、直接文件、索引文件等

数据共享性差、冗长余度大

数据容易出现不一致性

数据与程序之间缺乏独立性数据项 是文件中最小的数据单位记录 是若干相关数据项的集合，一个记录能够表达一个具体的事物文件 是若干记录的集合文件组织 是按一定的逻辑结构把有关联的数据记录组织成文件（称为逻辑文件），并用体现这种逻辑结构的物理存储形式把数据存到存储设备上（称为物理文件）。重要术语（一）重要术语（二）数据库（DB，Database） DB是实行统一管理的相关数据的集合。它具有较少的数据冗余度，可供各种用户共享，数据间既联系密切又具有较高的数据独立性。数据库管理系统（DBMS，DatabaseManagementSystem） DBMS是数据管理的核心软件。它是用户与数据库的接口，提供数据库的定义、检索、更新、维护及各种数据控制。按照所处理的数据模型来分类，可分为层次型、网状型、关系型和面向对象型DBMS。重要术语（三）数据库系统（DBS，DatabaseSystem） DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的计算机系统。数据库技术这是一门研究数据库的结构、存储、管理的软件学科。

数据库DB

数据库管理系统DBMS

各种开发工具

数据库应用系统

数据库管理员DBA

用户

计算机硬件及其他软件1.2数据管理技术的发展数据库系统阶段

需要：数据管理需要越来越多、规模越来越大，多种应用、多种语言互相覆盖，共享要求越来越大。

硬件：大容量硬盘，硬件价格下降。

软件：软件价格上升，编制和维护成本增加。

处理方式：联机实时处理多，分布处理需求。1.数据库系统的特点数据结构化数据的共享性高、冗余度低、易扩充、避免不一致性数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制1.数据库系统的特点(1)数据结构化

文件系统

一般是为某个特定应用服务的。

管理数据的能力较差，一般只是将本程序需要的数据存放在数据文件中。

一般只考虑数据本身，数据之间无联系。

数据库系统

从一个组织全部应用的角度，全面考虑并集成数据的结构。

不仅能反映数据本身，而且还能反映数据之间的联系。

数据之间的联系通过存取路径实现。1.数据库系统的特点(2)数据的共享性高、冗余度低、易扩充、避免不一致性

共享性高数据是从整体角度看待和描述的，可以被多个用户、多个应用共享。

冗余度低相同的数据不必重复存放，大大减少了数据的冗余度，节约存储空间避免数据之间的不一致性。

易扩充、易修改在增加、修改或删除数据时，只是在一部分数据上进行的，可以减少操作量。

避免数据不一致数据修改只在部分数据进行。用户A远程终端用户B远程终端数据库数据库共享1.数据库系统的特点(3)数据独立性高

数据独立性

数据与应用程序之间相互依赖的程度

数据独立性包括：逻辑独立性和物理独立性

数据逻辑独立性

在整体逻辑结构与用户逻辑结构之间有一种映象，当整体逻辑结构发生变化时，通过修改该映象，可以使用户逻辑结构不改变，而用户程序是根据用户逻辑结构编写的，所以不必修改用户程序。

数据物理独立性

在整体逻辑结构与物理存储结构之间有一种映象，当物理存储结构发生变化时，通过修改该映象，可以使整体逻辑结构不改变，由此不必修改用户逻辑结构，所以不必修改用户程序。

数据独立性是通过数据库的三级逻辑结构实现的。用户逻辑结构1用户逻辑结构n用户逻辑结构2……整体逻辑结构物理结构数据库映象1映象2逻辑独立性物理独立性1.数据库系统的特点(4)数据由DBMS统一管理和控制

数据库中的数据是共享的。

单用户系统数据在不同时间内被不同用户共享。

多用户或分布系统数据在同一时间被不同用户共享（并发操作）。因此，必须有一种机制，保证数据的安全性、完整性、并发控制和数据库恢复等。数据库系统示意图第一章数据管理与数据模型1.1信息、数据和数据处理1.2数据管理技术的发展1.3数据模型

1.3数据模型 是对客观事物及其联系的数据描述。换言之，数据模型不仅要表示存储了哪些数据，更重要的是要用某种结构形式表示出各种不同数据之间的联系。

客观世界

信息世界

机器世界

认识，抽象

转换

客观存在

概念模型

数据模型

1.3数据模型数据与数据联系的描述 （1.3.1）信息模型 （1.3.2）结构数据模型 （1.3.3）

数据与数据联系的描述1.数据描述(1)现实世界

现实世界研究的是对象。

对象是具体事务和抽象概念的总和。

组成现实世界的细胞称为事务。人们对事务的认识是通过事务的特征进行的。人具体的人表示人的特征1.数据描述(2)信息世界对客观世界中的事务进行认识，经过选择、命名、分类后进入信息世界。信息世界中的概念：

实体

Entity

客观世界中存在并可相互区分的事务。

实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念。属性

Attribute

实体所具有的某一特征。

一个实体由若干个属性描述。值域

Domain

属性的取值范围 属性是个变量，属性值是变量的取值，值域是变量的取值范围。实体集

EntitySet

同一类型实体的集合

实体标识符

Identifier

能够唯一标识每个实体的属性或属性集1.数据描述(3)机器世界将信息世界中的概念转换成计算机内部表示，就进入了数据世界或称机器世界。

数据项

field

对应于实体属性的数据单位。

记录

record

数据项的有序集合。

文件

file

同一类记录的汇集。 关键字(码)

Key

唯一标识文件中每个记录的数据项或数据项组合。

现实世界

信息世界机器世界

特征属性数据项

对象实体集

文件

事务实体记录

唯一特征实体标识符关键字

现实世界

信息世界

机器世界对象事务记录文件属性实体实体集特征数据项2.实体之间的联系

一对一联系(1:1)例如：学校和校长，丈夫和妻子等。数据与数据联系的描述2.实体之间的联系

一对多联系（1:n）例如：班级和学生，单位和职工等。2.实体之间的联系

多对多联系(m:n)例如：教师和学生，学生和课程等。数据模型的分类

信息模型（概念数据模型）(1.3.2)

结构数据模型 (1.3.3)

信息模型（概念数据模型）

是脱离计算机系统的模型，它完全不涉及信息在计算机内如何表示、如何处理等问题，纯粹用来描述信息的结构。在实际DBS开发过程中，该模型是用户和数据库设计人员之间的交流工具。

1.3.2信息模型

信息模型（概念数据模型）实体联系模型（EntityRelationshipModel）（P.P.Chen1976）--ER模型人们设计数据库的工作流程：

先用ER图准确地反映信息，再从ER图出发，结合具体的计算机系统和DBMS，构造实际的数据模型。(1)ER图的表示方法

实体型(矩形框)：

联系型(菱形框)：

属性(椭圆形框)：

连接(直线)：姓名学生学习建立ER图的过程：

确定实体型确定联系型对实体型和联系型用连线组合确定实体型和联系型的属性确定并标记键(2)联系的几种形式两个实体之间的联系

学校校长管理班级学生课程学生组织选课分数1mn11n(2)多个实体联系

(3)同一个实体内部联系

学生课程教学教师职工领导分数mn1pn例：一个简单的教学数据库系统的ER图学生(学号,姓名,性别,出生日期,党派,籍贯,系号)家庭成员(学号,姓名,性别,与本人关系,单位,职务)奖惩(学号,时间,类别,事由,级别)学历(学号,时间,学校,性质)系(系号,系名,地址,电话,系主任)课程(课号,课名,学时,学分,性质)选课(学号,课号,教师号,成绩)教师(教师号,姓名,职称,领导号,系号)学生奖惩家庭成员学历教师课程系经历管理获得拥有选课工作nmn1n1nn1n1p1成绩领导n1学生籍贯党派出生日期性别姓名学号课程学号性质学分学时课名……1.3.3结构数据模型

结构数据模型由三部分组成：数据结构数据操作

数据完整性约束数据结构

描述存储在数据库中的对象类型的集合。对数据库系统的静态结构描述。

数据结构包括两部分：

数据类型、内容、性质（属性）、取值范围（域）等。在不同的数据模型中，数据结构的表示方法不同。

数据之间的联系。数据操作

描述对数据库中各种对象的型和值所允许的操作集合。对数据库系统的动态结构描述。

数据操作包括两大类：

检索

更新（插入、修改和删除）

数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则（优先级等）及实现操作的语言等。数据的完整性约束

数据的完整性约束是一组完整性规则的集合。完整性限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确性、有效性和相容性。完整性主要有三类：

实体完整性

参照完整性

用户定义完整性实体完整性和参照完整性是任何数据库都必须满足的。用户定义完整性是根据用户的具体要求定义的。数据库系统应不仅能设置完整性，还能执行完整性约束条件。常见的结构数据模型目前，常见的数据模型有四种：

层次模型(HierarchicalModel)

网状模型(NetworkModel)

关系模型(RelationalModel)

面向对象模型(ObjectOrientedModel)非关系模型在20世纪80年代初以前非常流行，目前已逐渐被关系模型和面向对象模型所取代。但由于开发较早，有些多非关系模型的数据库系统仍在使用。非关系模型层次模型层次模型是层次数据库采用的数据模型，是最早出现的数据模型。层次数据库的典型代表是IBM的IMS(Information

ManagementSystem)。(1).数据结构层次模型采用树形结构，满足下面两个条件：

有且仅有一个结点无父节点，称根节点；

除根节点外，其他结点有且仅有一个父节点。R1R2R3R4R6R5R7学校产业部处学院中心系实验室教研室……某大学机构层次模型(部分)学校研院航院计院计工程系计基础系硬件教研室软件教研室……张三李四王五某大学机构层次模型实例(部分)(2).数据操纵和完整性约束

插入：没有父结点不能插入子结点。

删除：删除父结点，同时删除子结点。

修改：应修改所有记录，以免出现数据不一致。

查询：通过存取路径实现。(3).特点结构简单，完整性好，适用于实体之间联系固定且预先定义好的应用系统。应用范围有限，插入和删除限制较多、查询子结点必须通过父结点。网状模型层次模型是网状模型的特例。网状数据库的典型代表是DBTG，该系统是美国数据系统语言协商会CODASYL下设的数据库任务组DBTG提出的一个系统方案，而不是一个实际的数据库系统