第1章数据库基础知识

第1章数据库基础知识

数据库技术

数据库系统

数据模型

关系模型

数据库的设计方法

2

1.1数据库技术的发展

数据与数据处理

□>

数据库技术的发展

E>

3

1.1.1数据与数据处理

1数据和信息

数据：是描述现实世界事物的符号记录形式,

是利用物理符号记录下来的可以识别的信息。

数值型数据字符型数据多媒体数据

包括：数字、文字、图形、图像、声音、其它特

殊符号。

4

1.1.1数据与数据处理

1

信息：经过加工处理并对决策产生影响的数

据。

数据是信息的符号表示或载体

一-------一年息是数据的内涵，是对数据的语义解释

信息和数据的啰〉

数据是信息的表现形式，信息是数据有

意义的表示530

打电话时，电话线交换机交换语音【数据】

而你和接电话的人交换的是【信息】。

1.1.1数据与数据处理

数据处理是指将数据转换成信息的过程。

包括对各种形式的数据进行收集、存储、分类、

计算、加工和传输等一系列活动。

高考志愿的收集

6

1.1.2数据库技术的发展

人工管理阶段

数据库文件管理阶段

技术I

而爰展,数据库管理阶段

新型数据库系统阶段

7

1.1.2数据管理技术的发展

时间：20世纪50年代以前.

用途：主要用于数值计算j

硬件：卡片、纸带和磁带

一♦

r软件：无系统软件和管理数据的软件

8

1.1.2数据库技术的发展

1.数据量小且无法长期保存；

2.数据重复输入量大；

3.程序间不能共享数据；

4.数据对应用程序不具有独立性。

9

1.1.2数据库技术的发展

2

时间：20世纪50年代后期至60年代中期

软件：有操作系统和文件系统

5M

硬件：磁鼓和磁盘等直接存取设备

共使用了50个24

英寸的磁盘

10

1.1.2数据库技术的发展

1.数据可以长期保存；

2.程序间可以共享数据；

3.数据共享性差、冗余度大;

4.程序对数据依赖性较强。

11

1.1.2数据库技术的发展

3数据库系统阶段

10000万字押间：20世纪60年代后期至70年代后期.

符的信息用途：主要用于数值计算

约100M

外存：大容量磁盘

软件：出现许多数据库管理系统

微机上dBase

Oracle数据库管理系统

12

13

1.1.2数据库技术的发展

3数据库系统阶段

1.数据集中式管理,高度共享;

2.数据结构化并与程序分离，较高

的独立性；

3.数据冗余度小，并具有一致性和完

整性等特点。

14

1.1.2数据库技术的发展

4新型数据库系统阶段

分布式数据库系统

1.具有很强的可靠性和可用性；

2.强大数据共享和并发控制能力；

3.数据一致性和安全性控制措施更加

完善。

15

1.2数据库系统

数据库系统是基于数据库的计算机

应用系统。

带有数据库并利用数据库技术进行

数据管理的计算机系统。

可以实现有组织地、动态地存储大

量相关数据，提供数据处理和信息

资源共享服务。包

16

1.2.1数据库系统的组成

1

1.硬件:支持系统运行的计算机硬件设备

2.软件:包括操作系统、数据库管理系统和数据

库应用系统等。

17

1.2.1数据库系统的组成

2数据库管理系统

数据库系统的核心，是一种系统软件。

是用于建立、维护和管理数据库的系统软件，它

提供数据安全性和完整性的控制机制，具有完备

数据库操作命令体系；可在交互方式下管理和存

取数据库。

18

1.2.1数据库系统的组成

数据库系统的数据源

数据库（Database,简称DB）

是数据的集合，并按照一定的组织方式将数

据保存在存储介质上，同时可以被各种用户

所共享。

19

1.2.1数据库系统的组成

数据库系统有关人员

最终用户

数据库系统开发人员

系统分析员设计员和程序员

数据库管理员：对数据库的规划、设计、维护

等进行管理的人员，一般要具有较高的数据库

技术和较好的人际交往能力。

20

1.2.2数据库的结构体系

数据库系统的标准结构三级模式结构及二级映射。

三级模式由外模式、概念模式和内模式组成。

二级映射由概念模式/内模式的映射外模式/概念模

式的映射。

21

I12.2数据库的结构体系

［丙模式：又称物理模式，具体描述数据在外部存储器上如

I何组织存储。内模式反映了数据库的存储方式。

米模式：又称逻辑模式或概念模式，是对数据库中数据的整

体逻辑结构和特征的描述，是全体用户公共的数据视图。

外模式：是用户的数据视图，与某一应用有关的数据的逻

辑表示。外模式是模式的一个子集，故又称为子模式，包

含模式中允许特定用户使用的那部分数据。

三者之间的关系:

内模式是模式的物理实现为了有效地组织、管理

概念模式是内模式的逻辑表力数据，数据库采用三级模式

结构：内模式、模式和外模

外模式则是模式的部分抽取

式组成，即由物理级、概念

级和用户级组成。

22

1.2.3数据库系统的特点

3数据库系统的特点

1.数据结构化

2.数据共享性高，冗余度低、易扩充

3.数据独立性高

4.数据由数据库管理系统统一管理和控制

1.3数据模型

数据模型：反映实体及其实体间联

系的数据组织的结构和形式。

数据模型是的用来表示实体及其

联系的方法。

数据模型是对现实世界进行抽象和

转换的结果

1.3.1数据模型的组成要素

数据模型的三个组成要素：

数据结构、数据操作及数据的完整性约束

1.数据结构

数据结构用于描述实体的静态特性。

在数据库系统中，通常按照其数据结构的

类型来命名数据模型。

层次结构、网状结构和关系结构

2.数据操作

数据操作用于描述实体的动态特性,

是指对数据库中的各种数据所允许执行

的操作的集合。

数据库主要有查询和更新（包括插入、

删除和修改等）两大类操作。

3.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。完整性规则是给定的数据模型

中数据及其联系所具有的约束和依存规

则，以保证数据的正确、有效和相容。

L32数据模型分类

/概念模型：是对客观事物及它们之间的内

在联系的描述。

常用的表示方法：模型窗体联系模型）

/逻辑模型：在机器世界中以逻辑模型描述

客观事物及其联系。是困岐持的数据模型。

逻辑模型主要有：层次模型、网状模型、关

系模型。

/物理模型：描述数据在物理存储介质上的

组织结构。

27

28

1.3.3概念模型

具有相同属性的实体集合。

29

J33概念模型

2

实体属性每个实体都具有一定的特征或性质

-------实体的特征称为属性

一个实体有多个属性

教师、专业

能唯一标识实体的属性或属性集称

为实体标识符

30

J3尸概念模型

实体属性值是实体属性的具体化表示。

-----------属性值的集合表示一个实体。

31

1.3.3概念模型

I-是实体的结构描述

I头体类型是实体名和属性名的集合

具有相同属性的实体，有相同的实体

类型

如一个学生类实体

学生（学号，学生姓名，性别，出生日期，籍贯，特长）

如一个课程类实体

课程（课程编号，课程名称，开课学期，理论学时,

实验学时，学分）

32

1.3.3概念模型

现实世界中事物之间相互关联，在事物数据化过

程中表现为实体之间的对应关系，称为联系。实

体之间的联系有一对一多对多三种。

一对一联系指一个实体与另一个实体之间存在

----对应关系。

例如一个班级班长

一个学院院长

33

,1.3.3概念模型

1__________________

—对多联系指一个实体对应多个实体

如一个班级一多个学生

一个学院——多个班级

多对多联系指多个实体对应多个实体

如学生课程

教师课程

5E-R图

实体一关系咿模型：利用标准图例来描述实体及实

体间的联系。

矩形一实体

椭圆属性

菱形联系

34

35

1.3.4逻辑模型

逻辑模型是数据库管理系统中用于描述实体及其实

体之间联系的方法。用于描述数据库管理系统的数

据模型有三种：层次模型、网状模型、关系模型

层次模型是通过树型结构表示实体及其实体

之间联系的数据模型。

树结点一实体类型

结点间箭头一实体类型间联系

36

1.3.4逻辑模型

图1.1层次模型示例

特点：有且仅有一个结点没有父结点，称为根结点;

每个非根结点有且仅有一个父结点。

37

1.3.4逻辑模型

通过网状结构表示实体及其实体之间联系的

数据模型。

网”中结点实体类型

结点间箭头实体类型间联系

38

1.3.4逻辑模型

2

科研机构

-----------1读者

图12网状模型示例

特点：可能有多个结点没有父结点，即多个根结点;

某个非根结点可能有多个父结点。

39

1.3.4逻辑模型

通过二维表结构表示实体及其实体之间联系

的数据模型，用二维表来表示实体类型，表

中一行数据描述一个实体。

一张二维表一一种实体类型

表中的一行一一个实体

在关系数据库中，通常招同一种实体型的数据存放

在一个表中，实体属性集合作为表结构，而一个实

体属性值的集合作为表中一个数据记录，表示一个

实体。

40

1.3.4逻辑模型

关系模型：籍贯关系模型：学院

学院编码名称类别

编码名称科

理

京

匕101统计

科

01理

3津102应用数学

科

02文

海

匕201国际贸易

科

文

10庆

屋

文

202法学科

111

301经贸外语

关系模型：学生

学号姓名性别出生日期学院编码籍贯

大

李

男

明

03101011988/05/0410101

张

晓

男

0310102光1989/06/0110102

韩

雪

女

鹏

王

宇

0311101女1989/01/1230110

03012011987/10/0120111

14关系模型

E关系模型的基本概念

E关系运算

42

1.4.1关系模型的基本概念

1关系模型中常用术语

关系一个关系就是一张二维表，表是属性

及属性值的集合。

表中每一列称为一个属性（字段），

属性

每列都有属性名，为列名或字段名。

E表示各个属性的取值范围。

指表中的一行数据，也称为记录。一个元组

对应一个实体，每张表中可以含多个元组。

43

1.4.1关系模型的基本概念

每一列中的分量是同一类型的数据，来自同一

个域。

不同的列可以来源于同一个域，称其中的每一列

为一个属性，不同的属性要有不同的属性名。

列的次序可以任意交换。

任意两个元组不能完全相同。

行的顺序可以任意交换。

每一个分量必须是不可分的数据项。

44

1.4.1关系模型的基本概念

1关系模型中常用术语

属性值表中行和列的交叉位置对应某个属性

的值。

关系模式I是关系名及其所有属性的集合，一个

--------关系模式对应一张表结构。

关系模式的格式：

关系名（属性1,属性2,属性3,…，属性n）

45

1.4.1关系模型的基本概念

1关系模型中常用术语

候选键在一个关系中，由一个或多个属性组

成，其值能唯一地标识一个元组。

关系中能唯一区分、确定不同元组的单个

主关键字

属性或属性集合称为该关系的一个关键字。

一个表中可能有多个候选键，通常用户仅

选用一个候选键作为关键字，称为主关键

字或主键。

46

1.4.1关系模型的基本概念

1关系模型中常用术语

-----------如果一个关系中某个属性或属性集合并非

外部关键字本关系的关键字，而是另一个关系的关键

-----------字，则称这样的属性或属性集合为本关系

的外部关键字，简称外键。

47

1.4.1关系模型的基本概念

1关系模型中常用术语

主表和从表主表和从表是指通过外键相关联的两个表,

其中以外键为主键的表称为主表，外键所

在的表称为从表。

关系术语示例

由下列图标中指出对应的关系、元组、属性、关键字、外部关

键字

遇课程：表-曰X

□X

理理名称濠程分类学分-手段名称

文

本

►+101毛泽东思想概论选修设2»看看

文

本

1UZ马克思主义政治显济学原理选修课1■课程名称

文

本

+英语（二）选修课课程分类

数

1034字

1U4高等数字（工本）必修课1U学分

♦105高级语言程序设计（一）必修课5

♦106物理（H）选修课2

+107数据结构导论选修设7

—+1AR工程运济必修课

5T—r、KJ74R1.5、,,1,.»，AJrta

记录；M।11r1|M|卜*|共有记录数：M

本

属

现实世界关系模型数据库表文件实

实体元组记录^的

实体集关系数据表文件

实体属性S1而

-LirwjiBjv48

49

1.4.2关系运算

对关系数据库进行查询时，需要找到用

户感兴趣的数据，这就需要对关系进行

一定的关系运算。

关系的基本运算有两类：

一,传统的关系运算：并，交，差，笛

卡尔积

二.专门的关系运算：选择投影连接

.4.2关系运算

传统集合运算

并。)：设关系厢靠相同的结构，则RJ油属于碱属于S

的元组组成。例：,_(_,_.

学号姓名性别

01张三男

学号姓名性别学号姓名性别

02李四男

01张三男05王红女

05王红女

02李四男06赵艳女

06赵艳女

主好壬葡麻

42关系运算

传统集合运算

交0）：设关系丽函相同的结构，则Rn油既属于双属

于郛j元组组成。例：

学号姓名性另U学号姓名性别|¥¥|FIS

01张三男01张三男LSS1

02李四男06赵艳女

差6）：设关系聃靠相同的结构，则R-油属于我旦不属

于联元组组成。例：

学号姓名性另U学号姓名性另IJ[¥¥][WFH]

张三男李四男

0102|QI1

02李四男06赵艳女

1.4.2关系运算

传统集合运算

笛卡尔积■）：设近关系砥无关系S则RX堤一个nxm

元组的集合。注意，丽诙系的结构不必相同。例：

课程学号姓名性别

课程学号姓名性另U数学01张三男

数学X01张三男数学02李四男

英语02李四男英语01张三男

英语02李四男

1.4.2关系运算

专门的关系运算

选择（oFR）:从关系中选择满足一定条件的元组形成新

关系q

学号姓名性另U

01张三男

02李四男F：姓名='张三'|¥¥|ion

05王红女|oi|BltB

06赵艳女

投影（兀A0）：从关系中选择若干属性列组成新的关系。

____________________

学号姓名性别姓名性别

01张三男张三男

02李四男A：姓名，性别李四男

05王红女王红♦女

06赵艳女赵艳

42关系运算

专门的关系运算

连接（。）：从两个关系的笛卡尔积中选取满足一定条件的

元组。有两种形式：等值连接，自然连接

等值连接Rix6岫）：从麻I联笛卡尔积中选择A瞩性值相等的

元组。注：A理属性集合

分值成绩姓名性别

85X85张三男[W|\^\

A（分值）=B（成绩）RM[851

6074李四男nntH

自然连接Rix5：要求A瞩性组必须相同，并在结果中去掉重复

的属性列。在实际数据库关系中利用相关表外键进行自然连接运算。

成绩姓名性别

成绩姓名性别

85张三男（成绩（成绩）

A）=B85张三男

李四

主号

55

1.4.2关系运算

传统的关系运算

并运算两个相同结构关系的“并”是由属于这两个

-----关系的元组组成的集合。如两个班的学生

差运算设有两个相同结构的关系R和S,R与S的差

是由属于R但不属于S的元组组成的集合。

两个具有相同结构的关系和它们的交

交运算RS,

是由属于R又属于S的元组组成的集合。

在Access中没有直接提供传统的集合运算，但可以通过其

他操作或编程来实现。

56

1.4.2关系运算

例：已知两个关系R和S,关系R代表参加项目1的员工，关

系S代表参加项目2的员工，如表L1和1.2所示。

表1.1关系R表1.2关系S

员工编号员工姓名员工编号员工姓名

01001王磊01002王浩田

01003张晓华01003张晓华

01005刘洋01004孟德水

57

1.4.2关系运算

关系R关系R和关系S的并运算、差运算和交运算的结果如下表所示。

并运算(RUS)差运算(R-S)交运算(RAS)

58

1.4.2关系运算

专门的关系运算

—~投影是从表中选取若干列进行操作。选取

投整选作J列时不受表中列顺序的约束，可按实际需

要安排各列顺序。通常在命令中加上要选

取的各个列名称来完成投影操作。

选择操作选择操作是从表中选取满足某种条件的元

-------组（记录）进行操作。通常在命令中加上

条件子句和逻辑表达式来完成选择操作。

59

1.4.2关系运算

专门的关系运算

连接操作连接是对两张表进行连接，同时生成一张

-------新表，新表中含的列是被连接的两张表中

列的并集或该并集的子集，新表中包含的

元组是满足连接条件的所有元组集合。

60

1.4.3关系的完整性约束

实体完整性规则规定关系的主关键字的属性不

能为空值，而不是整体不能为空值。

例如，学生关系（“学号，姓名，性别，特长）”中，

“学号”为主关键字，则“学号”不能取空值，而不是

整体不能为空。

61

1.4.3关系的完整性约束

关系的完整性

用户自定义完整性规则

不同的关系数据库系统根据其应用环境的不同,

通常需要针对某一具体字段设置约束条件。

例如，学生成绩字段的取值必须在0—100之间。

62

1.4.3关系的完整性约束

关系的完整性

参照完整性规则

参照完整性是相关联的两个表之间的约束。对于具有主

从关系的两个表来说，表中每条记录外键的值必须是主

表中存在的，如果在两个表之间建立了关联关系，则对

一个关系进行的操作要影响到另一个表中的记录。

63

1.5数据库的设计方法

需求分析

概念结构设计’

设计逻辑结构