数据库系统简明教程ch1-Intro

数据库系统简明教程电子工业出版社

课程地位简介计算机学科的核心课程我国的计算机专业、信息系统及其他相关专业中都开设数据库系统课程ACM/IEEE91中有数据库课程CC2001中将数据库和信息检索放在一起。日本J97的教学计划中,将计算机相关课程划分成不同的专业方向,数据库是几乎在全部教学计划中出现的课程。课程安排及考核标准：1.理论讲授50学时，理论课考试（笔试、闭卷）占总成绩70%2.上机实习18机时，平时作业＋上机作业占总成绩30%序课程简介《数据库系统简明教程》赵立江，王文数据库系统简明教程电子工业出版社参考书目：萨师煊等．数据库系统概论（第四版）高等教育出版社，

施伯乐等．数据库系统教程（第二版）．高等教育出版社徐洁磐．现代数据库系统教程．北京希望电子出版社杨冬青等译数据库系统概念(第四版)

机械工业出版社岳丽华等译数据库系统全书机械工业出版社周傲英等译数据库原理、编程与性能(第二版)

陈雁等．数据库系统原理与设计．中国电力出版社廖望等．SQLServer2000案例教程．冶金工业出版社

第一章绪论本章学习目标理解数据库的基本概念了解数据管理技术的发展掌握数据库系统的特点理解数据模型的基本概念第一章绪论1.1数据库与数据库系统引言数据库技术的产生和发展

计算机发展的初期只是用业做复杂的科学计算，随着软硬件技术的发展，对字符串处理能力的引入，开始具有了数据处理的能力。数据库技术地位数据管理的最新技术，计算机科学的重要分支。信息系统的核心和基础，促进了计算机应用向各行各业的渗透。建设规模、信息量大小和使用频度——一个国家信息化程度的重要标志。1.1数据库与数据库系统引言四个基本概念数据（Data）数据库（Database，简称DB）数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）1.1数据库与数据库系统引言数据是描述现实事物的符号。数据库中存储与处理的对象，是描述事物的符号记录。数据是信息存在的一种形式。什么是数据管理 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组成数据的符号种类数字、字符串、日期、逻辑值、文本、图形、图象、声音（多样性、可构造性、持久性/挥发性、私有性/共享性、小量/海量…）数据的特点数据与其语义是不可分的深层次的问题信息知识信息信息：客观事物的存在方式或运动状态的反映，感知、存储加工、传递、再生。信息是数据的内涵。知识“行动的能力”“可以辅助我们作出决策或采取行动的有很高价值的一种信息形态”可以很快地将信息从一个地方转移到另一个地方，但将知识从一个人转移给另一个人经常是很困难和很慢的学习知识感知信息数据管理技术的发展经历了以下三个阶段：

人工管理阶段

(20世纪50年代中期前)应用程序１数据集１应用程序２数据集２应用程序ｎ数据集n...…...…特点：1.数据不保存2.应用程序管理数据3.数据不共享4.数据不具有独立性DATA SEGMENT XDB-25 RESULTDB?DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUMES:DATA,CS:CODESTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AL,XTESTAL,80HJZNEXTNEGALNEXT: MOV RESULT,AL MOV AH,4CHINT 21HCODE ENDSENDSTART

1.2数据管理技术的演变1.2数据管理技术的演变

文件系统阶段(20世纪50年代后～60年代中期)应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n存取方法...…...…特点：1.数据可以长期保存2.文件系统管理数据3.数据共享性差、冗余度大4.数据独立性差S004张晓明19女社会学95S006王大鹏20男商品学95S008赵文斌18女法律学95………………1.2数据管理技术的演变

数据库技术阶段(60年代末--现在)从1968年到1970年发生的三大历史事件标志着DB技术的成熟。IBM公司1968年成功研制层次数据管理系统(IMS)。美国CODASYL（ConferenceOnDataSystemLanguage,数据系统语言协商会）1971年公布的DBTG报告提出网络数据库系统CODASYL系统或DBTG系统）。IBM公司E.F.Codd1970发表一系列论文，奠定了关系数据库系统（RDBMS）理论基础。1.2数据管理技术的演变特点：数据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DBMS应用程序1应用程序2数据库…1.2数据管理技术的演变经历了三代演变层次/网状系统、关系系统、新一代数据库系统家族

造就了三位图灵奖turingaward得主C.W.Bachman、E.F.Codd和JamesGray

发展了一门计算机基础学科以数据模型和DBMS核心技术为主，内容丰富、领域宽广形成了一个巨大的软件产业DBMS及其相关工具产品、应用解决方案

题外：数据库领域的三位图灵奖得主CharlesW.Bachman(查尔斯•巴赫曼)1973主持设计与开发了最早的网状数据库管理系统IDS，

1964年推出IDS后，它的设计思想和技术直接影响了后来的数据库。他还促成了数据库标准的制定，即DDL和DML规范说明。EdgarF.Codd(埃德加•科德)1981于1970年6月发表了题为“ARelationalModelof

DataforLargeSharedDataBanks”一文，首次明确而清晰地为数据库系统提出了一种崭新的模型，即关系模型。一经提出迅速商品化。JamesGray(詹姆斯•格雷)1998事务处理领域公认的权威在解决保障，在数据的完整性、安全性、并行性，以及从故障中恢复方面发挥了十分关键的作用。1.2数据管理技术的演变用户用户用户应用系统应用开发工具DBMS操作系统数据库数据库管理员数据库系统示意图1.2数据管理技术的演变数据库管理系统的主要功能数据定义功能:由DBMS提供的数据定义语言(DataDefinitionLanguage,DDL)定义数据库中的数据对象。数据操纵功能：由DBMS提供的数据操纵语言(DataManipulationLanguage,DML)实现对数据库的查询、插入、删除和修改。数据控制功能:由DBMS提供的数据控制语言(DataControlLanguge,DCL)实现数据保护和事务管理等功能。包括完整性、安全性、并发控制、数据库恢复。数据库的建立和维护功能1.3数据描述与数据模型信息处理的三个领域：现实世界信息世界机器世界具体事物信息数据(Data)数据库(DataBase)1.3数据描述与数据模型认识和处理的过程：客观事物及事物间的联系信息数据反映（抽象）作用、指导数据化信息化构成信息模型数据模型现实世界信息世界机器世界客观存在规范信息分类组织编码存储检索指导、决策依据反映1.3数据描述与数据模型概念模型是信息建模，是对现实世界的事物符号化的描述，为计算机处理做准备。常用的概念模型是E-R图(Entity-RelationshipDiagram)。信息世界的主要概念实体(Entity):客观存在的各类事物。分为弱实体和强实体。属性(Attribute):实体所具有的特性。有组合属性、多值属性、派生属性。实体标识符(EntityIdentifier)：能唯一标识实体的属性。域(Domain):属性的取值范围。实体型(EntityType):对具有相同属性特征实体的描述。实体集(EntytySet):同型实体的集合。联系(Relationship):不同实体集中实体之间的联系，也可以是同一实体集内实体的联系。1.3数据描述与数据模型联系的种类：一对一联系(1:1)：实体集A中的任一实体，在实体集B中最多有唯一实体和它对应；反之，实体集B中的任一实体，在实体集A中最多有唯一实体和它对应。a1

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1.3数据描述与数据模型一对多联系(1:N)：实体集A中的任一实体，在实体集B中有多个实体和它对应；反之，实体集B中的任一实体，在实体集A中最多有唯一实体和它对应。a1

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1.3数据描述与数据模型多对多联系(M:N)：实体集A中的任一实体，在实体集B中有多个实体和它对应；反之，实体集B中的任一实体，在实体集A中有多个实体和它对应。a1

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1.3数据描述与数据模型用E-R图建立概念模型实体的表示：属性名学生学号年龄性别姓名实体名

属性的表示：并用无向边将其与相应的实体连接起来。1.3数据描述与数据模型联系的表示：联系名11联系名1N联系名MN课程选修学生mnm:n联系班级组成学生1n1:n联系班级班级-班长班长111:1联系实体联系图示例：1.3数据描述与数据模型两个以上不同实体集之间的联系：课程讲授教师1m多个实体型间的1:n联系参考书n食堂进餐教师mm多个实体型两两间的m:n联系学生n吃饭教-学mnn同一实体集内部实体间的联系：职工领导1n同一实体型内部的1:n联系学生室友mn同一实体型内部的1:n联系1.3数据描述与数据模型完整的E-R图（实体、属性和联系都要完整）课程选修学生mn成绩姓名性别年龄班级课程号学号学分课程名学生选课E-R图1.2概念模型与数据模型完整的E-R图：供应商供应商号姓名地址电话帐号仓库仓库号面积电话工作职工职工号姓名年龄职称工作项目零件职工号项目号预算开工日期零件号名称规格单价描述库存职工号库存m1nnpmn1n工厂物资管理E-R图第一章绪论上节回顾：人们对信息的存储是为了更好地利用信息。对信息的计算机存储首先是对其进行数据化，即用计算机能表示和识别的符号来表示信息。随着计算机软、硬件技术的发展，对数据的管理先后经历了人工管理、文件系统管理和数据库管理三个阶段。数据库管理系统（DBMS）是专门管理数据库的软件。它包含的主要功能有数据定义、数据操纵（操作）、数据控制和数据库建立与维护。对数据的组织存储首先是对事实世事及其联系的正确描述，就是建立概念模型（信息模型），常用E-R图来描述。E-R图三要素：实体、属性和联系。第一章绪论结论E-R图可以准确地描述实事世界的事物及事务之间的关系（联系）。问题这些实体和联系如何用计算机来实现？课程选修学生mn成绩姓名性别年龄班级课程号学号学分课程名学生选课E-R图学生选课E-R图第一章绪论结论：实体以记录为基本单位存储在计算机内。问题：联系如何来实现？1.3数据描述与数据模型数据模型是信息模型（概念模型）的数据化，从计算机角度出发，提供表示和组织数据的方法。数据模型三要素：数据结构：记录间的组织形式。静态数据操纵：建立在特定结构下的操纵实现。动态数据完事性约束：记录内部及记录间的限定。数据模型的分类：层次模型网状模型关系模型面向对象模型1.3数据描述与数据模型层次模型（HierarchicalModel）数据结构：以一条包含实体所有属性值的记录为基本单位，记录之间的联系以树型结构来表示。叶结点根结点兄弟结点兄弟结点叶结点叶结点R1R2R3R4R5满足下面两个条件:1.有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点。2.根以外的其它结点有且只有一个双亲结点。1.3数据描述与数据模型层次模型实现示意图：主楼Ⅱ区通信工程D01主楼Ⅲ区电子工程D02主楼Ⅰ区计算机D03……………系：软件实践中心R0302软件教研室R0303……………………信息科学研究所R0101信息保密研究所R0102应用教研室R0301教研室：…………………………男王大明E0102女李明丽E0103女陈芝E0313男孟正堂E0315教师：1.2概念模型与数据模型层次模型特点：结点的双亲是唯一的只能直接处理一对多（一对一）的实体联系每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在问题：多对多联系如何表示？1.3数据描述与数据模型多对多联系在层次模型中的表示将多对多联系分解成一对多联系。分解方法：冗余结点法+成绩姓名学号课程名课程号S-CmnSC成绩姓名学号课程名课程号SC课程名课程号成绩姓名学号SC1.3数据描述与数据模型2.虚拟结点法+成绩姓名学号课程名课程号S-CmnSC成绩姓名学号V.CSC课程名课程号V.SCS1.3数据描述与数据模型优点层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观，容易理解性能优于关系模型，不低于网状模型层次数据模型提供了良好的完整性支持缺点多对多联系表示不自然对插入和删除操作的限制多查询子女结点必须通过双亲结点层次命令趋于程序化典型代表：1968年推出的IMS(InformationManagementSystem)系统。1.3数据描述与数据模型网状模型：数据结构R1R2L1L2R3数据结构是网。记录之间的联系用连线表达。联系必须标注名称。L3L1L4

R1R2R3R5L2R41.3数据描述与数据模型网状模型的实现课程选修学生mn成绩姓名系别课程号学号学分课程名学生选课E-R图将多对多联系分解成两个一对多联系对于带属性的联系单独作为一组记录系别姓名学号学分课程名课程号成绩课程号学号S-SCC-SCBachman图SCSC1.2概念模型与数据模型示意图：CS王杰S003……………CS张娜S002CS李小明S001S4计算机原理C02……………3高等数学C01C65C01S00284C02S00291C01S00385C02S003………..……78C02S00180C01S001SC1.3数据描述与数据模型优点能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲具有良好的性能，存取效率较高缺点结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握DDL、DML语言复杂，用户不容易使用规范：DBTG系统，亦称CODASYL系统（1970‘s）实际系统CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE1.3数据描述与数据模型关系模型数据结构关系(Relation)元组(Tuple)属性(Atribute)分量域：属性的取值范围。关系模式：对关系结构的描述，定义如下： 关系名（属性1，属性1，…，属性n）例：学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）主码(Key)1.3数据描述与数据模型关系应具有的六条性质：列是同质的；不同的列可以出自同一个域；列序无关性；任意两个元组不能完全相同；行序无关性；分量必须取原子值。数据操纵与完整性约束查询、插入、删除、修改

数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合。实体完整性、参照完整性、用户定义完整性1.3数据描述与数据模型存储结构实体和联系都作为数据文件来存储。实体型：直接用关系（表）表示。属性：用属性名表示。一对一联系：隐含在实体对应的关系中。一对多联系：隐含在实体对应的关系中。多对多联系：直接用关系表示。1.3数据描述与数据模型优点建立在严格的数学概念的基础上概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用实体和各类联系都用关系来表示。对数据的检索结果也是关系。关系模型的存取路径对用户透明具有更高的数据独立性，更好的安全保密性简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作缺点

存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型。为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度。1.3数据描述与数据模型ORACLESYBASEINFORMIXDB/2IngresOpenBaseSQLServerPostgreSQLMySQL1.5数据库系统结构数据库系统结构的两种划分方法从数据库管理系统角度看：三级模式结构从数据库最终用户角度看集中式结构(单用户结构、主从式结构)分布式结构客户／服务器(Client/Server)结构并行结构1.5数据库系统结构数据库系统的模式型（Type）：对某一类数据的结构和属性的说明值（Value）：是型的一个具体赋值例如：学生记录记录型：

（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）该记录型的一个记录值：

（900201，李明，男，计算机，22，江苏）1.5数据库系统结构模式（Schema）数据库逻辑结构和特征的描述是型的描述反映的是数据的结构及其联系模式是相对稳定的模式的一个实例（Instance）模式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动1.5数据库系统结构数据库系统的三级模式结构应用程序1应用程序3应用程序4应用程序5应用程序2外模式1外模式3外模式2模式内模式数据库外模式／模式映象模式／内模式映象1.5数据库系统结构模式（Schema，也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据之间的联系数据有关的安全性、完整性要求1.5数据库系统结构外模式（ExternalSchema，也称子模式或用户模式）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同1.5数据库系统结构外模式与应用的关系：一对多同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用，但一个应用程序只能使用一个外模式。外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据1.5数据库系统结构内模式（InternalSchema，也称存储模式）是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储）索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否加密数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式1.5数据库系统结构三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换应用程序1应用程序3应用程序4应用程序5应用程序2外模式1外模式3外模式2模式内模式数据库外模式／模式映象模式／内模式映象1.5数据库