数据库基础知识-讲义

数据（Data）：人们用于记录事物情况的物理符号基本形式的数据：数值型、字符型数据特殊型：图形、图像、声音等多媒体数据信息（Information）是数据中所包含的意义。信息是经过加工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据数据是表示信息的，但并非任何数据都能表示信息，信息只是加工处理后的数据，是数据所表达的内容。另一方面信息不随表示它的数据形式而改变，它是反映客观现实世界的知识，而数据则具有任意性，用不同的数据形式可以表示同样的信息。信息是对现实世界中各种事物的存在方式或运动形态的反映，它反映的是事物之间的联系。数据处理实际上就是利用计算机对各种类型的数据进行处理，将数据转换成信息的过程。它包括对数据的采集、整理、存储、分类、排序、检索、维护、加工、统计和传输等一系列操作过程。数据库，顾名思义，是存放数据的仓库。它是按一定的结构和组织方式存储在计算机外部存储介质上的，有结构，可共享的相互关联的数据集合。数据库｛数据，数据结构｝数据库的功能：①能方便寻找所需数据②能将数据有序排列③易于产生所需的结果，如图，表等④能设定有限查询的使用权限⑤具有网络功能，可供多人同时使用。数据库中的数据具有结构化好，冗余度小，数据独立性高，共享性高和易于扩充等特点。数据库管理系统是一个管理数据库的软件系统。它为用户提供了大量描述（建立）数据库、操纵（检索、排序、索引、显示、统计计算等）数据库和维护（修改、追加、删除等）数据库的方法和命令。而且它还能自动控制数据库的安全，及数据库的数据完整。比如：VisualFoxPro6.0，SQLServer，Oracle等系统就是数据库管理系统。其主要功能包括以下几个方面：（1）数据定义功能（2）数据操纵功能（3）数据控制功能（4）数据库的建立和维护功能数据库系统的目标在于存储和提取所需要的信息。由数据、硬件、软件和用户四部分构成。数据库管理技术的产生和发展随着计算机软、硬件技术的发展，在应用需求的推动下，数据管理技术经历了人工管理、文件系统、数据库系统、分布式数据库系统四个阶段。数据库的数据模型包含数据结构、数据操作和完整性约束三大要素。其中：1） 数据结构：是指对实体类型和实体间联系的表达和实现。2） 数据操作：是指对数据库的检索和更新操作的实现。3） 数据的完整性约束：是指给出数据及其联系所具有的制约和依赖规则。概念模型用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具，也是数据库设计人员和用户之间进行交流的语言，因此概念模型一方面应该具有较强的语义表达能力，另一方面还应该简单，清晰，易于用户理解。实体：客观存在并可相互区别的事物。属性：实体所具有的某一特性。码：一个实体的各属性中，可以唯一标识实体的属性，这个属性可以是一个，也可以是多个。域：属性的取值范围。实体集：用同一类实体的实体名和属性名抽象和刻画同一类实体。联系：在现实世界中，事物内部及事物间的联系在信息世界里反映为实体（集）内部及实体（集）间的联系。实体-联系模型（E-R模型）是PEChen于1976年提出的。这个模型直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间的联系,然后用E-R图表示数据结构。E-R图是直观表示概念模型的工具。具体表示方法为：实体型：用矩形表示，矩形框内标明实体名；属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与实体连接起来；联系：用菱形表示，菱形框内标明联系名，并用无向边连接有关实体，同时在无向边旁标明联系类型。结构模型：为了反映事物本身及事物之间的各种联系,数据库中的数据必须有一定的结构，这种结构用结构模型来表示。结构模型是数据库管理系统用来表示数据与数据联系的方法。在这里只介绍最常用的四种结构模型：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型。其中层次模型和网状模型统称为非关系模型（或格式化数据模型）。1） 层次模型优点：结构简单，易于操作；从上而下寻找数据容易，对于实体间联系固定的系统，建议采用这种模型，其性能优于关系模型，不低于网状模型。缺点：现实世界中很多联系是非层次的，如多对多等，此时用它表示就显的尤为笨拙；对插入和删除限制较多；查询非直系的节点非常麻烦。2） 网状模型优点：结构更加灵活，更直接地描述现实世界，存取效率较高。缺点：结构比较复杂，路径太多，当加入或删除数据时，牵动的相关数据较多，不易维护和重建。3） 关系模型关系模型的实质是把数据归结为满足一定条件的二维表格的形式。支持关系模型的数据库系统称为关系数据库管理系统，其中的数据库称为关系数据库。4） 面向对象模型面向对象数据模型能完整地描述现实世界复杂的数据结构，并具有封装性和继承性等面向对象技术的特点。数据库系统的体系结构：从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为集中式结构（又分单用户结构与主从式）、分布式结构、客户/服务器结构和并行结构。从数据库管理角度看，数据库系统通常采用三级模式结构（数据库管理系统内部的体系结构）。即：内模式、模式和外模式三级构成。模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅涉及类型的描述，不涉及具体的值。实例（Instance）是模式的一个具体值。内模式也称存储模式（StorageSchema），它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，例如：定义某数据库数据按顺序方式存储在磁盘上。模式也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层。例如定义学生实体（学号，姓名，性别，出生日期，专业班级），此外，还要定义各字段的类型、取值范围以及数据之间的联系等。外模式也称子模式（Subschema）或用户模式，它是模式的子集,是数据库用户的数据视图。一个数据库只有一个内模式，也只有一个模式，但一个数据库可以有多个外模式。关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成。专门的关系运算（1）选择（Selection）（记录筛选）选择运算是从关系中查找符合指定条件元组的操作。以逻辑表达式指定选择条件，选择运算将选取使逻辑表达式为真的所有元组。（2） 投影（Projection）（字段筛选）投影运算是从关系中选取若干个属性的操作。投影运算从关系中选取若干属性形成一个新的关系，其关系模式中属性个数比原关系少，或者排列顺序不同，同时也可能减少某些元组。（3） 连接（Join）（表间横向连接）联接运算是将两个关系模式的若干属性拼接成一个新的关系模式的操作，对应的新关系中，包含满足联接条件的所有元组。联接过程是通过联接条件来控制的，联接条件中将出现两个关系中的公共属性名，或者具有相同语义、可比的属性。连接是将两个二维表格中的若干列，按同名等值的条件拼接成一个新二维表格的操作。在表中则是将两个表的若干字段，按指定条件（通常是同名等值）拼接生成一个新的表。传统的集合运算进行并、差、交集合运算的两个关系必须是具有相同的关系模式，既结构相同，对应项的数据类型也必须相同。关系完整性约束：为保证数据库中数据的正确性和相容性，对关系模型提出的某种约束条件或规则。通常包括实体完整性、参照完整性和用户定义完整性（又称域完整性），其中实体完整性和参照完整性，是关系模型必须满足的完整性约束条件实体完整性是指关系的主关键字不能取“空值”。参照完整性是定义建立关系之间联系的主关键字与外部关键字引用的约束条件。用户定义完整性关系数据库的规范化：关系是张二维表，它有一个最起码的要求：每个属性不可再分，满足这个条件的关系模式就属于第一范式（1NF）。数据库技术的研究可以说是从三个方面进行的：数据模型、应用领域、计算机技术。♦数据模型：数据模型的研究是基础性研究，它重点研究如何构造数据模型，如何表示数据及其联系。数据模型经历了层次模型、网状模型和关系模型的发展阶段，现在面向对象模型是数据库领域的专家们研究的一个重点课题。♦应用领域：数据库技术的最初应用领域主要是信息管理领域。♦计算机技术：计算机技术的发展也促进了数据库技术的发展，通过将计算机技术的一些研究领域与数据库技术相结合，产生了很多新的数据库系统。3.2主要的研究领域和应用领域下面介绍几个比较有代表性的研究领域和应用领域：1）因特网上的Web数据库2）面向对象数据库3）并行数据库4）多媒体数据库5）工程数据库6）辅助决策支持7）人工智能领域的知识库3.3数据库技术的发展方向数据、计算机硬件和数据库应用，这三者推动着数据库技术与系统的发展。数据库要管理的数据的复杂度和数据量都在迅速增长；计算机硬件平台的发展仍然实践着摩尔定律；数据库应用迅速向深度、广度扩展。尤其是互联网的出现，极大地改变了数据库的应用环境，向数据库领域提出了前所未有的技术挑战。这些因素的变化推动着数据库技术的进步，