数据库第一章

数据库第一章第1页，课件共86页，创作于2023年2月2

授课教师：黄楠

E-mail:xxxyhn@163.comTel2页，课件共86页，创作于2023年2月3学时分配：总学时：54学时（18周）其中：教学36学时上机实训18学时

第3页，课件共86页，创作于2023年2月4考核方式及成绩比例：

平时成绩（10%）（书面作业、实验报告、上课提问、上课上机点名等）期中书面闭卷考试（20%）期末书面闭卷考试（70%）第4页，课件共86页，创作于2023年2月5王珊萨师煊《数据库系统概论》第四版高教出版社施伯乐等《数据库系统教程》高教出版社刘云生等《数据库系统概论》华中理工大学出版社王能忠等《数据库原理及应用》成都科技大学出版社AFirstCourseinDatabaseSystems《数据库系统基础教程》Jeffrey.D.Ullman著史嘉权译

詹英等《数据库技术（SQLServer2005）清华大学出版社《SQLServer2005》操作的相关书籍《数据库系统概论》的主要参考资料：第5页，课件共86页，创作于2023年2月6本课程主要内容：第1章绪论

第3章关系数据库(2.9)第2章SQL-Server操作基础第5章关系数据理论第7章数据库设计

第6章系统实现技术（1）第4章SQL语言(3.8)第6页，课件共86页，创作于2023年2月7第1章绪论1.1数据库系统概论1.2数据模型1.3数据库系统体系结构1.4数据库的系统组成及应用研究第7页，课件共86页，创作于2023年2月8数据库系统概论1.11.1.1引言

计算机的应用领域：

数值计算数据处理实时控制人工智能辅助设计等80%以上

2.什么是数据？

在计算机系统中，各种字母、数字符号的组合、语音、图形、图像等统称为数据，数据经过加工后就成为信息。第8页，课件共86页，创作于2023年2月93.什么是数据处理指对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播等一系列活动的总和。目的：是从大量、原始的数据中抽取、推导出对人们有价值的信息作为行为决策的依据。方式：借助于计算机科学的保存和管理复杂的大量数据，以便能方便地利用信息资源。1.1.1引言第9页，课件共86页，创作于2023年2月101.1.1引言4.出现（存在）的问题：(1)大量的数据如何存放。(2)大量的数据如何组织。(3)大量的数据如何分类、查找、统计。(4)大量的数据如何有效使用。(5)大量的数据如何维护。（存储）（结构）（处理）（共享、保护）（维护）

正是这些问题的存在，迫使人们去形成一套数据处理的理论、方法、技术。-----数据库技术第10页，课件共86页，创作于2023年2月115.基本概念(1)数据库技术——是研究数据库结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科。(2)数据库（DataBase）——是长期存储在计算机内有组织的、大量的、共享的数据集合，具有最小的冗余和较高的数据独立性，并为各种用户共享。1.1.1引言(3)数据库管理系统（DataBaseManagementSystem）——位于用户和OS之间的一层数据管理软件，包括DB的建立、查询、更新。(4)数据库系统（DataBaseSystem）——有组织地、动态地存储大量关联数据，方便用户访问的计算机软、硬件和数据资源组成的系统。

第11页，课件共86页，创作于2023年2月121.1.2数据管理的进展数据管理包括1.1数据库系统概论依据其使用的技术和设备不同，数据处理可分为：

手工数据处理

1890年前机械数据处理1890－1946年电子数据处理1946年以后包括以下几个阶段数据处理的中心问题是数据管理数据的分类数据的组织数据的编码数据的存储数据的检索数据的维护第12页，课件共86页，创作于2023年2月131.1.2数据管理的进展1、人工管理阶段(1)背景

50年代中期前，用于科学计算软件：汇编语言没有OS硬件：磁带、卡片等顺序存储设备数据处理方式：批处理应用程序1数据组1应用程序2数据组2应用程序n数据组n(2)特点数据不保存，用完即撤走。没有专门的数据管理软件。数据不共享。无控冗余。数据缺乏独立性。第13页，课件共86页，创作于2023年2月14人工管理阶段数据管理示例：例：两个C语言程序，分别求10个数据之和和最大值。程序与数据放在一起，数据没有能够共享。1.1.2数据管理的进展第14页，课件共86页，创作于2023年2月15数据以文件的形式长期保存。由文件系统管理数据，数据与应用程序之间有了物理独立性。数据冗余度较大，共享性差。2、文件系统阶段(1)背景50--60年代计算机不仅用于科学计算，开始处理数据软件：高级语言，OS，文件系统硬件：磁盘、磁鼓等直接存储设备数据处理方式：批处理，联机实时处理1.1.2数据管理的进展(2)特点应用程序1文件1应用程序2文件2应用程序n文件n文件系统第15页，课件共86页，创作于2023年2月16文件系统阶段数据管理示例上例用文件系统实现第16页，课件共86页，创作于2023年2月17

(1)背景60年代后期数据量的管理越来越大，共享性的要求高。软件：软件价格上升，编制和维护软件的成本增加，出现“软件危机”硬件：大容量的磁盘，且价格下降。数据处理方式：批处理，联机实时处理，分布处理。1.1.2数据管理的进展3、数据库系阶段1968年IBM公司的IMS1969年美国CODASYL（conferenceondatasystemlanguage）下的DBTG报告1970年IBM公司E.F.Codd的关系模型(2)进入DBS的三大标志第17页，课件共86页，创作于2023年2月18

数据结构化。数据的共享性高，冗余度小，易扩充。数据的最小存储单位是数据项。有较高的数据独立性。数据由DBMS的统一管理和控制。①数据的安全控制②数据的完整性③并发控制④恢复3数据库阶段(3)特点应用程序1

文件1

文件2

文件nabcdefghDBMS应用程序2应用程序nabacfb第18页，课件共86页，创作于2023年2月19

求和：SELECTSum(Num)FROMData 求最大值：SELECTMax(Num)FROMData数据库系统阶段数据管理示例上例用数据库系统实现第19页，课件共86页，创作于2023年2月201.1数据库系统概论1.1.3高级数据库技术阶段

80年代后

1.分布式DBS的特点分布性。（多数处理就地完成）逻辑整体性。（各地的计算机由数据通信网络相联系）2.并行DBS的特点并行处理。各节点是完全非独立。通过高速网连接。3.面向对象DBS的特点面向对象的数据模型能完整地描述现实世界的数据结构，能表达数据间的嵌套、递归关系。具有面向对象技术的封装性和继承性，提高了软件的可重用性。第20页，课件共86页，创作于2023年2月214.多媒体数据库涉及图像、音频、视频处理、三维动画、数据存储与检索等技术5.数据仓库面向主题的、集成的、稳定的和随时间变化的数据集合，用于决策制定6.工程数据库存储和管理各种工程设计图形和工程设计文档，并能为工程设计提供各种服务的数据库7.空间数据库是描述、存储与处理具有位置、形状、大小、分布特征及空间关系等属性的空间数据及其属性数据的数据库系统第21页，课件共86页，创作于2023年2月22

1、计算机化的数据管理经过的三个阶段

本节小结:数据库系统概论1.1人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段2、三个阶段的特点。第22页，课件共86页，创作于2023年2月23

作业：

本节结束数据库系统概论1.1P371计算机化的数据管理经历了哪几个阶段？各有什么特点？第23页，课件共86页，创作于2023年2月241.2数据模型

模型：是现实世界事物的特征的模拟和抽象。

数据模型也是一种模型。是现实世界中事物的数据特征的抽象。1.2数据模型第24页，课件共86页，创作于2023年2月251.2数据模型认识抽象转换现实世界信息世界计算机世界用概念模型描述用数据模型描述从DBS开发的角度，这种抽象经历了三个世界第25页，课件共86页，创作于2023年2月261.2.1数据模型的三要素1.2数据模型数据结构数据操作完整性约束条件1.数据结构描述系统的静态特征。数据结构是所研究的对象类型（objecttype）的集合。在DBS中按数据结构的类型来命名数据模型分：层次结构网状结构关系结构的模型称为层次模型网状模型关系模型第26页，课件共86页，创作于2023年2月272.数据操作描述系统的动态特性。对DB中各种对象（型）和实例（值）允许执行的操作的集合，要定义这些操作确切含义、操作符号、操作规则以及实现这些操作的语言等3.数据的约束条件是一种完整性规则的集合，保证数据的正确、有效。如：性别（男，女）数据操作检索更新：增加、删除、修改数据模型的三要素1.2.1第27页，课件共86页，创作于2023年2月281.2.2信息世界中的基本概念实体（Entity）：

客观存在并可相互区分的事物。属性（Attribute）：

实体所具有的每一个特征。实体型（EntityType）：

实体类型。同型实体应具有相同的属性。实体集（EntitySet）：

同型实体的集合。键（key）：

能唯一标识每个实体的属性或属性集。联系（Relationship）：数据模型1.2第28页，课件共86页，创作于2023年2月29一对一联系（1:1）

E1、E2两实体集，E1中的任一实体在E2中至多有一个与之联系，反之亦然。那么，E1和E2间的联系为一对一联系，记作1:1。

E2

E1两个实体型之间的联系信息世界中的基本概念1.2.2第29页，课件共86页，创作于2023年2月30一对多联系（1：m）

E1、E2两实体集，E1中的任一实体在E2中有n个实体（n≥0）与之联系。反之，E2中的每一个实体在E1中至多有一个与之联系，则E1与E2间为为一对多联系，记作1：m。

E2

E1信息世界中的基本概念1.2.2第30页，课件共86页，创作于2023年2月31多对多联系（m：n）

E1、E2两实体集，E1中的任一实体在E2中有n个实体（n≥0）与之联系，反之亦然，则E1、E2为多对多联系，记作m：n。E2E1

两个以上实体型之间也存在着1:1、1:m、m:n的联系。(例1—6)同一实体集内各实体间也存在着1:1、1:m、m:n联系。(例1—7、例1—8)信息世界中的基本概念1.2.2第31页，课件共86页，创作于2023年2月32

1976年P.S.Chen提出实体联系方法（Entity-RelationshipApproach）。也称为E-R模型。

E-R模型提供了表示实体型、属性、联系的方法：实体型：

用矩形表示，矩形框内写明实体名。例1-1：学生实体型，课程实体型。学生课程信息世界中的基本概念1.2.23、概念模型的表示方法第32页，课件共86页，创作于2023年2月33

属性：用椭圆形表示，椭圆形框内写属性名，键的属性下画一条横线，并用无向边将其与相应的实体连接起来。例1-2：学生实体型具有学号、姓名、性别、出生日期、专业属性，并且，学号具有唯一标识性。学生出生日期专业性别学号姓名信息世界中的基本概念1.2.2第33页，课件共86页，创作于2023年2月34

联系：用菱形表示，菱形框内写联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1，1:m,m:n）。例1-3:一个校长管理一个学校，一个学校也只有一个校长。学校校长管理11例1-4:一个学校有若干学生，一个学生只能在一个学校学习。学校学习学生1m信息世界中的基本概念1.2.2第34页，课件共86页，创作于2023年2月35例1-5:学生选修课程。一个学生可以选修多门课程，一门课程可以被多个学生选修。每个学生选修一门课程有一个成绩。课程学生选修mn成绩注意：如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来。信息世界中的基本概念1.2.2第35页，课件共86页，创作于2023年2月36

例1-6：对于课程、教师与参考书三个实体型。如果一门课程可以有多个教师使用多本参考书讲授；而每个教师教多门课程，每一本参考书供多门课程使用。课程教师参考书讲授pmn信息世界中的基本概念1.2.2第36页，课件共86页，创作于2023年2月37注意：

三个实体型之间的m:n和三个实体型两两之间的m:n是不同的。课程教师参考书讲授pmnn课程教师参考书讲授参考使用mpnmp信息世界中的基本概念1.2.2第37页，课件共86页，创作于2023年2月38教职工领导1m例1-7：教职工实体集，其中一个校长可以领导其他所有普通教职工，而一个普通教职工只被一个校长所领导。信息世界中的基本概念1.2.2第38页，课件共86页，创作于2023年2月39例1-8：零件实体集，一个零件可以组成其他多个零件，一个零件也可以由其他多个零件组成。零件组成nm信息世界中的基本概念1.2.2第39页，课件共86页，创作于2023年2月

一个学校有若干教师和若干学生，教师只在一所学校任教；一个学生只在一个学校学习；一个学生可以选修多门课程，一门课程也可以被多个学生选修，且一个学生选修一门课程有一个成绩；一门课程可以有多个教师使用多本参考书讲授；而每个教师教多门课程，每一本参考书供多门课程使用。E-R图综合举例：用E-R图画出学校系统的概念模型。教师学校学生课程讲授选修学习成绩m11mn参考书工作pmnp1.2.2信息世界中的基本概念第40页，课件共86页，创作于2023年2月41学校属性有校名、地址、电话。校名具有唯一标识性。教师属性有职工编号、姓名、性别、职称。职工编号具有唯一标识性。学生属性有学号、姓名、性别、出生日期、专业。学号具有唯一标识性。课程属性有课程号、课程名、学分。课程号具有唯一标识性。参考书属性有书号、书名、作者、出版社。书号具有唯一标识性。信息世界中的基本概念1.2.2第41页，课件共86页，创作于2023年2月42学校系统的E-R图教师学校学生课程讲授选修学习成绩m11mn参考书工作pmnp校名地址电话职工编号职称性别姓名学号姓名性别专业出生日期课程号课程名学分书号书名作者出版社第42页，课件共86页，创作于2023年2月43教师学校学生课程讲授选修学习成绩m11mn参考书工作pmnp实体及其联系图信息世界中的基本概念1.2.2第43页，课件共86页，创作于2023年2月44教师学校学生课程学号出生日期电话学分课程名课程号姓名职称性别地址校名姓名专业性别职工编号参考书作者出版社书号书名实体及其属性图第44页，课件共86页，创作于2023年2月451.2.3常用的数据模型数据模型三大经典数据模型

面向对象数据模型层次网状非关系模型基本层次联系两记录型（非关系模型中的实体型）及他们之间1：m（含1：1）的联系，称为基本层次联系。在非关系模型中，数据结构的单位是基本层次联系。RiRjLij双亲

子女关系1.2（对于m：n，它转化多个1：m）第45页，课件共86页，创作于2023年2月461.2.4层次模型1.数据结构满足以下两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。⑴有且只有一个结点无父结点，称之为根结点。⑵根结点以外其他结点有且只有一个父结点。•每个结点表示一个记录类型（实体型）•记录间的联系用有向线表示，仅表示1：M。R1R2R3R4R5数据模型1.21968年，IBM公司的IMS系统，是基于层次模型的DBMS，也是最早的DBMS。第46页，课件共86页，创作于2023年2月47.层次模型是一棵倒置的树。•层次模型中双亲结点是唯一的，只要指出他的父结点就可以表示层次模型结构。系学生教研室教师层次模型1.2.4第47页，课件共86页，创作于2023年2月482.m：n在层次模型中的表示学生学生学生学生课程课程课程课程学生课程选修mn++

冗余结点特点：结构清晰浪费空间虚拟结点特点：用指引元代替冗余结点

层次模型1.2.4第48页，课件共86页，创作于2023年2月49(2)树中实体间的联系是单一的

对于父子结点间存在多于一种以上的联系，影响了这种情况的建模。工人工人工人设备设备设备使用维修使用维修层次模型1.2.4第49页，课件共86页，创作于2023年2月50(3)对于非树的网状结构3.数据操纵与完整性约束条件数据操纵增加、删除、修改增加：要有双亲删除：双亲删、子女则无修改：保证一致性①②③④⑤⑥①②③④⑤⑥查询层次模型1.2.4⑤第50页，课件共86页，创作于2023年2月51

4.存储结构

不仅存储数据内容，还要存数据之间的层次联系。⑴邻接法按照层次树前序穿越的顺序把所有记录依次邻接存放（自顶向下，自左向右），称为层次序列顺序。ABCA1B1B2B3C1C2C3C4C5C6C7C8层次模型1.2.4A1B1C1C2C3B2C4C5B3C6C7C8第51页，课件共86页，创作于2023年2月52⑵链接法

用指引元来反映数据间的层次联系。•子女—兄弟指引元：每个记录设两个指引元，一个指向最大（最左）子女，一个指向最邻近的兄弟A1A2B1B2B3C1C2C3C4C5C6C7C8层次模型1.2.4第52页，课件共86页，创作于2023年2月53层次序列链接法A1A2B1B2B3C1C2C3C4C5C6C7C8层次模型1.2.4第53页，课件共86页，创作于2023年2月545.层次摸型的优缺点优点：•简单。•对于一些树状结构的系统，其性能较好且联系固定。•提供了良好的完整性支撑。•记录间的联系通过指计来实现，查询效率高。缺点：•对于m：n或网状结构表示方法方法笨拙。•增、删、改的限制多。•查询必须通过双亲。•结构严密、层次命令趋于程序化、编写复杂。层次模型1.2.4第54页，课件共86页，创作于2023年2月551.2数据模型1.2.5网状模型1.数据结构满足以下两个条件的基本层次联系的集合称为网状模型其他结点可以有多于一个的双亲结点。

允许有一个以上的根结点1969，1971…..CODASYL下属的DBTG发布了一系列DBTG报告。第55页，课件共86页，创作于2023年2月561.2数据模型

2.网状模型对m：n表示学生选修课程mn学生课程选修学生第56页，课件共86页，创作于2023年2月573.数据操纵与完整性约束支持记录码的概念。保证联系是1：m。可以支持双亲子女的某些约束。•子女要在双亲具在时才能插入。

•双亲之一删除，则子女删除。4.存储结构⑴链接法以系值为单位系型：一个1：m为一个系型，有首记录型属记录型。系值：一个首记录值和其所属的所有属记录值。网状模型1.2.5第57页，课件共86页，创作于2023年2月58•双向环状链首记录值属1属4属3属2单相环状链有next指针有next、prior指针首记录值属1属4属3属2网状模型1.2.5第58页，课件共86页，创作于2023年2月59•单向环转向首链双向环转向首链有next、owner指针首记录值属1属4属3属2有next、owner、prior指针首记录值属1属4属3属2网状模型1.2.5第59页，课件共86页，创作于2023年2月60例：学生选课的网状模型数据库学生课程选修链接法的特点：

指针的增加加快了存取速度，减少了故障影响。但它动态保持和维护这种复杂结构，势必会影响系统的复杂度，耗用大量的存储空间。网状模型1.2.5第60页，课件共86页，创作于2023年2月61⑵指针阵列法：

所有指向属记录的指针嵌入系首记录中，形成一个排了序的指针。查找时无须走链。网状模型1.2.5首记录属1属2第61页，课件共86页，创作于2023年2月625.网状模型的优缺点优点：•更直接描述客观世界。•性能良好，存储效率高。缺点：•结构复杂。•其DDL、DML语言复杂不易使用。网状模型1.2.5第62页，课件共86页，创作于2023年2月631.2.6关系模型数据模型1.21.数据结构是建立在严格的数学（集合论）之上的。⑴用二维表数据（集合论中的关系）来表示实体及实体间联系的模型——关系模型男张智忠学号姓名性别党员专业出生年月助学金990001王涛男No物理82-01-21￥160.00990002庄前女Yes物理82-09-21￥200.00990101丁保华男No数学81-04-18￥180.00990102姜沛棋女No数学81-12-02￥280.00No数学80-08-06￥240.00990201程玲女Yes计算机82-11-14￥200.00990202黎敏艳女Yes计算机83-02-21￥160.00990103记录（元组）值域：{男，女}属性名(字段名)关键字唯一确定一条记录

第63页，课件共86页，创作于2023年2月64⑵术语关系——二维表元组（记录）——一行属性——一列主码（键）——唯一确定一元组的属性组域——属性的取值范围分量（字段）——元组中的属性值关系模式：对关系的描述学生（学号，姓名，性别，党员，专业，出生年月，助学金）⑶关系模型的特点•概念单一•关系必须是规范化的关系模型1.2.6第64页，课件共86页，创作于2023年2月652.数据操纵和完整性约束查询、增加、删除、修改操作对象和记录都是关系，且存取路径透明、向用户隐藏。实体完整性参照完整性用户自定义完整性3.存储结构二维表以文件形式存储一个表对应一个OS文件自己建立一个文件结构关系模型1.2.6第65页，课件共86页，创作于2023年2月664.关系模型的优缺点优点：•建立在严格的数学概念上•概念单一•存取路径透明，从而提高了数据的独立性和安全保密性缺点：

查询效率不高，须对查询进行优化关系模型1.2.6第66页，课件共86页，创作于2023年2月671.2数据模型1.2.7面向对象数据模型

基本思想：将数据及操作这些数据的程序代码封装在一个对象里，相似结构的对象形成一个类。

一组类按E-R模型中的ISA概念形成超类、子类关系子类：定义类型之间的一种子集关系。它抽象了类型之间的“isa”的语义联系。例如第67页，课件共86页，创作于2023年2月68isa学生年龄性别专业学号姓名本科生isa研究生导师第68页，课件共86页，创作于2023年2月69

本节小结:1.2数据模型1、数据模型的三要素。2、E-R图的要点3、层次、网状模型关系模型的特点第69页，课件共86页，创作于2023年2月70

作业：

本节结束1.2数据模型P387111213第70页，课件共86页，创作于2023年2月711.3数据库系统体系结构1.3.1DBS的三级模式二级映象结构应用程序A应用程序ABCDD外模式1外模式2外模式3外模式/模式映像模式内模式/模式映像内模式DBDBMSOS1.3数据库系统体系结构第71页，课件共86页，创作于2023年2月721.模式（Schema）也称概念模式。是DB中全部数据的一个总体逻辑和特征的描述。以某一种数据模型为基础，不仅定义数据的逻辑结构，还定义与数据相关的安全性、完整性。不仅要定义数据记录内部的结构，而且还定义这些数据间的联系。仅涉及型(静态)的描述，不涉及值(动态)的描述。DBS提供了SDDL（SchemaDataDescriptionLanguage）。2.外模式（ExternalSchema）也称子模式（subschema）、用户模式。是数据库用户用到的那部分数据的描述。是局部数据的逻辑结构和特征的描述。与某一应用有关。外模是模式的子集。不同的用户的外模的描述是不同的。(如视图)DBS提供了SSDDL（SubSchemaDataDescriptionLanguage）。的三级模式二级映象结构DBS1.3.1第72页，课件共86页，创作于2023年2月733.内模式（internalschema）

也称存储模式，一个DB只有一个内模，是数据物理结构和存储方式的描述。如：顺序结构，B树结构。它按什么方式组织，数据是否压缩、加密等。DBS提供了DSDL（DataStorageDescriptionLanguage）。4.模式/内模映象DB中只有一个模式，一个内模，故其映象是唯一。定义了全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系，该映象包含在模式中。

是物理独立性。

的三级模式二级映象结构DBS1.3.1第73页，课件共86页，创作于2023年2月74

5.外模/模式映象一个模式可以有多个外模式，对每一个外模都有一个外模/模式映象，映象包含在外模中。是逻辑独立性。总之：模式是核心。内模、外模都依赖于模式。的三级模式二级映象结构DBS1.3.1第74页，课件共86页，创作于2023年2月75DBS体系结构物理独立性逻辑独立性

本节小结:本节结束第75页，课件共86页，创作于2023年2月761.4.1数据库系统的组成1.

硬件平台及数据库(1)要有足够大的内存空间。(2)有足够大的直接存取外部设备存放数据库。(3)要求系统有较高的通道能力,以提高数据的传送率。2.软件(1)DBMS。(2)支持DBMS运行的操作系统。(3)具有与数据库接口的高级语言及其编译系统,便于开发应用程序。(4)以DBMS为核心的应用开发工具。(5)为特定应用环境开发的数据库应用系统。数据库系统组成及应用研究1.4第76页，课件共86页，创作于