数据库基础第一章

数据库基础第一章第1页，课件共86页，创作于2023年2月课程目标数据库发展数据库系统模型涉及的基本概念数据库的体系结构数据库管理系统第2页，课件共86页，创作于2023年2月数据库发展

20世纪60年代末，数据库技术斩露头角，随即得到迅速发展，成为数据处理的公用支撑技术。时至今日，数据库系统已遍布政府机关、社会团体和各个行业，存储着它们赖以正常运转的数据资源，显著地提高了工作效率和质量，产生出极大的社会、经济效益。第3页，课件共86页，创作于2023年2月数据管理技术的发展初期文件系统特征图1-1带有访问方法的数据组织图1-2初期的数据库结构图1-3今天的数据库方法图1-4

第4页，课件共86页，创作于2023年2月数据库系统数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一个数据管理软件。SQLServer2005第5页，课件共86页，创作于2023年2月数据库系统为了更快地理解数据库方法，不妨将其与图书馆做一对比：图书馆建立完善的书卡→图书应有组织地存放在书库中→规定借问权限，并建立周密的借阅管理制度→提供图书及各类文献的借阅服务第6页，课件共86页，创作于2023年2月对数据库系统来说，也要完成类似干上述图书馆的工作：要建立数据模型→数据也应有组织地存放在存储设备上，并建立数据模型到物理存储位置的对应表→数据库系统要为不同用户确定不同的访问权限并进行访问控制→提供以数据库为基础的各种应用服务图1-5第7页，课件共86页，创作于2023年2月数据库系统阶段，程序与数据之间的关系可用下图表示。

数据库系统阶段应用程序1应用程序2应用程序n数据库数据库管理系统第8页，课件共86页，创作于2023年2月模型涉及的基本概念信息控制系统图1-6实体模型数据模型第9页，课件共86页，创作于2023年2月信息的三个领域三个世界的划分由于计算机不能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们必须将具体事物转换成计算机能够处理的数据。在数据库中用数据模型来抽象、表示和处理现实世界中的数据。现实世界信息世界认识抽象计算机世界第10页，课件共86页，创作于2023年2月实体模型实体与实体类型属性联系弱实体类型第11页，课件共86页，创作于2023年2月ER模型概述什么是ER模型ER模型的基本元素实体联系属性例子实体联系属性ER模型图例老师学生教mn学号姓名专业班级职称性别姓名职号第12页，课件共86页，创作于2023年2月1.实体（Entity）客观存在并且可以相互区别的“事物”称为实体。实体可以是可触及的对象，如一个学生，一本书，一辆汽车；也可以是抽象的事件，如一堂课，一次比赛等。第13页，课件共86页，创作于2023年2月2.属性(Attributes)实体的某一特性称为属性。如学生实体有学号、姓名、年龄、性别、系等方面的属性。属性有“型”和“值”之分，“型”即为属性名，如姓名、年龄、性别是属性的型；“值”即为属性的具体内容，如（990001,张立，20，男，计算机）这些属性值的集合表示了一个学生实体。第14页，课件共86页，创作于2023年2月属性的分类基本属性和复合属性（可否再分）单值属性和多值属性（对一个实体对象是否只能取一个值）多值属性的处理将原来的多值属性用几个新的单值属性来表示。

将原来的多值属性用一个新的实体类型表示

导出属性空值图地址属性的层次结构邮政编码省（市）名地址区名街道家庭地址门牌号码图多值属性的表示零件编码零件零件名供应商规格进货价格销售价格价格图导出属性的表示工号职工姓名基本工资奖金房租实发工资图多值属性的变换（1）零件编码零件零件名供应商规格进货价格经销价格代销价格批发价格零售价格图多值属性的变换（2）零件编码零件零件名供应商规格进货价格销售性质价格售货价格存在销售价格1N零件编码第15页，课件共86页，创作于2023年2月3.域（Domain）属性值的取值范围称为该属性的域。如学号的域为6位整数，姓名的域为字符串集合，年龄的域为小于40的整数，性别的域为（男，女）。第16页，课件共86页，创作于2023年2月3.实体型（EntityType）若干个属性型组成的集合可以表示一个实体的类型，简称实体型。如学生（学号，姓名，年龄，性别，系）就是一个实体型。4.实体集(EntitySet)同型实体的集合称为实体集。如所有的学生、所有的课程等。第17页，课件共86页，创作于2023年2月5.键（Key）能唯一标识一个实体的属性或属性集称为实体的键。如学生的学号，学生的姓名可能有重名，不能作为学生实体的键。第18页，课件共86页，创作于2023年2月7.联系（Relationship）在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系同样也要抽象和反映到信息世界中来，在信息世界中将被抽象为实体型内部的联系和实体型之间的联系。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系；实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。反映实体型及其联系的结构形式称为实体模型，也称作信息模型，它是现实世界及其联系的抽象表示。第19页，课件共86页，创作于2023年2月两个实体型之间的联系有如下三种类型：（1）一对一联系（1:1）（2）一对多联系（1:n）（3）多对多（m:n）第20页，课件共86页，创作于2023年2月（1）一对一联系（1:1）实体集A中的一个实体至多与实体集B中的一个实体相对应，反之亦然，则称实体集A与实体集B为一对一的联系。记作1:1。如：班级与班长，观众与座位，病人与床位。第21页，课件共86页，创作于2023年2月（2）一对多联系（1:n）实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，反之，实体集B中的一个实体至多与实体集A中的一个实体相对应。记作1:n。如：班级与学生、公司与职员、省与市。第22页，课件共86页，创作于2023年2月（3）多对多（m:n）实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，反之，实体集B中的一个实体与实体集A中的多个实体相对应。记作（m:n）。如：教师与学生,学生与课程，工厂与产品。第23页，课件共86页，创作于2023年2月实际上，一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多联系的特例。可以用图形来表示两个实体型之间的这三类联系，如图书1.7所示。

ABABAB(a)(b)(c)不同实体集实体之间的联系第24页，课件共86页，创作于2023年2月弱实体什么是弱实体弱实体的表示方法包含弱实体的ER图转换成关系模式问题：在人事管理系统中，亲属的存在是以职工的存在为前提，即亲属对于职工具有依赖联系，所以说，亲属是弱实体

职工家属具有1NER图职工（职工号，职工姓名，性别，年龄）亲属（职工号，称呼，姓名，工作单位）

关系模式问题:商业应用系统中，顾客地址的存在依赖于顾客的存在（一般顾客可以有若干个联系地址）

ER图顾客地址通讯N1第25页，课件共86页，创作于2023年2月实体联系模型ER模型的图形描述实体间的联系是两个或两个以上实体类型之间的有名称的关联。实体间的联系用菱形表示，菱形内要有联系名，并用无向边把菱形分别与有关实体相连接，在无向边旁标上联系的类型第26页，课件共86页，创作于2023年2月[例题]在著书工作中，一位作者可以编写多本图书，一本书也可由多位作者编写，设作者的属性有：作者号，姓名，单位，电话；书的属性有：书号，书名，出版社，日期。画出ER图。第27页，课件共86页，创作于2023年2月作者作者号电话姓名单位书书号书名出版社日期编写mn第28页，课件共86页，创作于2023年2月[例题]有产品实体集，包含属性：产品号、产品名；有零件实体，包含属性：零件号、规格型号。每一产品可能由多种零件组成，有的零件用于多种产品，有的产品需要一定数量的同类零件。画出ER图。第29页，课件共86页，创作于2023年2月产品产品号产品名零件零件号规格组成数量m第30页，课件共86页，创作于2023年2月[例题]一个图书馆系统要求实现以下业务：（1）可以随时查询书库中现有书籍的品种、数量、存放位置、所有各类书籍均可由书号唯一标识。（2）可以随时查询书籍的借还情况，包括借书人单位、姓名、借书证号、借书日期、还书日期。约定：任何人可借多种书，任何一种书可为多个人所借，借书证号有唯一性。（3）当需要时，可通过数据库中保存的出版社的电报编号、电话、邮编、地址等信息有关书籍的出版社购有关书籍，我们约定：一个出版社可出版多种书籍，同一本书公为一个出版社出版。出版社名唯一。画出ER图。第31页，课件共86页，创作于2023年2月借书人姓名借书证号单位图书书号书名数量位置借书mn出版社出版m1社名电报编号电话地址邮编第32页，课件共86页，创作于2023年2月数据模型数据模型是实体模型的数据化记录与数据项(简称项)类型与值记录与文件物理存储中的数据描述建立数据模型第33页，课件共86页，创作于2023年2月记录与数据项(简称项)记录:描述实体的数据记录有型和值之分:记录的型是结构,由数据项的型构成;记录的值表示对象中的一个实例,它的分量是数据项值.项：描绘属性的数据借书人姓名借书证号单位第34页，课件共86页，创作于2023年2月类型与值类型：由相同数据项组成的记录值：具有某一记录类型的记录如：数据项“年龄”型：名称为年龄，数据特征为3位的十进制整数值：1岁、2岁、33岁、103岁第35页，课件共86页，创作于2023年2月记录类型：数据项型的一个有序组记录值：数据项值得有序组学号姓名出生性别年月日0001张山1989108男第36页，课件共86页，创作于2023年2月记录与文件文件：纪录型和值的总和文件中不允许有无法区分的重复记录关键字：能够为一标识记录的一个或多个数据项主关键字：用于组织文件的关键字第37页，课件共86页，创作于2023年2月通过以上的介绍，我们可总结出三个世界中各术语的对应关系。

现实世界 信息世界计算机世界 事物总体 实体集文件 事物个体 实体记录 特征 属性字段 事物间联系 实体模型数据模型

第38页，课件共86页，创作于2023年2月物理存储中的数据描述逻辑数据物理数据位、字节、字、块、桶、卷宗、地址、指针第39页，课件共86页，创作于2023年2月数据模型设计一般包括数据的基本结构、数据间的联系和数据中的约束第40页，课件共86页，创作于2023年2月三种常见的数据模型这三种数据模型的根区别在于数据结构不同，即数据之间联系的表示方式不同。层次模型用“树结构”来表示数据之间的联系；网状模型是用“图结构”来表示数据之间的联系；关系模型是用“二维表”来表示数据之间的联系。第41页，课件共86页，创作于2023年2月1.关系模型的基本概念关系模型的数据结构是一个“二维表框架”组成的集合，每个二维表又可称为关系，所以关系模型是“关系框架”的集合。关系模型与层次模型、网状模型不同，它是建立在严格的数学概念之上的。第42页，课件共86页，创作于2023年2月教学数据库的关系模型及其实例，包含五个关系：教师关系T、学生关系S、课程关系C、学习关系SC和任课关系TC，分别对应五张表。第43页，课件共86页，创作于2023年2月T（教师表）TNO教师号TN姓名SEX性别AGE年龄PROF职称SAL工资COMM岗位津贴DEPT系别T1李力男47教授15003000计算机T2王平女28讲师8001200信息T3刘伟男30讲师9001200计算机T4张雪女51教授16003000自动化T5张兰女39副教授13002000信息第44页，课件共86页，创作于2023年2月S（学生表）SNO学号SN姓名SEX性别AGE年龄DEPT系别S1赵亦女17计算机S2钱尔男18信息S3孙珊女20信息S4李思男21自动化S5周武男19计算机S6吴丽女20自动化第45页，课件共86页，创作于2023年2月C（课程表）CNO课程号CN课程名CT课时C1程序设计60C2微机原理80C3数字逻辑60C4数据结构80C5数据库60C6编译原理60C7操作系统60第46页，课件共86页，创作于2023年2月SC（学习表）TC（任课表）

SNO学号CNO课程号SCORE成绩

TNO教师号CNO课程号S1C190

T1C1S1C285

T1C4S2C557

T2C5S2C680

T3C1S2C7

T3C5S2C570

T4C2S3C10

T4C3S3C270

T5C5S3C485

T5C7S4C193

S4C285

S4C383

S5C289

第47页，课件共86页，创作于2023年2月层次模型层次模型用一棵“有向树”的数据结构来表示各类实体以及实体间的联系。在树中，每个结点表示一个记录类型，结点间的连线（或边）表示记录类型间的关系，每个记录类型可包含若干个字段，记录类型描述的是实体，字段描述实体的属性，各个记录类型及其字段都必须命名。如果要存取某一记录型的记录，可以从根结点起，按照有向树层次向下查找。第48页，课件共86页，创作于2023年2月下图是层次模型有向树的示意图。结点A为根结点，Ｄ,F,G为叶结点，B,D为兄结点……层次模型有向树的示意图

ABCDEF第49页，课件共86页，创作于2023年2月1.层次模型的特征（1）有且仅有一个结点没有双亲，该结点就是根结点；（2）根以外的其他结点有且仅有一个双亲结点，这就使得层次数据库系统只能直接处理一对多的实体关系；（3）任何一个给定的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。例如：以下是一个层次模型的例子，如图所示。编号系名系地点学号姓名成绩ＴＳ教研室R学生STS数据库模型教师编号教研室名职工号姓名研究方向第50页，课件共86页，创作于2023年2月网状模型的特征（1）有一个以上的结点没有双亲；（2）至少有一个结点可以有多于一个双亲。即允许两个或两个以上的结点没有双亲结点，允许某个结点有多个双亲结点，则此时有向树变成了有向图，该有向图描述了网状模型。网状模型中每个结点表示一个记录型（实体），每个记录型可包含若干个字段（实体的属性），结点间的连线表示记录类型（实体）间的父子关系。第51页，课件共86页，创作于2023年2月如：学生和课程间的关系。一个学生可以选修多门课程，一门课程可以由多个学生选修。如图所示

学生与课程的网状模型

学生课程第52页，课件共86页，创作于2023年2月面向对象模型对象是现实世界中某个实体的模型化。每个对象都有一个唯一标识符，称为对象标识第53页，课件共86页，创作于2023年2月例如下图中，学生对象的对象标识为学号021601。对象还包括属性集合（描述对象的状态、组成和特征）、方法集合（描述对象的行为特征和实现）和消息集合（对象操作请求的传递），第54页，课件共86页，创作于2023年2月类结构图第55页，课件共86页，创作于2023年2月数据库的体系结构数据库的分级结构模式及其映射数据独立性

第56页，课件共86页，创作于2023年2月数据库的分级结构ANSI／X3／SPARC的数据库管理系统研究组，在1975年公布的研究报告中，把数据库分为三级：外模式、概念模式和内模式。第57页，课件共86页，创作于2023年2月模式及其映射模式:是用模式定义语言(DDL)给出的数据库整体逻辑描述，包括逻辑记录类型和记录之间的关系是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。（概念模式，逻辑模式）例如：学生记录定义为（学号、姓名、性别、系别、年龄），称为记录型，而（001101，张立，男，计算机，20）则是该记录型的一个记录值。模式只是对记录型的描述，而与具体的值无关。第58页，课件共86页，创作于2023年2月模式处于三级结构的中间层，它是整个数据库实际存储的抽象表示，也是对现实世界的一个抽象，是现实世界某应用环境（企业或单位）的所有信息内容集合的表示，也是所有个别用户视图综合起来的结果，所以又称用户共同视图。它表示了数据库的整体数据。由多个“概念记录”组成，包含数据库的所有信息，也称“概念数据库”、“DBA视图”。DBMS提供模式描述语言（模式DDL）来定义模式。模式设计是数据库设计的基本任务第59页，课件共86页，创作于2023年2月模式及其映射子模式:是用户与数据库的接口又称外模式或用户模式或外视图是三级结构的最外层，个别用户只对整个数据库的一部分感兴趣，所以外视图是个别用户看到和使用的数据库内容，因此也常把外视图称为用户数据库。第60页，课件共86页，创作于2023年2月内模式又称存储模式或内视图，是三级结构中的最内层，也是靠近物理存储的一层，即与实际存储数据方式有关的一层，由多个存储记录组成，但并非物理层，不必关心具体的存储位置。DBMS提供内模式描述语言（内模式DDL）来定义内模式。第61页，课件共86页，创作于2023年2月在数据库系统中，外模式可有多个，而概念模式、内模式只能各有一个。内模式是整个数据库实际存储的表示，而概念模式是整个数据库实际存储的抽象表示，外模式是概念模式的某一部分的抽象表示。第62页，课件共86页，创作于2023年2月数据库系统的二级映象(映射)数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，它使用户能逻辑地抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机内部的存储方式，把数据的具体组织交给DBMS管理。为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，DBMS在三级模式之间提供了二级映象功能。第63页，课件共86页，创作于2023年2月1.模式/内模式映象数据库中的模式和内模式都只有一个，所以模式/内模式映象是唯一的。它确定了数据的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，存储结构变化时，模式/内模式映象也应有相应的变化，使其概念模式仍保持不变，即把存储结构的变化的影响限制在概念模式之下，这使数据的存储结构和存储方法较高的独立于应用程序，通过映象功能保证数据存储结构的变化不影响数据的全局逻辑结构的改变，从而不必修改应用程序，即确保了数据的物理独立性。第64页，课件共86页，创作于2023年2月2.外模式/模式映象数据库中的同一模式可以有任意多个外模式，对于每一个外模式，都存在一个外模式/模式映象。它确定了数据的局部逻辑结构与全局逻辑结构之间的对应关系。例如，在原有的记录类型之间增加新的联系，或在某些记录类型中增加新的数据项时，使数据的总体逻辑结构改变，外模式/模式映象也发生相应的变化，这一映象功能保证了数据的局部逻辑结构不变，由于应用程序是依据数据的局部逻辑结构编写的，所以应用程序不必修改，从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。第65页，课件共86页，创作于2023年2月第66页，课件共86页，创作于2023年2月数据独立性物理数据独立性逻辑数据独立性第67页，课件共86页，创作于2023年2月数据的逻辑独立性是指当数据的总体逻辑结构改变时，数据的局部逻辑结构不变，由于应用程序是依据数据的局部逻辑结构编写的，所以应用程序不必须修改，从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。例如，在原有的记录类型之间增加新的联系，或在某些记录类型中增加新的数据项，均可确保数据的逻辑独立性。第68页，课件共86页，创作于2023年2月数据的物理独立性是指当数据的存储结构改变时，数据的逻辑结构不变，从而应用程序也不必改变。例如，改变存储设备和增加新的存储设备，或改变数据的存储组织方式，均可确保数据的物理独立性。第69页，课件共86页，创作于2023年2月数据库管理系统(DBMS)数据库管理系统(DBMS)是一个非常复杂的软件系统，对数据库系统的所有操作，包括定义、查询、更新和各种远行控制最终都是通过DBMS实现的，因此它是使数据库系统具有数据共享、并发访问、数据独立等特性的根本保证。第70页，课件共86页，创作于2023年2月DBMS的功能DBMS的主要职责就是有效地实现数据库三级之间的转换

(1)数据库的定义

(2)数据库的操作及查询优化

(3)数据库的控制运行

(4)数据库的恢复和维护

(5)数据库的数据管理

(6)数据库的多种接口第71页，课件共86页，创作于2023年2月DBMS的程序组成语言处理方面系统运行控制方面系统建立、维护方面用户接口方面第72页，课件共86页，创作于2023年2月数据语言数据语言包括数据描述语言(DDL，DataDescriptionLanguage)和数据操作语言(DML，DataManipulationLanguage)两大部分，前者负责描述和定义数据的各种特性，后者说明对数据进行的操作。第73页，课件共86页，创作于2023年2月数据描述语言数据描述语言用于描述数据库中各种对象的特征应具备以下四个方面的功能：

1.描述数据的逻辑结构

2.描述数据的物理特征

3.描述逻辑数据到物理数据的映射(通常称为存储映射)4.描述访问规则

第74页，课件共86页，创作于2023年2月数据操作语言数据操作语言是用户与数据库系统的接口之一，是用户操作数据库中数据的工具。在设计数据操作语言时，一般要做到：

1.描述操作准确，唯一性；

2.功能齐全，操作能力强，用户希望使用的操作应尽量满足；

3.语言自然、直观，使用方便。第75页，课件共86页，创作于2023年2月数据字典数据字典(Datadictionary)的主要任务是描述〔或定义)数据库系统中各类对象、对象之间的联系和它们的使用规则。

第76页，课件共86页，创作于2023年2月数据字典用处(1)满足DBMS快速查找有关对象的要求。如在处理用户访问时，经常要查阅用户表、子模式表、模式表等。(2)供数据库管理员掌握整个系统运行的下列情况：系统现有的数据库、用户；当前具有的模式数目及其名称，每个模式包含的子模式与记录类型；每个子模式包含的记录类型与用户；某个记录类型(或数据项)所属的子模式和对应的物理文件或区域等。第77页，课件共86页，创作于2023年2月用户访问数据的过程