第一单元《认识数据库》课件高中信息技术

第1章 数据库的基本概念本章要点数据库的基本概念数据库技术的发展数据库系统的组成与结构数据模型的概念与分类9/17/202311.1

基本概念9/17/20232数据库技术涉及到许多基本概念，主要包括：数据、数据处理、数据库、数据库管理系统以及数据库系统等。1.1.1数据数据是指是人们用来反映客观世界而记录下来的可以鉴别的数字、字母或符号，可以存储在某一种媒体上被识别。所以数据的概念包括两个方面含义：一是描述事物特性的数据内容，也就是我们常说的信息，二是存储在某一种媒体上的数据形式，即符号。例如某人的出生日期是"1977年4月21日"，当然也可以将该形式改写为"04/21/77"，但其含义并没有改变。现在数据已经有了更广泛的含义，除了数字、字母、文字和其他特殊字符组成的文本形式的数据，图形、图像、动画、影像、声

音（包括语音、音乐）等多媒体数据也已成为了计算机的处理对象。1.1.2

信息9/17/20233信息是具有特定含义对社会生产有用的数据，信息能影响到人们的行为与决策。例如：1500是一个数据，但不是信息，将1500加上特定含义“工资”后，则某职工工资为1500元则成为信息，且信息

“1500元”会影响该职工是否留在公司的决策。数据处理数据处理是指对各种形式的数据进行收集、组织、加工、储存、抽取和传播的一系列活动的总和。数据管理数据管理是指对数据的组织、存储、检索和维护，是数据处理的中心环节，主要围绕提高数据独立性、降低数据的冗余度、提高数据共享性、提高数据的安全性和完整性等方面来进行改进，使用户能有效地管理和使用数据资源。数据库管理技术大致经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。一、人工管理阶段20世纪50年代以前，计算机主要用于数值计算。这一时期的数据，数据量小，无结构，由用户直接管理，且数据间缺乏逻辑组织，由于是面向应用程序的，数据缺乏独立性，应用程序与其处理的数据结合成一个整体。程序与数据的关系如下图所示：程序1

数据1程序2数据2图1-1

人工管理阶段程序与数据的关系9/17/202341.1.5

数据库管理技术的发展硬件：外存只有纸带、卡片、磁带，并没有磁盘等直接存取的存储设备。软件：实际上，当时还未形成软件的整体概念，这一时期，没有操作系统，没有管理数据的软件。特点：①数据不保存。②应用程序管理数据。应用程序承担设计数据的逻辑结构和物理结构任务。③数据不能共享。一组数据只能对应一个程序。④数据不具有独立性。数据的逻辑或物理结构改变，应用程序随之改变。9/17/20235金手指考试网jszksw/

2019年金手指驾驶员考试科目一科目四元贝驾考网yuanbeijiakao

科目一科目四仿真考试题C1Grammar9/17/2023数据库原理及应用6二、文件系统阶段在20世纪50年代后期到60年代中期，文件系统阶段程序与数据的关系如图所示。程序1程序2程序3

文件3图1-2

文件系统阶段程序与数据的关系硬件：磁盘、磁鼓等直接存取存储设备。软件：操作系统中有了专门的数据管理软件--文件系统。文件2文件1文件管理系统9/17/20237特点：①数据可以长期保存。②由文件系统进行数据管理。数据按文件名访问，按记录进行存取，可以对文件进行修改、插入和删除操作。③数据共享性差，冗余度大。一个文件对应一个应用程序。不同的应用程序具有部分相同的数据时，也必须建立各自的文件而不能共享相同的数据。④数据独立性差。在数据文件中常涉及下列术语：①数据项：描述事物性质的最小单位。②记录：若干数据项的集合，一个记录表达一个具体事物。③文件：若干记录的集合。9/17/20238三、数据库系统阶段图1-3

数据库系统阶段程序与数据的关系硬件：大容量磁盘，价格下降。软件：价格上升，编制、维护系统软件及应用程序的成本相对增加，因此出现了统一管理数据的专门软件--数据库管理系统。20世纪60年代后期至今，数据库系统阶段程序与数据的关系如下图所示：应用1应用3应用2数据库管理系统数据库9/17/20239（3）特点①数据结构化。数据库系统与文件系统是有根本区别的。对于文件系统来讲，相互独立的文件的记录内部是有结构的，而数据库系统主要实现整体数据的结构化。②数据的共享性高，冗余度低，易扩充。a）数据可以被多个用户、多个应用共享使用。

b）数据共享可以大大减少数据冗余、节约存储空间。

c）数据共享还能够避免数据之间的不相容性与不一致性，所谓的不一致性是指同一数据的不同拷贝值不一样。③数据独立性高。数据独立性主要从物理独立性和逻辑独立性两个方面体现。从物理独立性角度讲，用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库是相互独立的。从逻辑独立性角度讲用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的，即数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。9/17/202310（4）数据由DBMS统一管理和控制。DBMS提供以下几个方面的数据控制功能：①数据库的安全性（security）保护。保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。②数据的完整性检查（integrity）。数据的完整性指数据的正确性和一致性。完整性检查是指将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。③并发（concurrency）控制。当多个用户的并发进程同时存取、修改数据库时，可能会发生相互干扰而得到错误的结果或使得数据库的完整性遭到破坏，因此必须对多用户的并发操作加以控制和协调。④数据库恢复（recovery）。当计算机系统遭遇硬件故障、软件故障、操作员误操作或恶意破坏时，可能导致数据错误或全部、部分丢失，此时要求数据库具有恢复功能。所谓的数据库恢复是指DBMS将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态，即完整性状态。9/17/202311数据库数据库是指长期存储在计算机内的，有组织的，可共享的、可以表现为多种形式的数据集合。数据库中的数据具有如下特点：按一定的数据模型组织、描述和存储；具有较小的冗余度；具有较高的数据独立性和易扩展性；可为各种用户共享。9/17/2023121.2

数据库系统1.2.2

数据库管理系统9/17/202313数据库管理系统（DataBase

Management

System，简称

DBMS）是计算机系统软件，正如使用高级语言需要解释/编译程序的支持一样，使用数据库语言也需要一个特定的支持软件，这就是"数据库管理系统"。数据库管理系统的主要任务是科学地有效地组织和存储数据、高效地获取和管理数据，接受和完成用户提出的访问数据的

各种请求。数据库管理系统的主要功能包括以下几个方面：数据定义功能数据操纵功能数据库运行控制功能数据库的建立和维护功能1.2.3

数据库系统9/17/202314数据库系统(DataBaseSystem,DBS)是指拥有数据库技术支持的计算机系统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。数据库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。与文件系统相比，数据库系统具有以下特点：数据的结构化。最小的冗余度。数据的共享。数据与程序独立。数据的安全性和完整性。1.2.4

数据库系统的组成操作系统硬件图1-4

数据库系统的组成数据库管理员数据库系统是指引进数据库技术后的计算机系统。数据库系统一般由支持数据库运行的软硬件、数据库、数据库管理系统、数据库管理员和用户等部分组成的，如下图所示。数据库应用系统 用户数据库管理系统9/17/202315硬件与软件数据库管理系统(DBMS）数据库系统(DBS)数据库管理员(DataBase

Administrator，DBA)用户9/17/2023161.3

数据模型9/17/202317模型是现实世界特征的模拟和抽象，数据模型（DataModel）是现实世界数据特征的抽象。1.3.1数据模型的概念数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的约束条件三部分组成。（1）数据结构数据结构是所研究的对象类型的集合，这些对象组

成数据库，它们包括两类：一类是与数据类型、内容、性质有关的对象，另一类是与数据之间联系有关的对象。按照数据结构类型的不同，又可以将数据模型划分为层次模型、网状模型和关系模型。数据操作数据操作指对数据库中各种对象实例的操作。数据的约束条件数据的约束条件是一组完整性规则的集合。数据模型应反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。数据的完整性约束是指在给定的数据模型中，数据及其数据关联所遵守的一组规则。用以保证数据库中数据的正确性、一致性。9/17/2023181.3.2

概念模型9/17/202319一、概念模型的名词术语实体（Entity）：客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体既可以是实际的事物，也可以是抽象的概念或联系。属性（Attribute）：属性就是实体所具有的特性，一个实体可以由若干个属性描述。域（Domain）：属性的取值范围称为该属性的域。实体型（Entity

Type）：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体。如：教师（教师编号，教师姓名，性别，出生年份，工作年限，工资）。（5）实体集（Entity

Set）：具有相同属性的实体的集合称为实体集。9/17/202320键（Key）：键是能够惟一地标识出一个实体集中每一个实体的属性或属性组合，键也被称为关键字或码。联系（Relationship）：联系分为两种：一种是实体内部各属性之间的联系，另一种是实体之间的联系。二、实体之间的联系一对一联系：如果对于实体集A中的每个实体，实体集B中至多有一个（可以没有）与之相对应，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系，记作：1:1。一对多联系：如果对于实体集A中的每个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之相对应，反过来，实体集B中的每个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B具有一对多联系。记作：1:n。（3）多对多联系：如果对于实体集A中的每个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之相对应，反过来，实体集B中的每个实体，实体集A中也有m个实体（m≥0）与之联系，则称实体集A与实体集B具有多对多联系，记作：m:n。(a)

1:1

联系(c)m:n

联系(b)

1:n

联系图1-5

实体之间的三种联系联系名实体型A实体型B11联系名实体型A实体型B1nn联系名实体型A实体型Bm9/17/202321三、E-R模型9/17/202322E-R图有三个要素：实体：用矩形表示实体，矩形内标注实体名称。属性：用椭圆表示属性，椭圆内标注属性名称。并用连线与实体连接起来。实体之间的联系：用菱形表示，菱形内注明联系名称，并用连线将菱形框分别与相关实体相连，并在连线上注明联系类型。下面用E-R图来表示某个工厂物资管理的概念模型。物资管理涉及的实体有：仓库属性有仓库号、面积。货物属性有货号、名称。职工属性有职工号、姓名、年龄、职称。图1-6

完整的实体联系图mnn1货号名称职工号年龄姓名货物存放存量仓库号面积职工仓库存放9/17/2023231.4.3

层次模型层次模型按树型结构组织数据，它是以记录类型为结点，以结点间联系为边的有序树，数据结构为有序树或森林。图1-7

层次模型层次模型有以下两个特点:有且仅有一个结点无父结点，该结点称为根；根以外的其他节点有且只有一个双亲节点。上面特点就使得用层次模型表示1:n联系非常简便，这是它的突出优点，但是它不能直接表示m:n的联系。9/17/2023241.4.4

网状模型网状模型用网状结构表示实体及其之间的联系，网中结点之间的联系不受层次限制，可以任意发生联系。图1-8

网状模型网状模型有如下几个特点：一个子结点可以有两个或多个父结点。允许一个以上的节点无双亲。在两个结点之间可以有两种或多种联系。可能有回路存在。9/17/202325网状模型的优缺点：9/17/202326优点：能够更为直接地描述现实世界；具有良好的性能，存取效率高。主要缺点：结构复杂，不利于扩充；不容易实现。1.4.5关系模型关系数据模型是由IBM公司的E.F.Codd于1970年首次提出，以关系数据模型为基础的数据库管理系统，称为关系数据库系统(RDBMS)，目前广泛使用。一、关系数据模型的定义实体和联系均用二维表来表示的数据模型称之为关系数据模型。一张二维表，由行和列组成。学号姓名性别出生日期所在院系080440501王雨嫣女1980-9-6中文系020440506肖峰男1978-10-9电子系090440507胡冲男1980-5-8英语系关系表关系模式记录行属性列图1-9

关系模型属性名列名jbqk关系名表名9/17/202327二、关系数据模型的基本概念9/17/202328关系（Relation）对应于关系模式的一个具体的表称为关系，又称表（Table）。关系模式（Relation

Scheme）二维表的表头那一行称为关系模式，又称表的框架或记录类型，是对关系的描述。关系模式可表示为：关系模式名（属性名1，属性名1，...，属性名n）的形式。例如：学生（学号，姓名，性别，出生日期，籍贯）。元组（Tuple）关系中的每一行称为关系的一个元组，又称行（Row）或记录（Record）。属性（Attributes）关系中的每一列称为关系的一个属性，又称列（Column）。给每一个属性起一个名称即属性名。（5）变域（Domain）9/17/202329关系中的每一属性所对应的取值范围叫属性的变域，简称域。主键（PrimaryKey）如果关系模式中的某个或某几个属性组成的属性组能惟一地标识对应于该关系模式的关系中的任何一个元组，这样的属性组为该关系模式及其对应关系的主键。外键（Foreign

Key）如果关系R的某一属性组不是该关系本身的主键，而是另一关系的主键，则称该属性组是R的外键。三、关系数据模型完整性约束关系数据模型完整性约束主要包括三大类：实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。关系数据模型中的查询、插入、删除、修改数据等常用操作都要满足这些条件