计算机软件及应用数据库技术

大连工业大学信息学院——计算机系第1章绪论数据库系统概述1数据模型2数据库系统结构3数据库系统的组成4大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论基本概念

数据（Data）：

数据库中存储的基本对象;

描述事物的符号记录。例如：文字、图形、图象、声音、数字等。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论基本概念

数据库（DataBase，简称DB）：长期存放在计算机内的、有组织的、可共享的、数据集合。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论基本概念

数据库（DataBase，简称DB）：数据组织的目标：

按一定的数据模型组织、描述和储存；

具有较小的冗余度；

较高的数据独立性和易扩展性；

可为各种用户所共享。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论基本概念

数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）DBMSOS

用户为用户(应用程序)提供访问DB的方法科学的组织和存储数据，高效的获取和维护数据。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论基本概念

数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）DBMS类型：总是基于某种数据模型。

层次网状关系面向对象大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论基本概念

数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）主要功能：

数据定义功能（DDL）数据操纵功能（DML）数据库的运行管理数据库的建立和维护功能大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论基本概念

数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）在计算机系统中引入了数据库后的系统。DBS构成：

数据库数据库管理系统（及开发工具）应用系统数据库管理员用户大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论数据库技术的产生、发展应数据管理任务的需要而产生的。人工管理文件系统DB系统高级DB技术20世纪50年代中期前，计算机用于科学计算硬件：外存只有纸带，磁带，没有磁盘。软件：没有管理数据软件，采用批处理方法处理数据。20世纪50年代后期到60年代中期硬件：有了磁盘、磁鼓。软件：OS中有了数据管理软件—文件系统。20世纪60年代后期至今硬件：有大容量的磁盘，且硬件价格下降。软件：价格上升，出现了统一管理数据的软件—(DBMS)。现今数据库技术和面向对象等新技术的结合的产物。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论数据库技术的产生、发展

各阶段特点：人工管理高级DB技术人工管理数据不保存应用程序管理数据数据不共享数据不具有独立性文件系统数据长期保存文件系统管理数据数据共享性差，冗余度大数据独立性差DB系统数据结构化数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高DBMS统一管理数据大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论数据库技术的产生、发展

数据库系统的结构：人工管理高级DB技术大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论数据库技术的产生、发展

数据库系统中程序和数据的关系：人工管理高级DB技术大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论数据库技术的产生、发展

数据库阶段信息处理方式：人工管理高级DB技术大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论数据库技术的产生、发展

高级数据库阶段：分布式数据库系统对象数据库系统人工管理大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论数据库技术的产生、发展

高级数据库阶段：分布式数据库系统大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统概述——绪论数据库技术的产生、发展

高级数据库阶段：对象数据库系统具有面向对象技术的：封装性（把数据与操作定义在一起）继承性（继承数据结构和操作）提高了软件的可重用性。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型什么是数据模型？

数据模型：对现实世界中数据特征的模拟和抽象。数据模型要满足的三个方面要求：

1.基本要求：比较真实的模拟现实世界。

2.容易为人所理解。

3.便于在计算机上实现。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型数据模型的种类有哪些？

根据应用的目的划分为两类概念模型（信息模型）按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。特点：直观，清晰，容易被理解。逻辑模型:按计算机系统的观点对数据建模,用于DBMS的实现包括网状、层次和关系模型物理模型:描述数据在系统内部的表示方式和存取方法具体实现是DBMS的任务大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——组成要素数据结构描述数据库的组成对象及对象之间的联系;是对系统静态特性的描述;是刻画一个数据模型性质最重要的方面。数据操作对数据库中各种数据（对象的实例）允许执行的操作的集合。包括操作及操作规则。是对系统动态特征的描述。类型包括：检索、更新数据的约束条件对数据的哪些操作可以进行，哪些不可以进行。是一组完整性规则的集合。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——概念模型介绍一些信息世界的基本概念

实体（Entity）可以是具体的人、事、物，可以是抽象的概念或者联系。例如：一名学生、一个部门、一支铅笔等等。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——概念模型介绍一些信息世界的基本概念

属性（Attribute）可以是一个实体，可以是单纯的属性。例如：学生实体可以由姓名、学号、性别、所在系等属性组成。轮胎是实体“汽车”的属性，轮胎本身也可以作为一个实体。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——概念模型介绍一些信息世界的基本概念

码（Key）也叫关键字、键，是唯一标识实体的属性集。例如：学生的学号可以唯一的标识一位学生，那么学号就是学生实体的码。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——概念模型介绍一些信息世界的基本概念

域（Domain）属性的取值范围。例如：属性“性别”的域为男、女。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——概念模型介绍一些信息世界的基本概念

实体型（EntityType）具有相同属性的实体具有共同的特征和性质，用实体名及其属性名集来抽象和刻画同类实体，称为实体型。例如：学生（学号，姓名，性别，系）实体集（EntitySet）具体值的集合。例如：整个专业的学生就是一个实体集。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型介绍一些信息世界的基本概念联系（Relationship）分类实体内部联系：组成实体的各属性之间的联系。实体间联系：不同实体集之间的联系。一对一联系一对多联系多对多联系

大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——概念模型介绍一些信息世界的基本概念

一对一联系：如果对于实体A中的每一个实体，实体B中至多有一个（可以没有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系，记为1：1。例如：工厂和厂长AB大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——概念模型介绍一些信息世界的基本概念

一对多联系：如果对于实体集A中每一个实体，实体集B中有n（n>=0）个实体与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系，记为1：n。例如：班导师和学生就是一对多联系。AB大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——概念模型介绍一些信息世界的基本概念

多对多联系：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n（n>=0）个实体与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m（m>=0）与之联系，则称实体集A与实体集B具有多对多联系，记为m：n。例如：学生和课程就是多对多联系。AB大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——概念模型概念模型的表示方法ER图（实体—联系）（Entity--RelationshipApproach）现实世界—>信息世界：第一步设计的关键矩形框表示实体(考虑问题的对象)菱形框表示联系(实体间联系)表示实体和联系的属性椭圆形框大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——最常用的数据模型层次模型网状模型关系模型面向对象模型传统数据模型，是文件系统中所用数据模型的继承和发展，它实现了数据管理质的飞跃：从数据私有到数据共享；从孤立的文件到彼此互相联系的数据模式；从简单的文件操作发展为较复杂的数据库操作和数据库语言。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——层次模型层次模型——层次数据库系统

满足下面两个条件：有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点为根结点。根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——层次模型层次模型优点：数据模型比较简单；性能：某些情况下其性能优于关系模型，且不低于网状模型；提供了良好的完整性支持。缺点：现实世界中很多联系是非层次性的，此类问题，层次模型方法显得笨拙；对插入和删除操作的限制比较多；查询子女结点必须通过双亲结点。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——网状模型网状模型——网状数据库系统

满足下面两个条件：允许一个以上的结点无双亲。一个结点可以有多于一个的双亲。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——网状模型网状模型优点：更为直接的描述现实世界。良好的性能，存取效率高。缺点：结构较复杂，随着应用环境的扩大，数据库结构会更复杂，不利于最终用户掌握；其DDL，DML语言复杂，增加了程序员负担。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——关系模型关系模型涉及的术语

(1)关系(Relation):一个关系对应通常所说的一张表。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——关系模型关系模型涉及的术语

(2)元组(Tuple):表中的一行。(3)属性(Attribute):表中的一列。(4)主码(Key):可以唯一确定一个元组的属性组。大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——关系模型关系模型涉及的术语

(5)域(Domain):属性的取值范围。(6)分量:元组中的一个属性值。(7)关系模式:对关系的描述。表示：关系名（属性1，属性2，……属性n）例如：学生（学号，姓名，年龄，性别，所在系）大连工业大学信息学院——计算机系数据模型——关系模型关系模型的优缺点优点建立在严格的数学概念基础上概念简单，数据结构简洁清晰，用户易学存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，同时简化了程序员工作缺点由于存取路径对用户透明，所以查询效率不如非关系模型，为提高性能，必须对查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构DB内部体系结构（数据库内部系统结构）三级模式(结构)+两级映象(功能)DB外部体系结构（数据库系统外部的体系结构）

（1）

集中式结构（2）

分布式结构（3）

c/s结构（4）

并行结构大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——三级模式数据库的三级模式结构

外模式模式内模式大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——三级模式模式

Schema（一个数据库只有一个）数据库中全体数据的逻辑结构和特征描述。（是对“型”的描述，不涉及具体的“值”。）型（Type）：对一类数据的结构和属性的说明。例如：（学号，姓名，性别，系）值（Value）：型的一个具体的值。例如：（101022，丁丁，男，电子）大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——三级模式外模式（ExternalSchema）（一个数据库可有多个）也称子模式或用户模式，是数据库用户能够看见和使用的局部数据的结构和特征描述，是数据库用户的数据视图。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。内模式（InternalSchema）（一个数据库只有一个）大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——二级映像外模式/模式映象该映象定义了外模式（描述的是数据的局部逻辑结构）与模式（描述的是数据的全局逻辑结构）之间的对应关系。模式/内模式映象（是唯一的吗？为什么？）定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——二级映像二级映像的优点：保证了数据的独立性逻辑独立性：“外模式/模式映像”保证当模式改变时，DBA修改“外模式/模式映像”，保证外模式不用随之改变。物理独立性：“模式/内模式映象”保证当内模式改变时，DBA修改“模式/内模式映像”，保证模式不用随之改变。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构三级模式变换+二级映像大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——数据库特性数据独立性数据安全性数据完整性数据一致性数据共享控制冗余集中管理并发控制故障恢复大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——数据库特性数据独立性物理独立性用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的由模式/内模式映像保证用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的由外模式/模式映像保证逻辑独立性大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——数据库特性数据安全性保护数据以防止不合法的使用所造成的数据的泄露、更改和破坏。数据完整性数据要正确、真实（有效）、相容。（相容：数据之间不能有矛盾的地方。）例如：学生的“学号”和“所在系”大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——数据库特性数据完整性——分类逻辑完整性：（建立完整性约束来保证）从现实世界—>人的大脑中的过程应该是真实的，正确的。运行完整性：（进行事务处理来保证）在多用户、多系统中使用，容易产生。物理完整性：（采取故障恢复措施来保证）（比如硬件自然损坏等情况）大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——数据库特性数据一致性同一客观事物的数据，无论出现在数据库的任何地方，任何时候都要保证是一致的、正确的，真实的。产生数据不一致的原因：1.冗余；2.并发；3.硬件故障。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——数据库特性数据共享数据库的目标之一就是实现数据共享，提高数据使用率，提高工作效率。冗余度的增加，可能引起安全性下降，也有可能导致数据不一致。进行适当的冗余。控制冗余大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——数据库特性集中管理数据+其性能保证措施进行集中管理。是数据库高效率、高质量的基础。是对同时发生某一操作处理的程序机制。并发控制故障恢复

对由软、硬件原因引起的各种故障进行恢复。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——DBMSDBMS工作模式是为数据库的建立、使用和维护配置的软件。组成：1.定义数据库要使用的语言DDL；2.实用程序集。大连工业大学信息学院——计算机系数据库系统结构——DBMSDBMS——语言DDL（数据定义语言）：专门用来描述三种模式。SQL中：CREATE