第一章：数据库系统基本概念

数据库系统基本概念张志祥2007.3内容提要1、基本概念（数据、信息、数据处理等）；2、数据库系统的组成（DB、DBMS、DBS）；3、数据库技术的发展历史（三个阶段）；4、数据模型：4.1数据模型；4.2数据模型的三个要素；4.3概念模型；4.4数据模型的分类（层次模型、网状模型、关系模型）。基本概念----数据data狭义的理解：数字。广义的理解：描述事物的符号记录。描述事物的符号可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音等。数据的种类也很多，数字、文字、图形、图像、声音、学生的档案记录、银行的交易记录等，这些都是数据。数据是对客观事物特征的一种抽象化、符号化的表示；数据与其语义是不可分的学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容数据的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系例如：93是一个数据语义1：学生某门课的成绩语义2：某人的体重语义3：计算机系2007级学生人数

基本概念----information信息是经过加工的数据，或者说，信息是数据处理的结果；信息是指有一定含义的、经过加工处理的、对决策有价值的数据；

基本概念data&information信息是有用的数据；数据是信息的表现形式；基本概念---数据处理数据处理是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输，将数据转换成信息的过程。人们通过处理数据可以获得信息，通过分析和筛选信息可以帮助决策。信息的价值通过信息决策的行为结果来体现。基本概念---数据库(DataBase,DB)

是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据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，并可为各种用户共享。数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库实例

基本概念-----DBMS数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。UserDBMSOSDBDBMS的用途组织和存储好大量的数据，并提供方便、高效地检索数据和维护数据的手段。

基本概念---DataBseSystem什么是数据库系统数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）就是以完成某一应用目标而进行数据处理的整个计算系统。广义上讲数据库系统包括：硬件系统、数据库数据管理系统及相关软件、数据库管理员DBA、用户user

基本概念-----DBAS数据库应用系统（DatabaseApplicationSystem）：开发人员利用数据库系统资源开发出来的、面向某一类实际应用的应用软件系统。如：学籍管理系统学生成绩管理系统财务管理系统图书管理系统

数据库系统的构成UserProgramerDBAMISProgramDevelopmentSystemDBMSDBComputerSystem数据库系统的构成仔细看

数据库

应用系统应用开发工具

操作系统

数据库管理系统数据库管理员用户用户用户数据库在计算机系统中的地位数据库技术为了提高信息的价值，用科学的方法获取、加工、管理信息的科学方法就是数据库技术。数据管理：对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。数据处理：是对数据进行收集、组织、存储、加工、抽取、传播等一系列活动的总和，从大量的原始数据中获取有价值的信息。数据库技术的发展阶段数据库技术的发展过程人工管理阶段(40年代中——50年代中期)文件系统阶段(50年代末——60年代中期)数据库系统阶段(60年代末——现在)人工管理阶段时期40年代中——50年代中产生的背景应用需求： 科学计算 硬件水平： 无直接存取存储设备软件水平： 没有操作系统 处理方式： 批处理

一个应用程序对应一些数据应用程序１数据集１应用程序２数据集２应用程序ｎ数据集n...…...…人工管理阶段的特点特点数据不保存：主要应用于科学计算。没有对数据进行管理的的软件：数据需要用户自己编写程序管理。数据不共享程度：无共享、冗余度极大

没有文件的概念：数据的组织方式由程序员自行设计。文件系统阶段时期50年代末--60年代中产生的背景应用需求 科学计算、管理 硬件水平 磁盘、磁鼓 软件水平 专门管理数据的文件系统 处理方式 联机实时处理、批处理 文件系统阶段数据管理示意图应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n存取方法...…...…文件管理阶段的特点：数据可长期保存。由文件系统管理数据。共享性差、冗余度大。数据库系统阶段时期60年代末以来产生的背景应用背景 大规模管理 硬件背景 大容量磁盘 软件背景 有数据库管理系统 处理方式 联机实时处理,分布处理,批处理DBMS应用程序1应用程序2数据库…数据库系统阶段的特点提高了数据的共享性减少数据的的冗余数据和应用程序是独立的；配置了数据库管理系统；休息一会儿。。。

下课了。。。数据模型在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。数据模型应满足三方面要求:a.能比较真实地模拟现实世界b.容易为人所理解c.便于在计算机上实现现实世界中客观对象的抽象过程DBMS支持的数据模型概念模型认识抽象信息世界机器世界现实世界现实世界概念模型数据库设计人员完成逻辑模型物理模型由DBMS完成概念模型逻辑模型数据库设计人员完成现实世界中客观对象的抽象过程数据模型根据应用目的，数据模型分为两类(1)概念模型也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。主要用于数据库设计。(2)逻辑模型和物理模型

逻辑模型：主要包括网状模型、层次模型、关系模型等、面向对象模型和对象关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。主要用于DBMS的实现。物理模型：描述数据在系统内部的存储和存取方法，是面向计算机系统的。客观对象的抽象过程---两步抽象1.现实世界中的客观对象抽象为概念模型；2.把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。数据模型的组成要素数据模型是严格定义的一组概念的集合，通常有以下三部分组成：a.数据结构b.数据操作c.数据的完整性约束条件a.数据结构数据结构是描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系描述的内容与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象

数据结构是对系统静态特性的描述b.数据操作数据操作对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作及有关的操作规则数据操作的类型查询更新(包括插入、删除、修改)

数据模型必须定义操作的确切含义,操作符号,操作规则（如优先级）,实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述c.数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件一组完整性规则的集合。完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则。用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。数据模型对完整性约束条件的定义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。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。概念模型概念模型的用途1.概念模型用于信息世界的建模2.是现实世界到机器世界的一个中间层次3.是数据库设计的有力工具4.数据库设计人员和用户之间进行交流的语言对概念模型的基本要求较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识简单、清晰、易于用户理解。

信息世界中的基本概念(1)实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2)属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。(3)码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。(4)域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域。(5)实体型（EntityType）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型如：学生（学号，姓名，性别，成绩）(6)实体集（EntitySet）

同一类型实体的集合称为实体集，如：全体学生(7)联系（Relationship）

现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。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

一对一联系

如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，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。实例班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职一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个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只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实例班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习多对多联系（m:n）如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）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个实体（m≥0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n实例课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程多个实体型间的一对多联系若实体型E1，E2，...，En存在联系，对于实体型Ej（j=1，2，...，i-1，i+1，...，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ei与E1，E2，...，Ei-1，Ei+1，...，En之间的联系是一对多的。多个实体型间的联系(续)实例

课程、教师与参考书三个实体型如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用则：课程（1）与教师、参考书（n）之间的是一对多联系多个实体型间的一对一联系？多个实体型间的多对多联系？同一实体集内各实体间的联系一对多联系实例

职工实体集内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）“领导”若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系一对一联系多对多联系概念模型的一种表示方法概念模型的一种表示方法用E-R图来描述现实世界的概念模型E-R方法也称为E-R模型E-R图实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。学生教师E-R图(续)属性用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来学生学号年龄性别姓名E-R图(续)联系联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，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:n或m:n）联系的属性：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。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

联系的表示方法实体型1联系名实体型2111:1联系实体型1联系名实体型2mnm:n联系实体型1联系名实体型21n1:n联系联系的表示方法(续)实体型1联系名mn同一实体型内部的m:n联系实体型1联系名实体型21m多个实体型间的1:n联系实体型3n联系的表示方法举例：班级班级-班长班长111:1联系课程选修学生mnm:n联系班级组成学生1n1:n联系一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习联系的表示方法示例(续)职工领导1n同一实体型内部的1:n联系课程讲授教师1m多个实体型间的1:n联系参考书n职工实体型内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）“领导”若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系课程、教师与参考书三个实体型一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用两个以上实体型之间的联系(续)多个实体型间的一对一联系两个以上实体型间的多对多联系实例

供应商、项目、零件三个实体型一个供应商可以供给多个项目多种零件每个项目可以使用多个供应商供应的零件每种零件可由不同供应商供给供应商供应项目mp两个以上实体型间m:n联系零件n联系属性的表示方法课程选修学生mn成绩作业：画出学生与课程联系的E--R图：其中学生的属性包括：学号，姓名，年龄，性别课程属性有：课程号，课程名称，学分每个学生可以选多门课，一门课也可以被多个学生来选，同时每个学生选的每门课有一个成绩休息一会儿。。。

下课了。。。数据模型数据库领域最常用的逻辑数据模型有：

层次模型网状模型关系模型面向对象模型对象关系模型1.层次数据模型的数据结构层次模型

满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。1.有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点2.根以外的其它结点有且只有一个双亲结点层次模型中的几个术语根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点层次数据模型的数据结构(续）

Ｒ1

根结点

Ｒ2

兄弟结点

Ｒ3

叶结点

Ｒ4

兄弟结点

Ｒ5

叶结点

叶结点2.网状数据模型的数据结构网状模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。1.允许一个以上的结点无双亲；2.一个结点可以有多于一个的双亲。网状数据模型的数据结构续

Ｒ1

Ｒ2

R3L1L2

R1

R2L3L1L2

R3L4

R4

R5

3.关系模型最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型1970年由美国IBM公司SanJose研究室的研究员E.F.Codd提出本课程的重点关系数据模型的数据结构在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。关系模型的基本概念关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表。元组（Tuple）表中的一行即为一个元组。属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。关系模型的基本概念主码（Key）表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。域（Domain）属性的取值范围。分量元组中的一个属性值。关系模式对关系的描述关系名（属性1，属性2，…，属性n）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）关系数据模型的数据结构(续）实体及实体间的联系的表示方