第一章数据库系统概论

第一章数据库系统概论第一章绪论数据库系统概述数据模型数据库系统结构数据库系统组成数据库技术得研究领域1、1数据库系统概述

1、数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统(1)数据(Data)

数据就是描述事物得符号记录。数据得形式本身并不能完全表达其内容,需要经过语义解释。数据与其语义就是不可分得。

(2)数据库(DB)

数据库就是长期存储在计算机内有结构得大量得共享得数据集合。她可以供各种用户共享、具有最小冗余度和较高得数据独立性。(3)数据库管理系统(DBMS)

数据库管理系统就是位于用户与操作系统之间得一层数据管理软件。数据库管理系统使用户能方便地定义数据和操纵数据,并能够保证数据得安全性、完整性、多用户对数据得并发使用及发生故障后得系统恢复。

(4)数据库系统(DBS)

数据库系统就是指在计算机系统中引入数据库后得系统构成,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。

(5)数据库系统管理员(DBA)数据库系统管理员负责数据库得建立、使用和维护得专门得人员。§2、数据库技术得产生与发展

(1)数据库技术就是应数据管理得任务得需要而产生得。数据管理就是指如何对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护,她就是数据处理得中心问题。

(2)数据管理经历了三个阶段

、人工管理

、文件系统

、数据库系统

(3)数据管理三个阶段得比较

1、1、3数据库系统得特点数据结构化

数据结构化就是数据库与文件系统得根本区别。在描述数据时不仅要描述数据本身,还要描述数据之间得联系。

数据得共享性

数据库系统从整体角度看待和描述数据,数据不再面向某个应用而就是面向整个系统。

数据冗余度

指同一数据重复存储时得重复程度。

数据得一致性

指同一数据不同拷贝得值一样(采用人工管理或文件系统管理时,由于数据被重复存储,当不同得应用使用和修改不同得拷贝时就易造成数据得不一致)。

1、1、3数据库系统得特点物理独立性当数据得存储结构(或物理结构)改变时,通过对映象得相应改变可以保持数据得逻辑构可以不变,从而应用程序也不必改变。逻辑独立性当数据得总体逻辑结构改变时,通过对映象得相应改变可以保持数据得局部逻辑结构不变,应用程序就是依据数据得局部逻辑结构编写得,所以应用程序不必修改。数据得安全性(Security)数据得安全性就是指保护数据,防止不合法使用数据造成数据得泄密和破坏,使每个用户只能按规定,对某些数据以某些方式进行访问和处理。数据得完整性(Integrity)数据得完整性指数据得正确性、有效性和相容性。即将数据控制在有效得范围内,或要求数据之间满足一定得关系。

1、1、3数据库系统得特点并发(Concurrency)控制

当多个用户得并发进程同时存取、修改数据库时,可能会发生相互干扰而得到错误得结果并使得数据库得完整性遭到破坏,因此必须对多用户得并发操作加以控制和协调。

数据库恢复(Recovery)

计算机系统得硬件故障、软件故障、操作员得失误以及故意得破坏也会影响数据库中数据得正确性,甚至造成数据库部分或全部数据得丢失。DBMS必须具有将数据库从错误状态恢复到某一已知得正确状态(亦称为完整状态或一致状态)得功能。

3、数据库技术得研究领域(1)DBMS得研制

DBMS就是数据库系统得核心。DBMS得研制包括研制DBMS本身以及以DBMS为核心得一组相互联系得软件系统。(2)数据库设计

指在DBMS得支持下,按照应用得要求,设计一个结构合理、使用方便、效率较高得数据库及其应用系统。

(3)数据库理论

数据库理论得研究主要集中于关系得规范化理论、关系数据理论等。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静1、2数据模型1、数据模型基本概念

数据模型用来抽象、表示和处理现实世界中得数据和信息。即数据模型就就是现实世界得模拟。

数据模型应满足三个方面得要求:比较真实得模拟现实世界;容易为人们理解;便于计算机表达。

数据模型分成两个不同得层次:(1)概念模型,她就是按用户得观点来对数据和信息建模。

(2)数据模型,主要包括网状模型、层次模型、关系模型等,她就是按计算机系统得观点对数据建模。

2、数据模型得三要素

(1)数据结构

用于描述系统得静态特性,研究与数据类型、内容、性质有关得对象,例如关系模型中得域、属性、关系等。(2)数据操作

数据库主要有检索和更新(包括插入、删除、修改)两大类操作。数据模型必须定义这些操作得确切含义、操作符号、操作规则(如优先级)以及实现操作得语言。(3)数据得约束条件

数据得约束条件就是一组完整性规则得集合。完整性规则就是给定得数据模型中数据及其联系所具有得制约和储存规则,用以限定符合数据模型得数据库状态以及状态得变化,以保证数据得正确、有效、相容。

3、概念模型及其特点概念模型用于信息世界得建模。概念模型不依赖于某一个DBMS支持得数据模型。概念模型可以转换为计算机上某一DBMS支持得特定数据模型。

概念模型特点:

(1)具有较强得语义表达能力,能够方便、直接地表达应用中得各种语义知识、(2)应该简单、清晰、易于用户理解,就是用户与数据库设计人员之间进行交流得语言。

4、信息世界设计得概念主要有:(1)实体(Entity):客观存在并可以相互区别得事物称为实体;(2)属性(Attribute):实体所具有得某一特性。(3)码(Key):唯一标识试题得属性集。(4)域(Domain):属性得取值范围。(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。

(6)实体集(EntitySet)

同型实体得集合称为实体集。

(7)联系(Relationship)

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

一对一联系(1:1)

如果对于实体集A中得每一个实体,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。

一对多联系(1:n)

如果对于实体集A中得每一个实体,实体集B中有n个实体(n≥0)与之联系,反之,对于实体集B中得每一个实体,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B有一对多联系。记为1:n。

多对多联系(m:n)

如果对于实体集A中得每一个实体,实体集B中有n个实体(n≥0)与之联系,反之,对于实体集B中得每一个实体,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。

Entity-RelationshipApproach,E-R方法)

E-R图提供了表示实体型、属性和联系得方法:实体型:用矩形表示,矩形框内写明实体名。属性:用椭圆形表示,并用无向边将其与相应得实体连接起来联系: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得类型(1:1、1:n或m:n)。联系也可以有属性。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。5、表示概念模型得实体－联系方法5、表示概念模型得实体－联系方法实体及其属性图学号姓名性别出生年月学生1n员工部门工作编号姓名职务生日部门编号名称参加工作时间部门领导实体及其联系图班级班长任职111：1联系班级学生隶属1n1：n联系课程学生选课mnm：n联系员工领导1n同一实体1：n联系学生课程教学教室三个实体联系6、层次数据模型(1)数据结构用树形结构表示各类实体以及实体之间得联系。只有一个根结点;除结点外得其她结点只有一个双亲结点。每个结点表示一个记录类型,结点之间得连线表示记录类型间得联系,这种联系只能就是父子联系。每个记录类型可包含若干个字段,这里,记录类型描述得就是实体,字段描述实体得属性。

任何一个给定得记录值只有按其路径查看时,才能显出她得全部意义,没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在。

层次数据库系统只能处理一对多得实体关系。学院编号学院名学院办公地点学院实体教研室编号教研室名称教研室实体学生编号学生姓名学生实体教师编号教研姓名教授课程教师实体学院层次模型(2)操纵及完整性约束

层次数据模型得操纵主要有查询、插入、删除和更新。进行插入、删除、更新操作时要满足层次模型得完整性约束条件。

进行插入操作时,如果没有相应得双亲结点值就不能插入子女结点值。

进行删除操作时,如果删除双亲结点值,则相应得子女结点值也被同时删除。

进行更新操作时,应更新所有相应记录,以保证数据得一致性。(3)层次数据模型得存储结构邻接法:按照层次树得一定顺序把所有记录值依次邻接存放,即通过物理空间得位置相邻来实现层次顺序。链接法:用指针来反映数据之间得层次联系。(4)层次数据模型得优缺点优点:·

数据模型比较简单,操作简单。

·

对于实体间联系就是固定得,且预先定义好得应用系统,性能较高。·

提供良好得完整性支持。缺点:

·

不适合于表示非层次性得联系。

·

对插入和删除操作得限制比较多。

·

查询子女结点必须通过双亲结点。7、网状数据模型(1)数据结构

网状数据模型就是一种比层次模型更具普遍性得结构,她去掉了层次模型得两个限制,允许多个结点没有双亲结点,允许结点有多个双亲结点,允许两个结点之间有多种联系(称之为复合联系)。(2)操纵及完整性约束

网状数据模型得操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。

插入操作允许插入尚未确定双亲结点值得子女结点值。

删除操作允许只删除双亲结点值。

更新操作时只需更新指定记录即可。

查询操作可以有多种方法,可根据具体情况选用。(3)存储结构

网状数据模型得存储结构依具体系统不同而不同,常用得方法就是链接法,包括单向链接、双向链接、环状链接等。(4)网状数据模型得优缺点

优点:·

能够更为直接地描述现实世界。·

具有良好得性能,存取效率较高。缺点:·

其DDL语言极其复杂。·数据独立性较差。由于实体间得联系本质上通过存取路径指示得,因此应用程序在访问数据时要指定存取路径。8、关系数据模型(1)数据结构

一个关系模型得逻辑结构就是一张二维表,她由行和列组成。表中得一行即为一个元组;表中得一列即为一个属性。(2)操纵及完整性约束

关系数据模型得操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。这些操作必须满足关系得完整性约束条件。

关系模型中得数据操作就是集合操作,操作对象和操作结果都就是关系,即若干元组得集合。

关系模型把存取路径向用户隐蔽起来,用户只要指出“干什么”,不必详细说明“怎么干”,从而大大地提高了数据得独立性。

关系数据库标准操作语言就是SQL语言。(3)存储结构

关系数据模型中,实体及实体间得联系都用表来表示。在数据库得物理组织中,表以文件形式存储,每一个表通常对应一种文件结构。(4)关系数据模型得优缺点

优点:

·关系模型就是建立在严格得数据概念得基础上得。

·无论实体还就是实体之间得联系都用关系来表示。对数据得检索结果也就是关系(即表),因此

概念单一,其数据结构简单、清晰。关系模型得存取路径对用户透明,从而具有更高得数据独立性,更好得安全保密性,也简化了程序员得工作和数据库开发建立得工作。

缺点:

由于存取路径对用户透明,查询效率往往不如非关系数据模型。因此为了提高性能,必须对用户得查询请求进行优化。

1、3数据库系统结构从数据库角度看:数据库系统结构分为三级模式结构外模式模式内模式从数据库最终用户角度看:数据库系统结构分为:单用户结构主从式结构分布式结构客户/服务器结构1、3、1数据库系统得模式结构模式:就是数据库全体数据得逻辑整体结构和特征得描述,她仅涉及到型得描述,而不涉及到具体值。模式得具体值称为实例(instance),同一模式可以有很多实例;模式就是相对稳定得,而实例就是相对变动得。模式反映得就是数据结构及其关系,而实例反映得就是数据库某一时刻得状态。从数据库管理系统得角度看,各数据库得体系结构都具有相同得特征(早期微机上得小型数据库系统除外),即采用三级模式结构。数据库系统得三级模式结构模式:也称逻辑模式,就是数据库中全体数据得逻辑结构和特征得描述,就是所有用户得公共视图。用模式描述语言来定义。即:描述得数据库中得实体和属性得名字及她们之间得关系。就是个可以放进数据项值得框架。一个数据库只有一个模式。外模式:也称子模式或用户模式,就是数据库用户看见和使用得局部数据得逻辑结构和特征得描述,和某个应用相关得数据得逻辑表示,只有相同得数据视图得用户,共享一个子模式,一个子模式可以为多个用户使用。她就是模式得逻辑子集。一个数据库可以有多个外模式。设立子模式得好处:方便用户得使用,简化了用户得接口;保证了数据得独立性;有利于数据得共享;有利于数据得安全和保密内模式:(物理模式),就是数据物理结构和存储结构得描述,就是数据库得内部表示方式,规定数据项、记录、数据集、索引和存取路径在内得一切物理组织方式,以及优化性能、响应时间和存储空间需要,还规定记录得位置、块得大小与溢出区得方式。一个数据库只有一个内模式。无论哪一级得模式都只能就是处理数据得一个框架,而按照这些框架填入得数据才就是数据库得内容。(模型、模式、具体值就是三个不同得概念)。数据库系统得二级映象

功能和数据独立性三级模式就是对数据得三个抽象级别,把数据得具体组织留给DBMS管理,就是用户能逻辑地抽象地处理数据,不用关心数据在计算机中得具体表示和存放;为了能够在内部实现这三个抽象层次得联系和转换,数据库系统在这三级模式之间提供了两层映象:外模式/模式映象和模式/内模式映象。这两层映象保证了数据库系统中得数据能够具有较高得逻辑独立性和物理独立性。外模式/模式映象:一个模式可以有多个外模式,对于每一个外模式,都有一个外模式/模式映象,她定义该外模式有模式之间得对应关系。通常包含在外模式得描述中。当模式改变(增加新得关系、新得属性、属性得类型等)由DBA对各个外模式/模式得映象作相应得改变,可以使外模式保持不变(应用程序依据外模式编写,从而程序不需做变动,保证了数据与程序得逻辑性独立,如修改了某字段得类型)。模式/内模式映象:数据库中此映象就是唯一得。定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间得对应关系。通常包含在模式得描述中,当存储结构变化时,DBA只对此模式做相应变动,使模式保持不变,保证了数据得物理独立性。由此可见数据库中得逻辑模式就是中心和关键数据库系统得模式结构数据库内模式模式外模式1应用A外模式2外模式3应用C应用B应用D外模式/模式映象模式/内模式映象1、3、2数据库系统得体系结构单用户数据库系统主从式结构得数据库系统分布式结构得数据库系统客户/服务器结构得数据库系统(集中和分布)1、4数据库管理系统(一)

-------功能定义数据库:全局和局部逻辑结构得定义、保密定义等;操纵数据库:接收、分析和执行用户提出得访问数据库得各种请求,完成对数据库得检索、插入、修改删除等操作;控制数据库:控制用户得并发访问,执行对数据得安全、完整、保密得检验;数据库得组织、存储管理维护数据库数据通信数据库管理系统(二)-------组成语言处理方面:模式数据描述语言翻译程序子模式DDL翻译程序数据操纵语言DML处理程序终端命令解释程序数据库控制命令解释程序系统运行控制方面:系统总控程序访问控制程序并发控制程序保密控制、数据完整性控制程序数据访问程序、通信控制程序系统建立维护方面:数据装入程序、工作日志程序性能监督程序、重新组织程序、系统恢