《认识数据库》ppt课件高中信息技术.ppt

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 1.1 基本概念 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 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。 1.1.3 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。 1.1.4 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 1.1.5 数据库管理技术的发展 （ 1）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。 （ 2）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。 （ 3）特点： 数据不保存。 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。 数据不能共享。一组数据只能对应一个程序。 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。 数据库原理及应用 2020年 10月 14日星期三 金手指考试网 2016年金手指驾驶员考试科目一 科目四 元贝驾考网 科目一科目四仿真考试题 C1 Grammar 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。 图 1-2 文件系统阶段程序与数据的关系 （ 1）硬件：磁盘、磁鼓等直接存取存储设备。 （ 2）软件：操作系统中有了专门的数据管理软件 -文件系统。 程序 1 程序 3 程序 2 文件 3 文件 2 文件 1 文件 管理 系统 （ 3）特点： 数据可以长期保存。 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。 数据共享性差，冗余度大。 a） 一个文件对应一个应用程序。 b）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。 数据独立性差。 （ 4）在数据文件中常涉及下列术语： 数据项：描述事物性质的最小单位。 记录：若干数据项的集合，一个记录表达一个具体事物。 文件：若干记录的集合。 三、数据库系统阶段 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： 图 1-3 数据库系统阶段程序与数据的关系 （ 1）硬件：大容量磁盘，价格下降。 （ 2）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。 应用 1 应用 3 应用 2 数据 库管 理系 统 数据库 （ 3）特点 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。 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。 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。 （ 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： 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。 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。 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。 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。 1.2.1 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： （ 1）按一定的数据模型组织、描述和存储； （ 2）具有较小的冗余度； （ 3）具有较高的数据独立性和易扩展性； （ 4）可为各种用户共享。 1.2 数据库系统 1.2.2 数据库管理系统 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： （ 1）数据定义功能 （ 2）数据操纵功能 （ 3）数据库运行控制功能 （ 4）数据库的建立和维护功能 1.2.3 数据库系统 数据库系统 (DataBase System,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： （ 1）数据的结构化。 （ 2）最小的冗余度。 （ 3）数据的共享。 （ 4）数据与程序独立。 （ 5）数据的安全性和完整性。 1.2.4 数据库系统的组成 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。 图 1-4 数据库系统的组成 数据库应用系统 数据库管理系统 操作系统 硬件 数据库管理员 用户 （ 1）硬件与软件 （ 2）数据库管理系统 (DBMS） （ 3）数据库系统 (DBS) （ 4）数据库管理员 (DataBase Administrator， DBA) （ 5）用户 1.3 数据模型 模型是现实世界特征的模拟和抽象，数据模型（ Data Model）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。 （ 2）数据操作 数据操作指对数据库中各种对象实例的操作。 （ 3）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。 1.3.2 概念模型 一、概念模型的名词术语 （ 1）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。 （ 2）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。 （ 3）域（ Domain）：属性的取值范围称为该属性的域。 （ 4）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。 （ 6）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。 （ 7）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 （ 1）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。 （ 2）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（ n0）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（ n0）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（ m0）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 (b) 1:n 联系 (c)m: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 B 1 1 联系名 实体型 A 实体型 B 1 n n 联系名 实体型 A 实体型 B m 三、 E-R模型 E-R图有三个要素： （ 1）实体：用矩形表示实体，矩形内标注实体名称。 （ 2）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。 （ 3）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 m n n 1 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 1.4.3 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 : （ 1）有且仅有一个结点无父结点，该结点称为根； （ 2）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。 1.4.4 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： （ 1）一个子结点可以有两个或多个父结点。 （ 2）允许一个以上的节点无双亲。 （ 3）在两个结点之间可以有两种或多种联系。 （ 4）可能有回路存在。 网状模型的优缺点： （ 1）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。 （ 2）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。 图 1-9 关系模型 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 属性名 列名 jbqk 关系名 表名 二、关系数据模型的基本概念 （ 1）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）。 （ 2）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）。 （ 3）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）。 （ 4）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） 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。 （ 6）主键（ Primary Key） 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。 （ 7）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。 1.4.1 模式的概念 模式（ Schema) 是数据库中全体数据的逻辑结构和特征 的描述，它仅仅涉及到 型 的描述，不涉及到具体的 值 。 其中型是数据模型中对某一类数据结构和属性的说明，而值 是型的一个具体赋值。模式具有如下特点： （ 1）模式的一个具体描述称为模式的一个实例。 （ 2）模式是相对稳定的，而实例是相对变动的。 （ 3）模式反映的是数据的结构及其联系，而实例反映的是 数据库某一时刻的状态。 1.4 数据库系统的体系结构 1.4.2 数据库系统的三级模式结构 数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由外模式、 模式、内模式三级构成。 图 1-10 数据库系统的三级模式结构 物理数据 库 外模式 / 模式映射 模式 / 内模式映射 外模式（用户级数据库） 模 式（概念级数据库） 内模式（物理级数据库） 操作系统 DBMS 应用程序 1 应用程序 2 应用程序 2 外模式 1 外模式 2 模式 内模式 （ 1）模式 模式（ Schema)也称逻辑模式或概念模式，是数据库中全体数据的 逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图，是数据库系统 模式结构的中间层。一个数据库只有一个模式。模式是数据项值的框 架。数据库系统模式通常还包含有访问控制、保密定义、完整性检查 等方面的内容。 （ 2）外模式 外模式也称为子模式或用户模式，它是数据和用户能够看见和使 用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据和用户的数据视图， 是与某一应用有关的数据的逻辑表示。 外模式一般是模式的子集。一个模式可以有多个外模式。一个应 用程序只能使用一个外模式。外模式是保证数据库安全性的一个有力 措施。 （ 3）内模式 内模式也称存储模式，是数据库在物理存储器上具体实现的描述， 是数据在数据库内部的表示方法，也是数据物理结构和存储方式的描 述。一个数据库只有一个内模式。