数据库系统概论

2022-12-81数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database System2022年年12月月2022-12-82数据库技术应用十分广泛n教学管理系统n图书馆管理系统n工厂、商场、酒店、医院、社区管理系统n各类网站、Web应用等等。2022-12-83第一讲 绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型1.3 数据库系统结构1.4 数据库系统的组成1.5 小结2022-12-841.1 数据库系统概述 1.1.1 基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生与发展2022-12-851.1.1 基本概念p数据(Data)p数据库(Database)p数据库管理系统(DBMS)p数据库系统(DBS)2022-12-86一、数据p数据的定义n描述事物的符号p数据的形式n数字、文字、图形、图象、声音等p数据的特点n数据与其语义是不可分的，语义是数据的含义。p数据的数字化n数字化是指把数据转化为0和1表示的二进制码。p数据是数据库中存储的基本对象2022-12-87二、数据库 数据库(Database,简称DB)是存放数据的仓库，该仓库位于计算机存储设备上，数据按一定结构存放。2022-12-88三、数据库管理系统数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是数据库的管理软件。2022-12-89DBMS的主要功能n数据定义功能定义数据库、数据库中的数据对象定义数据库、数据库中的数据对象n数据操纵功能 操纵数据实现对数据库的基本操作操纵数据实现对数据库的基本操作n数据库的运行管理 保证数据库的安全性、完整性、并发控制、故障恢复保证数据库的安全性、完整性、并发控制、故障恢复2022-12-810四、数据库系统p什么是数据库系统n数据库系统（数据库系统（Database System，简称，简称DBS）是指在计算机）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。系统中引入数据库后的系统构成。p数据库系统的构成n由数据库、数据库管理系统、应用开发工具、应用系统、数据库由数据库、数据库管理系统、应用开发工具、应用系统、数据库管理员和用户构成。管理员和用户构成。2022-12-811应用系统开发工具数据库管理系统操作系统数据库用户用户用户数据库管理员2022-12-8121.1 数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生与发展2022-12-8131.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的发展过程n人工管理阶段人工管理阶段(40年代中年代中-50年代中年代中)n文件系统阶段文件系统阶段(50年代末年代末-60年代中年代中)n数据库阶段数据库阶段(60年代末年代末-现在现在)2022-12-814一、人工管理p时期n40年代中-50年代中p产生的背景n应用需求科学计算n硬件水平无直接存取存储设备n软件水平没有操作系统n处理方式批处理2022-12-815人工管理(续)p特点n数据不保存n数据不共享n数据不具有独立性2022-12-816应用程序与数据的对应关系(人工管理)应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集n.2022-12-817二、文件系统p时期n50年代末-60年代中p产生的背景n应用需求科学计算、管理n硬件水平磁盘、磁鼓n软件水平有文件系统n处理方式联机实时处理、批处理2022-12-818文件系统(续)特点数据可以长期保存有文件系统管理数据 数据的共享性差数据独立性差2022-12-819应用程序与数据的对应关系(文件系统)应用程序应用程序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件n存取存取方法方法.2022-12-820三、数据库系统p时期n60年代末以来p产生的背景n应用背景大规模管理n硬件背景大容量磁盘n软件背景有数据库管理系统n处理方式联机实时处理,分布处理,批处理2022-12-821应用程序与数据的对应关系(数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库2022-12-822数据库系统(续)p特点n数据结构化n数据的共享性高n数据的独立性高n数据DBMS统一管理和控制2022-12-823数据结构化p整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。p数据库中实现的是数据的真正结构化n数据的结构用数据的结构用数据模型数据模型描述，无需程序定义和解释。描述，无需程序定义和解释。n数据可以数据可以变长变长。n数据的最小存取单位是数据的最小存取单位是数据项数据项。2022-12-824数据的高共享性的好处p降低数据的冗余度，节省存储空间p避免数据间的不一致性p使系统易于扩充2022-12-825数据独立性p物理独立性n指应用程序与数据存储方式是相互独立的。当数据的物理指应用程序与数据存储方式是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变存储改变了，应用程序不用改变。p逻辑独立性n指应用程序与数据的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑指应用程序与数据的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变结构改变了，用户程序也可以不变。2022-12-826DBMS对数据的控制功能p数据的安全性（Security）保护n使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。p数据的完整性（Integrity）控制n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。2022-12-827DBMS对数据的控制功能p并发（Concurrency）控制n对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。p数据库恢复（Recovery）n将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。2022-12-828第一讲 绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型1.3 数据库系统结构1.4 数据库系统的组成（不要求）1.5 小结2022-12-829 1.2 数据模型 1.2.1 概念模型 1.2.2 逻辑模型 1.2.3 物理模型2022-12-830现实世界现实世界概念模型概念模型DBMS支持的数据模型支持的数据模型认识抽象认识抽象信息世界信息世界机器世界机器世界2022-12-8311.2.1 概念模型1.基本概念2.两个实体（集）之间的联系3.两个以上实体（集）之间的联系4.单个实体（集）内的联系5.概念模型的一种表示方法：实体联系方法6.一个实例2022-12-8321.概念模型的基本概念(1)实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。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。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。一个实体可以由若干个属性来刻画。2022-12-8331.概念模型的基本概念(3)码（key）码也叫关键字，它能够唯一标识一个实体，码可以是单个属性也可以是属性组，如果是属性组不能含有多余的属性。实体集中可以有多个码，但通常选定一个做主码。码也叫候选码。2022-12-834信息世界中的基本概念(续)(4)域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域属性的取值范围称为该属性的域。(5)实体集（Entity Set）同型实体的集合称为实体集同型实体的集合称为实体集2022-12-835信息世界中的基本概念(续)(6)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中反映为实体内部的联系和实体之间的联系实体集间联系 两个实体之间两个实体之间 一对一联系（一对一联系（1:1）两个以上实体之间两个以上实体之间 一对多联系（一对多联系（1:n）一个实体内部一个实体内部 多对多联系（多对多联系（m:n）2022-12-8362.两个实体间的联系 p一对一联系 如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实则称实体集体集A与实体集与实体集B具有一对一联系具有一对一联系。记为。记为1:1。2022-12-837班级与班长之间的联系：班级与班长之间的联系：一个班级只有一个班长一个班级只有一个班长 一个班长只在一个班中任职一个班长只在一个班中任职还有：班级与班主任还有：班级与班主任之间的联系之间的联系 系与系主任之间的联系等系与系主任之间的联系等 实例2022-12-8382.两个实体间的联系(续)p一对多联系 如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体中的每一个实体，实体集集B中有中有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，）与之联系，反之，对于实体集对于实体集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中至中至多只有一个实体与之联系，则称多只有一个实体与之联系，则称实体集实体集A与实与实体集体集B有一对多联系。有一对多联系。记为记为1:n2022-12-839实例班级与学生之间的联系：班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习每个学生只在一个班级中学习还有：班级与辅导员之间的联系还有：班级与辅导员之间的联系 系与教师之间的联系系与教师之间的联系 系与班级之间的联系系与班级之间的联系 系与专业之间的联系等系与专业之间的联系等2022-12-8402.两个实体间的联系(续)多对多联系（m:n）如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体中的每一个实体，实体集集B中有中有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，）与之联系，反之，对于实体集对于实体集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中也中也有有m个实体（个实体（m0）与之联系，则称实体集）与之联系，则称实体集A与实体与实体B具有多对多联系。记为具有多对多联系。记为m:n2022-12-841实例课程与学生之间的联系：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学生可以同时选修多门课程还有：课程与教师之间的联系还有：课程与教师之间的联系 图书与学生之间的联系图书与学生之间的联系 宾馆客房与客人之间的联系等宾馆客房与客人之间的联系等2022-12-8423.两个以上实体间的联系多个实体集间的一对多联系若实体集若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定）中的给定实体，最多只和实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，反之，中的一个实体相联系，反之，对于实体集对于实体集Ei中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集Ej中有中有m个实体（个实体（m0）与之联系，则我们说）与之联系，则我们说Ei与与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对之间的联系是一对多的。多的。2022-12-8433.两个以上实体间的联系(续)n实例 课程、教师与参考书三个实体课程、教师与参考书三个实体如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干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参考书只供一门课程使用课程与教师、参考书之间的联系是一对多的课程与教师、参考书之间的联系是一对多的p多个实体型间的一对一联系p多个实体型间的多对多联系2022-12-844多个实体型间的多对多联系供应商、项目、零件三个实体 如果一个供应商可以供应多个项目和多种零件，每个项目、每种零件可以由多个供应商提供。供应商、项目、零件之间的联系是多对多的2022-12-8454.同一实体集内实体间的联系p一对多联系n实例 职工实体集内部具有领导与被领导的联系职工实体集内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）某一职工（干部）“领导领导”若干名职工若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系这是一对多的联系p一对一联系p多对多联系2022-12-8465.概念模型的一种表示方法：实体联系方法p概念模型的表示方法很多p实体联系方法(E-R方法)n用E-R图来描述现实世界的概念模型nE-R方法也称为E-R模型2022-12-847E-R图p实体集n用矩形表示，矩形框内写明实体名。学生学生教师教师2022-12-848E-R图(续)p属性n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生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名2022-12-849E-R图(续)p联系n联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用用菱形表示，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（上联系的类型（1:1、1:n或或m:n）n联系的属性：联系本身也是一种实体，也可以有属联系本身也是一种实体，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边与该联系连接起来 2022-12-850联系的表示方法实体实体1联系名联系名实体实体2111:1联系联系实体实体1联系名联系名实体实体2mnm:n联系联系实体实体1联系名联系名实体实体21n1:n联系联系2022-12-851联系的表示方法(续)实体实体1联系名联系名mn同一实体型内同一实体型内部的部的m:n联系联系实体实体1联系名联系名实体实体21m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系实体实体3n2022-12-852联系的表示方法示例班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系2022-12-853联系的表示方法示例(续)职工职工领导领导1n同一实体型内同一实体型内部的部的1:n联系联系课程课程讲授讲授教师教师1m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系参考书参考书n2022-12-854联系属性的表示方法课程课程选修选修学生学生mn成绩成绩2022-12-8556.实例 E-R图E-R图实例：P17-P19 某工厂物资管理某工厂物资管理E-R图图2022-12-856某工厂物资管理的概念模型设计的实体有：p仓库：属性有仓库号、面积、电话p零件：零件编号、名称、单价、描述p供应商：供应商号、名称、地址、电话、账号p项目：项目号、预算、开工日期p职工：职工号、姓名、年龄、职称2022-12-857实体集之间的联系p一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放多个仓库。用库存量表示某种零件在某个仓库的数量p一个仓库有多名职工，一个职工只能在一个仓库工作p职工之间有领导-被领导的关系p一个供应商供应多个项目多种零件，每个项目、每种零件可由多个供应商供应2022-12-858供应商仓库职工零件项目供应领导存放库存量供应量所属11NNPMNM某工厂物资管理的概念模型N2022-12-859课堂练习 学校有若干个系，每个系有若干个班级和教研室，每个教研室有若干个老师，每个班级有若干个学生，每个学生选修若干课程，每门课程可由若干个学生选修，每门课程可由若干教师讲解，每个教师最多教一门课。请用E-R图画出该学校的概念模型。2022-12-860系班级教研室老师学生课程所属所属所属所属选修讲解NNNNNN1111M12022-12-861课堂练习 某工厂生产若干个产品，每个产品由不同的零件组成，有的零件可用在不同的产品上，这些零件由不同的原材料组成，不同的零件所用的原材料可以相同。这些零件按所属的不同产品分别放在仓库中，原材料按类别放在若干个仓库中，产品也按类别放在若干个仓库。中请用E-R图画出该工厂产品、零件、原材料和仓库的概念模型。2022-12-862产品零件原材料仓库组成制作存放存放NM1NMMNN存放N12022-12-863课后作业-概念模型设计 某企业产品生产情况的数据需求，其中：描述车间的信息有：车间号、车间名、电话、生产产品及数量。描述产品的信息有：产品号、产品名、规格、型号。有关语义如下：同一种产品可以由不同的车间生产；每一车间可以生产多种产品。p根据上述语义画出ER图，要求在图中注明联系的类型网站购物车E-R图2022-12-864商品商品购物车购物车用户用户mn数量数量商店销售统计E-R图2022-12-865商品商品销售销售商店商店mn数量数量日期日期住院部E-R图2022-12-866病房病房治疗治疗医生医生？病人病人入住入住？