数据库原理及应用-第1章数据库系统概论.ppt

数据库原理及应用 An Introduction to Database System,教材及参考书(1), 教材 自编讲义 萨师煊，王珊：数据库系统概论 高等教育出版社，2009 中国人民大学 A First Course in Database Systems Jeffrey.D.Ullman, Jennifer Widom Dept. Of Computer Science Stanford University,教材及参考书(2), 参考书 微软SQL SERVER 2005数据库管理员教程 上机软件 SQL SERVER2005,课程简介,随着科技的发展，越来越多的企业使用数据库辅助生产和管理，企业对数库的需求在增加。,课程简介,基础衔接性,数据库,管理信息系统,会计电算化,ERP,网络程序设计,网站设计,电子商务,客户关系,人力资源,SCM,课程简介,学习目标：基本理论 +应用的基本技能,深刻了解数据库系统的有关概念 发展等理论知识,掌握数据库系统开发的 原则、步骤、方法,数据库系统的规划、分析、设计、实施、运行管理与评价 系统操作与维护的能力,内容安排(1), 基础篇 第一章：数据库系统概论 第二章：关系数据库理论 第十章：数据库应用系统设计概述 应用篇 第三章：SQL Server 2005的安装与配置 第四章：SQL Server 2005数据库的创建和管理 第五章：SQL Server 2005表的创建与操作,内容安排(2), 应用篇 第六章： SQL Server 2005 T-SQL数据查询 第七章：SQL Server 2005关系图和视图管理 第八章：T-SQL编程与应用 第九章：存储过程和触发器 第十章：数据库设计,数据库系统概论 An Introduction to Database System 第1章 数据库系统概论,教学目标：,了解数据处理的概念和发展 掌握数据库系统的组成和特点 理解数据库管理系统的功能 理解数据库的三级模式结构的重要概念 理解数据模型的组成要素 掌握概念数据模型的概念和表示工具E-R图,第1章 数据库系统概论,1.1 数据管理技术的产生和发展 1.2 数据库系统概述 1.3 数据模型概述,1.1 数据管理技术的产生和发展,1.1.1 数据处理的基本概念 1.1.2 数据管理技术的发展阶段,1.1.1 数据处理的基本概念,数据（Data）是对客观事务及其活动的抽象符号表示或存储在某一种媒体上可以鉴别的符号资料 。 例如：两名学生的考试成绩分别为85和59分,1.1.1 数据处理的基本概念,信息（Information）是能够通过文字、图像、声音、符号、数据等为人类获知的知识 例如：当某学生看到他的考试成绩是85/59分，通过思考他认为及格/不及格,1.1.1 数据处理的基本概念,数据处理（Data Processing）对数据进行加工的过程 例如：一个C语言程序分析所输入的学生成绩是否及格,1.1.1 数据处理的基本概念,main() int chj; scanf(“%d”, ,1.1.1 数据处理的基本概念,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。 永久存储、有组织、可共享三个基本特点。,1.1.1 数据处理的基本概念,数据库管理系统（Database Management System,简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 。 其基本功能有,数据库的定义功能 数据库的操纵功 数据库的控制功能 数据库的维护功能,1.1.2 数据管理技术的发展,人工管理 文件系统 数据库管理系统,人工管理,人工管理,文件系统,数据库 系统,1.1.2 数据管理技术的发展阶段,数据库系统的特点1数据共享性高 数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。还可以减少数据冗余，减少更新异常。,数据,1.1.2 数据管理技术的发展阶段,数据库系统的特点2数据独立性强 数据独立性分两方面，分别是物理独立性和逻辑独立性。 物理独立性 ：指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。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。,C：数据,程序,改变存储,C：数据 D：数据,1.1.2 数据管理技术的发展阶段,数据库系统的特点3数据独立性强 数据独立性分两方面，分别是物理独立性和逻辑独立性。 逻辑独立性：指用户的应用程序与数据库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。,程序,数据,数据,修改逻辑结构,1.2 数据库系统概述,1.2.1 数据库系统构成 1.2.2 数据库的三级模式结构,1.2.1 数据库系统构成,数据库系统,1.2.1 数据库系统构成,数据库系统DBS（DataBase System，简称DBS）是一个实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。,软件,硬件,人,1.2.1 数据库系统构成,数据库系统对硬件资源的要求 第一，有足够大的内存 第二，有足够大的外存 第三，有较高的通道能力,1.2.1 数据库系统构成,4,3,数据库系统的软件 1 支持DBMS运行的操作系统 2 与数据库接口的高级语言及其编译系统 3 DBMS 4 以DBMS为核心的应用开发工具 5 为特定应用环境开发的数据库应用系统,2,1,计算机,1.2.1 数据库系统构成,人员 数据库管理员(DBA, Database Administrator)负责数据库系统的设计、建立、管理和维护工作。,组织数据库的职责 整理和重新构造数据库的职责 监控职责 恢复数据库的职责,1.2.1 数据库系统构成,人员 系统分析员和数据库设计人员：具体职责是熟悉应用领域的业务，能分析用户的需求和约束条件，写出信息系统需求规格说明书，制定项目开发计划，协调信息系统开发与运行所涉及的各类人员，能指导制定企业的战略数据规划，组织开发信息系统，能评估和选用适宜的开发方法和工具，能按照标准规范写系统分析、设计文档，能对开发过程进行质量控制与进度控制，能具体指导项目开发，具有高级工程师的实际工作能力和业务水平。,1.2.1 数据库系统构成,人员 应用程序员：设计和编写应用系统的程序模块，进行调试和安装。 用户：是指最终用户（End User）。最终用户通过应用系统的用户接口使用数据库。用户也有很多种类，大家课后自己查阅资料。,1.2.2 数据库的三级模式结构,人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式、模式和内模式。,1.2.2 数据库的三级模式结构,1.2.2 数据库的三级模式结构,模式又称概念模式或逻辑模式，对应于概念级。它是由数据库设计者综合所有用户的数据，按照统一的观点构造的全局逻辑结构，是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的总体描述，是所有用户的公共数据视图(全局视图)。,全局,1.2.2 数据库的三级模式结构,外模式又称子模式，对应于用户级。它是某个或某几个用户所看到的数据库的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是从模式导出的一个子集，包含模式中允许特定用户使用的那部分数据。,1.2.2 数据库的三级模式结构,内模式又称存储模式，对应于物理级，它是数据库中全体数据的内部表示或底层描述，是数据库最低一级的逻辑描述，它描述了数据在存储介质上的存储方式物理结构，对应着实际存储在外存储介质上的数据库。,存储,1.2.2 数据库的三级模式结构,用户应用程序根据外模式进行数据操作，通过外模式一模式映射，定义和建立某个外模式与模式间的对应关系，将外模式与模式联系起来，当模式发生改变时，只要改变其映射，就可以使外模式保持不变，对应的应用程序也可保持不变；,外模式,外模式,模式改变,外模式,1.2.2 数据库的三级模式结构,逻辑独立性：当数据库的整体逻辑结构发生变化时，通过调整外模式和模式之间的映像，使得外模式中的局部数据及其结构（定义）不变，程序不用修改。,1.2.2 数据库的三级模式结构,通过模式一内模式映射，定义建立数据的逻辑结构(模式)与存储结构(内模式)间的对应关系，当数据的存储结构发生变化时，只需改变模式一内模式映射，就能保持模式不变，因此应用程序也可以保持不变。,模式,内模式,改变,内模式,1.2.2 数据库的三级模式结构,物理独立性：当数据库的存储结构发生变化时，通过调整模式和内模式之间的映像，使得整体模式不变，当然外模式及应用程序不用改变。,1.3 数据模型概述,1.3.1 基本概念 1.3.2 数据模型组成要素 1.3.3 概念模型 1.3.4 数据模型的种类,1.3.1 基本概念,数据库是某个企业、组织或部门所涉及的数据的综合，反映数据本身的内容和数据之间的联系。数据模型用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息，是现实世界的模拟。,1.3.1 基本概念,为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，人们常常首先把现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。,事物,信息世界,机器世界,1.3.1 基本概念,现实世界：客观存在的事物及联系。 例如：学生，选课，课程,1.3.1 基本概念,概念世界（概念模型）：对现实世界的认识和抽象描述，按用户的观点对数据和信息建模，用于数据库设计。 例如：教务管理中选课的E-R模型。,学生,课程,选课,1,n,1.3.1 基本概念,机器世界（数据模型）：建立在计算机上的数据模型，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS的实现。 例如：教务管理中的选课数据模型。,1.3.1 基本概念,例如：教务管理中的选课数据模型。 Student(SID,Sname,Sex,Birthday,Specialty) PK:SID Course(CID, Cname,Credit） PK:CID SC(SID, CID,Grade) PK:（SID, CID） FK:SID和 CID,1.3.1 基本概念,1.3.2 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。用于描述系统的静态特征。数据结构描述的内容包括：对象的类型、内容、性质；对象之间的联系。 解决是什么的问题,1.3.2 数据模型组成要素,数据操作：指对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作的集合，操作及操作规则。如操作有检索、插入、删除、修改，操作规则有优先级别等。用于描述系统的动态特性。 解决能干什么的问题,1.3.2 数据模型组成要素,数据完整性约束：是一组完整性规则的集合。也就是说，对于具体的应用必须遵循特定的语义约束条件，以保证数据的正确、有效和相容。 解决按照什么规则去干的问题,1.3.3 概念模型,概念模型是客观世界到概念（信息）世界的认识和抽象，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言，常用表示方法是E-R图。,1.3.3 概念模型,实体：客观存在并且可以相互区别的事物和活动的抽象。 例如：学生和课程就是实体。 实体集：同一类实体的集合。 例如：一些学生组成实体集。 实体型：对同类实体的共有特征的抽象定义。 例如：学生型是学生集合的抽象定义。 实体值：符合实体型定义的每个具体实体。 例如：（2005216001001，赵成刚，男）简单描述了一个学生的情况。,1.3.3 概念模型,联系：实体之间的相互关系。 例如：选课可以描述学生和课程的相互关系。 联系集：同类联系的集合。 例如：每个学生选各种课。 联系型：对同类联系共有特征的抽象定义。 例如：选课型就是学生和课程的联系的抽象定义。,1.3.3 概念模型,属性：描述实体和联系的特性。 例如：学号，姓名，性别等可以描述学生的特性。 属性值：属性的具体取值。 例如：（2005216001001，赵成刚，男）是一个学生的具体藐视,1.3.3 概念模型,码或主码（Primary Key） 能够惟一标识实体集中每个实体的属性或属性组合。 例如：学号可以唯一的标识一个学生。 外码（Foreign Key） 不是本实体的主码，是另一实体的主码，用于实现联系。 例如：选课联系中的学号和课程号。,1.3.3 概念模型,实体集A中每个实体与实体集B中的多少个实体存在联系或反之。(也可以来自同一实体集) 一对一联系（1：1）例如：公司和总经理，学校和校长。 一对多联系（1：n）例如：班级和学生，家庭和成员，学生与班长。 多对多联系（m：n）例如：学生和课程，工人和零件，读者和图书。,1.3.3 概念模型,实体联系模型，实体关系模型或实体联系模式图(ERD)由美籍华裔计算机科学家陈品山（Peter Chen）发明，是概念数据模型的高层描述所使用的数据模型或模式图，它为表述这种实体联系模式图形式的数据模型提供了图形符号。,1.3.3 概念模型,基本构件 实体：矩形 联系：菱形 属性：椭圆形 相连关系：连接线,1.3.3 概念模型,例1：职工实体集内部有领导和被领导的联系，即某职工为部门领导，领导若干职工，而一名职工仅被另外一名职工（领导）直接领导。,1.3.3 概念模型,1.3.3 概念模型,例2：在图书借阅系统中，有读者(读者编号,姓名,读者类型,已借数量)、 图书(图书编号,书名,作者,出版社,出版日期,定价) 两个实体集,1.3.3 概念模型,1.3.3 概念模型,请讨论医院这个大环境中有哪些实体，联系如何，应该如何用ER图画出来？,1.3.4 数据模型的种类,数据库领域常用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。,1.3.4 数据模型的种类,关系数据库理论出现于60年代末到70年代初。1970年，IBM的研究员E.F.Codd博士发表大型共享数据银行的关系模型一文提出了关系模型的概念。后来Codd又陆续发表多篇文章，奠定了关系数据库的基础。 Codd在70年代初期的论文论述了范式理论和衡量关系系统的12条标准，用数学理论奠定了关系数据库的基础。Codd博士也以其对关系数据库的卓越贡献获得了1983年ACM图灵奖。,1.3.4 数据模型的种类,例如：图书管理系统的数据模型。 Reader(RID,Rname,TypeID,Lendnum) PK：RID Book (BID,Bname,Author, PubComp, PubDate,Price) PK：BID Borrow (RID, BID,LendDate, ReturnDate) PK：RID, BID,LendDate FK：RID和BID,1.3.4 数据模型的种类,关系模型的具体内容我们将在第2章关系数据库中详细介绍。,