《数据库系统概论》课件

数据库系统概论An Introduction to Database System 中国人民大学信息学院中国人民大学信息学院School of Information,Renmin University of China2014数据库系统概论中国人民大学信息学院School of Inf教材及参考书（教材及参考书（1 1）教材教材n王珊王珊,萨师煊萨师煊.数据库系统概论（第数据库系统概论（第5版）版）.北京北京:高等教高等教育出版社，育出版社，2014.9 nA First Course in Database Systems Jeffrey.D.Ullman,Jennifer Widom Dept.Of Computer Science Stanford University 教材及参考书（1）教材教材及参考书（教材及参考书（2 2）参考书参考书nC.J.Date,An Introduction to Database System(Ed.8),Addison-Wesley,2003 上机软件上机软件nKingBase ES 系统可以从系统可以从北京人大金仓信息技术股份有限公司北京人大金仓信息技术股份有限公司的网的网站站http:/ 教材及参考书（2）参考书学习方式学习方式 听课听课 （启发式、讨论式）（启发式、讨论式）读书读书 （预习、复习）（预习、复习）报告报告 （综合练习）（综合练习）学习方式 听课考试成绩考试成绩v平时成绩平时成绩（书面作业、上机练习、综合练习）（书面作业、上机练习、综合练习）v期中考试期中考试v期末考试期末考试考试成绩平时成绩内容安排（内容安排（1）基础篇基础篇n第第1章章 绪论绪论n第第2章章 关系数据库关系数据库n第第3章章 关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQLn第第4章章 数据库安全性数据库安全性n第第5章章 数据库完整性数据库完整性 设计与应用开发篇设计与应用开发篇n第第6章章 关系数据理论关系数据理论n第第7章章 数据库设计数据库设计n第第8章章 数据库编程数据库编程内容安排（1）基础篇内容安排（内容安排（2）系统篇系统篇n第第9章章 关系查询处理和查询优化关系查询处理和查询优化n第第10章章 数据库恢复技术数据库恢复技术n第第11章章 并发控制并发控制n*第第12章章 数据库管理系统数据库管理系统第第1至第至第11章是本科专业的基本教程章是本科专业的基本教程（书中有（书中有*号的部分除外）号的部分除外）第第12至第至第16章是新技术篇（本科生、研究生选读）章是新技术篇（本科生、研究生选读）内容安排（2）系统篇数据库系统概论第一章第一章 绪论绪论数据库系统概论第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统的结构数据库系统的结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结第一章 绪论1.1 数据库系统概述数据库的地位数据库的地位v数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的有效技数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的有效技术，是计算机科学的重要分支。术，是计算机科学的重要分支。v数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。地促进了计算机应用向各行各业的渗透。v数据库已经成为每个人生活中不可缺少的部分数据库已经成为每个人生活中不可缺少的部分。数据库的地位数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的有效技术1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 数据库的数据库的4个基本概念个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 1.1 数据库系统概述 1.1.1 数据库的4个基本1.1.1 数据库的数据库的4个基本概念个基本概念v数据数据（Data）v数据库（数据库（Database）v数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）v数据库系统数据库系统（DBS）1.1.1 数据库的4个基本概念数据（Data）1.数据数据v数据（数据（Data）是数据库中存储的基本对象）是数据库中存储的基本对象v数据的定义数据的定义n描述事物的符号记录描述事物的符号记录v数据的种类数据的种类n数字、文字、图形、图像、音频、视频、学生的档数字、文字、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录等案记录等1.数据数据（Data）是数据库中存储的基本对象数据举例数据举例v数数据据的的含含义称称为数数据据的的语义，数数据据与与其其语义是是不不可分的可分的。n例如例如 93是一个数据是一个数据语义1：学生某：学生某门课的成的成绩语义2：某人的体重：某人的体重语义3：计算机系算机系2013级学生人数学生人数语义4：请同学同学给出出数据举例数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的。数据举例数据举例v学生档案中的学生记录学生档案中的学生记录（李明，男，（李明，男，199505，江苏南京市，计算机系，江苏南京市，计算机系，2013）n语义：学生姓名、性别、出生年月、出生地、所在院语义：学生姓名、性别、出生年月、出生地、所在院系、入学时间系、入学时间n解释：李明是个大学生，解释：李明是个大学生，1995年年5月出生，江苏南京市月出生，江苏南京市人，人，2013年考入计算机系年考入计算机系数据举例学生档案中的学生记录2.数据库数据库v数据库的定义数据库的定义n数数据据库库（Database，简简称称DB）是是长长期期储储存存在在计计算算机机内内、有组织有组织的、的、可共享可共享的的大量大量数据的集合。数据的集合。v数据库的基本特征数据库的基本特征n数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存n可为各种用户共享可为各种用户共享n冗余度较小冗余度较小n数据独立性较高数据独立性较高n易扩展易扩展2.数据库数据库的定义3.数据库管理系统数据库管理系统v什么是数据库管理系统什么是数据库管理系统n位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件n是基础软件，是一个大型复杂的软件系统是基础软件，是一个大型复杂的软件系统 v数据库管理系统的用途数据库管理系统的用途n科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据3.数据库管理系统什么是数据库管理系统硬件平台硬件平台基基础软件平台件平台软件基件基础构架平台构架平台应用用软件平台件平台软件件产品品协同同软件件办公公软件件数据数据数据数据库库系系系系统统操作系操作系操作系操作系统统 中中间件件应用服用服务器器数据库在计算机系统中的位置数据库在计算机系统中的位置硬件平台基础软件平台软件基础构架平台应用软件平台软件产品协同数据库管理系统的主要功能数据库管理系统的主要功能n数据定义功能数据定义功能提供数据定义语言（提供数据定义语言（DDL）定义数据库中的数据对象定义数据库中的数据对象n数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理l分类组织、存储和管理各种数据分类组织、存储和管理各种数据l确定组织数据的文件结构和存取方式确定组织数据的文件结构和存取方式l实现数据之间的联系实现数据之间的联系l提供多种存取方法提高存取效率提供多种存取方法提高存取效率数据库管理系统的主要功能数据定义功能数据库管理系统的主要功能数据库管理系统的主要功能n数据操纵功能数据操纵功能提供数据操纵语言（提供数据操纵语言（DML）实现对数据库的基本操作实现对数据库的基本操作 （查询、插入、删除和修改）（查询、插入、删除和修改）n数据库的事务管理和运行管理数据库的事务管理和运行管理l数数据据库库在在建建立立、运运行行和和维维护护时时由由数数据据库库管管理理系系统统统统一一管管理和控制理和控制l保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用l发生故障后的系统恢复发生故障后的系统恢复数据库管理系统的主要功能数据操纵功能数据库管理系统的主要功能数据库管理系统的主要功能n数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能数据库初始数据的装载和转换数据库初始数据的装载和转换数据库转储、恢复功能数据库转储、恢复功能数据库的重组织数据库的重组织性能监视、分析等性能监视、分析等n其它功能其它功能l数据库管理系统与网络中其它软件系统的通信数据库管理系统与网络中其它软件系统的通信l数据库管理系统系统之间的数据转换数据库管理系统系统之间的数据转换l异构数据库之间的互访和互操作异构数据库之间的互访和互操作数据库管理系统的主要功能数据库的建立和维护功能4.数据库系统数据库系统v数据库系统数据库系统（Database System，简称，简称DBS）v数据库系统的构成数据库系统的构成n数据库数据库n数据库管理系统（及其应用开发工具）数据库管理系统（及其应用开发工具）n应用程序应用程序n数据库管理员数据库管理员 4.数据库系统数据库系统（Database System，简 数据库数据库 应用系统应用系统应用开发工具应用开发工具 操作系统操作系统 数据库管理系统数据库管理系统 数据库管理员数据库管理员用户用户用户用户用户用户 数据库系统数据库系统 数据库 应用系统应用开发工具 用户用户用户 1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 1.1 数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展v什么是数据管理什么是数据管理n对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护n数据处理的中心问题数据处理的中心问题v数据管理技术的发展过程数据管理技术的发展过程n人工管理阶段（人工管理阶段（20世纪世纪50年代中之前）年代中之前）n文件系统阶段（文件系统阶段（20世纪世纪50年代末年代末-60年代中）年代中）n数据库系统阶段（数据库系统阶段（20世纪世纪60年代末年代末-现在）现在）数据管理技术的产生和发展什么是数据管理数据管理技术的产生和发展（续）数据管理技术的产生和发展（续）v数据管理技术的发展动力数据管理技术的发展动力n应用需求的推动应用需求的推动n计算机硬件的发展计算机硬件的发展n计算机软件的发展计算机软件的发展数据管理技术的产生和发展（续）数据管理技术的发展动力1.人工管理阶段人工管理阶段v时期时期n20世纪世纪50年代中之前年代中之前v产生的背景产生的背景n应用背景应用背景科学计算科学计算n硬件背景硬件背景无直接存取存储设备无直接存取存储设备n软件背景软件背景没有操作系统没有操作系统n处理方式处理方式批处理批处理1.人工管理阶段时期人工管理阶段（续）人工管理阶段（续）v特点特点n数据的管理者：用户（程序员），数据不保存数据的管理者：用户（程序员），数据不保存n数据面向的对象：某一应用程序数据面向的对象：某一应用程序 n数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的共享程度：无共享、冗余度极大n数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的独立性：不独立，完全依赖于程序n数据的结构化：无结构数据的结构化：无结构n数据控制能力：应用程序自己控制数据控制能力：应用程序自己控制人工管理阶段（续）特点应用程序与数据的对应关系（人工管理阶段）应用程序与数据的对应关系（人工管理阶段）应用程序应用程序1数据集数据集1应用程序应用程序2数据集数据集2应用程序应用程序n数据集数据集n.人工管理阶段人工管理阶段 应用程序与数据之间的对应关系应用程序与数据之间的对应关系 应用程序与数据的对应关系（人工管理阶段）应用程序1数据集1应2.文件系统阶段文件系统阶段v时期时期n20世纪世纪50年代末年代末-60年代中年代中v产生的背景产生的背景n应用背景应用背景科学计算、数据管理科学计算、数据管理n硬件背景硬件背景磁盘、磁鼓磁盘、磁鼓n软件背景软件背景有文件系统有文件系统n处理方式处理方式联机实时处理、批处理联机实时处理、批处理2.文件系统阶段时期文件系统阶段（续）文件系统阶段（续）v特点特点n数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据的管理者：文件系统，数据可长期保存n数据面向的对象：某一应用数据面向的对象：某一应用 n数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的共享程度：共享性差、冗余度大n数据的结构化：记录内有结构，整体无结构数据的结构化：记录内有结构，整体无结构n数据的独立性：独立性差数据的独立性：独立性差n数据控制能力：应用程序自己控制数据控制能力：应用程序自己控制文件系统阶段（续）特点应用程序与数据的对应关系（文件系统阶段）应用程序与数据的对应关系（文件系统阶段）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.文件系统阶段文件系统阶段 应用程序与数据之间的对应关系应用程序与数据之间的对应关系 应用程序与数据的对应关系（文件系统阶段）应用程序文件应用3.数据库系统阶段数据库系统阶段v时期时期n20世纪世纪60年代末以来年代末以来v产生的背景产生的背景n应用背景应用背景大规模数据管理大规模数据管理n硬件背景硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列大容量磁盘、磁盘阵列n软件背景软件背景有数据库管理系统有数据库管理系统n处理方式处理方式联机实时处理联机实时处理,分布处理分布处理,批处理批处理v文件系统到数据库系统，标志着数据管理技术的飞跃文件系统到数据库系统，标志着数据管理技术的飞跃3.数据库系统阶段时期1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 1.1 数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念一个例子一个例子v学生的信息包括学号、姓名、性别、年龄、专业和奖励学生的信息包括学号、姓名、性别、年龄、专业和奖励n用文件系统实现学籍管理用文件系统实现学籍管理l数据存储数据存储定长记录定长记录 存储在存储在“学生基本信息学生基本信息”文件中文件中变长记录变长记录 存放在另一个存放在另一个”奖励奖励”文件文件“学生基本信息学生基本信息”表中的表中的位置和长度描述位置和长度描述“奖励奖励”文文件中记录的开始位置和长度件中记录的开始位置和长度l查询数据查询数据编写应用程序，实现数据的录入和查找编写应用程序，实现数据的录入和查找n缺点：缺点：程序员程序员必须必须关注记录结构和不同文件中记录之关注记录结构和不同文件中记录之间的联系，工作量大，编程复杂，开发速度慢间的联系，工作量大，编程复杂，开发速度慢一个例子学生的信息包括学号、姓名、性别、年龄、专业和奖励一个例子（续）一个例子（续）奖励励2011校校奖学金，学金，2012国家国家奖学金学金2012校校优秀学生秀学生“奖励奖励”文件的结构和内容文件的结构和内容学号学号姓名姓名性性别年年龄专业位置位置长度度20100001 史玉明史玉明女女20计算机算机03020100100 李明虎李明虎男男21机械机械301520100234张翔翔男男21化工化工450“学生基本信息学生基本信息”文件的结构和内容文件的结构和内容一个例子（续）奖励2011校奖学金，2012国家奖学金201一个例子（续）一个例子（续）n数据库系统管理数据库系统管理l存储数据存储数据建立两张表建立两张表:STUDENT表表-存放学生的基本信息，存放学生的基本信息，AWARD表表-存放学生的奖励情况存放学生的奖励情况使用使用两条插入命令两条插入命令 完成完成学生基本信息和奖励情况学生基本信息和奖励情况的的数据数据录入功能录入功能l查询功能查询功能 可以用一条查询语句实现可以用一条查询语句实现一个例子（续）数据库系统管理1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点v数据结构化数据结构化v数据的共享性高，冗余度低且易扩充数据的共享性高，冗余度低且易扩充v数据独立性高数据独立性高v数据由数据库管理系统统一管理和控制数据由数据库管理系统统一管理和控制1.1.3 数据库系统的特点数据结构化数据结构化数据结构化v数据的整体结构化数据的整体结构化是数据库的主要特征之一是数据库的主要特征之一 v整体结构化整体结构化n不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织n不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系有联系n数据记录可以数据记录可以变长变长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数据的用数据的用数据模型数据模型描述，无需应用程序定义描述，无需应用程序定义数据结构化数据的整体结构化是数据库的主要特征之一 数据的共享性高，冗余度低且易扩充数据的共享性高，冗余度低且易扩充v数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。用共享使用。v数据共享的好处数据共享的好处n减少数据冗余，节约存储空间减少数据冗余，节约存储空间n避免数据之间的不相容性与不一致性避免数据之间的不相容性与不一致性 n使系统易于扩充使系统易于扩充数据的共享性高，冗余度低且易扩充数据面向整个系统，可以被多个数据独立性高数据独立性高v物理独立性物理独立性n指用户的应用程序与数据库中数据的物理存储是相互指用户的应用程序与数据库中数据的物理存储是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。变。v逻辑独立性逻辑独立性n指指用用户户的的应应用用程程序序与与数数据据库库的的逻逻辑辑结结构构是是相相互互独独立立的的。数据的逻辑结构改变了，应用程序不用改变。数据的逻辑结构改变了，应用程序不用改变。v数数据据独独立立性性由由数数据据库库管管理理系系统统的的二二级级映映像像功功能能来来保证。保证。数据独立性高物理独立性数据由数据管理系统统一管理和控制数据由数据管理系统统一管理和控制v数据库管理系统提供的数据控制功能数据库管理系统提供的数据控制功能（1）数据的安全性（）数据的安全性（Security）保护）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。保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。（2）数据的完整性（）数据的完整性（Integrity）检查）检查保证数据的正确性、有效性和相容性。保证数据的正确性、有效性和相容性。（3）并发（）并发（Concurrency）控制）控制对对多多用用户户的的并并发发操操作作加加以以控控制制和和协协调调，防防止止相相互互干干扰扰而而得得到到错误的结果。错误的结果。（4）数据库恢复（）数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。数据由数据管理系统统一管理和控制数据库管理系统提供的数据控制应用程序与数据的对应关系（数据库系统阶段）应用程序与数据的对应关系（数据库系统阶段）数据库管数据库管理系统理系统应用程序应用程序1应用程序应用程序2数据库数据库数据库系统阶段数据库系统阶段 应用程序与数据之间的对应关系应用程序与数据之间的对应关系 应用程序与数据的对应关系（数据库系统阶段）数据库管理系统应用数据库概念小结数据库概念小结v数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集合。合。v可以供各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。可以供各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。v数据库管理系统数据库管理系统在数据库建立、运用和维护时对数据库进行在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对数据库进行恢使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对数据库进行恢复。复。数据库概念小结数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统的结构数据库系统的结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结第一章 绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型数据模型v数据模型是对现实世界数据特征的抽象。数据模型是对现实世界数据特征的抽象。v通俗地讲数据模型就是通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟现实世界的模拟。v数据模型应满足三方面要求数据模型应满足三方面要求n能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界n容易容易为人所为人所理解理解n便于在计算机上便于在计算机上实现实现v数据模型是数据库系统的数据模型是数据库系统的核心和基础核心和基础1.2 数据模型数据模型是对现实世界数据特征的抽象。1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两类数据模型两类数据模型 1.2.2 概念模型概念模型 1.2.3 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.4 常用的数据模型常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2 数据模型 1.2.1 两类数据模型 1.2.1 两类数据模型两类数据模型v数据模型分为两类（两个不同的层次）数据模型分为两类（两个不同的层次）（1）概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。据和信息建模，用于数据库设计。（2）逻辑模型和物理模型逻辑模型和物理模型 n逻逻辑辑模模型型主主要要包包括括网网状状模模型型、层层次次模模型型、关关系系模模型型、面面向向对对象象数数据据模模型型、对对象象关关系系数数据据模模型型、半半结结构构化化数数据据模模型型等等。按按计计算算机机系系统的观点对数据建模，用于统的观点对数据建模，用于DBMS实现。实现。n物物理理模模型型是是对对数数据据最最底底层层的的抽抽象象，描描述述数数据据在在系系统统内内部部的的表表示示方方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。1.2.1 两类数据模型数据模型分为两类（两个不同的层次两类数据模型（续）两类数据模型（续）v客观对象的抽象过程客观对象的抽象过程-两步抽象两步抽象n现实世界中的客观对象抽象为概念模型；现实世界中的客观对象抽象为概念模型；将现实世界抽象为信息世界将现实世界抽象为信息世界n把把概概念念模模型型转转换换为为某某一一数数据据库库管管理理系系统统支支持持的的数数据据模模型。型。l将信息世界转换为机器世界将信息世界转换为机器世界两类数据模型（续）客观对象的抽象过程-两步抽象两类数据模型（续）两类数据模型（续）数据库管理系统支持的数据模型数据库管理系统支持的数据模型概念模型概念模型认识认识抽象抽象信息世界信息世界机器世界机器世界现实世界中客观对象的抽象过程现实世界中客观对象的抽象过程现实世界现实世界现实世界现实世界 概念模型概念模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成逻辑模型逻辑模型 物理模型物理模型由由DBMS完成完成概念模型概念模型 逻辑模型逻辑模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成数据库设计工具协助完成数据库设计工具协助完成两类数据模型（续）数据库管理系统支持的数据模型概念模型认识信 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 概念模型概念模型 1.2.3 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型1.2.2 概念模型概念模型v概念模型的用途概念模型的用途n概念模型用于信息世界的建模概念模型用于信息世界的建模n是现实世界到机器世界的一个中间层次是现实世界到机器世界的一个中间层次n是数据库设计的有力工具是数据库设计的有力工具n数据库设计人员和用户之间进行交流的语言数据库设计人员和用户之间进行交流的语言v对概念模型的基本要求对概念模型的基本要求n较强的语义表达能力较强的语义表达能力n简单、清晰、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解1.2.2 概念模型概念模型的用途 1.2.2 概念模型概念模型1.信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念2.概念模型的一种表示方法：实体概念模型的一种表示方法：实体-联系方法联系方法 1.2.2 概念模型1.信息世界中的基本概念1.信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念（1）实体（）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（）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。（3）码（）码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。唯一标识实体的属性集称为码。1.信息世界中的基本概念（1）实体（Entity）信息世界中的基本概念（续）信息世界中的基本概念（续）（4）实体型（）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称为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实体型（5）实体集（）实体集（Entity Set）同一类型实体的集合称为实体集同一类型实体的集合称为实体集信息世界中的基本概念（续）（4）实体型（Entity Typ信息世界中的基本概念（续）信息世界中的基本概念（续）（6）联系（）联系（Relationship）n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 中中反反映映为为实实体体（型型）内内部部的的联联系系和和实实体体（型型）之之间间的的联联系。系。n实体内部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通常是指组成实体的各属性之间的联系n实体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通常是指不同实体集之间的联系n实体之间的联系有实体之间的联系有一对一一对一、一对多一对多和和多对多多对多等多种类型等多种类型信息世界中的基本概念（续）（6）联系（Relationshi实体实体-联系方法联系方法v实体实体-联系方法（联系方法（Entity-Relationship Approach）n用用E-R图来描述现实世界的概念模型图来描述现实世界的概念模型nE-R方法也称为方法也称为E-R模型模型实体-联系方法实体-联系方法（Entity-Relation 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 概念模型概念模型 1.2.3 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型 1.2.3 数据模型的组成要素数据模型的组成要素v数据结构数据结构 v数据操作数据操作 v数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件 1.2.3 数据模型的组成要素数据结构 1.数据结构数据结构v数据模型的数据结构数据模型的数据结构n描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系v描述的内容描述的内容1.与对象的类型、内容、性质有关与对象的类型、内容、性质有关2.与数据之间联系有关与数据之间联系有关v数据结构是对系统静态特性的描述数据结构是对系统静态特性的描述 1.数据结构数据模型的数据结构 2.数据操作数据操作 v数据操作数据操作n对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的 操作的集合，操作的集合，包括包括操作操作及有关的及有关的操作规则操作规则v数据操作的类型数据操作的类型n查询查询n更新（包括插入、删除、修改）更新（包括插入、删除、修改）2.数据操作 数据操作数据操作（续）数据操作（续）v数据模型对操作的定义数据模型对操作的定义n操作的确切含义操作的确切含义n操作符号操作符号n操作规则（如优先级）操作规则（如优先级）n实现操作的语言实现操作的语言v数据操作是对系统动态特性的描述数据操作是对系统动态特性的描述数据操作（续）数据模型对操作的定义3.数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件 v数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件n一组完整性规则的集合一组完整性规则的集合n完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则的制约和依存规则n用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，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、有效和相容以保证数据的正确、有效和相容3.数据的完整性约束条件 数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件（续）数据的完整性约束条件（续）v数据模型对完整性约束条件的定义数据模型对完整性约束条件的定义n反映和规定必须遵守的反映和规定必须遵守的基本的通用的基本的通用的完整性约束条件。完整性约束条件。n提提供供定定义义完完整整性性约约束束条条件件的的机机制制，以以反反映映具具体体应应用用所所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。数据的完整性约束条件（续）数据模型对完整性约束条件的定义 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 常用的数据模型常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型 1.2.4 常用的数据模型常用的数据模型v层次模型（层次模型（Hierarchical Model）v网状模型（网状模型（Network Model）v关系模型（关系模型（Relational Model)）v面向对象数据模型（面向对象数据模型（Object Oriented Data Model）v对象关系数据模型（对象关系数据模型（Object Relational Data Model）v半结构化数据模型（半结构化数据模型（Semistruture Data Model）1.2.4 常用的数据模型层次模型（Hierarchica 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 常用的数据模型常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型1.2.5 层次模型层次模型v层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型 v层次数据库系统的典型代表是层次数据库系统的典型代表是IBM公司的公司的IMS（Information Management System）数据）数据库管理系统库管理系统v层次模型用层次模型用树形结构树形结构来表示各类实体以及实体间来表示各类实体以及实体间的联系的联系 1.2.5 层次模型层次模型是数据库系统中最早出现的数据模1.层次模型的数据结构层次模型的数据结构v层次模型层次模型 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根以外的其它结点有且只有一个双亲结点v层次模型中的几个术语层次模型中的几个术语n根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点1.层次模型的数据结构层次模型层次模型的数据结构（续）层次模型的数据结构（续）1 1 根结点根结点 2 2 兄弟结点兄弟结点 3 3 叶结点叶结点 4 4 兄弟结点兄弟结点 5 5 叶结点叶结点 叶结点叶结点图图1.9 一个层次模型的示例一个层次模型的示例层次模型的数据结构（续）层次模型的数据结构（续）层次模型的数据结构（续）v层次模型的特点：层次模型的特点：n结点的双亲是唯一的结点的双亲是唯一的n只能直接处理一对多的实体联系只能直接处理一对多的实体联系n每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为码字段每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为码字段n任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义n没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在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模型的数据结构（续）层次模型的特点：层次模型的数据结构（续）层次模型的数据结构（续）图图1.10 教员学生层次数据库模型教员学生层次数据库模型 根结点根结点记录型系的子女记录型系的子女结点结点记录型教员的双记录型教员的双亲结点亲结点叶结点叶结点叶结点叶结点字段字段层次模型的数据结构（续）图1.10 教员学生层次数据库模型层次模型的数据结构（续）层次模型的数据结构（续）图图1.11 教员学生层次数据库的一个值教员学生层次数据库的一个值 层次模型的数据结构（续）图1.11 教员学生层次数据库的一2.层次模型的数据操纵与完整性约束层次模型的数据操纵与完整性约束 v层次模型的数据操纵层次模型的数据操纵n查询查询n插入插入n删除删除n更新更新 2.层次模型的数据操纵与完整性约束 层次模型的数据操纵层次模型的完整性约束条件（续）层次模型的完整性约束条件（续）v层次模型的完整性约束条件层次模型的完整性约束条件 n无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值n如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除删除n更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性致性层次模型的完整性约束条件（续）层次模型的完整性约束条件 3.层次模型的优缺点层次模型的优缺点v优点优点n层次模型的数据结构比较简单清晰层次模型的数据结构比较简单清晰 n查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型n层次数据模型提供了良好的完整性支持层次数据模型提供了良好的完整性支持v缺点缺点n结点之间的多对多联系表示不自然结点之间的多对多联系表示不自然n对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂复杂 n查询子女结点必须通过双亲结点查询子女结点必须通过双亲结点n层次命令趋于程序化层次命令趋于程序化 3.层次模型的优缺点优点 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型1.2.6 网状模型网状模型v网状数据库系统采用网状数据库系统采用网状模型网状模型作为数据的组织方式作为数据的组织方式 v典型代表是典型代表是DBTG系统：系统：n亦称亦称CODASYL系统系统n20世纪世纪70年代由年代由DBTG提出的一个系统方案提出的一个系统方案v实际系统实际系统nCullinet Software公司的公司的 IDMSnUnivac公司的公司的 DMS1100nHoneywell公司的公司的IDS/2nHP公司的公司的IMAGE1.2.6 网状模型网状数据库系统采用网状模型作为数据的组1.网状模型的数据结构网状模型的数据结构v网状模型网状模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合：满足下面两个条件的基本层次联系的集合：1.允许一个以上的结点无双亲；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。一个结点可以有多于一个的双亲。1.网状模型的数据结构网状模型网状模型的数据结构（续）网状模型的数据结构（续）v表示方法（与层次数据模型相同）表示方法（与层次数据模型相同）实体型实体型：用记录类型描述：用记录类型描述 每个结点表示一个记录类型（实体）每个结点表示一个记录类型（实体）属性属性：用字段描述：用字段描述 每个记录类型可包含若干个字段每个记录类型可包含若干个字段联系联系：用结点之间的连线表示记录类型（实体）之：用结点之间的连线表示记录类型（实体）之 间的间的一对多的父子联系一对多的父子联系网状模型的数据结构（续）表示方法（与层次数据模型相同）网状模型的数据结构（续）网状模型的数据结构（续）v网状模型与层次模型的区别网状模型与层次模型的区别n网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许多个结点没有双亲结点n网状模型允许结点有多个双亲结点网状模型允许结点有多个双亲结点n网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）n网状模型可以更直接地描述现实世界网状模型可以更直接地描述现实世界n层次模型实际上是网状模型的一个特例层次模型实际上是网状模型的一个特例网状模型的数据结构（续）网状模型与层次模型的区别网状模型的数据结构（续）网状模型的数据结构（续）v网状模型中子女结点与双亲结点的联系可以不唯一网状模型中子女结点与双亲结点的联系可以不唯一要为每个联系命名，并指出与该联系有关的双亲记录和子要为每个联系命名，并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录女记录 R1与与R3之间之间的联系的联系L1R2与与R3之之间的联间的联系系L2 网状模型的例子网状模型的例子 网状模型的数据结构（续）网状模型中子女结点与双亲结点的联系可网状模型的数据结构（续）网状模型的数据结构（续）多对多联系在网状模型中的表示多对多联系在网状模型中的表示n用网状模型用网状模型间接间接表示多对多联系表示多对多联系n方法：方法：将多对多联系将多对多联系直接直接分解成一对多联系分解成一对多联系网状模型的数据结构（续）多对多联系在网状模型中的表示网状模型的数据结构（续）网状模型的数据结构（续）例如：一个学生可以选修若干门课程，某一课程可以被例如：一个学生可以选修若干门课程，某一课程可以被多个学生选修，学生与课程之间是多对多联系多个学生选修，学生与课程之间是多对多联系 n引进一个学生选课的联结记录，由引进一个学生选课的联结记录，由3个数据项组成个数据项组成l学号学号l课程号课程号l成绩成绩l表示某个学生选修某一门课程及其成绩表示某个学生选修某一门课程及其成绩 网状模型的数据结构（续）例如：一个学生可以选修若干门课程，某网状模型的数据结构（续）网状模型的数据结构（续）图图1.13 学生学生/选课选课/课程的网状数据模型课程的网状数据模型 网状模型的数据结构（续）图1.13 学生/选课/课程的网状2.网状模型的操纵与完整性约束网状模型的操纵与完整性约束v网状数据库系统（如网状数据库系统（如DBTG）对数据操纵加）对数据操纵加 了一些限制，提供了一定的完整性约束了一些限制，提供了一定的完整性约束n码：唯一标识记录的数据项的集合码：唯一标识记录的数据项的集合 n一个联系中双亲记录与子女记录之间是一对多联系一个联系中双亲记录与子女记录之间是一对多联系n支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件 2.网状模型的操纵与完整性约束网状数据库系统（如DBTG）3.网状模型的优缺点网状模型的优缺点v优点优点n能能够够更更为为直直接接地地描描述述现现实实世世界界，如如一一个个结结点点可可以以有有多多个双亲个双亲n具有良好的性能，存取效率较高具有良好的性能，存取效率较高v缺点缺点n结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握nDDL、DML语言复杂，用户不容易使用语言复杂，用户不容易使用n记录之间联系是通过存取路径实现的，用户必须了解记录之间联系是通过存取路径实现的，用户必须了解系统结构的细节系统结构的细节3.网状模型的优缺点优点 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2 数据模型 1.2.1 两大类数据模型1.2.7 关系模型关系模型v关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式 v1970年美国年美国IBM公司公司San Jose研究室的研究员研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型首次提出了数据库系统的关系模型 v计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型系模型 1.2.7 关系模型关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织1.关系模型的数据结构关系模型的数据结构 v在在用用户户观观点点下下，关关系系模模型型中中数数据据的的逻逻辑辑结结构构是是一一张张二二维维表表，它由行和列组成。它由行和列组成。学学 号号姓姓 名名年年 龄龄性性 别别系系 名名年年 级级2013004王小明王小明19女女社会学社会学20132013006黄大鹏黄大鹏20男男商品学商品学20132013008张文斌张文斌18女女法律法律2013学生登记表学生登记表属性属性元组元组1.关系模型的数据结构 在用户观点下，关系模型中数据的逻关系模型的数据结构（续）关系模型的数据结构（续）n关系（关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表一个关系对应通常说的一张表n元组（元组（Tuple）表中的一行即为一个元组表中的一行即为一个元组n属性（属性（Attribute）表表中中的的一一列列即即为为一一个个属属性性，给给每每一一个个属属性性起起一一个个名名称称即即属性名属性名n主码（主码（Key）l也也称称码码键键。表表中中的的某某个个属属性性组组，它它可可以以唯唯一一确确定定一一个个元元组组关系模型的数据结构（续）关系（Relation）关系模型的数据结构（续）关系模型的数据结构（续）n域（域（Domain）是是一一组组具具有有相相同同数数据据类类型型的的值值的的集集合合。属属性性的的取取值值范范围来自某个域。围来自某个域。n分量分量元组中的一个属性值。元组中的一个属性值。n关系模式关系模式l对关系的描述对关系的描述关系名（属性关系名（属性1，属性，属性2，属性，属性n）学生（学生（学号学号，姓名，年龄，性别，系名，年级），姓名，年龄，性别，系名，年级）关系模型的数据结构（续）域（Domain）关系模型的数据结构（续）关系模型的数据结构（续）v关系必须是规范化的，满足一定的规范条件关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项数据项,不允许表中还有表不允许表中还有表 图图1.15中工资和扣除是可分的数据项中工资和扣除是可分的数据项,不符合关系模型要求不符合关系模型要求 职工号职工号姓名姓名职称职称工工 资资扣扣 除除实 发基本工资基本工资岗位津贴岗位津贴业绩津贴业绩津贴三险三险个人所得税个人所得税86051陈平陈平讲师讲师1305120018501601124083图图1.15 一个工资表（表中有表）实例一个工资表（表中有表）实例 关系模型的数据结构（续）关系必须是规范化的，满足一定的规范条关系模型的数据结构（续）关系模型的数据结构（续）关系术语关系术语一般表格的术语一般表格的术语关系名关系名表名表名关系模式关系模式表头（表格的描述）表头（表格的描述）关系关系（一张）二维表（一张）二维表元组元组记录或行记录或行属性属性列列属性名属性名列名列名属性值属性值列值列值分量分量一条记录中的一个列值一条记录中的一个列值非规范关系非规范关系表中有表（大表中嵌有小表）表中有表（大表中嵌有小表）表表1.5 术语对比术语对比 关系模型的数据结构（续）关系术语一般表格的术语关系名表名关系2.关系模型的操纵与完整性约束关系模型的操纵与完整性约束v数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系n查询查询n插入插入n删除删除n更新更新v存存取取路路径径对对用用户户隐隐蔽蔽，用用户户只只要要指指出出“干干什什么么”，不不必必详详细说明细说明“怎么干怎么干”2.关系模型的操纵与完整性约束数据操作是集合操作，操作对关系模型的操纵与完整性约束（续）关系模型的操纵与完整性约束（续）v关系的完整性约束条件关系的完整性约束条件 n实体完整性实体完整性n参照完整性参照完整性n用户定义的完整性用户定义的完整性关系模型的操纵与完整性约束（续）关系的完整性约束条件 3.关系模型的优缺点关系模型的优缺点v优点优点n建立在严格的数学概念的基础上建立在严格的数学概念的基础上n概念单一概念单一实体和各类联系都用关系来表示实体和各类联系都用关系来表示对数据的检索结果也是关系对数据的检索结果也是关系n关系模型的存取路径对用户透明关系模型的存取路径对用户透明l具有更高的数据独立性，更好的安全保密性具有更高的数据独立性，更好的安全保密性l简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作3.关系模型的优缺点优点关系模型的优缺点（续）关系模型的优缺点（续）v缺点缺点n存存取取路路径径对对用用户户透透明明，查查询询效效率率往往往往不不如如格格式式化化数数据据模型模型n为为提提高高性性能能，必必须须对对用用户户的的查查询询请请求求进进行行优优化化，增增加加了开发数据库管理系统的难度了开发数据库管理系统的难度关系模型的优缺点（续）缺点第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据库系统的结构数据库系统的结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结第一章 绪论1.1 数据库系统概述1.3 数据库系统数据库系统的的结构结构v从从数据库应用开发人员角度数据库应用开发人员角度看，数据库系统通常采用三级模看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构式结构，是数据库系统内部的系统结构 从数据库从数据库最终用户角度最终用户角度看，数据库系统的结构分为看，数据库系统的结构分为:n单用户结构单用户结构n主从式结构主从式结构n分布式结构分布式结构n客户客户-服务器服务器n浏览器浏览器-应用服务器数据库服务器多层结构等应用服务器数据库服务器多层结构等1.3 数据库系统的结构从数据库应用开发人员角度看，数据库系数据库系统数据库系统的的结构结构（续）（续）1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念 1.3.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 1.3.3 数据库的二级映像功能与数据独立性数据库的二级映像功能与数据独立性 数据库系统的结构（续）1.3.1 数据库系统模式的概念 1.3.1 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念v“型型”和和“值值”的概念的概念n型型（Type）对某一类数据的结构和属性的说明对某一类数据的结构和属性的说明n值值（Value）是型的一个具体赋值是型的一个具体赋值例如例如学生记录：学生记录：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）一个记录值：一个记录值：（