数据库技术基础及应用课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Slide1-,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,数据库技术,主讲教师：刘海龙,数据库技术主讲教师：刘海龙,1,华南理工大学 计算机科学与工程学院,徐芝琦,华南理工大学 计算机科学与工程学院 徐芝琦,联系方式：,Email,：,HLLIU,电话：,133 422 88 298,办公室： 创新园大厦,A1213,联系方式：Email： HLLIUdlut.edu,3,考核办法：,考勤, 10%,作业, 30%,期末, 60%,考核办法：考勤 10%,4,第一章 数据管理与数据模型,1.1,信息、数据和数据处理,1.2,数据管理技术的发展,1.3,数据模型,第一章 数据管理与数据模型1.1 信息、数据和数据处理,第一章 数据管理与数据模型,1.1,信息、数据和数据处理,1.2,数据管理技术的发展,1.3,数据模型,第一章 数据管理与数据模型1.1 信息、数据和数据处理,信息,现实世界各种事物的特征、形态以及不同事物间的联系等在人脑里的抽象反映。信息描述数据之间的关系。,信息是,人类对于自然界的感知。,数据,表达信息的载体。,数据是,信息的符号,化,表示。,1.1,信息、数据和数据处理, 信息1.1 信息、数据和数据处理,数据是信息的载体，而信息是数据的内涵。,注意！,不能把数据简单地与数字等同起来。,数据在计算机内存储和处理时，都转换成计算机能够识别的符号。,尽管信息与数据两个术语严格地讲是有区别的，但在很多场合下，往往无需严谨地加以区分也不致引发误解。,信息与数据的区别和联系,注意！ 信息与数据的区别和联系,信息处理,从已获知的信息中，经过加工推理，得到新的信息，并以此作为社会活动的决策依据。,数据处理,对数据的收集记载、整理、组织、存储、检索、计算、加工、维护、传送等一系列活动的总和。,数据处理, 信息处理 数据处理,数据管理,是一切数据处理过程的基本环节，是所有数据处理任务必需的共性部分。,数据处理,数据管理,数据处理, 数据管理 数据处理数据管理 数据处理,集中处理方式,如果把要处理的数据作为一个完整的集合，所有的工作都由一台计算机来完成；,分散处理方式,若把数据集合分成多个部分，分别放在多台计算机上，对数据的管理和操纵都是分开并相互独立，彼此之间没有数据通信联系；,分布处理方式,若把分散在多台计算机上的数据通过网络连接起来，数据虽然分开存储，但逻辑上却仍是一个整体，每一台计算机既可以单独进行“局部处理”，多台计算机也可以合起来进行“全局处理”就如同集中处理方式一样。,数据处理方式, 集中处理方式 数据处理方式,信息,数据,指导社会活动,数据处理,新信息,新数据,人,机,数据处理关系,信息数据指导社会活动数据处理新信息新数据人机,第一章 数据管理与数据模型,1.1,信息、数据和数据处理,1.2,数据管理技术的发展,1.3,数据模型,第一章 数据管理与数据模型1.1 信息、数据和数据处理,1.2,数据管理技术的发展,人工管理阶段（,1.2.1,）,文件系统阶段（,1.2.2,）,数据库系统阶段（,1.2.3,）,1.2 数据管理技术的发展,1.2,数据管理技术的发展,人工管理阶段（,50,年代中期以前）,需要：,计算机主要用于科学计算,硬件：,无直接存取存储设备,软件：,无操作系统和数据管理软件,数据处理方式：,批处理,特点：,数据在计算机中不保存,数据,由,应用程序管理,数据不能共享,数据与程序不具有独立性,基本上是一个程序对应一批数据 （面向应用）,1.2 数据管理技术的发展 需要：计算机主要用于科学计算,1.2,数据管理技术的发展,文件系统,阶段（,50,年代后期,-60,年代中期）,需要：,数据量增大，联机处理增多,硬件：,磁盘、磁鼓等直接存取存储设备,软件：,操作系统及其文件管理软件,数据处理方式：,批处理、联机实时处理,特点：,数据可以在计算机中长期保存,由存取方法进行程序与文件中的数据之间的转换,文件形式多样化：顺序文件、直接文件、索引文件等,数据共享性差、冗长余度大,数据容易出现不一致性,数据与程序之间缺乏独立性,1.2 数据管理技术的发展 需要：数据量增大，联机处理增多,数据项,是文件中最小的数据单位,记录,是若干相关数据项的集合，一个记录能够表达一个具体的事物,文件,是若干记录的集合,文件组织,是按一定的逻辑结构把有关联的数据记录组织成文件（称为逻辑文件），并用体现这种逻辑结构的物理存储形式把数据存到存储设备上（称为物理文件）。,重要术语（一）, 数据项重要术语（一）,重要术语（二）,数据库,（,DB,，,Database,）,DB,是实行统一管理的相关数据的集合。它具有较少的数据冗余度，可供各种用户共享，数据间既联系密切又具有较高的数据独立性。,数据库管理系统,（,DBMS,，,Database Management System,）,DBMS,是数据管理的核心软件。它是用户与数据库的接口，提供数据库的定义、检索、更新、维护及各种数据控制。按照所处理的数据模型来分类，可分为层次型、网状型、关系型和面向对象型,DBMS,。,重要术语（二）,重要,术语,（三）,数据库系统,（,DBS,，,Database System,）,DBS,是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的计算机系统。,数据库技术,这是一门研究数据库的结构、存储、管理的软件学科。,数据库,DB,数据库管理系统,DBMS,各种开发工具,数据库应用系统,数据库管理员,DBA,用户,计算机硬件及其他软件,重要术语（三） 数据库DB,1.2,数据管理技术的发展,数据库,系统,阶段,需要：,数据管理需要越来越多、规模越来越大，多种应用、多种语言互相覆盖，共享要求越来越大。,硬件：,大容量硬盘，硬件价格下降。,软件：,软件价格上升，编制和维护成本增加。,处理方式：,联机实时处理多，分布处理需求。,1.2 数据管理技术的发展 需要：数据管理需要越来越多、规,1.,数据库系统的特点,数据结构化,数据的共享性高、冗余度低、易扩充、避免不一致性,数据独立性高,数据由,DBMS,统一管理和控制,1. 数据库系统的特点,1.,数据库系统的特点,(1),数据结构化,文件系统,一般是为某个特定应用服务的。,管理数据的能力较差，一般只是将本程序需要的数据存放在数据文件中。,一般只考虑数据本身，数据之间无联系。,数据库系统,从一个组织全部应用的角度，全面考虑并集成数据的结构。,不仅能反映数据本身，而且还能反映数据之间的联系。,数据之间的联系通过存取路径实现。,1. 数据库系统的特点,1.,数据库系统的特点,(2),数据的共享性高、冗余度低、易扩充、避免不一致性,共享性高,数据是从整体角度看待和描述的，可以被多个用户、多个应用共享。,冗余度低,相同的数据不必重复存放，大大减少了数据的冗余度，节约存储空间避免数据之间的不一致性。,易扩充、易修改,在增加、修改或删除数据时，只是在一部分数据上进行的，可以减少操作量。,避免数据不一致,数据修改只在部分数据进行。,1. 数据库系统的特点,用户,A,远程终端,用户,B,远程终端,数据库,数据库共享,用户 A远程终端用户 B远程终端数据库数据库共享,1.,数据库系统的特点,(3),数据独立性高,数据独立性,数据与应用程序之间相互依赖的程度,数据独立性包括：,逻辑独立性和物理独立性,数据逻辑独立性,在整体逻辑结构与用户逻辑结构之间有一种映象，当整体逻辑结构发生变化时，通过修改该映象，可以使用户逻辑结构不改变，而用户程序是根据用户逻辑结构编写的，所以不必修改用户程序。,数据物理独立性,在整体逻辑结构与物理存储结构之间有一种映象，当物理存储结构发生变化时，通过修改该映象，可以使整体逻辑结构不改变，由此不必修改用户逻辑结构，所以不必修改用户程序。,数据独立性是通过数据库的三级逻辑结构实现的。,1. 数据库系统的特点,用户逻辑结构,1,用户逻辑结构,n,用户逻辑结构,2,整体逻辑结构,物理结构,数据库,映象,1,映象,2,逻辑独立性,物理独立性,用户逻辑结构1用户逻辑结构n用户逻辑结构2整体逻辑结构物,1.,数据库系统的特点,(4),数据由,DBMS,统一管理和控制,数据库中的数据是共享的。,单用户系统,数据在不同时间内被不同用户共享。,多用户或分布系统,数据在同一时间被不同用户共享（并发操作）。,因此，必须有一种机制，保证数据的安全性、完整性、并发控制和数据库恢复等。,1. 数据库系统的特点,数据库系统示意图,数据库系统示意图,第一章 数据管理与数据模型,1.1,信息、数据和数据处理,1.2,数据管理技术的发展,1.3,数据模型,第一章 数据管理与数据模型1.1 信息、数据和数据处理,1.3,数据模型,是对客观事物及其联系的数据描述。换言之，数据模型不仅要表示存储了哪些数据，更重要的是要用某种结构形式表示出各种不同数据之间的联系。,客观世界,信息世界,机器世界,认识，抽象,转换,客观存在,概念模型,数据模型,1.3 数据模型 客观世界 信息世界,1.3,数据模型,数据与数据联系的描述（,1.3.1,）,信息模型（,1.3.2,）,结构数据模型（,1.3.3,）,1.3 数据模型,数据与数据联系的描述,1.,数据描述,(1),现实世界,现实,世界研究的是,对象,。,对象是具体事务和抽象概念的总和。,组成,现实,世界的细胞称为,事务,。,人们对事务的认识是通过事务的,特征,进行的。,人,具体的人,表示人的特征, 数据与数据联系的描述1. 数据描述人具体的人表示人的特征,1.,数据描述,(2),信息世界,对客观世界中的事务进行认识，经过选择、命名、分类后进入信息世界。,信息世界中的概念：,实体,Entity,客观世界中存在并可相互区分的事务。,实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念。,属性,Attribute,实体所具有的某一特征。,一个实体由若干个属性描述。,1. 数据描述,值,域,Domain,属性的取值范围,属性是个变量，属性值是变量的取值，,值,域是变量的取值范围。,实体集,Entity Set,同一类型实体的集合,实体标识符,I,dentifier,能够唯一标识每个实体的属性或属性集, 值域 Domain,1.,数据描述,(3),机器世界,将信息世界中的概念转换成计算机内部表示，就进入了数据世界或称机器世界。,数据项,field,对应于实体属性的数据单位。,记录,record,数据项的有序集合。,文件,file,同一类记录的汇集。,关键字,(,码,),Key,唯一标识文件中每个记录的数据项或数据项组合。,1. 数据描述,现实世界,信息世界 机器世界,特征,属性,数据项,对象,实体集,文件,事务,实体,记录,唯一特征,实体标识符,关键字,数据库技术基础及应用课件,现实世界,信息世界,机器世界,对象,事务,记录,文件,属性,实体,实体集,特征,数据项,对象事务记录文件属性实体实体集特征数据项,2.,实体之间的联系,一对一联系,(1:1),例如：,学校和校长，丈夫和妻子等。,数据与数据联系的描述,2.实体之间的联系 数据与数据联系的描述,2.,实体之间的联系,一对多联系（,1:n,）,例如：,班级和学生，单位和职工等。,2.实体之间的联系,2.,实体之间的联系,多对多联系,(m:n),例如：,教师和学生，学生和课程等。,2.实体之间的联系,数据模型的分类,信息模型（概念数据模型）,(1.3.2),结构数据模型,(1.3.3),数据模型的分类,信息模型（概念数据模型）,是脱离计算机系统的模型，它完全不涉及信息在计算机内如何表示、如何处理等问题，纯粹用来描述信息的结构。在实际,DBS,开发过程中，该模型是用户和数据库设计人员之间的交流工具。,1.3.2,信息模型,信息模型（概念数据模型） 1.3.2 信息模型,信息模型（概念数据模型）,实体联系模型（,Entity Relationship Model,）,（,P.P.Chen 1976,）,- ER,模型,人们设计数据库的工作流程：,先用,ER,图准确地反映信息，再从,ER,图出发，结合具体的计算机系统和,DBMS,，构造实际的数据模型。,信息模型（概念数据模型）,(1),ER,图的表示方法,实体型,(,矩形框,),：,联系型,(,菱形框,),：,属性,(,椭圆形框,),：,连接,(,直线,),：,姓名,学生,学习,(1) ER图的表示方法姓名学生学习,建立,ER,图的过程：,确定实体型,确定联系型,对实体型和联系型用连线组合,确定实体型和联系型的属性,确定并标记键,建立ER图的过程：对实体型和联系型用连线组合确定实体型和联系,(2),联系的几种形式,两个实体之间的联系,学校,校长,管理,班级,学生,课程,学生,组织,选课,分数,1,m,n,1,1,n,(2)联系的几种形式学校校长管理班级学生课程学生组织选课分数,(2),多个实体联系,(3),同一个实体内部联系,学生,课程,教学,教师,职工,领导,分数,m,n,1,p,n,(2)多个实体联系学生课程教学教师职工领导分数mn1pn,例：,一个简单的教学数据库系统的,ER,图,学生,(,学号,姓名,性别,出生日期,党派,籍贯,系号,),家庭成员,(,学号,姓名,性别,与本人关系,单位,职务,),奖惩,(,学号,时间,类别,事由,级别,),学历,(,学号,时间,学校,性质,),系,(,系号,系名,地址,电话,系主任,),课程,(,课号,课名,学时,学分,性质,),选课,(,学号,课号,教师号,成绩,),教师,(,教师号,姓名,职称,领导号,系号,),例：一个简单的教学数据库系统的ER图,学生,奖惩,家庭成员,学历,教师,课程,系,经历,管理,获得,拥有,选课,工作,n,m,n,1,n,1,n,n,1,n,1,p,1,成绩,领导,n,1,学生奖惩家庭成员学历教师课程系经历管理获得拥有选课工作nmn,学生,籍贯,党派,出生日期,性别,姓名,学号,课程,学号,性质,学分,学时,课名,学生籍贯党派出生日期性别姓名学号课程学号性质学分学时课名,1.3.3,结构数据模型,结构数据模型由三部分组成：,数据结构,数据操作,数据完整性约束, 1.3.3 结构数据模型结构数据模型由三部分组成：,数据结构,描述存储在数据库中的对象类型的集合。,对数据库系统的静态结构描述。,数据结构包括两部分：,数据类型、内容、性质（属性）、取值范围（域）等。,在不同的数据模型中，数据结构的表示方法不同。,数据之间的联系。,数据结构,数据操作,描述对数据库中各种对象的型和值所允许的操作集合。,对数据库系统的动态结构描述。,数据操作包括两大类：,检索,更新（插入、修改和删除）,数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则（优先级等）及实现操作的语言等。,数据操作,数据的完整性约束,数据的完整性约束是一组完整性规则的集合。,完整性限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确性、有效性和相容性。,完整性主要有三类：,实体完整性,参照完整性,用户定义完整性,实体完整性和参照完整性是任何数据库都必须满足的。,用户定义完整性是根据用户的具体要求定义的。,数据库,系统应不仅能设置完整性，还能执行完整性约束条件。,数据的完整性约束,常见的结构数据模型,目前，常见的数据模型有四种：,层次模型,(Hierarchical Model),网状模型,(Network Model),关系模型,(Relational Model),面向对象模型,(Object Oriented Model),非关系模型在,20,世纪,80,年代初以前非常流行，目前已逐渐被关系模型和面向对象模型所取代。但由于开发较早，有些多非关系模型的数据库系统仍在使用。,非关系模型,常见的结构数据模型非关系模型,层次模型,层次模型是层次数据库采用的数据模型，是最早出现的数据模型。,层次数据库的典型代表是,IBM,的,IMS,(,I,nformation,M,anagement,S,ystem),。,(1).,数据结构,层次模型采用树形结构，满足下面,两个条件,：,有且仅有一个结点无父节点，称根节点；,除根节点外，其他结点有且仅有一个父节点。,R1,R2,R3,R4,R6,R5,R7,层次模型R1R2R3R4R6R5R7,学校,产业,部处,学院,中心,系,实验室,教研室,某大学机构层次模型,(,部分,),学校,研院,航院,计院,计工程系,计基础系,硬件教研室,软件教研室,张三,李四,王五,某大学机构层次模型实例,(,部分,),学校产业部处学院中心系实验室教研室某大学机构层次模型(部,(2).,数据操纵和完整性约束,插入：,没有父结点不能插入子结点。,删除：,删除父结点，同时删除子结点。,修改：,应修改所有记录，以免出现数据不一致。,查询：,通过存取路径实现。,(3).,特点,结构简单，完整性好，适用于实体之间联系固定且预先定义好的应用系统。,应用范围有限，插入和删除限制较多、查询子结点必须通过父结点。,(2). 数据操纵和完整性约束结构简单，完整性好，适用于实体,网状模型,层次模型是网状模型的特例。,网状数据库的典型代表是,DBTG,，该系统是美国数据系统语言协商会,CODASYL,下设的数据库任务组,DBTG,提出的一个系统方案，而不是一个实际的数据库系统。,该方案建立了许多数据库的概念和原则，,70,年代产生许多网状数据库，如,IDS/2,，,IMAGE,，,IDMS,，,DMS1100,等。,(1).,数据结构,满足下列条件的基本层联系的集合称为网状数据库：,可以有一个以上节点无父节点；,至少有一个以上节点有多于一个父节点。,网状模型,R1,R2,R3,R4,R1,R3,R2,R4,R3,R2,R1,R5,R1R2R3R4R1R3R2R4R3R2R1R5,(2).,特点,能比较直接地描述客观世界，存取效率高、性能好。,结构复杂，不容易掌握。,数据查询必须通过存取路径。,(2). 特点能比较直接地描述客观世界，存取效率高、性能好。,关系模型,关系模型是,IBM,公司的,San Jose,研究所的研究员,E.F.Codd,在,1970,年首先提出来的。,他发表了一系列文章，开创了关系方法和关系数据理论研究，,1981,年获,ACM,图灵奖。,关系模型是通过满足一定条件的,二维表格,，来表示实体集合及数据之间联系的一种数据模型。,具有坚实的,数学基础,和较,严密的理论,，,使用灵活方便,，得到了迅速发展，,80,年代以后的数据库系统几乎都支持关系模型。,关系模型,面向对象模型,面向对象方法,基本思想：从现实世界中客观存在的事物（对象）出发，以尽可能接近人类思维的方式建立模型，对客观事物进行结构模拟和行为模拟。,基本概念：对象、属性、方法、消息、封装、类、继承、多继承等。,面向对象模型,类 选修,学生,课程,成绩,类 学生,学号,姓名,年龄,性别,类 课程,课程号,课程名,学分,增加选修,查询成绩,增加学生,设置学号,增加课程,修改学分,类 选修类 学生类 课程,面向对象方法应用的新需求：,模拟复杂对象,模拟对象的复杂行为,面向对象技术给数据库系统带来的好处：,复杂对象构造能力使得对于客观世界的模拟能力强，方式自然。,封装性向开发人员和最终用户屏蔽复杂性和实现细节。,继承性使得数据库设计和应用编程成为可重用的。, 面向对象方法应用的新需求：,