第一讲 数据库基础知识

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,#,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,#,数据库系统概论,基,础,库,数,据,计算机与数学教研室,：鲁世清,电话：,15836080995,邮箱：,sqjcbjsj,数据,数据库的应用,数据库应用领域无所不在，需要存储数据就需要数据库。,2,图书查询系统,数据库的应用,3,教学设计,数据库系统的基本概念,数据库系统的发展过程和特点,数据库系统结构图,数据模型,一、主要内容,二、学习目标,了解数据库、数据库管理系统、数据库系统数据模型的概念和特点,理解常用数据模型,（重难点）,4,1.1,数据库系统的基本概念,（一）,数据、信息、数据处理,数据的型（,Type),与值（,value,）：,数据的,型,给出了数据表示的类型,如整型、实型、字符型，而数据的,值,给出了符合给定型的值。,数据处理,(Data Processing) :,对数据的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一系列活动。,数据（,Data),：信息的内在表示形式。,为了描述客观事物而用到的数字、字符以及所有能输入到计算机中并能被计算机处理的符号。,信息,(Information),：,经过加工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据。,5,1.,数据库,（,Database,DB),（二）,数据库、数据库管理系统、数据库系统,广义的数据库是一个以某种有组织的方式存储的数据的集合。,数据库,是长期存储在计算机内、有,组织、可,共享的,数据集合,。,它不仅包括描述事物的数据本身，,还包括相关事物之间的联系。,数据库中数据的特点：,数据库中数据的特点是,“集成”和“共享”,。,数据库的建设规模、数据库信息量的大小,和,使用频度,已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。,一、数据库系统的基本概念,6,仓库保管员 数据库管理系统,2.,数据库管理系统,（,DBMS),（二）,数据库、数据库管理系统、数据库系统,数据库管理系统,(Database Management System,DBMS),可以把,数据库,看成是一个,仓库,，在仓库里存放着数据。把,数据库管理系统,看成仓库的,保管员,，负责数据的搬进、整理和搬出。,一、数据库系统的基本概念,具体地说，这个保管员要,:,检查仓库的数据是否被允许（,数据的定义问题,），,如何摆放最好（,数据的结构问题,），,如何更快找到用户需要的数据并提取出来（,数据的操纵问题,）,数据如何不被坏人提走（,数据的安全性问题,）,如何处理多个人同时来提货（,并发控制问题,）,保管员所做的事情正是数据库管理系统需要做的事情。,7,用户、应用软件,DBMS,OS,DB,2.,数据库管理系统,（,DBMS),（二）,数据库、数据库管理系统、数据库系统,常用的,DBMS,：,小型的数据库管理软件,:,只具备数据库管理系统的一些简单功能，如,Foxpro,和,Access,等。,一、数据库系统的基本概念,大型,的数据库管理软件,:,SQL Server, Mysql,Orocal,数据库管理系统,(,Datebase Management System,),是专门用于管理数据库的计算机系统软件，是整个数据库系统的核心。,DBMS,的软件地位：,8,3.,数据库系统,（,DBS),数据库系统,(Database System，DBS),是以数据库为核心的完整的运行实体。它由以下五部分组成：,数据库,(,DB,),数据库管理系统,(,DBMS,),数据库管理员,(Database Administrator,DBA,):,对数据库进行规划、设计、维护和监视等工作的人员。,系统硬件平台,:,计算机、网络等硬件配置。,系统软件平台,:,操作系统、,DBS,开发工具,(,程序设计语言及接口软件。,一、数据库系统的基本概念,（二）,数据库、数据库管理系统、数据库系统,9,数据库,用户,应用系统,应用开发工具,操作系统,应用程序员,数据库管理员,DBA,负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作,DBMS,管理数据库的系统软件,;,是数据库系统的核心。,指以数据库为基础的应用程序,数据库系统,10,(,一,),数据管理,的三个阶段,人工管理、文件系统和数据库技术等3个阶段,(,考点）,1,） 人工管理阶段：,50,年代中期,（1）数据不保存：,没有磁盘，无法保存数据,（2）由应用程序管理数据：,没有操作系统,（3）数据不共享：,即使两个不同应用涉及到相同的数据，也必须各自定义，无法互相利用、互相参照。,（4）数据不具有独立性,：数据无法独立于程序，它是程序的组成部分,二、数据库系统的发展过程和特点,11,(,一,),数据管理,的三个阶段,人工管理、文件系统和数据库技术等3个阶段,(,考点）,2,）文件系统阶段（50年代后期60年代中期）,数据实现,共享,数据仍存在,相当程度的,冗余,二、数据库系统的发展过程和特点,12,(,一,),数据管理,的三个阶段,人工管理、文件系统和数据库技术等3个阶段,(,考点）,3,）数据库系统阶段（60年代后）：,数据共,享度高,、,冗余度小,二、数据库系统的发展过程和特点,13,数据库技术产生于,60,年代末，是数据管理的最新技术。,经历了三代演变,层次,/,网状数据库、关系数据库、新一代数据库。,造就了三位图灵奖,得主,C.W.Bachman,E.F.Codd,James Gray,查理士,巴赫曼 埃德加,科德 詹姆斯,尼古拉,格雷,发展了一门计算机基础学科,形成了一个巨大的软件产业,二、数据库系统的发展过程和特点,(,二,),数据管理技术的三,个阶段,14,1.,数据,的集成性,2.,数据,的高共享性与低冗余性,数据的集成性使数据可为多个应用程序共享，数据的共享又极大地减少数据冗余（ 数据冗余度小是指重复的数据少），减少不必要的存储空间，避免数据的,不一致性,。,二、数据库系统的发展过程和特点,（二）,数据库系统特点,15,3.,数据独立性,：,指程序与数据互不依赖。,与程序相互独立,其结构改变时不需修改应用程序。,（二）,数据库系统特点,二、数据库系统的发展过程和特点,1.,数据,的集成性,2.,数据,的高共享性与低冗余性,16,3.,数据独立性,：,（二）,数据库系统特点,二、数据库系统的发展过程和特点,1.,数据,的集成性,2.,数据,的高共享性与低冗余性,4.,数据,统一管理与控制,数据完整性检查,数据的安全性保护,并发控制,数据恢复,5.,为,用户提供了友好的接口,17,（一）数据库系统,的三级模式,处于最底层，它反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式,处于最外层，它反映了用户对数据的要求,内模式,外模式,三级,模式,三级模式划分意义,:,有利于保持数据库的数据独立性,处于中层，它反映了设计者的数据全局逻辑要求,逻辑,模式,三、数据库系统结构,18,（一）数据库系统,的三级模式,三级模式结构,。,外模式,用户局部逻辑结构,逻辑模式,内模式,（单个用户视图）,（全局视图）,（存储视图）,数据库的整体数据结构,数据库的物理结构,外模式最接近用户，是单个,用户所能看到的数据特性，单,个用户使用的数据视图的描述,称为外模式，也称子模式,或用户模式。,逻辑模式涉及到所有用户的数据定,义，也就是全局性的数据视图，全,局数据视图的描述称逻辑模式，,简称模式。,内模式最接近于物理存储设备，,涉及到物理数据存储的结构，物,理存储数据视图的描述称为,内模式，也称存储模式,19,（二）数据库系统,的两级映射,1.,逻辑模式,到内模式：,定义了数据的全局逻辑结构与数据的物理存储结构,间,的对应,关系。,2.,外模式到逻辑模式,：,定义,了外模式与概念模式的对应关系。每个外模式,是,概念模式,的一个基本视图。,三、数据库系统结构图,20,三级模式、两级映射关系图,内模式,(,物理数据库,),数据库,逻辑模式,（逻辑数据库,）,应用,应用,应用,外模式,（用户数据库）,外模式,（用户数据库）,外模式,（用户数据库）,逻辑模式,映射,内模式,外模式,映射,逻辑模式,定义了外模式与逻辑模式的对应关系。每个外模式是概念模式的一个基本视图。,定义了数据的全局逻辑结构与数据的物理存储结构间的对应关系。,21,（三）数据库系统,的两级,映射的重要性,两,级映射,一般由,DBMS,实现，,保证,了数据库系统中数据的,逻辑独立性,和,物理独立性,，使用户能以逻辑方式方便地访问数据库中的数据，而不必关心数据在计算机中的具体表示方式与存储方式。,三、数据库系统结构图,22,1.,数据模型,及其要素,四、数据模型,（一）数据模型,模型,:,是对客观世界中复杂对象的描述。,例如，在军事上使用沙盘描述战场实况；在建筑上用外貌图、平面图和侧面图描述一个建筑物的外部特征和内部结构。,数据模型,:,数据模型是描述数据的结构和性质、数据之间的联系以及施加在数据或数据联系上的一些限制。,23,1.,数据模型,及其要素,（一）数据模型,数据结构：,主要描述数据的类型、内容及数据间的联系，是对系统静态特性的描述,数据操作：,主要描述在相应数据结构上可进行的操作，是对系统动态特征的描述。,数据约束：,主要描述数据结构内数据间的语法、语义联系，他们之间的制约与依存关系，必须遵守的通用的完整性约束，是一组完整性规则的集合，从而保证数据的正确性、有效性。,数据模型要素,四、数据模型,24,(,二,),常用,的数据模型,1.,层次,模型,2.,网状,模型,3.,关系,模型,四、数据模型,25,1.,数据结构图,层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系，是有向树结构，其数据结构为,:, 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；, 根结点以外的其他结点有且只有一个双亲结点。,层次数据库系统只能处理一对多的实体联系。,四、数据模型,(,二,),常用,的,数据模型,层次模型,26,.,层次,模型举例：,教师学生,数据库模型,职工号,姓名,研究方向,教师,学号,姓名,成绩,学生,教研室编号,教研室名,教研室,系编号,系名,办公地点,系,(,二,),常用,的,数据模型,层次模型,四、数据模型,27,四、数据模型,.,层次,模型,举例,2,：,教师学生,数据库的一个值,T1101,陈杉,网络安全,T3704,刘念,网络管理,D02,计算机,信息楼,系,R01,数据库,教研室,R02,信息系统,R03,网络,学生,S63871,文集容,A,S63874,张华,C,S63875,李玲,A,T2101,王大名,数据库,教师,T1709,冯序,数据仓库,(,二,),常用,的,数据模型,层次模型,28,.,层次,模型的优缺点,优点,模型简单。,实体间联系是固定的，性能好。,提供了良好的完整性支持。,缺点,现实世界中很多联系是非层次的，用层次模型表示会引入冗余数据或创建非自然的数据组织。,对插入删除操作的限制比较多。,查询子女结点必须通过双亲结点。,由于结构严密，层次命令趋于程序化。,(,二,),常用,的,数据模型,层次模型,四、数据模型,29,1.,数据结构,网状数据模型,的数据结构,允许一个以上的结点无双亲；,一个结点可以有多于一个的双亲,。,(,二,),常用,的,数据模型,网状模型,四、数据模型,30,2.,网状,模型举例：,学生,/,选课,/,课程的网状数据库模式,学号,课程名,成绩,选课,课程号,课程名,学分,课程,学号,姓名,系别,学生,S-SC,C-SC,(,二,),常用,的,数据模型,网状模型,四、数据模型,31,1.,数据结构,网状数据模型,的数据结构,允许一个以上的结点无双亲；,一个结点可以有多于一个的双亲。,可见：层次模型是网状模型的一个特例。网状模型去掉了层次模型的两个限制，另外，它还允许两个结点之间有多种联系，因此能更直接地去描述现实世界。,(,二,),常用,的,数据模型,网状模型,四、数据模型,32,3.,网状,模型的优缺点,优点,更为直接地描述现实世界。,具有良好的性能，存取效率高。,缺点,结构复杂，不利于最终用户掌握。,其,DDL(,数据定义,),、,DML(,数据操纵,),语言复杂，用户不容易使用。,(,二,),常用,的,数据模型,网状模型,四、数据模型,33,学号,姓名,性别,年龄,籍贯,9801,张明,男,20,江苏,9802,刘红,女,19,山东,9803,王明,女,20,北京,9839,张立,男,18,陕西,学生人事信息表,记录（元组,),字段,1,.,关 系 模 型,举例,(,二,),常用,的,数据模型,关系模型,四、数据模型,34,1.,关系模型基本术语,关系,-,一个关系就是一张二维表，每个关系有一个关系名。,元组,-,表中的行称为元组。一行为一个元组，对应存储文件中的一个记录值。,属性,-,表中的列称为属性，每一列有一个属性名。属性值相当于记录中的数据项或者字段值。,域,-,属性的取值范围，即不同元组对同一个属性的值所限定的范围。,关系模式,-,关系结构的描述。,例：学生,(,学号，姓名，年龄,),(,二,),常用,的,数据模型,关系模型,四、数据模型,35,(,二,),常用,的,数据模型,关系模型,3.,关系,的特点,关系必须规范化。,即模型中每个关系模式都应满足一定的要求。一般要求属性是不可再分的原子数据，表中不再包含表。,同一关系中,不能出现同名属性,。,关系中,不允有完全相同的元组,。,关系中,元组次序,无关紧要。,关系中,属性次序,无关紧要。,四、数据模型,36,4.,不,符合关系模型规范的表,车间号,班组,工资,超额奖,实发,基本,补助,01,甲组,5000,200,500,5700,乙组,4500,100,300,4900,02,甲组,4800,200+50,5050,03,丙组,3000,300,500,3800,(,二,),常用,的,数据模型,关系模型,四、数据模型,37,5.,关系,模型的优缺点,优点：,关系模型建立在严格的数学概念基础上。,关系模型概念单一。无论实体还是实体间联系都用关系表示。数据结构简单、清晰，用户易懂易用。,关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性。简化了程序员的工作和数据库开发工作。,缺点：由于存取路径对用户透明，查询效率不如非关系数据模型。,(,二,),常用,的,数据模型,关系模型,四、数据模型,38,四、数据模型,（三）,E-R,模型与,E-R,图,1.E-R,模型,(Entity-Relationship Approach),是一种广泛使用的,概念数据模型,该模型将现实世界的要求转化成实体、联系、属性等几个基本概念，并可用,E-R,图直观地表示出来。,2.,两步抽象法：,现实世界中的客观对象抽象为概念模型；,把概念模型转换为某一,DBMS,支持的数据模型。,39,张三，李四，数学，英语，语文。张三选修了数学和语文，李四选修了数学和英语。,现实世界：客观存在的世界。一个事物可以有许多特征，现实世界中的事物及其联系由人们感官感知的。,第一次抽象,学生：学号、姓名、院系。,课程：课程号、课程名、学分。,一个学生可选修多门课程，一门课程也可被多个学生选修。,学生,课程,选修,四、数据模型,40,第二次抽象,通过表的形式在计算机中存储数据,s01,张三,化工学院,s02,李四,机械学院,k01,数学,2,k02,语文,2,k03,英语,2,s01,k01,s01,k02,s02,k01,s02,k03,四、数据模型,41,四、数据模型,（三）,E-R,模型与,E-R,图,3.,ER,模型中的有关概念,客观存在并可相互区别的事物。,例：一,个学生、一个部门、学生的一次选课。,(1),实体,(Entity),实体所具有的,某一特性,一个实体可以由若干个属性值来描述。如学生实体可以由“学号、姓名、性别、出生日期”等属性的属性值,(20061001,张三，男，,1988-5-6),来描述。,(2),属性,(Attribute),42,四、数据模型,(3),码,码是能唯一标识实体的属性。任意两个同类的实体不可能有相同的码,.,如学生,学号,可作为学生实体的码,人的,身份证号,可作为人实体的码,.,(4),域,属性的合理取值范围。,性别属性的域为（男、女）,成绩属性域为,0,到,150,（三）,E-R,模型与,E-R,图,3.,ER,模型中的有关概念,43,四、数据模型,(5),实体型（,Entity Type）：,具有相同属性的实体所具有的共同特征和性质。,用实体名及属性名集合来抽象。,例如，,学生（学号、姓名、性别、出生年月、系、入学时间）,(6),实体集（,Entity Set）:,同种实体,的集合。,全体学生就是一个实体集。,（三）,E-R,模型与,E-R,图,3.,ER,模型中的有关概念,44,四、数据模型,(7),联系：,现实世界中事物间的联系。,分类,实体内部的联系,：,指实体的各属性之间的联系。,如出生年份和年龄，总成绩和各科成绩,。,“职员”实体的“岗位”属性与“工资等级”属性之间就有一定的联系（约束），,实体之间的联系,：指不同实体之间的联系。,（三）,E-R,模型与,E-R,图,3.,ER,模型中的有关概念,45,四、数据模型,(7),联系：,现实世界中事物间的联系。,三种联系：,一对一（简记,1:1,）,一对多（简记,1:n,）,多对多（简记,m:n,）,（三）,E-R,模型与,E-R,图,3.,ER,模型中的有关概念,46,四、数据模型,4.,ER,模型的图示法,在,ER,图中，用不同的几何图形表示,ER,模型中的三个概念与两个联接关系。,三个概念：,实体、属性和联系。,实体集,(,联系,),与属性之间关系,:,一个实体可有若干属性,实体及其属性构成实体完整描述。,实体,(,集,),与联系,:,实体集之间不能建立直接关系,而只能通过联系才能建立起联接关系,如老师与学生是通过选课建立联系。,（三）,E-R,模型与,E-R,图,47,数据库的总体逻辑结构可以用,E-R,图进行图形表示。,E-R,图由以下元素构成：,矩形,-,代表实体集,椭圆,-,代表属性,菱形,-,代表实体集间的联系,线段,-,将属性与实体集相连或将实体集与联系相连,四、,数据模型,4.,ER,模型的图示法,（三）,E-R,模型与,E-R,图,48,学生,课程,选修,姓名,学,号,系别,课程名,先修课,学分,成绩,用矩形表示实体集，在框内写上实体名,用椭圆表示实体的属性,用无向边把实体与其属性连接起来,用菱形表示实体间的联系,将参与联系的实体用线段连接,m,n,联系的,数量,四、,数据模型,4.,ER,模型的图示法,49,ER,图的设计方法,大体应遵两条原则,:,针对每一用户作出该用户信息的,局部,ER,图,确定该用户的实体、属性、联系。注意,能作为属性的就不作为实体,利于简化,ER,图。,综合局部,ER,图,生成,总体,ER,图,。在综合过程中,同名实体只能出现一次,还要去掉不必要的联系,以消除冗余。,一个系统的,ER,图不是惟一的,强调不同的侧面作出的,E-R,图可能有很大不同。,50,ER,图综合实例,1.,在课程管理系统中,涉及到,班级,学生,课程,教师,参考书等实体,假设，一个教师只可上一门课程，一门课程可由多个教师讲授，可使用多本参考书，画出该系统的,E-R(,概念,),模型。,51,（,1,）实体属性图（画二个，其余略）,班级,学生,出生日期,性别,姓名,学号,所属系,班级号,课程管理,ER,图,52,（,2,）实体及联系图如下,组成,选修,课程,班级,学生,m,n,1,1,n,m,n,讲授,参考书,教师,成绩,课程管理,ER,图,53,2.,在物资管理中,一个供应商为多个项目供应多种零件,一种零件可以保存在多个仓库中,一个仓库中可保存多种零件,一个仓库有多名员工值班,由一个员工负责管理,.,画出该物资管理系统的,E-R,图。,作业,ER,图综合实例,54,（,1,）实体及属性图略,（,2,）实体及联系图如下,仓库,职工,工作,1,n,n,个工人工作在一个仓库,仓库,零件,存放,m,n,1,个仓库可以存放,n,种零件,1,种零件可以存放于,m,个仓库,分步解析：,物资管理,ER,图,55,物资管理,ER,图,仓库,员工,工作,1,n,保管,零件,m,n,供应商,供应,m,n,项目,p,领导,n,1,1,个供应商可以提供,n,种零件,1,种零件可由,n,个供应商提供,1,个供应商可以供应,n,个项目,1,个项目可由,p,个供应商提供,1,种项目需要,n,种零件,1,种零件被用于,p,个项目,1,个工人只能从属,1,个领导,1,个领导可以领导,n,个工人,56,课堂小结,数据库、数据库管理系统、数据库系统,数据库系统的,三级模式结构和两级映射,一、数据库系统的基本概念,四、数据模型,数据模型及其要素，常用的,数据模型,E-R,模型与,E-R,图,三、数据库的系统结构,二、数据库系统的发展过程和特点,57,