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1、1,数据库原理,大家都用过数据库吗？用过何种数据库管 理系统？FoxBase,FoxPro,Access,SQL Server,Sybase,Informix,DB2,Oracle,?,任课教师：计算机科学与技术学院 程晨,2,教学要求,通过本课程的学习,能对数据库技术及其应用系统有一个较全面的认识掌握数据库系统的基本概念、原理和方法掌握使用一种关系数据库管理系统进行数据管理,3,第一章 绪论,4,数据库技术的应用,数据库技术作为IT的一项重要分支，在当今信息社会中越来越显示出它的重要性。小到个人和家庭，大到企业和国家，数据库技术都得到了广泛的应用。,5,数据库应用的一些领域,企业管理系统 银
2、行管理系统 信息检索系统 办公信息系统 地理信息系统 CAD/CAM/CIMS 电子政务 电子商务,总结：只要是和信息以及信息处理有关的领域，就离不开数据库技术的应用。,6,数据（信息）在人类社会中的发展是一种极为重要的资源，人们的一切社会活动都离不开数据，如何妥善地保存和科学地管理这些数据是人们长期以来十分关注的课题。数据 库就是人们研究这个课题的最新成果。数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之一，也是应用最广泛的技术之一，它已成为计算机信息系统与应用系统的核心技术和重要基础。,数据库课程及相关技术的重要性,7,一.相关概念,1.数据（data）(1)描述现实世界的各种信息（事物）的符
3、号记录(2)是信息的载体(3)是信息的具体表现形式(4)是数据库中存储的基本对象数据的表现形式：数字、文字、图形、图像、声音、语言等。数据的含义称为数据的语义，数据与其语义 不可分。,8,2.数据库（Data Base,DB）长期储存在计算机中的、有组织的、可共享的数据集合。特点：(1)按照一定的数据模型组织、描述和储存(2)具有较小的冗余度(3)具有较高的数据独立性和易扩展性(4)可为各种用户共享,9,3.数据库管理系统DataBase Management System(DBMS)是数据管理软件用于建立、运用和维护数据库位于用户和操作系统之间主要功能：数据定义功能，提供DDL语言 数据组织
4、、存储和管理 数据操纵功能，提供DML语言 数据库的事务管理和运行管理 数据库的建立和维护 其他功能,10,4.数据库系统DataBase System(DBS)DBS是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般包括(1)DB(2)DBMSOS(3)Users(4)DBA(5)应用系统和应用开发工具,11,二.数据管理技术的产生与发展,1.人工管理阶段2.文件系统阶段3.数据库系统阶段,12,数据处理1)利用计算机对各种形式的数据进行处理2)从大量的原始数据中抽取有价值的信息，作为行为和决策的依据通常包括以下的数据操作：收集、存储、加工、传播数据处理的中心问题是数据管理，包括对数据进行：分类、组
5、织、编码、存储、检索和维护,13,1.人工管理阶段,背景：20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。外存只有纸带、卡片、磁带等，没有磁盘等直接存取的存储设备；软件没有操作系统，也没有管理数据的软件；数据处理方式是批处理。特点：数据不保存数据需要由应用程序自己管理，编写程序需要考虑数据的逻辑结构和物理结构数据面向程序，不共享数据不具有独立性，应用程序随其逻辑结构和物理结构而变化,14,2.文件系统阶段,背景：20世纪50年代后期到60年代中期，计算机应用范围逐渐从科学计算扩大到管理。硬件出现了磁盘等直接存取的设备；操作系统中已经有了专门的数据管理软件；数据处理方式除了批处理，还能够联机实
6、时处理。特点：数据以文件的形式长期保存文件记录内部有结构，但整体无结构由文件系统对数据进行管理，编写程序不必考虑物理结构，但逻辑结构仍要考虑形式多样化：索引文件、链接文件、顺序文件、倒排文件等应用程序与文件对应，数据共享性差，冗余度大程序与数据之间有一定的独立性，但不高,15,批处理和联机实时处理的概念批处理：按一定的时间间隔将数据积累成批后一次送入CPU进行处理。联机实时处理：数据直接从数据源输入CPU进行处理，由计算机及时作出响应。,知识点！,16,3.数据库系统阶段,背景：20世纪60年代后期以来，计算机用于管理的规模更为扩大，数据量急剧增长。大容量磁盘的出现及硬件价格的下降与软件价格上
7、升，更多的联机实时处理的要求，以及分布处理的提出都促进了数据库技术的产生和发展，并出现了专门统一管理数据的专门软件系统：数据库管理系统。,17,特点,1.数据结构化(1)将整个组织的数据结构化成一个数据整体(2)包含数据之间的联系(3)有利于实现数据共享(4)数据不再面向应用（程序），而是面向系统，系统弹性大，易扩充2.数据共享(1)数据共享是数据库系统区别于文件系统的最大特点(2)共享是指多用户、多种应用、多种语言共享数据集合(3)可实现文件级、记录级、数据项级的数据共享,18,3.可控数据冗余度数据共享结构化数据独立性冗余度低数据一致性好4.易扩充5.数据独立性高大大简化应用程序的设计维护
8、的工作量6.统一数据控制功能(1)数据安全性控制(2)数据完整性控制(3)并发控制(4)数据库恢复,19,三.数据模型,1.对数据模型的要求1)较真实地模拟现实世界2)容易为人所理解3)便于在计算机上实现2.概念模型、逻辑模型、物理模型,数据模型是现实世界数据特征的抽象。,20,3.客观对象的抽象过程1)现实世界信息世界计算机世界（机器世界）2)客观对象概念模型DBMS支持的数据模型第一级抽象：概念模型第二级抽象：数据模型,21,4.数据模型的三个要素1)数据结构（静态特征的描述），包括两类2)数据操作（动态特征的描述），包括两类3)数据的约束条件，是一组完整性规则的集合，保证数据的正确、有效
9、、相容,22,5.第一级抽象：概念模型信息世界中的基本概念 实体（Entity）：客观存在并相互区别的事物实体集(Entity Set)：性质相同的同类实体的集合属性(Attribute)：实体所具有的某一特性实体型(Entity type)：若干个属性所组成的集合，用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，例如：学生（学号、姓名、系别）码(Key)：唯一标识实体的属性集域(Domain)：属性的取值范围联系(Relationship)：三类联系,23,什么是概念模型？用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的抽象，是数据库设计人员进行数据设计的有力工具，也是数据库设计人员和用户进行交流的语
10、言。,24,5.第一级抽象：概念模型信息世界中的基本概念 概念模型的表示方法实体-联系方法（Entity-Relationship,简称E-R）由于1976年提出的在E-R图中：1.实体型：矩形实体名2.属性：椭圆形属性名，用无向边与实体连接3.实体间的联系：菱形联系名，无向边与实体连接，边上标注联系类型,25,E-R图的小实例两个实体型之间的联系,1 1 m1 n n,26,E-R图的小实例多个实体型之间的联系,27,请同学们课后自学教材P17上的实例！体会ER图的画法。,28,画ER图的例题,1.需要将学校中的系、教员、课程，以及它们之间的联系组织到关系数据库中：对于每个系需要存贮的信息有
11、系号、系名、系主任；对于每个教员，需要存储的信息有职工号、姓名、专长；对于每门课程，需要存储的信息有课程号、课程名、学分。有关的联系是：每个系有若干名教员，开设若干门课程；每位教员只在一个系工作，每门课程只由一个系开设；每位教员可讲授多门课程，每门课程可由多位教员讲授；课程之间有先修关系，每门课程可能需要多门其它课程做它的先修课，每门课程可以作为多门其它课程的先修课。请根据以上的语义画出此系统的E-R图。,29,2.需要为公司建立一个信息系统：1.每个部门有唯一的编号、名称、地址，还有一个特定的雇员来管理这个部门，需要记录该管理者管理该部门的日期。2.一个部门可以管理多个项目，每个项目有唯一的
12、编号、名称、场地。3.每个雇员有姓名、地址、薪水、性别、出生日期。每个雇员只属于一个部门，但可以同时参加多个项目。需要记录每个雇员每周在每个项目上工作的时间，以及每个雇员的直接负责人。4.每个雇员有多个赡养人，需要记录这些人的姓名、性别、出生日期和与雇员的关系。请根据以上的语义画出此系统的E-R图。,30,6.第二级抽象：数据模型三种主要的数据模型层次模型（Hierarchical Model）网状模型（Network Model）关系模型（Relational Model）层次和网状模型又称为非关系模型，流行于20世纪70年代与80年代之初。,31,在非关系模型中，实体用记录表示，实体的属性
13、对应记录的数据项。实体的联系在非关系模型中转换为记录之间的两两联系。非关系模型中数据结构的单位是基本层次联系，也就是两个记录以及它们之间的一对多（包括一对一）的联系。双亲结点和子女结点的概念。,非关系模型中的若干基本概念,32,层次数据模型,代表系统IBM的IMS数据结构树型结构（一对多关系）只有一个根结点：无双亲 其它结点有且只有一个双亲多对多联系的表示 转换成一对多关系,33,层次数据模型,操纵与完整性约束 操纵主要有查询、插入、删除和修改；约束主要有：不能插入无双亲的子结点子结点和双亲结点一起删除存储结构邻接法（按某一遍历顺序）链接法（不作详细讲解！）,34,层次数据模型,优点数据模型简
14、单若实体间的关系固定，性能优于关系模型良好的完整性支持缺点描述现实世界的非层次性很笨拙插入和删除操作限制较多必须通过双亲结点才能找到子女结点由于结构严密，层次命令趋于程序化，灵活性不够,35,网状数据模型,代表系统CODASYL的DBTG数据结构：网状结构允许多个结点无双亲允许结点有多个双亲允许结点间有多种联系（复合联系）,36,网状数据模型,操纵与完整性约束操纵主要有查询、插入、删除和修改；约束主要有：(1)允许插入无双亲的子结点(2)允许只删除双亲结点存储结构 链接法（有兴趣的同学可自学，在教材P27上）,37,网状数据模型,优点(1)能够直接描述现实世界(2)存取效率较高，性能良好缺点(
15、1)DDL和DML复杂，且要嵌入某一种高级语言中(2)结构复杂,38,关系数据模型,Codd在1970年6月发表了一篇题为“大型共享数据银行的关系模型”的论文，首次提出了数据库系统的关系模型。数据结构 关系模型（规范的二维表）,39,关系模型中的一些基本概念：(1)关系：整个二维表(2)元组：行数据（记录）(3)属性：列数据（字段）(4)码：唯一确定元组的属性组（关键字、码键）(5)域：属性的取值范围(6)分量：元组中的一个属性值(7)关系模式：对于关系的描述和刻画。关系名（属性），如：学生（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）,40,注意点：1.关系模型中，实体以及实体间的联系都用关系来表示
16、。2.关系模型要求关系必须是规范化的。,41,关系数据模型,操纵与完整性约束操纵主要有查询、插入、删除和修改；约束主要有：实体完整性参照完整性用户定义的完整性注意关系模型和非关系模型在数据操作方式上的区别!存储结构以操作系统文件的形式存储表,42,关系数据模型,优点(1)有严格的数学概念作基础(2)关系模型的概念单一(3)存取路径对用户透明 缺点 查询效率相对不高,43,四.数据库系统结构,数据库系统的结构可以从多种不同的角度查看，从DBMS角度看，通常采用三级模式结构：外模式、模式和内模式。从最终用户的角度看，通常分为单用户结构主从式结构分布式结构客户/服务器结构浏览器/应用服务器/数据库服
17、务器,44,数据库系统的三级模式结构图,模式/内模式映像,外模式/模式映像,45,外模式,1.也称用户模式，子模式2.外部级、用户级3.外层、用户层4.是数据库用户看见和使用的局部数据的逻辑结构和特性的描述5.是数据库用户的数据视图6.描述数据的局部逻辑结构7.是模式的子集，可有多个外模式8.用户通过外模式访问数据库9.是保证数据库安全的一个有力措施10.子模式DDL定义外模式,46,模式,1.逻辑模式2.是数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描述3.是所有用户的公共数据视图4.描述数据的全局逻辑结构5.只有一个模式6.模式DDL定义模式。,47,内模式,1.也称为存储模式2.内层、内视图、存储
18、视图4.与实际存储数据方式有关的层5.数据的物理结构和存储方式的描述6.数据在数据库内部的表示方式7.存储方式、索引、压缩加密等8.只有一个内模式9.内模式DDL定义内模式。,48,数据库的二级映象功能与数据独立性,外模式/模式的映像1.定义外模式与模式的对应关系2.模式改变改变映象外模式不变应用程序不变3.保证数据的逻辑独立性模式/内模式的映像1.定义数据的全局逻辑结构与存储结构的对应关系2.存储结构改变映象改变模式不变外模式不变应用程序不变3.保证数据的物理独立性,49,三级结构带来的优点(1)保证数据的独立性(2)简化了应用程序的编制(3)有利于数据的共享(4)有利于数据的安全操作,50,五.人员,管理、开发和使用数据库系统的人员主要是：数据库管理员(DBA)系统分析员应用程序员用户（End User）,51,DBA的重要职责,决定数据库的信息内容和结构决定数据库的存储结构和存取策略定义数据的安全性要求和完整性约束条件监督和控制数据库的使用和运行数据库系统的改进和重组重构,52,教材1.4 数据库系统的组成课后请同学们阅读！,
