計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論(第2版)第7章 信息系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的第一門基礎(chǔ)課程 第 7章 信息系統(tǒng) 本章要點(diǎn)： 信息系統(tǒng)概念 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念 關(guān)系數(shù)據(jù)庫概念 數(shù)據(jù)庫查詢語言 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫管理 常用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫新發(fā)展 息系統(tǒng)概述 信息的概念：信息通常指經(jīng)過加工了的、有一定意義和價(jià)值、且具有特定形式的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠反映出客觀世界事物的內(nèi)在聯(lián)系及本質(zhì)，從而影響信息獲取者的行為或決策。 信息的特點(diǎn)：時(shí)間性 、真實(shí)性 、易于理解 、多樣性 、傳播性 、不確定性 。 息系統(tǒng)概述 “信息系統(tǒng)是一個(gè)由人員、活動(dòng)、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)等要素組成的集合，主要目的是對組織的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理和交換，以支持和改善組織的日常業(yè)務(wù)運(yùn)作，滿足管理人員解決問題和制定決策以及對信息的各種需求”。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù) ： 數(shù)據(jù) (述事物的符號(hào)記錄稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對象。數(shù)據(jù)的種類很多，可以包括文字、數(shù)字、聲音、圖形、圖象等。 數(shù)據(jù)庫： 以一定的組織方式存儲(chǔ)的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合，就是數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)能夠長期存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理和控制，且能夠被不同用戶所共享，具有數(shù)據(jù)獨(dú)立性及最小冗余度。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ： 是對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。它位于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中操作系統(tǒng)與用戶或應(yīng)用程序之間，主要功能包括：數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理、數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)、數(shù)據(jù)通信接口。 數(shù)據(jù)庫管理員： 專門對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理、協(xié)調(diào)和維護(hù)的工作人員。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ： 是對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。它位于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中操作系統(tǒng)與用戶或應(yīng)用程序之間，主要功能包括：數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理、數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)、數(shù)據(jù)通信接口。 數(shù)據(jù)庫管理員： 專門對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理、協(xié)調(diào)和維護(hù)的工作人員。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ( 戶和計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 總和 。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 人工管理階段 ： 數(shù)據(jù)不長期保存 ，應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù) ，數(shù)據(jù)不能共享 ，數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性 。 文件系統(tǒng)階段： 數(shù)據(jù)可以長期保存 ，文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù) ，數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大 ，數(shù)據(jù)獨(dú)立性差 。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 ，數(shù)據(jù)共享性高、冗余度低、易擴(kuò)充 ，數(shù)據(jù)獨(dú)立性高 ，有專門的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 概念模型 ： 也稱信息模型，是按照用戶的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)和信息建模，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無關(guān)，是概念級的模型，通常用于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，它是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員和用戶之間進(jìn)行交互的一種形式化描述。 (1) 基本概念 實(shí)體 現(xiàn)實(shí)世界客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。實(shí)體可以是具體的人、事、物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 屬性 實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體通常由若干個(gè)屬性描述。 碼 惟一標(biāo)識(shí)一個(gè)實(shí)體的屬性或?qū)傩越M稱為碼。 域 屬性的取值范圍稱為域。 實(shí)體型 對具有相同屬性的若干實(shí)體，用實(shí)體名及其屬性名的集合來抽象和描述同類實(shí)體，稱為實(shí)體型。 實(shí)體集 同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 聯(lián)系 不同實(shí)體集之間的聯(lián)系，實(shí)體間聯(lián)系通常有一對一、一對多、多對多三種。 一對一聯(lián)系：記為“ 1： 1”。 一對多聯(lián)系：記為“ 1： M”。 多對多聯(lián)系：記為“ M： N”。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 (1) 概念模型的表示 用矩形表示實(shí)體型；用橢圓表示屬性；用菱形表示聯(lián)系，并標(biāo)示出聯(lián)系的類型 課 程 學(xué) 生 選 修 學(xué)號(hào) 姓名 年齡 性別 系別 課程號(hào) 學(xué)分 課程名 成績 m n 據(jù)庫系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù)模型 ： 也稱信息模型，是按照用戶的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)和信息建模，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無關(guān)，是概念級的模型，通常用于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，它是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員和用戶之間進(jìn)行交互的一種形式化描述。 (1) 層次模型 有且只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有雙親，該節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)；根以外的其他節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親節(jié)點(diǎn)。 (2) 網(wǎng)狀模型 在層次模型的基礎(chǔ)上，允許節(jié)點(diǎn)無父節(jié)點(diǎn)，或者有多個(gè)父節(jié)點(diǎn) 。 (3) 網(wǎng)狀模型 以關(guān)系代數(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)體間通過公共屬性實(shí)現(xiàn)聯(lián)系，與數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)無關(guān)。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù)模型的三要素 (1) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指所研究的數(shù)據(jù)庫組成成分的類型的集合。用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征。 (2) 數(shù)據(jù)操作 指對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)允許執(zhí)行的操作的集合，用于描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征。數(shù)據(jù)模型中必須定義操作 (如檢索、更新 )的確切含義、操作符號(hào)、操作規(guī)則以及實(shí)現(xiàn)操作的規(guī)則。 (3) 數(shù)據(jù)的約束條件 是數(shù)據(jù)完整性規(guī)則的集合，指對給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (1) 模式 模式也稱邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是面向全體用戶的基本數(shù)據(jù)視圖。 (2) 外模式 外模式也稱子模式或用戶模式，是數(shù)據(jù)庫用戶可見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖。 (3) 內(nèi)模式 內(nèi)模式是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示 。 據(jù)庫系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu) 外 模 式 2 模 式 內(nèi) 模 式 數(shù) 據(jù) 庫 用戶視圖 1 用戶視圖 n 用戶視圖 2 外 模 式 n 外 模 式 1 據(jù)庫系統(tǒng)概述 數(shù)據(jù)獨(dú)立性 (1) 外模式 /模式映像 當(dāng)模式被改變時(shí)，可以由 模式映像，以保證外模式不發(fā)生變化，從而使根據(jù)外模式編寫的應(yīng)用程序也無需變化，這樣就保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性。 (2) 模式 /內(nèi)模式映像 當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)即內(nèi)模式變化了，也可以由 內(nèi)模式的映像，使得模式能夠保持不變，外模式也不會(huì)變化，當(dāng)然，應(yīng)用程序也無需變動(dòng)，從而保證了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性。 系數(shù)據(jù)庫 關(guān)系 ： 可以看作是一個(gè)行與列交叉的二維表，每一個(gè)交叉點(diǎn)都必須是單值的，每一列的所有數(shù)據(jù)都是同一類型的，每一列都有惟一的列名，行和列在表中的順序都無關(guān)緊要；表中任意兩行不能相同。 屬性： 關(guān)系中的每一列稱為屬性。 屬性： 關(guān)系中的行稱為元組。 候選碼 ： 關(guān)系中能夠惟一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組的某個(gè)屬性或?qū)傩越M 。 主碼： 一個(gè)關(guān)系中選定的一個(gè)候選碼作為關(guān)系的主碼。 主屬性： 主碼的各個(gè)屬性稱為主屬性。 外碼： 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，為了實(shí)現(xiàn)表與表之間的聯(lián)系，將一個(gè)表的主碼作為公共屬性放到另一個(gè)關(guān)系中，在另一個(gè)關(guān)系中起連接作用的屬性稱為外碼。 系數(shù)據(jù)庫 關(guān)系模型 (1) 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 關(guān)系模型中，關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是表 。 (2) 關(guān)系操作 選擇、投影、連接、除、并、交、差、查詢、插入、刪除、修改等 。 (3) 關(guān)系的數(shù)據(jù)約束 三種完整性約束條件：實(shí)體完整性、參照完整性、用戶自定義的完整性。 系數(shù)據(jù)庫 關(guān)系模式 關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，一個(gè)完整的關(guān)系模式通常需要描述出一個(gè)關(guān)系的屬性的集合、屬性所取值的域的集合、屬性向域的映像的集合、屬性間數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的集合。通常，使用關(guān)系模式的簡單描述： R(2, 其中， ， 名和屬性向域的映像直接說明為屬性的類型和長度。 系數(shù)據(jù)庫 關(guān)系運(yùn)算 (1) 傳統(tǒng)的關(guān)系運(yùn)算 (a)關(guān)系 R； (b)關(guān)系 S； (c)關(guān)系的并運(yùn)算 (d)關(guān)系的交運(yùn)算 (e)關(guān)系的差運(yùn)算 系數(shù)據(jù)庫 關(guān)系運(yùn)算 (2) 專門的關(guān)系運(yùn)算 學(xué) 號(hào) 姓 名 性 別 年 齡 所在系 01001 王立 男 19 電信系 02013 李強(qiáng) 男 20 計(jì)算機(jī) 03050 陳然 女 19 管理系 02010 唐杰 男 20 電信系 課程號(hào) 課程名 學(xué)分 001 數(shù)據(jù)庫 3 002 英語 4 101 3 102 物理 4 學(xué)號(hào) 課程號(hào) 成績 01001 001 90 01001 002 85 03050 002 90 03050 102 95 學(xué)生表 課程表 成績表 系數(shù)據(jù)庫 選擇運(yùn)算 從給出的關(guān)系中選出滿足給定條件的那些元組，是對關(guān)系的行進(jìn)行的運(yùn)算。 例 查詢電信系所有學(xué)生的情況。 學(xué) 號(hào) 姓 名 性 別 年 齡 所在系 01001 王立 男 19 電信系 02010 唐杰 男 20 電信系 系數(shù)據(jù)庫 投影運(yùn)算 從給出的關(guān)系中選出關(guān)系的一個(gè)或多個(gè)屬性列，是對關(guān)系的列進(jìn)行的運(yùn)算。 例 查詢學(xué)生的姓名和所在的系 。 姓 名 所在系 王立 電信系 李強(qiáng) 計(jì)算機(jī) 陳然 管理系 唐杰 電信系 系數(shù)據(jù)庫 連接運(yùn)算 將兩個(gè)關(guān)系模式通過共有的屬性名拼接成一個(gè)更多屬性列的關(guān)系。 例 學(xué)生關(guān)系與成績關(guān)系的自然連接 。 學(xué) 號(hào) 姓 名 性 別 年 齡 所在系 課程號(hào) 成績 01001 王立 男 19 電信系 001 90 01001 王立 男 19 電信系 002 85 03050 陳然 女 19 管理系 002 90 03050 陳然 女 19 管理系 102 95 據(jù)庫查詢語言 1. 功能統(tǒng)一 非過程性語言 面向集合的操作方式 靈活的使用方式 學(xué) 據(jù)庫查詢語言 2. 數(shù)據(jù)定義 數(shù)據(jù)操縱 數(shù)據(jù)查詢 數(shù)據(jù)控制 據(jù)庫查詢語言 3. 基本表 ： 獨(dú)立存在的表，一個(gè)關(guān)系即對應(yīng)一個(gè)基本表。 視圖 ： 視圖是由一個(gè)或幾個(gè)基本表導(dǎo)出的表。 存儲(chǔ)過程 ： 存儲(chǔ)過程是用 存儲(chǔ)于 觸發(fā)器 ： 觸發(fā)器是一種特殊的存儲(chǔ)過程，用來維護(hù)不同表中的相關(guān)數(shù)據(jù)的一致性。 通過事件觸發(fā)。 據(jù)庫查詢語言 4. 例 一個(gè)學(xué)生 課程數(shù)據(jù)庫，包括三個(gè)表： 學(xué)生表： S(課程表： C(學(xué)生選課表： 據(jù)庫查詢語言 (1) 插入： 由 例如，在學(xué)生表 這個(gè)學(xué)生的信息如下： 學(xué)號(hào)： 01021003，姓名：王力，性別：男，年齡： 20，所在系：計(jì)算機(jī)系 ( 寫出 S 01021003,王力 ,男 , 20,； 據(jù)庫查詢語言 (2) 刪除： 由 例如，將學(xué)號(hào)為 01021001的學(xué)生信息從學(xué)生表 寫出 S 01021001； 據(jù)庫查詢語言 (3) 更新： 需要更新的屬性放在 例如，將編號(hào)為 。 寫出 C 據(jù)庫查詢語言 (4) 選擇 例如，查詢學(xué)號(hào)為 01021001的學(xué)生的基本信息。 寫出 * 01021001； 說明：“ *”在此表示選擇所有的屬性。 據(jù)庫查詢語言 (5) 投影： 顯式列出新關(guān)系的列名。 例如，查詢學(xué)號(hào)為 01021001的學(xué)生的姓名、所在系。 寫出 S 01021001 ； 據(jù)庫查詢語言 (6) 連接： 由 接后關(guān)系的屬性為原來兩個(gè)關(guān)系屬性的組合。 例如，查詢學(xué)號(hào)為 01021001的學(xué)生所選修的課程名。 寫出 C 01021001 ； 據(jù)庫查詢語言 (7) 并 例如，查詢計(jì)算機(jī)系并且年齡小于 20歲的學(xué)生信息。 寫出 * S * 0 ； 系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 按照 計(jì)出規(guī)模適當(dāng)、能夠正確反映數(shù)據(jù)關(guān)系、數(shù)據(jù)冗余少、存取效率高、能滿足多種查詢要求的數(shù)據(jù)模型。 (1) 需求分析 (2) 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (3) 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (4) 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì) (5)數(shù)據(jù)庫實(shí)施 (6)運(yùn)行與維護(hù) 據(jù)庫管理 1. 職責(zé) ： 向終端用戶提供數(shù)據(jù)和信息；制定數(shù)據(jù)庫管理的政策、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程；確保數(shù)據(jù)庫的安全性；對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份和恢復(fù)；培訓(xùn)終端用戶。 管理工具 ： 。數(shù)據(jù)字典通常是 用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的特性和關(guān)系的定義。 據(jù)庫管理 訪問權(quán)限控制 定義視圖 監(jiān)控 據(jù)庫管理 事務(wù)的概念 ： 事務(wù)是用戶定義的一個(gè)數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作要么全做，要么全都不做，是一個(gè)不可分割的工作單位。 事務(wù)的特性 ： 原子性 (一致性(隔離性 (持續(xù)性(或簡稱 據(jù)庫管理 并發(fā)控制技術(shù)：封鎖 (1) 共享鎖： 也稱讀鎖，如果事務(wù) 加了共享鎖，則其他事務(wù)只能對 不能加排它鎖。 (2)