電子教案數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用（第3版）a1

1、第1章 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ) 學(xué)習(xí)要點1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念、特點、組成及分類2、信息的三個領(lǐng)域3、實體聯(lián)系模型、數(shù)據(jù)模型4、層次、網(wǎng)狀、關(guān)系模型5、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能、 現(xiàn)狀及發(fā)展方向第1章 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)1.1 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方法1.3 現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)描述1.4 三種主要的數(shù)據(jù)模型1.5 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)習(xí)題及參考答案1.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展 數(shù)據(jù)處理是指對各種形式的數(shù)據(jù)進行收集、組織、加工、存儲、抽取、傳播等工作。其基本目的是從大量的、雜亂無章的甚至是難以理解的數(shù)據(jù)中抽取并推導(dǎo)出對于某些特定的人們來說是有價值的、有意義的數(shù)據(jù)，為進一步的活動提供決策的依據(jù)。數(shù)據(jù)管理是指對數(shù)據(jù)的組織、存儲、

2、檢索和維護等工作。所以數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理的基本環(huán)節(jié)。隨著20世紀(jì)40年代末電子計算機的廣泛使用，特別是高效率存儲設(shè)備的出現(xiàn)，使數(shù)據(jù)處理工作發(fā)生了革命性的改變，不僅加快了處理速度，而且擴大了數(shù)據(jù)處理的規(guī)模和范圍。這時把電子計算機進行的數(shù)據(jù)處理稱為電子數(shù)據(jù)處理，簡稱為EDP（Electronic Data Processing）。1.1.1 EDP技術(shù)的發(fā)展階段 隨著計算機軟件和硬件的發(fā)展，EDP技術(shù)的發(fā)展大體上經(jīng)歷了三個階段。 1程序管理方式階段 電子數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展的第一階段（大約在1960年以前）為程序管理方式階段。 該階段數(shù)據(jù)處理的主要特點是： （1）數(shù)據(jù)不保存。 （2）數(shù)據(jù)不能獨立，它是

3、程序的組成部分，即數(shù)據(jù)和程序完全結(jié)合成一個不可分割的整體。 （3）數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)之間是相互獨立、彼此無關(guān)的。1.1.1 EDP技術(shù)的發(fā)展階段 2文件系統(tǒng)階段 文件系統(tǒng)階段的背景是計算機不僅用于科學(xué)計算，還大量用于經(jīng)濟管理。 這一階段的主要特點是： （1）文件的組織方式既可以是順序的，也可以是隨機的。 （2）數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)不再等同于數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。 （3）計算機的文件管理系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)的存取方法。 （4）數(shù)據(jù)可以共享，但數(shù)據(jù)仍存在相當(dāng)程度的冗余。1.1.1 EDP技術(shù)的發(fā)展階段 3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理是在文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的先進技術(shù)。它克服了文件

4、系統(tǒng)的弱點，提供了一個完美的、高級的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一的獨立管理，使數(shù)據(jù)的存儲和維護不受任何用戶的影響。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的目標(biāo)是：解決數(shù)據(jù)冗余問題，實現(xiàn)獨立性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享并解決由于數(shù)據(jù)共享而帶來的數(shù)據(jù)完整性、安全性及并發(fā)控制等一系列問題。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，數(shù)據(jù)庫的運行必須由一個軟件系統(tǒng)來控制，這個軟件系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System，簡稱DBMS）。1.1.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展 數(shù)據(jù)庫技術(shù)是計算機科學(xué)技術(shù)中發(fā)展最快的分支。20世紀(jì)70年代以來，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從第一代的網(wǎng)狀和層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展到第二代的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)正向著面

5、向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展，并與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式計算、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計技術(shù)相結(jié)合。 第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為網(wǎng)狀和層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。1.1.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展 第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Relational Database System，簡稱RDBS）。1970年IBM公司研究員E.F.Codd發(fā)表的關(guān)于關(guān)系模型的論文推動了關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究和開發(fā)。尤其關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL的提出使關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 目前市場上的主流數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品包括Oracle、DB2 UDB、Sybase、SQL Server、FoxPro等，這些產(chǎn)品都基于關(guān)系數(shù)據(jù)模型。1.1.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的

6、發(fā)展 根據(jù)第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)宣言提出的原則，第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)除應(yīng)包含第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能外，還應(yīng)支持正文、圖像、聲音等新的數(shù)據(jù)類型，支持類、繼承、函數(shù)/服務(wù)器應(yīng)用的用戶接口。數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)也應(yīng)運而生。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究范圍是十分廣泛的，可以概括為三個主要領(lǐng)域。 （1）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件的研制 （2）數(shù)據(jù)庫設(shè)計 （3）數(shù)據(jù)庫理論1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方法 1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念 數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中常用的術(shù)語。 1數(shù)據(jù)（Data） 數(shù)據(jù)實際上就是描述事物的符號記錄，如文字、圖形圖像、聲音、學(xué)生的檔案記錄都是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的形式本身并不能完全表達其內(nèi)容，需要

7、經(jīng)過語義解釋。數(shù)據(jù)與其語義是不可分的。 2數(shù)據(jù)庫（Database，簡稱DB） 數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內(nèi)有結(jié)構(gòu)的大量的共享的數(shù)據(jù)集合。它可以供各種用戶共享、具有最小冗余度和較高的數(shù)據(jù)獨立性。1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念 3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System，簡稱DBMS） 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一個以統(tǒng)一的方式管理、維護數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一系列軟件的集合。DBMS在操作系統(tǒng)的支持與控制下運行，按功能DBMS可分為三大部分。 （1）語言處理部分 （2）系統(tǒng)運行控制部分 （3）系統(tǒng)維護部分1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念 4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database

8、 System，簡稱DBS） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計算機系統(tǒng)中引進數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。 5數(shù)據(jù)庫管理員（Database Administrator，簡稱DBA） 數(shù)據(jù)庫管理員是負責(zé)數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護的專門人員。 1.2.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化2數(shù)據(jù)的共享性3可控數(shù)據(jù)冗余度 4數(shù)據(jù)的一致性5物理獨立性1.2.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點6邏輯獨立性 7數(shù)據(jù)的安全性 8數(shù)據(jù)的完整性 9并發(fā)控制 10數(shù)據(jù)庫恢復(fù)1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 1組成成分 一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般應(yīng)包含四個部分： （1）數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序。

9、 （2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 （3）支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的硬件和軟件。 （4）系統(tǒng)人員和用戶。1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)圖1-1 帶有數(shù)據(jù)庫的計算機系統(tǒng)的構(gòu)成1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫管理員主要任務(wù)是： 決定數(shù)據(jù)庫的信息內(nèi)容。 充當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與用戶的聯(lián)絡(luò)員。 決定數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)和訪問策略。 決定數(shù)據(jù)庫的保護策略。 監(jiān)視系統(tǒng)的工作，響應(yīng)系統(tǒng)的某些變化，改善系統(tǒng)的“時空”性能，提高系統(tǒng)的效率。1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分級結(jié)構(gòu) ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會）所屬標(biāo)準(zhǔn)計劃和要求委員會（Standards Planning And Requirements Commi

10、ttee，簡稱SPARC）在1975年公布的研究報告Interim Report中，把數(shù)據(jù)庫分為三級：外模式（External Schema）、概念模式（Conceptual Schema）、內(nèi)模式（Internal Schema）。不管實際的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有多大差異，它們的基本結(jié)構(gòu)大體上是一致的，都可用這一分級結(jié)構(gòu)來表示。1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 圖1-2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系 1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 用戶級數(shù)據(jù)庫對應(yīng)于外模式，是用戶看到和使用的數(shù)據(jù)庫，因此也稱為用戶視圖(View)。 概念級數(shù)據(jù)庫對應(yīng)于概念模式，簡稱模式，是對數(shù)據(jù)庫的整體邏輯描述（故稱數(shù)據(jù)庫的整體

11、邏輯結(jié)構(gòu)），通常又稱DBA視圖。即數(shù)據(jù)庫管理員看到的數(shù)據(jù)庫，是所有用戶視圖的一個最少并集。 物理級數(shù)據(jù)庫對應(yīng)于內(nèi)模式，又稱存儲模式。它包含數(shù)據(jù)庫的全部存儲數(shù)據(jù)，這些被存儲在內(nèi)、外介質(zhì)上的數(shù)據(jù)也稱為原料（Raw）數(shù)據(jù)，是用戶加工（或操作）的對象。1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 3模式（Schema） 模式又稱概念模式（Conceptual Schema）或數(shù)據(jù)庫模式（Database Schema）。它是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的總體邏輯描述，用于對數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和內(nèi)容所進行的描述。由此可知，模式的主體是數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型。 4子模式（Subschema） 子模式又叫局部模式。它描述局部或用戶的邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

12、。子模式是模式的一個子集，并允許在一定范圍內(nèi)有所變化。1.2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分類 1987年，著名的美國數(shù)據(jù)庫專家厄爾曼（J.D.Ullman）教授在一篇題為數(shù)據(jù)庫理論的過去和未來的論文中，把數(shù)據(jù)庫理論概括為4個分支：關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論、分布式數(shù)據(jù)庫理論、演繹數(shù)據(jù)庫和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫。今天，關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論已日趨成熟，在微機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中獲得普遍的應(yīng)用；ORDBS已發(fā)展為第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主流。其余兩個分支分布式數(shù)據(jù)庫和智能數(shù)據(jù)庫也在過去10年間取得了不小的進展，擴大了應(yīng)用范圍。1.2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分類1單用戶數(shù)據(jù)庫和多用戶數(shù)據(jù)庫2集中式數(shù)據(jù)庫和分布式數(shù)據(jù)庫3傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和智能數(shù)據(jù)庫1.3 現(xiàn)實世界

13、的數(shù)據(jù)描述 1.3.1 信息的三個領(lǐng)域 作為客觀世界的一切真知的信息從客觀事物出發(fā)，經(jīng)過篩選流經(jīng)數(shù)據(jù)庫，通過控制決策機構(gòu)又回到客觀事物。信息的這一循環(huán)經(jīng)歷了三個領(lǐng)域： 1現(xiàn)實世界（Real World） 2觀念世界（Conception World） 3數(shù)據(jù)世界（Data World）1.3.2 常用術(shù)語1實體（Entity）2個體（Individual）和總體（Ensemble)3屬性（Attribute）4實體集（Entiry Set）5域（Domain）1.3.2 常用術(shù)語6鍵（Key）7聯(lián)系（Relationship）8實體型（Entity Type）9實體聯(lián)系方法（Entity Re

14、lationship Approach）10實體聯(lián)系圖（Entity Relationship Diagram）1.3.3 實體聯(lián)系模型兩個實體集之間的聯(lián)系可分為三類。1一對一聯(lián)系（One-to-one）1.3.3 實體聯(lián)系模型2一對多聯(lián)系（One-to-many）1.3.3 實體聯(lián)系模型3多對多聯(lián)系（Many-to-many）1.3.3 實體聯(lián)系模型 圖1-6 教學(xué)情況的實體聯(lián)系模型1.3.4 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型是對客觀事物及其聯(lián)系的數(shù)據(jù)描述，是實體聯(lián)系模型的數(shù)據(jù)化。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的核心問題之一就是要設(shè)計一個好的數(shù)據(jù)模型。因此，應(yīng)了解以下與數(shù)據(jù)模型設(shè)計有關(guān)的問題。 1記錄與數(shù)據(jù)項 2型與值 3記

15、錄與文件1.3.4 數(shù)據(jù)模型圖1-7 信息的三個領(lǐng)域中有關(guān)術(shù)語及其對應(yīng)關(guān)系1.3.4 數(shù)據(jù)模型 4數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型是一種形式化描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)之間聯(lián)系以及有關(guān)語義約束的方法，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用以提供信息表示和操作手段的形式框架。它包括能精確描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、動態(tài)結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)操作）和完整性約束條件三部分。 （1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （2）數(shù)據(jù)操作 （3）完整性約束條件1.4 三種主要的數(shù)據(jù)模型 1.4.1 層次模型 層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最常用的數(shù)據(jù)模型之一。它屬于格式化數(shù)據(jù)模型。這種模型的特征是： （1）有且僅有一個節(jié)點無雙親，這個節(jié)點稱為根節(jié)點。 （2）其他節(jié)點有且僅有一個雙親。1.4.2

16、網(wǎng)狀模型 網(wǎng)狀模型又叫網(wǎng)絡(luò)模型，它也屬于格式化數(shù)據(jù)模型。廣義講，任意一個連通的基本層次聯(lián)系的集合就是一個網(wǎng)狀模型。這種廣義的提法把樹也包含在網(wǎng)狀模型之中。為了與樹相區(qū)別，將滿足下列條件的基本層次聯(lián)系的集合稱為網(wǎng)狀模型： （1）可以有一個以上的節(jié)點無雙親。 （2）至少有一個節(jié)點有多于一個的雙親。1.4.2 網(wǎng)狀模型 層次模型與網(wǎng)狀模型不同之處主要有三點： （1）層次模型中從子女到雙親的聯(lián)系是惟一的，而網(wǎng)狀模型則可以不惟一。1.4.2 網(wǎng)狀模型 （2）網(wǎng)狀模型中允許使用復(fù)合鏈，層次模型則不可以。即兩個記錄型之間可以有兩種以上的聯(lián)系， （3）尋找記錄時，層次模型必須從根找起，網(wǎng)狀模型允許從任一節(jié)點找

17、起，經(jīng)過指定的系名，就能在整個網(wǎng)內(nèi)找到所需的記錄。1.4.3 關(guān)系模型 關(guān)系模型有不同于格式化模型的風(fēng)格和理論基礎(chǔ)?？偟膩碚f，它是一種數(shù)學(xué)化的模型。關(guān)系模型的基本組成是關(guān)系。它把記錄集合定義為一張二維表，即關(guān)系。表的每一行是一個記錄，表示一個實體，也稱為一個元組。每一列是記錄中的一個數(shù)據(jù)項，表示實體的一個屬性。1.5 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)軟件，是為數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護而配置的。它把用戶程序的數(shù)據(jù)操作語句轉(zhuǎn)換成對系統(tǒng)存儲文件的操作；它又像一個向?qū)В延脩魧?shù)據(jù)庫的一次訪問，從用戶級帶到概念級，再導(dǎo)向物理級。1.5.1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能 DBMS是

18、指創(chuàng)建、管理和使用數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)。DBMS是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，是位于操作系統(tǒng)和用戶之間的數(shù)據(jù)庫管理軟件。 不同的DBMS所要求的硬件資源和軟件環(huán)境各不相同，在功能和性能上也存在一定的差異，但都包括以下功能。 1定義功能 2操縱功能 3保護功能 4維護功能 5數(shù)據(jù)字典功能1.5.2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展方向 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展演變，已經(jīng)取得了輝煌的成就，發(fā)展成了一門內(nèi)容豐富的學(xué)科，形成了總量達數(shù)百億美元的一個軟件產(chǎn)業(yè)。根據(jù)Gartner Dataquest公司的調(diào)查，2000年國際數(shù)據(jù)庫市場銷售總額達88億美元，比1999年增長10%。根據(jù)CCID的報告，2000年的中國數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)市場銷售總額達24.8億元，比1999年增長了41.7%，占軟件市場總銷售額的10.8%?？梢?，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)發(fā)展成為一個規(guī)模巨大、增長迅速的市場。1.5.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展方向 目前，市場上具有代表性的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品包括Oracle公司的Oracle、IBM公司的DB2以及微軟的SQL Server、Visual FoxPro等。在一定意義上，這些產(chǎn)品的特征反映了當(dāng)前數(shù)據(jù)庫產(chǎn)業(yè)界的最高水平和發(fā)展趨勢。 1關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)仍然是主流 2產(chǎn)