大學(xué)計(jì)算機(jī)系數(shù)據(jù)庫課件-第2講 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第二講數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識本講主要內(nèi)容一、數(shù)據(jù)庫的基本概念二、數(shù)據(jù)管理技術(shù)及其發(fā)展三、數(shù)據(jù)模型四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、數(shù)據(jù)庫的基本概念什么是數(shù)據(jù)庫（系統(tǒng)）？數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)用計(jì)算機(jī)存儲記錄的系統(tǒng)；電子文件柜；收集計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件的倉庫或容器。用戶可進(jìn)行的操作：向數(shù)據(jù)庫中增加新的空文件；向現(xiàn)有文件中插入數(shù)據(jù)；從文件中檢索數(shù)據(jù)；更改文件中的數(shù)據(jù)；刪除文件中的數(shù)據(jù)；刪除數(shù)據(jù)庫中的文件等。一、數(shù)據(jù)庫的基本概念為什么要使用數(shù)據(jù)庫？與傳統(tǒng)基于紙張的記錄方式相比：簡潔、快捷、省力、方便、數(shù)據(jù)的集中控制（共享、減少冗余、一致性、事務(wù)支持、完整性、安全性等）。數(shù)據(jù)庫建設(shè)的規(guī)模、信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個(gè)國家信息化程度的重要標(biāo)志。一、數(shù)據(jù)庫的基本概念如何使用數(shù)據(jù)庫？在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）統(tǒng)一管理和控制下使用；最終用戶：借助應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫；程序員：通過編寫程序代碼訪問數(shù)據(jù)庫；高級用戶：借助查詢工具訪問數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫管理員DBA：通過管理工具訪問數(shù)據(jù)庫。一、數(shù)據(jù)庫的基本概念四個(gè)基本概念數(shù)據(jù)(Data)數(shù)據(jù)庫(Database)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)二、數(shù)據(jù)管理技術(shù)及其發(fā)展數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識二、數(shù)據(jù)管理技術(shù)及其發(fā)展

數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)三大主要應(yīng)用之一（科學(xué)計(jì)算、過程控制、數(shù)據(jù)處理）數(shù)據(jù)處理是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息，包括：數(shù)據(jù)的收集、管理、加工利用、信息輸出信息=數(shù)據(jù)+數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)是信息的符號表示，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對數(shù)據(jù)的語義解釋二、數(shù)據(jù)管理技術(shù)及其發(fā)展

數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理的中心問題，包括對數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是應(yīng)數(shù)據(jù)管理任務(wù)的需要而產(chǎn)生。數(shù)據(jù)管理技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。二、數(shù)據(jù)管理技術(shù)及其發(fā)展

數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段人工管理階段(40年代中--50年代中)文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識三、數(shù)據(jù)模型三、數(shù)據(jù)模型

什么是數(shù)據(jù)模型？模型：對現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜對象的抽象。例如，在軍事上用沙盤描述戰(zhàn)場實(shí)況。數(shù)據(jù)模型：對現(xiàn)實(shí)世界中相關(guān)實(shí)體數(shù)據(jù)特征的抽象。描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系以及施加在數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)聯(lián)系上的一些限制。三、數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實(shí)世界的模擬，應(yīng)滿足三方面要求：能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；容易為人所理解；便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。三、數(shù)據(jù)模型包括：邏輯模型和物理模型三、數(shù)據(jù)模型概念模型：是按用戶的觀點(diǎn)來對數(shù)據(jù)和信息建模，即：信息世界的建模。邏輯模型：數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，通常有一組嚴(yán)格定義的、無二義性語法和語義的數(shù)據(jù)庫語言。

物理模型：是對數(shù)據(jù)最低層的抽象，它描述數(shù)據(jù)在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。三、數(shù)據(jù)模型

抽象過程--兩級抽象1.將現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對象抽象為概念模型。

（如：E-R模型）2.將概念模型轉(zhuǎn)換為某一DBMS支持的（結(jié)構(gòu)）數(shù)據(jù)模型（如：關(guān)系模型）。

注意：從概念模型到邏輯模型的轉(zhuǎn)換是由數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員完成的，從邏輯模型到物理模型的轉(zhuǎn)換是由DBMS完成的。三、數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的三要素：（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)是對象類型的集合。（這些對象是數(shù)據(jù)庫的組成成分）。兩類對象：與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。三、數(shù)據(jù)模型（2）數(shù)據(jù)操作對數(shù)據(jù)庫中各種對象(型)的實(shí)例(值)允許執(zhí)行的操作及有關(guān)的操作規(guī)則。（對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述?。?shù)據(jù)操作的類型查詢更新(包括插入、刪除、修改)數(shù)據(jù)模型對操作的定義操作的確切含義操作符號操作規(guī)則（如優(yōu)先級）實(shí)現(xiàn)操作的語言三、數(shù)據(jù)模型（3）數(shù)據(jù)的完整性約束條件一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則：給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和儲存規(guī)則用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。三、數(shù)據(jù)模型常用的數(shù)據(jù)模型概念模型（實(shí)體聯(lián)系模型-ER模型）層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型面向?qū)ο蟮哪Ｐ统Ｓ玫臄?shù)據(jù)模型1、概念模型概念模型是對信息世界的抽象表示。概念模型的作用：概念模型用于信息世界的建模；是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次；是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的有力工具；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員和用戶之間進(jìn)行交流的語言。概念模型（續(xù)）對概念模型的基本要求較強(qiáng)的語義表達(dá)能力能夠方便、直接地表達(dá)應(yīng)用中的各種語義知識簡單、清晰、易于用戶理解信息世界中的基本概念實(shí)體、屬性、碼、域、實(shí)體型、實(shí)體集、聯(lián)系信息世界中的基本概念(1)實(shí)體（Entity）客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。可以是具體的人、事、物或抽象的概念。(2)屬性（Attribute）實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來刻畫。(3)碼（Key）唯一標(biāo)識實(shí)體的屬性集稱為碼。信息世界中的基本概念(續(xù))(4)域（Domain）屬性的取值范圍稱為該屬性的域。(5)實(shí)體型（EntityType）用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實(shí)體稱為實(shí)體型。(6)實(shí)體集（EntitySet）同一類型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。信息世界中的基本概念(續(xù))(7)聯(lián)系（Relationship）現(xiàn)實(shí)世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實(shí)體的各屬性之間的聯(lián)系實(shí)體之間的聯(lián)系通常是指不同實(shí)體集之間的聯(lián)系。實(shí)體-聯(lián)系方法實(shí)體-聯(lián)系方法（E-R方法）用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型，亦稱E-R模型。E-R圖的表示：實(shí)體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名。屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體連接起來。實(shí)體型名稱學(xué)生學(xué)生學(xué)號姓名性別出生年份系實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實(shí)體連接起來，同時(shí)在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1:1、1:n或m:n）實(shí)體型A聯(lián)系名實(shí)體型B111:1聯(lián)系實(shí)體型A聯(lián)系名1n1:n聯(lián)系實(shí)體型A實(shí)體型B聯(lián)系名mnm:n聯(lián)系實(shí)體型B實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）一對一聯(lián)系（1:1）

實(shí)例：一個(gè)班級只有一個(gè)正班長一個(gè)班長只在一個(gè)班中任職定義：如果對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)（也可以沒有）實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對一聯(lián)系，記為1:1班級班級-班長

班長111:1聯(lián)系實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）一對多聯(lián)系（1：n）實(shí)例：一個(gè)班級中有若干名學(xué)生，每個(gè)學(xué)生只在一個(gè)班級中學(xué)習(xí)定義：如果對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B有一對多聯(lián)系，記為1:n班級組成學(xué)生1n1:n聯(lián)系實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）多對多聯(lián)系（m:n）實(shí)例：課程與學(xué)生之間的聯(lián)系一門課程同時(shí)有若干個(gè)學(xué)生選修一個(gè)學(xué)生可以同時(shí)選修多門課程定義：如果對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B具有多對多聯(lián)系，記為m:n課程選修學(xué)生mnm:n聯(lián)系實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）兩個(gè)以上實(shí)體型之間一對多聯(lián)系若實(shí)體集E1，E2，...，En存在聯(lián)系，對于實(shí)體集Ej（j=1，2，...，i-1，i+1，...，n）中的給定實(shí)體，最多只和Ei中的一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系，則我們說Ei與E1，E2，...，Ei-1，Ei+1，...，En之間的聯(lián)系是一對多的實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）實(shí)例1

課程、教師與參考書三個(gè)實(shí)體型：一門課程可以有若干個(gè)教師講授，使用若干本參考書，每一個(gè)教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用。課程講授教師1m兩個(gè)以上實(shí)體型間1:n聯(lián)系參考書n實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）實(shí)例2：

供應(yīng)商、項(xiàng)目、零件三個(gè)實(shí)體型；一個(gè)供應(yīng)商可以供給多個(gè)項(xiàng)目多種零件；每個(gè)項(xiàng)目可以使用多個(gè)供應(yīng)商供應(yīng)的零件；每種零件可由不同供應(yīng)商供給。供應(yīng)商供應(yīng)項(xiàng)目mp兩個(gè)以上實(shí)體型間m:n聯(lián)系零件n實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）用E-R圖表示某個(gè)工廠物資管理的概念模型實(shí)體倉庫：倉庫號、面積、電話號碼零件：零件號、名稱、規(guī)格、單價(jià)、描述供應(yīng)商：供應(yīng)商號、姓名、地址、電話號碼、帳號項(xiàng)目：項(xiàng)目號、預(yù)算、開工日期職工：職工號、姓名、年齡、職稱實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）實(shí)體之間的聯(lián)系如下：一個(gè)倉庫可以存放多種零件，一種零件可以存放在多個(gè)倉庫中。倉庫和零件具有多對多的聯(lián)系。用庫存量表示某種零件在某個(gè)倉庫中的數(shù)量。一個(gè)倉庫有多個(gè)職工當(dāng)倉庫保管員，一個(gè)職工只能在一個(gè)倉庫工作，倉庫和職工之間是一對多的聯(lián)系。職工之間具有領(lǐng)導(dǎo)-被領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系。即倉庫主任領(lǐng)導(dǎo)若干保管員。供應(yīng)商、項(xiàng)目和零件三者之間具有多對多的聯(lián)系。實(shí)體-聯(lián)系方法（續(xù)）常用的數(shù)據(jù)模型2、層次模型層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）層次模型用樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系層次模型（續(xù)）層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本的層次聯(lián)系：滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型：1.有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)2.根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)R1R2L12雙親節(jié)點(diǎn)子女節(jié)點(diǎn)一對多的聯(lián)系層次模型（續(xù)）

R1R2R3R4R5根節(jié)點(diǎn)兄弟節(jié)點(diǎn)兄弟節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)葉節(jié)點(diǎn)層次模型（續(xù)）

根結(jié)點(diǎn)系的子女結(jié)點(diǎn)教員的雙親結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)字段

層次模型（續(xù)）層次模型（續(xù)）多對多聯(lián)系在層次模型中的表示方法將多對多聯(lián)系分解成一對多聯(lián)系分解方法冗余結(jié)點(diǎn)法虛擬結(jié)點(diǎn)法層次模型（續(xù)）層次模型的數(shù)據(jù)操縱查詢、插入、刪除、更新層次模型的完整性約束條件無相應(yīng)的雙親結(jié)點(diǎn)值就不能插入子女結(jié)點(diǎn)值；如果刪除雙親結(jié)點(diǎn)值，則相應(yīng)的子女結(jié)點(diǎn)值也被同時(shí)刪除；更新操作時(shí)，應(yīng)更新所有相應(yīng)記錄，以保證數(shù)據(jù)的一致性。

常用的數(shù)據(jù)模型3、網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用網(wǎng)狀模型作為數(shù)據(jù)的組織方式典型代表是DBTG系統(tǒng)：70年代由數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言研究會（CODASYL）下屬的DBTG提出的一個(gè)系統(tǒng)方案奠定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、方法和技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為網(wǎng)狀模型：1.允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親；2.一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。網(wǎng)狀模型（續(xù)）網(wǎng)狀模型中子女結(jié)點(diǎn)與雙親結(jié)點(diǎn)的聯(lián)系可以不唯一，要為每個(gè)聯(lián)系命名，并指出與該聯(lián)系有關(guān)的雙親記錄和子女記錄R1與R3之間的聯(lián)系L1R2與R3之間的聯(lián)系L2R1R2R3L1L2網(wǎng)狀模型（續(xù)）網(wǎng)狀模型（續(xù)）多對多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示方法：將多對多聯(lián)系直接分解成一對多聯(lián)系常用的數(shù)據(jù)模型4、關(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式1970年美國IBM公司的研究員E.F.Codd首次提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系模型計(jì)算機(jī)廠商新推出的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)幾乎都支持關(guān)系模型

關(guān)系模型（續(xù)）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在用戶觀點(diǎn)下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。學(xué)號姓名年齡性別系名年級2005004王小明19女社會學(xué)20052005006黃大鵬20男商品學(xué)20052005008張文斌18女法律2005………………屬性元組關(guān)系模型（續(xù)）

關(guān)系（Relation）一個(gè)關(guān)系對應(yīng)通常說的一張表

元組（Tuple）表中的一行即為一個(gè)元組

屬性（Attribute）表中的一列即為一個(gè)屬性，給每一個(gè)屬性起一個(gè)名稱即屬性名關(guān)系模型（續(xù)）主碼（Key）：表中的某個(gè)屬性組，它可以唯一確定一個(gè)元組。域（Domain）：屬性的取值范圍。分量：元組中的一個(gè)屬性值。關(guān)系模式：對關(guān)系的描述關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，性別，系，年級）關(guān)系模型（續(xù)）例1：一對多的聯(lián)系在關(guān)系模型中的表示（合并）。

學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，專業(yè)號，班級）專業(yè)（專業(yè)號，名稱，所屬系）例2：多對多的聯(lián)系在關(guān)系模型中的表示（獨(dú)立）學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，專業(yè)號，班級）課程（課程號，課程名，學(xué)分）選修（學(xué)號，課程號，成績）關(guān)系模型（續(xù)）關(guān)系必須是規(guī)范化的，滿足一定的規(guī)范條件基本的規(guī)范條件：關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。

（不允許表中還有表?。﹫D中的工資和扣除是可分的數(shù)據(jù)項(xiàng),不符合關(guān)系模型要求職工號姓名職稱工資扣除實(shí)發(fā)基本津貼職務(wù)房租水電86051陳平講師13051200501601122283關(guān)系模型（續(xù)）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對象和操作結(jié)果都是關(guān)系查詢、插入、刪除、更新數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對象和操作結(jié)果都是關(guān)系，即若干元組的集合存取路徑對用戶隱蔽，用戶只要指出“做什么”，不必詳細(xì)說明“怎么做”關(guān)系模型（續(xù)）關(guān)系的完整性約束條件實(shí)體完整性參照完整性用戶定義的完整性關(guān)系模型（續(xù)）關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都用表來表示表以文件形式存儲

有的DBMS一個(gè)表對應(yīng)一個(gè)操作系統(tǒng)文件有的DBMS自己設(shè)計(jì)文件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)-