第一單元《認(rèn)識數(shù)據(jù)庫》課件高中信息技術(shù)

第1章 數(shù)據(jù)庫的基本概念本章要點(diǎn)數(shù)據(jù)庫的基本概念數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的概念與分類9/17/202311.1

基本概念9/17/20232數(shù)據(jù)庫技術(shù)涉及到許多基本概念，主要包括：數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。1.1.1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是指是人們用來反映客觀世界而記錄下來的可以鑒別的數(shù)字、字母或符號，可以存儲在某一種媒體上被識別。所以數(shù)據(jù)的概念包括兩個方面含義：一是描述事物特性的數(shù)據(jù)內(nèi)容，也就是我們常說的信息，二是存儲在某一種媒體上的數(shù)據(jù)形式，即符號。例如某人的出生日期是"1977年4月21日"，當(dāng)然也可以將該形式改寫為"04/21/77"，但其含義并沒有改變。現(xiàn)在數(shù)據(jù)已經(jīng)有了更廣泛的含義，除了數(shù)字、字母、文字和其他特殊字符組成的文本形式的數(shù)據(jù)，圖形、圖像、動畫、影像、聲

音（包括語音、音樂）等多媒體數(shù)據(jù)也已成為了計(jì)算機(jī)的處理對象。1.1.2

信息9/17/20233信息是具有特定含義對社會生產(chǎn)有用的數(shù)據(jù)，信息能影響到人們的行為與決策。例如：1500是一個數(shù)據(jù)，但不是信息，將1500加上特定含義“工資”后，則某職工工資為1500元則成為信息，且信息

“1500元”會影響該職工是否留在公司的決策。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是指對各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、組織、加工、儲存、抽取和傳播的一系列活動的總和。數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理是指對數(shù)據(jù)的組織、存儲、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的中心環(huán)節(jié)，主要圍繞提高數(shù)據(jù)獨(dú)立性、降低數(shù)據(jù)的冗余度、提高數(shù)據(jù)共享性、提高數(shù)據(jù)的安全性和完整性等方面來進(jìn)行改進(jìn)，使用戶能有效地管理和使用數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)大致經(jīng)歷了人工管理階段、文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。一、人工管理階段20世紀(jì)50年代以前，計(jì)算機(jī)主要用于數(shù)值計(jì)算。這一時期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量小，無結(jié)構(gòu)，由用戶直接管理，且數(shù)據(jù)間缺乏邏輯組織，由于是面向應(yīng)用程序的，數(shù)據(jù)缺乏獨(dú)立性，應(yīng)用程序與其處理的數(shù)據(jù)結(jié)合成一個整體。程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系如下圖所示：程序1

數(shù)據(jù)1程序2數(shù)據(jù)2圖1-1

人工管理階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系9/17/202341.1.5

數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)的發(fā)展硬件：外存只有紙帶、卡片、磁帶，并沒有磁盤等直接存取的存儲設(shè)備。軟件：實(shí)際上，當(dāng)時還未形成軟件的整體概念，這一時期，沒有操作系統(tǒng)，沒有管理數(shù)據(jù)的軟件。特點(diǎn)：①數(shù)據(jù)不保存。②應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序承擔(dān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)任務(wù)。③數(shù)據(jù)不能共享。一組數(shù)據(jù)只能對應(yīng)一個程序。④數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性。數(shù)據(jù)的邏輯或物理結(jié)構(gòu)改變，應(yīng)用程序隨之改變。9/17/20235金手指考試網(wǎng)jszksw/

2019年金手指駕駛員考試科目一科目四元貝駕考網(wǎng)yuanbeijiakao

科目一科目四仿真考試題C1Grammar9/17/2023數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用6二、文件系統(tǒng)階段在20世紀(jì)50年代后期到60年代中期，文件系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖所示。程序1程序2程序3

文件3圖1-2

文件系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系硬件：磁盤、磁鼓等直接存取存儲設(shè)備。軟件：操作系統(tǒng)中有了專門的數(shù)據(jù)管理軟件--文件系統(tǒng)。文件2文件1文件管理系統(tǒng)9/17/20237特點(diǎn)：①數(shù)據(jù)可以長期保存。②由文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)按文件名訪問，按記錄進(jìn)行存取，可以對文件進(jìn)行修改、插入和刪除操作。③數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大。一個文件對應(yīng)一個應(yīng)用程序。不同的應(yīng)用程序具有部分相同的數(shù)據(jù)時，也必須建立各自的文件而不能共享相同的數(shù)據(jù)。④數(shù)據(jù)獨(dú)立性差。在數(shù)據(jù)文件中常涉及下列術(shù)語：①數(shù)據(jù)項(xiàng)：描述事物性質(zhì)的最小單位。②記錄：若干數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合，一個記錄表達(dá)一個具體事物。③文件：若干記錄的集合。9/17/20238三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段圖1-3

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系硬件：大容量磁盤，價格下降。軟件：價格上升，編制、維護(hù)系統(tǒng)軟件及應(yīng)用程序的成本相對增加，因此出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門軟件--數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代后期至今，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系如下圖所示：應(yīng)用1應(yīng)用3應(yīng)用2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫9/17/20239（3）特點(diǎn)①數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)是有根本區(qū)別的。對于文件系統(tǒng)來講，相互獨(dú)立的文件的記錄內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，而數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化。②數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充。a）數(shù)據(jù)可以被多個用戶、多個應(yīng)用共享使用。

b）數(shù)據(jù)共享可以大大減少數(shù)據(jù)冗余、節(jié)約存儲空間。

c）數(shù)據(jù)共享還能夠避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性，所謂的不一致性是指同一數(shù)據(jù)的不同拷貝值不一樣。③數(shù)據(jù)獨(dú)立性高。數(shù)據(jù)獨(dú)立性主要從物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性兩個方面體現(xiàn)。從物理獨(dú)立性角度講，用戶的應(yīng)用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫是相互獨(dú)立的。從邏輯獨(dú)立性角度講用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。9/17/202310（4）數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制。DBMS提供以下幾個方面的數(shù)據(jù)控制功能：①數(shù)據(jù)庫的安全性（security）保護(hù)。保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。②數(shù)據(jù)的完整性檢查（integrity）。數(shù)據(jù)的完整性指數(shù)據(jù)的正確性和一致性。完整性檢查是指將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。③并發(fā)（concurrency）控制。當(dāng)多個用戶的并發(fā)進(jìn)程同時存取、修改數(shù)據(jù)庫時，可能會發(fā)生相互干擾而得到錯誤的結(jié)果或使得數(shù)據(jù)庫的完整性遭到破壞，因此必須對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)。④數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（recovery）。當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)遭遇硬件故障、軟件故障、操作員誤操作或惡意破壞時，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤或全部、部分丟失，此時要求數(shù)據(jù)庫具有恢復(fù)功能。所謂的數(shù)據(jù)庫恢復(fù)是指DBMS將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)，即完整性狀態(tài)。9/17/202311數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是指長期存儲在計(jì)算機(jī)內(nèi)的，有組織的，可共享的、可以表現(xiàn)為多種形式的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有如下特點(diǎn)：按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲；具有較小的冗余度；具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性；可為各種用戶共享。9/17/2023121.2

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.2.2

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)9/17/202313數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBase

Management

System，簡稱

DBMS）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，正如使用高級語言需要解釋/編譯程序的支持一樣，使用數(shù)據(jù)庫語言也需要一個特定的支持軟件，這就是"數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)"。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是科學(xué)地有效地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和管理數(shù)據(jù)，接受和完成用戶提出的訪問數(shù)據(jù)的

各種請求。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能包括以下幾個方面：數(shù)據(jù)定義功能數(shù)據(jù)操縱功能數(shù)據(jù)庫運(yùn)行控制功能數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能1.2.3

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)9/17/202314數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DataBaseSystem,DBS)是指擁有數(shù)據(jù)庫技術(shù)支持的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，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。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)有組織地、動態(tài)地存儲大量相關(guān)數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)處理和信息資源共享服務(wù)。與文件系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化。最小的冗余度。數(shù)據(jù)的共享。數(shù)據(jù)與程序獨(dú)立。數(shù)據(jù)的安全性和完整性。1.2.4

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成操作系統(tǒng)硬件圖1-4

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指引進(jìn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)后的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般由支持?jǐn)?shù)據(jù)庫運(yùn)行的軟硬件、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶等部分組成的，如下圖所示。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 用戶數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)9/17/202315硬件與軟件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)數(shù)據(jù)庫管理員(DataBase

Administrator，DBA)用戶9/17/2023161.3

數(shù)據(jù)模型9/17/202317模型是現(xiàn)實(shí)世界特征的模擬和抽象，數(shù)據(jù)模型（DataModel）是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。1.3.1數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)的約束條件三部分組成。（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合，這些對象組

成數(shù)據(jù)庫，它們包括兩類：一類是與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象，另一類是與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象。按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同，又可以將數(shù)據(jù)模型劃分為層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作指對數(shù)據(jù)庫中各種對象實(shí)例的操作。數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。數(shù)據(jù)模型應(yīng)反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。數(shù)據(jù)的完整性約束是指在給定的數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)所遵守的一組規(guī)則。用以保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性、一致性。9/17/2023181.3.2

概念模型9/17/202319一、概念模型的名詞術(shù)語實(shí)體（Entity）：客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。實(shí)體既可以是實(shí)際的事物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系。屬性（Attribute）：屬性就是實(shí)體所具有的特性，一個實(shí)體可以由若干個屬性描述。域（Domain）：屬性的取值范圍稱為該屬性的域。實(shí)體型（Entity

Type）：用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實(shí)體。如：教師（教師編號，教師姓名，性別，出生年份，工作年限，工資）。（5）實(shí)體集（Entity

Set）：具有相同屬性的實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。9/17/202320鍵（Key）：鍵是能夠惟一地標(biāo)識出一個實(shí)體集中每一個實(shí)體的屬性或?qū)傩越M合，鍵也被稱為關(guān)鍵字或碼。聯(lián)系（Relationship）：聯(lián)系分為兩種：一種是實(shí)體內(nèi)部各屬性之間的聯(lián)系，另一種是實(shí)體之間的聯(lián)系。二、實(shí)體之間的聯(lián)系一對一聯(lián)系：如果對于實(shí)體集A中的每個實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個（可以沒有）與之相對應(yīng)，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，記作：1:1。一對多聯(lián)系：如果對于實(shí)體集A中的每個實(shí)體，實(shí)體集B中有n個實(shí)體（n≥0）與之相對應(yīng)，反過來，實(shí)體集B中的每個實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對多聯(lián)系。記作：1:n。（3）多對多聯(lián)系：如果對于實(shí)體集A中的每個實(shí)體，實(shí)體集B中有n個實(shí)體（n≥0）與之相對應(yīng)，反過來，實(shí)體集B中的每個實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有多對多聯(lián)系，記作：m:n。(a)

1:1

聯(lián)系(c)m:n

聯(lián)系(b)

1:n

聯(lián)系圖1-5

實(shí)體之間的三種聯(lián)系聯(lián)系名實(shí)體型A實(shí)體型B11聯(lián)系名實(shí)體型A實(shí)體型B1nn聯(lián)系名實(shí)體型A實(shí)體型Bm9/17/202321三、E-R模型9/17/202322E-R圖有三個要素：實(shí)體：用矩形表示實(shí)體，矩形內(nèi)標(biāo)注實(shí)體名稱。屬性：用橢圓表示屬性，橢圓內(nèi)標(biāo)注屬性名稱。并用連線與實(shí)體連接起來。實(shí)體之間的聯(lián)系：用菱形表示，菱形內(nèi)注明聯(lián)系名稱，并用連線將菱形框分別與相關(guān)實(shí)體相連，并在連線上注明聯(lián)系類型。下面用E-R圖來表示某個工廠物資管理的概念模型。物資管理涉及的實(shí)體有：倉庫屬性有倉庫號、面積。貨物屬性有貨號、名稱。職工屬性有職工號、姓名、年齡、職稱。圖1-6

完整的實(shí)體聯(lián)系圖mnn1貨號名稱職工號年齡姓名貨物存放存量倉庫號面積職工倉庫存放9/17/2023231.4.3

層次模型層次模型按樹型結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)，它是以記錄類型為結(jié)點(diǎn)，以結(jié)點(diǎn)間聯(lián)系為邊的有序樹，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為有序樹或森林。圖1-7

層次模型層次模型有以下兩個特點(diǎn):有且僅有一個結(jié)點(diǎn)無父結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)稱為根；根以外的其他節(jié)點(diǎn)有且只有一個雙親節(jié)點(diǎn)。上面特點(diǎn)就使得用層次模型表示1:n聯(lián)系非常簡便，這是它的突出優(yōu)點(diǎn)，但是它不能直接表示m:n的聯(lián)系。9/17/2023241.4.4

網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及其之間的聯(lián)系，網(wǎng)中結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系不受層次限制，可以任意發(fā)生聯(lián)系。圖1-8

網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型有如下幾個特點(diǎn)：一個子結(jié)點(diǎn)可以有兩個或多個父結(jié)點(diǎn)。允許一個以上的節(jié)點(diǎn)無雙親。在兩個結(jié)點(diǎn)之間可以有兩種或多種聯(lián)系?？赡苡谢芈反嬖?。9/17/202325網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)：9/17/202326優(yōu)點(diǎn)：能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界；具有良好的性能，存取效率高。主要缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于擴(kuò)充；不容易實(shí)現(xiàn)。1.4.5關(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型是由IBM公司的E.F.Codd于1970年首次提出，以關(guān)系數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(RDBMS)，目前廣泛使用。一、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的定義實(shí)體和聯(lián)系均用二維表來表示的數(shù)據(jù)模型稱之為關(guān)系數(shù)據(jù)模型。一張二維表，由行和列組成。學(xué)號姓名性別出生日期所在院系080440501王雨嫣女1980-9-6中文系020440506肖峰男1978-10-9電子系090440507胡沖男1980-5-8英語系關(guān)系表關(guān)系模式記錄行屬性列圖1-9

關(guān)系模型屬性名列名jbqk關(guān)系名表名9/17/202327二、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的基本概念9/17/202328關(guān)系（Relation）對應(yīng)于關(guān)系模式的一個具體的表稱為關(guān)系，又稱表（Table）。關(guān)系模式（Relation

Scheme）二維表的表頭那一行稱為關(guān)系模式，又稱表的框架或記錄類型，是對關(guān)系的描述。關(guān)系模式可表示為：關(guān)系模式名（屬性名1，屬性名1，...，屬性名n）的形式。例如：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，籍貫）。元組（Tuple）關(guān)系中的每一行稱為關(guān)系的一個元組，又稱行（Row）或記錄（Record）。屬性（Attributes）關(guān)系中的每一列稱為關(guān)系的一個屬性，又稱列（Column）。給每一個屬性起一個名稱即屬性名。（5）變域（Domain）9/17/202329關(guān)系中的每一屬性所對應(yīng)的取值范圍叫屬性的變域，簡稱域。主鍵（PrimaryKey）如果關(guān)系模式中的某個或某幾個屬性組成的屬性組能惟一地標(biāo)識對應(yīng)于該關(guān)系模式的關(guān)系中的任何一個元組，這樣的屬性組為該關(guān)系模式及其對應(yīng)關(guān)系的主鍵。外鍵（Foreign

Key）如果關(guān)系R的某一屬性組不是該關(guān)系本身的主鍵，而是另一關(guān)系的主鍵，則稱該屬性組是R的外鍵。三、關(guān)系數(shù)據(jù)模型完整性約束關(guān)系數(shù)據(jù)模型完整性約束主要包括三大類：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義完整性。關(guān)系數(shù)據(jù)模型中的查詢、插入、刪除、修改數(shù)據(jù)等常用操作都要滿足這些條件