第4章 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

第四章

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其應(yīng)用第四章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其應(yīng)用4.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述

4.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.3數(shù)據(jù)模型

4.4關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

4.5數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言SQL4.6數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

4.7常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

4.8數(shù)據(jù)庫(kù)的新發(fā)展4.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述1.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是事物特性的反映和描述，是符號(hào)的集合。數(shù)據(jù)不僅指數(shù)值數(shù)據(jù)，文本、圖形、圖像、音頻、視頻等一切能被計(jì)算機(jī)接收且能被處理的符號(hào)都是數(shù)據(jù)。2.信息信息通常是指有一定含義的、經(jīng)過(guò)加工的、對(duì)決策有價(jià)值的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)能夠反映出客觀事物的內(nèi)在聯(lián)系及本質(zhì)，從而影響信息獲取者的行為或決策。從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的角度來(lái)看，數(shù)據(jù)是信息的載體，而信息則是數(shù)據(jù)加工的結(jié)果，信息來(lái)源于數(shù)據(jù)而高于數(shù)據(jù)。4.1.1數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念4.1.1數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念3.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是指對(duì)數(shù)據(jù)的分類(lèi)、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)等一系列活動(dòng)的總和。數(shù)據(jù)處理的基本目的是從大量的、雜亂無(wú)章的、難以理解的數(shù)據(jù)中抽取并推導(dǎo)出對(duì)于某些特定的人來(lái)說(shuō)有價(jià)值、有意義的數(shù)據(jù)。4.數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)（DataBase，DB）是一個(gè)長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、有共享的、統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)集合。它是一個(gè)按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。

4.1.1數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念5.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DatabaseManagementSystem，DBMS)是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的大型軟件，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性和完整性。6.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DatabaseSystems，DS），是由數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理軟件組成的系統(tǒng)。它是為適應(yīng)數(shù)據(jù)處理的需要而發(fā)展起來(lái)的一種較為理想的數(shù)據(jù)處理的核心機(jī)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員、用戶和應(yīng)用程序四個(gè)部分組成。

4.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1.人工管理階段時(shí)期20世紀(jì)40年代中--50年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算 硬件水平 無(wú)直接存取存儲(chǔ)設(shè)備軟件水平 沒(méi)有操作系統(tǒng) 處理方式 批處理

1.人工管理階段特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：用戶（程序員），數(shù)據(jù)不保存數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：無(wú)共享、冗余度極大數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：不獨(dú)立，完全依賴(lài)于程序數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：無(wú)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(人工管理階段)

應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2應(yīng)用程序ｎ數(shù)據(jù)集n...…...…人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2、文件系統(tǒng)階段時(shí)期20世紀(jì)50年代末--60年代中

產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算、管理 硬件水平 磁盤(pán)、磁鼓 軟件水平 有文件系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理

文件系統(tǒng)階段(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：共享性差、冗余度大數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu),整體無(wú)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：獨(dú)立性差，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變必須修改應(yīng)用程序數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(文件系統(tǒng)階段)應(yīng)用程序１文件１應(yīng)用程序２文件2應(yīng)用程序ｎ文件n文件系統(tǒng)...…...…文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

文件系統(tǒng)

學(xué)生基本情況

學(xué)生管理其它的數(shù)據(jù)

學(xué)生基本情況

有關(guān)學(xué)生選課數(shù)據(jù)學(xué)生選課子系統(tǒng)學(xué)生管理子系統(tǒng)

冗余！3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段時(shí)期20世紀(jì)60年代末以來(lái)產(chǎn)生的背景應(yīng)用背景 大規(guī)模管理 硬件背景 大容量磁盤(pán)、磁盤(pán)陣列 軟件背景 有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理,分布處理,批處理 應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng))DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫(kù)…數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

4.分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)在邏輯上象一個(gè)集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)際上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同地域的結(jié)點(diǎn)上。每個(gè)結(jié)點(diǎn)有自己的局部數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它有很高的獨(dú)立性。用戶可以由分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互傳輸數(shù)據(jù)，如圖所示。計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)3計(jì)算機(jī)2通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)1數(shù)據(jù)庫(kù)2數(shù)據(jù)庫(kù)3

＊

4.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式的概念模式（Schema）：數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值。實(shí)例（Instance）：模式的一個(gè)具體值。同一個(gè)模式可以有很多實(shí)例。4.2.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)

4.2.3數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映像4.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)的類(lèi)型、內(nèi)容、性質(zhì)以及數(shù)據(jù)間的聯(lián)系等。數(shù)據(jù)操作描述在相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作類(lèi)型和操作方式。數(shù)據(jù)約束描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)數(shù)據(jù)間的語(yǔ)法和語(yǔ)義聯(lián)系、制約和依存關(guān)系，以及數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化的規(guī)則，保證數(shù)據(jù)的正確有效。4.3.1數(shù)據(jù)模型的組成數(shù)據(jù)模型（DataModel）是數(shù)據(jù)特征的抽象，是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中用來(lái)提供信息表示和操作手段的形式構(gòu)架。4.3.2數(shù)據(jù)模型的類(lèi)型1.概念數(shù)據(jù)模型（ConceptualDataModel）概念數(shù)據(jù)模型，簡(jiǎn)稱(chēng)概念模型，是面向數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的實(shí)現(xiàn)世界的模型，主要用來(lái)描述世界的概念化結(jié)構(gòu)。概念數(shù)據(jù)模型必須換成邏輯數(shù)據(jù)模型，才能在DBMS中實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型按不同的應(yīng)用層次分成3種類(lèi)型，分別是概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。2.邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型（LogicalDataModel）：簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)據(jù)模型，這是用戶從數(shù)據(jù)庫(kù)所看到的模型，是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，如網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型(NetworkDataModel)、層次數(shù)據(jù)模型(HierarchicalDataModel)、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取?/p>

關(guān)系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型。它是由若干關(guān)系組成的集合，每個(gè)關(guān)系從結(jié)構(gòu)上看是一張二維表格。4.4關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，是建立在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫(kù)，借助于集合代數(shù)等概念和方法來(lái)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。目前主流的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)有Oracle、SQL、Access、DB2、SQLServer，Sybase等。4.4.1關(guān)系的相關(guān)定義1.域（Domain）：一組具有相同數(shù)據(jù)類(lèi)型的值的集合。2.笛卡爾積（CartesianProduct）

所有域的所有取值的集合，取值不能重復(fù)。3.關(guān)系（Relation）：笛卡爾積的有限子集。4.三類(lèi)關(guān)系5.關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

4.4.2關(guān)系的基本操作1.常用的關(guān)系操作插入、刪除、修改和查詢

2.關(guān)系操作的特點(diǎn)操作的對(duì)象和結(jié)果都是集合

4.4.3關(guān)系模型的完整性規(guī)則關(guān)系完整性是為保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的正確性和相容性，對(duì)關(guān)系模型提出的某種約束條件或規(guī)則。完整性通常包括實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義完整性，其中實(shí)體完整性和參照完整性，是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件。回顧數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員、用戶和應(yīng)用程序四個(gè)部分組成。

關(guān)系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型。它是由若干關(guān)系組成的集合，每個(gè)關(guān)系從結(jié)構(gòu)上看是一張二維表格。關(guān)系的基本操作：插入、刪除、修改和查詢（操作的對(duì)象和結(jié)果都是集合）。4.5數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言SQL4.5.2SQL的組成1.數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（DDL）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象定義。CREATE（創(chuàng)建）、ALTER（修改）、DROP（刪除）2.數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言（DML）INSERT（插入數(shù)據(jù)）、UPDATE（修改數(shù)據(jù)）、DELETE（刪除數(shù)據(jù)）3.數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言（DCL）安全管理，決定哪些用戶可以查看或修改數(shù)據(jù)。4.數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言（DQL）SELECT（檢索數(shù)據(jù)）4.5.3數(shù)據(jù)的定義定義基本表：CREATETABLE<表名>（<列名><數(shù)據(jù)類(lèi)型>[列級(jí)完整性約束條件][，<列名><數(shù)據(jù)類(lèi)型>[列級(jí)完整性約束條件]]……[，<表級(jí)完整性約束條件>])；其中<表名>是所要定義的基本表的名字，它可以由一個(gè)或多個(gè)屬性（列）組成。

例：建一個(gè)“學(xué)生”表Student，由學(xué)號(hào)、姓名、年齡3個(gè)屬性組成，其中學(xué)號(hào)不能為空、取值唯一。CREATETABLEStudent(Sno CHAR(5)NOTNULLUNIQUE,Sname CHAR(8)UNIQUE, Sage INT);4.5.4數(shù)據(jù)的查詢SELECT[ALL|DISTINCT]<目標(biāo)列表達(dá)式>[，<目標(biāo)列表達(dá)式>]……FROM

<表名或視圖名>[，<表名或視圖名>]……[WHERE<條件表達(dá)式>][GROUPBY<列名1>[HAVING<條件表達(dá)式