第一章-數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

基本概念數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成結構數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展重點

數(shù)據(jù)的基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點

DBMS的主要功能

數(shù)據(jù)模型的組成要素

1.1基本概念

信息（information）數(shù)據(jù)(Data)

數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理1、信息（information）定義：關于現(xiàn)實世界事物的存在方式或運動狀態(tài)反映的綜合。特點：客觀存在可以感知可存儲、加工、傳遞和再生2、數(shù)據(jù)(Data)數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象數(shù)據(jù)的定義描述事物的符號記錄數(shù)據(jù)的種類文字、圖形、圖像、聲音數(shù)據(jù)的特點數(shù)據(jù)與其語義是不可分的舉例學生檔案中的學生記錄（李明，男，1972，江蘇，計算機系，1990）數(shù)據(jù)的形式不能完全表達其內容數(shù)據(jù)的解釋語義：學生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在系別、入學時間解釋：李明是個大學生，1972年出生，江蘇人，1990年考入計算機系請給出另一個解釋和語義信息和數(shù)據(jù)的關系事物的屬性通過數(shù)據(jù)來表示，數(shù)據(jù)經(jīng)過加工處理后形成信息。信息是經(jīng)過加工的數(shù)據(jù)；信息是有一定含義的數(shù)據(jù)；信息是對決策者有價值的數(shù)據(jù)；信息是預先不知道的數(shù)據(jù)。3、數(shù)據(jù)處理定義：將數(shù)據(jù)轉換成信息的過程，包括數(shù)據(jù)的收集、管理、加工利用乃至信息輸出演變與推導等一系列活動。信息＝數(shù)據(jù)＋處理4、數(shù)據(jù)管理定義：數(shù)據(jù)的收集、整理、組織、編碼、存儲、維護、檢索和傳輸?shù)炔僮?。?shù)據(jù)管理技術的優(yōu)劣，直接影響數(shù)據(jù)處理的效率。案例研究銀行管理系統(tǒng)1.2數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生和發(fā)展人工管理階段(40年代中--50年代中)：數(shù)據(jù)不保存、不共享文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)：數(shù)據(jù)可長期保存、共享性差、由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)：數(shù)據(jù)共享性高、由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展(續(xù))數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展動力應用需求的推動計算機硬件的發(fā)展計算機軟件的發(fā)展Paper：請查閱與數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展相關的資料，根據(jù)自己的理解，談談數(shù)據(jù)庫管理技術的發(fā)展過程，并比較各階段的特點，試說明造成區(qū)別的原因。1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理員用戶用戶用戶1.數(shù)據(jù)庫(Database，簡稱DB)長期儲存在計算機內、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合2.用戶（User）終端用戶應用程序員數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，簡稱DBS）是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構成。在不引起混淆的情況下常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構成由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（和用戶）構成。1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性（一）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念“型”和“值”的概念型（Type）對某一類數(shù)據(jù)的結構和屬性的說明值（Value）是型的一個具體賦值例如：學生記錄記錄型：（編號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫，最高學歷）該記錄型的一個記錄值：（900201，張三，男，計算機，32，江蘇，博士）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）模式（Schema）數(shù)據(jù)庫邏輯結構和特征的描述是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結構及其聯(lián)系模式是相對穩(wěn)定的模式的一個實例（Instance）模式的一個具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)同一個模式可以有很多實例實例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動（二）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構數(shù)據(jù)庫1．模式（Schema）模式（也稱邏輯模式）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式2.外模式（ExternalSchema）外模式（也稱子模式或用戶模式）數(shù)據(jù)庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應用有關的數(shù)據(jù)的邏輯表示外模式（續(xù)）外模式的地位：介于模式與應用之間模式與外模式的關系：一對多外模式通常是模式的子集一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結構、類型、長度、保密級別等都可以不同外模式與應用的關系：一對多同一外模式也可以為某一用戶的多個應用系統(tǒng)所使用但一個應用程序只能使用一個外模式3．內模式（InternalSchema）內模式（也稱存儲模式）是數(shù)據(jù)物理結構和存儲方式的描述是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內部的表示方式一個數(shù)據(jù)庫只有一個內模式（三）、數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別二級映象在DBMS內部實現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)系和轉換數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構數(shù)據(jù)庫1．外模式／模式映象定義外模式與模式之間的對應關系每一個外模式都對應一個外模式／模式映象映象定義通常包含在各自外模式的描述中外模式／模式映象的用途保證數(shù)據(jù)的邏輯獨立性當模式改變時，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關的外模式／模式映象，使外模式保持不變。應用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。2．模式／內模式映象模式／內模式映象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關系。例如，說明邏輯記錄和字段在內部是如何表示的數(shù)據(jù)庫中模式／內模式映象是唯一的該映象定義通常包含在模式描述中模式／內模式映象的用途保證數(shù)據(jù)的物理獨立性當數(shù)據(jù)庫的存儲結構改變了（例如選用了另一種存儲結構），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式／內模式映象，使模式保持不變應用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性。1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結構單用戶結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主從式結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)客戶/服務器（C/S）結構的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)瀏覽器/服務器結構（B/S）的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內部的模式結構從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結構從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看1.6數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）DBMS(DataBaseManagementSystem的縮寫)，是對數(shù)據(jù)進行管理的大型系統(tǒng)軟件，它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分，用戶在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一切操作，包括數(shù)據(jù)的定義、查詢、更新及各種控制，都是通過DBMS進行的。DBMS對數(shù)據(jù)的控制功能數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護使每個用戶只能按指定方式使用和處理指定數(shù)據(jù)，保護數(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。數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關系。DBMS對數(shù)據(jù)的控制功能并發(fā)（Concurrency）控制對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調，防止相互干擾而得到錯誤的結果。數(shù)據(jù)庫恢復（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確狀態(tài)。典型的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQLORACLESYBASESQLSERVERDB/2AccessPBASEEasyBaseDM/21.7數(shù)據(jù)模型（DataModel）數(shù)據(jù)模型用來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬。數(shù)據(jù)模型應滿足三方面要求能比較真實地模擬現(xiàn)實世界容易為人所理解易于在計算機上實現(xiàn)1.客觀對象的抽象過程機器世界信息世界現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為概念模型把概念模型轉換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型認識抽象現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)模型(續(xù))客觀對象的抽象過程---兩步抽象現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為概念模型；把概念模型轉換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。

概念模型是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次。數(shù)據(jù)模型(續(xù))數(shù)據(jù)模型分成兩個不同的層次(1)概念模型也稱信息模型，它是按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模。(2)數(shù)據(jù)模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關系模型等，它是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模。

2.信息世界中的基本概念(1)實體（Entity）

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體。可以是具體的人、事、物或抽象的概念或聯(lián)系。例：一個學生、一個國家、一次旅游等。(2)實體集（EntitySet）

同型實體的集合稱為實體集。(3)屬性（Attribute）

實體所具有的某一特性稱為屬性。例：實體－“明星”（950231，劉德華，Andy，香港，27-9-1961，天秤座，牛，174cm，68kg，AB）(4)主鍵（Key）唯一標識實體的屬性集稱為碼，又稱主鍵，或關鍵字。

(5)聯(lián)系（Relationship）現(xiàn)實世界中事物內部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實體內部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系。兩個實體型間的聯(lián)系一對一聯(lián)系一對多聯(lián)系多對多聯(lián)系兩個實體型間的聯(lián)系（續(xù)）一對一聯(lián)系（1：1）

如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯(lián)系。記為1:1。

兩個實體型間的聯(lián)系（續(xù)）一對多聯(lián)系（1：n）

如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯(lián)系。記為1:n。兩個實體型間的聯(lián)系（續(xù)）多對多聯(lián)系（m:n）

如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m個實體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體B具有多對多聯(lián)系。記為m:n。聯(lián)系的表示方法示例班級班級-班長班長111:1聯(lián)系課程選修學生mnm:n聯(lián)系班級組成學生1n1:n聯(lián)系兩個實體型間的聯(lián)系實體型1聯(lián)系名實體型2mnm:n聯(lián)系1:1聯(lián)系實體型1聯(lián)系名實體型2111:n聯(lián)系實體型1聯(lián)系名實體型21n3.計算機世界及其有關的概念字段（field）：標記實體屬性的命名單位，字段的命名常與屬性名相同。記錄（record）：字段的有序集合。文件（file）：同一類記錄的集合稱為文件。關鍵字（key）：唯一標識文件中每個記錄的字段或字段集合。4.概念模型的表示方法概念模型的表示方法很多實體－聯(lián)系方法(E-R方法)用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型E-R方法也稱為E-R模型E-R圖實體型用矩形表示，矩形框內寫明實體名。學生教師E-R圖(續(xù))屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體連接起來學生學號年齡性別姓名E-R圖(續(xù))聯(lián)系聯(lián)系本身：用菱形表示，菱形框內寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型（1:1、1:n或m:n）聯(lián)系的屬性：聯(lián)系本身也是一種實體型，也可以有屬性。如果一個聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯(lián)系連接起來

聯(lián)系屬性的表示方法課程選修學生mn成績思考題假設一個銷售公司的主要信息如下：職工的信息：職工號、姓名、住址和所在部門。部門的信息：部門名稱、所有職工、經(jīng)理和銷售的產(chǎn)品。產(chǎn)品的信息：產(chǎn)品名、制造商、價格、型號及產(chǎn)品編號。一個職工只屬于一個部門，一個部門可包括多個職工；一個部門可銷售多種產(chǎn)品，一種產(chǎn)品可由多個部門銷售。試為該公司設計相應的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的E-R圖。5.數(shù)據(jù)模型的組成要素數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)的約束條件1.數(shù)據(jù)結構什么是數(shù)據(jù)結構對象類型的集合兩類對象與數(shù)據(jù)類型、內容、性質有關的對象與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關的對象數(shù)據(jù)結構是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述2.數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作及有關的操作規(guī)則數(shù)據(jù)操作的類型檢索更新（包括插入、刪除、修改）3.數(shù)據(jù)的約束條件一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(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。1.8四種數(shù)據(jù)模型非關系模型層次模型（HierarchicalModel）網(wǎng)狀模型(NetworkModel)數(shù)據(jù)結構：以基本層次聯(lián)系為基本單位關系模型(RelationalModel)數(shù)據(jù)結構：表面向對象模型(ObjectOrientedModel）數(shù)據(jù)結構：對象本課程的重點關系數(shù)據(jù)模型簡介

系統(tǒng)而嚴格地提出關系模型的是美國IBM公司的E.F.Codd1970年提出關系數(shù)據(jù)模型之后，提出了關系代數(shù)和關系演算的概念1972年提出了關系的第一、第二、第三范式1974年提出了關系的BC范式提供了嚴格的數(shù)學基礎關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構關系模型的基本概念關系（Relation）一個關系對應通常說的一張表。元組（Tuple）表中的一行即為一個元組。屬性（Attribute）表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名。關系模型的基本概念主碼（Key）表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。域（Domain）屬性的取值范圍。分量元組中的一個屬性值。關系模式對關系的描述。關系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構主碼分量關系域：{男、女}屬性元組關系數(shù)據(jù)模型