信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫課件

1、第六章 信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫,6.1 計算機信息系統(tǒng) 什么是計算機信息系統(tǒng) 計算機信息系統(tǒng) 的類型,信息和數(shù)據(jù)（復習）,數(shù)據(jù)是事實，概念或指令的一種可供計算機加工處理的特殊表示形式。 信息是對人們“有用”的數(shù)據(jù)。,2,PPT學習交流,什么是計算機信息系統(tǒng),計算機信息系統(tǒng)（Computer_based Information System ，簡稱信息系統(tǒng)）是一類以提供信息服務為主要目的的數(shù)據(jù)密集型、人機交互的計算機應用系統(tǒng)。 4個主要技術特點 數(shù)據(jù)量大,一般需存放在外存中 數(shù)據(jù)存儲持久性 數(shù)據(jù)資源使用共享性 信息服務功能多樣性 (管理,檢索,分析,決策等),3,PPT學習交流,信息系統(tǒng)的結構,基礎設

2、施 資源管理 業(yè)務邏輯 應用表現(xiàn),4,PPT學習交流,計算機信息系統(tǒng) 的類型,業(yè)務處理信息系統(tǒng) 信息檢索系統(tǒng) 信息分析系統(tǒng) 專家系統(tǒng),注意和書上總結的更加詳細,5,PPT學習交流,計算機信息系統(tǒng) 的類型,業(yè)務處理系統(tǒng) 信息檢索系統(tǒng) 信息分析系統(tǒng),一種高層次的信息系統(tǒng)，為管理決策人員掌握部門運行規(guī)律和 趨勢，制訂規(guī)劃、進行決策的輔助系統(tǒng)。 例如: 決策支持系統(tǒng)（DSS）,專家系統(tǒng) 等,將原始信息進一步處理并存儲專門供檢索用的DB中。用戶檢索匹配獲得信息. 例如: 中國科技文獻庫、專利數(shù)據(jù)庫、學位論文數(shù)據(jù)庫，DIALOG、ORBIT以及WE檢索系統(tǒng)等.,企業(yè)業(yè)務流程信息化,6,PPT學習交流,發(fā)展

3、趨勢,信息多媒體化 系統(tǒng)集成化 功能智能化 分布式結構,7,PPT學習交流,隨著計算機技術的發(fā)展，以及數(shù)據(jù)處理量的增長，計算機數(shù)據(jù)管理技術也在不斷地發(fā)展。 根據(jù)提供的數(shù)據(jù)獨立性、數(shù)據(jù)共享性、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)存取等水平的高低，計算機數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展可以分為三個階段： 人工管理階段 文件系統(tǒng)階段 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,.數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展,8,PPT學習交流,. 人工管理階段,在世紀年代中期之前，計算機主要用于科學計算，數(shù)據(jù)管理處于人工管理階段。其特點主要是： 數(shù)據(jù)管理尚無統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理軟件，主要依靠應用程序管理數(shù)據(jù)。程序設計人員不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結構，而且要設計數(shù)據(jù)的物理存儲結構、存取方式； 數(shù)據(jù)

4、是面向應用程序的，一組數(shù)據(jù)只能對應一個應用程序，數(shù)據(jù)不能共享； 應用程序依賴于數(shù)據(jù)，不具有數(shù)據(jù)獨立性，一旦數(shù)據(jù)的結構發(fā)生變化，應用程序往往要做相應的修改。,9,PPT學習交流,. 文件系統(tǒng)階段,世紀年代后期到年代中期，隨著操作系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展，程序設計人員可以利用操作系統(tǒng)提供的文件系統(tǒng)功能，將數(shù)據(jù)按其內(nèi)容、用途和結構等組織成若干個互相獨立的數(shù)據(jù)文件。文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)具有以下特點： 數(shù)據(jù)可以以文件形式長期存儲在輔助存儲器中； 程序與數(shù)據(jù)之間具有相對的獨立性，即數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的應用程序，可以重復使用； 數(shù)據(jù)文件組織已呈多樣化，有索引文件、連接文件、直接存取文件等。,10,PPT學習交流,文件

5、系統(tǒng)的的局限,雖然用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)已有了長足的進步，但面對數(shù)據(jù)量大且結構復雜的數(shù)據(jù)管理任務，文件系統(tǒng)仍不能勝任。例如，數(shù)據(jù)文件之間相互獨立、缺乏聯(lián)系；數(shù)據(jù)冗余度大且易產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致性；數(shù)據(jù)無集中管理，其安全性得不到保證，等等。 舉例：一個EXCEL表格多次修改且分開存放導致的管理困難（并且這種管理實際上是人工管理） 我們的想法是：盡可能的讓計算機去做原來由人做的事情而不是反之,11,PPT學習交流,. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,在世紀年代后期以來，為了適應日益迅速增長得數(shù)據(jù)處理的需要，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應運而生。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)克服了文件系統(tǒng)的缺陷，其主要特點有以下四個方面： 采用數(shù)據(jù)模型表示復雜的數(shù)據(jù)結構。數(shù)據(jù)模

6、型不僅描述數(shù)據(jù)本身的特征，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。因此數(shù)據(jù)不再面向特定的某個應用，而是面向整個應用系統(tǒng)，且數(shù)據(jù)冗余明顯減少，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,12,PPT學習交流,. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,有較高的數(shù)據(jù)獨立性。數(shù)據(jù)的結構分為邏輯結構與物理結構等不同的層次，用戶以簡單的邏輯結構操作數(shù)據(jù)，而無需考慮數(shù)據(jù)的物理結構。 提供了較高的數(shù)據(jù)安全性、完整性等控制功能，以及對數(shù)據(jù)操作的并發(fā)控制、數(shù)據(jù)的備份與恢復等功能。 為用戶提供了方便的用戶接口。 目前，世界上已有數(shù)以萬計的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在運行。數(shù)據(jù)庫技術已經(jīng)成為現(xiàn)代信息技術的重要組成部分，是現(xiàn)代計算機應用系統(tǒng)的基礎和核心。,13,PPT學習交流,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點,數(shù)據(jù)

7、結構化。 數(shù)據(jù)可共享 數(shù)據(jù)獨立于程序 統(tǒng)一管理控制數(shù)據(jù),DBMS管理控制數(shù)據(jù)功能: 安全性,完整性.并發(fā)控制,恢復.,從全局分析和描述數(shù)據(jù)，適應多個用戶、多種應用共享數(shù)據(jù)的需求?？蓽p少數(shù)據(jù)冗佘，節(jié)省存儲空間，保證數(shù)據(jù)的一致性.,數(shù)據(jù)面向全局應用，用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。,邏輯獨立性:應用程序與DB的邏輯結構相互獨立. 物理獨立性:應用程序與DB的存儲結構相互獨立.,14,PPT學習交流, 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(Database System，簡稱DBS)是實現(xiàn)有組織地、動態(tài)地存儲大量關聯(lián)數(shù)據(jù)，方便用戶訪問的計算機軟硬件資源組成的具有管理數(shù)據(jù)庫功能的計算機系統(tǒng)。 從狹義上講，

8、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理員和有關軟件組成。這些軟件包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、宿主語言、開發(fā)工具和應用程序。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用于建立、使用、維護數(shù)據(jù)庫；宿主語言是可以嵌入數(shù)據(jù)庫語言的程序設計語言；數(shù)據(jù)庫是長期儲存在計算機中有組織的大量的、可以共享的數(shù)據(jù)集合；數(shù)據(jù)庫管理員負責創(chuàng)建、監(jiān)控和維護數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本組成如圖1.1所示。,15,PPT學習交流,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成,16,PPT學習交流,.數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫()是指以一定的組織形式長期存放在計算機存儲介質(zhì)上的互相關聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合。 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度，較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可以供各種用戶共享

9、。整個數(shù)據(jù)庫的建立、運用和維護由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制。用戶能方便地定義數(shù)據(jù)和操縱數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用及發(fā)生故障后的數(shù)據(jù)恢復。,17,PPT學習交流,數(shù)據(jù)庫通常包括兩部分內(nèi)容：一是按一定的數(shù)據(jù)模型組織并實際存儲的所有應用需要的數(shù)據(jù)；二是存放在數(shù)據(jù)字典中的各種描述信息，包括所有數(shù)據(jù)的結構名、存儲方式、完整性約束、使用權限等信息，這些描述信息通常稱為“元數(shù)據(jù)”。 數(shù)據(jù)庫按數(shù)據(jù)模型可分成層次型數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)庫和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫。,.數(shù)據(jù)庫,18,PPT學習交流,. 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Database Management Sys

10、tem簡稱DBMS)是用于建立、使用和維護數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件。它對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一的管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。用戶通過DBMS訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫管理員也通過DBMS進行數(shù)據(jù)庫的維護工作。 數(shù)據(jù)庫(Database) 數(shù)據(jù)庫管理員(Database Administrator ),19,PPT學習交流,13 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分級結構,為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的獨立性，便于數(shù)據(jù)庫的設計和實現(xiàn)，美國國家標準局（ANSI）計算機與信息處理委員會（代號為X3）以及標準規(guī)劃和要求委員會（SPARC）在1975年將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結構定義為三級模式結構：外部層（單個用戶的視圖）、概念層（全體用戶的公共視圖

11、）和內(nèi)部層（存儲視圖）。,20,PPT學習交流,外部層是最接近用戶的層次，它是數(shù)據(jù)庫的“外部視圖”，是各個用戶所看到的數(shù)據(jù)庫。它所表示的是數(shù)據(jù)庫的局部邏輯，是面向單個用戶的 內(nèi)部層是最接近物理存儲的層次。它是數(shù)據(jù)庫的“內(nèi)部視圖”或“存儲視圖”。它與數(shù)據(jù)庫的實際存儲密切相關，可以理解為機器“看到”的數(shù)據(jù)庫。 概念層是介于上述兩者之間的層次。它是數(shù)據(jù)庫的“概念視圖”，是數(shù)據(jù)庫中所有信息的抽象表示。它既抽象于物理存儲的數(shù)據(jù)，也區(qū)別于各個用戶所見到的局部數(shù)據(jù)庫。概念視圖可以理解為數(shù)據(jù)庫管理員所看到的數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構的外部層、概念層和內(nèi)部層分別對應于數(shù)據(jù)庫模式的外模式、模式和內(nèi)模式,21,PPT

12、學習交流,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構分級對于提高數(shù)據(jù)獨立性具有重要意義。在三級結構間存在兩級映射。概念層與內(nèi)部層之間的映射定義了概念視圖與物理存儲之間的對應。如果物理存儲的結構發(fā)生了變化，可以相應地改變概念層與內(nèi)部層之間映射，而使概念視圖保持不變，即將物理存儲的變化隔離在概念層下，不反映在用戶面前，因此應用程序可以保持不變，這稱為數(shù)據(jù)的物理獨立性。外部層與概念層映射定義了單個用戶的外部視圖與全局的概念視圖之間的對應。如果概念視圖發(fā)生變化，可以改變外部層與概念層之間的映射，而使用戶看到的外部視圖保持不變，因此應用程序可以保持不變，這稱作數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。,22,PPT學習交流,數(shù)據(jù)模型,信息來源于客觀事物，

13、然后通過人們加工處理再用來控制客觀事物。如何將現(xiàn)實世界中各種復雜的事情最終以計算機及數(shù)據(jù)庫所允許的形式反映到數(shù)據(jù)中去？這需要一個逐步轉(zhuǎn)化的過程。 一般地講，這一個轉(zhuǎn)化過程分為三個階段，或者說需要通過三個世界：首先將現(xiàn)實世界中客觀的事物抽象為信息世界中的實體，然后再轉(zhuǎn)換為DBMS支持數(shù)據(jù)世界中的數(shù)據(jù)它們之間的關系如圖1-3所示。 信息的這一循環(huán)經(jīng)歷了三個領域：現(xiàn)實世界、觀念世界和數(shù)據(jù)世界。三個領域的內(nèi)容及其聯(lián)系可用圖1-3表示。,23,PPT學習交流,數(shù)據(jù)模型（Data Model）是在數(shù)據(jù)庫領域中定義數(shù)據(jù)及其操作的一種抽象表示。數(shù)據(jù)模型可以由三個部分組成：實體及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)結構描述，對（表

14、示實體和聯(lián)系的）數(shù)據(jù)的操作，以及數(shù)據(jù)的完整性約束條件。根據(jù)適用對象的不同、數(shù)據(jù)模型可以分為兩類： 面向客觀世界、面向用戶的稱為概念數(shù)據(jù)模型（簡稱“概念模型”），這類數(shù)據(jù)模型描述用戶和設計者都能理解的信息結構，強調(diào)其表達能力和易理解性，如E-R模型； 面向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的，用以刻畫實體在數(shù)據(jù)庫中的存儲形式，稱為邏輯數(shù)據(jù)模型（數(shù)據(jù)模型），如層次模型、網(wǎng)狀模型、關系模型、面向?qū)ο竽Ｐ汀?24,PPT學習交流,概念模型,概念模型是按用戶的觀點對數(shù)據(jù)建模，它是對現(xiàn)實世界的第一層抽象，是用戶和數(shù)據(jù)庫設計人員之間的進行交流的工具，強調(diào)其語義表達能力，應該簡單、清晰、易于理解。長期以來，在數(shù)據(jù)庫設計中廣泛使用

15、的概念模型當屬“實體聯(lián)系”模型（Entity-Relationship Model, 簡稱E-R模型）。,25,PPT學習交流,1E-R模型的基本概念,E-R模型中有3個基本的抽象概念：實體、聯(lián)系和屬性。 實體（Entity）是客觀存在、可以互相區(qū)別的事物。實體可以是具體的對象（例如一位學生、一本書），也可以是抽象的對象（例如一次考試、一場比賽）。具有相同性質(zhì)的實體集合稱為實體集，例如全校學生的集合組成學生實體集。實體集中各個實體借助實體標識符（稱為關鍵字）加以區(qū)別，例如在學生實體集中可以通過學號來區(qū)別每一個實體。,26,PPT學習交流,聯(lián)系（Relationship）是實體集之間關系的抽象表

16、示。例如，教師實體集與學生實體集之間存在“講授”聯(lián)系，學生實體集與課程實體集之間存在“選課”聯(lián)系，等等。兩個實體集之間的聯(lián)系可以分為一對一聯(lián)系、一對多聯(lián)系或多對多聯(lián)系。假設有兩個實體集X和Y： 如果X與Y中的每一個實體至多和另一個實體集中的一個實體有聯(lián)系，則稱X與Y是一對一聯(lián)系（簡記為1:1） 如果X中的每一個實體至多和Y中的任意個（包括0個）實體有聯(lián)系，則稱X與Y是一對多聯(lián)系（簡記為1:m）； 如果X與Y中的每一個實體和另一個實體集中的任意個（包括0個）實體有聯(lián)系，則稱X與Y是多對多聯(lián)系（簡記為m:m）。,27,PPT學習交流,屬性,屬性（Attribute）是指實體或聯(lián)系所具有的特征。通常

17、一個實體可以由多個屬性來描述，即實體可以用屬性集來表示。例如，學生實體可以用學號、姓名、性別、年齡、系別等屬性來描述，學生實體集與課程實體集間的“選課”聯(lián)系可以有選課時間、所選課程代號、課程名稱、成績等屬性。對于實體集來說，能唯一標識實體集中某一實體的屬性或?qū)傩越M稱為實體集的標識關鍵字（簡稱“關鍵字”）,28,PPT學習交流,2E-R圖,E-R圖是E-R模型的圖形表示法，它是直接表示概念模型的有力的工具。在E-R圖中，用矩形框表示實體集，菱形框表示聯(lián)系，橢圓形框表示屬性。 例如，在學校的教學管理系統(tǒng)中存在學生、成績等實體集，可用圖1.4所示的E-R圖來表述該系統(tǒng)的概念模型。,29,PPT學習交

18、流,關系模型,關系模型（Relational Model）以關系代數(shù)理論為基礎，20世紀70年代的研究主要集中在理論和實驗系統(tǒng)的開發(fā)方面，到80年代初才形成產(chǎn)品，但很快得到廣泛的應用和普及。 1關系與關系模式 關系是以二維表結構來表示實體集及其實體間的聯(lián)系。一個關系就是一張二維表，關系的首行稱為“屬性”（在關系數(shù)據(jù)庫中稱為“字段”），其它各行稱為“元組”（在關系數(shù)據(jù)庫中稱為“記錄”）。,30,PPT學習交流,關系模型的性質(zhì),1、每一列的數(shù)據(jù)來自同一個域（屬于同一種數(shù)據(jù)類型） 2、每一列有唯一的字段名 3、不允許出現(xiàn)完全相同的行 4、行列的順序是無所謂的（即行列的順序不影響數(shù)據(jù)操作） 5、每個數(shù)

19、據(jù)項都是不可再分的 其中，第5點性質(zhì)是最重要的，凡滿足這一點的關系稱為符合第一范式的。以下表格不能作為關系模型,31,PPT學習交流,關鍵字,按集合中不允許出現(xiàn)相同的元素的性質(zhì)，二維表中也不允許出現(xiàn)相同的記錄。因此，一張表中的一列或若干列能夠把不同的記錄區(qū)分開來，或者說能夠唯一確定記錄。 超關鍵字：二維表中能唯一確定記錄的一個列或幾個列的組被稱為“超關鍵字”（super key）。顯然，二維表的全體字段必然構成它的一個超關鍵字。超關鍵字雖然能唯一確定記錄，但是它所包含的字段可能是有多余的。一般希望用最少的字段來唯一確定記錄。如果是用單一的列構成關鍵字，則稱其為“單一關鍵字（single key

20、）”；如果是用兩個或兩個以上的列構成關鍵字，則稱其為“合成關鍵字（composite key）”。,32,PPT學習交流,關鍵字,侯選關鍵字： 如果一個超關鍵字，去掉其中任何一個字段后不再能唯一確定記錄，則稱它為侯選關鍵字(candidate key)。侯選關鍵字既能唯一確定記錄，它包含的字段又是最精練的。一個二維表中總存在超關鍵字，因而也必存在侯選關鍵字。一個二維表中有幾個侯選關鍵字呢？至少有一個，也可能有多個。 主關鍵字：從二維表的侯選關鍵字中，選出一個可作為主關鍵字（primary key）。 對于表中的每個記錄來說，主關鍵字必須包含一個不同于其他記錄的唯一的值。這就意味著主關鍵字的值不

21、能為空，否則主關鍵字就起不了唯一標識記錄的作用,33,PPT學習交流,2關鍵字,外部關鍵字：當一個二維表（A表）的主關鍵字被包含到另一個二維表（B表）中時，它就稱為B表的外部關鍵字(foreign key)。例如，在學生表中，“學號”是主關鍵字，而在成績表中，“學號”便成了外部關鍵字。 在數(shù)據(jù)庫結構設計中，應該指出各個二維表的主關鍵字，如果主關鍵字過于復雜，往往要增設一個字段，這個字段的內(nèi)容是該類事物的編號或代號，用這個字段來作為單一主關鍵字。如學號字段。 大多數(shù)二維表中，只有一個侯選關鍵字，有的復雜的二維表中有多個侯選關鍵字。在一般的應用中，找出一個侯選關鍵字已夠了，并以它作為主關鍵字，不必

22、找出全部侯選關鍵字。,34,PPT學習交流,課程表 成績表,“課程代號”可作為關鍵字 “課程名”如沒有重復，也可作為關鍵字,成績表的關鍵字應該是？,“學號”+“課程代號”,組合關鍵字,“課程代號”和“課程名”都可作為“候選關鍵字”,在“候選關鍵字”中可選出一個作為主關鍵字,35,PPT學習交流,學生表,課程表,成績表,組合關鍵字,主關鍵字,主關鍵字,外部關鍵字,外部關鍵字,A,B,36,PPT學習交流,關系模型,用二維表表示實體集，通過外部關鍵字表示實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為關系模型。關系模型是關系模式的集合，它一般有三個組成部分：數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)操作和完整性規(guī)則。 數(shù)據(jù)結構：數(shù)據(jù)庫中所有及其互相聯(lián)系都被組織成關系（二維表）的形式； 數(shù)據(jù)操作：提供一