1、數據庫基礎與應用蚌埠電大商廣仁1業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 學習方式 聽課 （啟發式、討論式） 讀書 （預習、復習） 報告 （綜合練習）2業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 考試成績平時成績 （書面作業、上機練習、綜合練習）期中考試期末考試3業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 內容安排(1) 基礎篇第一章：緒論第二章：關系數據庫第三章：關系數據庫標準語言SQL第四章：關系系統及其查詢優化第五章：關系數據理論 設計篇第六章：數據庫設計4業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 內容安排(2) 系統篇第七章：數據庫恢復技術第八章：并發控制第九章：數據庫安全性第十章：數據庫完整性5業精于勤荒于嬉行成于思毀

2、于隨分享 中國人民大學信息學院計算機系數據庫系統概論An Introduction to Database System第一章 緒論6業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 第一章 緒論1.1 數據庫系統概述1.2 數據模型1.3 數據庫系統結構1.4 數據庫系統的組成1.5 數據庫技術的研究領域1.6 小結7業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.1 數據庫系統概述 1.1.1 數據庫的地位 1.1.2 四個基本概念 1.1.3 數據管理技術的產生與發展8業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據庫的地位數據庫技術產生于六十年代末，是數據管理的最新技術，是計算機科學的重要分支數據庫技術是信息系統的核心和

3、基礎，它的出現極大地促進了計算機應用向各行各業的滲透數據庫的建設規模、數據庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個國家信息化程度的重要標志9業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.1 數據庫系統概述 1.1.1 數據庫的地位 1.1.2 四個基本概念 1.1.3 數據管理技術的產生與發展10業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.1.2 四個基本概念數據(Data)數據庫(Database)數據庫管理系統(DBMS)數據庫系統(DBS)11業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 一、數據數據(Data)是數據庫中存儲的基本對象數據的定義描述事物的符號記錄數據的種類文字、圖形、圖象、聲音數據的特點數據與其語

4、義是不可分的12業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據舉例學生檔案中的學生記錄（李明，男，1972，江蘇，計算機系，1990）數據的形式不能完全表達其內容數據的解釋語義：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13業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 二、數據庫（舉例）14業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 二、數據庫(續)人們收集并抽取出一個應用所需要的大量數據之后，應將其保存起來以供進一步加工處理，進一步抽取有用信息數據庫的定義數據庫(Database,簡稱DB)是長期儲存在計算機內、有組織的、可

5、共享的大量數據集合15業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 二、數據庫(續)數據庫的特征數據按一定的數據模型組織、描述和儲存可為各種用戶共享冗余度較小數據獨立性較高易擴展16業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 三、數據庫管理系統什么是DBMS數據庫管理系統（Database Management System，簡稱DBMS）是位于用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件。DBMS的用途科學地組織和存儲數據、高效地獲取和維護數據17業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 DBMS的主要功能數據定義功能 提供數據定義語言(DDL) 定義數據庫中的數據對象數據操縱功能:提供數據操縱語言(DML) 操縱數據實現對數據

6、庫的基本操作 (查詢、插入、刪除和修改)18業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 DBMS的主要功能數據庫的運行管理 保證數據的安全性、完整性、 多用戶對數據的并發使用 發生故障后的系統恢復數據庫的建立和維護功能(實用程序) 數據庫數據批量裝載 數據庫轉儲 介質故障恢復 數據庫的重組織 性能監視等19業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 四、數據庫系統什么是數據庫系統數據庫系統（Database System，簡稱DBS）是指在計算機系統中引入數據庫后的系統構成。在不引起混淆的情況下常常把數據庫系統簡稱為數據庫。數據庫系統的構成由數據庫、數據庫管理系統（及其開發工具）、應用系統、數據庫管理員（和用戶）

7、構成。20業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據庫系統(續)數據庫系統構成圖示參看教材page_5 圖1.1數據庫系統在計算機系統中的位置圖示參看教材page_ 5 圖1.221業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.1 數據庫系統概述 1.1.1 數據庫的地位 1.1.2 四個基本概念 1.1.3 數據管理技術的產生與發展22業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.1.3 數據管理技術的產生和發展什么是數據管理對數據進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護，是數據處理的中心問題數據管理技術的發展過程人工管理階段(40年代中-50年代中)文件系統階段(50年代末-60年代中)數據庫系統階段(60年代

8、末-現在)23業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據管理技術的產生和發展(續)數據管理技術的發展動力應用需求的推動計算機硬件的發展計算機軟件的發展24業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 一、人工管理時期40年代中-50年代中產生的背景應用需求科學計算硬件水平無直接存取存儲設備軟件水平沒有操作系統處理方式批處理25業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 人工管理(續)特點數據的管理者：應用程序，數據不保存。數據面向的對象：某一應用程序 數據的共享程度：無共享、冗余度極大數據的獨立性：不獨立，完全依賴于程序數據的結構化：無結構數據控制能力：應用程序自己控制26業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 應用程序與數

9、據的對應關系(人工管理) 應用程序數據集應用程序數據集應用程序數據集n.27業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 二、文件系統時期50年代末-60年代中產生的背景應用需求科學計算、管理硬件水平磁盤、磁鼓軟件水平有文件系統處理方式聯機實時處理、批處理28業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 文件系統(續)特點數據的管理者：文件系統，數據可長期保存數據面向的對象：某一應用程序 數據的共享程度：共享性差、冗余度大數據的結構化：記錄內有結構,整體無結構數據的獨立性：獨立性差，數據的邏輯結構改變必須修改應用程序數據控制能力：應用程序自己控制29業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 應用程序與數據的對應關系(文件系統

10、)應用程序文件應用程序文件2應用程序文件n存取方法.30業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 文件系統中數據的結構記錄內有結構。數據的結構是靠程序定義和解釋的。數據只能是定長的。可以間接實現數據變長要求，但訪問相應數據的應用程序復雜了。文件間是獨立的，因此數據整體無結構。可以間接實現數據整體的有結構，但必須在應用程序中對描述數據間的聯系。數據的最小存取單位是記錄。31業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 三、數據庫系統時期60年代末以來產生的背景應用背景大規模管理硬件背景大容量磁盤軟件背景有數據庫管理系統處理方式聯機實時處理,分布處理,批處理32業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據庫系統(續)特點數

11、據的管理者：DBMS數據面向的對象：現實世界數據的共享程度：共享性高數據的獨立性：高度的物理獨立性和一定的 邏輯獨立性數據的結構化：整體結構化數據控制能力：由DBMS統一管理和控制33業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 應用程序與數據的對應關系(數據庫系統)DBMS應用程序1應用程序2數據庫34業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據的高共享性的好處降低數據的冗余度，節省存儲空間避免數據間的不一致性使系統易于擴充35業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據獨立性物理獨立性指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數據庫中數據是相互獨立的。當數據的物理存儲改變了，應用程序不用改變。邏輯獨立性指用戶的應用程序與數

12、據庫的邏輯結構是相互獨立的。數據的邏輯結構改變了，用戶程序也可以不變。36業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據結構化整體數據的結構化是數據庫的主要特征之一。數據庫中實現的是數據的真正結構化數據的結構用數據模型描述，無需程序定義和解釋。數據可以變長。數據的最小存取單位是數據項。37業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 DBMS對數據的控制功能數據的安全性（Security）保護使每個用戶只能按指定方式使用和處理指定數據，保護數據以防止不合法的使用造成的數據的泄密和破壞。數據的完整性（Integrity）檢查將數據控制在有效的范圍內，或保證數據之間滿足一定的關系。38業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享

13、 DBMS對數據的控制功能并發（Concurrency）控制對多用戶的并發操作加以控制和協調，防止相互干擾而得到錯誤的結果。數據庫恢復（Recovery）將數據庫從錯誤狀態恢復到某一已知的正確狀態。39業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 第一章 緒論1.1 數據庫系統概述1.2 數據模型1.3 數據庫系統結構1.4 數據庫系統的組成1.5 數據庫技術的研究領域1.6 小結40業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據模型在數據庫中用數據模型這個工具來抽象、表示和處理現實世界中的數據和信息。通俗地講數據模型就是現實世界的模擬數據模型應滿足三方面要求能比較真實地模擬現實世界容易為人所理解便于在計算機上實

14、現41業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據模型(續)數據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據和信息建模。 (2) 數據模型 主要包括網狀模型、層次模型、關系模型等，它是按計算機系統的觀點對數據建模。 42業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據模型(續)客觀對象的抽象過程兩步抽象現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支持的數據模型。 概念模型是現實世界到機器世界的一個中間層次。43業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.2 數據模型 1.2.1 數據模型的組成要素 1.2.2 概念模型 1.2.3 常用數據模型 1.2.4 層次

15、模型 1.2.5 網狀模型 1.2.6 關系模型44業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.2.1 數據模型的組成要素數據結構 數據操作 數據的約束條件 45業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1. 數據結構什么是數據結構對象類型的集合兩類對象與數據類型、內容、性質有關的對象與數據之間聯系有關的對象數據結構是對系統靜態特性的描述46業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 2.數據操作 數據操作對數據庫中各種對象（型）的實例（值）允許執行的操作及有關的操作規則數據操作的類型檢索更新（包括插入、刪除、修改）47業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據操作(續) 數據模型對操作的定義操作的確切含義操作符號操作規

16、則（如優先級）實現操作的語言數據操作是對系統動態特性的描述。48業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 3.數據的約束條件 數據的約束條件一組完整性規則的集合。完整性規則是給定的數據模型中數據及其聯系所具有的制約和儲存規則，用以限定符合數據模型的數據庫狀態以及狀態的變化，以保證數據的正確、有效、相容。49業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 數據的約束條件(續)數據模型對約束條件的定義反映和規定本數據模型必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。例如在關系模型中，任何關系必須滿足實體完整性和參照完整性兩個條件。提供定義完整性約束條件的機制，以反映具體應用所涉及的數據必須遵守的特定的語義約束條件。50業精于勤

17、荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.2.2 概念模型1. 概念模型2. 信息世界中的基本概念3. 概念模型的表示方法51業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1. 概念模型概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模是現實世界到機器世界的一個中間層次是數據庫設計的有力工具數據庫設計人員和用戶之間進行交流的語言對概念模型的基本要求較強的語義表達能力，能夠方便、直接地表達應用中的各種語義知識簡單、清晰、易于用戶理解。52業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 2. 信息世界中的基本概念 (1) 實體（Entity） 客觀存在并可相互區別的事物稱為實體。可以是具體的人、事、物或抽象的概念。(2) 屬性（Attribut

18、e） 實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。 (3) 碼（Key） 唯一標識實體的屬性集稱為碼。 53業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 信息世界中的基本概念(續)(4) 域（Domain） 屬性的取值范圍稱為該屬性的域。 (5) 實體型（Entity Type） 用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體稱為實體型(6) 實體集（Entity Set） 同型實體的集合稱為實體集54業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 信息世界中的基本概念(續)(7) 聯系（Relationship） 現實世界中事物內部以及事物之間的聯系在信息世界中反映為實體內部的聯系和實體之間的聯系實體型

19、間聯系 兩個實體型 一對一聯系（1:1） 三個實體型 一對多聯系（1:n） 一個實體型 多對多聯系（m:n） 55業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 兩個實體型間的聯系實體型1聯系名實體型2111:1聯系實體型1聯系名實體型2mnm:n聯系實體型1聯系名實體型21n1:n聯系56業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 兩個實體型間的聯系 一對一聯系 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系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯系。記為1:1。 實例班級與班長之間的聯系：一個班級只有一個正班長一個班長只在一個班中任職57業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 兩個實體型間的聯系

20、 (續)一對多聯系如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n0）與之聯系，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系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯系 記為1:n實例班級與學生之間的聯系：一個班級中有若干名學生，每個學生只在一個班級中學習58業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 兩個實體型間的聯系 (續)多對多聯系（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（n0）與之聯系，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（m0）與之聯系，則稱實體集A與實體B具有多對多聯系。記為m:n實例課程與學生之間的聯系：一門課程同時有若干個

21、學生選修一個學生可以同時選修多門課程59業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 多個實體型間的聯系(續)多個實體型間的一對多聯系若實體集E1，E2，.，En存在聯系，對于實體集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的給定實體，最多只和Ei中的一個實體相聯系，則我們說Ei與E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之間的聯系是一對多的。60業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 多個實體型間的聯系(續)實例 課程、教師與參考書三個實體型如果一門課程可以有若干個教師講授，使用若干本參考書，每一個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與教師、參考書之間的聯系是一對多的多個實體型間的一對

22、一聯系多個實體型間的多對多聯系61業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 同一實體集內各實體間的聯系一對多聯系實例 職工實體集內部具有領導與被領導的聯系某一職工（干部）“領導”若干名職工一個職工僅被另外一個職工直接領導這是一對多的聯系一對一聯系多對多聯系62業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 3. 概念模型的表示方法概念模型的表示方法很多實體聯系方法(E-R方法)用E-R圖來描述現實世界的概念模型E-R方法也稱為E-R模型63業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 E-R圖實體型用矩形表示，矩形框內寫明實體名。學生教師64業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 E-R圖(續)屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應

23、的實體連接起來學生學號年齡性別姓名65業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 E-R圖(續)聯系聯系本身：用菱形表示，菱形框內寫明聯系名，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系的類型（1:1、1:n或m:n） 聯系的屬性：聯系本身也是一種實體型，也可以有屬性。如果一個聯系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯系連接起來 66業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 聯系的表示方法實體型1聯系名實體型2111:1聯系實體型1聯系名實體型2mnm:n聯系實體型1聯系名實體型21n1:n聯系67業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 聯系的表示方法(續)實體型1聯系名mn同一實體型內部的m:n聯系實體

24、型1聯系名實體型21m多個實體型間的1:n聯系實體型3n68業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 聯系的表示方法示例班級班級-班長班長111:1聯系課程選修學生mnm:n聯系班級組成學生1n1:n聯系69業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 聯系的表示方法示例(續)職工領導1n同一實體型內部的1:n聯系課程講授教師1m多個實體型間的1:n聯系參考書n70業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 聯系屬性的表示方法課程選修學生mn成績71業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 E-R圖(續)E-R圖實例： P19-P20 某工廠物資管理E-R圖72業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.2.3 常用數據模型非關系模型層

25、次模型（Hierarchical Model）網狀模型(Network Model )數據結構：以基本層次聯系為基本單位 基本層次聯系：兩個記錄以及它們之間的一對多（包括一對一)的聯系73業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 常用數據模型(續)關系模型(Relational Model) 數據結構：表面向對象模型(Object Oriented Model）數據結構：對象74業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1.2 數據模型 1.2.1 數據模型的組成要素 1.2.2 概念模型 1.2.3 常用數據模型 1.2.4 層次模型 1.2.5 網狀模型 1.2.6 關系模型75業精于勤荒于嬉行成于思毀于

26、隨分享 1.2.4 層次模型1. 層次數據模型的數據結構 2. 層次數據模型的數據操縱3. 層次數據模型的與完整性約束 4. 層次數據模型的存儲結構 5. 層次數據模型的優缺點 6. 典型的層次數據庫系統76業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 1. 層次數據模型的數據結構層次模型 滿足下面兩個條件的基本層次聯系的集合為層次模型。1. 有且只有一個結點沒有雙親結點，這個結點稱為根 結點2. 根以外的其它結點有且只有一個雙親結點層次模型中的幾個術語根結點，雙親結點，兄弟結點，葉結點77業精于勤荒于嬉行成于思毀于隨分享 層次數據模型的數據結構(續） 1 根結點 2 兄弟結點 3 葉結點 4 兄弟結點 5 葉結點 葉結點78業精于勤荒于嬉行