第一章數據庫系統概述

基本概念數據庫技術發展歷史數據庫系統組成結構數據庫管理系統數據模型數據庫系統的發展重點

數據的基本概念數據庫系統的特點

DBMS的主要功能

數據模型的組成要素

1.1基本概念

信息（information）數據(Data)

數據處理與數據管理1、信息（information）定義：關于現實世界事物的存在方式或運動狀態反映的綜合。特點：客觀存在可以感知可存儲、加工、傳遞和再生2、數據(Data)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、圖像、聲音數據的特點數據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信息和數據的關系事物的屬性通過數據來表示，數據經過加工處理后形成信息。信息是經過加工的數據；信息是有一定含義的數據；信息是對決策者有價值的數據；信息是預先不知道的數據。3、數據處理定義：將數據轉換成信息的過程，包括數據的收集、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＝數據＋處理4、數據管理定義：數據的收集、整理、組織、編碼、存儲、維護、檢索和傳輸等操作。數據管理技術的優劣，直接影響數據處理的效率。案例研究銀行管理系統1.2數據庫技術的產生和發展人工管理階段(40年代中--50年代中)：數據不保存、不共享文件系統階段(50年代末--60年代中)：數據可長期保存、共享性差、由文件系統管理數據數據庫系統階段(60年代末--現在)：數據共享性高、由數據庫系統管理數據數據管理技術的發展過程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Paper：請查閱與數據庫技術發展相關的資料，根據自己的理解，談談數據庫管理技術的發展過程，并比較各階段的特點，試說明造成區別的原因。1.3數據庫系統的組成應用系統數據庫管理系統操作系統數據庫數據庫管理員用戶用戶用戶1.數據庫(Database，簡稱DB)長期儲存在計算機內、有組織的、可共享的大量數據集合2.用戶（User）終端用戶應用程序員數據庫管理員數據庫系統定義數據庫系統（DatabaseSystem，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）構成。1.4數據庫系統的模式結構數據庫系統模式的概念數據庫系統的三級模式結構數據庫的二級映象功能與數據獨立性（一）、數據庫系統模式的概念“型”和“值”的概念型（Type）對某一類數據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）數據庫系統模式的概念（續）模式（Schema）數據庫邏輯結構和特征的描述是型的描述反映的是數據的結構及其聯系模式是相對穩定的模式的一個實例（Instance）模式的一個具體值反映數據庫某一時刻的狀態同一個模式可以有很多實例實例隨數據庫中的數據的更新而變動（二）、數據庫系統的三級模式結構數據庫1．模式（Schema）模式（也稱邏輯模式）數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述所有用戶的公共數據視圖，綜合了所有用戶的需求一個數據庫只有一個模式2.外模式（ExternalSchema）外模式（也稱子模式或用戶模式）數據庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部數據的邏輯結構和特征的描述數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示外模式（續）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據庫可以有多個外模式對模式中同一數據，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）是數據物理結構和存儲方式的描述是數據在數據庫內部的表示方式一個數據庫只有一個內模式（三）、數據庫的二級映象功能與數據獨立性三級模式是對數據的三個抽象級別二級映象在DBMS內部實現這三個抽象層次的聯系和轉換數據庫系統的三級模式結構數據庫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據的邏輯獨立性當模式改變時，數據庫管理員修改有關的外模式／模式映象，使外模式保持不變。應用程序是依據數據的外模式編寫的，從而應用程序不必修改，保證了數據與程序的邏輯獨立性，簡稱數據的邏輯獨立性。2．模式／內模式映象模式／內模式映象定義了數據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據庫中模式／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據的物理獨立性當數據庫的存儲結構改變了（例如選用了另一種存儲結構），數據庫管理員修改模式／內模式映象，使模式保持不變應用程序不受影響。保證了數據與程序的物理獨立性，簡稱數據的物理獨立性。1.5數據庫系統的外部體系結構單用戶結構的數據庫系統主從式結構的數據庫系統分布式結構的數據庫系統客戶/服務器（C/S）結構的數據庫系統瀏覽器/服務器結構（B/S）的數據庫系統數據庫系統結構數據庫系統內部的模式結構從數據庫管理系統角度看數據庫系統外部的體系結構從數據庫最終用戶角度看1.6數據庫管理系統（DBMS）DBMS(DataBaseManagementSystem的縮寫)，是對數據進行管理的大型系統軟件，它是數據庫系統的核心組成部分，用戶在數據庫系統中的一切操作，包括數據的定義、查詢、更新及各種控制，都是通過DBMS進行的。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。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。典型的關系數據庫管理系統MySQLORACLESYBASESQLSERVERDB/2AccessPBASEEasyBaseDM/21.7數據模型（DataModel）數據模型用來抽象、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易于在計算機上實現1.客觀對象的抽象過程機器世界信息世界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支持的數據模型認識抽象現實世界數據模型(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。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。

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?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念或聯系。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。兩個實體型間的聯系一對一聯系一對多聯系多對多聯系兩個實體型間的聯系（續）一對一聯系（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。

兩個實體型間的聯系（續）一對多聯系（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。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（n≥0）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（m≥0）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。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聯系兩個實體型間的聯系實體型1聯系名實體型2mnm:n聯系1:1聯系實體型1聯系名實體型2111:n聯系實體型1聯系名實體型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)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)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

聯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、經理和銷售的產品。產品的信息：產品名、制造商、價格、型號及產品編號。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品，一種產品可由多個部門銷售。試為該公司設計相應的數據庫管理系統的E-R圖。5.數據模型的組成要素數據結構數據操作數據的約束條件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）3.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。1.8四種數據模型非關系模型層次模型（HierarchicalModel）網狀模型(NetworkModel)數據結構：以基本層次聯系為基本單位關系模型(RelationalModel)數據結構：表面向對象模型(ObjectOrientedModel）數據結構：對象本課程的重點關系數據模型簡介

系統而嚴格地提出關系模型的是美國IBM公司的E.F.Codd1970年提出關系數據模型之后，提出了關系代數和關系演算的概念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學基礎關系數據模型的數據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）關系數據模型的數據結構主碼分量關系域：{男、女}屬性元組關系數據模型