第1章数据库技术概论剖析

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1、数据库技术与应用,数据库技术与应用教材编写组,第1章 数据库技术概论,数据库技术的产生与发展 数据库系统 数据模型 关系数据库 SQL Server 2008数据库概述 Transact-SQL语言简介 关系模型、关系运算、关系数据库设计 公共邮箱：wxl_xs 密 码：2014xs,2,问题提出,什么是数据库技术？ 数据库的地位如何？ 什么是大数据？ 什么是云计算？,3,？,1.1 数据库技术的产生与发展,人工管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段 新型数据库系统,4,1.1 数据库技术的产生与发展,人工管理阶段（40年代中50年代中） 程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其他程序使

2、用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。 硬件方面：没有磁盘等直接存取的外存储器。 软件方面：没有对数据进行管理的系统软件。 特点 不能共享数据； 程序复杂； 数据无法长期保存。,5,6,1.1 数据库技术的产生与发展,文件管理阶段（50年代末60年代中） 计算机开始用于大量数据管理。 硬件方面：有了直接存取的大容量外存储器 软件方面：出现了操作系统（包含文件系统） 特点 程序共享数据； 可长期保存数据； 数据冗余度较大； 程序对数据依赖性较强； 缺乏对数据的统一控制管理。,1.1 数据库技术的产生与发展,数据库管理阶段（60年代末现在） 数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织

3、方式存储起来的、相互关联的数据集合。 特点 数据的共享性高， 冗余度低，易扩充 数据独立性高 数据由DBMS统 一管理和控制,7,8,1.1数据库技术的产生与发展新型数据库系统,分布式数据库（Distributed Database System，DDBS） 是地理上分布在计算机网络的不同结点，逻辑上属于同一系统的数据库系统； 支持局部应用，存取本地结点或另一结点的数据，也支持全局应用，同时存取两个或两个以上结点的数据。 特点 数据是分布的 数据是逻辑相关的 结点的自治性 分布式数据库系统主要应用于航空、铁路、旅游订票系统、银行通存通兑系统、水陆空联运系统、跨国公司管理系统、连锁配送管理系统等

4、等。,9,1.1 数据库技术的产生与发展新型数据库系统,面向对象数据库系统（Object-Oriented Database System，OODBS） 是将面向对象的模型、方法和机制，与先进的数据库技术有机地结合而形成的新型数据库系统。 基本设计思想 一方面把面向对象语言向数据库方向扩展，使应用程序能够存取并处理对象 另一方面扩展数据库系统，使其具有面向对象的特征，提供一种综合的语义数据建模概念集，以便对现实世界中复杂应用的实体和联系建模。 面向对象数据库系统对一些特定应用领域（如CAD等），能较好地满足了其应用需求。,1.1 数据库技术的产生与发展新型数据库系统,多媒体数据库系统（Mult

5、imedia Database System，MDBS） 能存储和管理多种媒体的数据库系统。 特点 如果能够对多媒体数据和传统的字符型数值数据采用统一的方法进行管理，该系统将成为最理想、最有效的数据管理方法。 多媒体数据库系统主要应用于军事、医学病例管理、航天测控、商标管理、地理信息系统、数字图书馆、期刊出版系统等。,10,1.1 数据库技术的产生与发展新型数据库系统,数据仓库技术 （Data Warehouse，DW） 数据仓库是一个面向主题的、集成的、相对稳定的、反映历史变化的数据集合，用于支持管理决策。数据仓库是一个环境 。 数据仓库系统包括： 数据仓库技术； 联机分析处理技术（OLAP

6、)； 数据挖掘技术（DM)； 数据仓库技术应用领域遍及通信、 零售业、金融以及制造业。,11,1.1 数据库技术的产生与发展新型数据库系统,12,内存数据库系统（Main Memory DataBase，MMDB） 是实时系统和数据库系统的有机结合。 抛弃了磁盘数据管理的传统方式，基于全部数据都在内存中重新设计了体系结构，并且在数据缓存、快速算法、并行操作方面也进行了相应的改进，所以数据处理速度比传统数据库的数据处理速度要快很多，一般都在10倍以上。 特点 “主拷贝”或“工作版本”常驻内存，即活动事务只与实时内存数据库的内存拷贝打交道。 内存数据库系统目前广泛应用于航空、军事、电信、电力、工业

7、控制等领域。,1.2 数据库系统,1.2.1 数据库系统的组成 1.2.2 数据库的结构体系 1.2.3 数据库系统的特点,13,1.2.1 数据库系统组成,数据库系统（DBS） 是指基于数据库的计算机应用系统。它是由计算机硬件、软件、数据和人员组合起来为用户提供信息服务的系统。,数据,软件,系统,DBS,14,1.2.2 数据库的结构体系,数据库的结构体系 数据库领域公认的标准结构是三级模式结构及二级映射。 三级模式 外模式 概念模式 内模式 二级映射 概念模式/内模式的映射 外模式/概念模式的映射,把解决某类问题的方法总结归纳到理论高度，即模式。,15,1.2.2 数据库的结构体系,三级模

8、式结构及二级映射,用于定义概念模式和内模式之间的对应性。一般在内模式中描述。,用于定义外模式和概念模式间的对应性。在外模式中描述。,16,1.2.3 数据库系统的特点,数据结构化 数据共享性高、冗余度低 具有较高的数据独立性 有统一的数据控制功能,17,1.3 数据模型,1.3.1 数据模型的组成要素 1.3.2 数据抽象的过程 1.3.3 概念模型 1.3.4 逻辑模型,18,1.3 数据模型,数据（data）是描述事物的符号记录。 模型（Model)是现实世界的抽象。 数据模型（Data Model）是数据特征的抽象，是数据库管理的教学形式框架。数据库系统中用以提供信息表示和操作手段的形式

9、构架。,19,1.3.1 数据模型的组成要素,数据模型的3要素 数据结构 数据结构是所研究的对象类型的集合。这些对象和对象类型是数据库的组成成分。一般可分为两类：一类是与数据类型、内容和其它性质有关的对象；一类是与数据之间的联系有关的对象。 数据操作 数据操作是指对各种对象类型的实例（或值）所允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。 数据的完整性约束 数据的约束条件是完整性规则的集合。用来确保数据的正确性、有效性和一致性。,20,1.3.2 数据抽象的过程,数据模型是对现实世界进行抽象和转换的结果。,21,对现实世界的抽象 现实世界是存在人们头脑之外的客观世界，由客观事物及其联系组成。

10、 观念世界中的概念模型 是对现实世界的抽象和描述。用概念模型描述 机器世界中的逻辑模型和物理模型 是指现实世界在计算机中的体现与反映。,1.3.3 概念模型,概念模型 是面向用户、面向现实世界的数据模型，它与DBMS无关。 它主要用来描述一个单位的概念化结构。 采用概念数据模型，数据库设计人员可以在设计的开始阶段，把主要精力用于了解和描述现实世界上，而把涉及DBMS的一些技术性的问题推迟到设计阶段去考虑。,22,1.3.3 概念模型,与现实世界对应的概念 实体：客观存在并可相互区别的事物 实体集：具有相同属性的实体的集合 属性：实体所具有的某一特性称为实体的属性 类型与值：属性类型就是属性名及

11、其取值类型，属性值就是属性所取的具体值。 实体间的联系：实体集之间的对应关系。 例：负责人与其单位的联系 一对一联系 1 ：1 例：单位与职工的联系 一对多联系：n 例：实体（集）课程与实体（集）学生 多对多联系 m ：n,23,1.3.3 概念模型,E-R图（用E-R图描述现实世界的概念模型） 实体-联系方法（Entity-Relationship Approach） E-R方法也称为E-R模型 使用图形方式（4种原素：椭圆,长方形,凌形,无向的线),24,概念模型如何描述？,1.3.4 逻辑模型,逻辑模型，是指数据的逻辑结构。在数据库中，逻辑模型有层次、关系、网状模型。 在进行数据库设计时

12、，总是先设计E-R模型，然后再把E-R模型转换成计算机能实现的逻辑数据模型。 层次模型 用层次结构（树形结构）来表示实体及实体之间的联系，如 IMS（IP多媒体系统 ）系统。,25,1.3.4 逻辑模型,网状模型 没有惟一的根结点，且每一个结点都可以与其他任意个结点相连 ，这样便成了网状结构。 用网状结构来表示实体及实体之间的联系 ，如：DBTG（数据库任务组）系统,26,1.3.4 逻辑模型,关系模型 用二维表格结构来表示实体以及实体之间联系。 操作的对象和结果都是二维表。 采用关系模型的数据库称为关系数据库。 关系模型与层次型、网状型的本质区别在于数据描述的一致性，模型概念单一 。,27,

13、1.4 关系数据库,1.4.1 关系数据库的基本概念 1.4.2 关系运算 1.4.3 关系的完整性约束 1.4.4 关系数据库设计实例,28,1.4.1 关系数据库的基本概念,关系，表示多个实体之间的相互关联，是一种规范化了的二维表格 。 没有重复行、重复列，并且每个行列的交叉点只有一个基本数据的二维表格看成一个关系。,不是二维表,29,二维表,1.4.1 关系数据库的基本概念,30,基本术语 关系：一张二维表 元组：表中的一行或记录 属性：表中的一列或字段 属性值：表中行和列的交叉位置 域：属性的取值范围 表结构：表中的第1行 关键字：能唯一区分、确定不同元组的单个属性或属性组合 外部关键

14、字 ：也是表中的一个或多个字段，外部关键字的值与相关表的主关键字相匹配。,1.4.2 关系运算,关系模式 它由一个关系名以及它所有的属性名构成。是指对关系结构的描述，一般表示为： 关系名（属性1，属性2，属性3，属性n） 例：学生（学号，姓名，性别，出生日期） 课程（课程代码，课程名称，学分） 选课（学号，课程代码，成绩）,31,1.4.2 关系运算,关系的基本运算有两类 传统的集合运算（并、差、交等） 专门的关系运算（选择、投影、连接等) 传统的关系运算 交 、并、差 - 、笛卡尔积 。 交：它是 R 和 S 共同具有记录的集合。生成新关系，新关系结构与 R 和 S 相同。记作RS。 并：R

15、 中的元素和 S 中的元素共同组成的集合。生成新关系，新关系结构与 R 和 S 相同。记作记作RS。 差：它是从 R 中去掉 S 中存在的记录集合。生成新关系，新关系结构与 R 和 S 相同。记作R-S。 笛卡尔积：记作 RS ，它的关系模式是 R 和 S 的模式的并集，关系的值是 R 中的每条记录连接 S 中的每个记录的记录集合。,32,1.4.2 关系运算,专门的关系运算（3种） 选择（Selection）运算 从一个关系中选择出满足给定条件的所有记录，它是原关系的一个子集，结构与原关系相同。选择运算提供了横向划分（或称分割）关系的手段。 Select * FROM 表名 WHERE 条件

16、 投影（Projection）运算 从一个关系 R 中按所需顺序选取若干属性组成新关系。投影运算提供纵向划分（或称分割）关系的手段。新关系的属性通常少于原关系。 Select 列1，列2 ， FROM 表名 连接（Join）运算 把两个关系 R 和 S 按相应属性值的比较条件联接起来。它是 R 和 S 笛卡尔积的子集。有6个比较运算符： 、= 、,33,1.4.2 关系运算,34,1.4.3 关系的完整性约束（3种）,实体完整性 实体完整性就是指关系的主属性不能取空值，并且不允许两个元组的关键字值相同。即一个二维表中没有两个完全相同的行。 参照完整性 参照完整性规则就是定义外部关键字与主关键字之间的引用规则，即对于R中每个元组在F上的值必须取空值或等于S中某个元组的主关键字值。 用户定义完整性 针对某一具体关系数据库的约束条件，它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。 例如规定关系中某一属性的取值范围。,35,1.4.4 关系数据库设计实例,1n联系到关系模型的转化 把每个实体分别转化为一个关系，实体名