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1、 互联网数据库 串讲 主讲 谢永红 往年试题分析 往年试题分析 往年试题分析 往年试题分析 第一章绪论 学习目的和要求了解数据管理发展历程理解数据模型的三要素及常用的三种数据模型掌握数据库系统的三级模式结构和数据的两层映象理解数据库管理系统的组成和功能 往年频繁考点 数据库基本概念 DB DBMS DBS 及其联系数据管理技术发展的三个阶段及其特点数据模型的三要素数据库三级模式结构二级映像与数据独立性数据库管理系统的基本功能 第一节数据管理技术的发展 数据 数据库 数据库系统和数据库管理系统的概念数据 描述事物的符号记录 数据库 数据库是长期存储在计算机内 有组织 可共享的数据集合 数据库系统
2、 DBS 是实现有组织地 动态地存储大量关联数据 方便多用户访问的计算机软件 硬件和数据资源组成的系统 即采用了数据库技术的计算机系统 数据库管理系统 DBMS 是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 为用户或应用程序提供访问DB的方法 包括DB的建立 查询 更新及各种数据控制 DBMS总是基于某种数据模型 可以分为层次型 网状型 关系型 面向对象型DBMS 第一节数据管理技术的发展 数据管理经历的三个阶段人工管理阶段 数据不保存 数据需要由应用程序自己进行管理 基本上没有文件概念 数据不共享 文件系统阶段 数据可以长期保存 文件系统管理数据 文件已经多样化 数据的存取基本上以记录为单位
3、但数据共享性差 数据冗余度大 数据和程序缺乏独立性 数据库系统阶段 数据结构化 数据共享性高 冗余度小 易扩充 数据独立性高 统一的数据管理和控制 数据的安全性保护 数据的完整性控制 数据库恢复和并发控制 数据的最小存取单位是数据项 第一节数据管理技术的发展 数据库技术 是一门研究数据库结构 存储 管理和使用的软件学科 数据库技术的发展第一代数据库系统 即层次数据库系统和网状数据库系统第二代数据库系统 即关系数据库系统第三代数据库系统 即面向对象数据库系统数据库技术的研究领域数据库管理系统软件的研制数据库设计数据库理论 第二节数据模型 数据模型是现实世界数据特征的抽象 是数据库系统的核心和基础
4、 数据模型应满足三方面要求 一是能比较真实地模拟现实世界 二是容易为人所理解 三是便于在计算机上实现 根据模型应用目的分为 概念模型 也称信息模型 它是按用户的观点对数据和信息建模 数据模型 主要包括层次模型 网状模型 关系模型和面向对象数据模型 它是按计算机系统的观点对数据建模 数据模型三个要素 数据结构描述系统的静态特性 数据操作描述系统的动态特性 数据的约束条件是一组完整性规则的集合 第二节数据模型 概念模型 用于信息世界的建模 是现实世界到信息世界的第一层抽象实体 Entity 客观存在并可相互区别的事物属性 Attribute 实体所具有的某一特性实体集 EntitySet 性质相同
5、的同类实体的集合实体型 EntityType 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体码 Key 唯一标识实体的属性集 最小 称为码域 Domain 属性的取值范围称为该属性的域联系 Relationship 实体 型 内部的联系和实体 型 之间的联系两个实体型之间的联系可以分为三类 一对一联系 1 1 一对多联系 1 n 多对多联系 m n 第二节数据模型 概念模型的表示方法E R图提供了表示实体型 属性和联系的方法 实体 联系方法 E R方法 是抽象和描述现实世界的有力工具 实体型 用矩形表示 矩形框内写明实体名 属性 用椭圆形表示 并用无向边将其与相应的实体连接起来 联系 用菱形表示
6、菱形框内写明联系名 并用无向边分别与有关实体连接起来 同时在无向边旁标上联系的类型 1 1 1 n或m n 第二节数据模型 数据模型 层次模型 网状模型 关系模型和面向对象数据模型 其中层次模型和网状模型统称为非关系模型 层次模型 用树型结构表示实体类型及实体间联系的数据模型数据结构特征 只有一个结点没有双亲结点 称之为根结点 根以外的其他结点有且只有一个双亲结点 优缺点 优点 数据模型简单 若实体间的关系固定 性能优于关系模型 良好的完整性支持 缺点 描述现实世界的非层次性很笨拙 插入和删除操作限制较多 必须通过双亲才能找到子结点 由于结构严密 层次命令趋于程序化 第二节数据模型 网状模型
7、用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型 数据结构特征 1 允许一个以上的结点无双亲 2 一个结点可以有多于一个的双亲 优缺点优点 能够直接描述现实世界 存取效率较高 缺点 数据描述语言极其复杂 数据独立性差 第二节数据模型 关系模型 是由若干个关系模式组成的集合数据结构特征 是用二维表格结构表达实体集 用外键表示实体间联系 关系模型要求关系必须是规范化的 优缺点优点 有严格的数学概念作基础 关系模型的概念单一 存取路径对用户透明缺点 查询效率不高 第三节数据库系统的结构 外模式 模式和内模式的概念和涵义模式 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述 一个数据库只有一个模式 外模式 局部数
8、据的逻辑结构和特征的描述 数据库用户的数据视图 外模式是模式的子集 内模式 数据物理结构和存储方式的描述 数据在数据库内部的表示方法 一个数据库只有一个内模式 第三节数据库系统的结构 数据独立性数据独立性是指数据和程序之间的独立 它包括物理独立性和逻辑独立性两个方面 数据库系统在三级模式之间提供的两层映象 外模式 模式映象 通常包含在各外模式描述中提供数据的逻辑独立性 当模式改变时 通过改变外模式 模式映象而使外模式保持不变 因此应用程序不变 第三节数据库系统的结构 模式 内模式映象 通常包含在模式描述中提供数据的物理独立性 当数据库的存储结构改变了 通过改变模式 内模式映象而使模式保持不变
9、两层映象保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性 第四节数据库管理系统 数据库管理系统的功能数据定义数据操纵数据库运行管理数据组织 存储和管理数据库的建立和维护数据通信接口数据库管理系统的组成数据定义语言及其翻译处理程序数据操纵语言及其编译 或解释 程序数据库运行控制程序实用程序 第四节数据库管理系统 一个设计优良的DBMS 友好的用户界面比较完备的功能较高的运行效率清晰的系统结构和开放性 第四节数据库管理系统 应用程序从数据库中读取一个数据通常需要以下步骤 应用程序向DBMS发出从数据库中读数据记录的命令 DBMS对该命令进行语法检查 语义检查 并调用该应用程序对应的外模
10、式 检查程序的存取权限 决定是否执行该命令 如果拒绝执行 则向用户返回错误信息 在决定执行该命令后 DBMS调用模式 依据外模式 模式映象的定义 确定应读入模式中的哪些记录 DBMS调用内模式 依据模式 内模式映象的定义 决定应从哪个文件 用什么存取方式 读入哪个或哪些物理记录 第四节数据库管理系统 DBMS向操作系统发出执行读取所需物理记录的命令 操作系统执行读数据的有关操作 操作系统将数据从数据库的存储区送至系统缓冲区 DBMS依据外模式 模式映象的定义 导出应用程序所要读取的记录格式 DBMS将数据记录从系统缓冲区传送到应用程序的用户工作区 DBMS向应用程序返回命令执行情况的状态信息
11、第二章关系数据库简介 学习目的和要求了解关系模型的基本概念掌握关系模型的构成理解关系代数的两类运算理解关系演算的两类演算语言 第二章关系数据库简介 往年频繁考点关系数据结构的概念 特点 特别是基本关系的特点及关系模式的定义 关系的三类完整性约束 特别是关系的两个不变性 实体完整性和参照完整性的含义 关系代数运算的分类 基本运算 含义 关系表达式的写法 还有部分与第三章SQL相结合的练习 关系演算的含义 分类方法 各类关系演算语言的运算规则 背景等 第一节关系模型的基本概念 关系模型的组成关系数据结构 关系操作集合 关系完整性约束关系数据结构域 是一组具有相同数据类型的值的集合 在关系中用域表示
12、属性的取值范围 属性 关系中的每列起一个名字 称为属性 元组 关系中的每一行 称为一个元组 对应于概念模型的一个实体 第一节关系模型的基本概念 候选码 关系中能唯一地标识一个元组的某一属性或属性组关系模式 关系的描述 它可以形式化地表示为 R U D DOM F 关系数据库的型也称为关系数据库模式 是对关系数据库的描述 是关系模式的集合 关系数据库的值也称为关系数据库 是关系的集合 关系可以有三种类型 基本关系 通常又称为基本表或基表 查询表和视图表 第一节关系模型的基本概念 基本关系具有以下六条性质 列是同质的 Homogeneous 即每一列中的分量同一类型的数据 来自同一个域 不同的列可
13、出自同一个域 称其中的每列为一个属性 不同的属性要给予不同的属性名 列的顺序无所谓 即列的次序可以任意交换 任意两个元组不能完全相同 行的顺序无所谓 即行的次序可以任意交换 分量必须取原子值 即每一个分量都必须是不可分的数据项 第一节关系模型的基本概念 关系数据库中的关系与关系模式关系模式是型 是对关系的描述 关系模式是静态的 稳定的关系是值 是动态的 随时间不断变化的关系是一张二维表 是元组的集合关系模式指出了这个元组集合的结构 第一节关系模型的基本概念 关系操作关系代数语言例如ISBL关系演算语言元组关系演算语言例如ALPHA QUEL域关系演算语言例如QBE关系代数 元组关系演算和域关系
14、演算三种语言在表达能力上是完全等价的 具有关系代数和关系演算双重特点的语言例如SQL关系操作的特点 一次一集合 set at a time 的操作方式 存取路径对用户透明 第一节关系模型的基本概念 关系完整性约束实体完整性规则 基本关系的主属性不能取空值实体完整性规则是针对基本关系而言的 一个基本表通常对应现实世界的一个实体集 例如学生关系对应于学生的集合 现实世界中的实体是可区分的 即它们具有某种唯一性标识 相应地 关系模型中以码作为唯一性标识 码中的属性即主属性不能取空值 所谓空值就是 不知道 或 无意义 的值 第一节关系模型的基本概念 参照完整性规则 若属性 或属性组 F是基本关系R的外
15、码 它与基本关系S的码Ks相对应 则对于R中每个元组在F上的值必须为 空值或者等于S中某个元组在Ks上的值 设F是基本关系R的一个或一组属性 但不是关系R的码 如果F与基本关系S的码Ks相对应 则称F是基本关系R的外码参照完整性规则要求不引用不存在的实体 关系模型中 表与表之间的联系正是通过参照完整性实现的 第一节关系模型的基本概念 用户定义完整性规则 由具体应用环境决定 系统提供定义和检验这类完整性的机制 实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件 被称作是关系的两个不变性 应该由关系系统自动支持 第二节关系代数 关系代数的运算符集合运算符 专门的关系运算符 算术比较符 逻辑运
16、算符传统的集合运算并 关系R与关系S的并由属于R或属于S的元组组成 交 关系R与关系S的交由既属于R又属于S的元组组成 差 关系R与关系S的差由属于R而不属于S的所有元组组成 广义笛卡尔积 两个分别为n目和m目的关系R和S的广义笛卡尔积是一个 n m 列的元组的集合 若R有k1个元组 S有k2个元组 则关系R和关系S的广义笛卡尔积有k1 k2个元组 第二节关系代数 专门的关系运算选择 在关系中选择满足给定条件的诸元组 投影 从R中选择出若干属性列组成新的关系 连接 它是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组 除 关系代数运算中并 差 笛卡尔积 投影和选择5种运算为基本的运算 第三节关系演算 关系演算是以数理逻辑中的谓词演算为基础的 按谓词变元的不同 关系演算可分为元组关系演算和域关系演算 元组关系演算元组关系演算以元组变量作为谓词变元的基本对象 ALPHA语言是E F Codd提出的 典型的元组关系演算语言ALPHA语言是以谓词公式来定义查询要求的 在谓词公式中存在客体变元 这里称为元组变量 元组变量主要有两方面的用途 简化关系名 操作条件中使用量词时必须用元组变量 第三节
