《现代数据库系统及应用教程》课件

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1、第一章 数据库系统概论,数据库是研究数据管理的技术。即如何妥善地保存和科学地管理数据。 数据管理是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护等操作。 数据管理技术好坏评判的标准： （1）数据冗余 数据冗余是指同一数据多次存放。 数据冗余带来的问题有： 浪费存储空间 修改麻烦 潜在的数据不一致性 （2）数据共享 数据共享体现在： 多个应用可以使用同一数据、记录、数据项。,第一章 数据库系统概论, 在同一时刻多个用户可存取同一数据。 （3）数据独立性 数据独立性是指应用程序和数据之间相互独立，不受影响。即数据结构的修改不引起应用程序修改的特性。 数据独立性包括： 逻辑独立性 物理独立性 （4）

2、数据统一集中管理,数据集1,应用程序1,数据集2,应用程序2,1.1 引 言,数据管理技术的产生和发展,数据管理的三个阶段： 人工管理 文件系统 数据库系统,1.1 引 言,数据库系统的特点 （1）数据结构化 例：某系统涉及人事、科研、教学、工资四个部门。假定每个部门只有一种登记表。其结构如下：,人事文件,科研文件,教学文件,工资文件,1.1 引 言,试建立该系统的数据结构。 文件系统： 建立与上述结构相同的四个文件。,数据库系统：（分三步进行） 第一步：建立全局数据逻辑结构。 数据的组织、存储与应用程序相分离独立进行，全面综合地考虑数据的组织，从整个系统的效率、性能出发来组织数据。 第二步：

3、建立局部数据逻辑结构。 面向各个具体用户，从满足用户的需求出发，从全局数据逻辑结构导出各自所需的基本结构。,1.1 引 言,第三步：建立数据物理结构。 面向物理存储、在保证全局数据逻辑结构的前提下，权衡系统的空间利用、效率等，按物理存储的最佳形式来组织文件结构。,第一层,第二层,第三层,1.1 引 言,相关的几个概念 数据库(DB)： 按一定结构组织存储的、集成的、可共享的数据的集合。 数据库管理系统(DBMS)： 管理和维护数据库的系统软件。 数据库系统(DBS)： 具有管理数据库功能的计算机系统。,1.1 引 言,DBMS的软件地位,DBS的层次关系,开发工具,OS,硬件,用户,DBMS,

4、应用软件,1.1 引 言,（2）数据的共享性高、冗余度低、易扩充 数据库的共享是并发的共享。 （3）数据独立性高 这是由数据库系统的体系结构决定的。 （4）数据由DBMS统一管理和控制 DBMS应提供下列功能： 数据安全性 数据完整性 并发控制 数据库恢复,1.1 引 言,文件系统中的文件与数据库系统中文件的本质区别： 文件系统中的文件是面向应用的，一个文件基本对 应一个应用程序，文件之间不存在联系,数据冗余大； 数据库系统中的文件是面向整个应用系统，文件之间 相互联系，减少了数据冗余，实现了数据共享。,注意：,1.2 数据模型,数据库是一个结构化的数据集合，这个结构要使用数据模型来描述现实世

5、界中事物间的联系。 数据模型是表示数据及其联系的模型。 数据模型分类 概念模型（也称语义模型） （常用E-R模型） 结构数据模型（简称数据模型） （层次模型、网状模型、关系模型）,注意：,语义模型强调语义表达能力，建模容易、方便、概念简单、清晰，易于用户理解。它是一种独立于计算机系统的模型。,1.2 数据模型,结构数据模型着重于具体描述数据的数据结构。,能否一步到位，只建立结构数据模型呢？,回答：可以，但更多是采用分二步的设计方法。因为构造数据模型不是件简单的事，它既要模拟现实世界，又要考虑数据结构，存取效率等一系列因素，使问题变得复杂，对此，人们通过一个中间步骤，先用E-R模型反映实体及其联

6、系，再从E-R模型出发结合具体数据模型进行转换。,1.2 数据模型,1. 信息的三个世界,现实 世界,认识、分析、抽象,描述 规范转换,信息世界的基本概念： 实体,1.2 数据模型,属性 简单属性和复合属性 单值属性和多值属性 存储属性和派生属性 属性域 码（Key) 实体型(实体的结构和属性) 实体集(实体的集合) 机器世界： 识别、存储、处理,1.2 数据模型,三个世界术语间关系,信息世界,机器世界,现实世界,1.2 数据模型,2. 概念模型及其扩展 实体型间的联系: 1：1 1：m m：n,例： 系 - 系主任(1:1) 学生 - 座位(1:1) 班级 - 学生(1:m) 公司 - 职员

7、(1:m) 学生 - 课程(m:n) 运动员 - 项目(m:n),设实体集： A B,1.2 数据模型,E-R图: 实体 属性 联系,? 总分: sum ? 成绩: score,例1：,注意： 联系也可以有属性。 实体间的联系不仅存在于两个实体之间，也可以存在于一个或两个以上的实体间。,1.2 数据模型,实体型间联系的表示: 两实体型间 多实体型间 同一实体集内,联系名,n,m,1,n,1.2 数据模型,1.2 数据模型,扩充的E-R模型-EE-R模型 (1)实体集可继承 增加了IS-a联系（超-子联系）。 超实体集：矩形表示。 子实体集：两端双线的矩形表示。 超-子联系：直线带小圆圈表示。,

8、1.2 数据模型,（2）实体集可嵌套 属性可以是某个实体集。 实体集的嵌套关系用有向线段表示。,学院与院长关系的EE-R图表示,1.2 数据模型,3.数据模型的组成及新特征 数据模型组成的要素 （1）数据结构（描述系统的静态特性） 数据结构是指实体类型和实体间联系的表达和实现。 （2）数据操作（描述系统的动态特性） 数据操作是指对数据库各种对象允许执行的操作集合。 （3）数据的约束条件 是一组完整性规则的集合。 数据模型的新特征 （1）数据特征 数据可以是多维的、易变、多态的。,1.2 数据模型,（2）数据结构 数据类型更丰富；数据格式多样化。 （3）数据操作 包含特殊的操作（如：执行、领域搜

9、索、浏览和时态查询等）、数据的互操作性、数据操作的主动性。 数据模型的分类 （1）三种基本数据模型 层次模型、网状模型、关系模型。 （2）面向对象模型 （3）谓词模型 （4）扩充的数据模型,1.2 数据模型,4.层次模型 (1)数据结构 树结构,记录类型,1: n的联系,层次数据库的型与值： 见P23 层次模型的基本特点： 需按路径查看给定记录的值。,1.2 数据模型,（2）转换为层次树结构的方法 将多对多联系转换为层次结构 方法：引入冗余结点将一个多对多联系转换为两个一对多联系。,例, 将非树型结构转换为树型结构 引入冗余结点法 方法：先取一个无父结点的结点作为第一棵树的根，然 后填上其孩子

10、和孙子。如果还有在第一棵树中没有出现过的 结点，则按相同的方法造第二、三棵树，直到所有的结点 都出现在已造的树中为止。,1.2 数据模型,引入虚拟结点法 方法：造树过程与引入冗余结点法相似，不同的是对 已出现过的结点用该结点的虚拟结点代之。虚拟结点是 一个指针，指向所代替的结点。 优点：减少了存储空间的浪费，易于维护数据的一致性。 缺点：结点存储位置的移动会引起虚拟结点中指针的修改。,例,1.2 数据模型,(3)数据操纵与完整性约束 数据操纵： 查、插、删、改结点值 需满足完整性约束条件： 插入：无双亲不能插子女； 删除：删双亲则子女无； 修改：保证一致性。,(4) 存储结构 1）邻接法： 按

11、树前序序列依次存放记录值 参见P.26 图1.15(c) 2）链接法 层次序列链接法 子女-兄弟链接法 参见P.26 图1.15(d),1.2 数据模型,5. 网状模型 (1) 数据结构 图结构（更多采用DBTG的系结构）,系结构 以记录类型为结点的二级树。,L1,L2,系主,成员,网状模型m:n联系的表示 分解法：,例,1.2 数据模型,(2) 网状模型的操纵与完整性约束 一个记录型不能在同一个系型中既是主记录型又是属记录型。 一个记录不能出现在同一系型的多个系值中。 任何一个系值中至多只有一个主记录。 插入一个新记录时，必须遵守插入系籍约束。 删除一个记录时，必须遵守删除系籍约束。,(3)

12、存储结构 链接法(P.30 图 1.20）,s1,C1,1.2 数据模型,6.关系模型 (1)数据结构,属性,元组,学号 姓名 年龄,关系 元组 属性、分量 主码(主Key) 域 元数（度、目） 关系模式：关系结构的描述 R(A1 ，A2，A3，.An),表 结 构,主码,关系名,属性名,例：学生(学号，姓名，年龄),1.2 数据模型,(2)操纵与完整性约束 数据操纵：查、插、删、改结点值 需满足关系的完整性约束条件 (3)存储结构 表以文件形式存储,表 结 构,1.2 数据模型,层次模型、网状模型、关系模型比较： 层、网 关系 数据结构： 复杂 简单 联系表示： 指针链接 二维表 出现年代

13、68，69 70 理论基础 无 关系规范化理论 查询效率 较高 较低 数据独立性 较差 较高 DML操作方式 过程式 非过程式,1.3 数据库系统结构,从DBMS角度看（DBS内部的体系结构）： 外部级 概念级 内部级 从DB用户角度看（DBS外部的体系结构） 单用户结构 主从结构 分布式结构 客户/服务器结构,1.3 数据库系统结构,模型与模式的区别： 模型是以图形来表示的，给人以直观清晰、一目了然之感。但计算机是无法识别的，必须用一种语言来描述它，即DDL。 模式是对模型的描述。 1. 数据库系统的三级模式结构 外模式（子模式） 局部数据逻辑结构和特征的描述。（多个） 概念模式（模式） 全

14、局数据逻辑结构和特征的描述。（一个）。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构，还要定义与数据有关的安全性、完整性要求。 内模式（存储模式、物理模式） 数据物理结构和存储方式的描述。（一个）,1.3 数据库系统结构,应用1,模式,DB,应用3,应用m,.,外模式1,外模式2,外模式n,变换1,变换2,内模式,应用2,.,概念视图,内部视图,外部视图,三级模式间的联系： 模式是内模式的逻辑表示；内模式是模式的物理实现；外模式是模式的逻辑子集。,1.3 数据库系统结构,数据库的二级映象功能 外模式/模式映象(变换1) 模式/内模式映象(变换2) （1）实现逻辑数据到物理数据的转换 （2）实现数据独立性

15、外模式/模式映象：实现数据逻辑独立性 模式/内模式映象：实现数据物理独立性,1.3 数据库系统结构,2.数据抽象-三级数据库 用户级:以外模式为结构建立起的数据库。 概念级:以概念模式为结构建立起的数据库。 物理级:以内模式构建起来的数据库。 3.数据库系统的体系结构 从最终用户角度看，数据库系统分为： (1) 单用户结构 所有应用程序、DBMS、数据都装在一台计算机上，由一个用户独占。 缺点：数据冗余大，数据不共享。,1.3 数据库系统结构,(2) 主从式结构 一个主机带多个终端的多用户系统。 主机上：应用程序、DBMS、数据库 终端：各用户通过主机的终端并发存取数据库，共享数据资源。 缺点：终端数目增加时，主机负担过重，系统性能下降。 （3）客户/服务器结构（Client/Server) C/S体系结构的关键在于功能的分布上。从数据库角度看，把原主机负担的非数据库系统的工作交给客户机承担，而数据库服务器则专司DBMS的功能。,1.3 数据库系统结构,功能划分： 客户端：由一些应用程序构成，包括：格式处理、数据输入、报表输出、图形界面、用户界面等。 服务器端：数据库、完成事务处理和数据控制（并发、恢复、安全性、完整性）等方面的功能。 两层C/S结构 由服务器、客户机在局部范围内建立局域网。数据库设置在服务器