数据库-原理部分教学教案

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1、数据库原理与应用,吉林师范大学计算机学院,第一章 绪论,数据库是数据管理的工具。数据管理经历了从手工管理阶段、文件管理阶段到数据库管理阶段的变迁。,1.1 数据库系统概述,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统 一、数据库(Data Base) 存放数据的仓库（顾名思义/不准确的含义） 信息的载体/表示 尽管数据库技术已发展成熟，但还没有一个普遍接受的、严格的定义。,数据库应具备的特征/定义： （1）数据库是相互关联的数据的集合 数据库中的数据不是孤立的，数据与数据之间是相互关联的，在数据库中不仅要能够表示数据本身，还要能够表示数据与数据之间的联系。 如：学籍管理学生、课程两类数

2、据。 （2）用综合的方法组织数据 顺序、索引、聚簇Cluster,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,（4）具有较高的数据独立性 数据独立性：（包括物理独立性、逻辑独立性。具体见萨师煊等主编数据库系统概论Page11） 指数据的组织和存储方法与应用程序互不依赖，彼此独立的特性。可降低应用程序的开发代价和维护代价。,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,在数据库技术之前，数据文件的组织方式和应用程序是密切相关的。数据结构改变，相应的应用程序也必须随之修改=开发/维护代价,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,（5）具有安全控制机制，能够保证数据的

3、安全、可靠 数据库要有一套安全机制，以便有效地防止数据库中的数据被非法使用/修改； 数据库还要有一套备份/恢复机制，以保证当数据遭到破坏时将数据立刻完全恢复=继续、可靠地运行。,（6）允许并发地使用数据库，能有效、及时地处理数据，并能保证数据的一致性和完整性 一致性：数据库中的数据是共享的，并且允许多个用户同时使用相同的数据。这就要求数据库能够协议一致，保证各个用户之间对数据的操作不发生矛盾和冲突。 正确性、完整性： 保证数据正确的特性数据完整性 可通过建立一些约束条件保证数据库中的数据是正确的。 如：学生年龄20 （2或100则错误）,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,二

4、、数据库管理系统（DataBase Management System ，DBMS） 上节提到的数据库的功能/特性不是数据库中的数据固有的，是靠管理或支持数据库的系统软件DBMS提供的。 DBMS任务： 对数据资源进行管理，使之能为多个用户共享。 保证数据的安全性/可靠性/完整性/一致性/独立性,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,2 数据库操纵功能 完成对数据库中数据的操作：插入、删除、修改； 重新组织数据库的存储结构； 完成对数据库的备份/恢复等.,DBMS功能： 1 数据库定义功能 定义数据库结构和存储结构； 定义数

5、据库中数据之间的联系； 定义数据完整性约束条件和保证完整性的触发机制等.,3数据库查询功能 以各种方式提供灵活的查询功能，以便方便使用数据. 4 数据库控制功能 完成对数据库的安全性控制/完整性控制/并发控制 5 数据库通信功能 在分布式数据库或提供网络操作功能的数据库中还必须提供通信功能。,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,三、数据库系统和数据库管理员 1数据库系统 (DataBase System，DBS) 基于数据库的计算机应用系统，包括： 以数据为主体的数据库 管理数据库的系统软件DBMS 支持数据库系统的计算机硬件环境和操作系统环境 管理和使用数据库系统的人，特别

6、是DBA 方便使用和管理系统的技术说明书和使用说明书,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,2数据库管理和数据库管理员 (DataBase Administrator，DBA) 从事数据库管理工作的人员，负责数据库的全面管理工作（维护、设计） 数据库的使用会改变企事业单位的管理方式，但因为要把众多部门或用户的数据放在同一数据库中，会带来一些问题，如：数据冲突；越权使用数据；重要数据丢失 因此需要管理部门：负责和数据管理有关的工作。,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,注: DBA工作繁重、重要、关键： 除了

7、要掌握一定的数据处理、数据库技术之外，还应有处理好人际关系的素质、能力。在一个企事业中，特别是一个规模较大的数据库，不能指望一两个人来完成管理工作，所以DBA常指数据库管理部门。 开发DBS时，一开始就应设置DBA的职位或相应的机构，以明确DBA职责、权限。,数据处理是计算机应用领域中最大的一类应用 用计算机实现数据管理经历了三个发展阶段： 1 人工管理阶段 数据库管理的初级阶段。 在50年代中期以前，计算机采用的是批处理方式，主要用于科学计算。（具体见萨师煊等主编数据库系统概论Page6）,1.1.2 数据管理技术的产生和发展,2 文件系统阶段（50年代后期60年代中期） 特点： 计算机技术

8、有了很大的发展，开始广泛应用于信息处理 存储设备有了磁盘、磁鼓等可直接存取的设备 计算机有了操作系统，包括文件管理系统，用户可将数 据组织成文件体交给系统进行自动管理。 数据可长期保存在磁盘等存储设备上 程序和数据有了一定的独立性，且文件有多种形式的组 织结构：顺序、链接、索引、直接,1.1.2 数据管理技术的产生和发展,缺点： （1）数据冗余较大 每个文件都是为特定的用途设计的， 同样数据在多个文件中重复存储 进能提供以文件为单位的数据共享。 （2）程序和数据之间的独立性较差 应用程序依赖于文件的存储结构，修改文件存储结构就要修改程序,1.1.2 数据管理技术的产生和发展,（3）对数据的表示

9、和处理能力较差 文件的结构和操作比较单一，不够丰富。 （4）数据不一致 由（1）造成，更新时会造成同一数据在不同文件中的不一致。 （5）数据联系弱 文件与文件之间是独立的，文件之间的联系必须通过程序来构造。 尽管如此，文件系统在数据管理技术的发展中仍起着很重要的作用。,1.1.2 数据管理技术的产生和发展,1.1.2 数据管理技术的产生和发展,3.数据库系统阶段 从60年代后期开始，计算机用于信息处理的规模越来越大，对数据管理的技术提出了更高的要求，此时开始提出计算机网络系统和分布式系统，出现了大容量的磁盘，文件系统已不再能胜任多用户环境下的数据共享和处理。一个新的数据库管理技术DBMS由此而

10、形成，它对所有用户数据实行统一的、集中的管理、操作和维护。 特点：（具体见萨师煊等主编数据库系统概论Page9-13）,按照数据模型的进展情况，数据库系统的发展可划分为三代： 第一代：层次数据库系统和网状数据库系统 主要支持层次和网状数据模型 第二代：关系数据库系统 支持关系数据模型，该模型有严格的理论基础，概念简单、清晰，易于用户理解和使用。因此一经提出便迅速发展，成为实力性最强的产品。,1.1.2 数据管理技术的产生和发展,第三代：新一代数据库系统面向对象数据库系统 基于扩展的关系数据模型或面向对象数据模型的尚未完全成熟的一代数据库系统 。 特点：支持包括数据、对象和知识的管理 在保持和继

11、承第二代技术的基础上引进新技术(如OO) 对其他系统开放，具有良好的可移植性、可连结性、 可扩充性、互操作性。,1.1.2 数据管理技术的产生和发展,1.2 数据模型,模型对客观事物、现象、过程或系统的简化描述 所有的数据库系统都为它所要描述的世界建立了模型： 数据建模：描述了组织数据的框架结构。 如：楼房住户-数据；房间规格-数据模型 数据建模最后发展成为数据的存储方式（数据字典 中的定义） 业务功能建模：用户的最终需求。 业务功能建模最后发展成为应用程序 产生高效的应用程序的前提是良好的数据模型。（正如10 平米的房间无法成为会议厅一样，一个糟糕的数据模型也无法产生高质量的应用。,1.2

12、数据模型,为什么要建立数据模型（Data Model）： 象盖大楼的设计图一样，DM可使所有的 项目参与者都有一个共同的数据标准 避免出现问题再解决（边干便改的方式） 可及早发现问题 加快应用开发速度,1.2.1 数据模型的三要素,1数据结构 描述数据的静态特征，包括对数据结构和数据 建联系的描述。 通常按照数据结构的类型来命名数据模型： 层次结构层次模型 网状结构网状模型 关系结构关系模型 2数据操作 描述数据的动态特征：一组定义在数据上的操作（ 包括操作的含义、操作符、运算规则及其语言等） 主要操作：检索与更新（插入、删除、修改）,1.2.1 数据模型的三要素,33. 数据的约束条件 完整

13、性规则的集合，数据库中的数据必须满足 这组规则。 约束条件的主要目的是使数据库与它所描述的现实系 统相符合。 设计时：时数据模型正确、真实、有效地反映现实 运行时：保证数据库中的数据值真实地体现现实世 界的状态,1.2.2常见数据模型,根据数据模型应用目的不同，数据模型有以下几种： 概念（数据）模型（Conceptual Data Model） 面向现实世界建模 主要用来描述现实世界的概念化结构，与具 体的DBMS无关； - 现实世界的事物经过人脑的抽象加工，提取出对用 户有用的信息，经过组织整理加工形成结余现实世 界和计算机世界之间的中间模型； -CDM只关心现实世界中的事物、事务特征、联系

14、， 完全没有与具体及其相关的任何概念；,1.2.2常见数据模型,CDM是系统分析员、程序设计员、维护人员、用户 之间相互理解的共同语言； - CDM能时数据库的设计人员在设计的初始阶段摆脱 计算机系统及DBMS的具体技术问题，集中精力分析 数据、数据之间的联系； -概念模型必须转换成逻辑模型，才能在DBMS中实 现； -最常用的概念模型是E-R模型,1.2.2常见数据模型,逻辑（数据）模型（Logical Data Model） 面向用户建模 用户从数据库所看到的数据模型； - 是具体的DBMS所支持的数据模型（网状/层次 /关系/面向对象）； -既要面向用户，也要面向系统； -LDM表示数据

15、建联系的方法 -一般的DBMS支持一种LDM（特殊的DBMS支 持多种LDM）,1.2.2常见数据模型,物理（数据）模型（Physical Data Model） 面向具体的DBMS，面向机器 描述数据在存储介质上的组织结构 - PDM不仅与具体的DBMS有关，还与操作系统 和硬件有关 -每一种逻辑模型在实现时都有其对应的物理模型 -PDM加入了概念模型中为考虑的因素：触发器、 存储过程、主键、外键、索引等 - DBMS为保证其独立性和可以执行，大部分PDM 的实现工作由系统自动完成，而设计者只设计索 引、聚簇等特殊结构,1.2.3概念模型,实体-联系（Entity-Relationship）

16、概念模型 首先介绍E-R模型中常用的几个重要概念，利用它们可 构造出现实世界的数据的抽象描述。 1实体、实体型、实体集 实体（Entity） 客观存在并能相互区分的事物 如：人；数据库课程；正是用的计算机；一 场足球赛不能严格地定义实体，正如几何中“ 点”，“线”一样。 关键之处：一个实体能和别的实体区分开。,1.2.3概念模型,实体型（Entity Type） 用实体名及属性名集合来抽象刻画同类实体 实体集（Entity Set） 同型的实体组成的集合。 2属性（Attribute） 指实体所具有的某一方面的特性，一个实体可 由若干个属性来刻划。 - 属性取值在一定的范围，称为该属性的值域/域（Domain） - 唯一标识实体的属性集称为码(Key),1.2.3概念模型,3联系（Relationship） 实