第1章-数据库系统概论

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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。 例：有一飞机订票系统，甲、乙两用户从不同的终端订同 一航班的机票各一张，假设该航班剩余机票15张，两事务 执行的顺序如下：甲 乙 (a) 读出机票余额 (b) 读出机票余额

2、 (C) 订票，修改机票余额 (d) 订票，修改机票余额 (e) 写数据库文件 (f) 写数据库文件第一章 数据库系统概论（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）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应用程序n数据集n1.1 信息与数据库n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 数据库系统文件 系统文件1应用程序1文件2应用程序2文件n应用程序n文件系统管理数据的优缺点：优点：提供了物理数据独立性。 缺点：数据冗余大，未实现数据共享

3、、未提供对数据进行集 中管理和控制的功能。1.1 信息与数据库n 数据库系统的特点：（1）数据结构化、集成化结构化体现在数据库的结构要依据DBMS所支持的 数据模型来建立。集成化体现在数据不再面向特定的某个 或多个应用，而是面向整个应用系统。看下面的例子：1.1 信息与数据库例：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：序号姓名性别别年龄龄职职称单单位工龄龄工资资人事文件科研文件序号姓名性别别年龄龄职职称单单位科研名称经费经费教学文件序号姓名性别别年龄龄职职称单单位课课程名学时时 工资文件序号姓名单单位工资资工龄补龄补 贴贴房租 水电电试建立该系统的数

4、据结构。1.1 信息与数据库n文件系统：建立与上述结构相同的四个文件。n存在的问题：n数据冗余大。n文件是独立的、分散的，只反映文件本 身的结结构，而未反映文件间间的联联系，因而不能 进进行文件交叉访问访问 。 1.1 信息与数据库 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：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。 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

5、间利用、效率等，按物理存储的最佳形式来组织文件结构。1.1 信息与数据库第一层水 电房 租学 时课程 名经 费科研 名称工 资工 龄单 位职 称年 龄性 别姓 名序 号第二层单位职称年龄性别姓名序号经费科研名称序号学时课程名序号水电房租工资工龄序号第三层应用程序1应用程序2应用程序nDBMS1.1 信息与数据库n数据库系统中程序与数据间的关系：1.1 信息与数据库（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 信息与

6、数据库n相关的几个概念n数据库(DB-Data Base)：n按一定结构组织存储的、集成 的、可共享的数据的集合。n数据库管理系统(DBMS-Data Base Management System)：n管理和维护数据库的系统软件 。n数据库系统(DBS-Data Base System)：n具有管理数据库功能的计算机 系统。DBDBMS主机外存1.1 信息与数据库nDBMS的软件地位nDBS的层次关系用户、应用软件DBMSOSDB开发工具OS硬件用户DBMS应用软件1.1 信息与数据库n 文件系统与数据库系统的异同：相同点:（1）都是以文件为基本单位存储数据。（2）数据都有逻辑结构与物理结构之

7、分。（3）都有专门的软件系统管理数据。不同点:（1）文件系统中的文件是面向应用组织的，一个文件 基本对应一个应用程序，数据间的联系弱；数据库系统中的文 件是面向整个应用系统组织的，减少了数据冗余，实现了数据 共享。（2）数据库系统中的逻辑结构又分成局部数据逻辑结 构和全局数据逻辑结构两级。（3）DBMS管理数据的功能比OS中的文件系统统要强得多。 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界中事物间的联系。n 数据模型是表示数据及其联系的模型。n 数据模型分类（按模型应用的不同目的划分）n概念模型（也称语义模型） （常用E-R模型）n结构数据模型（简称

8、数据模型） （层次模型、网状模型 、关系模型等） 注意：v 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。v 结构数据模型着重于具体描述数据的数据结构。1.2 数据模型能否一步到位，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 数据模型一. 信息的三个世界现实 世界认识、分 析、抽象DBMS支持 的数

9、据模型机器世界概念 模型信息世界描述 规范 转换1.2 数据模型n信息世界的基本概念： 实体 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 实体集1.2 数据模型 n三个世界术语间关系信息世界机器世界现实世界实体内联系 学生 学 号 姓 名 年龄 性别 籍贯 学生1 990927 胡 伟 22 男 湖南 学生2 990652 张春明 24 男 湖北 学生3 991091 程会军 23 男 山西 学生4 990676 王 翌 22 女 四川 实体值1 型 实体值3 实体值4 值1 值2 值3 值4 型 事物 特征 现实世界 实体 属性 记录 项

10、机器世界 信息世界 实体之间的联系1.2 数据模型二. 概念模型 n实体型间的联系:n1:1 n1:m nm:nn例：n系 - 系主任(1:1)n学生 - 座位(1:1)n班级 - 学生(1:m)n公司 - 职员(1:m)n学生 - 课程(m:n)n运动员 - 项目(m:n)n设实体集： n A B1.2 数据模型E-R(Entity-Relationship)模型:n实体 属性 联系sum? 总分: sum ? 成绩: scorescoren例1：n注意： 1. 联系也可以有属性。 2. 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。no学生s课程cS-Cag

11、enamecnocnamemn1.2 数据模型n实体型间联系的表示: 两实体型间 多实体型间 同一实体集内部门D职工EE-D联系名实体型A实体型B11nm1n供应商供求项目零件pmn供应商项目零件mnnnmm1.2 数据模型职工工号姓名年龄民意测验性别职称领导1m零件代号名称数量价格组装mn实体联系模型之例n 例：为某百货公司数据库系统设计一个E-R模型。百货公司管辖若干连锁商店，每家商店经营若干商品，每家商店有若干职工，但 每个职工只能服务于一家商店。商店的属性有：店号、店名、店址 、店经理。商品的属性有：商品号、品名、单价、产地。职工的属 性有：工号、姓名、性别、工资。在联系中应反映出职工

12、参加某商 店工作的开始时间，商店销售商品的月销售量。n E-R模型设计的一般步骤：n确定实体集n确定实体集之间的联系和联系的类型n确定属性（实体属性、联系属性） 实体联系模型之例职 工商 品商 店店号店址店名产地单价品名工资性别姓名工号店经理商品号开始时间月销售量经 营隶 属1nmm百货公司的E-R图1.2 数据模型三.数据模型的组成及分类 （特指结构数据模型）1. 组成数据模型的三要素(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。

13、1.2 数据模型2.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 以对象类和类层次为基本的数据结构。（3）XML(eXtensible Markup Language-可扩展的标记语言)数据 模型XML是互联网上数据表示和交换的标准。XML是一种树状模型 。（4）谓词模型 是一种基于逻辑的数据模型。（5）扩充的数据模型 在基本数据模型基础上进行扩充、综合多种模型的特点所 得到的模型。1.2 数据模型四.三种基本数据模型1.层次模型 (1)数据结构n树结构记录类型1: n的联系R1R3R2R4R5n层次数据库的型与值：n见P.15n层次模型的基本特点：

14、n需按路径查看给定记 录的值。1.2 数据模型(2)数据操纵与完整性约束n数据操纵：n查、插、删、改结点 值n使用过程化语言n需满足完整性约束条件：n插入：无双亲不能插 子女；n删除：删双亲则子女 无；n修改：保证一致性。1.2 数据模型2. 网状模型 (1) 数据结构n图结构（更多采用 DBTG的系结构）n系结构n以记录类型为结点的 二级树。L1L2RiRjRk系主成员 网状模型m:n联系的表示 分解法：将一个m:n关 系分解为两个系结构。1.2 数据模型(2) 网状模型的操纵n 基本数据操作n 对记录的操作n 对系的操作n 使用过程化语言1.2 数据模型3. 关系模型(1)数据结构属性元组学号 姓名 年龄 n关系n元组n属性n元数（度、目）n关系模式：关系结构的描述。R(A1 ，A2，A3，.，An)表 结 构关系名属性名例：学生(学号，姓名，年龄)1.2 数据模型(2)操纵与完整性约束n数据操纵：查、插、删、改结点值n需满足关系的完整性约束条件n使用非过程化语言 (3) 存储结构以文件形式存储表 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 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