数据库系统原理及应用

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1、数据库系统原理及应用软件与理论教研室教学用书数据库系统概论(第四版) 萨师煊，王珊；高等教育出版社；2006.5上机环境：Microsoft SQL Server 2000/20052教学参考资料数据库系统导论C.J.Date著孟小峰王珊等译,机械工业出版社数据库系统基础（第三版）Ramez Elmasri等著 邵佩英张坤龙等译 人民邮电出版社数据库系统概论学习指导与习题解答 王珊，清华大学出版社。数据库系统概念（原书第5版） 希尔伯沙茨（美）等著，杨冬青译，机械工业出版社 www.chinadb.org 中国人民大学数据库系统概论国家精品课程网站http:/:8088/database/ 数

2、据库系统概论教学资源网3内容安排 基础篇n第一章 绪论n第二章 关系数据库n第三章 关系数据库标准语言SQLn第五章 数据库完整性 设计与应用开发篇n第六章 关系数据理论数据库设计n第七章 数据库设计n第八章 数据库编程n补充：MS SQL Server 2000程序设计 系统篇n第九章 关系查询处理和查询优化n第十章 数据库恢复技术n第十一章 并发控制4考核办法期末笔试（卷面100分,120分钟） 总评成绩=笔试成绩（70%）+平时成绩（30%） 平时成绩：考勤、作业、实验、平时表现5数据库系统原理及应用 第一章 绪论第一章 绪论1.1 数据库系统概述1.2 数据模型1.3 数据库系统结构1

3、.4 数据库系统的组成1.5 小结7数据库的地位 数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进 了计算机应用向各行各业的渗透。 如：OLTP，OLAP，事务处理，信息系统，企业管理， CAD/CAM，CIMS，e-Government，e-Commerce，GIS等。 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。 数据库课程是计算机类专业的核心基础课程。8数据库在计算机系统中的位置91.1.1 四个基本概念数据(Data) 数据库(Database) 数据库管理系统(D

4、BMS) 数据库系统(DBS)10一、数据(Data)数据(Data)是数据库中存储的基本对象 数据的种类n文本、图形、图像、音频、视频学生的档案记录、货物的运输情况等 数据的定义n描述事物的符号记录 数据的特点n数据与其语义是不可分的11数据举例数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的。n例如 93是一个数据语义1：学生某门课的成绩语义2：某人的体重语义3：某专业学生人数语义4：12数据举例学生档案中的学生记录 （李明，男，197205，江苏南京市，计算机系， 1990）n语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在 院系、入学时间n解释：李明是个大学生，1972年5月出生，江苏 南京

5、市人，1990年考入计算机系请思考另外解释和语义13信息（Information） 信息是能够通过文字、图像、声音、符号、数据等为人类获 知的知识或：信息是人们消化理解了的数据，是对客观世界的认识， 即知识。或：由原始数据经加工提炼而成的、用于决定行为、计划或 具有一定语义的数据称为信息。如：数据：59/61语义：成绩（百分制）信息：不及格/及格数据和信息之间的关系如同原料和成品，同时又具有相对性 。 数据是信息的载体，是用于表示信息的符号。对数据进行有 效处理才能发现有用的信息。信息则是数据的内涵，是对数 据的语义解释。14数据处理 数据处理是将数据转换成信息的过程，包括对数据 的收集、存储

6、、加工、检索、传输等一系列活动。 其目的是从大量的原始数据中抽取和推导出有价值 的信息，作为决策的依据。 可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系 ：信息=数据+数据处理 数据是原料，是输入，而信息是产出，是输出结果 。“信息处理”的真正含义应该是为了产生信息而 处理数据。15数据管理技术的产生和发展什么是数据管理n对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维 护n数据处理的中心问题n主要围绕提高数据独立性、降低数据的冗余度、 提高数据共享性、提高数据的安全性和完整性等方面 来进行改进，使使用者能有效地管理和使用数据资源 。数据管理技术的发展过程n人工管理阶段(20世纪40年代中-50年代中

7、)n文件系统阶段(20世纪50年代末-60年代中)n数据库系统阶段(20世纪60年代末-现在)16数据管理技术的产生和发展(续)数据管理技术的发展动力n应用需求的推动n计算机硬件的发展n计算机软件的发展17一、人工管理阶段 时期n20世纪40年代中-50年代中 产生的背景n应用需求科学计算n硬件水平无直接存取存储设备n软件水平没有操作系统n处理方式批处理18人工管理阶段的特点 特点n数据的管理者：用户（程序员），数据不保 存n数据面向的对象：某一应用程序 n数据的共享程度：无共享、冗余度极大n数据的独立性：不独立，完全依赖于程序n数据控制能力：应用程序自己控制n数据的结构化：无结构人工管理阶段

8、应用程序与数据之间的对应关系 19二、文件系统阶段 时期n20世纪50年代末-60年代中 产生的背景n应用需求科学计算、管理n硬件水平磁盘、磁鼓n软件水平高级语言、文件系统n处理方式联机实时处理、批处理20文件系统阶段的特点 特点 数据的管理者：文件系统，数据可长期保存 数据的结构化：记录内有结构,整体无结构 数据面向的对象：某一应用程序 数据控制能力：应用程序自己控制 数据的共享程度：共享性差、冗余度大 数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构 改变必须修改应用程序文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 21文件系统中数据的结构记录内有结构。 数据的结构是靠程序定义和解释的。 数据只能是定长

9、的。n可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。 文件间是独立的，因此数据整体无结构。n可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系。 数据的最小存取单位是记录。22三、数据库系统阶段时期n20世纪60年代末以来 产生的背景n应用背景大规模管理n硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列n软件背景有数据库管理系统n处理方式联机实时处理,分布处理,批处 从文件到数据库系统，标志着数据管理技术的飞跃23数据管理三个阶段的比较(p6)24基本概念二、数据库（Database,DB ） 定义n数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的

10、集合 。 数据库的基本特征n数据按一定的数据模型组织、描述和储存（结构化）n可为各种用户共享n冗余度较小n数据独立性较高n易扩展25基本概念三、数据库管理系统 （DataBase Management System,DBMS）什么是DBMSn位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。n是基础软件，是一个大型复杂的软件系统 DBMS的用途n科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据26DBMS的主要功能1.数据定义功能提供数据定义语言(Data Definition Language,DDL)可定义数据库中的数据对象 2.数据组织、存储和管理分类组织、存储和管理各种数据（包括数据字典，用户数据，

11、数据的存取路径等等）确定组织数据的文件结构和存取方式实现数据之间的联系提供多种存取方法提高存取效率27DBMS的主要功能3.数据操纵功能提供数据操纵语言(Data Manipulation Language,DML)实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改)4.数据库的事务管理和运行管理数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复28DBMS的主要功能5.数据库的建立和维护功能(实用程序)数据库初始数据装载转换数据库转储介质故障恢复数据库的重组织性能监视分析等 6.其它功能DBMS与网络中其它软件系统的通信两个D

12、BMS系统的数据转换异构数据库之间的互访和互操作29基本概念四、数据库系统 什么是数据库系统（Database System，简称DBS）在计算机系统中引入数据库后的系统构成 数据库系统的构成n数据库n数据库管理系统（及其开发工具）n应用系统n数据库管理员 （DataBase Administrator,DBA）30数据库应用 系统应用开 发工具操作系 统数据库 管理系统数据库 管理员用户用户用户数据库系统相互有 关联关 系的 数据 的集合DBDBMS管理数 据库的 系统 软件DBA应用程序1应用程序2应用程序n计算机系统31数据库在计算机系统中的位置321.1.3 数据库系统的特点数据结构化

13、 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33一、数据结构化 整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 整体结构化n不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织n不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具 有联系34例：某学校学生信息系统的学生数据整体数据的结构化：不仅考虑某个应用的数据结构，还要考虑整个组织的数据结 构。在描述数据时不仅要描述数据本身，还要描述数据间的联系。35例：学生成绩管理系统例：要建立学生成绩管理系统，系统包含学生（学号、姓名、性别、系别、年龄、家庭住址、联系 电话）课程（课程号、课程名、学分）成绩（学号、课程号、成绩、所在学期） 等数据

14、，分别对应三个文件。若采用文件处理方式，因为文件系统只表示记录内 部的联系，而不涉及不同文件记录之间的联系，要 想查找某个学生的学号、姓名、所选课程的名称和 成绩，必须编写一段不简单的程序来实现。而采用数据库方式，数据库系统不仅描述数据本身 ，还描述数据之间的联系，上述查询可以非常容易 地联机查到。36二、数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面 向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使 用。数据共享的好处n减少数据冗余，节约存储空间n避免数据之间的不相容性与不一致性 n使系统易于扩充37数据独立性高 物理独立性n指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库 中数

15、据是相互独立的。当数据的物理存储改变了 ，应用程序不用改变。逻辑独立性n指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相 互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也 可以不变。数据独立性是由DBMS的三级模式结构和二级映像 功能来保证的。数据与程序的独立，把数据定义从程序中分离出来，而数据的存取 方法又由DBMS负责提供，简化了应用程序的编制，大大减少了应用 程序的维护和修改。38应用程序与数据的对应关系(数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 39四、数据由DBMS统一管理和控制 DBMS提供的数据控制功能 (1)数据的安全性（Security）保护保

16、护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄 密和破坏。 (2)数据的完整性（Integrity）检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满 足一定的关系。 (3)并发（Concurrency）控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互 干扰而得到错误的结果。 (4)数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态 。401.2 数据模型1.2.1 两大类数据模型1.2.2 数据模型的组成要素1.2.3 概念模型1.2.4 最常用的数据模型1.2.5 层次模型1.2.6 网状模型1.2.7 关系模型41数据模型（Data Model）在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。 通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟