第3章 数据库系统基础知识

《第3章 数据库系统基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章 数据库系统基础知识（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、3.1 数据管理技术的发展 3.2 数据库系统的组成 3.3 数据库系统的模式结构 3.4 数据模型 3.5 主流的DBMS产品简介数据管理技术的产生与发展什么是数据处理是指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。什么是数据管理是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，它是数据处理的中心问题3.1.1 人工管理阶段20世纪50年代中期之前 3.1.2 文件系统阶段20世纪50年代到60年代中期 3.1.3 数据库系统阶段20世纪60年代后期以来3.2.1 数据库(DB)数据库，顾名思义是存放数据的仓库。只不过这个仓库是在计算机存储设备上，而且数据是按一定的格式存放的。数

2、据库的特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享减少冗余数据独立性较高易扩展3.2.2 数据库管理系统(DBMS)数据库管理系统是解决如何科学的组织和存储数据，如何高效的获取和维护数据的一个介于用户与操作系统之间的系统软件，是数据库系统中的重要组成部分。 用 系 应 统发 工 开 具 用 软 应 件B M D S编 统 译 系作 系 操 统硬件数据库在计算机系统中的地位3.2.3 数据库管理员(DBA)数据库的建立、使用和维护等工作仅靠DBMS远远不够，还要有专门的人员来完成，这些人被称为数据库管理员。数据库管理员是控制数据整体结构的一组人员，负责数据库系统的正常运行，承担创建、

3、监控和维护数据库结构的责任。外部层:各个用户看到的数据库内部层：机器看到的数据库概念层：数据库管理员看到的数据库数据如何存储到计算机中首先将现实世界中的客观对象抽象为概念模型；然后把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。现实世界信息世界 概念模型机器世界 DBMS支持的数据模型认识抽象转换现实世界中客观对象的抽象过程3.4.1 概念模型1、实体（Enity） 客观存在，可以相互区别的事物称为实体。 实体可以是具体的对象，如学生、一堂课等。也可以是抽象的对象，如一次借书，老师与系的工作关系等。2、属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为

4、属性。 如学生实体可以由学号、姓名、性别、出生年份等属性组成。 3.4.1 概念模型3、联系（Relationship） 在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。 实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系。 实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。如教师与学生的讲授联系，学生与课程的选修联系等。3.4.1 概念模型4、 关键字（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。 如学号是学生实体的码。5、域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域。 如学号的域为为8位整数，年龄龄的域为为小于30岁岁的整数，性别别的域为为（男

5、，女）等。6、实体集（Enity Set） 同型实体的集合称为实体集。如全体学生就是一个实体集。3.4.1 概念模型E-R模型的基本概念 E-R图实体用矩形表示，矩形框内写明实体名举例：学生教师课程关系关系用菱形表示。菱形框内写明关系名，并用无向边与关系 实体连接起来举例教师学生讲授这里有三种类型的关系： 一对一（1：1) (社会科学系)仅有一个系主任 一对多 (1:N) 一个教师面对很多学生 多对多 (M:N) 一个学生可以选修许多课程属性 属性用椭圆来表示,用其性质的名字来标识关键属性用属性名下加下划线来标识 举例学生学 号姓 名性 别出生年 份入学时 间系实体-关系模型其中：实体课程和教

6、师；关系讲授属性编号、名称、教师编号、姓名和年龄课程教师讲授编 号名 称教师编 号姓名年龄mn逻辑模型的类型是：层次模型网络模型关系模型层次模型在层次模型中, 数据以树的形式表示。层次模型应满足下面两个基本条件：有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；根以外的其它结点有且只有一个双亲结点。层次模型示意图层次模型在层次模型中, 每个结点表示一个实体。实体之间的联系用有向边（指针）表示，这种联系 是父子之间的一对多的联系。在层次模型中，同一双亲的子女结点称为兄弟结点，没有子女结点的结点称为叶结点。举例D10计算机系9号楼C01硬件教研室 C02软件教研室00001王平20 00002李丽

7、20电器92001王海 自动化92002张铮数据库92003许明 人工智能92004陈真院系编号院系名称办公地点教研室编号 教研室学号姓名年龄专业方向职工号姓名院系教研室教师学生教学院系 数据模型教学院系数据库的一个实例层次模型的优缺点优点：层次数据模型本身比较简单；对于实体间的联系是固定的、预先定义好的应用系统， 实现性能好；提供了良好的完整性支持。缺点：对于多对多联系，一个结点只能有一个双亲，此时只能 通过引入冗余数据（易产生数据不一致）来解决；对插入和删除操作限制比较多；查询子女结点必须通过双亲结点。网状模型用网状结构表示实体类型及实体之间联系的数 据模型满足下面两个条件的基本层次联系的

8、集合为网 状模型：允许一个以上的结点无双亲；一个结点可以有多于一个的双亲。网状模型是一种比层次模型更具有普遍性的结 构。层次模型实际上是网状模型的一个特例。网状模型1 2R3L1 L2R1 R2L1 L2 R3L4R4 R5网状模型与层次结构一样，网状结构中每个结点表示一个实体，结点之间连线表示实体之间一对多的联系；在层次模型中子女结点与双亲结点的联系是唯一的，而在网状模型中这种联系可以不唯一。网状模型举例：学生与课程之间是多对多的联系，要引入一个学生选课的联结实体学生选课课程的网状数据库模型网状模型的优缺点优点：能够更为直接的描述显示世界；具有良好的性能，存取效率较高。缺点： 结构比较复杂，

9、而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变 得越来越复杂，不利于最终用户掌握。由于实体之间联系是通过存取路径实现的，应用程序在访问数据时必须选择适当的存取路径，因此，用户必须了解系统结构的细节，加重了编写程序的负担。关系模型关系模型时目前最重要的一种数据模型。Dr. E. F. Codd 在1970第一次描述了关系型模型，开创了数据库关系方法和关系数据理论的研究。关系模型与以往的模型不同，它是建立在严格的数学概念基础上的。关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统。3.4.2 关系模型在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表， 它由行和列组成。现在以学生人事记录表为例，介绍关系模型中的一

10、些概念。3.4.2 关系模型关系模型要求关系必须是规范化的，关系中的每一个分量必须是一个不可分的数据项，也就是说不允许表中还有表。不可以如下：2关系的基本特点在关系模型中，关系具有以下基本特点：（1）关系必须规范化，属性不可再分割。规范化是指关系模型中每个关系模式都必须满足一 定的要求，最基本的要求是关系必须是一张二维表 ，每个属性值必须是不可分割的最小数据单元，即 表中不能再包含表。（2）在同一关系中不允许出现相同的属性名。Visual FoxPro不允许同一个表中有相同的字段名。（3）关系中不允许有完全相同的元组，即冗余。（4）在同一关系中元组的次序无关紧要。也就是说，任意交换两行的位置并

11、不影响数据的实际含义。（5）在同一关系中属性的次序无关紧要。任意交换两列的位置也并不影响数据的实际含义，不会改变关系模式。以上是关系的基本性质，也是衡量一个二维表格是否构成关系的基本要素。在这些基本要素中，有一点是关键，即属性不可再分割，也即表中不能套表。3关系模型的优点 （1）数据结构单一。关系模型中，不管是实体还是实体之间的联系， 都用关系来表示，而关系都对应一张二维数据表 ，数据结构简单、清晰。 （2）关系规范化，并建立在严格的理论基础上。关系中每个属性不可再分割，构成关系的基本规 范。同时关系是建立在严格的数学概念基础上， 具有坚实的理论基础。 （3）概念简单，操作方便。关系模型最大的

12、优点就是简单，用户容易理解和 掌握，一个关系就是一张二维表格，用户只需用 简单的查询语言就能对数据库进行操作。 3.4.2 关系数据库以关系模型建立的数据库就是关系数据库（ RDB：Relational Database）。关系数据库中包含 若干个关系，每个关系都由关系模式确定，每个关系 模式包含若干个属性和属性对应的域，所以，定义关 系数据库就是逐一定义关系模式，对每一关系模式逐 一定义属性及其对应的域。一个关系就是一张二维表格，表格由表格结构 与数据构成，表格的结构对应关系模式，表格每一列 对应关系模式的一个属性，该列的数据类型和取值范 围就是该属性的域。因此，定义了表格就定义了对应 的关

13、系。 在Visual FoxPro中，与关系数据库对应的 是数据库文件（.dbc文件），一个数据库文件 包含若干个表（.dbf文件），表由表结构与若 干个数据记录组成，表结构对应关系模式。每 个记录由若干个字段构成，字段对应关系模式 的属性，字段的数据类型和取值范围对应属性 的域。一个关系模型的实际例子：学生选课课 程关系模型。学生管理数据库中的表表之间的关系关系运算符关系运算符的分类传统的集合运算（并、差、交、广义笛卡尔积）专门的关系运算（选择、投影、连接、除）关系运算符（1）Union(并):由已知关系的任何一方或双方所出 现的元组建立起来的一种关系。对R和S的要求：具有相同类型的属性相应

14、的属性取自同一个域RS ：仍与R或S具有相同类型的属性由属于R或属于S的元组组成（取消重复的元组举例 R:运动队，S：书法社学号姓名95001王敏95002张力95003刘晨学号姓名95003刘晨95004李燕RSRS = 参加了运动队 或参加了书法 社的同学学号姓名95001王敏95002张力95003刘晨95004李燕关系运算符（2）Differenct(差):建立一种出现在所指的第一个关 系而不出现所指的第二个关系的元组关系。 对R和S的要求：具有相同类型的属性相应的属性取自同一个域R-S ：仍与R或S具有相同类型的属性由属于R而不属于S的所有元组组成举例 R:运动队，S：书法社RS学号

15、姓名95001王敏95002张力95003刘晨学号姓名95003刘晨95004李燕R-S = 参加了运动队 而没有参加书 法社的同学 学号姓名95001王敏95002张力关系运算符（3）Inersection(交):建立一种由二边关系的元 组组成的关系。对R和S的要求：具有相同类型的属性相应的属性取自同一个域RS ：仍与R或S具有相同类型的属性由既属于R而且又属于S的所有元组组成举例 R:运动队，S：书法社RSR S = 既参加了运动队 又参加了书法社 的同学 学号姓名95001王敏95002张力95003刘晨学号姓名95003刘晨95004李燕学号姓名95003刘晨关系运算符（5）Restrict(抽行):根据条件从已知关系中抽 出符合要求的相关元组或行。称为选择（Selection）选择运算是从行的角度进行的运算举例学 号 Sno姓 名 Sname性 别 Ssex年 龄 Sage所 在