数据库管理第一章

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1、第一章 数据库系统概述一、引言 二、数据模型 三、数据库系统的结构1 1数据库系统基础数据库系统基础1.1 引言一、什么是数据库l数据库是计算机软件的一个重要分 支，是近十几年发展起来的一门新兴 学科，对于数据库的定义有不同提法 。C.J.Date则从三方面描述数据库：2 2数据库系统基础数据库系统基础存储在外存介质上的数据集合；存在以这种数据为背景运行的若干个 批应用程序，对其进行检索、修改、插入 和删除，另外可能有一些联机用户从远程 终端与数据库相互作用；数据库是集成的，即包含许多用户的 数据，每个用户只享用其中的小部分，且 不同用户使用的部分数据以多种方式重叠 即单独的数据片能够被许多不

2、同用户 共享；3 3数据库系统基础数据库系统基础控制决策机构（用 户）信息规范 化策略客观事物观测机构数据库4 4数据库系统基础数据库系统基础l该图表示，人们从观测客观事物中得 到大量信息，对这些信息进行记录、整 理和归类(总称规范)，然后将规范信息 数据化并送入数据库中保存起来，其中 一部分信息可直接送入控制决策机构。 另一方面，控制决策机构向数据库发出 询问，并利用数据库响应后提供的信息( 以及其他有关信息)作出决策，再行控制 客观事物。5 5数据库系统基础数据库系统基础l图书馆是存储和负责借阅图书的部门 ；而数据库则是存储数据并负责用户访 问数据的机构。正象图书馆不能简单地 与书库等同起

3、来一样，我们也不能把数 据库仅仅理解为存储数据的集合，而应 视为一个系统，即数据库系统。6 6数据库系统基础数据库系统基础l一个图书馆要想很好地为读者服务， 必须完成以下工作：建立完善的书卡。书卡的内容和格式常 包括：书号(分类号)、书名、作者名、出版 社名、出版时间、内容摘要和其他细节。有 时为了方便读者，也按不同分类编排书卡， 加以书名、作者名或其它为索引进行编排。7 7数据库系统基础数据库系统基础图书应有组织地存放在书库中。图书馆 藏书数量很大，书库中房间和书架很多，需 要按照一定的顺序和规则(物理结构)分放图 书，并列出各类书籍存放的对应关系表，使 管理人员能按此表快速查找。规定借阅权

4、限。不同类型读者的借阅权限不同。建立周 密的借阅管理制度。l对数据库来说，也要完成类似于图书 馆的上述工作。8 8数据库系统基础数据库系统基础数据库要建立数据模型，使用户可以根 据数据模型访问数据库中的数据(如检索、插 入、删除和修改)，而不必关心数据在数据库 中的物理存储位置，就象读者可以按书卡填 写借书单，而不用顾及书籍存放在书库的什 么位置一样。数据也应有组织地在存放在存储设备上 ，并建立数据模型到物理存储位置的对应表 （这种对应称为映射）。使数据库管理系统 能够按照用户的访问请求，找到被访问数据 的存储位置。9 9数据库系统基础数据库系统基础1010数据库系统基础数据库系统基础1111

5、数据库系统基础数据库系统基础二、数据库管理的进展l数据管理是指对数据的组织、分类、 编码、存储、检索和维护。l计算机数据管理随着计算机硬件(主要 是外存储器)、软件技术和计算机应用范 围的发展而不断发展，多年来大致经历 了如下四个阶段：人工管理阶段、文件 系统阶段、数据库系统阶段、分布式数 据库系统阶段。1212数据库系统基础数据库系统基础l数据库系统阶段数据库数据库管理 系统.应用程序1应用程序21313数据库系统基础数据库系统基础这个阶段的特点： 在描述数据时不仅描述数据 本身，还要描述数据之间的联系; 数据盈余度小，易扩充; 具有较高的数据和程序的独 立性; 提供三方面的数据控制功能 ：

6、安全性、完整性、并发; 数据的最小存取单位是数据 项;1414数据库系统基础数据库系统基础三、信息的三个领域 在数据处理中将涉及不同的范畴。从 事物的特性到计算机里的具体表示， 实际上经历了三个领域一一现实世界 、信息世界和机器世界。1515数据库系统基础数据库系统基础l1现实世界l存在于人们头脑之外的客观世界，称 为现实世界。l例如，仓库管理中首先涉及的是货物 的管理，包括货物的存放、货物的进出 、货物的检查等等。这里就可能有许多 报表、图表，都是数据库系统接触到的 最原始的数据。1616数据库系统基础数据库系统基础l2信息世界l信息世界是现实世界在人们头脑中的 反映，人们把它用文字和符号记

7、载下来 。实体(entity)：客观存在并且可以相互 区别的东西称为实体。实体可以是可触及的 对象，例如一个男学生，一辆汽车等。也可 以是抽象的事件，如一次足球比赛，一次借 书等。实体集(entity set)：性质相同的同类 实体的集合，称为实体集。例如所有的男学 生，全国足球锦标赛的所有比赛等。1717数据库系统基础数据库系统基础属性(attributes)：实体有很多特性， 每一个特性称为属性。每个属性有一个值域 ，值域的类型可以是整数型、实数型或字符 串型等。例如学生有姓名、年龄、性别等属 性，相应值域的类型分别是字符串、整数和 字符串型。码（key）：能唯一标识实体集中每个 实体的属

8、性或属性集称为实体的码，也称标 识符。例如学生的姓名（不允许重名）可以 作为学生实体的码。1818数据库系统基础数据库系统基础l3.机器世界l信息世界的信息在机器世界中以数据 形式存储。字段：标识实体属性的符号集称为字段 ，或数据项。它是可以命名的最小信息单位 。例如学生有学号、姓名、年龄、性别等字 段。记录：字段的有序集合称为记录。一般 用一个记录描述一个实体，所以记录又称为 能完整地描述一个实体的符号集。例如一个 学生的记录，由有序字段集组成：（学号、 姓名、年龄、性别）。1919数据库系统基础数据库系统基础文件：同一类记录的汇集称为文件。文 件是描述实体集的，所以它又可定义为描述 一个实

9、体集的所有符号集。例如所有的学生 记录组成了一个学生文件。关键字：能唯一标识文件中每个记录的 字段或字段集称为文件的关键字，也称码。2020数据库系统基础数据库系统基础1.2数据模型描述数据的组织结构和关系，根据不 同的目的采用两种模型：l概念模型是将现实世界中的客观对象 抽象为一种信息结构，这种信息结构不 依赖于具体的计算机系统。l数学模型是数据库系统中用于提供信 息表示和操作手段的形式构架。2121数据库系统基础数据库系统基础一、模型的三要素 任何一种数据模型都是严格定义的概 念的集合。这些概念必须能够精确地 描述系统的静态特性、动态特性和完 整性约束条件。因此数据模型通常都 是由数据结构

10、、数据操作和完整性约 束三个要素组成。2222数据库系统基础数据库系统基础l1.数据结构l是所研究的对象类型的集合。这些对 象是数据库的组成部分。可分为两类：一类是与数据类型、内容、性质有关的 对象；一类是与数据之间联系有关的对象。2323数据库系统基础数据库系统基础l2.数据操作l是指对数据库中各对象（型）的实例 （值）允许执行的操作的集合，包括操 作及有关的操作规则。数据库主要有检 索和更新（包括插入、删除、修改）两 大类操作。2424数据库系统基础数据库系统基础l3.数据的约束条件l是完整型规则的集合。完整型规则是 给定的数据模型中数据及其联系所具有 的制约和依存规则，用以限定符合数据

11、模型的数据库状态以及状态的变化，以 保证数据的正确、有效、相容。2525数据库系统基础数据库系统基础二、概念模型 概念模型是设计数据库的先导，因为 它是确定数据库包含哪些信息内容的 关键。为了使数据库的设计不至由于 考虑欠周须大量修改或推倒重来，设 计者必须与用户合作，开列用户问题 表，而后对现实世界中所需考虑的客 观事物及其联系进行模拟，建立一个 正确反映客观事实的概念模型。2626数据库系统基础数据库系统基础l1.实体与属性在信息世界中，我们用实体描述客观事 物。例如：人、车、学校描述的是实体；又 如张三、第一汽车制造厂、北京大学是表示 实体的某种特征。l2.实体的唯一标识主码l3.实体之

12、间的联系设有两个均包含有若干个体的实体A、B ，其间建立了某种联系。可将联系方式分为 如下三种：2727数据库系统基础数据库系统基础一对一联系 如果A中的任一个体至多对应 于B中的一个个体；反之，B中的任一个体 ，至多对应放A中的一个个体，则称A对B 是一对一的联系（1：1）。2828数据库系统基础数据库系统基础专业系领导 领导 系主任专业系系主任系代码名称电话职工号姓名112929数据库系统基础数据库系统基础一对多联系 如果A中至少有一个个体对应 于B中一个以上个体；反之，B中任一个体 至多对应于A中一个个体，则称A对B是一 对多联系（1：m）。例如，省对县、学校 对系、班级对学生等都是一对

13、多联系。3030数据库系统基础数据库系统基础专业系学习 学习 学生学生学号姓名专业系系代码名称电话年龄性别m13131数据库系统基础数据库系统基础多对多联系 如果A中至少有一个个体对应 于B中一个以上个体；反之B中也至少有一 个个体对应于A中一个以上个体，则称A对 B是多对多联系（n：m）。例如，学生与 课程、工厂与产品、商店与顾客等都是多 对多联系。3232数据库系统基础数据库系统基础学生课程学生成绩单课程成绩单n 选课学生选课学生 课程姓名学号年龄 性别课程号 名称学号 课程号 得分mn3333数据库系统基础数据库系统基础l概念模型的表示方法很多，其中最常 用的是P.P.Chen于1976

14、年提出的实体 联系方法。E-R图提供了表示实体型、属 性、联系的方法。实体型用矩形表示， 属性用椭圆形表示，联系用菱形表示。 考察和研究了客观事物及其联系后，即 可着手建立概念模型进行描述。在模型 中，实体要逐一命名以资区别，并描述 其间的各种联系。现以教学情况为例来 建立概念模型。3434数据库系统基础数据库系统基础l假设有5个实体型，即学生、班级、课 程、教师、参考书分别具有以下属性：学生：学号、姓名、性别、年龄班级：班级编号、所属专业课程：课程号、课程名、学分 教师：职工号、姓名、性别、年龄、职 称参考书：书号、书名、内容提要、价格 3535数据库系统基础数据库系统基础l教学情况可由学生

15、、课程、教师、选 修、讲授等方面的情况组成。学生对课 程是多对多联系，因为一个学生可以学 习多门课程，而一门课程又有多个学生 学习。教师对课程假设是一对多联系， 即一个教师可以讲授多门课程，但一门 课程至多只能由一个教师讲授（同一门 课程分别由不同教师开课时，可看作几 门课，它们的课程名相同，但课程号不 同。）如下图所示，用E-R图描述教学概 念模型。3636数据库系统基础数据库系统基础课程教师参考书学生班级讲授成绩学生人数选修领导成绩1nmnm1nn13737数据库系统基础数据库系统基础学生教师课程参考书班级学号年龄职工号性别年龄职称姓名课程名学分课程号班名书号班号价格出版社专业号姓名性别书

16、名3838数据库系统基础数据库系统基础三、几种数据模型 数据模型是数据库系统中用于提供信 息表示和操作手段的形式构架。在数 据库系统中通常按照数据结构的类型 来命名数据模型。有三种主要的数据 模型：l层次模型l网状模型l关系模型3939数据库系统基础数据库系统基础l关系模型用表格数据来表示实体和实体间联系 的模型叫关系模型。 文件存放两类数据： 实体本身； 实体间的联系。4040数据库系统基础数据库系统基础1.3数据库系统的结构一、数据库的体系结构 数据库系统的体系结构是数据库系统 的一个总的框架，它具有三级模式的 结构特征。数据库系统的三级模式结 构由外模式、模式、内模式组成。如 图下所示。4141数据库系统基础数据库系统基础子模式外模式模式映象逻辑模式模式内模式映象存储模式数据库应用A应用B应用C应用D应用E模式1模式2模式3模式内模式4242数据库系统基础数据库系统基础数据库系统的三级模式是对数据的三 个抽象级别，它把数据的具体组织留 给DBMS管理，使用户能逻辑地抽象地 处理数据