数据库原理教程1

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1、数据库系统原理任课教师：牛常勇 email：February 20, 2012数据库系统原理2February 20, 2012数据库系统原理3Jiawei Han在数据库领域做出杰出贡献的郑州大学校友韩家炜February 20, 2012数据库系统原理42002年，我校承办POST-VLDB暨第十九届全国数据库学术会议中国计算机学会数据库专业委员会网址：http:/www.ccf- 20, 2012数据库系统原理5参考书王珊、萨师煊，数据库系统概论（第四版），高等教育出版社，2006A. Silberschatz, H. F. Korth, S. Sudarshan, Database S

2、ystem Concepts (4th Edition), McGraw-Hill, 1999中译本：数据库系统概念（第四版），杨冬青、唐世渭等译，机械工业 出版社，2003R. Elmasri and S.B. Navathe, Fundamentals of Database Systems (5th Edition), Addison Wesley, 2004中译本：数据库系统基础：初级篇（第5版），邵佩英等译，人民邮电 出版社，2007.10February 20, 2012数据库系统原理6数据库的地位数据库技术产生于六十年代末, 经历了三十余年的发展, 是数据管理的技 术, 是计算机

3、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系统是最广泛使用的软件系统之一数据库研究, 开发与应用是计算机学科最活跃的领域之一三位图灵奖得主Charles W. Bachman (1973) 数据库技术Edgar F. Codd (1981) 关系数据库系统James Gray (1998) 数据库事务处理数据库涵盖了计算学科的14个主流领域之一“信息管理”的主要内容February 20, 2012数据库系统原理7课程内容数据库系统原理主要讲述结构

4、化数据的管理非结构化数据, 如文本, 需要不同的技术更复杂的数据结构, 如图和多媒体数据, 需要更高级的技术结构化-管理复杂事物的手段将一个对象的数据组织在一个记录中-最基本的方法对象之间是有联系的相同类型的对象之间有联系例如, 人之间存在领导和被领导联系不同类型的对象之间也有联系例如, 学生(李平)和课程(数据库系统原理)之间可能存在联系, 如果李平选修了数据库系统原理的话建立的结构还要反映联系February 20, 2012数据库系统原理8课程内容(续)如何对描述现实世界的数据结构化数据库通过数据模型实现主要讲述E-R模型(对现实世界直观建模)和关系模型(建立面向计 算机系统的模型)模型

5、的三要素: 结构、操作和约束数据库语言抽象语言实际系统使用的语言(SQL)如何设计和建立一个好的模型-需要设计理论的指导如何设计数据库应用系统数据库系统一些内部特征安全性和完整性、并发控制、恢复技术February 20, 2012数据库系统原理9内容安排第1章 数据库系统概述 第2章 实体-联系模型第3章 关系数据模型第4章 关系数据库标准语言SQL第5章 完整性和安全性第6章 关系数据库的设计理论第7章 数据库设计第8章 查询处理和优化第9章 事务与并发控制第10章 数据库的恢复技术*第11章 XML*第12章 ODBC编程第1章 数据库系统概述February 20, 2012数据库系统

6、原理11第1章 数据库系统概述1.1 引言1.2 数据模型1.3 数据库系统的结构1.4 数据库语言 1.5 数据库管理员与数据库用户 1.6 数据库技术的发展 1.7 小结1.1 引言February 20, 2012数据库系统原理131.1 引言1.1.1 为什么需要数据库管理系统1.1.2 数据库管理系统与数据库February 20, 2012数据库系统原理141.1.1 为什么需要数据库管理系统1. 数据管理的例子2. 数据管理的基本操作3. 实际应用对数据操作的要求February 20, 2012数据库系统原理151. 数据管理的例子零售业管理产品、客户和购买信息银行业管理客户、

7、帐户和存贷款信息制造业管理供应、订单、库存、销售等信息交通例如，航空公司管理航班和订票信息，铁路部门管理客车和火车票 销售信息，公路交通部门管理班车和客车票销售信息电信业管理通讯网络信息、存储通话记录、维护电话卡余额February 20, 2012数据库系统原理16数据管理的例子(续)图书馆管理图书资料、读者和借阅信息政府部门例如，税务部门需要管理纳税人信息和纳税信息，交管部门需要管 理车辆信息和驾驶员信息学校管理学生、教师、课程信息和学生成绩要将这些数据存储在计算机系统中，所面临的共同问题是如何合理地组织数据如何有效地访问数据February 20, 2012数据库系统原理172. 数据管

8、理的基本操作数据查询计算机系统中(我们暂且称它为数据库)查找用户需要的信息例如，查找图书，查阅学生成绩，查找商品价格等。 数据插入将新的数据输入到数据库中用数据库的术语，这种操作称作“插入”。例如，新产品的信息需要输入数据库，新的银行帐户信息需要输入数据库，等等 February 20, 2012数据库系统原理18数据管理的基本操作(续)数据删除从数据库删除不再需要的数据。例如，车辆报废，其相关信息要从数据库中删除；帐户注销，其信息要从相关数据库中删除；等等 数据修改修改数据库中某些数据。例如，某种商品降价，修改它的价格。本质上，修改可以用删除+插入实现。然而，修改作为一种单独的操作是方便的。

9、数据的插入、删除和修改统称数据更新 February 20, 2012数据库系统原理193. 为什么需要数据库系统不同的应用涉及不同的数据许多应用表面看来很不相同, 似乎没有什么共同点例如, 超市的数据库存储的数据与银行数据库存储的数据很不相同, 用法也很不相同对于一类数据管理, 它们都需要如下基本操作数据查询/检索数据更新（数据的插入、删除和修改）数据的查询和更新操作在多用户对数据库的并发访问、面临各种故障的环境进行的在这种环境下，要保证数据的安全性数据的完整性数据的一致性February 20, 2012数据库系统原理20实际应用对数据操作的要求并发访问允许多个用户同时对数据库中的数据进行

10、访问面临故障各种各样的故障都可能发生，必须确保数据在任何情况下都不被破 坏例如，银行存款数据不能因突然停电而丢失或破坏数据的安全性防止用户对数据进行未经授权的访问例如，可以允许银行客户查看自己的存款余额，但不能允许他/她们 修改February 20, 2012数据库系统原理21实际应用对数据操作的要求(续)数据的完整性防止不符合语义的数据进入数据库例如，我们不能将负数作为学生的成绩输入到数据库中数据的一致性防止数据库进入不一致状态例如，从帐户A转1000元到帐户B涉及将帐户A的存款额减去1000元 ，将账户B的存款增加1000元。这两个操作要么都做，要么都不做 。 必须保证即使发生故障也不会

11、影响数据库的一致性 February 20, 2012数据库系统原理22实际应用对数据操作的要求(续)上述要求，加上查询的条件的多样性和复杂性，使得数据的查询和更新 的实现很复杂共同的需要值得开发专门的软件程序实现，不必每个应用都写类似的程 序开发专门的软件系统管理数据，提供数据的组织和基本操作是必要的这种软件系统就是数据库管理系统，即DBMS数据库管理系统（Database Management System，DBMS）是一种重要的程序设计系统，它由一个相互关联的数据集合和一组 访问这些数据的程序组成。这个数据集合称为数据库，它包含了一 个企业、政府部门或一个单位的全部信息。DBMS的基本目

12、标是提供一个方便、有效地访问这些信息的环境。 February 20, 2012数据库系统原理23用户用户用户应用系统应用开发工具数据库管理系统操作系统数据库管理员数据库管理系统在计 算机系统中的地位数据库DBMSFebruary 20, 2012数据库系统原理24DBMS的功能1. 数据定义提供数据定义语言（DDL），用于定义数据库中的数据对象和它们 的结构2. 数据操纵提供数据操纵语言（DML），用于操纵数据，实现对数据库的基本 操作（查询、插入、删除和修改）3. 事务管理和运行管理统一管理数据、控制对数据的并发访问保证数据的安全性、完整性确保故障时数据库中数据不被破坏，并且能够恢复到一致

13、状态February 20, 2012数据库系统原理25DBMS的功能(续)4. 数据存储和查询处理确定数据的物理组织和存取方式提供数据的持久存储和有效访问确定查询处理方法，优化查询处理过程5. 数据库的建立和维护提供实用程序，完成数据库数据批量装载、数据库转储、介质故障 恢复、数据库的重组和性能监测等6. 其他功能包括DBMS与其它软件通信异构数据库之间数据转换和互操作February 20, 2012数据库系统原理26相关概念数据库（Database，简称DB）是持久储存在计算机中、有组织的、可 共享的大量数据的集合数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储可以被各种用户共享具有较小的

14、冗余度较高的数据独立性易于扩展 在数据库中，使用数据模型对数据建模，所产生的设计结果称为数据库 模式数据库模式描述数据库的数据结构(型)，具有相对稳定性特定时刻数据库中的数据称为数据库的实例(值) 数据库系统由数据库、DBMS(及其开发工具)、应用系统和数据库管理 员组成February 20, 2012数据库系统原理27使用数据库的优点(1) 数据整体结构化在数据库中，数据的组织面向整个机构、面向所有可能的应用，而 不是某个具体部门或某个特定的应用数据结构化是整体结构化，数据结构不仅描述现实世界的对象，而 且描述对象之间的联系(2) 数据共享数据库中的数据的面向整个机构组织使得它能够更好地被

15、多个用户 、多个应用程序共享不仅已有的应用可以共享数据库中的数据，而且新的应用也能对这 些数据进行操作共享的好处是节省存储空间，尽量避免同一数据不必要地重复存放( 冗余)在某种程度上避免了同一数据的不同副本具有不同值(数据的不一致 性)February 20, 2012数据库系统原理28使用数据库的优点(续)(3) 数据独立性数据独立性是指数据独立于应用程序，包括数据的物理独立性数据的逻辑独立性(4) 数据由DBMS统一管理和控制，使得系统能够为数据管理提供更多的支持。这些支持包括：提供事务支持增强安全性保持完整性平衡相互冲突的请求面对故障的弹性 February 20, 2012数据库系统原理29使用数据库进行信息管理的优点(续 )(5) 标准化使用数据库进行信息管理有利于制定部门标准、行业标准、工业标 准、国家标准和国际标准促进数据库管理系统和数据库开发工具的研制、开发，推动数据管 理应用的健康发展 1.2 数据模型February 20, 2012数据库系统原理311.2 数据模型数据模型是一种形式机制，用于数据建模，描述数据、数据之间的联系、数据的语义、数据上的操作和数据的完整性约束条件一种好的数据模型要能准确地描述现实世界，容易理解和易于实现 对数据建模的模型分成两个不同的层次概念数据模型（信息模型 ）基本数