第1章数据库基础知识

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1、数据库应用技术追求第一章 数据库基础知识1.1 数据库概述 1.2 数据库系统 1.3 数据模型 1.4 关系数据库1.1 数据库概述数据管理技术的产生和发展 D文字、数字、图形、 图像、声音等数字、文字 数据库文件PIWord Excel PowerPoint FrontPage Photoshop C，VB.NET Access，VFP SQL Server文档（.doc） 工作簿（.xls） 文稿（.ppt) 网页（.html) 图片（.bmp) 数字、文字 查询结果或报表DataInformation Processing 1.1.1 数据处理的基本概念一、数据（Data）对客观事务及

2、其活动的抽象符号表示或存储在某一种媒 体上可以鉴别的符号资料 如：学生的考试成绩85和56二、信息（Information）消化理解了的数据，是对客观世界的认识，即知识 如：学生通过思考及格和不及格三、数据处理（Data Processing）对数据进行加工的过程或将数据转换成信息的过程 。 是 指对各种形式的数据进行收集、存贮、分类、计算、加工 、检索、传输和制表等处理的总称。1.1.1 数据处理的基本概念main() int chj; scanf(“%d”,if(chj=60)printf(”及格”);elseprintf(“不及格”); 输入数据： 83/56输出信息： 及格 /不及格及

3、格 和 不及格 是否数据？人们通常使用各种方法对现 有数据进行处理，从而得到 有用正确的数据信息四、数据与信息的关系数据是信息的载体，没有数据，也就没有信息， 而信息则是人们通过对数据的分析与理解而得到的， 是一种已经被加工成为特定形式的数据。数据加工信息知识的支持 五、数据库就是在计算机存储设备上合理存放的相关联的 数据集合，即存放数据的仓库。请思考：数据库是对数据处理的一种技术吗？1.1.1 数据处理的基本概念1.1.2数据管理技术的发展n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n数据管理技术的发展过程n人工管理阶段(40年代中-50年代中)n文件系统阶段

4、(50年代末-60年代中)n数据库系统阶段(60年代末-现在)1.1.2数据管理技术的发展一、人工管理阶段 (40年代中-50年代中)n数据不能长期保存n应用程序本身管理数据n数据不共享n数据不具有独立性（此时的计算机主要用于科学计算，无直接存 储设备，没有操作系统，主要是批处理方式）应用程序与数据的对应关系(人工管理)应用程序数据集应用程序数据集应用程序数据集n.1.1.2数据管理技术的发展二、文件系统阶段（ 50年代末-60年代中）（ 此时期的计算机主要用于科学计算和管理，有磁盘、磁鼓等存 储设备，有文件系统能进行联机实时处理和批处理）1.1.2数据管理技术的发展n 数据可以长期保存n 由

5、文件系统管理数据n 数据冗余大，共享性差n 数据独立性差应用程序与数据的对应关系(文件系统)应用程序文件应用程序文件2应用程序文件n存取 方法.1.1.2数据管理技术的发展三、数据库系统阶段（60年代末以来）1.1.2数据管理技术的发展n 数据的管理者：DBMSn 数据面向的对象：现实世界n 数据的共享程度：共享性高n 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性n 数据的结构化：整体结构化n 数据控制能力：由DBMS统一管理和控制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1.1.2数据管理技术的发展思考：在生活学习中接触到的数据库系统有哪 些，通过实例分析数

6、据库阶段的特点1.2.1 基本概念一、数据库n人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保 存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息n数据库的定义数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织 的、可共享的大量数据集合1.2数据库系统数据库（举例）1.2.1 基本概念二、数据库管理系统n什么是DBMSn数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之 间的一层数据管理软件。nDBMS的用途n科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据1.2.1 基本概念思考：你熟悉的DBMS有哪些DBMS的主要功能n数据定

7、义功能：提供数据定义语言(DDL)，定义数据库中 的数据对象n数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML），操纵数据实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改)n数据库的运行管理：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n数据库的建立和维护功能(实用程序)：初始数据输入，转 换，数据库转储，介质故障恢复，数据库的重组织，性能 监视等1.2.1 基本概念四、数据库系统(DBS）n什么是数据库系统n数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系 统中引入数据库后的系统构成。n在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。n数据库系统的构

8、成n由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。(思考：数据库系统包含哪些用户）1.2.1 基本概念(数据库系统构成参考sql server p5图)三、数据库应用系统（DBAS）是用户利用数据库管理系统而开发 的应用软件。一般依据数据的多少，使用人数与硬件 设备等条件，将数据库管理系统分为4种网络 结构：大型数据库、本地小型数据库、分布 式数据库和客户机/服务器数据库1.2.2数据库管理系统的网络结构数据库设计过程1.3 数据模型需求分析概念设计实现设计物理设计需求说明书E-R模型逻辑数据库结构物理数据库结构(关系数据库)一、需求分析目的是分析系统的需求，

9、该过程的主要任务是 从数据库的所有用户那里收集对数据的需求和对数据 处理的需求，并把这些需求写成用户和设计人员都能 接受的说明书1.3 数据模型二、概念设计n客观对象的抽象过程-两步抽象n现实世界中的客观对象抽象为概念模型；n把概念模型转换为某一DBMS支持的结构数据模型。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次 。1.3 数据模型1、概念模型中数据描述的相关概念（1）. 现实世界现实世界是存在于人脑之外的客观世界。（2）. 信息世界信息世界是现实世界在人们头脑中的反映。A、实体客观事物在信息世界中称为实体（Entity），它 是现实世界中任何可区分、识别的事物。实体可以 是具体的人或物（如

10、：计算机），也可以是抽象概 念（如：交通法规）。1.3 数据模型B、属性实体具有许多特性，实体所具有的特性称为属性（ Attribute）。（如：一件衣服有：颜色、尺寸、面料等属 性）一个实体可用若干属性来刻画。每个属性都有特定的 取值范围即值域（Domain），值域的类型可以是整数型、 实数型、字符型等。 C、实体型和实体集属性值的集合表示一个实体，而属性的集合表示一 种实体的类型，称为实体型。性质相同的同类实体的集合称实体集。如：一个班的 学生。 D、 码(key)唯一标识实体集中每个实体的属性或属性集称为实体的 码。如：学生的学号。1.3 数据模型E、 联系（Relationship）

11、现实世界中事物内部以及事物之间的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型间联系 一对一联系（1:1） 一对多联系（1:n） 多对多联系（m:n） 1.3 数据模型实体联系示意建立实体模型的一个主要任务就是要确定实 体之间的联系。常见的实体联系有3种：一对一联 系、一对多联系和多对多联系。如图下所示。班长班长-班级班级11班长班长-学生学生1n教师教师-学生学生mn（a）（b）（c）1.3 数据模型2. 概念模型的表示方法n概念模型的表示方法很多，最常用的实 体联系方法(E-R方法)n用E-R图来描述现实世界的概念模型nE-R方法也称为E-R模型1.3 数据模型nE-R模型n基

12、本构件n实体：矩形n联系：菱形n属性：椭圆形n相连关系：连接线 1.3 数据模型案例：学院成绩管理系统概念设计。根据系统需求分析得到学生实体 ，属性有学号（主码）、姓名、性别 、出生日期和专业等。课程实体，属 性有课程号（主码）、课程名和学分 等。学生与课程实体之间通过选课建 立联系，并派生出新的属性成绩。假 定一门课程有若干名学生选修，而一 名学生可以选修多门课程，课程和学 生之间具有多对多的联系。学生选修 课程局部E-R图如右图 示。 1.3 数据模型三、 实现设计实现设计阶段主要目的是将E-R模型转换为某一特 定的DBMS能够接受的逻辑模式即数据模型。具体实现的数据模型是根据一定的规则从

13、概念模型 转化而来的，它决定了数据库中数据之间联系的表达方 式。实现模型必须既能表示实体集的信息，又能表示实 体集间的联系。数据模型主要有如下三种：n层次模型（Hierarchical Model）n网状模型(Network Model )n关系模型(Relational Model) 数据结构：表 1.3 数据模型1、层次数据模型层次模型是用树型结构来表示实体集以及实体间联系的，只能表示一对多的 关系。层次模型优点是不同层次之间关联直接简单，缺点是横向关系难以建立 ，数据可能会重复出现，造成管理维护的不便。层次模型的特点： 有且仅有一个结点无父结点，这个结点即为树的根； 其它结点有且仅有一个

14、父结点。层次模型示意图 1.3 数据模型2、网络数据模型网状数据库模型将每个记录当成一个结点，结点和结点之间可 以建立联系，形成一个复杂的网状结构1.3 数据模型学生2学生1学生3学生n课程1课程2课程n网络数据库模型的优点是避免了数据的重复性，缺点是关联性比较复 杂，数据库关联性的维护非常麻烦3、关系数据模型1.3 数据模型n最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型n1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd 提出关系数据模型用二维表格形式来表示实体集及其之间的 关系。每个二维表称为一个“关系”(对应一个实体集)。表的 每一行称为一个元组(对应一个实体)

15、。表的每一列称为一个 属性。关系数据模型的数据结构 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。1.3 数据模型说明：有E- R图转换成 关系数据模 型的方法在 下一节详细 介绍四、 物理设计此阶段的目的在于确定数据库的存储结 构，主要任务包括：确定数据库文件和索引 文件的记录格式和物理结构，选择存取方法 ，决定访问路径和外存储器的分配策略等， 不过这些工作大部分可由DBMS来完成，仅 有一小部份工作由设计人员来完成，如：物 理设计应确定字段类型和数据库文件的长度1.3 数据模型一、关系模型的基本概念n关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表。n元组（Tupl

16、e）表中的一行即为一个元组，也称为记录。n属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，也称为字段，给每一个属性起一个名称即属性名。n域（Domain） 属性的取值范围。1.4 关系数据库n主键（Primary Key）是由一个或一组字段组成，这些字段的值对每条记录来说必须是唯一的 。每张表必须有一个主键，并且主键值不能为空（Null）如学生表中可 以选择学生编号字段做主键。 n外键（Foreign Key）数据表之间的关联是由键值匹配来确定的。 如果表中的一个字段是另 一个表的主键字段，那么这个字段在本表中被称为外键。n关系模式 对关系的描述 关系名（属性1，属性2，属性n） 如：学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）1.4 关系数据库二、关系的基本性质 （1）关系必须规范化，字段不可再分割。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