东南大学 数据库技术第一章

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1、数 据 库 技 术主 讲 人：黄 超 经济管理学院电子商务系E-MAIL : 电 话 ： 13814069012n课程教材n数据库教程施伯乐 丁宝康 杨卫东编著，电子工业出版 社n课程参考书n数据库系统简明教程王珊著，高等教育出版社 n 数据库系统概念Abraham Silberschatz，Henry F. Korth等著，杨冬青 唐世渭等译，机械工业出版社 n上机时间安排n成绩考核n平时作业（15%）+考勤（15%）+期末考试（70%）第一章 数据库基本概念第一节 数据管理技术的发展n人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）n主要特点n数据不保存在计算机内；n不使用专用软件管理数据；n数据

2、的组织方式由程序员自行决定；n数据不具备独立性，与程序一一对应（如下图）；应用程序 1应用程序 2应用程序 n.数据集 1数据集 2数据集 n.第一节 数据管理技术的发展n文件系统阶段（20世纪50-60年代后期）n主要特点n数据以文件形式保存在外部存储器上；n数据的逻辑结构与物理结构独立，由应用程序和操作系 统完成两者间的映射；n文件和程序间存在一一对应的关系，程序必须操作数据 的物理表示细节；n文件组织、形式多样化，文件间缺乏联系，由程序负责 数据间的关联；n文件组织的主要缺点在于数据冗余、数据的不一致和数 据间联系太弱。（见P3例1.1）第一节 数据管理技术的发展n数据库系统阶段（20世

3、纪50-60年代后期）n出现的背景：n需求：随着数据管理规模的扩大，数据量剧增，多个应 用共享数据的要求越来越强烈；n硬件状况：出现大容量磁盘，硬件价格持续下降；n软件状况：软件价格上升，软件维护成本增加。为满足 多应用共享数据的需求，出现了专门的数据管理软件系 统数据库管理系统（DBMS）。n主要特点n采用复杂的数据模型，用于描述数据本身的结构以及数 据间的联系，这是数据库系统与文件系统的本质区别， 因此数据能够面向整个应用系统，而非单一的应用；第一节 数据管理技术的发展n数据的逻辑结构与物理结构独立性高，用户使用简单的 逻辑结构对数据进行操作，不关心数据的物理存储方式 ，简化了应用程序的开

4、发和维护；n数据库管理系统提供数据安全性、完整性、并发、恢复 等数据控制功能，同时为用户提供了统一的访问接口， 用于对数据进行各种操作。数据库 （DB）数据库管理系统 （DBMS）应用程序1应用程序1应用程序N.第一节 数据管理技术的发展人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段背景应用背景科学计算科学计算、管理大规模管理硬件背景无直接存取存储设 备磁盘、磁鼓大容量磁盘软件背景没有操作系统有文件系统有数据库管理系统处理方式批处理联机实时处 理、 批处理联机实时处 理、 分布 处理、批处理 特点数据管理者用户（程序员）文件系统数据库管理系统数据服务对象某一应用程序某一应用程序整个应用系统数据共享程度

5、无共享，冗余极大共享差，冗余大共享性高，冗余度小数据的独立性不独立，完全依赖 于程序独立性差具有高度的物理独立 性和逻辑独立性数据的结构化无结构记录内有结构， 整体无结构整体结构化，用数据 模型描述数据控制能力应用程序控制应用程序控制由DBMS全面控制第一节 数据管理技术的发展n数据库系统基本术语n数据：描述事物的符号记录，具有广义性、语义性、结构 性等特征n数据库：是长期存储在计算机内、有组织、可共享、统一 管理的相关数据集合。n数据库管理系统：位于用户和操作系统之间的数据管理软 件，主要功能包括数据定义（定义表、索引等对象）、数 据操纵 （查询、插入、删除等操作）以及数据控制（安全 性、完

6、整性、并发、恢复等）。n数据库系统：采用了数据库技术的计算机系统，包括数据 库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员、用户等 ， 在不引起混淆的情况下简称为数据库。第二节 数据描述n什么是数据描述n数据描述是指如何对数据进行表示，包括概念描述、逻辑 描述和物理描述三个层次。n概念描述n概念描述是对现实世界中的客观事物进行描述，常用到以 下几个基本术语：n实体：客观存在并可相互区分的事物。可以是具体的事 物，也可以是抽象的概念或联系；n属性：实体具有的某一特征，一个实体可以由若干个属 性来刻画；n实体集：同类实体的集合，如全体学生构成实体集。第二节 数据描述n实体标识符：唯一标识实体的属性或属

7、性集合，也称为 “键”，例如身份证号、学号等；n联系：现实世界中事物内部和事物之间的联系反映到信 息世界，就成了实体内部各属性之间以及实体之间的 联系。两个实体之间的联系有三类：乘客乘客乘客乘客座位座位座位1:1一对一联系 （1:1） 对于实体集对于实体集A A中的每中的每 个实体，实体集个实体，实体集B B中中 至多有一个实体与之至多有一个实体与之 联系，反之亦然。联系，反之亦然。第二节 数据描述车间车间工人工人工人工人工人1:n一对多联系（1:n）对于实体集对于实体集A A中的每个实体，中的每个实体， 实体集实体集B B中有多个实体与之联中有多个实体与之联 系；反之，对于实体集系；反之，对

8、于实体集B B中的中的 每个实体，实体集每个实体，实体集A A中至多有中至多有 一个实体与之联系。一个实体与之联系。多对多联系（m:n）对于实体集对于实体集A A中的每个实体，实中的每个实体，实 体集体集B B中有多个实体与之联系；中有多个实体与之联系； 反之，对于实体集反之，对于实体集B B中的每个实中的每个实 体，实体集体，实体集A A中中也有多个实体与也有多个实体与 之联系。之联系。学生学生学生课程课程课程 m:n第二节 数据描述n逻辑描述n逻辑描述是对数据的逻辑结构进行表示，常用术语包括：n字段：标记实体属性，也称数据项，是数据库中的最小 操作单位；n记录：字段的有序集合为记录，一般一

9、条记录用于描述 一个实体的相关属性集合；n文件：由同一类记录组成的集合称为文件，文件用于描 述实体集；n关键字：惟一标识每条记录的字段或字段集合。n物理描述n物理描述是对数据在存储设备上的存储方式进行表示，包 括物理联系、物理结构等存储细节。第三节 数据抽象级别n数据库中的数据模型n用来描述数据库结构和语义（操作和约束）的工具，从而 对现实世界进行抽象。n数据模型的三要素n数据结构：描述系统的静态特性，包括与数据类型有关 的对象（如数据项、记录、表等），以及与数据间的联 系有关的对象，如表示各种约束的对象；n数据操作：描述系统的动态特性，是各种操作的集合， 主要有检索和更新两大类操作。数据模型

10、必须定义这些 操作的确切含义、操作规则和实现语言等。n完整性约束：是一组完整性约束规则的集合，用来保证 数据库中数据的正确性和一致性。n数据模型包括四种：概念模型、逻辑模型、外部模型和内 部模型。第三节 数据抽象级别n概念模型n表达用户需求观点的数据库全局逻辑结构模型；n概念模型按用户的观点描述客观世界的信息，不涉及这些 信息在计算机系统中的物理实现；n概念模型是数据库设计人员与用户之间进行交流的工具， 目前常用的是实体关系模型（ER模型）。学生学号性别姓名课程课程号课程名教师编号性别姓名课程成绩分数mmn n讲授n n1 1第三节 数据抽象级别n逻辑模型n表达计算机实现观点的数据库全局逻辑结

11、构模型；n逻辑模型从数据库实现的观点出发对数据建模，独立于硬 件实现，但是依赖于软件实现；n逻辑模型是数据库设计人员与应用程序员之间进行交流的 工具，目前常用的包括层次模型、网状模型、关系模型和 对象模型等。n上页中的的ER图可以转换为如下关系模型：学生表 （学号#，性别，姓名） 教师表 （编号#，性别，姓名）课程表 （课程号#，课程名，编号#） 课程成绩（学号# ，课程号# ，分数）第三节 数据抽象级别n外部模型n表达用户使用观点的数据库局部逻辑结构模型；n外部模式是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那一 部分数据的描述；n内部模型n表达数据库物理结构的模型称为内部模型；n内部模型描述数据

12、在磁盘或磁带上的存储方式（文件的结 构）、存储设备（外存的分配）和存取方法（如索引结构 ）等；n内部模型与软硬件紧密相关，并与操作系统关系密切。第三节 数据抽象级别用户A需求用户B需求用户C需求概 念 模 型外部模型1外部模型2外部模型3逻辑模型内部模型数据库模型转换模型映射模型映射用户1用户2用户3DBMS操作系统第三节 数据抽象级别n数据抽象过程n即数据库设计过程，一般遵循如下步骤： （1）根据用户需求，设计数据库的概念模型； （2）根据转换规则，把概念模型转换为逻辑模型； （3）根据业务需要，设计不同的外部模式，满足不同用 户对数据操作的要求； （4）根据逻辑要求和业务要求，实现数据库的

13、内部模型 。其中（1）称为概念设计，（2）与（3）称为逻辑设计，（ 4）称为物理设计。第三节 数据抽象级别n数据库的三层次结构和数据独立性n现有的DBMS都采用三级模式结构（即外部模式、逻辑模 式和内部模式），提供两级映象功能，从而保证了数据的 物理独立性和逻辑独立性。n物理独立性：当数据库的内模式修改时，即物理结构发生 变化时，仅需要改变逻辑模式/内模式间的映射方法即可 ，逻辑模式可以保持尽量不变。n逻辑独立性：当数据库的逻辑模式发生变化时，如改变记 录的结构，仅需要改变外模式/逻辑模式间的映射方法， 从而保持外模式和应用程序尽量不变。第四节 数据库管理系统n数据库管理系统（DBMS）的主要

14、功能n数据定义：定义数据库的三级模式、映象、约束条件等；n数据操纵：对数据进行查询、插入、修改、删除等；n运行管理：提供并发控制、安全性检查、完整性检查、内 部维护（如索引、数据字典的自动维护）等；n数据组织、存储和管理：数据库通常包含系统数据（如数 据字典）和用户数据两大类，DBMS负责用不同的文件结 构和存取方式分别组织、存储和管理这些数据，以优化系 统性能；n数据库的建立和维护：数据库初始数据的载入、转换、转 存储等，以及数据库系统性能的监控；n数据通信接口：提供与其他软件系统进行通信的功能；第四节 数据库管理系统n数据库管理系统（DBMS）的组成n数据定义语言（DDL）及其翻译处理程序

15、：定义数据库的 三级模式、映象、约束条件等，翻译成内部形式存入数据 字典；n数据操纵语言（DML）及其编译程序：包括 宿主型DML （必须嵌入C等主语言才能执行）和自主型DML（交互式 的命令语言、可单独使用）；n数据库运行控制程序：监视数据库的所有操作，包括并发 控制、安全检查、完整性检查、事务管理、日志管理等；n实用程序：用来完成数据库的建立、维护、格式转换、通 信等任务，包括数据初始装入程序、数据转储程序、数据 库恢复程序等。第四节 数据库管理系统n数据库管理系统（DBMS）的工作模式n通用流程：DBMS接受用户的数据请求，将其转换为低级 指令，对数据库进行各种访问操作，并将操作的结果返

16、回 给用户。n流程举例（以读数据为例）n见下页图数据库 （DB）数据库管理系统 （DBMS）应用程序数据请求数据 （处理结果）低级指令数据 （查询结果）第四节 数据库管理系统3. DBMS调入模式，按子模式/模式映象，确定要读的逻辑记录4. DBMS调入内模式，按模式/内模式映象，确定要读的物理记录5. DBMS向OS发出读取所需物理记录的命令6. OS执行读数据的有关操作7. OS将数据从数据库存储区送到系统缓冲区8. DBMS按照子模式/模式映象，导出应用程序A所需的数据记录9. DBMS将数据记录从系统缓冲区送到应用程序A的用户工作区10. DBMS向应用程序A返回反映命令执行情况的状态信息应用程序X用户工作区应用程序A用户工作区系统缓冲区数据库DBMSOS外模式A内模式逻辑模式外模式X用户A用户X123456789101. 应用程序A向DBMS发出读数据命令2. DBMS进行语法语义检查、调入对应子模式、检查权限第四节 数据