数据库第一章及习题

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1、1,数据库系统概论 An Introduction to Database Systems贵州大学计算机科学与技术学院 马 丹,2,学习本课程的目的,通过本课程学习，使大家系统地掌握数据库系统的基本原理和基本技术。 要求在掌握数据库系统基本概念的基础上，能熟练使用SQL语言在某一个数据库管理系统上进行数据库操作；掌握数据库设计方法和步骤，具有设计数据库模式以及开发数据库应用系统的基本能力。,3,考评成绩,期末成绩=平时成绩30% +期末考试成绩 70% ： 平时成绩占30%；（包括上课点名，作业完成情况，课堂提问） 期末考试成绩占70%。,4,数据库课程设计安排,59周: 学习SQL SERV

2、ER数据库管理系统的一些基本操作(老师讲解)。 熟悉一门数据库前台开发工具，例如： ASP,JSP,C# powerbuilder, delphi,VC+, 等（自己学习）。 学习数据库系统的设计步骤。 第10-12周：利用sql server 结合前台开发工具开发一个数据库系统。 课程设计要求： 分组完成，1人1题。需要演示系统，答辩，并给出实验报告。,5,数据库课程设计的考评成绩,期末成绩=系统演示40% +答辩40% +实验报告 20%,6,两个问题,数据库系统=操作系统？ 你使用过或接触过哪些数据库系统？请举例说明。,第一章 绪论,8,主要内容： 数据库系统基本概念 数据管理的发展过程

3、 数据库系统的特点 常用的数据模型 数据库系统结构 数据库系统的组成,第一章 绪论,9,基本概念,1、数据（Data） 数据实际上就是描述事物的符号记录。 数据的表现形式 可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形式的不同而改变。 数据的概念在数据处理领域中已大大地拓宽了，其表现形式不仅包括数字和文字，还包括图形、图象、声音等。这些数据可以经过数字化后存入计算机。,10,2、数据库（Database，简称DB）数据库是长期存储在计算机内有组织的大量可共享的数据集合。它可以供用户共享，具有尽可能小的冗余度和较高的数据独立性，使得数据存储最优，数据最容易操作，并且具有完善的自我保护能力和

4、数据恢复能力。,11,4、数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS） 数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。 其主要功能： 1、数据定义功能 2、数据组织、存储和管理 2、数据操纵功能 3、数据库的事务管理和运行管理 4、数据库的建立和维护功能,12,5、数据库系统（Database System，简称DBS） 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，一般由数据库、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。,13,编译系统,OS,硬件,应用系统,应用开发工具,DBMS,数据库系统在整个计算机系统中

5、的地位如下图：由上图看出：DBMS在操作系统（OS）的支持下工作，应用程序在DBMS支持下才能使用数据库。,14,由右图看出：DBMS在操作系统（OS）的支持下工作。应用系统在DBMS支持下才能使用数据库。,15,1.1.2 数据管理技术的发展,随着计算机硬件和软件的发展。数据管理经历了人工管理，文件系统和数据库系统三个发展阶段： 人工管理阶段 文件系统阶段 数据库阶段,16,一 人工管理阶段,时间： 50年代中期以前 背景：计算机主要用于科学计算 硬件：磁带、卡片、纸带，没有磁盘 软件：没有操作系统，没有管理数据的软件。只有汇编语言。,17,人工管理阶段的特点如下： 1. 数据不保存 因为当

6、时计算机主要用于科学计算，对于数据保存的需求尚不迫切。 2. 系统没有专用的软件对数据进行管理 每个应用程序都要包括数据的存储结构、存取方法、输入方式等，程序员编写应用程序时，还要安排数据的物理存储，因此程序员负担很重。,3. 数据不共享 数据是面向程序的，一组数据只能对应一个程序。 多个应用程序涉及某些相同的数据时，也必须各自定义，因此程序之间有大量的冗余数据。,19,4. 数据不具有独立性 程序依赖于数据，如果数据的类型、格式、或输入输出方式等逻辑结构或物理结构发生变化，必须对应用程序做出相应的修改。在人工管理阶段，程序与数据之间的关系可用图表示。,图1.1 人工管理阶段,20,二 文件系

7、统阶段,时间：50年代后期到60年代中期 背景：计算机不仅用于科学计算，而且用于数据处理 硬件：磁盘、磁鼓 软件：操作系统中已经有了专门的管理数据的软件(即文件系统),21,系统提供一定的数据管理功能 存取方法（索引文件、链接文件、直接存取文件、倒排文件等） 支持对文件的基本操作（增、删、改、查等），用户程序不必考虑物理细节 数据与程序有了一定的独立性 程序和数据之间由文件系统提供存取方法进行转换，使得程序员可以不必过多地考虑物理细节。,22,数据1,数据2,数据n,存取方式,程序1,程序2,程序n,23,与人工管理阶段相比，文件系统阶段对数据的管理有了很大的进步，但一些根本性问题仍没有彻底解

8、决，主要表现在以下三方面： 1. 数据共享性差，冗余度大 各数据文件之间没有有机的联系，一个文件基本上对应于一个应用程序，数据不能共享。当不同的应用程序具有部分相同的数据时，也必须建立各自的文件，而不能共享相同的数据。 2. 数据独立性低 数据和程序相互依赖，一旦改变数据的逻辑结构，比如想对现有的数据增加一些新的应用，必须修改相应的应用程序。 而应用程序发生变化，如改用另一种程序设计语言来编写程序，也需修改数据结构。,24,3.数据一致性差 由于相同数据的重复存储、各自管理，在进行更新操作时，容易造成数据的不一致性。,25,文件系统有数据冗余、数据不一致和数据联系弱三个缺点。,工号：123；职

9、工姓名：张三；职工电话： 62345000 工号：124；职工姓名：李四；职工电话：67543210 工号：125；职工姓名：张三；职工电话：65467890,工号：123；职工工资：2230元；职工电话：62345000 工号：124；职工工资：3500元；职工电话：67543210 工号：125；职工工资：2400元；职工电话：65467890,职工档案文件,职工工资文件,冗余，且可能不一致,原因：文件中数据没有联系,26,三 数据库阶段,时间：60年代后期 - 背景：数据管理规模更为庞大，应用更广泛，数据量剧增，共享要求(多种应用、多种语言互相覆盖地共享数据集合)更强 硬件：有了大容量和

10、快速存取磁盘 指导思想：对所有的数据实行统一的、集中的、独立的管理，使数据存储独立于使用数据的程序，实现数据共享。,27,Database Management System 数据库管理系统,数据库系统简图,28,1.1.3数据库系统的特点 1. 数据结构化 按照某种数据模型，将全组织的各种数据组织到一个结构化的数据库中，整个组织的数据不是一盘散沙，可表示出数据之间的有机关联。,29,2. 数据共享性高、冗余少 数据面向整个系统，而不是面向某一应用，数据集中管理，数据共享，因此冗余度小 节省存储空间，减少存取时间，且可避免数据之间的不相容性和不一致性,30,每个应用选用数据库的一个子集，只要重

11、新选取不同子集或者加上一小部分数据，就可以满足新的应用要求,学号,姓名,性别,系别,年龄,住址,出身,学位,学分,补贴,学籍科,房产科,人事科,劳资科,31,工号：123；职工姓名：张三；职工电话： 62345000 工号：124；职工姓名：李四；职工电话：67543210 工号：125；职工姓名：张三；职工电话：65467890,工号：123；职工工资：2230元 工号：124；职工工资：3500元 工号：125；职工工资：2400元,职工档案文件,职工工资文件,共享， 可避免数 据之间的 不一致性,32,3. 数据独立性高 数据的独立性是指逻辑独立性和物理独立性。 数据的逻辑独立性是指用户

12、的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的，也就是说，数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。 例如，在原有的记录类型之间增加新的联系，或在某些记录类型中增加新的数据项，均可确保数据的逻辑独立性。 数据的物理独立性是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的，也就是说，数据在磁盘上的数据库中怎样存储是有DBMS管理的，用户程序不需要了解，应用程序要处理的只是数据的逻辑结构，这样当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。 例如，改变存储设备和增加新的存储设备，或改变数据的存储组织方式，均可确保数据的物理独立性。,33,4. 有统一的数据控制功能 为确保数据库数据的正确有效和数据库系

13、统的有效运行，数据库管理系统提供下述四方面的数据控制功能。,34,（1）数据的安全性（security）控制：防止不合法使用数据造成数据的泄露和破坏，保证数据的安全和机密； 例如，系统提供口令检查或其他手段来验证用户身份，防止非法用户使用系统；也可以对数据的存取权限进行限制，只有通过检查后才能执行相应的操作。 （2）数据的完整性(integrity)控制：系统通过设置一些完整性规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。,35,正确性是指数据的合法性，如年龄属于数值型数据，只能含0,1,9，不能含字母或特殊符号； 有效性是指数据是否在其定义的有效范围，如月份只能用112之间的正整数表示； 相容性是

14、指表示同一事实的两个数据应相同，否则就不相容，如一个人不能同时有两个年龄。 （3）并发（concurrency）控制：多用户同时存取或修改数据库时，防止相互干扰而提供给用户不正确的数据，并使数据库受到破坏。,36,（4）数据恢复（recovery）：当数据库被破坏或数据不可靠时，系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的正确状态。,37,1.2 数据模型 1.2.1两类数据模型 1. 三个世界的划分 现实世界：存在于人们头脑之外的客观世界。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载下来。 机器世界：信息世界的信息在机器世界以数据 形式存储。,38,数据抽象,现实世界

15、,信息世界,计算机世界,概念化,形式化,用户,计算机,39,为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，在实际的数据处理过程中， 首先将现实世界的事物及联系抽象成信息世界的信息模型（也称为概念模型） 然后再抽象成计算机世界的数据模型。,40,从现实世界中的事物到计算机中的数据表示，经历了三个领域：,用户观点,计算机系统的观点,41,根据应用目的，模型分为两个层次： 概念模型(信息模型)：从用户观点来看，要求概念简单，表达清晰，易于理解，是对现实世界的第一层抽象。 数据模型(网状、层状、关系)：从计算机观点来看，要求有严格语法和语义的语言对数据进行严格的形式化定义、限制和规

16、定，以便将其转变为计算机可以理解的格式。,42,1.2.2 数据模型的组成要素数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的约束条件三个要素组成。 1. 数据结构：(最重要) 研究对象类型的集合 分为两类: A.与数据类型、内容、性质有关的对象 B.与数据之间联系有关的对象 数据模型的命名一般是由数据结构决定的，如网状、层状、关系,43,2. 数据操作： 指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作和相关的操作规则 操作分为两大类：检索和更新(删除、插入、更改),44,3. 数据的约束条件 数据的约束条件是一组完整性规则的集合。 完整性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。 例如，在学生数据库中，学生的年龄不得超过40岁。,45,1.2.3 概念模型 一、信息世界中的基本概念 在信息世界中，常用的主要概念如下： 1. 实体（Entity） 客观存在并且可以相互区别的“事物”称为实体。 实体可以是可触及的对象，如一个学生，一本书，一辆汽车；也可以是抽象的概念，如一次选课，一次比赛等。,