数据库技术及网络应用ppt课件第01章数据库概述

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1、数据共享数据独立最小冗余 数据安全 数据完整 灵活性和可恢复性,数据库技术及网络应用,章节目录,第一章 数据库概述,1.1.1 人工管理阶段 1.1.2 文件系统阶段 1.1.3 数据库系统阶段,1.2.1 概念模型 1.2.2 实施模型,1.3.1 数据库系统的组成 1.3.2 数据库管理系统DBMS 1.3.3 数据库系统的三级模式结构,1.4.1 关系数据模型 1.4.2 关系代数运算 1.4.3 关系代数与数据查询 1.4.4 数据冗余和数据完整性 1.4.5 常用关系数据库简介,1.1 数据管理技术的发展,1.2 数据模型,1.3 数据库系统,1.4 关系数据库,小结,习题1,本章提

2、要,1.1 数据管理技术的发展 1.2 数据模型 1.3 数据库系统 1.4 关系数据库 小结 习题1,第一章 数据库概述,本章将介绍数据库的基本概念， 其中包括数据管理技术的发展过程、 数据模型的分类、数据库系统的体系 结构以及关系数据库。在关系数据库 中重点讨论关系数据库的基本概念、 关系代数运算、数据冗余和数据完整 性等概念。,第1章 数据库概述,1.1 数据管理技术的发展,数据处理的核心问题是对数据的管理。数据管理 是指对数据进行组织、 分类、存储、检索和维护等操 作。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。,20世纪50年代， 计算机的发展还处于初级阶段。 硬件

3、方面的特点是运算 速度低，内存小，外存只有磁带、卡片和纸带而没有直接存取的存储设备；在软件方面，只有汇编语言而没有操作系统和数据管理软件, 数据处理方 式是批处理；当时计算机的应用领域主要是科学计算。在人工管理阶段，数据 管理技术具有以下特点：,1.1.1 人工管理阶段,第1章 数据库概述,（1）数据不保存限于硬件所具备的条件和当时计算机的应用状况，数据不便保存。（2）无管理数据的软件 数据完全依赖于程序，由于没有专门的软件对数据进行管理，因此数据由应用程序自己管理。 系统维护的工作量较大。（3）数据不能共享数据是面向应用的，数据和程序不能独立。因此，各个程序之间会产生大量的数据冗余。,第1章

4、 数据库概述,数据可长期保存：由于有了直接存取设备， 进行数据处理时可大量存取数据， 并可对数据进行增、 删、 改、 查询等操作，数据以文件形式保存。有管理数据的软件 : 操作系统中包含了专门的数据管理软件，称之为文件系统。因此，在文件系统阶段维护程序的工作量大大减少。,20世纪50年代中期到60年代后期，计算机的发展 已到了一个新的阶段。在文件系统阶段，数据管理技 术具有以下特点：,1.1.2 文件系统阶段,第1章 数据库概述,文件形式多样，数据结构化存储:文件的形式包含索引文件、链接文件和直接存取文件等， 文件的存取基本上以记录为单位， 而记录是具有一定结构的。数据冗余度大，共享性低 :在

5、文件系统阶段， 数据仍然是面向应用的。这个时期，数据的共享性差，数据和程序仍然不能独立，不便于进行事务处理。,第1章 数据库概述,数据结构化 :数据冗余度小、数据共享、较高数据独立性 :,从20世纪60年代后期开始， 计算机的应用领域越来越广泛，需要计算机管理和处理的数据规模越来越大。 此时，数据库系统应运而生，数据库系统解决了多用户共享数据的问题。在数据库系统阶段，数据管理技术具有以下特点：,在数据库系统中，用数据模型描述数据。 数据是结构化的， 这 是数据库系统的重要特征，也是实现数据共享的前提条件。,数据是面向整个系统的，这样可以 大大减小数据冗余，节省存储空间，减少数据存取时间，同时也

6、可以避免数 据异常。数据不依赖于程序，具有较高的独立性。,1.1.3 数据库系统阶段,第1章 数据库概述,可对数据进行整体控制 :,在数据库系统中，多 个用户可同时使用数据库资源。数据库系统能够提 供以下的控制功能：,b）数据安全性控制,c）数据完整性控制,a）操作并发控制,第1章 数据库概述,1.2.1 概念模型,1.2 数据模型,数据模型是用图的形式来表达对现实世界中复杂对象的抽象描述 。 根据数据模型的应用目的不同，将数据模型分为两个级别：概念模型和实施模型。,概念模型是现实世界的第一层抽象，把现实世界中的客观对象抽象成一种信息结构， 这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统和数据库管理软

7、件。现实世界反映到人的大脑中，人们经过认识、选择、命名、分类和组织等过程将其抽象后形成概念模型，并进入到信息世界；然后，将概念模型转换为数据模型，从而走进机器世界。概念模型是现实世界到机器世界的中间层。如图1-1所示。,第1章 数据库概述,图1-1 从现实世界到机器世界,最常用的概念模型表示方法是实体-联系（E-R）模型，即E-R模型图。,实体、属性与联系,（1）实体在现实生活中，实体是指客观存在的、能够相互区分的事物。实体可以 是人，也可以是物；可以指某个对象，也可以指某些概念。 一组特性相同的 实体构成一个实体集。,第1章 数据库概述,（2）属性当使用计算机来描述实体时，采用的方法是针 对

8、这些实体的“特性”进行描述，所谓“特性”就是实 体的“属性”。,（3）联系实体之间的联系有以下三种类型：,a）一对一的联系(1：1),b）一对多的联系（1：M）,c) 多对多的联系（M：N）,第1章 数据库概述,E-R模型图,在E-R模型图中规定：（1）用长方形表示实体，在框中写上实体名；,（2）用椭圆表示实体的属性，在椭圆内写上属性名，并用直线将实体和属性连接起来；（3）用菱形表示实体间的联系，菱形框内写上联系名，并用直线将菱形和相关实体连接起来。例如，某学院教学管理的E-R模型图，如图1-2所示。,第1章 数据库概述,图1-2 教学管理E-R模型图,第1章 数据库概述,实施模型主要有层次数

9、据模型、网状数据模型和关系数据模型。 基于这三种数据 模型有相应的三种数据库系统，即层次数据库、 网状数据库和关系数据库。,1层次数据模型,层次结构从图的角度看好像一颗倒置的树，具有以下特点 :,（1）有且只有一个节点无双亲，这个节点称为根节点;,（2）其它节点有且仅有一个双亲。,层次数据库的特点是将整个数据库作为一个整体存储，用指针实现数据 之间的联系。例如，某大学的组织结构即为层次模型，如图1-3所示。,1.2.2 实施模型,第1章 数据库概述,图1-3 层次数据模型结构图,第1章 数据库概述,2网状数据模型,网状模型是用图结构表示数据及数据之间的联系， 网状模型具有以下特点：,（1）允许

10、节点无双亲，或有一个以上的双亲；,（2）两个节点之间可以有多重关系；,（3）一个节点有到自身的关系。,网状结构往往能更容易表示现实世界中事物间的复杂关系。例如，某一学 校不同事物之间关系的网状模型，如图1-4所示。,第1章 数据库概述,3关系数据模型,关系数据模型是三种数据模型中最重要的模型。关系型中的主要术语如下：,关系：一个关系指一张二维表；元组：指二维表中除去表头行的每一行，一行称为一个元组；属性：指二维表中的每一列，包含属性名和属性值；域：指属性的取值范围；主键：指用来标识每个元组的单个属性或属性组合，其值具有唯一性；逻辑结构：是对关系的描述，用以下格式表示：关系名（属性名1，属性名2

11、，属性名3，属性名n）例如，学生关系的逻辑结构为：学生（学号，姓名，性别，所属院系，专业，电话）,第1章 数据库概述,1.3 数据库系统,数据库系统（DBS）是一个安装了数据库管 理系统 （DBMS）和数据库 （DB） 的计算机系 统，该系统能够对数据进行存储、检索和更新等操 作。,数据库系统主要包括数据库的硬件系统、管理数据库的软件系统、数据库以及 使用和维护数据库的人员。使用数据库的计算机系统结构，如图1-5所示。,1.3.1 数据库系统的组成,第1章 数据库概述,2软件系统,数据库系统的软件系统主要包含以下几部分：,（1）操作系统（OS）,操作系统是离硬件最近的那层软件，用户通过操作系统

12、使用计算机。,（2）数据库管理系统（DBMS）,DBMS属于系统软件，它是数据库系统不可缺少的软件。,1硬件系统,数据库系统的硬件系统需要内存、直接存储设备、移动存储设备、较高的运算速度和数据的能力。,第1章 数据库概述,（3）高级语言编译系统,高级语言编译系统与数据库要有相应的接口， 以便开发数据库应用系统。,（4）应用开发工具,应用开发工具是指为数据库管理员（DBA）、系统分析员、应用系统开 发人员及最终用户提供的高效率的、多功能的应用生成器。,（5）数据（DB）,数据库是在DBMS的支持下建立起来的相关信息的集合， 以文件的形式 存储在算机中，为数据库应用系统提供数据。,（6）数据库应用

13、系统,数据库应用系统是为了解决某个特殊问题而编制的程序，属于应用软件。 数据库应用系统为用户提供所需要的功能服务。,第1章 数据库概述,3. 数据库用户,根据在数据库应用系统中的不同角色，可将 数据库系统的用户分为以下四类：,（1）系统分析员 负责应用系统的需求分析和规范设计；,（2）应用系统程序员 负责设计应用系统的程序模块，编写程序代码；,（3）数据库管理员 负责数据库的维护、管理、监视；,（4）一般用户 通过终端系统或联机工作站与数据库进行交互操作。,数据库管理系统（DBMS）是介于用户和操作系统之间的一组软件，是实现各种 数据库管理功能的核心软件。数据库管理系统按功能可划分以下三部分：

14、,1.3.2 数据库管理系统DBMS,第1章 数据库概述,1数据描述语言（DDL）及翻译程序,DDL用来描述数据以及数据之间的联系，其中包括外 模式、 模式、 内模式。这些目标模式是对数据库的描述，而不是数据本身。,2数据操纵语言（DML）及翻译程序,DBMS提供数据操纵语言实现对数据库数据的基本操作，一般分为两类： 一类是宿主型语言，另一类是交互式命令语言，又被称为查询语言。,3数据库管理程序,DBMS的真正核心部分是它的运行控制系统，它起着控制和协调DBMS各 个程序活动的作用， 使系统有条不紊地运行。它由支持数据库系统全部运行 过程的各类例行程序组成，主要有：,第1章 数据库概述,（1）

15、存取控制程序,又称授权检查程序。它核对用户标识、口令，核对授权表和密码， 检查用户的存取请求是否合法，以决定是否执行该次请求。,（2）并发控制程序,同一个数据库中的数据有可能同时被多个用户使用， 从而造成数据 修改或丢失。 为了保证数据的一致性，必须有相应的控制机制。,（3）数据存取程序,执行数据库中数据存取操作，是DBMS与文件系统的接口。,（4）完整性检查程序,在执行用户请求的操作之前或之后，负责检查数据库的完整性约束条 件，以决定是否允许执行该操作或判断该操作是否有效，是否需要清除已 经执行的操作所带来的影响。,第1章 数据库概述,1三级模式结构的组成,数据库系统的三级模式结构由外模式、

16、模式和内模式组成，如图1-6所示。,图1-6 数据库系统的三级模式,1.3.3 数据库系统的三级模式结构,第1章 数据库概述,（1）模式,模式也称为逻辑模式，一旦选定DBMS之后，就需要将概念模型按照选定的DBMS的特点转换成逻辑模式。模式是数据在逻辑级上的视 图，通常以一种数据模型为基础。,（2）外模式,外模式是模式的子集，也称为子模式或用户模式，是数据库用户可见和使 用的数据视图。,（3）内模式,内模式也称为物理模式或存储模式。内模式是全部数据库的内部表示或底层 描述，是对数据的物理结构和存取方式的描述。,第1章 数据库概述,2三级模式结构中的二级映像,数据库系统在三级模式中提供了两层映像：,