绪_论（数据库系统概论）

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1、数据库系统概论 萨师煊 王珊编著 高等教育出版社 2006年5月 第四版,参考书：,闪四清 清华大学出版社,数据库系统教程 (上、下册） 王能斌 电子工业出版社,明日科技 人民邮电出版社 78元,章立民研究室 机械工业出版社 79元,各花入各眼，最好是联机帮助,1.1 数据库系统概述,第一章 绪 论,1.2 数据模型,1.3 数据库系统结构,1.4 数据库系统的组成,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统,1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统、 数据库系统,一、数据（Data ，D）,数据的定义 数据是描述事物的符号记录。对数据库来说，它是数据库中存储的基本对象。,2.数据的

2、种类,1.1 数据库系统概述,3.数据的特点: 数据和其语义（数据的含义）是密不可分的。 4. 数据的举例: 学生记录数据 （李明，男，21，1972，江苏，计算机系，1990）,数据的形式不能完全表达其内容 数据的解释,语义： 学生姓名、性别、年龄、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间 解释： 李明是大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系 这样的数据是有结构的。 5.记录是计算机中表示和存储数据的一种格式和方法。,二、数据库（DataBase，DB） 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。,DB的定义 数据库是存放数

3、据的仓库。它是指长期存放在计 算机内的、有组织的、可共享的数据集合。, DB中数据的特点 按一定的数据模型组织、描述和存储 冗余度较小 较高的数据独立性 易扩展性 可为各用户共享,概括的讲，数据库具有永久存储、有组织和可共享三个基本特点。,三、数据库管理系统（DBMS） （DataBase Management System）,DBMS的定义 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。, DBMS的功能 数据定义功能； 通过DBMS提供的数据定义语言DDL来实现。 数据组织、存儲和管理 確定以何种文件结构和存储方式在存储级上组织数据，如何实现数据之间的联系。 数据操纵功能；

4、提供数据操纵语言（Data Manipulation Language, DML ），实现对数据库的基本操作：查询、插入、删除、修改等。,数据库的事务管理和运行管理； 可确保数据的安全性、完整性、有效合法性等。 数据库的建立和维护功能。 包括数据库中初始数据的输入、转换功能，数据库的 重组织功能和性能监视、分析功能等。 通常由一些实用程序或管理工具完成的。 其它功能 包括：DBMS与网络中其他软件的通讯功能；一个 DBMS与另一个DBMS或文件系统的数据转换功能；异构 数据库之间的互访和互操作功能等。, DBMS举例 Access DB2 SYBASE SQL Server 2000 Orac

5、le Informix,四、数据库系统（DataBase System，DBS）,DBS的定义 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统。 一般组成：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。,在一般不引起混淆的情况下，常常把数据库系统简称为数据库。, DBS的构成, DBS在计算机系统中的地位,1.1.2 数据管理技术的产生和发展,数据管理：对数据进行分类、组织、编码、存储、 检索和维护，它是数据处理的主要内容。 数据处理：对各种数据进行收集、存储、加工和传播 的一系列活动的总和。 数据管理技术经历了人工管理、文件管理、数据库系统三个发展阶段。 人工管理阶段(2

6、0世纪40年代中-50年代中) 文件系统阶段(20世纪50年代末-60年代中) 数据库系统阶段(20世纪60年代末-现在),20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。当 时外存只有纸带、卡片、磁带，没有磁盘等直接存储设备；没有操作系统及管理数据的软件；数据处理方式为批处理。,人工管理数据的特点 数据不保存 应用程序管理数据 应用程序不仅要规定数据的逻辑结构，还要规定数据的物 理结构，包括存储结构、存取方法、输入方式等 数据不共享 数据是面向应用的，一组数据只能对应一个程序，当其它 应用程序涉及某些相同数据时，须各自定义，数据冗余度大 数据不具有独立性 数据的物理（逻辑）结构发生变化时，

7、必须对应用程序作 相应的修改,一、人工管理阶段,人工管理阶段，程序与数据间的对应关系,二、文件系统阶段,20世纪50年代后期到60年代中期，当时外存有磁盘、磁鼓等直接存储设备；操作系统中已有数据管理软件（文件系统）；数据处理方式有批处理和联机实时处理。,文件系统管理数据的特点 数据可长期保存 文件系统管理数据 文件系统利用“按文件名访问，按记录存取”的管 理技术，可对文件进行修改、插入、删除操作。 文件系统实现了记录内的结构性，但整体无结构。 程序和数据之间由文件系统提供存取方法进行转换， 程序员不必过多考虑物理细节，将精力集中于算法。,记录内有结构。 数据的结构是靠程序定义和解释的。 数据只

8、能是定长的。 可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。 文件间是独立的，因此数据整体无结构。 可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系。 数据的最小存取单位是记录。,文件系统中数据的结构,数据共享性差，冗余度大 文件系统中，一个文件基本上对应一个应用程序，文件仍是面向应用的。当不同应用程序具有部分相同数据时，须建立各自的文件。 数据独立性差 文件是为某一特定应用程序服务的，一旦数据文件的逻辑结构发生变化，须修改应用程序；应用程序的改变也将引起文件内数据结构的改变。,文件系统阶段，程序与数据间的对应关系,三、数据库系统阶段,20世纪60年代后期以来，计

9、算机管理的对象规模越来越大，应用范围越来越广，数据量急剧增长，同时多种应用、多种语言相互覆盖地共享数据集合的要求越来越强烈。 这时，硬件已有了大容量磁盘；硬件价格下降，软件则价格上升；在处理方式上，联机实时处理要求更多，并开始提出和考虑分布处理。 在这种背景下，为解决多用户、多应用共享数据的需求，使数据为尽可能多的应用服务，数据库技术便应运而生，出现了统一管理数据的专门软件数据库管理系统。,数据库系统阶段的特点 数据结构化,整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 整体结构化 不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织 不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系,详细解释见教材,数据库中实

10、现的是数据的真正结构化 数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释 数据可以变长 数据的最小存取单位是数据项,数据共享性高，冗余度低，易扩充 数据库系统中的数据共享是面向整个系统的，数据可被多个用户及应用程序共享。 数据共享可减少数据冗余，节约存储空间，避免数据间的不相容性与不一致性（同一数据项的不同拷贝值不一样）。,数据独立性高 物理独立性：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。即数据在磁盘上的数据库中怎样存储是由DBMS管理的，用户不需要了解，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。 逻辑独立性：指用户的应用程序与数据库的逻辑

11、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。 数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的。,数据由DBMS统一管理和控制 数据库中数据是并发共享的，即多个用户可以同时存取数据库中的同一或不同数据。,为此，DBMS必须提供的数据控制功能有：,1 数据的安全性（Security）保护 数据安全性是指保护数据,以防止不合法的使用造成的数据泄密及破坏。 2 数据的完整性（Integrity）检查 数据完整性是指数据的正确性、有效性和相容性。将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。,3 并发（Concurrency）控制 对多用户的并发操作加以控制和协调，防止

12、相互干扰而得到错误的结果。 4 数据库恢复（Recovery） 计算机系统的硬件故障、软件故障、操作员的失误以及故意破坏，均可能影响数据库中数据的正确性，甚至造成数据库部分或全部数据丢失。 DBMS必须具有在一定程度上挽回上述情况所造成的损失，将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（亦称完整状态或一致状态）的功能，这就是数据库的恢复功能。,数据库管理阶段，应用程序与数据间的对应关系,人,1.2.1 两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型 1.2.4 最常用的数据模型 1.2.5 层次模型 1.2.6 网状模型 1.2.7 关系模型,1.2 数据模型,1.2 数

13、 据 模 型,几个基本概念 模型（Model ）：现实世界特征的模拟和抽象 数据模型（Data Model）：现实世界数据特征的抽象,数据模型应满足的三个条件： 能较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现,一种数据模型要很好地全面地满足这三方面的要求在目前尚很困难。因此，在数据库系统中针对不同的对象和应用目的，采用不同的数据模型。,现有的数据库系统均是基于某种数据模型的。数据模型是数据库系统的核心和基础。,1.2.1 两大类数据模型 概念模型也称信息模型，按用户的观点对数据 和信息建模，用于数据库设计。 逻辑模型按计算机系统的观点对数据建模， 用于DBMS的实现， 包括：层次模

14、型、网状模型、 关系模型、面向对象模型、 对象关系模型。 物理模型描述数据在系统内部的表示方式和 存取方法，其具体实现是DBMS的 任务。,概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。,客观对象的抽象过程-两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。,1.2.2 数据模型的组成要素,1.2.2 数据模型的组成要素,数据模型,数据结构：描述系统的静态特征,数据操作：描述系统的动态特征,完整性约束：完整性约束条件,一、数据结构对系统静态特性的描述,数据结构描述数据库的组成对象以及对象之间的关系。,数据结构是刻画数据模型性质的最重要因素。因此，通常按其

15、数据结构的类型来命名数据模型。,二、数据操作对系统动态特性的描述,数据操作：对数据库中各种对象的实例允许执行的 操作的集合。,数据操作, 操作检索 更新(插入、删除、修改), 操作规则,数据模型须定义各操作的确切含义、操作符号、操作规则以及实现操作的语言。,三、数据约束条件对系统完整性约束条件的描述,数据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，用以保证数据的正确、有效和相容。,1.2.3 概念模型,一、信息世界中的基本概念, 实体（Entity） （1）定义 实体：客观存在并可相互区别的事物 （2）分类,具体的人、事、物：一个职工、一门

16、课、 学生的一次选课等。,B. 抽象的概念或联系：一个老师与所在系的工作 关系, 属性（Attribute） （1）定义 属性：实体所具有的某一特性。 （2）一个实体可以由若干属性来描述。 如：实体学生可由属性学号、姓名、性别、 出生年份、系、入学时间等组成。,（95001，张三，男，1976，计算机系，1995）, 码（Key） （1）定义：唯一标识实体的属性 （2）举例：学号学生实体的码, 域（Domain） （1）定义：属性的取值范围 （2）举例：学生实体性别属性的域是（男，女）, 实体型（Entity Type） （1）定义：用实体名及其属性名集合来抽象和 刻画同类实体。 （2）举例,学生（学号，姓名，性别，出生年份，系，入学时间）, 实体集（Entity Set） （1）定义：同型实体的集合 （2）举例: 全体学生, 联系（Relatio