数据库原理及应用 教学课件 ppt 作者 范剑波 1_ 第1章 数据库系统概述（1）

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1、,数据库原理及应用,第1章 数据库系统概述 Chapter 1 Summarize of Database System,本章重点 本章主要介绍了文件技术和数据库技术、数据描述和数据模型、数据库管理系统、数据库系统结构和数据库技术的研究，这些内容是学习后面几章的基础。本章重点要求掌握数据库技术的特点、数据模型的概念、DBMS的评价和选择、数据库系统的三级模式结构等内容。,1.1 文件技术与数据库技术 1.1.1 文件技术的特点与局限性,1.文件技术的特点 （1）外存储器成为计算机系统不可缺少的组成部分，用户可以随时通过程序对文件进行查询、修改和增删等处理。 （2）文件组织形式日益多样化，索引文

2、件、直接存取文件、链接文件纷纷出现，既可以满足批处理应用的需要，又能有效地实现记录的随机存取。 （3）出现了专用数据管理系统的软件，即文件系统，它能对驻留在外存储器上的数据文件实施统一管理。由于应用程序不再需要了解数据在存储介质上的实际地址，因而大大减少了程序设计的工作量。 （4）数据不再仅仅属于某个特定的程序，而可以重复使用。,例1 某学校的学生处、教务处和卫生院均要使用计算机 对学生的有关信息进行管理，但其各自处理的内容不 同，如用文件系统实现，可按如下方式进行组织。 学生处要处理的信息包括：学号，姓名，系名，年 级，专业，年龄，性别，籍贯，政治面目，家庭住址， 个人履历，社会关系，。为此

3、，学生处的应用程序 员必须定义一个文件Fl，该文件结构中的记录应包括上 述几个数据项。 教务处要处理的信息包括：学号，姓名，系名，年 级，专业，课名，成绩，学分，。显然，教务处的 应用程序员需定义一个文件F2，该文件结构中的每一记 录包括以上几个数据项。 类似地，当卫生院要记录和处理学生的有关健康情 况信息时，其创建的文件F3应包括下列数据项：学号， 姓名，系名，年级，专业，年龄，性别，身高，体重， 健康状况，。,2.文件技术的局限性 (1) 数据冗余不仅浪费存储空间，更严重的是带来 潜在的不一致性。 (2) 在传统文件技术阶段，文件是为某一特定应用 服务的，应用程序和文件是一对一的(见图l.

4、1)，这就造 成了应用程序与数据结构过分地互相依赖，而且系统很 难扩充。 图1.1 应用程序与文件之间一对一关系 (3) 文件系统缺乏对数据操作进行控制的方法，对于 数据的安全性，保密性和正确性等方面的控制，完全要 用户程序自己负责，这使得应用程序的编制相当繁琐。,1.1.2 数据库技术的产生与发展 数据库技术从20世纪60年代中期产生到现在也不过40 年左右的历史，但其发展速度很快、使用范围很广。 60年代末出现了第一代数据库-网状数据库(DBTG) 和层次数据库(IMS)。 70年代出现了第二代数据库-关系数据库（Oracle、SQL Server等），目前关系数据库已逐渐淘 汰了网状数据

5、库和层次数据库，成为当今最为流行的商用 数据库系统。 80年代出现的以面向对象为主要特征的数据库系统又 在向关系数据库系统提出了挑战。 数据库技术与网络通信技术、人工智能技术、面向 对象程序设计技术、并行计算技术等互相渗透、互相结 合，成为当前数据库技术发展的主要特征。,1.1.3 数据库技术的特点 1数据共享性 图1.3 共享数据范例,2具有较高的数据和程序的独立性 图1.4 数据库中数据与应用程序的关系 3.对数据实行集中统一的控制 (l)数据的安全性控制 (2)数据的完整性控制 (3)并发控制,1.1.4 数据库基本概念 1数据库 数据库是以一定的组织方式存储在一起的相互关 联的数据的集

6、合。它是在辅助存储器中存储的数据，这 些数据是现实世界中的一些相关信息，它们在特定的组 织(企、事业)中能为多种应用(或用户)服务。它们以数 据模型所确定的数据结构方式存储，并能以有效的存取 方法为操纵数据的语言提供快速响应。 2数据库管理系统 3数据库系统 4数据模型 5数据库语言,1.2 数据描述和数据模型 1.2.1 数据描述的领域 1现实世界 存在于人们头脑之外的客观世界，称为现实世界 (real world)。 2. 信息世界 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。 3机器世界 信息世界的信息在机器世界中以数据形式存储。 机器世界和信息世界术语的对应关

7、系如下表1.1所 示。,1.2.2 物理存储介质层次及数据描述 1. 物理存储介质层次 存储介质组成了计算机系统的存储层次，见图1.5。 图1.5 存储器设备层次 存储介质的价格和访问速度自上而下递减，而存储 介质的容量则自上而下递增。上面两层是计算机系统的 基本存储器。中间两层称为“辅助存储器”或“联机存 储器”，下面两层称为“第三级存储器”或“脱机存储 器”。,2. 物理存储中的数据描述 在存储器中用到下列数据描述的术语： （1）位(bit)：一个二进制位称为“位”，一位只 能取0或1状态。 （2）字节(byte)：8个“位”称为一个“字节”，可 以存放一个字符对应的ASCII码。 （3）

8、字(word)：若干个字节组成一个字，一个字所 含的二进制位数称为字长。各种计算机的字长是不一样 的，例如，有16位、32位和64位等。 （4）块(block)：又称为物理块或物理记录。块是内 存和外存交换信息的最小单位，每块的大小通常为28- 212字节。 （5）桶(bucket)：外存的逻辑单位，一个桶可以包 含一个物理块或多个在空间上不一定连续的物理块。 （6）卷(volume)：一台输入输出设备所能装载的全 部有用信息，称为“卷”。,1.2.3 数据联系的描述 两个不同实体集的实体间联系有以下三种情况。 (1)一对一联系 (2)一对多联系 (3)多对多联系 上述实体间三种联系如图1.6

9、所示。 图1.6 二个实体集实体间的三种联系,1.2.4 数据模型的概念 表示实体类型及实体间联系的模型称为“数据模 型”(data model)。 1数据模型的种类 目前广泛使用的数据模型可分为两个层次。第一层数 据模型是独立于计算机系统的模型，称为“概念数据模 型”；第二层数据模型是依赖于计算机系统的模型，称 为“结构数据模型”。 图1.7 现实世界中客观对象的抽象过程,2结构数据模型的三个组成部分 结构数据模型的三个组成部分也称为结构数据模型的 三要素。 （l）数据结构 数据结构是指对实体类型和实体间联系的表达和实 现。在数据库系统中，通常按照数据结构的类型来命名 数据模型，如层次结构、

10、网状结构和关系结构的模型分 别命名为层次模型、网络模型和关系模型。 （2）数据操作 数据操作是指对数据库的检索和更新(包括插入、删 除、修改)两类操作的实现。 数据结构是对系统静态特 性的描述，数据操作是对系统动态特性的描述。 （3）数据完整性约束 数据完整性约束给出了数据及其联系应具有的制约 和依赖规则，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、有效和相容。,1.2.5 概念数据模型及实例 概念数据模型通常是用实体-联系模型(简称E-R图) 来描述的。设计ER图的方法称为ER方法,下面通过设计ER 图的过程来了解基本的ER方法。ER图是直观表示概念模 型的工具。 在

11、ER图中有四个基本成分： 1矩形框：表示实体类型(考虑问题的对象)。 2菱形框：表示联系类型(实体间的联系)。 3椭圆形框：表示实体类型和联系类型的属性。相应的命名均记入各种框中。对于键码的属性，在属性名下划一横线。 4直线：联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连接，并在直线端部标上联系的种类(1：1，1：N，M：N)。,例2 用ER图举例说明二个实体集实体间的三种联系，见 图1.8。 图1.8 二个实体集实体间三种联系的E-R图,例3 已知教务管理涉及的实体有：系（属性有系号、系 名、系主任、电话），教师（属性有教师号、姓名、性 别、年龄、职称、专业），学生（属性有学生号、姓 名、性别、年龄

12、、专业、入学时间），课程（属性有课 程号、课程名、学时数、教室、教材）。 这些实体之间的联系如下：一个系有多个教师， 一个教师只能属于一个系；一个系有许多学生，但一个 学生只能在一个系注册；在某个时间某个地点一位教师 可指导多个学生，但某个学生在某一时间和地点只能被 一位教师所指导；一位教师可讲授多门课程，一门课程 可由多位教师讲授，每位教师讲授某门课程都有一个评 价；一个学生可选修多门课程，一门课程允许多个学生 选修，每个学生选修某门课程都有一个分数(成绩)。,下图l.9给出了某学校教务管理的 E-R图。 图l.9 学校教务管理的 E-R图,例1.4 用ER图举例说明三个实体集实体间的联系和

13、一个 实体集实体内部的联系，见图1.10。 图1.10 三个实体集实体间联系和一个实体集实体内部联系的E-R图 E-R图是抽象描述现实世界的有力工具，它与计算机 所支持的数据模型相独立，它更接近于现实世界。虽然 现实世界丰富多彩，各种信息十分繁杂，但用 E-R图可 以很清晰地表示出其中的错综复杂关系。,1.2.6 结构数据模型及实例 1层次数据模型及实例 （1）层次数据模型定义 在数据库中，把满足下面两个条件的基本层次联系的 集合称为层次模型。 1）有且只有一个结点无双亲结点，此结点称为根结点； 2）根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。 图l.11 采用层次模型的教务数据库,（2）层次数据模

14、型实例 下图1.12显示了图1.11教务数据库的一个实例。 图1.12教务数据库的一个实例,2网状数据模型及实例 （1）网状数据模型的定义 在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系的 集合称为层次模型。 1）允许一个以上的结点没有双亲； 2）一个结点可以有多于一个的双亲。 图1.13 采用网状模型的学生选课数据库,（2）网状数据模型的实例 下图1.14显示了图1.13学生选课数据库的一个实例。 图1.14学生选课数据库的一个实例,3关系数据模型及实例 层次模型和网状模型的优点是查询和存取效率较 高，但层次模型和网状模型的主要缺点是编写应用程 序很复杂，用户不易掌握，数据和程序的独立性差， 这就大大增加了程序维护的工作量。 鉴于上述原因，导致人们对新的数据模型的探 讨。70年代中期以后，关系模型脱颖而出，成为占主 导地位的数据模型。 关于关系数据模型及实例的内容，为了避免重 复，这部分内容将在第3章中介绍。,下课了。 追求 休息一会儿。 Summarize of Database System,