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1、第一章 数据库系统概述,内容,引言 信息与数据 数据处理阶段 数据模型 数据库系统结构 数据库系统组成 数据库技术发展,引言,数据库是计算机技术发展的产物； 数据库是计算机应用的基础； 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。 Access数据库是中小型数据库的最佳选择； 事务处理 权限密码 Access2K/XP数据库是企业级开发工具。 VBA面向对象编程,信息,信息是指现实世界事物的存在方式或运动状态的反映。具体地说，信息是一种已经被加工为特定形式的数据，这种数据形式对接收者来说是有意义的，而且对当前和将来的决策具有明显的或实际的价值。在信息社
2、会中，信息是一种资源，其重要性可以与物质和能量相提并论，是企业赖以生存和发展所必须的。,数据,数据是将现实世界中的各种信息记录下的、可以识别的符号，是信息的载体，信息的具体表示形式。数据可用多种不同的形式来表示一种同样的信息，信息不随它的数据形式不同而改变。数据的表现形式多种多样，不仅有我们熟知的数字和文字，还可以有图形、图像、声音等形式。,信息与数据,信息与数据的联系 数据是信息的符号表示，或称载体； 信息是数据的内涵，是数据的语义解释； 数据是符号化的信息； 信息是语义化的数据。 例，一幅图像 数据彩色位图点阵 信息微软产品,数据处理,数据处理是指对数据进行一系列收集、加工、储存、合并、分
3、类、计算、检索、传输等操作过程。在当今的信息社会，我们所说的信息处理实际上就是利用计算机进行数据处理的过程。该过程包括：数据的采集、整理、编码和输入，有效地把数据组织到计算机中，由计算机系统对数据进行一系的加工、储存、合并、分类、计算、检索、传输、输出等操作过程。所以信息处理也称为数据处理。,数据处理的四个阶段,人工处理阶段（50年代中期以前） 文件系统阶段（50年代后期-60年代中期） 数据库系统阶段（60年代后期-70年代中期） 高级数据库阶段（70年代中期以来）,人工处理阶段,背景： 计算机主要用于科学计算（数据量小、结构简单，如高阶方程、曲线拟和等）。 外存只有磁带、卡片、纸带等，没有
4、磁盘等直接存取设备。 没有操作系统，没有数据管理软件（用户用机器指令编码）。,人工处理阶段（续I）,特点： 数据不保存 应用程序管理数据 数据面向程序，数据不能共享 数据不具有独立性,人工处理阶段（续II）,人工处理阶段（续III）,数据和程序是一一对应的，即一组数据只能用于一个程序。,文件系统阶段,背景： 计算机不但用于科学计算，还用于管理。 外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备。 有了专门管理数据的软件，一般称为文件系统，包括在操作系统中。,文件系统阶段（续I）,特点： 数据以文件形式长期保存。按名访问，按纪录存取； 文件形式多样化 （索引文件、链接文件、直接存取文件、倒排文件等）； 一个数据
5、文件对应一个或几个用户程序，还是面向应用的，具有一定的共享性； 通过文件系统提供存取方法，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。数据的存取基本上以记录为单位； 数据与程序有一定的独立性，因为数据的逻辑结构与存储结构由文件系统进行转换，数据在存储上的改变不一定反映在程序上。,文件系统阶段（续II）,文件系统阶段（续III）,通过文件系统，程序和数据文件之间可以组合，即一个程序可以使用多个数据文件，多个程序也可以共享同一个数据文件。,文件系统阶段的缺点,数据冗余 不一致性 数据孤立 数据独立性差 并发访问异常,数据库系统阶段,背景： 计算机管理的数据量大，关系复杂，共
6、享性要求强（多种应用、多种语言共享数据）。 外存有了大容量磁盘，有了光盘。 软件价格上升，硬件价格下降，编制和维护软件及应用程序成本相对增加，其中维护的成本更高。,数据库系统阶段（续I）,数据库观点：数据不是依赖于处理过程的附属品，而是现实世界中独立存在的对象。,数据库系统阶段（续II）,数据库系统阶段（续III）,数据库管理系统（DBMS）操纵数据库中的数据，对数据库进行统一控制,高级数据库阶段,20世纪70年代中期以来，随着计算机技术和应用的不断发展，数据处理的规模也迅速扩大，在常规数据库系统技术应用的基础上，又出现了一些新的数据处理方式高级数据库技术。主要有：分布式数据库、面向对象数据库
7、、数据仓库及智能型知识数据库等。,数据库系统（DBS）,数据库系统（DatabBase System）是指一个计算机存储记录的系统。即，它是一个计算机系统，该系统的目标是存储信息并支持用户检索和更新所需要的信息。这里所讨论的信息可以是个人或企业所关心的任何信息，换句话说，它是指任何对个人或组织经营企业的一般处理过程有帮助的数据。,数据库管理系统（DBMS）,数据库管理系统（DataBase Management System）是一个通用的软件系统，由一组计算机程序构成。它能够对数据库进行有效的管理，并为用户提供了一个软件环境，方便用户使用数据库中的信息。 数据定义功能 数据操纵功能 数据库的运
8、行管理功能 数据库的建立和维护功能,数据库（DB）,所谓数据库（DataBase）是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、存储和描述，由DBMS统一管理，多用户共享。,数据库系统的特点,数据结构化。 文件系统管理中，不同文件的记录型之间没有联系，它仅关心数据项之间的联系；数据库系统则不仅考虑数据项之间的联系，还要考虑记录形之间的联系。相互间联系是通过存取路径来实现的，这是数据库系统与文件系统的根本区别。 例：,学生记录（学号，姓名，系名，） 课程记录（课程名，学分，教师，） 选课 （学号，课程名，成绩）,数据库系统的特点（续I）,数据集成与共享，
9、可控冗余度 数据面向整个系统，而不是面向某一应用，数据集中管理，并可以被多个用户和多个应用程序所共享。 数据共享可以减少数据冗余，节省存储空间，减少存取时间，并避免数据之间的不相容性和不一致性。 每个应用选用数据库的一个子集，只要重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，这就是易扩充性。 根据应用的需要，可以控制数据的冗余度。,数据库系统的特点（续II）,数据独立性好 三级结构体系：用户数据的逻辑结构、整体数据的逻辑结构和数据的物理结构。 数据与程序相对独立，把数据库的定义和描述从应用程序中分离出去。描述又是分级的（全局逻辑、局部逻辑、存储），数据的存取由系统管理，用户不必
10、考虑存取路径等细节，从而简化了应用程序。 数据独立性：当数据的结构发生变化时，通过系统提供的映象（转换）功能，使应用程序不必改变。它包括数据的物理独立性和逻辑独立性。,数据库系统的特点（续III ）,方便的外部接口 利用数据库系统提供的查询语言和交互式命令操纵数据库； 利用高级语言（C，Cobol等）编写程序操纵数据库。,数据库系统的特点（续IV ）,统一的控制机制。（并发共享） 数据的安全性控制（Security） 保护数据以防止不合法的使用所造成的数据泄露和破坏。 措施：用户标识与鉴定，存取控制。 数据的完整性控制（Integrity） 数据的正确性、有效性、相容性。 措施：完整性约束条件
11、定义和检查。,数据库系统的特点（续V）,并发控制（Concurrency） 对多用户的并发操作加以控制、协调，防止其互相干扰而得到错误的结果并使数据库完整性遭到破坏。 措施：封锁。 数据库恢复（Recovery） 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态，防止数据丢失和损害，保证数据的正确性。,数据抽象,信息世界: 数据库系统是面向计算机的，而应用是面向现实世界的，两个世界存在着很大差异，要直接将现实世界中的语义映射到计算机世界是十分困难的，因此引入一个信息世界作为现实世界通向计算机实现的桥梁。 一方面，信息世界是对现实世界的抽象，从纷繁的现实世界中抽取出能反映现实本质的概念和基本关系;另一
12、方面，信息世界中的概念和关系，要以一定的方式映射到计算机世界中去，在计算机系统上最终实现。信息世界起到了承上启下的作用。,数据抽象（续I）,数据模型,模型是现实世界特征的模拟和抽象。数据模型则是现实世界数据特征的抽象，是数据库技术的核心。 数据模型应满足三个方面的要求： 能比较真实地模拟现实世界； 容易为人理解； 便于在计算机上实现。,数据模型的组成要素,数据模型是实现数据抽象的主要工具。它的三个组成要素是： 数据结构 描述系统的静态特性，即实体对象存储在数据库中的记录型的集合。包括： 数据本身：类型、内容、性质。如网状模型中的数据项、记录，关系模型中的域、属性，关系等。 数据之间的联系：例如
13、网状模型中的系型（Set Type） 在数据库系统中一般按数据结构的类型来命名数据模型。,数据模型的组成要素（续I）,数据操作 是对系统动态特性的描述，用于描述施加于数据之上的各种操作，即对数据库中各种对象（型）的实例允许执行的操作的集合，包括操作及操作规则。主要有检索、更新（插入、删除、修改）两大类操作。数据模型要定义操作含义、操作符号、操作规则，以及实现操作的语言。 数据的约束条件 数据的约束条件是完整性规则的集合，规定数据库状态及状态变化所应满足的条件，以保证数据的正确、有效、相容。有“通用的完整性约束条件”和 “特定的语义约束条件”之分。,数据模型的分类,概念数据模型 按用户的观点来对
14、数据和信息建模。用于组织信息世界的概念，表现从现实世界中抽象出来的事物以及它们之间的联系。这类模型强调其语义表达能力，概念简单、清晰，易于用户理解。它是现实世界到信息世界的抽象，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言。如E-R模型。,数据模型的分类（续I）,逻辑数据模型 从计算机实现的观点来对数据建模。是信息世界中的概念和联系在计算机世界中的表示方法。一般有严格的形式化定义，以便于在计算机上实现。如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型。 物理数据模型 从计算机的物理存储角度对数据建模。是数据在物理设备上的存放方法和表现形式的描述，以实现数据的高效存取。如索引，HASH文件等等。,实体概
15、念,概念模型的几个术语 实体（Entity）指客观存在并相互区分的事物； 属性（Attribute）实体所具有的特性； 键（Key）能唯一标识一个实体的属性及属性值； 实体型（Entity Type）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体；如 学生（学号,） 实体集（Entity Set）具有相同属性（或特性）的实体的集合； 联系 （Relationship）实体（型）内部或实体（型）之间的联系,实体联系和实体联系模型,实体联系的两种形式： 实体内部（属性）间的联系； 实体间的联系。一般指不同实体集之间的联系 两实体型之间的联系有 一对一 1:1 如：班级，班长 一对多 1:M 如：班级，
16、学生 多对多 M:N 如：学生，教师 同一实体集内的各实体间也存在一对一、一对多和多对多的联系。,实体联系和实体联系模型（续I）,实体联系模型（ER模型及EER模型） ER（Entity-Relationship Model） EER（Extend Entity-Relationship Model） 用简单的图形方式描述现实世界中的数据。其中信息由实体、实体属性和实体联系来表示： 实体 概念模型的对象，用“矩形”表示； 实体属性 说明实体，用“椭圆”表示； 实体联系 实体类型间有名称的关联，用“菱形”表示。,实体联系和实体联系模型（续II ）,例：学生ER模型图和学生选修课程的ER模型图见下面的实例幻灯片。 特点： ER/EER模型能反映实体类型之间的联系； ER/EER模型不能直接说明详细的数据结构； 要设计并实现数据库，必须将ER/EER模型按照某种具体的DBMS的数据模型进行转换。,概念数据模型（ER）- 学生实体,概念数据模型（ER）- 选课,学生,课程,选修,学号,姓名,系别,课程名,先修课,主讲老师,成绩,
