第四章计 算机 技术

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1、第4章 计算机技术,4.1 数据库系统,1. 信息的定义 信息是关于现实世界事物的存在方式或运动状态的反映的综合，具体说是一种被加工为特定形式的数据，但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。 2. 信息的特征 信息源于物质和能量，它不可能脱离物质而存在。 信息是可以感知的，人类对客观事物的感知，可以通过感觉 器官，也可以通过各种仪器仪表和传感器等，不同的信息源有不 同的感知形式 信息是可存储、加工、传递和再生的。,4.1.1数据处理技术的产生与发展,3. 数据的定义 数据是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式。 4. 数据的表现形式 可用

2、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 以记录在纸上，也可记录在各种存储器中。 5. 数据与信息的联系 数据是信息的符号表示或载体，信息则是数据的内涵，是 对数据的语义解释。,6. 数据处理,数据处理是将数据转换成信息的过程，包括对数据的收集、存储、加工、检索、传输等一系列活动。其目的是从大量的原始数据中抽取和推导出有价值的信息，作为决策的依据。 可用下式简单的表示信息、数据与数据处理的关系： 信息=数据+数据处理 数据是原料，是输入，而信息是产出，是输出

3、结果。“信息处理”的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。,信息系统是一种面广量大的计算机应用系统: 教学管理系统 地理信息系统 信息检索系统 医学信息系统 决策支持系统 民航订票系统 电子政务系统 电子商务系统 ,7. 计算机信息系统,8. 数据处理技术的发展,计算机对数据的处理是指对将数据的组织、分类、编码、存储、检索和维护提供操作手段。 发展分为三个阶段 人工管理 文件系统 数据库系统,1)人工管理阶段 时间：20世纪50年代中期以前 主要特点： 数据不保存。 系统没有专用软件对数据进行管理。 数据不共享。 数据不具有独立性。（程序依赖于数据）,2)文件系统阶段 时间：20世纪50年代中

4、期后期至60年代中期 主要特点： 数据以文件形式可长期保存。文件系统可对数据的存取进行 管理。 文件形式多样化。 程序与数据有一定独立性。 存在的问题： 数据冗余度大。（数据重复） 数据独立性低。 数据一致性差。,3)数据库系统阶段 时间：20世纪60年代末期 主要特点： 数据的结构化。 数据的共享性。 数据的独立性。 数据的完整性。 数据的灵活性。 数据的安全性。,9. 数据库系统的相关概念,数据库技术涉及到许多基本概念，主要包括数据、数据处理、 数据库、数据库管理系统以及数据库系统等。 1. 数据: 数据是数据库中存储的基本对象，是事实的反映和记 录，由于描述事实有不同的方法，故描述的表达

5、方式也多种多样。 2. 数据库: 数据库是指在计算机存储设备上合理存放的结构化的相关数据集合. 3. 数据库管理系统: 位于用户和操作系统之间的一层数据管理 软件，用来操纵和管理数据库，是数据库系统的核心。 4. 数据库系统: 数据库本身不是孤立存在的，而是与其它部分 一起构成数据库系统。 在实际应用中人们面对的是数据库系统。它一般由数据库、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。,4.1.2 数据描述,1. 现实世界 现实世界是指客观存在的世界中的事实及其联系。,2. 信息世界 实体 客观存在并可相互区别的事物。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联

6、系，例如一个学生、一个教师、一所学校、一门课、一次会议、一堂课、一场球赛等，这里从建立信息结构的角度出发，强调实体是被认识的客观事物， 实体集 性质相同的同类实体的集合叫实体集。研究实体集的共性是信息世界的基本任务之一。 属性 实体的某一特征称为属性。每个实体都有许多特征，以区别 于其它实体。如一本书的主要特征是书名、作者名、出版社 、出版年月和定价等, 元组 实体的每个属性都有一个确定值称为属性的值。当某实体有多个属性时，则它们的值就构成一组值，称为元组。 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码，例如学号是学生实体的码 联系（Relationship） 实体间的“联系”反映了现实世界中客观

7、事物之间的关联。这种联系是复杂的、多种多样的，但归纳起来可分为三类： 一对一 一对多 多对多,3. 计算机世界,这一阶段的数据处理是在信息世界对客观事物的描述基础上做进一步抽象，使用的方法为数据模型的方法，这一阶段的数据处理在数据库的设计过程中也称为逻辑设计。 与信息世界常用概念对应，在计算机世界中涉及的基本概念有： 1）字段 对应与信息世界中的属性，用于标记实体属性的命名单位称为字段，或数据项。字段是数据库中可以命名的最小逻辑数据单位。例如：学生关系有学号、姓名、年龄、性别等字段。 2）记录 字段的有序集合称为记录。一般用每一个记录对应描述一个实体，因此记录又可以定义为能够完整地描述一个实体

8、的字段集。例如：对应某一教师的有属性姓名、年龄、性别、职称等。,3）文件 同一类型记录的集合称为文件。文件是用来描述实体集的。例如所有学生记录组成一个学生文件。 4）关键字 能够唯一标识文件中每个记录的字段或字段集，称为关键字或主码。如在学生实体中的学号可以作为关键字，因为每个学生只有唯一的学号。,数据模型用来表示实体和实体之间的联系。常用的数据模型有三种：层次模型、网状模型和关系模型。 1. 层次模型 它用树形结构表示数据之间的联系。这种树由结点和连线组成，结点表示现实世界中的实体集，连线表示实体之间的联系。 层次模型的特点是： 有且只有一个结点无双亲（上级结点），此结点叫根结点；其它结点有

9、且只有一个双亲。在层次模型中双亲结点与子女（下级）结点之间的联系只能表示实体与实体之间一对多的对应关系。,4.1.2 数据模型,2. 网状模型 网状模型是一种比层次模型更具普遍性的结构，它去掉了层次模型的两个限制，它允许多个结点没有双亲结点，也允许一个结点可以有多于一个的双亲，还允许两个结点之间有多种联系，因此网状模型更能描述现实世界。图4.5是一个学生选课数据库的网状模型。学生与选课、课程与选课是一对多的联系。,3. 关系模型 关系模型的基本思想是把事物与事物之间的联系用二维表格的形式来描述。一个关系可以看着一张二维表，表中的每一行是一个记录，在关系中称为元组，表中的每一列是一个字段，在关系

10、中称为属性。 关系模型的特点如下： 表格中的每一列都是不可再分的基本属性； 各列被指定一个相异的名字； 各行不允许重复； 行、列的次序无关。,E.F.Codd-关系数据库之父亲,关系：一个关系就是一张二维表，每个关系有一个关系名。在计算机中，一个关系可以存储为一个文件。 属性：二维表中垂直方向的列称为属性，也叫做一个字段。 域：一个属性的取值范围叫做一个域。 元组：二维表中水平方向的行称为元组，也叫做一条记录。 码：又称为关键字。二维表中的某个属性，若它的值唯一地标识了一个元组，则称该属性为侯选码。,4.1.4 数据库的体系结构,1. 三级模式结构 美国ANSI/X3/SPARC的数据库管理系

11、统研究小组于1975年和1978年提出了将数据库结构分为三级模式的标准化建议。这三级模式分别称为外模式、概念模式和内模式。,2. 数据库操作过程 数据库管理系统是数据库系统的核心软件，它与数据库的各 个部分都有密切的联系，对于数据库的一切操作，如数据的装入、 检索、更新、再组织等都是在DBMS的控制和管理下进行的。 数据库读取一个记录访问过程见下图,1. 关系代数,4.3.3 关系数据库,1. 关系代数 关系运算是设计关系数据语言的基础。按表达查询的方法不同，关系运算可分为关系代数和关系演算两大类。关系代数操作简称为关系操作。分为两类： 1)传统的集合操作：把关系看成元组的集合，以元组作为集合

12、中元素来进行运算，运算是从关系的“水平”方向即行的角度进行的。包括并、差、交和笛卡尔积等运算。 2)关系专用的操作：涉及行、列运算，是为数据库的应用而引进的特殊运算。包括选取、投影、连接等运算。 关系操作的结果仍为关系，可再参与其他关系操作，构成关系代数表达式，由此描述对关系的各种复杂操作。其中并、差、广义笛卡尔积、选择和投影五种操作为基本操作。,4.3.3 关系数据库,关系代数是用数学语言对关系操作的抽象描述，与此相适应，关系数据库管理系统配置了相应的语言，使用户可以对数据库进行各类操作，其中应用最广泛的是SQL。 SQL (Structured Query Language)是一种基于关系

13、代数和关系演算之间的结构化查询语言。,2.关系数据库标准语言SQL,1) SQL数据库的体系结构,SQL数据库的体系结构,SQL数据库具有三级模式体系结构。 (1) SQL视图对应于用户模式； (2) SQL基本表对应于数据库的逻辑模式； (3) 存储文件对应于数据库的存储模式。,基本表：独立存在的表，不是由其它的表导出的表。一个关系对应一个基本表，一个或多个基本表对应一个存储文件。 视图：是一个虚拟的表，是从一个或几个基本表导出的表。它本身不独立存在于数据库中，数据库中只存放视图的定义而不存放视图对应的数据，这些数据仍存放在导出视图的基本表中。当基本表中的数据发生变化时，从视图中查询出来的数

14、据也随之改变。,(1) SQL语言类似于英语的自然语言，简洁易用。 (2) SQL语言是一种非过程语言，即用户只要提出“干什么”即可，不必管具体操作过程，也不必了解数据的存取路径，只要指明所需的数据即可。 (3) SQL语言是一种面向集合的语言，每个命令的操作对象是一个或多个关系，结果也是一个关系。 (4) SQL语言既是自含式语言，又是嵌入式语言。可独立使用，也可嵌入到宿主语言中。 自含式语言可以独立使用交互命令，适用于终端用户、应用程序员和DBA； 嵌入式语言使其嵌入在高级语言中使用，供应用程序员开发应用程序。,2) SQL语言的主要特点:,3) SQL功能动词,1）安全性 目前，关系数据

15、库的安全性不仅成熟而且已进入实际应用。其主要包括三方面：用户身份标识和鉴别、存储权限控制策略和数据加密技术。 （1）用户身份标识和鉴别 （2）存储权限控制策略 （3）数据加密技术,3. 关系数据库的安全性和完整性,2）完整性 关系数据库的完整性是指数据的正确性及相容性，即合法用户对数据的增删改必须符合一定的语义，有时要通过几种完整性约束条件来保证。 实体完整性：指主关系键的值不能为空或部分为空。 关系模型中的一个元组对应一个实体，一个关系则对应一个实体集。 引用完整性： 要求在关系中不允许引用不存在的实体。 用户定义完整性约束：反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求，由应用环境对数据的

16、需求而决定。 实体完整性和引用完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，被称作关系的两个不变性。任何关系数据库系统都应该支持这两类完整性,3. 关系数据库的安全性和完整性,4.1.6 常用数据库管理系统,DBMS位于用户和操作系统之间，用户通过DBMS来访问数据库中的数据，数据库管理员也通过DBMS完成数据库工作。 按功能划分，DBMS的主要工作通常包括下列6个部分。 (1)模式翻译：提供数据定义语言(DDL)。用它书写的数据库模式被翻泽为内部表示。数据库的逻辑结构、完整性约束和物理存储结构保存在内部的数据词典中。数据库的各种数据操作(如查询、修改、插入和删除等)和数据库的维护管理都是以数据库模式为依据的。,(2)应用程序的编译：把包含访问数据库语言的应用程序，编译成DBMS支持下的可运行的目标程序。 (3)交互式查询：提供易使用的交互式查询语言如SQL。DBMS负责执行查询命令，并将查询结果显示在屏幕上。 (4)数据的组织和存取：提供数据在外围存储设备上的物理组织和存储方法。