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1、第2章 数据库基础知识,1、掌握数据库的基本概念； 2、了解数据库技术的发展； 3、掌握三个世界和数据模型要素和分类； 4、掌握数据库系统三级体系结构和二级映射； 5、了解流行的数据库系统 6、掌握关系数据库规范化 7、掌握数据库设计过程，重点掌握概念模型的设计,本章重点,2.1 数据库概述 2.2 数据库技术的发展 2.3 数据描述与数据模型 2.4 数据库系统 2.5 当前流行的数据库 2.6 关系数据库的规范化 2.7 数据库设计,第2章 数据库基础知识,2.1.1 信息与数据,1信息 信息就是对各种事物的存在方式、运动状态和相互联系的一种表达和陈述，是自然界、人类社会和人类思维活动普遍
2、存在的一切物质和事物的属性，它存在于人们的周围。 2数据 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。数据用型和值来表示，数据的型是指数据内容存储在媒体上的具体形式；值是指所描述的客观事物的具体特性。 数据不仅包括数字、文字形式，而且还包括图形、图像、声音、动画、视频等多媒体数据。,2.1 数据库概述,2.1.2 数据处理与数据管理,1数据处理 数据处理是指将数据转换成信息的过程，也称为信息处理，数据处理的内容主要包括数据的收集、组织、整理、存储、加工、维护、查询和传播等一系列活动的总和。 （1）数据管理 它的主要任务是收集信息，将信息用数据表示并按类别组织保存。数据管理的目的是快
3、速、准确地提供必要的可能被使用和处理的数据。 （2）数据加工 它的主要任务是对数据进行变换、抽取和运算。通过数据加工得到更加有用的数据，以指导或控制人的行为或事务的变化趋势。 （3）数据传播 通过数据传播，信息在空间或时间上以各种形式传递。在数据传播过程中，数据的结构、性质和内容不发生改变。数据传播会使更多的人得到信息，并且更加理解信息的意义，从而使信息的作用充分发挥出来。,2数据管理 在数据处理中，最基本的工作是数据管理工作。数据管理是数据处理的基础和核心。具体地讲，数据管理工作包括以下3个方面的内容： （1）组织和保存数据 数据管理工作要将得到的数据合理地分类组织，并存储在物理介质上，使数
4、据能够长期地被保存。 （2）进行数据维护 数据管理工作要根据需要随时地进行插入新数据、修改原数据和删除无效数据的操作，如在教学管理系统中学生的添加、修改和删除，课程的添加、修改和删除操作。 （3）提供数据查询和数据统计功能 数据管理工作要提供数据查询和数据统计功能，以便快速地得到需要的数据，满足各种使用要求。如在第1章中的教务管理系统中，查询各门课程未及格的学生信息和各门课程的平均分、总分等操作。,2.1.3 数据库的基本概念,1数据库（Data Base，DB） 数据库是长期存放在计算机内，有组织的、可共享的相关数据集合，它将数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据
5、独立性和易扩展性，可被各类用户共享等特点，另外强调的是数据库不仅存放数据，而且存放数据之间的联系。 2数据库管理系统（Data Base Management System，DBMS） 数据库管理系统是位于用户与操作系统（OS）之间的数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的创建、查询、更新及各种数据控制，它是数据库系统的核心。数据库管理系统一般由计算机软件公司提供，目前比较流行的DBMS有Visual FoxPro、Access、Sybase、SQL Server和Oracle等。,数据库管理系统主要具有以下几个方面的功能： （1）数据定义功能 DBMS提供数据定义语
6、言（Data Definition Language，DDL），用户通过DDL可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。 （2）数据操纵功能 DBMS还提供数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML），用户可以使用DML操纵数据实现对数据的查询、插入、删除和修改等操作。 （3）数据库运行管理 数据库运行管理是DBMS运行的核心部分，包括并发控制、存取控制（安全性检查）、完整性约束条件的检查和执行、数据库内部的维护等。这些控制程序统一管理所有数据库的操作，保证了事务的正确运行和数据库的正确有效。 （4）数据库的建立和维护功能 数据库的建立和维护功能包括数据库初始数据
7、的载入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能监视、分析功能等。这些功能通常是由一些实用程序完成的。,3数据库应用系统 凡使用数据库技术管理其数据的系统都称为数据库应用系统。数据库应用系统的应用非常广泛，它可以用于事务管理、计算机辅助设计、计算机图形分析和处理及人工智能等系统中。如第1章中的教学管理系统就是典型的数据库应用系统。 4数据库系统（Data Base System，DBS） 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、数据库应用系统、数据库管理员（Data Base Administrator，DBA）和用户、硬件系统构成。,2
8、.2 数据库技术发展,随着数据库技术的不断发展和完善，数据管理技术主要经历了三个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段。 1人工管理阶段 20世纪50年代前期，计算机主要用于科学计算，数据处理都是通过手工方式进行的。这一时期计算机数据管理的特点是：数据的独立性差、数据不能被长期保存、数据的冗余度大、数据面向应用和没有软件对数据进行管理等。人工管理阶段应用程序与数据之间的关系如图2-1所示。,图2-1 人工管理阶段应用程序 与数据的关系,2文件系统阶段 20世纪50年代后期到60年代中后期，在此阶段，数据以文件的形式进行组织，并能长期保留在外存储器上，用户能对数据文件进行查询、修改、插
9、入和删除等操作。程序与数据有了一定的独立性，程序和数据分开存储，然而依旧存在数据的冗余度大及数据的不一致性等缺点。 文件系统阶段应用程序与数据之间的关系如图2-2所示。,图2-2 文件系统阶段应用程序与数据的关系,3数据库系统阶段 20世纪60年代后期，信息量的爆炸式膨胀带来了数据量的急剧增长，为了解决日益增长的数据量带来的数据管理上的严重问题，数据库技术逐渐发展和成熟起来。 数据库技术使数据有了统一的结构，对所有的数据进行统一、集中、独立的管理，以实现数据的共享，保证数据的完整和安全，提高了数据管理效率。在应用程序和数据库之间有数据库管理系统。 主要特点是：数据库中的数据是结构化的、数据冗余
10、度小、易扩充、较高的数据和程序独立性、较高的数据共享性和数据由DBMS统一管理和控制等。数据库系统阶段应用程序与数据之间的关系如图2-3所示。,图2-3 数据库系统阶段应用程序与数据的关系,2.3 数据描述与数据模型,2.3.1 数据库的基本概念,人们把客观存在的事物以数据的形式存储到计算机中，经历了3个世界：现实世界、信息世界和计算机世界。 1现实世界 现实世界是存在于人们头脑之外的客观世界。 2信息世界 信息世界是现实世界在人们头脑中的反映，人们把它用文字或符号记录下来。在信息世界中，有以下与数据技术相关的术语。 （1）实体 客观存在并且可以相互区别的事物称为实体。实体可以是具体的事物，也
11、可以是抽象的事件，如教学管理系统中的学生、班级、系别和教师等。 （2）属性 描述实体的特性称为属性。一个实体可以用若干个属性来描述，如教学管理系统中的学生实体由学号、姓名、性别、出生日期等若干个属性组成。实体的属性由型和值来表示。,（3）码 惟一标识实体的属性或属性的组合称为码。例如在教学管理系统中系别实体的码是系别编号，班级实体的码是班级编号、教师实体的码是教师号、学生实体的码是学号，而选课实体的码是学号与课程编号的组合。 （4）域 属性的取值范围称为该属性的域。例如在教学管理系统中学生的学号属性的域为8位，姓名的域为字符集合，性别的域为（男，女）。 （5）实体型 具有相同属性的实体必然具有
12、共同的特征和性质，用实体名及其属性名的集合来抽象和表达同类实体，称为实体型。如在教学管理系统中，学生（学号，姓名，性别，出生日期，电话，邮政编码，邮箱）就是一个实体型。 （6）实体集 同类实体的集合称为实体集，例如全体学生，全体教师等。,（7）联系 两个实体型之间的联系可以分为三类： 1）一对一联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B至多存在一个实体与之联系；反之亦然，则称实体集A与实体集B之间存在一对一联系，记作1：1。如图2-4(a) 2）一对多联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中存在多个实体与之联系；反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只存在一个实体与之联系
13、，则称实体集A与实体集B之间存在一对多的联系，记作1：n。如图2-4(b)所示。 3）多对多的联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中存在多个实体与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也存在多个实体与之联系，则称实体集A与实体集B之间存在多对多联系，记作m：n。如图2-4(c)所示。,(a)1:1联系 (b)1:n联系 (c)m:n联系,图2-4 两个实体集之间的三类联系,3计算机世界 信息世界的信息在计算机世界中以数据形式存储。 由此可以看出，客观事物及其联系是信息之源，是组织和管理数据的出发点。为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，首先把
14、现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构不依赖于具体的计算机系统，不是某一个DBMS支持的数据模型，而是概念级的模型，然后再把概念模型转换为计算机上某一DBMS支持的数据模型，这一过程如图2-5所示。,图2-5 现实世界中客观对象的抽象过程,2.3.2 数据库的基本概念,1数据模型的三要素 （1）数据结构 数据结构用于描述系统的静态特征，是所研究的对象类型的集合，这些对象是数据库的组成部分，包括两个方面： 1）数据本身：数据的类型=内容+性质等。 2）数据之间的联系：数据之间是如何相互关联的。 （2）数据操作 数据操作是对数据库中的各种对象的实例允许执行的操作集合。数据操作包括操
15、作对象及有关的操作规则，主要有检索和操纵两类。 （3）数据约束条件 数据约束条件是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定数据模型中的数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态及其状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。,2三种常见的数据模型 数据库管理系统所支持的数据模型分为三种：层次模型、网状模型和关系模型。 （1）层次模型（Hierarchical Model） 用树形结构表示数据和数据之间的联系业务的模型称为层次模型，也称为树状模型。 层次模型的每个结点必须满足以下两个条件才能构成层次模型： 1）有且仅有一个结点无双亲，这个结点称为根结点 2）其他结点有且仅有
16、一个双亲。,图2-6 层次模型实例,（2）网状模型 用网络结构表示数据及数据之间联系的模型称为网状模型，也称网络模型。 在网状模型中，结点必须满足以下条件： 1）一个结点可以有多个双亲结点 2）有一个以上的结点没有双亲结点。 在网状模型中，结点之间的联系是任意的，可以表示各种类型的联系，更描述客观世界，如图2-7所示。,图2-7 网状模型实例,（3）关系模型 用二维表来描述实体与实体之间联系的数据模型称为关系模型。 关系模型的概念 在关系模型中，数据在用户观点下的逻辑结构就是一张二维表。每一张二维表称为一个关系。二维表中存放了两类数据：实体本身的数据和实体间的联系。这里的联系是通过不同的关系中具有相同的属性名来实现的。例如表2-1在学生情况关系中存储了学生的学号，姓名，性别，出生日期、电话、邮政编码和班级号等信息,表2-1 学生情况表,关系模型特点 关系模型的概念单一。无论是实体还是实体之间的联系都用关系来表示。 关系必须是规范化的关系。所谓规范化是指关系模型中的每一个关系模式都要满足一定的要求或者称为规范条件，最基本的一个
