数据库管理与数据库

《数据库管理与数据库》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据库管理与数据库（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 2 章数据管理与数据库第第2 2章章 数据管理与数据库数据管理与数据库2.1 数据库的常用术语2.2 计算机数据管理技术的产生和发展2.3 数据模型2.4 数据库系统的模式结构2.5 DBMS的功能2.6 数据库系统的组成2.1 2.1 数据库的常用术语数据库的常用术语数据与信息2.1.2 数据独立性2.1.3 数据库系统 返回2.1.1 2.1.1 数据与信息数据与信息(1)(1)数据数据(Data)：描述客观事物特征或性质的某种符号。描述事物的符号可以是数值，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等多种形式，它们都可以经过数字化处理后存入计算机。数据项数据项(Item of Data)：

2、数据的基本单元，即最小单位，它是某类客观事物的某个特征或性质的数据抽象。每个数据项都有一个名字(数据项名)和若干可能的取值(数据项值)。 l例如，描述一类学生的“姓名”、“性别”、“籍贯”都是数据项名，而“李明”、“男”、“江苏”则分别是以上数据项的一个取值。2.1.1 2.1.1 数据与信息数据与信息(2)(2)记录型记录型(Record Type)：描述一类事物的若干特征或性质的数据项名的集合，即数据结构。 l例如，描述某校所有学生的记录型为： l学生(姓名、性别、出生日期、籍贯、所在系别、入学日期)数据记录数据记录(Record)：按照记录型的规定描述一个事物的若干特征或性质的数据项值的

3、集合。l例如，描述一个学生李明的记录为：l(李明，男，21，1972/08/21，江苏，计算机系，1990/09/01) 2.1.1 2.1.1 数据与信息数据与信息(3)(3)数据处理数据处理(Data Processing)：对数据进行收集、存储、检索、分类、加工和传输等一系列活动过程的总和。 返回 2.1.1 2.1.1 信息与信息信息与信息(4)(4)信息信息(Information)(Information)：客观事物之间相互：客观事物之间相互联系、相互作用的运动状态和特征的抽象联系、相互作用的运动状态和特征的抽象描述，是数据处理的结果，且仍以数据的描述，是数据处理的结果，且仍以数据

4、的形式表示出来。形式表示出来。 数据与信息的关系：信息是数据处理的结数据与信息的关系：信息是数据处理的结果，信息也以数据作为其表现形式。果，信息也以数据作为其表现形式。 返回2.1.2 2.1.2 数据独立性数据独立性数据独立性数据独立性(Data Independency)是指数据与是指数据与用户的应用程序之间的依赖关系是独立的，它用户的应用程序之间的依赖关系是独立的，它包括：包括：1 1、数据的物理独立性：指用户的应用程序与存、数据的物理独立性：指用户的应用程序与存储在磁盘上数据库中的数据是相互独立的。即储在磁盘上数据库中的数据是相互独立的。即当数据的物理存储位置改变时，用户的应用程当数据

5、的物理存储位置改变时，用户的应用程序不用改变。序不用改变。2 2、数据的逻辑独立性：指用户的应用程序与数、数据的逻辑独立性：指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。即当数据的逻据库的逻辑结构是相互独立的。即当数据的逻辑结构改变时，用户的应用程序不用改变。辑结构改变时，用户的应用程序不用改变。 返回2.1.3 2.1.3 数据库系统数据库系统 数据库系统与数据库、数据库管理系统是三个既有联系又有区别的重要基本概念。数据库数据库(DataBase，简称DB)：长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。其特点是：数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有最小的冗余度、较高的

6、数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享等，它是数据库系统的组成部分。 数据库管理系统数据库管理系统其英文为DataBase Management System，简称DBMS，是位于用户与操作系统(OS)之间的，使人们能对数据库中的数据进行科学地组织、高效地存取和维护管理的一种数据管理软件。它为用户提供数据定义、数据操纵、数据库控制、数据库的建立和维护等功能。数据库系统数据库系统其英文为DataBase System，简称DBS，是计算机系统、DB、DBMS、应用软件、数据库管理员(DataBase Administrator，简称DBA)和用户的总和。所以，DBS一般由硬件、软件(包括开发工

7、具)、数据库、数据库管理员和用户构成。在许多不会引起混淆的情况下，人们又常常把数据库系统简称为数据库。2.2 2.2 计算机数据管理技术的计算机数据管理技术的产生和发展产生和发展人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段2.2.4 数据库技术的发展2.2.5 数据库技术的主要研究领域 返回2.2.1 2.2.1 人工管理阶段人工管理阶段计算机数据管理是指利用计算机对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护的一系列操作，它是数据处理的前提和中心问题。人工管理阶段人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）是计算机数据管理技术经历的第一个阶段。其特点是：数据不保存，程序员(人工)管理数据，数据不共享，数

8、据和程序不具有独立性。 返回2.2.2 2.2.2 文件系统阶段文件系统阶段文件系统阶段文件系统阶段（从20世纪50年代后期到20世纪60年代中期）是计算机数据管理技术经历的第二个阶段。其特点是：数据可以长期保存，文件多样化和结构化，文件系统管理数据。文件系统比人工管理阶段有了很大的改进，但仍存数据冗余度大，数据独立性较差和数据联系弱等缺点。 返回2.2.3 2.2.3 数据库系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段（从20世纪60年代后期至今）是计算机数据管理技术经历的第三个阶段。其特点是：整体数据的结构化(数据模型)，数据独立性较高，数据的共享性好，冗余度低，易扩充，并提供了数据

9、的安全性(Security)保护、数据的完整性(Integrity)、并发控制(Concurrent Control) 和数据库恢复(Recovery)等完整的控制功能。 返回 2.2.4 2.2.4 数据库技术的发展数据库技术的发展第一代数据库技术第一代数据库技术，即层次数据库和网状数据库技术；第二代数据库技术第二代数据库技术，即关系数据库技术；第三代数据库技术第三代数据库技术，即新一代数据库技术，以面向对象模型为主要特征的数据库技术。 第一代数据库技术第一代数据库技术即层次数据库和网状数据库技术。这一代的数据库管理系统主要支持层次和网状数据模型，其主要特点是: 支持三级模式结构； 用存取路

10、径(指针)来表示数据之间的联系； 数据定义语言(Data Definition Language，简称DDL)和数据操纵语言(Data Manipulation Language，简称DML)相对独立； 数据库语言采用过程性(导航式)语言。第二代数据库技术第二代数据库技术即关系数据库技术。这一代的数据库管理系统主要支持关系数据模型，这种模型有严格的数学理论基础，概念简单、清晰，易于用户理解和使用。其主要特点是： 概念单一化，数据及其数据间的联系都用关系来 表示； 以关系代数为理论基础，数据独立性强； 数据库语言采用说明性语言，大大简化了用户的编程难度。第三代数据库技术第三代数据库技术即新一代数

11、据库技术，它是以面向对象模型为主要特征的数据库技术。这一代的数据库管理系统是基于扩展的关系数据模型或面向对象数据模型的，是尚未完全成熟的一代数据库技术，其主要特点是： 支持包括数据、对象和知识的管理； 在保持和继承第二代数据库技术基础上引入新技术，如面向对象技术等， 对其它系统开放，有良好的可移植性、可扩充性和可互操作性。2.2.5 2.2.5 数据库技术的数据库技术的主要研究领域主要研究领域数据库技术大致有三个主要研究领域： 数据库管理系统软件的研究。 数据库应用系统设计与开发。 数据库理论的研究。 返回2.3 2.3 数据模型数据模型2.3.1 数据模型的构成2.3.2 数据模型的分类2.

12、3.3 实体-联系(E-R)模型2.3.4 常用的结构数据模型 返回2.3.1 2.3.1 数据模型的构成数据模型的构成数据模型数据模型(Data Model)：客观事物某些特征的数据抽象和模拟，是一组严格定义的概念集合，它是数据库系统的核心。数据模型的三要素是：数据结构集合、数据操作集合数据结构集合、数据操作集合和完整性约束集合完整性约束集合 数据结构集合：数据结构集合：对计算机数据组织方式和数据之间联系进行框架描述的集合，是对数据库静态特性的描述。 数据操作集合数据操作集合：对数据库中各种对象类的实例(或取值)所允许执行的操作的集合，包括操作方法及有关的操作规则等，是对数据库动态特性的描述

13、。 完整性约束集合：关于完整性约束集合：关于数据状态和状态变化的一组完整性约束条件(规则)的集合。它保证数据的正确性、有效性和相容性。 返回2.3.2 2.3.2 数据模型的分类数据模型的分类一个数据模型除了应具备前面的三个要素以外，还应满足以下三方面的性能要求： 能比较真实地模拟或抽象表示现实世界； 容易为人所理解； 便于在计算机上实现。但目前还没有找到这样的数据模型。因此，人们常常采取多步抽象的方法，针对不同的抽象层次采用不同的数据模型。 三类数据模型三类数据模型 概念数据模型概念数据模型(Conceptual Data Model)： 结构数据模型结构数据模型(Structural Da

14、ta Model)， 又称逻辑数据模型逻辑数据模型(Logical Data Model)： 物理数据模型物理数据模型(Physical Data Model)概念数据模型概念数据模型用户容易理解的、对现实世界特征的数据抽象，它与具体的DBMS无关，是数据库设计员与用户之间进行交流的语言。常用的概念数据模型是实体联系(E-R)模型，简称E-R模型。结构数据模型结构数据模型又称逻辑数据模型逻辑数据模型(Logical Data Model)：是用户从数据库中所看到的数据模型，是具体的DBMS所支持的数据模型，如网状数据模型、层次数据模型、关系数据模型和面向对象数据模型等。物理数据模型物理数据模型

15、描述数据在存储介质上组织结构的数据模型，它不但与具体的DBMS有关，而且还与操作系统和硬件有关，是物理层次的数据模型。现实世界概念数据模型结构数据模型 物理数据模型数据库三类数据模型在数据库设计过程中地位和关系返回2.3.3 2.3.3 实体实体- -联系联系(E-R)模型模型实体-联系方法(Entity- Relationship Approach)，简称E-R方法或E-R模型， 是一种概念数据模型。本节介绍： E-R模型中的基本概念 E-R图要点 E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(1)实体实体(Entity)：客观存在并可相互区别的事物都称为实体，如，王涛，计算机系等。属性属性(At

16、tribute)：实体具有若干特征，每个特征称为实体的一个属性。例如，每个学生实体都具有学号、姓名、年龄、性别、系别、年级等属性。实体型实体型(Entity Type)：对具有相同属性的一类实体的特征和性质的结构描述。例如，学生(学号，姓名，性别，年龄，系，入学时间)就是一个实体型。E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(2)实体集实体集(Entity Set)：若干同型实体的集合称为实体集。例如，信息学院的学生就是一个实体集。关键字关键字(Key)：能唯一地标识实体集中每个实体的属性集合称为关键字(码)。例如，学号可以作为一个学校的学生实体集的关键字；一个实体集可以有若干个关键字，通常选择一

17、个作为主关键字 (Primary Key)。域域(Domain)：属性的取值范围称作域。例如，性别的域为集合男，女。联系联系(Relationship)：E-R模型中实体之间的联系，它是客观事物之间联系的抽象表示。E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(3)两个实体集之间的联系可以分为三类： 一对一联系一对一联系(1:1)： 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个(也可以没有)实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系，记为1:1。 一对多联系一对多联系(1: n)。 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体(n0)与之联系，反之，对于实体集B中的每

18、一个实体，实体集A中至多有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B具有一对多联系，记为1: n。 多对多联系多对多联系(m:n)。如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体(n0)与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体(m0)与之联系，则称实体集A与实体集B具有多对多联系，记为m:n。实体集内部的联系也有1:1、1:n和m:n三类联系。E-R模型中的基本概念模型中的基本概念(4)E-R图要点图要点(1)E-R图中的符号约定如下： 实体(集、型)：用矩形表示，矩形框内写明实体名； 联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关的实体连接起来，同时

19、在无向边旁标上联系的类型(1:1, 1:n或m:n)。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来。 属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。E-R图要点图要点(2)一个简单实例学生实体集与课程实体集及其联系的E-R图。 学号 nm 课程号 课程名学分学生 选修课程成绩姓名出生日期 性别返回2.3.4 2.3.4 常用的结构数据模型常用的结构数据模型目前，数据库领域中最常用的结构(逻辑)数据模型有四种，它们是： 层次模型(Hierarchical Model) 网状模型(Network Model) 关系模型(Relational Model) 面向对象模型(O

20、bject Oriented Model) 返回 关系模型关系模型(1)(1)关系模型是本书的重点，关系模型的数据结构、数据操作涉及的一些概念如下： 关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构：逻辑结构是一张二维表(Table，简称表)，由行和列组成。其常用术语有： 关系模式(Relational Schema)：对应一个二维表的表头，它对应E-R模型中的实体型，是相对稳定的。 属性属性(Attribute)：二维表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。它们与E-R模型中实体型的属性相同。 关系关系(Relation)：对应通常所说的一张二维表，它与E-R模型中的实体集对应。

21、关系模型关系模型(2)(2) 元组元组(Tuple)：二维表中除表头以外的一非空行即为一个元组，元组与E-R模型中的实体对应。 候选键候选键(Candidate Key)：二维表中的某些属性的集合，它可以唯一确定一个元组。一个关系可以有若干个候选键，通常选择一个作为主键(Primary Key)。它们分别与E-R模型中的关键字和主关键字对应。 域域(Domain)；属性的取值范围。属性的域同E-R模型中属性的域意义相同。 分量分量(Attribute Value)：元组中一个属性所取的具体值。关系模型关系模型(3)(3)表2.3 给出了文件系统、E-R模型和关系模型中常用术语的对照关系 文件系

22、统E-R模型关系模型1记录型实体型关系模式2数据文件实体集关系(表)3记录实体元组4字段属性属性5关键字段关键字主键关系模型关系模型(4)(4) 关系数据模型的操作关系数据模型的操作：关系模型的数据操作是集合操作，即操作的对象和操作的结果都用关系表示。 关系数据模型的存储结构关系数据模型的存储结构：在关系数据模型中，实体及实体间的联系都用关系（二维表）来表示。在数据库的物理组织中，通常数据库作为一个操作系统的文件存储，关系也以文件形式存储在数据库文件中，其文件结构由DBMS系统自己设计和管理。关系模型关系模型(5)(5) 关系数据模型具有下列优点关系数据模型具有下列优点： 关系模型与非关系模型

23、不同，它建立在严格的数学理论基础上。 关系模型的概念单一，无论实体还是实体之间的联系都用关系表示。 关系模型的存取路径对用户透明，有更高的数据独立性、更好的安全保密性。 关系模型中的数据操作是集合操作，即操作的对象和操作的结果都用关系表示。 关系数据模型的缺点：查询效率往往不如非关系数据模型。2.4 2.4 数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构 2.4.1 数据库的三级模式 2.4.2 数据库的二级映象功能与数据独立性 返回2.4.1 2.4.1 数据库的三级模式数据库的三级模式三级模式是指数据库管理系统(DBMS)中存在的外模式、(逻辑)模式和内模式，它是数据库管理系统(DBMS)对数据

24、库中数据进行有效组织和管理的方法(图2.16)。其目的有： 为了减少数据冗余，实现数据共享； 为了提高存取效率，改善性能。 返回数据库系统的三级模式结构示意图数据库系统的三级模式结构示意图 用户C2 用户C1用户B用户A2用户A1外模式A外模式B 外模式C模 式 内模式 应用程序1 应用程序2应用程序3应用程序4应用程序5外部层： 逻辑层： 内部层：数据库 OS外模式/模式映像 模式/内模式映像 DBMS 概念概念概念概念概念 返回模式模式模式模式(Schema)也称结构模式或逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它与结构数据模型对应。DBMS提供模式定义语言(Schema DD

25、L，简称模式DDL)来严格地定义模式。RDBMS中的模式与E-R模型中实体型对应。返回外模式外模式 外模式(Extemal Schema)也称子模式(Subschema)或用户模式，它是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。外模式是与某一具体应用有关的数据的逻辑结构和特征的描述。 返回内模式内模式内模式内模式(Internal Schema)：也称存储模式(Storage Schema)，是数据库物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。说明：现在的DBMS产品基本上可以自动完成内模式的大部分定义工作，几乎不需要用户介入。当用户使用模式DDL定义模式的同时，D

26、BMS也就自动完成了相应的内模式的定义工作。 返回2.4.2 2.4.2 数据库的二级映象功数据库的二级映象功能与数据独立性能与数据独立性数据库管理系统在这三级模式之间提供了两层映象： 外模式/模式映象：存在于外模式与模式之间，用于定义外模式与模式之间的对应关系。其目的是为了提高数据与程序之间的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。 模式/内模式映象：存在于模式与内模式之间，用于定义内模式与模式之间的对应关系，即数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。其目的是为了提高数据与程序之间的物理独立性，即数据的物理独立性。 返回 例例2.13: 假设应用程序假设应用程序A，要求从数据库中取出一条记录，

27、则程序应用数据操纵要求从数据库中取出一条记录，则程序应用数据操纵语言语言(DML)向向DBMS提出请求提出请求 . DBMS接收命令后，系统内部将发生一系列事件接收命令后，系统内部将发生一系列事件 应用程序A向DBMS发出读一个记录的操作命令(一条DML语句)，命令 中含操作对象和操作条件。当计算机执行该DML语句时，立即启动DBMS，并把读记录的命令传给DBMS。 DBMS调用应用程序A对应的外模式，检查存取权限，决定是否执行A的操作命令。 当确定A的命令是合法之后，DBMS调用模式，并根据模式与外模式的映射关系，确定应读入哪些模式记录。 DBMS根据模式与内模式的映射，调出内模式得到组织物

28、理记录的结构和存取信息。 DBMS向OS申请读进所需物理记录。 OS执行读命令，从存储介质中将指定记录读入系统缓冲区，并在操作之后向DBMS作出应答。 DBMS参照模式和外模式的映射，将读入系统缓冲区的数据转换为应用程序所需要的记录形式。 DBMS把用户记录从系统缓冲区送到应用程序A的用户工作区。 DBMS将读记录操作成功与否的信息作为一种状态送给应用程序A。 此后，应用程序A便根据返回的状态信息作出相应的处理； 2.5 DBMS的功能的功能 BMS的主要功能包括： (1) 数据库定义功能。 (2) 数据操纵功能。 (3) 数据库控制功能。 (4) 数据库维护功能。 返回数据库的定义功能数据库

29、的定义功能DBMS通过提供数据定义语言(Data Definition Language - DDL)来对外模式、模式和内模式加以描述和定义，即定义数据库的逻辑结构、存储结构、语义信息和保密要求等。 返回数据操纵功能数据操纵功能DBMS提供数据操纵语言(Data Manipulation LanguageDML)实现对数据库中数据的基本操作，如检索、插入、修改、删除和排序等等。DML有两类：l(1)嵌入式DML：嵌入到C+或PowerBuilder等高级语言(称为宿主语言)中的DML。l(2)非嵌入式语言，包括交互式命令语言和结构化语句，语法简单，可以独立使用，由单独的解释或编译系统来执行，所

30、以一般称为自主型或自含型的DML。 返回 数据库控制功能数据库控制功能数据库控制功能：控制整个数据库系统的运行，包括安全性保护、并发控制、存取控制等。 返回 数据库维护功能数据库维护功能 数据库维护功能：包括初始数据的装入、数据库的转储或后备功能、数据库恢复功能、数据库的重组织功能以及性能分析等功能。2.6 2.6 数据库系统的组成数据库系统的组成(1)(1)数据库系统一般由硬件、软件(包括开发工具)、数据库、数据库管理员和用户构成。各个部分的内容： 1、硬件，指中央处理器、内存储器、外存储器等完整的计算机硬件系统，在网络环境中还包括服务器以及通信网络等硬件设施。 2、软件，即支持DBMS运行

31、所必须的操作系统（含网络操作系统）和DBMS本身两大部分。以及高级语言及其编译系统或以DBMS为核心的应用开发工具以及为特定应用环境开发的数据库应用系统。2.6 2.6 数据库系统的组成数据库系统的组成(2)(2) 3、人员: 数据库开发、管理和使用过程中所涉及的数据库管理员、数据库设计人员、应用程序员和最终用户等。 应用程序员：负责设计和编写具体的应用系统程序模块，并进行调试和安装。 数据库管理员(DataBase Administrator，简称DBA):在数据库建立之初和数据库系统成功建立以后对数据库系统进行监督和管理的专门机构，DBA则是这个机构的一个(组)人员。2.6 2.6 数据库系统的组成数据库系统的组成(3)(3) DBA的职责包括： 决定数据库中的信息内容和结构。 决定数据库的存储结构和存取策略。 定义数据的安全性要求和完整性约束条件。 监控数据库的使用和运行。 数据库的改进和重组重构。 返回