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1、第一章第一章 数据库基本概念数据库基本概念本章目标本章目标了解术语：数据（了解术语：数据（Data）、）、数据库（数据库（Database）、）、数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）、）、数据库系统数据库系统（DBS）了解数据库发展了解数据库发展熟悉数据模型概念及分类熟悉数据模型概念及分类掌握关系模型的概念掌握关系模型的概念了解数据库体系结构了解数据库体系结构掌握三级模式概念和两级映象掌握三级模式概念和两级映象了解数据库系统用户了解数据库系统用户本章内容本章内容1.51.5数据库的用户数据库的用户1.41.4数据库系统结构数据库系统结构1.31.3数据模型数据模型1.21.2数据库管理技
2、术的产生和发展数据库管理技术的产生和发展1.11.1数据库系统概述数据库系统概述1.1 数据库系统概述数据库系统概述数据库是数据管理的最新技术，是计算机科学的数据库是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支重要分支常用术语常用术语数据数据数据库数据库数据库管理系统数据库管理系统数据库系统数据库系统数据库管理技术的产生和发展数据库管理技术的产生和发展数据库系统的特点数据库系统的特点1.1.1 数据库的地位数据库的地位支撑当代计算机应用最基本的四大支柱支撑当代计算机应用最基本的四大支柱操作系统操作系统网络技术网络技术计算机语言计算机语言数据库数据库1.1.1 数据库的地位数据库的地位( (续续)
3、 )数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支技术，是计算机科学的重要分支数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透大地促进了计算机应用向各行各业的渗透数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频数据库的建设规模、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度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志1.1.2 数据数据数据：数据（数据：数据（Data）是描述事物的符号记录是描述事物的符号记录数据的表示形式数据的表示形式文
4、字文字图形图形图像图像声音声音1.1.3 数据库数据库数据库：数据库： 数据库（数据库（DataBase, 简称简称DB）是有组织是有组织有结构存储在计算机内部的可共享的数据集合。有结构存储在计算机内部的可共享的数据集合。1.1.4 数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统：数据库管理系统：数据库管理系统数据库管理系统（ DataBase Management System,简称简称DBMS）是一类位于用户与操作系统是一类位于用户与操作系统之间，帮助用户有效地组织和存储数据、高效获取之间，帮助用户有效地组织和存储数据、高效获取有用信息的一层计算机系统软件。有用信息的一层计算机系统软件。用途用
5、途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据1.1.4 数据库管理系统（续）数据库管理系统（续）主要功能：主要功能：数据定义数据定义-DDL数据操纵数据操纵-DML数据控制数据控制-DCL1.1.4 数据库管理系统（续）数据库管理系统（续）当前主流的数据库管理系统当前主流的数据库管理系统：大型数据库管理系统：大型数据库管理系统： oracle,db2,Sybase,sql server 中小型数据库中小型数据库: access,foxpro,dbase,mysql1.1.5 数据库系统数据库系统数据库系统：数据库系统： 数据库系统数据库系统（DataB
6、ase System,简称简称DBS）是指是指在引入数据库后的计算机系统。在引入数据库后的计算机系统。用户用户用户用户用户用户应用系统应用系统应用开发工具应用开发工具数据库管理系统数据库管理系统操作系统操作系统数据库数据库数据库管理员数据库管理员 数据库系统数据库系统（DBS）硬件平台及数据库硬件平台及数据库软件软件人员人员1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展数据库技术是指对数据进行分类、组织、编码、存数据库技术是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护的技术储、检索和维护的技术人工管理阶段人工管理阶段文件管理阶段文件管理阶段数据库系统阶段数据库系统阶段 1.2.1
7、人工管理阶段人工管理阶段(40年代中年代中-50年代中年代中)特点：特点：数据不保存数据不保存应用程序管理数据应用程序管理数据,数据无结构数据无结构数据不共享数据不共享数据不具有独立性数据不具有独立性应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n数据集数据集1数据集数据集2数据集数据集n人工管理阶段人工管理阶段1.2.2 文件管理阶段（文件管理阶段（50年代末年代末-60年代中）年代中）特点：特点：数据长期保存数据长期保存文件管理数据文件管理数据共享性差、冗余度大共享性差、冗余度大应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n文件文件系统系统数据集数据集1数据集数据集2数据集数
8、据集n文件系统管理阶段文件系统管理阶段1.2.3 数据库系统阶段数据库系统阶段(60年代末以来年代末以来)特点：特点：数据结构化数据结构化数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高数据独立性高数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制数数据据库库数据库数据库管理系统管理系统应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n数据库系统阶段数据库系统阶段1.2.3 数据库系统阶段（续）数据库系统阶段（续）数据结构化：数据结构化：面向全组织，具有整体数据的结构化。面向全组织，具有整体数据的结构化。不仅描述数据本身，而且描述数据之间的联系。不仅描述数据本身，
9、而且描述数据之间的联系。 数据最小存取单位是数据项数据最小存取单位是数据项(数据项组成数据记录）。数据项组成数据记录）。1.2.3 数据库系统阶段（续）数据库系统阶段（续）数据的共享性高、冗余度低、易扩充数据的共享性高、冗余度低、易扩充DBMS应用程序应用程序1应用程序应用程序2数据库数据库1.2.3 数据库系统阶段（续）数据库系统阶段（续）数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制:数据的安全性数据的安全性(Security)保护保护数据的完整性数据的完整性(Integrity)检查检查并发并发(Concurrency)控制控制数据库恢复数据库恢复(Recovery)1.3 数据模型数
10、据模型概念数据模型概念数据模型信息世界的基本概念信息世界的基本概念实体实体- -联系模型（联系模型（E-R模型）模型）结构数据模型结构数据模型层次模型层次模型网状模型网状模型关系模型关系模型面向对象模型面向对象模型1.3 1.3 数据模型数据模型( (续续) )应用应用概念数据模型概念数据模型结构数据模型结构数据模型现实世界现实世界信息世界信息世界计算机世界计算机世界1.3.1 概念数据模型概念数据模型 历史历史- -模型：模型：Entity-Relationship Model1976年，年，P.P.S.Chen 提出提出E-RE-R模型模型，用，用E-RE-R图来描图来描述概念模型述概念模
11、型观点观点世界是由一组称作实体的基本对象和这些对象之间世界是由一组称作实体的基本对象和这些对象之间的联系构成的的联系构成的1.3.1.1 信息世界的基本概念信息世界的基本概念实体实体(Entity)客观存在并可相互区分的事物叫实体客观存在并可相互区分的事物叫实体如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论属性属性(Attribute)实体所具有的某一特性实体所具有的某一特性一个实体可以由若干个属性来刻画一个实体可以由若干个属性来刻画例如，学生可由学号、姓名、年龄、系等组成例如，学生可由学号、姓名、年龄、系等组成域域(Domain)属性的取值范围属性的取值
12、范围例如例如, ,性别的域为（男、女），月份的域为性别的域为（男、女），月份的域为到到12的整数的整数1.3.1.1 信息世界的基本概念信息世界的基本概念( (续续) )实体型实体型(Entity Type)实体名与其属性名集合共同构成实体型实体名与其属性名集合共同构成实体型例，学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年级）例，学生（学号、姓名、年龄、性别、系、年级）注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前者的一个特例注意实体型与实体（值）之间的区别，后者是前者的一个特例如如( (9808100，王平，王平，21，男，计算机系，男，计算机系，2)是一个实体是一个实体实体集实体集(Entity Se
13、t)同型实体的集合称为实体集同型实体的集合称为实体集如全体学生如全体学生1.3.1.1 信息世界的基本概念信息世界的基本概念( (续续) )联系联系(Relationship)：现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系体内部的联系和实体之间的联系如学生与老师间的授课关系如学生与老师间的授课关系联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联系，每个选课联联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性系都有一个成绩作为其属性 类型：类型： 一对一联系一对一联系 一对多联
14、系一对多联系 多对多联系多对多联系1.3.1 .1 信息世界的基本概念信息世界的基本概念( (续续) )码码(Key)唯一标识实体的属性集称为码唯一标识实体的属性集称为码 如学号是学生实体的码如学号是学生实体的码通讯录（姓名，邮编，地址，电话，通讯录（姓名，邮编，地址，电话，Email，BP）1.3.1.2 基本基本- -图要点图要点学生选修课程学生选修课程E-R图图学生学生课程课程选修选修姓名姓名学号学号系别系别课程名课程名先修课先修课学分学分成绩成绩用矩形表示实体集，在用矩形表示实体集，在框内写上实体名框内写上实体名用椭圆表示实体的用椭圆表示实体的属性属性用无向边把实用无向边把实体与其属性
15、连体与其属性连接起来接起来用菱形表示实体用菱形表示实体间的联系间的联系将参与联系的实体用线将参与联系的实体用线段连接段连接m mn n联系的联系的数量数量1.3.1.2 数据库设计过程数据库设计过程确定存储哪些数据，建确定存储哪些数据，建立哪些应用，常用的操立哪些应用，常用的操作及对象有哪些等作及对象有哪些等对需求分析所得到数据对需求分析所得到数据的更高层的抽象描述的更高层的抽象描述将概念模型所描述的数将概念模型所描述的数据映射为某个特定的据映射为某个特定的DBMSDBMS模式数据模式数据ERER模型模型1.3.2 结构数据模型结构数据模型层次模型层次模型网状模型网状模型关系模型关系模型面向对
16、象模型面向对象模型1.3.2.1 层次模型层次模型层次模型：用树型（层次）结构表示实体类型层次模型：用树型（层次）结构表示实体类型以及实体之间联系的模型是层次模型。以及实体之间联系的模型是层次模型。R1R2R3R4R5根根结点结点兄弟结点兄弟结点叶结点叶结点叶结点叶结点兄弟结点兄弟结点层次模型示例层次模型示例叶结点叶结点1. 有有且且只只有有一一个个结结点点没没有有双双亲亲结结点点，这这个个结点称为根结点结点称为根结点2. 根根以以外外的的其其它它结结点点有有且且只只有有一一个个双双亲亲结结点点1.3.2.2 网状模型网状模型网状模型：网状模型： 用网状结构表示实体类型及实体之间联用网状结构表
17、示实体类型及实体之间联系的数据模型称为网状模型系的数据模型称为网状模型。R1R2R4R5R3L1L2L3L4L5网状模型示例网状模型示例1.3.2.3 关系模型关系模型关系模型：用关系（二维表格形式结构）来表示关系模型：用关系（二维表格形式结构）来表示实体类型以及实体间联系的模型称为关系模型。实体类型以及实体间联系的模型称为关系模型。关系模型示例关系模型示例学生登记表学生登记表19701970年美国年美国IBMIBM公司公司San JoseSan Jose研究室的研究员研究室的研究员E.F.CoddE.F.Codd首次首次提出了数据库系统的关系模型提出了数据库系统的关系模型1.3.2.4 对象
18、模型对象模型对象模型：使用面向对象技术（对象模型：使用面向对象技术（Object-Oriented，简称简称OO)来表示信息世界的实体类型及实体之来表示信息世界的实体类型及实体之间联系的模型称为对象模型。间联系的模型称为对象模型。状态状态: 属性集合属性集合 行为：操作方法集合行为：操作方法集合 对象对象封装封装消息消息对象示意图对象示意图1.4 数据库系统结构数据库系统结构数据库系统结构数据库系统结构模式的概念模式的概念 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性数据库的二级映象功能与数据独立性1.4 数据库系统结构数据库系统结构( (续续) )数据库系
19、统内部的模式结构数据库系统内部的模式结构 从数据库管理系统角度看从数据库管理系统角度看数据库系统外部的体系结构数据库系统外部的体系结构从数据库最终用户角度看从数据库最终用户角度看1.4.1 数据库系统外部的体系结构数据库系统外部的体系结构单用户结构单用户结构主从式结构主从式结构分布式结构分布式结构客户客户/服务器结构服务器结构浏览器浏览器/应用服务器应用服务器/数据库服务器结构数据库服务器结构1.4.1.1 单用户数据库系统单用户数据库系统整整个个数数据据库库系系统统( (应应用用程程序序、DBMSDBMS、数数据据) )装装在在一一台台计计算算机机上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据
20、。上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据。早期的最简单的数据库系统早期的最简单的数据库系统1.4.1.2 主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统一个主机带多个终端的多用户结构一个主机带多个终端的多用户结构数数据据库库系系统统，包包括括应应用用程程序序、DBMSDBMS、数数据据，都都集集中中存存放放在主机上，所有处理任务都由主机来完成在主机上，所有处理任务都由主机来完成各各个个用用户户通通过过主主机机的的终终端端并并发发地地存存取取数数据据库库，共共享享数数据据资源资源1.4.1.2 主从式结构的数据库系统主从式结构的数据库系统( (续）续）优点优点易于管理、控制与维护。易于管理、
21、控制与维护。缺点缺点当当终终端端用用户户数数目目增增加加到到一一定定程程度度后后，主主机机的的任任务务会会过过分繁重，成为瓶颈，从而使系统性能下降分繁重，成为瓶颈，从而使系统性能下降系系统统的的可可靠靠性性依依赖赖主主机机, ,当当主主机机出出现现故故障障时时，整整个个系系统统都不能使用都不能使用1.4.1.3 分布式结构的数据库系统分布式结构的数据库系统数数据据库库中中的的数数据据在在逻逻辑辑上上是是一一个个整整体体，但但物物理理地地分布在计算机网络的不同结点上。分布在计算机网络的不同结点上。网网络络中中的的每每个个结结点点都都可可以以独独立立处处理理本本地地数数据据库库中中的的数数据据，执
22、行局部应用执行局部应用同同时时也也可可以以同同时时存存取取和和处处理理多多个个异异地地数数据据库库中中的的数数据据，执行全局应用执行全局应用1.4.1.3 分布式结构的数据库系统（续）分布式结构的数据库系统（续）优点优点适适应应了了地地理理上上分分散散的的公公司司、团团体体和和组组织织对对于于数数据据库库应用的需求应用的需求缺点缺点数数据据的的分分布布存存放放给给数数据据的的处处理理、管管理理与与维维护护带带来来困困难难当当用用户户需需要要经经常常访访问问远远程程数数据据时时，系系统统效效率率会会明明显显地受到网络传输的制约地受到网络传输的制约1.4.1.4 客户客户/ /服务器结构的数据库系
23、统服务器结构的数据库系统把把DBMS功能和应用分开功能和应用分开网网络络中中某某个个（些些）结结点点上上的的计计算算机机专专门门用用于于执执行行DBMS功能，称为数据库服务器，简称服务器功能，称为数据库服务器，简称服务器其其他他结结点点上上的的计计算算机机安安装装DBMS的的外外围围应应用用开开发发工工具具，用户的应用系统，称为客户机用户的应用系统，称为客户机1.4.1.4 客户客户/ /服务器结构的数据库系统服务器结构的数据库系统( (续续) )集中的服务器结构集中的服务器结构一台数据库服务器，多台客户机一台数据库服务器，多台客户机分布的服务器结构分布的服务器结构在网络中有多台数据库服务器在
24、网络中有多台数据库服务器分布的服务器结构是客户服务器与分布式数据库的结合分布的服务器结构是客户服务器与分布式数据库的结合1.4.1.4 客户客户/ /服务器结构的数据库系统服务器结构的数据库系统( (续续) )优点：优点：客客户户端端的的用用户户请请求求被被传传送送到到数数据据库库服服务务器器，数数据据库库服服务务器器进进行行处处理理后后，只只将将结结果果返返回回给给用用户户，从从而而显显著著减减少少了了数据传输量数据传输量数据库更加开放数据库更加开放客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行可以使用不同厂商的数据库应用开发工具可以
25、使用不同厂商的数据库应用开发工具1.4.1.4 客户客户/ /服务器结构的数据库系统服务器结构的数据库系统( (续续) )客户服务器结构的缺点：客户服务器结构的缺点：“胖客户胖客户”问题问题：系统安装复杂，工作量大系统安装复杂，工作量大应用维护困难，难于保密，造成安全性差。应用维护困难，难于保密，造成安全性差。相相同同的的应应用用程程序序要要重重复复安安装装在在每每一一台台客客户户机机上上，从从系系统统总总体体来来看看，大大大大浪浪费费了了系系统统资资源源。系系统统规规模模达达到到数数百百数数千千台台客客户户机机，它它们们的的硬硬件件配配置置、操操作作系系统统又又常常常常不不同同，要要为为每每
26、一一个个客客户户机机安安装装应应用用程程序序和和相相应应的的工工具具模模块块，其其安装维护代价便不可接受了安装维护代价便不可接受了1.4.1.4 客户客户/ /服务器结构的数据库系统服务器结构的数据库系统( (续续) )浏览器浏览器/ /应用服务器应用服务器/ /数据库服务器结构：数据库服务器结构：客户端：客户端：浏览器软件、用户界面浏览器软件、用户界面浏浏览览器器的的界界面面统统一一，广广大大用用户户容容易易掌掌握握, 大大大大减减少少了了培培训训时时间间与与费费用用服务器端分为两部分：服务器端分为两部分：Web服务器、应用服务器服务器、应用服务器数据库服务器等数据库服务器等大大大大减减少少
27、了了系系统统开开发发和和维维护护代代价价，能能够够支支持持数数万万甚甚至至更更多多的用户的用户1.4.1.5 并行数据库系统并行数据库系统利用并行计算机系统提供的并行处理能力，通过并利用并行计算机系统提供的并行处理能力，通过并行地使用多个行地使用多个CPU和硬盘来提高处理速度和和硬盘来提高处理速度和I/O速速度，从而加速数据库的活动度，从而加速数据库的活动1.4.2 数据库系统模式的概念数据库系统模式的概念模式（模式（Schema）：是数据库中全体数据的逻辑结）：是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅涉及到型的描述，不涉及构和特征的描述，它仅仅涉及到型的描述，不涉及到具体的值到具体的
28、值数据库的逻辑结构，是指在数据库中看到的部分如数据库的逻辑结构，是指在数据库中看到的部分如RDBMS中的表、索引等中的表、索引等数据库的物理结构，指数据库的数据文件的存储数据库的物理结构，指数据库的数据文件的存储实例（实例（Instance）：是模式的一个具体值）：是模式的一个具体值1.4.3 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构应用应用A A应用应用E E应用应用B B应用应用C C应用应用D D外外模式模式1 1外外模式模式2 2外外模式模式3 3模式模式内内模式模式数据库数据库外外模式模式/ /模式映象模式映象模式模式/ /内模式映象内模式映象数据库系统的三级模式结构数据库系
29、统的三级模式结构1.4.4 数据库系统的二级映象功能与数据独立性数据库系统的二级映象功能与数据独立性两层映象：两层映象：外模式外模式 / 模式映象模式映象模式模式 / 内模式映象内模式映象意义：这两层映象保证了数据库系统中的数据意义：这两层映象保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。1.5 数据库系统用户数据库系统用户最终用户最终用户应用程序员应用程序员DBA系统分析员系统分析员数据表示数据表示外外模式模式内模内模式式模式模式DB应用程序应用程序DBMSOS本章总结本章总结数据库系统概述数据库系统概述数据库管理技术的产生和发展数据库管理技术的产生和发展数据模型数据模型概念数据模型概念数据模型结构数据模型结构数据模型数据库系统结构数据库系统结构数据库系统结构数据库系统结构三级模式结构及二级映像三级模式结构及二级映像数据库的用户数据库的用户
