第01章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

第一章緒論1.1數(shù)據(jù)庫的基本概念1.2數(shù)據(jù)模型1.3關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.4本章小結2023/2/62/731.1數(shù)據(jù)庫的基本概念1.1.1數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)處理1.1.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程1.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成1.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點2023/2/63/731.1.1數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)2.信息3.數(shù)據(jù)與信息的關系4.數(shù)據(jù)處理5.數(shù)據(jù)庫2023/2/64/731.1數(shù)據(jù)庫的基本概念1.1.1數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)處理1.1.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程1.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成1.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點2023/2/65/731.1.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程

計算機技術用于數(shù)據(jù)管理，是指利用計算機的軟件、硬件對數(shù)據(jù)進行存儲、檢索、維護并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的各種運算和操作。計算機中的數(shù)據(jù)管理經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理三個發(fā)展階段。1.人工管理階段2.文件系統(tǒng)階段3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段2023/2/66/731.1.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程1.人工管理階段20世紀50年代中期以前，計算機主要用于科學計算。當時的計算機硬件狀況是，外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤等直接存取的存儲設備；軟件狀況是，沒有操作系統(tǒng)，沒有管理數(shù)據(jù)的專門軟件；數(shù)據(jù)處理的方式是批處理。人工管理數(shù)據(jù)具有如下特點：（1）數(shù)據(jù)不保存。（2）用戶自己編寫應用程序管理數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)不共享。（4）數(shù)據(jù)不具獨立性。2023/2/67/731.1.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程2.文件系統(tǒng)階段20世紀50年代后期到60年代中期，這時計算機硬件方面已經(jīng)有了磁盤、磁鼓等直接存取存儲設備；軟件方面，操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了專門的數(shù)據(jù)管理軟件，一般稱為文件系統(tǒng)。其特點：（1）數(shù)據(jù)可以長期保存。（2）由文件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理。但是，文件系統(tǒng)仍存在以下缺點：（1）數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大。（2）數(shù)據(jù)獨立性低。2023/2/68/731.1.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段20世紀60年代后期以來，隨著計算機軟、硬件的繼續(xù)發(fā)展，計算機管理的數(shù)據(jù)對象規(guī)模越來越大，應用范圍也越來越廣泛，數(shù)據(jù)量急劇增長，同時多種應用、多種語言互相共享數(shù)據(jù)集合的要求越來越強烈。因此，文件管理存在的不足越來越凸現(xiàn)，為了解決多用戶、多應用共享數(shù)據(jù)的需求，使數(shù)據(jù)為盡可能多的應用服務，數(shù)據(jù)庫技術便應運而生，出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門軟件系統(tǒng)——數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。2023/2/69/731.1數(shù)據(jù)庫的基本概念1.1.1數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)處理1.1.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程1.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成1.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點2023/2/610/731.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem，簡稱DBS）是指引入了數(shù)據(jù)庫技術的計算機系統(tǒng)，它由計算機硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應用程序及用戶等幾部分構成。2023/2/611/731.1數(shù)據(jù)庫的基本概念1.1.1數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)處理1.1.2數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程1.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成1.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點2023/2/612/731.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點與人工管理和文件系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要有以下4個方面的特點：1.數(shù)據(jù)整體結構化。2.數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充。3.數(shù)據(jù)的獨立性高。4.數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制。2023/2/613/731.數(shù)據(jù)整體結構化2023/2/614/732.數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充2023/2/615/733.數(shù)據(jù)的獨立性高。2023/2/616/734.數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制2023/2/617/731.2數(shù)據(jù)模型1.2.1現(xiàn)實世界中客觀對象的抽象過程1.2.2概念模型1.2.3邏輯模型2023/2/618/731.2.1現(xiàn)實世界中客觀對象的抽象過程2023/2/619/731.2數(shù)據(jù)模型1.2.1現(xiàn)實世界中客觀對象的抽象過程1.2.2概念模型1.2.3邏輯模型2023/2/620/731.2.2概念模型概念模型也稱信息模型，它是按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模，是對現(xiàn)實世界客觀對象的第一層抽象和模擬，模型主要強調(diào)語義的表達能力,要求概念簡單清晰。概念模型主要用于數(shù)據(jù)庫的概念設計階段的建模。常見的表示方式有ER圖2023/2/621/731.2.2概念模型2023/2/622/731.2數(shù)據(jù)模型1.2.1現(xiàn)實世界中客觀對象的抽象過程1.2.2概念模型1.2.3邏輯模型2023/2/623/731.2.3邏輯模型是從計算機系統(tǒng)的角度對數(shù)據(jù)建模，即在計算機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）中如何對數(shù)據(jù)進行組織，如何用它定義、操縱數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，一般需要有嚴格的形式化定義，即是一組嚴格定義了語法和語義的語言，并有一些約束和限制。因此，主要用于DBMS軟件的實現(xiàn)。而數(shù)據(jù)庫設計人員只需理解其特征，并掌握概念模型向?qū)倪壿嬆Ｐ停ㄈ珀P系模型）轉換的方法。2023/2/624/731.2.3邏輯模型邏輯模型主要有:網(wǎng)狀模型層次模型關系模型面向?qū)ο竽Ｐ蛯ο箨P系模型XML模型2023/2/625/73邏輯模型的三要素不管是什么樣的邏輯數(shù)據(jù)模型，都有一些共性的概念與組成要素。一般地講，數(shù)據(jù)模型是嚴格定義的一組概念的集合。這些概念精確地描述了系統(tǒng)的靜態(tài)結構、動態(tài)特征和完整性約束條件。因此數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)操作完整性約束三部分組成，也稱為數(shù)據(jù)模型的三要素。2023/2/626/73層次模型某高校組織機構層次模型數(shù)據(jù)結構2023/2/627/73層次模型層次數(shù)據(jù)庫模型示例2023/2/628/73層次模型層次模型中的型-值關系示意2023/2/629/73層次模型層次模型的數(shù)據(jù)操作與完整性約束層次模型的數(shù)據(jù)操縱主要有查詢、插入、刪除和修改。在進行插入、刪除和修改操作時要滿足層次模型的完整性約束：①進行插入操作時，如果沒有相應的雙親結點值就不能插入它的子女結點值。例如，在上述某學校的層次數(shù)據(jù)庫中，如果該學校新調(diào)入一名教師，但尚未分配到某個系，這時就不能將新教師信息插入到數(shù)據(jù)庫中。②進行刪除操作時，如果刪除雙親結點，則相應的子女結點值也被同時刪除。2023/2/630/73層次模型層次模型的特點層次模型的特點是層次分明，結構清晰，適于表達事物之間“一對多”聯(lián)系，但對“多對多”聯(lián)系則要進行特殊的轉換，需要存儲冗余數(shù)據(jù)，同時，由于層次模型結構嚴密，層次命令趨于程序化，用戶要非常熟悉數(shù)據(jù)庫結構，才能正確使用。2023/2/631/73網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)結構2023/2/632/73網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模型示例2023/2/633/73網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操作與完整性約束網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型一般來說沒有層次模型那樣嚴格的完整性約束條件，但具體的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（如DBTG）對數(shù)據(jù)操作都加了一些限制，提供了一定的完整性約束。如：支持碼的概念；保證一個聯(lián)系中父結點與子結點為一對多的聯(lián)系。2023/2/634/73網(wǎng)狀模型與層次模型相比，網(wǎng)狀模型的主要優(yōu)點有：能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界；用戶可以從任何結點開始訪問其他結點數(shù)據(jù)，具有良好的性能，存取效率較高。但其缺點也比較明顯：結構復雜，而且隨著應用環(huán)境的擴大，數(shù)據(jù)庫的結構就變得越來越復雜，不便于修改，并且數(shù)據(jù)庫結構的修改將直接影響訪問數(shù)據(jù)庫的應用程序；由于記錄之間聯(lián)系是通過存取路徑實現(xiàn)的，應用程序在訪問數(shù)據(jù)時必須選擇適當?shù)拇嫒÷窂?，因此，用戶必須了解系統(tǒng)結構的細節(jié)，加重了編寫應用程序的負擔。2023/2/635/73關系模型關系模型數(shù)據(jù)結構及型-值關系關系模型是目前最流行的一種數(shù)據(jù)模型。關系模型用二維表的形式來描述實體及實體間的聯(lián)系，也就是說，關系模型的數(shù)據(jù)結構只有二維表，實體間的聯(lián)系也用二維表表示，已不存在層次或網(wǎng)狀模型中表示結點與結點間聯(lián)系的連線了。

2023/2/636/73關系模型2023/2/637/731.3關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.3.1關系數(shù)據(jù)結構1.3.2關系操作1.3.3關系完整性2023/2/638/731.3.1關系數(shù)據(jù)結構學生信息表學號姓名性別出生日期黨員否籍貫200736001龍云梅女1988.06.29.T.四川省自貢市200736002張洋男1988.04.23.T.云南省昆明市200736003陳冰冰女1989.08.26.F.山東省大連市………………2023/2/639/731.3.1關系數(shù)據(jù)結構關系模型的幾個概念：（1）關系（Relation）（2）元組（Tuple）（3）屬性（Attribute）（4）碼（Key）（5）主屬性（MainAttribute）（6）外碼（ForeignKey）（7）域（Domain）（8）分量（Component）（9）關系模式（RelationalSchema）

2023/2/640/731.3.1關系數(shù)據(jù)結構（1）關系（Relation）：一個關系對應通常所說的一張表。如圖1-15便是學生信息以表的形式進行組織的示例。（2）元組（Tuple）：表中的一行即為一個元組。注：不包括表頭行。（3）屬性（Attribute）：表中的一列即為一個屬性，給每個屬性起一個名稱即屬性名。如圖1-15中的學號、姓名等。2023/2/641/731.3.1關系數(shù)據(jù)結構（4）碼（Key）：也稱為關鍵字。如果表中的某個屬性（組），如果它的值可以唯一標識關系中的各個元組，且又不含多余的屬性，則該屬性（組）稱為該關系的候選碼（CandidateKey），也稱為候選關鍵字。若一個關系中有多個候選碼，則選其中一個主碼（PrimaryKey）。主碼也稱主關鍵字。如圖1-15中的學號，就可唯一標識每一個學生，也就成為學生關系的碼。如果能確保無重名的學生，則姓名也可作為碼。2023/2/642/731.3.1關系數(shù)據(jù)結構（5）主屬性（MainAttribute）：包含在任何一個候選碼中的屬性，都稱為關系的主屬性；不包含在候選碼中的屬性稱為非主屬性或非碼屬性。（6）外碼（ForeignKey）：若F是基本關系R的屬性卻不是它的碼，但F卻與基本關系S的碼Ks相對應，則稱F是關系R的外碼。并稱基本關系R為參照關系（ReferencingRelation），S關系為被參照關系（ReferencedRelation）或目標關系（TargetRelation）。R和S不一定是不同的關系，但F與Ks一定在同一個（或同一組）域上。2023/2/643/731.3.1關系數(shù)據(jù)結構（7）域（Domain）：屬性的取值范圍，如一個人的性別只能取男或女，出生日期不能在當前日期之后等。（8）分量（Component）：一個元組在一個屬性上的取值。如圖1-15中第二元組對應的姓名屬性值“張洋”就是一個分量。在VisualFoxPro中分量即為字段值。2023/2/644/731.3.1關系數(shù)據(jù)結構（9）關系模式（RelationalSchema）：是對實體型的定義，描述的是關系的結構。而關系則是該類關系型的一個具體值，是某個時刻關系模式的狀態(tài)或內(nèi)容。關系模式是穩(wěn)定的、靜態(tài)的，而關系則是變化的、動態(tài)的。關系模型與關系的概念上的區(qū)別，就象高級程序設計語言中的變量類型與變量的值類似。不過，在不引起混淆的情況下，人們通常將兩者都稱為關系。2023/2/645/731.3.1關系數(shù)據(jù)結構關系模式一般表示為：關系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）示例：學院（學院號，名稱，院長）學院-系（學院號，系號）系（系號，名稱，辦公地址）或者，可用如下的另一組關系模式表示：學院（學院號，名稱，院長）系（系號，學院號，名稱，辦公地址）2023/2/646/731.3.1關系數(shù)據(jù)結構術語對比關系術語一般表格術語VFP中的數(shù)據(jù)表術語關系名表名表文件名（使用時可用別名替代）關系模式表頭（表格的語義描述）表結構關系（一張）二維表（一張）數(shù)據(jù)表元組記錄或行記錄屬性列字段屬性名列名字段名屬性值列值字段值分量一條記錄中的一個列值（單元格值）一條記錄中的一個字段值2023/2/647/731.3關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.3.1關系數(shù)據(jù)結構1.3.2關系操作1.3.3關系完整性2023/2/648/731.3.2關系操作關系模型中常用的關系操作包括:查詢操作插入、刪除、修改操作關系模型中的數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系，即若干個元組組成的集合，與層次或網(wǎng)狀模型一次一記錄（Record-at-a-time）的操作方式相比，關系操作是一次一集合(Set-at-a-time)的。2023/2/649/731.3.2關系操作另一方面，關系模型屏蔽了用戶讀寫數(shù)據(jù)時的存取路徑，用戶只需要指出“干什么”或“找什么”，而不必詳細說明“怎么干”或“怎么找”，從而大大提高了數(shù)據(jù)的獨立性和用戶的生產(chǎn)率。2023/2/650/731.3.2關系操作關系運算的對象就是關系

StudentsCourses學號姓名性別課程號課程名學分200736001龍云梅女101高等數(shù)學4.0200736002張洋男102英語4.0200736003陳冰冰女201法律基礎2.0200826041徐明輝男SCStudents_Append學號課程號成績學號姓名性別20073600110180200826042周東亮男20073600210175200826043陳曦女20073600210285200826041徐明輝男2008260432011002023/2/651/73關系查詢操作關系數(shù)據(jù)查詢是關系操作的主要部分，查詢操作又分為：選擇（Select）、投影（Project）、連接（Join）、除（Divide）、并（Union）、交（Intersection）、差（Except）、廣義笛卡爾積（ExtendedCartesianProduct）等。其中，選擇、投影、并、差、笛卡爾積是5種基本操作，其他操作都可以用它們來定義和導出。2023/2/652/731.3關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.3.1關系數(shù)據(jù)結構1.3.2關系操作1.3.3關系完整性2023/2/653/731.3.3關系完整性關系完整性規(guī)則是對關系的某種語義約束條件，這些約束條件實際上是現(xiàn)實世界的要求。也就是說，雖然關系的值隨著時間在不斷地變化，但任何變化都應不違反這些語義約束。關系模型中有三類完整性約束：實體完整性參照完整性用戶定義的完整性。2023/2/654/731.3.3關系完整性1.實體完整性實體完整性（EntityIntegrity）是指關系的主屬性（一個或一組屬性）不能取空值或重復值。主屬性是指構成主碼的屬性（組）；所謂空值就是“不知道”或“不存在”的值。如圖1-15學生信息表中的學號不能為空值，且不能有重復值。2023/2/655/731.3.3關系完整性2.參照完整性現(xiàn)實世界中的實體之間往往存在某種聯(lián)系，在關系模型中實體及實體間的聯(lián)系都是用關系在描述的。這樣就自然存在著關系與關系間的引用，這種引用關系在數(shù)據(jù)庫中用參照完整性(ReferentialIntegrity)來描述。2023/2/656/731.3.3關系完整性3.用戶定義完整性任何關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都應該支持實體完整性和參照完整性，這是關系模型所要求的。此外，不同的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應用環(huán)境的不同，往往還需要一些特殊的約束。用戶定義完整性(User-definedIntegrity)就是針對這一特殊約束的。2023/2/6實驗一VisualFoxPro9.0應用與開發(fā)環(huán)境實驗目的熟悉VFP9.0系統(tǒng)的基本操作和開發(fā)環(huán)境，并在VFP提供的系統(tǒng)幫助下完成VFP的系統(tǒng)設置，重點在于通過實驗熟悉VFP的使用環(huán)境和開發(fā)環(huán)境。建議學時：2學時57/732023/2/6實驗一VisualFoxPro9.0應用與開發(fā)環(huán)境實驗要求

實驗前先預習教材相關章節(jié)，了解VFP9.0的安裝與啟動，了解VFP9.0任務面板的功能，熟悉VFP9.0的用戶界面，了解并逐漸掌握VFP9.0項目管理器概念、作用及其使用方法，了解VFP9.0的向?qū)А⒃O計器和生成器的有關概念。58/732023/2/6實驗一VisualFoxPro9.0應用與開發(fā)環(huán)境實驗內(nèi)容啟動與退出VFP9.0系統(tǒng)。用多種方式啟動和退出VisualFoxPro9.0。了解VFP9.0的任務面板管理器（TaskPaneManager）功能并定制任務面板。命令窗口的使用。菜單、對話框、工具欄的使用。掌握以下三種調(diào)用幫助系統(tǒng)的方法。59/732023/2/6實驗一VisualFoxPro9.0應用與開發(fā)環(huán)境實驗內(nèi)容6.建立“學生信息管理”項目文件SIM.pjx，并編輯其項目信息。7.VFP系統(tǒng)環(huán)境設置。選擇Tools菜單下的Options選項，在彈出的Options對話框中配置VFP的系統(tǒng)環(huán)境。8.在命令窗口輸入以下命令，了解VFP命令操作及面向?qū)ο蟮奶卣鳌?0/732023/2/661/731.4本章小結面對大量的、紛繁復雜的數(shù)據(jù)，如何實現(xiàn)高效的管理與有效的應用，目前，在計算機中引入數(shù)據(jù)庫技術是用戶的最優(yōu)選擇。本章首先介紹了數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫之間的關系，以及數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程。然后，介紹了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的相關概念、組成和特點。最后，介紹了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的組織方式——數(shù)據(jù)模型的概念和分類，并對目前流行的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所基于的關系模型做了較為全面的論述，使讀者對其有個較為感性和宏觀的認識。2023/2/662/73思考題1．數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫之間的關系？2．什么是數(shù)據(jù)庫，建立數(shù)據(jù)庫的目的是什么？3．數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由那些組成部分，各部分功能如何？4．關系、元組、屬性、主碼、外碼、關系模式的概念與聯(lián)系？5．關系數(shù)據(jù)模型具有那些特征？6．基本的關系代數(shù)運算有哪些？關系的連接有哪些類型？7．什么關系數(shù)據(jù)模型的完整性？2023/2/663/73選擇題數(shù)據(jù)庫（DB）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）三者之間的關系是

A.DBS包括DB和DBMS. B.DBMS包括DB和DBSC.DB包括DBS和DBMS D.DBS就是DB，也就是DBMS2023/2/664/73選擇題2.關系數(shù)據(jù)模型（）

A.只能表示實體間的1:1關系

B.只能表示實體間的1:n關系C.不能表示實體間的m:n關系

D.能夠表示任意m:n關系2023/2/665/73