第一章關(guān)系數(shù)據(jù)庫

第一章關(guān)系數(shù)據(jù)庫1第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、學(xué)習(xí)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)知識(shí)，理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)；2、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)模型及E-R圖作法；3、掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系的建立；4、學(xué)習(xí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的完整性與規(guī)范化理論；2第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容(上)1.1數(shù)據(jù)庫概述1.2數(shù)據(jù)模型3第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1數(shù)據(jù)庫概述_基本概念

數(shù)據(jù)(Data):

描述事物的符號(hào)記錄。數(shù)據(jù)和信息（Information）是兩個(gè)密不可分的基本概念。通常我們說，數(shù)據(jù)是簡(jiǎn)單客觀實(shí)體的符號(hào)化標(biāo)識(shí)（多種媒體表示），信息是根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理后得到的結(jié)果，因此，可以這樣定義：信息是具有一定含義的數(shù)據(jù)，是經(jīng)過加工處理后的數(shù)據(jù)，是對(duì)某一活動(dòng)有價(jià)值的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫中，存儲(chǔ)的是描述事物的信息，是反映事物的有用數(shù)據(jù)。

4第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)庫(DataBase，DB)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為各種用戶共享。1.1.15第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)

位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫。主要功能包括以下幾個(gè)方面：1.數(shù)據(jù)定義功能：數(shù)據(jù)定義語言(DataDefinitionLanguage,DDL)2.數(shù)據(jù)操縱功能:數(shù)據(jù)操縱語言(DataManipulationLanguage,DML)3.數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理:4.數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能：1.1.16第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DataBaseSystem，DBS)指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)。一般由存儲(chǔ)介質(zhì)、軟件、處理對(duì)象、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(及其開發(fā)工具)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。

1.1.17第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用系統(tǒng)DB用戶應(yīng)用開發(fā)工具DBMSOS用戶用戶DBA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)1.1.18第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1數(shù)據(jù)庫概述_數(shù)據(jù)管理技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)是應(yīng)數(shù)據(jù)管理任務(wù)的需要而產(chǎn)生的。數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個(gè)階段。1.1.29第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

人工管理階段(20世紀(jì)50年代中期以前）特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)不保存(2)應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)需要由應(yīng)用程序自己管理，沒有相應(yīng)的軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理工作。應(yīng)用程序中不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等。因此程序員負(fù)相很重。(3)數(shù)據(jù)不共享數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，一組數(shù)據(jù)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)程序。(4)數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，必須對(duì)應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改。1.1.210第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集n……1.1.211第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

文件系統(tǒng)階段(50年代后期－60年代中期）特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存(2)由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件；“按文件名訪問，按記錄進(jìn)行存取”的管理技術(shù)；記錄內(nèi)的結(jié)構(gòu)性而整體無結(jié)構(gòu)；存取方法轉(zhuǎn)換使應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間有了一定的獨(dú)立性；數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)上的改變不一定反映在程序上。(3)數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大文件仍然是面向應(yīng)用的；數(shù)據(jù)的冗余度大；數(shù)據(jù)的修改和維護(hù)困難

(4)數(shù)據(jù)獨(dú)立性差不容易擴(kuò)充；數(shù)據(jù)與程序之間仍缺乏獨(dú)立性；是一個(gè)無彈性的無結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合。1.1.212第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用程序1文件1應(yīng)用程序2文件2應(yīng)用程序n文件n……存取方法1.1.213第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代－）特點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫與文件系統(tǒng)的根本區(qū)別。

文件系統(tǒng)中，盡管其記錄內(nèi)部已有了某些結(jié)構(gòu)，但記錄之間沒有聯(lián)系。數(shù)據(jù)的最小存取單位是記錄。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，描述數(shù)據(jù)時(shí)不僅要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)。1.1.214第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)生記錄格式示例面向組織(多個(gè)應(yīng)用）的學(xué)生數(shù)據(jù)組織1.1.215第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用共享使用。(3)數(shù)據(jù)獨(dú)立性高物理獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。應(yīng)用程序要處理的只是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是由DBMS管理的。邏輯獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。1.1.216第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制

數(shù)據(jù)庫的共享是并發(fā)的(Concurrency)。

DBMS還必須提供的數(shù)據(jù)控制功能：數(shù)據(jù)的安全性（Security)數(shù)據(jù)的完整性(Integrity)并發(fā)(Concurrency)控制數(shù)據(jù)庫恢復(fù)(Recovery)1.1.217第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2…數(shù)據(jù)庫管理階段程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系DBMS

數(shù)據(jù)庫1.1.218第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩種考察角度從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為集中式結(jié)構(gòu)(又可有單用戶結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu))、分布式結(jié)構(gòu)、客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)。這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)。1.1數(shù)據(jù)庫概述_三級(jí)模式結(jié)構(gòu)1.1.319第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月模式(schema)：是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值。“型”(Type)和“值”(Value)（P8提到）型是指一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明，值是型的一個(gè)具體賦值。例：記錄型(學(xué)號(hào)，姓名，性別，系別，年齡，籍貫)記錄值(90020l，李明，男，計(jì)算機(jī)，22，江蘇)不同的DBMS在體系結(jié)構(gòu)上通常都具有相同的特征，即采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)并提供兩級(jí)映象功能。1.1.320第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）概念模式（Schema)

也稱邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層模式實(shí)際上是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)在邏輯級(jí)上的視圖。一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式。數(shù)據(jù)庫模式以某一種數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，統(tǒng)一綜合地考慮了所有用戶的需求，并將這些需求有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)邏輯整體。模式定義包括數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)定義、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系定義以及安全性、完整性要求的定義。

1.1.321第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2)外模式（ExternalSchema)

也稱子模式(Subshema)或用戶模式，它是數(shù)據(jù)庫用戶(包括應(yīng)用程序員和最終用戶)能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，

是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。外模式通常是模式的子集。一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)外模式。外模式是保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個(gè)有力措施。

1.1.322第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月3)內(nèi)模式（InternalSchema)也稱存儲(chǔ)模式(Storageschema)，一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式。它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。例如，記錄的存儲(chǔ)方式是什么；索引按照什么方式組織；數(shù)據(jù)是否壓縮存儲(chǔ)，是否加密；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)有何規(guī)定等。

1.1.323第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用C外模式2外模式1外模式3模式內(nèi)模式DB123外模式/模式映象模式/內(nèi)模式映象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)1.1.324第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月三級(jí)模式之間的二級(jí)映象：1.外模式/模式映象

對(duì)于每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個(gè)外模式/模式映象，它定義了該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(這些映象定義通常包含在各自外模式的描述中)。當(dāng)模式改變時(shí)(例如增加新的關(guān)系、新的屬性、改變屬性的數(shù)據(jù)類型等)，DBA對(duì)各個(gè)外模式／模式的映象作相應(yīng)改變，可以使外模式保持不變。

數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性1.1.325第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.模式/內(nèi)模式映象存在一個(gè)唯一的模式／內(nèi)模式映象，它定義了數(shù)據(jù)庫全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系（該映象定義通常包含在模式描述中）。例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了(例如選用了另一種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu))，由DBA對(duì)模式／內(nèi)模式映象作相應(yīng)改變，可以使模式保持不變。

數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性1.1.326第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象保證了數(shù)據(jù)庫外模式的穩(wěn)定性，從而從底層保證了應(yīng)用程序的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)和程序之間的獨(dú)立性使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程序中分離出去。另外，由于數(shù)據(jù)的存取由DBMS管理，用戶不必考慮存取路徑等細(xì)節(jié)，從而簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序的編制，大大減少了應(yīng)用程序的維護(hù)和修改。1.1.327第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2數(shù)據(jù)模型(DataModel)

數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展是沿著數(shù)據(jù)模型的主線展開的。數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。

通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實(shí)世界的模擬。

數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求：一是能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；二是容易為人所理解；三是便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。1.228第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)應(yīng)用的不同目的，數(shù)據(jù)模型劃分為兩類：

概念模型（信息模型）

按用戶的觀點(diǎn)來對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模；主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫模型

按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模；主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，主要用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。

1.229第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)實(shí)世界

信息世界概念模型機(jī)器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換認(rèn)識(shí)抽象對(duì)象的抽象過程1.230第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)模型的三個(gè)要素1.

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

是所研究的對(duì)象類型的集合。

與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對(duì)象（例如網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄，關(guān)系模型中的域、屬性、關(guān)系等）。與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象（例如網(wǎng)狀模型中的系型）。

1.231第31頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.數(shù)據(jù)操作

是指對(duì)數(shù)據(jù)庫中各種對(duì)象(型)的實(shí)例(值)允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則。數(shù)據(jù)庫主要有檢索和更新(包括插入、刪除、修改)兩大類操作。3.數(shù)據(jù)的約束條件

是一組完整性規(guī)則的集合。

完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。1.232第32頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月概念模型概念模型是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一