數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念研討

Database

theroy

and

design數(shù)據(jù)庫原理與設(shè)計1第1章

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論第1章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論2學(xué)習(xí)完本章后，應(yīng)當(dāng)掌握如下知識：(1)數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段及各階段的特點；(2)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成及數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）的職責(zé)；(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的組成及功能；(4)數(shù)據(jù)模型的概念；(5)實體、實體集、屬性、聯(lián)系、碼等基本術(shù)語；

(6)層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型的特點；(7)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用實例1.學(xué)院教學(xué)管理系統(tǒng)2.超市信息管理系統(tǒng)3學(xué)號姓名性別出生日期班號08001張小強男1990-02-10C5108002王輝男1990-06-22C5208003李秋女1989-11-06C5208004趙偉強男1989-09-27C6108005張立方女1990-07-29C5341.教學(xué)管理系統(tǒng)使用的表表1-2教師教師編號姓名性別出生日期職稱01001齊力男1970-03-30副教授01002楊毅女1960-10-05教授02001劉戀女1972-03-19副教授02002張國棟男1978-12-02講師02003劉小惠女1959-01-28教授學(xué)生表教師表1.超市管理系統(tǒng)使用的表商品編碼商品名生產(chǎn)廠家生產(chǎn)日期保質(zhì)期庫存量供應(yīng)商供應(yīng)商編碼供應(yīng)商名地址電話

超市的進貨管理、商品交易、庫存管理、人員管理等管理工作都

需要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持，如供應(yīng)商、商品、價格、庫存、銷售、現(xiàn)

金帳、支票帳和人員等信息，如表1-6～表1-9所示。主要解決核算和管理、數(shù)據(jù)的傳送、管理數(shù)據(jù)的提取分析、基礎(chǔ)信息的集中維

護等。商品表61.2數(shù)據(jù)管理的發(fā)展·人工管理階段·計算機文件系統(tǒng)·

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.2.1人工管理的缺點20世紀(jì)50年代：數(shù)據(jù)不保存程序員工作量大數(shù)據(jù)面向程序?qū)W生學(xué)籍管理應(yīng)用程序?qū)W生數(shù)據(jù)等考試管理應(yīng)用程序教學(xué)計劃管理應(yīng)用程序?qū)W生和課程數(shù)據(jù)等課程數(shù)據(jù)等圖1-1數(shù)據(jù)與程序之間的關(guān)系50年代到60年代中期優(yōu)點與缺點：9優(yōu)點：長期保存，文件形式多樣化，數(shù)據(jù)和程序之間有一定的獨立性。缺點：1）數(shù)據(jù)很難共享2）數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)獨立性差數(shù)據(jù)控制困難1.2.2計算機文件系統(tǒng)學(xué)生學(xué)籍管理應(yīng)用程序?qū)W生數(shù)據(jù)等考試管理應(yīng)用程序教學(xué)計劃管理應(yīng)用程序?qū)W生和課程數(shù)據(jù)等課程數(shù)據(jù)等圖1-2文件系統(tǒng)中程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系文件系統(tǒng)101.2.3

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1．?dāng)?shù)據(jù)共享。2．?dāng)?shù)據(jù)獨立性。3．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。4．可控數(shù)據(jù)冗余。

5．統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理和控制功能。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的共享一般是并發(fā)的，即多個用戶同時存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。因此，DBMS必須提供以下四個方面的數(shù)據(jù)控制功能：（1）數(shù)據(jù)安全性控制（2）數(shù)據(jù)完整性控制（3）并發(fā)控制（4）數(shù)據(jù)恢復(fù)1.2.3

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)學(xué)生學(xué)籍管理應(yīng)用程序考試管理應(yīng)用程序教學(xué)計劃管理應(yīng)用程序圖1-3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理方式學(xué)生數(shù)據(jù)課程數(shù)據(jù)┇DBMS121.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概述應(yīng)用1應(yīng)用2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫（DB）應(yīng)用n數(shù)數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）13

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database

System，DBS）是由數(shù)據(jù)庫、軟件、硬件和用戶四部分組成。

數(shù)據(jù)庫：是指長期存儲在計算機內(nèi)、有組織的、統(tǒng)一管理的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。軟件硬件用戶1.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成1.3.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）

DBMS是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心軟件，它是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存取、維護和管理的軟件，是用戶使用數(shù)據(jù)庫的接口，任何一個應(yīng)用程序如果要訪問數(shù)據(jù)庫，必須通過DBMS。16數(shù)據(jù)定義數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)庫運行的管理數(shù)據(jù)庫維護1.DBMS的基本功能2.DBMS的組成

DBMS一般是由許多“系統(tǒng)程序”所組成的一個集合，不同的DBMS其組成也有所不同，但一般都有以下三部分組成。語言編譯處理程序系統(tǒng)運行控制程序系統(tǒng)建立、維護程序?qū)W

號 姓

名 專

業(yè)99021田立平計算機99024李康健法律99034葛小力會計學(xué)99035顧華偉新聞SELECT學(xué)號，姓名，專業(yè)FROM學(xué)生用戶請求DBMS存取數(shù)據(jù)18DB3.DBMS的工作模式1.4

數(shù)據(jù)模型模

型數(shù)據(jù)模型理解兩個概念：19模型的定義在韋伯斯特詞典中把模型定義成

“對不能直接觀察的事物進行形象的描述和模擬”。換句話說，模型是對客觀世界中復(fù)雜對象的抽象描述。201.4.1數(shù)據(jù)模型的定義與組成21在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中，用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的操作、完整性約束條件三部分組成。數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)：描述對象與對象之間的聯(lián)系，是系統(tǒng)靜態(tài)的描述。數(shù)據(jù)的操作：數(shù)據(jù)庫中對各對象操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則，是系統(tǒng)動態(tài)的描述。完整性約束條件：是一組完整性規(guī)則。221.4.1數(shù)據(jù)模型的定義與組成模型的作用比喻：建樓房藍(lán)圖工程圖概念設(shè)計23工程設(shè)計施工24學(xué)生、課程、教師、成績、教室、教材等概念模型概念設(shè)計邏輯設(shè)計創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建過程講授科研

學(xué)生

成績

課程承擔(dān)

教師層次模型網(wǎng)絡(luò)模型關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫1.4.2概念模型25在概念上表示數(shù)據(jù)庫中將存儲一些什么信息，而不管這些信息在數(shù)據(jù)庫中是怎么實現(xiàn)存儲的。概念模型獨立于計算機的硬件、軟件和DBMS。最常見的概念模型是實體-聯(lián)系(E-R)模型。1、三個世界的劃分現(xiàn)實世界信息模型（概念模型）數(shù)據(jù)模型（實現(xiàn)模型）信息世界計算機世界認(rèn)識抽象抽象圖1-5數(shù)據(jù)處理抽象和轉(zhuǎn)換過程262、第一級抽象信息世界是客觀世界在人們頭腦中的反映和抽象?，F(xiàn)實中的事物被抽象為信息世界中的實體。那什么是實體？實體的作用是什么？272、第一級抽象28（1）實體：客觀存在的并可相互區(qū)別的事物。實體可以是人，也可以是物，可以是實際的

東西，也可以指概念性的東西，還可以指事物與事物之間的聯(lián)系。Eg1：學(xué)生，教師，課程

Eg2:

UFO2、第一級抽象29實體集：性質(zhì)相同的同類實體的集合。

Eg1：所有的學(xué)生，全體教師，所有課程屬性：實體所具有的某一特征。

注：型與值分別指名稱和數(shù)值實體型：指若干個屬性型組成的集合表

征一個實體的類型，簡稱實體型。表示方法：實體名（屬性名1，屬性名2）2、第一級抽象30實體鍵（碼）：唯一標(biāo)識實體的屬性或?qū)傩约?/p>

Can

you

give

some

examples?聯(lián)系實體型內(nèi)部聯(lián)系：屬性與屬性

實

體

型

之

間

的

聯(lián)

系：實體集之間實體性之間聯(lián)系有：一對一、一對多、多對多

what

do

you

think?important

examples3、第二級抽象31現(xiàn)實世界信息世界計算機世界事物總體實體集文件事物個體實體記錄特征屬性字段（數(shù)據(jù)項）事物與事物之間聯(lián)系實體模型數(shù)據(jù)模型1.4.3

實現(xiàn)模型32實現(xiàn)模型側(cè)重于描述在數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的方法。主要有層次、網(wǎng)絡(luò)和關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ?。分別對應(yīng)層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)。所以實現(xiàn)模型依賴于DBMS。1、層次數(shù)據(jù)模型子葉子

子葉根子子葉子子葉葉倒置樹33201 侃明 男

教授計算機任雨1022

64532551J9929901

方輝利 女

J9919902

魏國

男系名稱系主任辦公室電話號碼系片段教工片段學(xué)生片段教工號教師姓名 性別職稱學(xué)號學(xué)生姓名性別班級203 李力 男

講師型值層次模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)系的方法35層次結(jié)構(gòu)實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)系的方法是鏈指針。（參考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識）層次結(jié)構(gòu)的主要缺點36層次結(jié)構(gòu)的一個重要特點是每一個父可以有多個子，每一個子只能有一個父。層次數(shù)據(jù)庫的父片段與子片段之間是一對多聯(lián)系，層次結(jié)構(gòu)是按照一對多的原則構(gòu)造層次樹。層次模型的最大缺點是很難表示“一子多父”的情況。2、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型37網(wǎng)絡(luò)模型允許節(jié)點無父節(jié)點，或有一個以上父節(jié)點，從而構(gòu)成了比層次結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。例如，學(xué)生、課程和成績這種“一子兩父”的結(jié)構(gòu)。這是網(wǎng)絡(luò)模型與層次模型的本質(zhì)區(qū)別。一子多父的結(jié)構(gòu)學(xué)生課程父38父子

成績S1S2S3C3C2C1G5G3G1G6G4G2網(wǎng)絡(luò)模型的節(jié)點表示存儲的記錄，用指針實現(xiàn)記錄與記錄之間的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型的開發(fā)小組DBTG提出關(guān)于數(shù)據(jù)庫的三個規(guī)范：（1）模式（schema）是對整個數(shù)據(jù)庫的概念描述，通常稱為DBA視圖。（2）子模式是應(yīng)用程序所“看到”和使用的數(shù)據(jù)庫，子模式是模式的一部分。（3）數(shù)據(jù)管理語言定義數(shù)據(jù)的各種特性和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及對數(shù)據(jù)進行的各種操作?！つＪ蕉x語言（模式DDL），用于定義模式?！ぷ幽Ｊ蕉x語言（子模式DDL），用于定義子模式。·數(shù)據(jù)操縱語言DML，用于操縱數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。3、關(guān)系數(shù)據(jù)模型41關(guān)系數(shù)據(jù)模型的基本結(jié)構(gòu)是表(Table)，表又稱為關(guān)系。表是由行/列組成的矩陣，表與表之間的聯(lián)系是通過實體之間的公共屬性實現(xiàn)的。3、關(guān)系數(shù)據(jù)模型42關(guān)系：一個二維表表示一個關(guān)系屬性：表中的一列域：屬性的取值范圍元組：表中的一行分量：一行中的一個屬性值碼：唯一確定一個元組的屬性或?qū)傩约?。學(xué)號 姓名40124

安愛民40126李民生40225萬茵娟40226潘亞利40320魏和平40327關(guān)興達(dá)性別 班級名稱女 04貿(mào)經(jīng)男 04貿(mào)經(jīng)女 04會計女 04會計男 03會計男 04信息班級名稱系名稱入學(xué)時間班主任04貿(mào)經(jīng)經(jīng)貿(mào)系09/05/99謝黎民04會計會計系09/05/99許光賓04信息信息系09/05/99姜為民05會計會計系09/01/98田立微表名：學(xué)生43表名：班級關(guān)系實例4、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型44對象：描述客觀事物的一個實體。對象標(biāo)識：對象的唯一標(biāo)識封裝：把屬性和對屬性的操作結(jié)合成一個隊里的系統(tǒng)單位。類：相同屬性和方法的一組對象的集合。繼承：子類繼承父類的特征。1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)451.5.1數(shù)據(jù)抽象一、4種模型：概念模型、邏輯模型、外部模型、內(nèi)部模型二、抽象的過程數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程就是一個抽象的過程。三、各種模型特點后面會逐步詳細(xì)講解四種模型之間的關(guān)系用戶1用戶需求型外部模型3外部模型1外部模型2綜合映射用戶2用戶需求概念模型邏輯模型用戶3轉(zhuǎn)換映射用戶需求內(nèi)部模數(shù)據(jù)庫圖1-14四種模型之間的關(guān)系應(yīng)用3應(yīng)用5應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用41.5.2三級模式與二級映射471、三級模式內(nèi)模式內(nèi)模式也稱存儲模式，它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。邏輯模式邏輯模式也稱模式，它位于數(shù)據(jù)庫三級結(jié)構(gòu)的中間層，與硬件和軟件無關(guān)。它是數(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