第一章-數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

基本概念數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展重點(diǎn)

數(shù)據(jù)的基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)

DBMS的主要功能

數(shù)據(jù)模型的組成要素

1.1基本概念

信息（information）數(shù)據(jù)(Data)

數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理1、信息（information）定義：關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界事物的存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反映的綜合。特點(diǎn)：客觀存在可以感知可存儲(chǔ)、加工、傳遞和再生2、數(shù)據(jù)(Data)數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對(duì)象數(shù)據(jù)的定義描述事物的符號(hào)記錄數(shù)據(jù)的種類文字、圖形、圖像、聲音數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)與其語義是不可分的舉例學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄（李明，男，1972，江蘇，計(jì)算機(jī)系，1990）數(shù)據(jù)的形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容數(shù)據(jù)的解釋語義：學(xué)生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在系別、入學(xué)時(shí)間解釋：李明是個(gè)大學(xué)生，1972年出生，江蘇人，1990年考入計(jì)算機(jī)系請(qǐng)給出另一個(gè)解釋和語義信息和數(shù)據(jù)的關(guān)系事物的屬性通過數(shù)據(jù)來表示，數(shù)據(jù)經(jīng)過加工處理后形成信息。信息是經(jīng)過加工的數(shù)據(jù)；信息是有一定含義的數(shù)據(jù)；信息是對(duì)決策者有價(jià)值的數(shù)據(jù)；信息是預(yù)先不知道的數(shù)據(jù)。3、數(shù)據(jù)處理定義：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過程，包括數(shù)據(jù)的收集、管理、加工利用乃至信息輸出演變與推導(dǎo)等一系列活動(dòng)。信息＝數(shù)據(jù)＋處理4、數(shù)據(jù)管理定義：數(shù)據(jù)的收集、整理、組織、編碼、存儲(chǔ)、維護(hù)、檢索和傳輸?shù)炔僮鳌?shù)據(jù)管理技術(shù)的優(yōu)劣，直接影響數(shù)據(jù)處理的效率。案例研究銀行管理系統(tǒng)1.2數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展人工管理階段(40年代中--50年代中)：數(shù)據(jù)不保存、不共享文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)：數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存、共享性差、由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)：數(shù)據(jù)共享性高、由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展(續(xù))數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力應(yīng)用需求的推動(dòng)計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展Paper：請(qǐng)查閱與數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展相關(guān)的資料，根據(jù)自己的理解，談?wù)剶?shù)據(jù)庫管理技術(shù)的發(fā)展過程，并比較各階段的特點(diǎn)，試說明造成區(qū)別的原因。1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理員用戶用戶用戶1.數(shù)據(jù)庫(Database，簡(jiǎn)稱DB)長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合2.用戶（User）終端用戶應(yīng)用程序員數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，簡(jiǎn)稱DBS）是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。在不引起混淆的情況下常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（和用戶）構(gòu)成。1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性（一）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念“型”和“值”的概念型（Type）對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明值（Value）是型的一個(gè)具體賦值例如：學(xué)生記錄記錄型：（編號(hào)，姓名，性別，系別，年齡，籍貫，最高學(xué)歷）該記錄型的一個(gè)記錄值：（900201，張三，男，計(jì)算機(jī)，32，江蘇，博士）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）模式（Schema）數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系模式是相對(duì)穩(wěn)定的模式的一個(gè)實(shí)例（Instance）模式的一個(gè)具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時(shí)刻的狀態(tài)同一個(gè)模式可以有很多實(shí)例實(shí)例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動(dòng)（二）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫1．模式（Schema）模式（也稱邏輯模式）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式2.外模式（ExternalSchema）外模式（也稱子模式或用戶模式）數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述數(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（續(xù)）外模式的地位：介于模式與應(yīng)用之間模式與外模式的關(guān)系：一對(duì)多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)外模式對(duì)模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長(zhǎng)度、保密級(jí)別等都可以不同外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對(duì)多同一外模式也可以為某一用戶的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)所使用但一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式3．內(nèi)模式（InternalSchema）內(nèi)模式（也稱存儲(chǔ)模式）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)部的表示方式一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式（三）、數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別二級(jí)映象在DBMS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫1．外模式／模式映象定義外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系每一個(gè)外模式都對(duì)應(yīng)一個(gè)外模式／模式映象映象定義通常包含在各自外模式的描述中外模式／模式映象的用途保證數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性當(dāng)模式改變時(shí)，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外模式／模式映象，使外模式保持不變。應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。2．模式／內(nèi)模式映象模式／內(nèi)模式映象定義了數(shù)據(jù)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。例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的數(shù)據(jù)庫中模式／內(nèi)模式映象是唯一的該映象定義通常包含在模式描述中模式／內(nèi)模式映象的用途保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性當(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)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式／內(nèi)模式映象，使模式保持不變應(yīng)用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構(gòu)單用戶結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)客戶/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（B/S）的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看1.6數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）DBMS(DataBaseManagementSystem的縮寫)，是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的大型系統(tǒng)軟件，它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分，用戶在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一切操作，包括數(shù)據(jù)的定義、查詢、更新及各種控制，都是通過DBMS進(jìn)行的。DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)使每個(gè)用戶只能按指定方式使用和處理指定數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能并發(fā)（Concurrency）控制對(duì)多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果。數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQLORACLESYBASESQLSERVERDB/2AccessPBASEEasyBaseDM/21.7數(shù)據(jù)模型（DataModel）數(shù)據(jù)模型用來抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。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)滿足三方面要求能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界容易為人所理解易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)1.客觀對(duì)象的抽象過程機(jī)器世界信息世界現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)象抽象為概念模型把概念模型轉(zhuǎn)換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型認(rèn)識(shí)抽象現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)模型(續(xù))客觀對(duì)象的抽象過程---兩步抽象現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)象抽象為概念模型；把概念模型轉(zhuǎn)換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。

概念模型是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次。數(shù)據(jù)模型(續(xù))數(shù)據(jù)模型分成兩個(gè)不同的層次(1)概念模型也稱信息模型，它是按用戶的觀點(diǎn)來對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模。(2)數(shù)據(jù)模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，它是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模。

2.信息世界中的基本概念(1)實(shí)體（Entity）

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。可以是具體的人、事、物或抽象的概念或聯(lián)系。例：一個(gè)學(xué)生、一個(gè)國家、一次旅游等。(2)實(shí)體集（EntitySet）

同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。(3)屬性（Attribute）

實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。例：實(shí)體－“明星”（950231，劉德華，Andy，香港，27-9-1961，天秤座，牛，174cm，68kg，AB）(4)主鍵（Key）唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集稱為碼，又稱主鍵，或關(guān)鍵字。

(5)聯(lián)系（Relationship）現(xiàn)實(shí)世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系一對(duì)一聯(lián)系一對(duì)多聯(lián)系多對(duì)多聯(lián)系兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系（續(xù)）一對(duì)一聯(lián)系（1：1）

如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對(duì)一聯(lián)系。記為1:1。

兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系（續(xù)）一對(duì)多聯(lián)系（1：n）

如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B有一對(duì)多聯(lián)系。記為1:n。兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系（續(xù)）多對(duì)多聯(lián)系（m:n）

如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B具有多對(duì)多聯(lián)系。記為m:n。聯(lián)系的表示方法示例班級(jí)班級(jí)-班長(zhǎng)班長(zhǎng)111:1聯(lián)系課程選修學(xué)生mnm:n聯(lián)系班級(jí)組成學(xué)生1n1:n聯(lián)系兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系實(shí)體型1聯(lián)系名實(shí)體型2mnm:n聯(lián)系1:1聯(lián)系實(shí)體型1聯(lián)系名實(shí)體型2111:n聯(lián)系實(shí)體型1聯(lián)系名實(shí)體型21n3.計(jì)算機(jī)世界及其有關(guān)的概念字段（field）：標(biāo)記實(shí)體屬性的命名單位，字段的命名常與屬性名相同。記錄（record）：字段的有序集合。文件（file）：同一類記錄的集合稱為文件。關(guān)鍵字（key）：唯一標(biāo)識(shí)文件中每個(gè)記錄的字段或字段集合。4.概念模型的表示方法概念模型的表示方法很多實(shí)體－聯(lián)系方法(E-R方法)用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型E-R方法也稱為E-R模型E-R圖實(shí)體型用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名。學(xué)生教師E-R圖(續(xù))屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體連接起來學(xué)生學(xué)號(hào)年齡性別姓名E-R圖(續(xù))聯(lián)系聯(lián)系本身：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實(shí)體連接起來，同時(shí)在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1:1、1:n或m:n）聯(lián)系的屬性：聯(lián)系本身也是一種實(shí)體型，也可以有屬性。如果一個(gè)聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯(lián)系連接起來

聯(lián)系屬性的表示方法課程選修學(xué)生mn成績(jī)思考題假設(shè)一個(gè)銷售公司的主要信息如下：職工的信息：職工號(hào)、姓名、住址和所在部門。部門的信息：部門名稱、所有職工、經(jīng)理和銷售的產(chǎn)品。產(chǎn)品的信息：產(chǎn)品名、制造商、價(jià)格、型號(hào)及產(chǎn)品編號(hào)。一個(gè)職工只屬于一個(gè)部門，一個(gè)部門可包括多個(gè)職工；一個(gè)部門可銷售多種產(chǎn)品，一種產(chǎn)品可由多個(gè)部門銷售。試為該公司設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的E-R圖。5.數(shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)的約束條件1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)象類型的集合兩類對(duì)象與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對(duì)象與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述2.數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作對(duì)數(shù)據(jù)庫中各種對(duì)象（型）的實(shí)例（值）允許執(zhí)行的操作及有關(guān)的操作規(guī)則數(shù)據(jù)操作的類型檢索更新（包括插入、刪除、修改）3.數(shù)據(jù)的約束條件一組完整性規(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)系所具有的制約和儲(chǔ)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。1.8四種數(shù)據(jù)模型非關(guān)系模型層次模型（HierarchicalModel）網(wǎng)狀模型(NetworkModel)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：以基本層次聯(lián)系為基本單位關(guān)系模型(RelationalModel)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：表面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：對(duì)象本課程的重點(diǎn)關(guān)系數(shù)據(jù)模型簡(jiǎn)介

系統(tǒng)而嚴(yán)格地提出關(guān)系模型的是美國IBM公司的E.F.Codd1970年提出關(guān)系數(shù)據(jù)模型之后，提出了關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算的概念1972年提出了關(guān)系的第一、第二、第三范式1974年提出了關(guān)系的BC范式提供了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的基本概念關(guān)系（Relation）一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)通常說的一張表。元組（Tuple）表中的一行即為一個(gè)元組。屬性（Attribute）表中的一列即為一個(gè)屬性，給每一個(gè)屬性起一個(gè)名稱即屬性名。關(guān)系模型的基本概念主碼（Key）表中的某個(gè)屬性組，它可以唯一確定一個(gè)元組。域（Domain）屬性的取值范圍。分量元組中的一個(gè)屬性值。關(guān)系模式對(duì)關(guān)系的描述。關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系，年級(jí)）關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主碼分量關(guān)系域：{男、女}屬性元組關(guān)系數(shù)據(jù)模型