數(shù)據(jù)庫原理教學第1章-1.ppt

1、1,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 An Introduction to Database Systems 第一章 緒論,2,第一章 緒論,1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 1.2 數(shù)據(jù)模型 1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構 1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 1.5 小結,3,教學重點及難點,教學重點 數(shù)據(jù)庫相關術語含義及其聯(lián)系。 概念數(shù)據(jù)模型的基本術語及表示方法。 數(shù)據(jù)庫的體系結構。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點及組成。 教學難點 概念數(shù)據(jù)模型以及圖的應用。 數(shù)據(jù)庫的體系結構。,4,數(shù)據(jù)庫的地位,數(shù)據(jù)庫技術是信息系統(tǒng)的核心和基礎，數(shù)據(jù)庫的建設規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度是衡量一個國家信息化程度的重要標志。,5,第一章 緒論,1.1 數(shù)據(jù)庫系

2、統(tǒng)概述 1.1.1 四個基本概念 1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展 1.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點,6,1.1.1 四個基本概念,數(shù)據(jù)(Data) 數(shù)據(jù)庫(Database) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS),7,一、數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象 數(shù)據(jù)的定義 描述事物的符號記錄 數(shù)據(jù)的種類 文本、圖形、圖像、音頻、視頻、學生的檔案記錄、貨物的運輸情況等 數(shù)據(jù)的特點 數(shù)據(jù)與其語義是不可分的,8,數(shù)據(jù)舉例,數(shù)據(jù)的含義稱為數(shù)據(jù)的語義，數(shù)據(jù)與其語義是不可分的。 例如 93是一個數(shù)據(jù) 語義1：學生某門課的成績 語義2：某人的體重 語義3：計算機系2003級學生人數(shù) 語

3、義4：請同學給出。,9,二、數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫的定義 數(shù)據(jù)庫(Database,簡稱DB)是長期儲存在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。 數(shù)據(jù)庫的基本特征 數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存 可為各種用戶共享 冗余度較小 數(shù)據(jù)獨立性較高 易擴展,10,三、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),什么是DBMS? 位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。 DBMS的用途 科學地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護數(shù)據(jù)。,11,硬件平臺,基礎軟件平臺,軟件基礎構架平臺,應用軟件平臺,軟件產(chǎn)品,協(xié)同軟件 辦公軟件,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 操作系統(tǒng),中間件 應用服務器,數(shù)據(jù)庫在計算機系統(tǒng)中的位置,12,DBMS的主要功能,數(shù)據(jù)定義

4、功能 提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL) 定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象 數(shù)據(jù)組織、存儲和管理 分類組織、存儲和管理各種數(shù)據(jù) 確定組織數(shù)據(jù)的文件結構和存取方式 實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系 提供多種存取方法提高存取效率,13,DBMS的主要功能,數(shù)據(jù)操縱功能 提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML) 實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作 (查詢、插入、刪除和修改) 數(shù)據(jù)庫的事務管理和運行管理 數(shù)據(jù)庫在建立、運行和維護時由DBMS統(tǒng)一管理和控制 保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性，實現(xiàn)并發(fā)控制及系統(tǒng)恢復,14,DBMS的主要功能,其它功能 數(shù)據(jù)庫轉儲 數(shù)據(jù)庫的重組織 性能監(jiān)視分析 DBMS與網(wǎng)絡中其它軟件系統(tǒng)的通信 兩個DBMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉換 異構數(shù)據(jù)庫之間

5、的互訪和互操作,15,四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database System）？ 在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構成 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構成 數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具） 應用系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理員,16,數(shù)據(jù)庫,應用系統(tǒng),應用開發(fā)工具,操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫管理員,用戶,用戶,用戶,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),17,1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,1.1.1 四個基本概念 1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展 1.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點,18,數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展,什么是數(shù)據(jù)管理? 對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護 數(shù)據(jù)處理的中心問題 數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程 人工管理階段(2

6、0世紀40年代中-50年代中) 文件系統(tǒng)階段(20世紀50年代末-60年代中) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(20世紀60年代末-現(xiàn)在),19,數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展,數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展動力 應用需求的推動 計算機硬件的發(fā)展 計算機軟件的發(fā)展,20,一、人工管理階段,時期 20世紀40年代中-50年代中 產(chǎn)生的背景 應用需求-科學計算 硬件水平-無直接存取存儲設備 軟件水平-沒有操作系統(tǒng) 處理方式-批處理,21,人工管理階段,特點 數(shù)據(jù)的管理者：用戶（程序員），數(shù)據(jù)不保存 數(shù)據(jù)面向的對象：某一應用程序 數(shù)據(jù)的共享程度：無共享、冗余度極大 數(shù)據(jù)的獨立性：不獨立，完全依賴于程序 數(shù)據(jù)的結構化：無結構 數(shù)據(jù)控制

7、能力：應用程序自己控制,22,應用程序與數(shù)據(jù)的對應關系(人工管理階段),人工管理階段應用程序與數(shù)據(jù)之間的對應關系,23,二、文件系統(tǒng)階段,時期 20世紀50年代末-60年代中 產(chǎn)生的背景 應用需求-科學計算、管理 硬件水平-磁盤、磁鼓 軟件水平-有文件系統(tǒng) 處理方式-聯(lián)機實時處理、批處理,24,文件系統(tǒng)階段,特點 數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可長期保存 數(shù)據(jù)面向的對象：某一應用程序 數(shù)據(jù)的共享程度：共享性差、冗余度大 數(shù)據(jù)的結構化：記錄內(nèi)有結構,整體無結構 數(shù)據(jù)的獨立性：獨立性差，數(shù)據(jù)的邏輯結構改變必須 修改應用程序 數(shù)據(jù)控制能力：應用程序自己控制,25,應用程序與數(shù)據(jù)的對應關系(文件系統(tǒng)階段

8、),文件系統(tǒng)階段應用程序與數(shù)據(jù)之間的對應關系,26,三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,時期 20世紀60年代末以來 產(chǎn)生的背景 應用背景-大規(guī)模管理 硬件背景-大容量磁盤、磁盤陣列 軟件背景-有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 處理方式-聯(lián)機實時處理,分布處理,批處理,27,1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,1.1.1 四個基本概念 1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展 1.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點,28,1.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點,數(shù)據(jù)結構化 數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充 數(shù)據(jù)獨立性高 數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制,29,數(shù)據(jù)結構化,學生編號 姓名 性別 年齡 系,家庭出身 籍貫 政治面貌,日期 學校 學歷名,學號 課程號 學

9、期 成績,日期 獎懲條目,姓名 與本人關系 詳細情況,課程號 課程名稱,某學校信息系統(tǒng)中的學生數(shù)據(jù),學生基本記錄,學生人事記錄,學生學籍記錄,學生選課記錄,獎懲情況記錄,家庭成員記錄,課程記錄,30,數(shù)據(jù)的共享性高,數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，可以被多個用戶、多個應用共享使用。 數(shù)據(jù)共享的好處 減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲空間 避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性 使系統(tǒng)易于擴充,31,數(shù)據(jù)獨立性高,物理獨立性 指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨立的。當數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，應用程序不用改變。 邏輯獨立性 指用戶的應用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結構是相互獨立的。數(shù)據(jù)的邏輯結構改變了，用戶程序也可以不變。

10、 數(shù)據(jù)獨立性是由DBMS的二級映像功能來保證的,32,數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制,DBMS提供的數(shù)據(jù)控制功能 (1)數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護 (2)數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查 (3)并發(fā)（Concurrency）控制 (4)數(shù)據(jù)庫恢復（Recovery）,33,應用程序與數(shù)據(jù)的對應關系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應用程序與數(shù)據(jù)之間的對應關系,34,第一章 緒論,1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 1.2 數(shù)據(jù)模型 1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構 1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 1.5 小結,35,1.2 數(shù)據(jù)模型,1.2.1 兩大類數(shù)據(jù)模型 1.2.2 數(shù)據(jù)模型的組成要素 1.2.3 概念模

11、型 1.2.4 最常用的數(shù)據(jù)模型 1.2.5 層次模型 1.2.6 網(wǎng)狀模型 1.2.7 關系模型,36,數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬。 數(shù)據(jù)模型應滿足三方面要求 能比較真實地模擬現(xiàn)實世界 容易為人所理解 便于在計算機上實現(xiàn),37,1.2.1 兩大類數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型分為兩類 (1) 概念模型 也稱信息模型，按用戶的觀點對數(shù)據(jù)和信息建模，用于數(shù)據(jù)庫設計。 (2) 邏輯模型和物理模型 邏輯模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關系模型、面向對象模型等。 物理模型是對數(shù)據(jù)最底層的抽象，描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式、存儲方式和存取方法。,38,兩大類數(shù)據(jù)模型,客觀對象的抽象過程-兩步抽象 現(xiàn)實世界

12、中的客觀對象抽象為概念模型； 把概念模型轉換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。,39,兩大類數(shù)據(jù)模型,DBMS支持的數(shù)據(jù)模型,概念模型,認識 抽象,信息世界,機器世界,現(xiàn)實世界中客觀對象的抽象過程,現(xiàn)實世界,40,1.2 數(shù)據(jù)模型,1.2.1 兩大類數(shù)據(jù)模型 1.2.2 數(shù)據(jù)模型的組成要素 1.2.3 概念模型 1.2.4 最常用的數(shù)據(jù)模型 1.2.5 層次模型 1.2.6 網(wǎng)狀模型 1.2.7 關系模型,41,1.2.2 數(shù)據(jù)模型的組成要素,數(shù)據(jù)結構 數(shù)據(jù)操作 完整性約束條件,42,一、 數(shù)據(jù)結構,什么是數(shù)據(jù)結構？ 描述數(shù)據(jù)庫的組成對象，以及對象之間的聯(lián)系 描述的內(nèi)容 與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關

13、的對象 與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關的對象 數(shù)據(jù)結構是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述,43,二、數(shù)據(jù)操作,數(shù)據(jù)操作 對數(shù)據(jù)庫中各種對象允許執(zhí)行的操作及操作規(guī)則 數(shù)據(jù)操作的類型 查詢 更新(包括插入、刪除、修改) 數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述,44,三、數(shù)據(jù)的完整性約束條件,數(shù)據(jù)的完整性約束條件 一組完整性規(guī)則的集合。 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。,45,小結：,1. 數(shù)據(jù)庫的四個基本概念 2. 數(shù)據(jù)管理技術經(jīng)歷的3個階段 3. 數(shù)據(jù)模型的分類 4. 數(shù)據(jù)模型的三要素,46,1.2 數(shù)據(jù)模型,1.2.1 兩大類數(shù)據(jù)模型 1.2.2 數(shù)據(jù)模型的組成要素 1.2.3

14、概念模型 1.2.4 最常用的數(shù)據(jù)模型 1.2.5 層次模型 1.2.6 網(wǎng)狀模型 1.2.7 關系模型,47,1.2.3 概念模型,信息世界中的基本概念 兩個實體型之間的聯(lián)系 兩個以上實體型之間的聯(lián)系 單個實體型內(nèi)的聯(lián)系 概念模型的一種表示方法 一個實例,48,概念模型,概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模 是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次 是數(shù)據(jù)庫設計的有力工具 數(shù)據(jù)庫設計人員和用戶之間進行交流的語言 對概念模型的基本要求 較強的語義表達能力 能夠方便、直接地表達應用中的各種語義知識 簡單、清晰、易于用戶理解,49,一、信息世界中的基本概念,(1) 實體（Entity） 客觀存在并

15、可相互區(qū)別的事物稱為實體。 可以是具體的人、事、物或抽象的概念。 (2) 屬性（Attribute） 實體所具有的某一特性稱為屬性。 一個實體可以由若干個屬性來刻畫。 (3) 碼（Key） 唯一標識實體的屬性集稱為碼。,50,信息世界中的基本概念,(4) 域（Domain） 屬性的取值范圍稱為該屬性的域。 (5) 實體型（Entity Type） 用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體稱為實體型 (6) 實體集（Entity Set） 同一類型實體的集合稱為實體集,51,信息世界中的基本概念,(7) 聯(lián)系（Relationship） 現(xiàn)實世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實

16、體內(nèi)部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系。 實體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實體的各屬性之間的聯(lián)系 實體之間的聯(lián)系通常是指不同實體集之間的聯(lián)系,52,二、兩個實體型之間的聯(lián)系,一對一聯(lián)系（1:1） 定義： 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個（也可以沒有）實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯(lián)系，記為1:1,53,兩個實體型之間的聯(lián)系 (續(xù)),一對多聯(lián)系（1：n） 定義： 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯(lián)系，記為1:n,54,兩個實體型之

17、間的聯(lián)系 (續(xù)),多對多聯(lián)系（m:n） 定義： 如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m個實體（m0）與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體B具有多對多聯(lián)系，記為m:n,55,兩個以上實體型之間的聯(lián)系,實例 課程、教師與參考書三個實體型 一門課程可以有若干個教師講授， 使用若干本參考書， 每一個教師只講授一門課程， 每一本參考書只供一門課程使用,56,兩個以上實體型之間的聯(lián)系,實例 供應商、項目、零件三個實體型 一個供應商可以供給多個項目多種零件 每個項目可以使用多個供應商供應的零件 每種零件可由不同供應商供給,57,四、單

18、個實體型內(nèi)的聯(lián)系,實例 職工實體型內(nèi)部具有領導與被領導的聯(lián)系某一職工（干部）“領導”若干名職工一個職工僅被另外一個職工直接領導這是一對多的聯(lián)系,58,五、 概念模型的一種表示方法,實體聯(lián)系方法(E-R方法) 用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型 E-R方法也稱為E-R模型,59,E-R圖,實體型 用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。 屬性 用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體連接起來,學生,教師,60,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實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型（1:1、1:n或m:n）,聯(lián)系名,實體1,實體2,x,y,61,聯(lián)系的表示方法示例,62,聯(lián)系的屬性,聯(lián)系的屬性： 聯(lián)系本身也是一種實體型，也 可以有屬性。如果一個聯(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,63,六、一個實例,用E-R圖表示某個工廠物資管理的概念模型 實體 倉庫： 倉庫號、面積、電話號碼 零件 ：零件號、名稱、規(guī)格、單價、描述 供應商：供應商號、姓名、地址、電話號碼、