數(shù)據(jù)庫概念數(shù)據(jù)模型PPT課件

1、任務(wù)名稱開始時間結(jié)束時間開會2010/1/4 14:002010/1/4 16:00業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)2010/1/5 14:002010/1/5 16:00出差2010/1/6 0:002010/1/7 0:00第1頁/共37頁第2頁/共37頁1 1、為什么要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫：- - 應(yīng)用：廣泛，無處不在- - 系統(tǒng)：打開黑匣子 select t1.f1, t2.f2 select t1.f1, t2.f2 from t1,t2 from t1,t2 where t1.f2=t2.f3 where t1.f2=t2.f32 2、方法：強(qiáng)調(diào)設(shè)計 - - 保障優(yōu)秀數(shù)據(jù)的可用性 - - 設(shè)計可以提供良好的交流手段

2、 - - 熟悉數(shù)據(jù)庫設(shè)計技能可以促進(jìn)對當(dāng)前數(shù)據(jù)庫技術(shù) 的理解第3頁/共37頁本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容 - 數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基本概念 - 數(shù)據(jù)庫的類型 - 數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)的發(fā)展第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第4頁/共37頁數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第5頁/共37頁n 數(shù)據(jù)（DataData）n 數(shù)據(jù)庫（Database,Database,簡稱DBDB）n 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management Database Management SystemSystem，簡稱DBMSDBMS）n 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database SystemDatabase System，簡稱DBSD

3、BS）1.1 四個基本概念第6頁/共37頁數(shù)據(jù)（Data）與信息（Information） n 什么是數(shù)據(jù)（DataData）？ 數(shù)據(jù)是原始事實，數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄，數(shù)據(jù)是原始事實，數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄，數(shù)數(shù)據(jù)是用符號記錄下來的可以區(qū)別的信息。據(jù)是用符號記錄下來的可以區(qū)別的信息。例：（張三，男，例：（張三，男，2727，19821982，貴州，軟件工程，貴州，軟件工程，20092009）語義：語義： 張三是一個大學(xué)生，張三是一個大學(xué)生，19821982年出生，今年年出生，今年2727歲，男性，歲，男性，貴州人，貴州人，20092009年考入軟件工程專業(yè)。年考入軟件工程專業(yè)。 數(shù)據(jù)的形

4、式還不能完全表達(dá)其內(nèi)容，需要經(jīng)過解釋，數(shù)據(jù)的形式還不能完全表達(dá)其內(nèi)容，需要經(jīng)過解釋，也就是對數(shù)據(jù)含義進(jìn)行說明，數(shù)據(jù)的含義稱為數(shù)據(jù)的語也就是對數(shù)據(jù)含義進(jìn)行說明，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。義，數(shù)據(jù)與其語義是不可分的。n 什么是信息（InformationInformation） ？ 信息是處理過的、并以有意義的形式給出的數(shù)據(jù)，信信息是處理過的、并以有意義的形式給出的數(shù)據(jù)，信息是通過處理數(shù)據(jù)產(chǎn)生。息是通過處理數(shù)據(jù)產(chǎn)生。第7頁/共37頁n 什么是數(shù)據(jù)庫DatabaseDatabase？ 所謂數(shù)據(jù)庫就是指有組織的、可共享的、相互有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，簡稱DBDB。 對于關(guān)系數(shù)據(jù)庫來說

5、： - - 終端用戶數(shù)據(jù)：終端用戶感興趣的原始事實 - - 元數(shù)據(jù)（metadatametadata）：關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)n 什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Database Database Management System Management System ？ 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫的一組軟件，簡稱DBMSDBMS。數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)第8頁/共37頁n 什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（ Database System, DBS Database System, DBS ）？DBSDBS是指在計算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫之后的系統(tǒng)：一般由數(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

6、(Database (Database Administrator, DBA)Administrator, DBA)和最終用戶構(gòu)成。即：DBS = DB + DBMS + Application + DBA + End User DBS = DB + DBMS + Application + DBA + End User 在一般不引起混淆的情況下常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第9頁/共37頁數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)創(chuàng)建并處理窗體創(chuàng)建并傳遞窗體創(chuàng)建并處理報表執(zhí)行應(yīng)用邏輯控制應(yīng)用程序創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建表創(chuàng)建支持結(jié)構(gòu)讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)維護(hù)數(shù)據(jù)庫結(jié)

7、構(gòu)強(qiáng)制規(guī)則并發(fā)性控制安全性支持備份和恢復(fù)第10頁/共37頁1.2 數(shù)據(jù)庫的類型n 按用戶數(shù)量分： 單用戶數(shù)據(jù)庫（single-user databasesingle-user database） 多用戶數(shù)據(jù)庫（multiuser databasemultiuser database） 工作組數(shù)據(jù)庫（workgroup databaseworkgroup database） 50Users 50Users 50Usersn數(shù)據(jù)庫站點的位置分： 集中式數(shù)據(jù)庫（centralized database） 分布式數(shù)據(jù)庫（distributed database） n按數(shù)據(jù)庫使用方式分： 事務(wù)數(shù)據(jù)庫（t

8、ransactional database）或 生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫（production database） 數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)庫（data warehouse database 第11頁/共37頁1.3 桌面數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和企業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)庫Microsoft Access或其他私有DBMS桌面數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)桌面數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第12頁/共37頁數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序A數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL ServerOracleDB2其他DBMS企業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序B數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序C數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫Java代碼C#代碼HTML和VB腳本第13頁/

9、共37頁1.3數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展 本節(jié)主要問題：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和文件系統(tǒng)的主要區(qū)別和聯(lián)系n 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)管理隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展，經(jīng)歷了以下三個階段： 人工管理階段：5050年代中期以前； 文件系統(tǒng)階段：5050年代后期到6060年代中期之間； 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段：6060年代后期開始第14頁/共37頁人工管理階段1)1) 不保存2)2) 無軟件管理，由應(yīng)用程序直接管理3)3) 不共享4)4) 無獨立性應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)組1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)組2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)組n第15頁/共37頁文件系統(tǒng)階段1)1) 長期保存2)2) 文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)3)3) 共享差4)4) 冗余度大5)5) 獨立

10、性差應(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文件系統(tǒng)FS第16頁/共37頁數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段1)1) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化2)2) 共享程度好，冗余度低，容易擴(kuò)充3)3) 獨立性高4)4) DBMSDBMS統(tǒng)一管理和控制應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)庫第17頁/共37頁文件系統(tǒng)到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)示例第18頁/共37頁CustomCustom文件文件Agent Agent 文件文件保險公司數(shù)據(jù)文件保險公司數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)、字段、記錄、文件數(shù)據(jù)、字段、記錄、文件第19頁/共37頁 隨著文件數(shù)量的增多，逐漸演變成一個下圖所示的小型文件系統(tǒng)。第20頁/共37頁 伴隨文件系統(tǒng)的第一個也是最

11、顯著的問題是，即使最簡單的數(shù)據(jù)檢索任務(wù)也需要用3GL（third-generation language，第3代語言）進(jìn)行大量編程。3GL要求程序員既要指定必須做什么，又要指定如何做。3GL的實例包括COBOL、BASIC和FORTRAN。 每一文件都必須有自己的由程序組成的文件管理系統(tǒng)，至少有5各基本操作： 1) 創(chuàng)建文件結(jié)構(gòu) 2) 向文件添加數(shù)據(jù) 3) 從文件刪除數(shù)據(jù) 4) 修改文件內(nèi)的數(shù)據(jù) 5) 顯示文件內(nèi)容 一個只有20個文件的簡單文件系統(tǒng)，必須至少編寫520=100個文件管理程序 。第21頁/共37頁n 在文件處理系統(tǒng)中存儲數(shù)據(jù)的局限性需要大量編程系統(tǒng)管理可能復(fù)雜和困難數(shù)據(jù)冗余和不一

12、致難于改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)共享差安全性問題n 進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相關(guān)（Structural DependenceStructural Dependence）數(shù)據(jù)相關(guān)（Data DependenceData Dependence）數(shù)據(jù)冗余（Data RedundancyData Redundancy）n 要解決這些問題，就必須開發(fā)通用的數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)表達(dá)和實現(xiàn)約束對數(shù)據(jù)的訪問進(jìn)行邏輯管理：事務(wù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問控制，對事務(wù)進(jìn)行并發(fā)控制第22頁/共37頁n 結(jié)構(gòu)相關(guān)性（Structural DependenceStructural Dependence） 對數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)的任何修改（如增加刪除字段）都需要修改所

13、有使用該文件的程序，之所以要修改，是因為文件系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)依賴性，即對文件的訪問依賴于文件的結(jié)構(gòu)。n 數(shù)據(jù)相關(guān)性（Data DependenceData Dependence） 即使文件數(shù)據(jù)特性發(fā)生改變（比如將字段從整數(shù)修改為小數(shù)），也要修改所有訪問該文件的程序，顯示出數(shù)據(jù)依賴性。n 數(shù)據(jù)冗余（Data RedundancyData Redundancy） 存儲在不同位置的相同數(shù)據(jù)不可能總是被一致更新，信息孤島經(jīng)常包含相同數(shù)據(jù)的不同版本。當(dāng)數(shù)據(jù)環(huán)境包括不必要的數(shù)據(jù)重復(fù)時，就存在數(shù)據(jù)冗余出現(xiàn)的條件。第23頁/共37頁主要學(xué)習(xí)內(nèi)容 - - 數(shù)據(jù)模型為什么重要 - - 什么是數(shù)據(jù)模型 - - 概念模型

14、及其表示方法 第2章 數(shù)據(jù)模型第24頁/共37頁2.1 數(shù)據(jù)模型的重要性 數(shù)據(jù)建模是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第一步，是現(xiàn)實事物和計算機(jī)中數(shù)據(jù)庫之間的橋梁。 用戶用戶設(shè)計者設(shè)計者程序員程序員 如果我們擁有一份良好的藍(lán)圖（BluePrint ），則程序員、管理者、終端用戶對數(shù)據(jù)如何看待就無關(guān)緊要了。在數(shù)據(jù)庫環(huán)境中，這個藍(lán)圖就是數(shù)據(jù)模型中的概念模型。第25頁/共37頁2.2 什么是數(shù)據(jù)模型n 數(shù)據(jù)模型（Data Model）是數(shù)據(jù)庫中用于抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息的工具。需要滿足三方面的需求： 比較真實的模擬現(xiàn)實世界 容易被人理解 便于在計算機(jī)上實現(xiàn)現(xiàn)實世界認(rèn)識抽象信息世界概念模型機(jī)器世界DBMS支

15、持的數(shù)據(jù)模型藍(lán)圖（BluePrint ）第26頁/共37頁2.3 概念模型n 概念模型實際上是現(xiàn)實世界到機(jī)器世界的一個中間層次。n 基本概念：實體（Entity）：客觀存在，并可以相互區(qū)別的事物。屬性（Attribute）是實體的某一特性，相當(dāng)于文件系統(tǒng)中的字段。鍵標(biāo)或碼（Key）：唯一標(biāo)識實體的屬性集合。域（Domain）：屬性的取值范圍。聯(lián)系（Relationship）描述實體之間的聯(lián)系。1：M聯(lián)系（one-to-many relationship）M：N聯(lián)系（many-to-many relationship）1：1聯(lián)系（one-to-one relationship）第27頁/共37頁

16、2.4 概念模型的表示方法n E-R圖，P. P. S. Chen 于1976年提出(Entity Relationship Approach)。 實體：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體 。 屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來。 聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，用無向邊分別與有關(guān)實體 連接起來，同時在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1 : 1，1 : M，M: N）。班級學(xué)生組成1n班級號班級名第28頁/共37頁班級班長班級-班長111:1班級學(xué)生組成1n1:n課程學(xué)生選修mnm:n示例示例1： 一般的聯(lián)系一般的聯(lián)系第29頁/共37頁課程教師講授nm職工經(jīng)理1實體內(nèi)部的聯(lián)系實體內(nèi)

17、部的聯(lián)系示例示例2： 特殊的聯(lián)系特殊的聯(lián)系參考書n三個實體之間的聯(lián)系三個實體之間的聯(lián)系n第30頁/共37頁課程教師講授mm學(xué)生小組長1示例示例3： E-R圖圖參考書nn班級組成1選修mn班級名第31頁/共37頁現(xiàn)實世界認(rèn)識抽象信息世界概念模型機(jī)器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型藍(lán)圖（BluePrint ）第32頁/共37頁2.5 數(shù)據(jù)模型的組成要求1) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合，屬于系統(tǒng)的靜態(tài)特性。2) 數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象(型)的實例(值)允許執(zhí)行的操作的集合，屬于系統(tǒng)的動態(tài)特性3) 數(shù)據(jù)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。第33頁/共37頁2.6 數(shù)據(jù)模型的演化按時間順序來分，主要有：層次模型（Hierarchical Model）網(wǎng)絡(luò)模型（Network Model）關(guān)系模型（Relational Model）第34頁/共37頁醫(yī)院病房計算機(jī)管理中的信息：科室：科名，科地址，科電