第1章數據庫系統(tǒng)概論

1、12/5/20211數據庫技術與應用數據庫技術與應用南京師范大學中北學院信息系南京師范大學中北學院信息系 王慶慶王慶慶電話：電話：1390518682613905186826郵箱：郵箱：12/5/20212 第第1 1章章 數據庫系統(tǒng)概論數據庫系統(tǒng)概論12/5/20213本章內容本章內容數據管理技術的發(fā)展數據管理技術的發(fā)展數據庫和數據庫系統(tǒng)數據庫和數據庫系統(tǒng)數據模型數據模型數據庫新技術數據庫新技術12/5/202141.1 1.1 數據管理技術的發(fā)展數據管理技術的發(fā)展數據與數據處理 1數據和信息 數據數據-人們用于記錄事物情況的物理符號。人們用于記錄事物情況的物理符號。信息信息-數據中所包含的

2、意義。通俗地講，信息是經過加數據中所包含的意義。通俗地講，信息是經過加工處理并對人類社會實踐和生產活動產生決策影響的數據工處理并對人類社會實踐和生產活動產生決策影響的數據。數據與信息既有區(qū)別又有聯系數據與信息既有區(qū)別又有聯系。數據是表示信息的，數據是表示信息的，但并非任何數據都能表示信息，信息只是加工處理后的數但并非任何數據都能表示信息，信息只是加工處理后的數據，是數據所表達的內容。據，是數據所表達的內容。2. 數據處理 數據處理數據處理是指將數據轉換成信息的過程。它包括是指將數據轉換成信息的過程。它包括對數據的收集、存儲、分類、計算、加工、檢索對數據的收集、存儲、分類、計算、加工、檢索和傳輸

3、等一系列活動。和傳輸等一系列活動。1.1 數據管理技術的發(fā)展12/5/20215人工管理階段 程序與數據是一個整體，一個程序中的數據無法被程序與數據是一個整體，一個程序中的數據無法被其他程序使用，因此程序與程序之間存在大量的重其他程序使用，因此程序與程序之間存在大量的重復數據。復數據。特點特點: :程序之間不能共享數據；程序之間不能共享數據；程序復雜；程序復雜；數據量小且無法長期保存；數據量小且無法長期保存；人工重復輸入數據數據不保存。人工重復輸入數據數據不保存。數據管理技術數據管理技術1.1 數據管理技術的發(fā)展12/5/20216應用程序和數據的依賴關系應用程序和數據的依賴關系1.1 數據管

4、理技術的發(fā)展人事管理應用程序人事管理應用程序教師信息數據組教師信息數據組學生管理應用程序學生管理應用程序學生信息數據組學生信息數據組教務管理應用程序教務管理應用程序教務信息數據組教務信息數據組人事部門人事部門學生部門學生部門教務部門教務部門12/5/20217人工管理階段文件管理階段數據庫管理階段數據管理技術數據管理技術1.1 數據管理技術的發(fā)展12/5/20218數據管理技術數據管理技術文件管理階段文件管理階段 2020世紀世紀5050年代后期至年代后期至6060年代后期年代后期, ,計算機計算機外存儲外存儲器器有了磁鼓和磁盤等直接存取設備；軟件有了操作系有了磁鼓和磁盤等直接存取設備；軟件有

5、了操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)；程序通過統(tǒng)和文件系統(tǒng)；程序通過數據文件數據文件訪問數據。訪問數據。外存儲器數據輸入程序數據輸入程序01090101林小輝12111980120122長春市東朝陽路10委6號 1300210431-789910101090102李曉娜24101984022923黑龍江省哈爾濱市建設街5號1500860431-565465401090103王強 14011984060322長春市民康路10號 1300240431-987451901090104張麗麗23101984071122吉林琿春市第二高級中學 1333000440-751886401090105趙海燕230119840

6、21523黑龍江大慶市薩爾圖區(qū) 1633110459-637936301090101林小輝12111980120122長春市東朝陽路10委6號 1300210431-789910101090102李曉娜24101984022923黑龍江省哈爾濱市建設街5號1500860431-565465401090103王強 14011984060322長春市民康路10號 1300240431-987451901090104張麗麗23101984071122吉林琿春市第二高級中學 1333000440-751886401090105趙海燕23011984021523黑龍江大慶市薩爾圖區(qū) 1633110459

7、-6379363數據文件數據文件數據文件1.1 數據管理技術的發(fā)展12/5/20219外存儲器01090101林小輝12111980120122長春市東朝陽路10委6號 1300210431-789910101090102李曉娜24101984022923黑龍江省哈爾濱市建設街5號1500860431-565465401090103王強 14011984060322長春市民康路10號 1300240431-987451901090104張麗麗23101984071122吉林琿春市第二高級中學 1333000440-751886401090105趙海燕23011984021523黑龍江大慶市薩爾

8、圖區(qū) 1633110459-6379363特點特點:多個程序共享數據；易于長期保存數據；程多個程序共享數據；易于長期保存數據；程序代碼有所簡化；數據冗余（重復）度較大；程序對數序代碼有所簡化；數據冗余（重復）度較大；程序對數據依賴性較強；人員專業(yè)性較強。據依賴性較強；人員專業(yè)性較強。查詢程序查詢程序王強王強長沙市五一路長沙市五一路1010號號1300240731-48745191300240731-487451901090103查詢程序查詢程序例如：例如：數據查詢與報表數據查詢與報表1.1 數據管理技術的發(fā)展12/5/202110應用程序和數據文件的關系應用程序和數據文件的關系1.1 數據管理

9、技術的發(fā)展人事管理應用程序人事管理應用程序教師信息數據教師信息數據學生管理應用程序學生管理應用程序學生信息數據學生信息數據教務管理應用程序教務管理應用程序教務信息數據教務信息數據人事部門人事部門學生部學生部門門文件文件系統(tǒng)系統(tǒng)教務部門教務部門12/5/202111數據管理技術數據管理技術數據庫管理階段數據庫管理階段 數據庫是在數據庫管理系統(tǒng)的集中控制之下，按數據庫是在數據庫管理系統(tǒng)的集中控制之下，按一定的組織方式存儲起來的、相互關聯的數據集合。一定的組織方式存儲起來的、相互關聯的數據集合。特點：特點： 數據真正實現了結構化；數據真正實現了結構化； 數據的共享性高，冗余度低，易擴充；數據的共享性

10、高，冗余度低，易擴充；數據獨立性高；數據獨立性高； 數據由數據由DBMSDBMS統(tǒng)一管理和控制。統(tǒng)一管理和控制。1.1 數據管理技術的發(fā)展12/5/202112外存儲器此階段將此階段將數據集中存儲數據集中存儲在一臺計算機上，在一臺計算機上，進行統(tǒng)一組織和管理。進行統(tǒng)一組織和管理。數據庫字段名 類型 寬度 小數位說 明F_BM字符型 2省市編碼F_MC字符型 12省市名稱字段名類型 寬度 小數位說 明F_BM字符型2省市編碼F_MC字符型 12省市名稱1.1 數據管理技術的發(fā)展12/5/202113特點特點：數據結構化并與程序分離；數據集中式管數據結構化并與程序分離；數據集中式管理，高度共享；數

11、據冗余度小，具有數據一致性和完理，高度共享；數據冗余度小，具有數據一致性和完整性控制規(guī)則。整性控制規(guī)則。外存儲器字段名類型 寬度 小數位說 明F_BM字符型 2省市編碼F_MC字符型 12省市名稱字段名類型 寬度 小數位說 明F_BM字符型 2省市編碼F_MC字符型 12省市名稱字段名稱字段名稱 數據類型數據類型 字段寬度字段寬度說 明說 明JSBH文本文本6教師編號教師編號XM文本文本8 8教師姓名：最多教師姓名：最多4個漢字個漢字CSRQ日期日期8出生日期出生日期XB文本文本1 1性別：性別：1表示男，表示男，2表示女表示女ZC文本文本1 1職稱：1 助教，2 講師，3 副教授，4教授，5

12、博士導師職稱：1 助教，2 講師，3 副教授，4教授，5博士導師ZZF邏輯邏輯1 1在職否：TRUE 表示在職，FALSE 表示退休在職否：TRUE 表示在職，FALSE 表示退休BGDH文本文本1010辦公電話辦公電話ZZDH文本文本1010住宅電話住宅電話YDDH文本文本1515移動電話移動電話JSBHXMCSRQXB ZCZZFBGDHZZDHYDDH103601 李曉光李曉光1960-5-113TRUETRUE8922331 516612313019298657103621 李敏李敏1970-1-1222TRUETRUE8456721 566030413809228127106723

13、趙丹茹趙丹茹 1945-12-325FALSEFALSE849921313019876502105721 張大偉張大偉 1957-3-1114TRUETRUE8426115 8499212139021256311.1 數據管理技術的發(fā)展12/5/202114應用程序和數據庫的關系應用程序和數據庫的關系1.1 數據管理技術的發(fā)展人事管理應用程序人事管理應用程序學校數據庫學校數據庫學生管理應用程序學生管理應用程序教務管理應用程序教務管理應用程序人事部門人事部門學生部學生部門門數據庫管理系統(tǒng)教務部教務部門門12/5/2021151.2 1.2 數據庫和數據庫系統(tǒng)數據庫和數據庫系統(tǒng)數據庫（數據庫（DB

14、-Data BaseDB-Data Base）數據庫數據庫是存儲在計算機系統(tǒng)中，有組織、結構化是存儲在計算機系統(tǒng)中，有組織、結構化的關聯數據集合；以文件方式存儲。的關聯數據集合；以文件方式存儲。硬件硬件存放數據存放數據庫的介質庫的介質常見數據庫文件擴展名：常見數據庫文件擴展名： MDF-SQL Server MDF-SQL Server；MDB-AccessMDB-Access；DBC-VFPDBC-VFP（Visual FoxProVisual FoxPro）1.2 數據庫和數據庫系統(tǒng)12/5/202116數據庫系統(tǒng)的組成數據庫系統(tǒng)的組成數據庫系統(tǒng)數據庫系統(tǒng)(Database System(

15、Database System，DBS)DBS)是一個計算機是一個計算機應用系統(tǒng)。它是把有關計算機應用系統(tǒng)。它是把有關計算機硬件、軟件、數據硬件、軟件、數據和和人員人員組合起來為用戶提供信息服務的系統(tǒng)。組合起來為用戶提供信息服務的系統(tǒng)。數據庫系統(tǒng)是由計算機系統(tǒng)、數據庫及其描述機構、數據庫系統(tǒng)是由計算機系統(tǒng)、數據庫及其描述機構、數據庫管理系統(tǒng)和有關人員組成的具有高度組織性數據庫管理系統(tǒng)和有關人員組成的具有高度組織性的總體。的總體。應用程序應用程序數據庫數據庫管理員管理員開發(fā)工具開發(fā)工具數據庫數據庫管理管理系統(tǒng)系統(tǒng)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)數據庫數據庫1.2 數據庫和數據庫系統(tǒng)12/5/202117數據庫系

16、統(tǒng)的簡單結構數據庫系統(tǒng)的簡單結構應用程序應用程序1 1應用程序應用程序2 2應用程序應用程序n n數據庫管理系數據庫管理系統(tǒng)統(tǒng)（DBMSDBMS）數據庫管理數據庫管理員員（DBADBA）數據庫數據庫基礎基礎1.2 數據庫和數據庫系統(tǒng)12/5/202118數據庫：數據庫：是數據的匯集，它以一定的組織形式存于存儲介質上。是數據的匯集，它以一定的組織形式存于存儲介質上。DBMSDBMS：是管理數據庫的系統(tǒng)軟件，它實現數據庫系統(tǒng)的各種功能。是是管理數據庫的系統(tǒng)軟件，它實現數據庫系統(tǒng)的各種功能。是數據庫系統(tǒng)的核心。數據庫系統(tǒng)的核心。DBADBA：負責數據庫的規(guī)劃、設計、協(xié)調、維護和管理等工作。負責數據庫

17、的規(guī)劃、設計、協(xié)調、維護和管理等工作。應用程序：應用程序：指以數據庫為基礎的應用程序。指以數據庫為基礎的應用程序。相關相關人員人員OSOS硬件硬件DBMS數據庫應用數據庫應用系統(tǒng)系統(tǒng)1.2 數據庫和數據庫系統(tǒng)12/5/202119數據庫系統(tǒng)的優(yōu)點數據庫系統(tǒng)的優(yōu)點數據共享；數據共享；減少數據冗余；減少數據冗余； 具有較高的數據獨立性；具有較高的數據獨立性；增強了數據安全性和完整性保護。增強了數據安全性和完整性保護。 1.2 數據庫和數據庫系統(tǒng)12/5/2021201.3 1.3 數據模型數據模型現實世界的數據描述現實世界的數據描述 數據處理的數據處理的3 3個階段個階段 現實世界現實世界信息世界

18、信息世界機器世界機器世界抽象抽象轉換轉換1.3 數據模型12/5/202121實體實體是客觀事物的真實反映?？梢允鞘强陀^事物的真實反映?？梢允菍嶋H存在的對象實際存在的對象、抽象概念抽象概念或或事件事件。屬性：將事物特性稱為實體屬性。屬性：將事物特性稱為實體屬性。實體型和實體值：實體型就是實體的結構描述，通常是實實體型和實體值：實體型就是實體的結構描述，通常是實體名和屬性名的集合；具有相同屬性的實體，有相同的實體名和屬性名的集合；具有相同屬性的實體，有相同的實體型。實體值是一個具體的實體，是屬性值的集合。體型。實體值是一個具體的實體，是屬性值的集合。例如：例如：教師教師( (編號、姓名、性別、出

19、生日期、職稱、基本工資、研究編號、姓名、性別、出生日期、職稱、基本工資、研究方向方向) )教師教師“李亦光李亦光”的實體值是：的實體值是： (15031(15031，李亦光，男，李亦光，男，09/21/6509/21/65，教授，教授，678678，數據庫技術，數據庫技術) ) 為描述一個職工，可能涉及如下屬性：編號、姓名、性為描述一個職工，可能涉及如下屬性：編號、姓名、性別、出生日期和職稱。別、出生日期和職稱。例如：例如： 1.3 數據模型12/5/202122屬性型和屬性值：屬性型就是屬性名及其取屬性型和屬性值：屬性型就是屬性名及其取值類型，屬性值就是屬性在其值域中所取的值類型，屬性值就是

20、屬性在其值域中所取的具體值。具體值。 例如：例如：“103601”103601”是編號值；是編號值；“李曉光李曉光”是姓名值；是姓名值；“1”1”是性別值。是性別值。實體集：性質相同的同類實體的集合稱為實實體集：性質相同的同類實體的集合稱為實體集。體集。 例如：一個系的教師。例如：一個系的教師。1.3 數據模型12/5/202123實體間的聯系：實體之間的對應關系實體間的聯系：實體之間的對應關系稱為聯系，它反映了現實世界事物之稱為聯系，它反映了現實世界事物之間的相互關聯。間的相互關聯。 聯系的類型：聯系的類型：一對一聯系一對一聯系 記為記為1 1 ：1 1。 ( (如學校與校長間的聯系如學校與

21、校長間的聯系) ) 一對多聯系一對多聯系 記為記為：n n。 ( (如宿舍房間與學生的聯系如宿舍房間與學生的聯系 ) )多對多聯系多對多聯系 記為記為m m ：n n。 （如一個教師可以教授多個學生，而一（如一個教師可以教授多個學生，而一個學生又可以受教于多個教師）個學生又可以受教于多個教師）1.3 數據模型12/5/202124廠長廠長工廠工廠任職任職1 11 1(a)(a)公司公司職員職員就職就職1 1n n(b)(b)讀者讀者圖書圖書借閱借閱m mn n(c)(c) 實體間的聯系實體間的聯系1.3 數據模型12/5/202125概念模型：概念模型是反映實體概念模型：概念模型是反映實體之間

22、聯系的模型。之間聯系的模型。E-RE-R模型模型: :描述現實世界的概念模描述現實世界的概念模型。型。& 實體：用矩形框表示，框內寫入實體：用矩形框表示，框內寫入實體名。實體名。 & 屬性：用橢圓形表示，屬性的名屬性：用橢圓形表示，屬性的名稱記入橢圓形內。稱記入橢圓形內。& 聯系：用菱形框表示實體間的相聯系：用菱形框表示實體間的相互關系，框內注明聯系的名稱。互關系，框內注明聯系的名稱。學生學生 學號學號學生與課程學生與課程間的聯系間的聯系1.3 數據模型12/5/202126mn借閱借閱姓名姓名借書證借書證號號職稱職稱出版社出版社書號書號定價定價書名書名作者作者借書日借

23、書日期期讀者讀者圖書圖書所在學所在學院院 圖書借閱系統(tǒng)中的圖書借閱系統(tǒng)中的E-RE-R模型模型1.3 數據模型12/5/202127數據模型數據模型 概念模型只是將現實世界的客觀對象抽象為某種概念模型只是將現實世界的客觀對象抽象為某種信息結構，這種信息結構并不依賴于具體的計算機系信息結構，這種信息結構并不依賴于具體的計算機系統(tǒng)，而對應于數據世界的模型則由數據模型描述，統(tǒng)，而對應于數據世界的模型則由數據模型描述，數數據模型據模型是數據庫中實體之間聯系的抽象描述即數據結是數據庫中實體之間聯系的抽象描述即數據結構。構。數據模型數據世界數據世界記錄記錄, ,數據項數據項信息世界信息世界實體實體, ,屬

24、性屬性常見的數據模型：常見的數據模型：層次數據模型、網狀數據模型、關系層次數據模型、網狀數據模型、關系數據模型數據模型。1.3 數據模型12/5/202128樹葉樹 枝根通過通過樹樹形結構表示實體及聯系。如描述學校管理機形結構表示實體及聯系。如描述學校管理機構。每個構。每個結點結點表示一個表示一個實體（型）實體（型），箭頭表示實體（型），箭頭表示實體（型）間的聯系（由父到子）。間的聯系（由父到子）。層次數據模型層次數據模型1.3 數據模型12/5/202129非根根層次數據模型主要特點：有且僅有一個層次數據模型主要特點：有且僅有一個根結點根結點；每；每個個非根結點非根結點有且僅有一個父有且僅有

25、一個父( (直接上層直接上層) )結點。它最結點。它最適合表示實體的一對多聯系。適合表示實體的一對多聯系。1.3 數據模型12/5/202130根多個父多個父結點結點通過通過網狀結構網狀結構表示實體及聯系。表示實體及聯系?！熬W網”中每個結點表示中每個結點表示一個實體一個實體( (型型) )，結點之間箭頭表示實體，結點之間箭頭表示實體( (型型) )間的聯系。間的聯系。網狀數據模型主要特點：網狀數據模型主要特點：網狀數據模型網狀數據模型可能有可能有多個根結多個根結點點，某些非根結點可能，某些非根結點可能有多個父結點有多個父結點，適合表示實體的多對多，適合表示實體的多對多聯系。聯系。網狀數據模型網

26、狀數據模型1.3 數據模型12/5/202131層次與網狀模型優(yōu)缺點層次與網狀模型優(yōu)缺點: :優(yōu)點優(yōu)點: :能直觀、形象地描述實體及其聯系，能直觀、形象地描述實體及其聯系，易于被人們所理解和掌握易于被人們所理解和掌握 。缺點缺點: :數據結構較復雜，存儲數據需要更數據結構較復雜，存儲數據需要更多的鏈接指針；在檢索數據時，需要考慮數據多的鏈接指針；在檢索數據時，需要考慮數據的存儲路徑；在插入或刪除數據時，涉及到調的存儲路徑；在插入或刪除數據時，涉及到調整鏈接指針。整鏈接指針。1.3 數據模型12/5/202132關系模型與層次模型和網狀模型相比有著本質的關系模型與層次模型和網狀模型相比有著本質的

27、差別，它是用差別，它是用二維表格二維表格來表示實體及其相互之間的聯來表示實體及其相互之間的聯系。系。 關系數據模型關系數據模型編號姓名性別婚否出生日期職稱基本工資簡歷23101張伶俐女已婚09/24/56教授138023102羅稼宛男已婚11/27/73講師56023103黎達仁男未婚12/23/81助教45023104顧高粲男已婚01/27/63副教授97023105黃丹秋女未婚07/15/79助教480教師關系教師關系1.3 數據模型12/5/202133一個關系就是沒有重復行和重復列的二維表，二維表一個關系就是沒有重復行和重復列的二維表，二維表的每一行在關系中稱為元組，每一列在關系中稱為

28、屬性。的每一行在關系中稱為元組，每一列在關系中稱為屬性。學生關系的每一行代表一個學生的記錄，每一列代表學生學生關系的每一行代表一個學生的記錄，每一列代表學生記錄的一個字段。屬性個數（記錄的一個字段。屬性個數（n n）稱為關系的元。）稱為關系的元。屬性信息屬性信息JSBHXMCSRQXB ZCZZFBGDHZZDHYDDH103601 李曉光李曉光 1960-5-113TRUETRUE 8922331 5166123 13019298657103621 李敏李敏1970-1-12 22TRUETRUE 8456721 5660304 13809228127106723 趙丹茹趙丹茹 1945-1

29、2-3 25FALSEFALSE8499213 13019876502105721 張大偉張大偉 1957-3-11 14TRUETRUE 8426115 8499212的集合值的集合9 9元關系元關系1.3 數據模型12/5/202134分布式數據庫分布式數據庫 分布式數據庫系統(tǒng)是地理上分布在分布式數據庫系統(tǒng)是地理上分布在計算機網絡的不同結點，邏輯上屬于同計算機網絡的不同結點，邏輯上屬于同一系統(tǒng)的數據庫系統(tǒng)。一系統(tǒng)的數據庫系統(tǒng)。 分布式數據庫的主要特點是：分布式數據庫的主要特點是： 數據是分布的數據是分布的數據是邏輯相關的數據是邏輯相關的結點的自治性結點的自治性1.4 數據庫新技術12/5/202135 一個分布式數據庫應用系統(tǒng)實例一個分布式數據庫應用系統(tǒng)實例1.4 數據庫新技術12/5/202136多媒體數據庫多媒體數據庫 能存儲和管理多種媒體的數據庫稱為多媒體能存儲和管理多種媒體的數據庫稱為多媒體數據庫。多媒體數據庫對數據庫管理系統(tǒng)的功數據庫。多媒體數據庫對數據庫管理系統(tǒng)的功能要求：能要求：要求數據庫管理系統(tǒng)能方便地描述和處理具要求數據庫管理系統(tǒng)能方便地描述和處理具有內部層次結構的數據。有內部層次結構的數據。 要求數據