章數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用計算機學(xué)院趙有恩E-mail：復(fù)習(xí)：數(shù)據(jù)庫：存放大數(shù)據(jù)的地方。什么是大數(shù)據(jù)：傳統(tǒng)技術(shù)難以處理的數(shù)據(jù)如何存放：DBMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組織存儲獲取維護(hù)第一章數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)第一章數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.1.1數(shù)據(jù)(DATA)、數(shù)據(jù)庫(DB)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)1.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展一、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象。某大學(xué)學(xué)生檔案中的一條學(xué)生數(shù)據(jù)：該數(shù)據(jù)各個字段的的語義為：根據(jù)語義閱讀這條記錄，可得到如下信息：(李明，男，1982年8月，江西南昌，信息學(xué)院，2002)學(xué)生姓名、性別、出生年月、籍貫、院系、入學(xué)時間李明是個大學(xué)生，1982年8月出生，江西南昌人，2002年考入信息學(xué)院二、數(shù)據(jù)庫（Database,簡稱DB)

數(shù)據(jù)庫：存放數(shù)據(jù)的倉庫數(shù)據(jù)庫的定義：

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)庫的特征：1數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存

2可為各種用戶共享3冗余度較小

4數(shù)據(jù)獨立性較高5易擴(kuò)展三、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）DBMS是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。使用它，可以科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)？應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具DBMS編譯系統(tǒng)OS硬件四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

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（DBA）＋用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.1.2計算機數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展

對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、組織、存儲、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的中心問題數(shù)據(jù)管理：計算機數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的過程：1人工管理階段(40年代中--50年代中)2文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)3

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)一、人工管理時期：40年代中--50年代中產(chǎn)生的背景：應(yīng)用需求： 科學(xué)計算 硬件水平： 無直接存取存儲設(shè)備 軟件水平： 沒有操作系統(tǒng) 處理方式： 批處理

應(yīng)用程序１數(shù)據(jù)集１應(yīng)用程序２數(shù)據(jù)集２應(yīng)用程序ｎ數(shù)據(jù)集n...…...…人工管理特點特點：數(shù)據(jù)量少，不保存，更無法共享數(shù)據(jù)依賴于應(yīng)用程序，不具有獨立性數(shù)據(jù)沒有組織結(jié)構(gòu)。人工管理階段例如：

處理“計算機文化基礎(chǔ)”單科成績排名的程序處理各門課總成績及排名的程序各同學(xué)姓名及計算機文化基礎(chǔ)成績各同學(xué)姓名及各門課程成績二、文件系統(tǒng)階段時期50年代末--60年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理 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

文件系統(tǒng)(續(xù))特點：數(shù)據(jù)可以長期保存由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)共享性差、冗余度大數(shù)據(jù)獨立性差應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(文件系統(tǒng))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存取方法...…...…文件系統(tǒng)階段

例如：處理單科成績排名的程序，處理總成績及排名的程序

文件系統(tǒng)處理單科成績排名的程序處理總成績及排名的程序課程1成績文件總成績文件三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段時期60年代末以來產(chǎn)生的背景應(yīng)用背景 大規(guī)模數(shù)據(jù)管理 硬件背景 大容量磁盤 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 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段3

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序3應(yīng)用程序4開發(fā)出新的數(shù)據(jù)管理軟件，即數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）。所有的數(shù)據(jù)實行統(tǒng)一規(guī)劃管理形成一個數(shù)據(jù)中心，構(gòu)成一個數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能滿足所有用戶的不同要求，不同用戶共享數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

例如：處理單科成績排名的程序，處理總成績及排名的程序

DBMS處理單科成績排名的程序處理總成績及排名的程序數(shù)據(jù)庫第一章數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)如何針對一個應(yīng)用抽象出數(shù)據(jù)模型？要求實現(xiàn)以下功能：（1）學(xué)生處要錄入新生的信息、處理畢業(yè)生的信息、產(chǎn)生各種各樣的學(xué)生統(tǒng)計表；（2）教務(wù)處每學(xué)期要制定教學(xué)計劃和課程表，統(tǒng)計學(xué)生選課記錄、登錄學(xué)生成績、產(chǎn)生學(xué)生成績單和補考通知單等。（3）人事處要經(jīng)常了解各學(xué)院和教研室的日常情況，管理教師職稱評定、升降工資。（4）各個學(xué)院經(jīng)常要查詢教師、學(xué)生、課程、成績等情況。某大學(xué)的教學(xué)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。因此，數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。任何一種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，都必須建立在一定的數(shù)據(jù)模型之上。1.2數(shù)據(jù)模型模型：對現(xiàn)實世界事物特征的模擬和抽象

數(shù)據(jù)模型：對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的模擬和抽象數(shù)據(jù)模型的3個要求：1.真實模擬現(xiàn)實世界；2.容易為人所理解；3能在計算機上實現(xiàn)1.2數(shù)據(jù)模型1.2.1兩類數(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常用數(shù)據(jù)模型

1.2.1兩類數(shù)據(jù)模型首先，人們要深入到信息的現(xiàn)實世界中進(jìn)行系統(tǒng)需求分析，用一定的手段和方法真實、全面地描述現(xiàn)實世界中所管理的對象及其性質(zhì)以及對象之間的聯(lián)系，建立概念模型；然后，再通過一定的方法將形成的概念模型轉(zhuǎn)換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，從而建立數(shù)據(jù)庫。信息世界概念模型機器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換現(xiàn)實世界認(rèn)識抽象現(xiàn)實世界中客觀對象的抽象過程步驟1步驟21.2.2數(shù)據(jù)模型的組成要素

數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束條件三部分組成。數(shù)據(jù)的約束條件：是一組完整性規(guī)則的集合，指數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則數(shù)據(jù)操作：對數(shù)據(jù)庫中的對象可以進(jìn)行的各種操作的集合，包括各種操作和操作的規(guī)則

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征如何生成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1.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(shè)計的有力工具是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員和用戶之間進(jìn)行交流的語言信息世界概念模型機器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換現(xiàn)實世界認(rèn)識抽象步驟1步驟21.概念模型對概念模型的基本要求具有較強的語義表達(dá)能力，能夠方便、直接地表達(dá)應(yīng)用中的各種語義知識簡單、清晰、易于用戶理解1.信息世界中的基本概念(1)實體（Entity）客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體?？梢允蔷唧w的人、事、物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系。實體舉例：一個學(xué)生，一個部門，一門課，學(xué)生的一次選課，老師與學(xué)院的聯(lián)系（某個老師在某個學(xué)院工作）1.信息世界中的基本概念(2)屬性（Attribute）

實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以具有若干個屬性。屬性舉例：學(xué)生實體可以由學(xué)號、姓名、性別、院系、入學(xué)時間等屬性組成。（200204，張山，男，信息學(xué)院，2002）1.信息世界中的基本概念(3)碼（Key）

唯一標(biāo)識實體的屬性集稱為碼。碼舉例：學(xué)生實體可以由學(xué)號、姓名、性別、院系、入學(xué)時間等屬性組成。（200204，張山，男，信息學(xué)院，2002）其中，學(xué)號是學(xué)生實體的碼。1.信息世界中的基本概念(續(xù))(4)域（Domain）屬性的取值范圍

稱為該屬性的域。例如：

學(xué)號的域為8位整數(shù)

姓名的域為字符串集合

性別的域為（男，女）1.信息世界中的基本概念(續(xù))(5)實體型（EntityType）

用實體名及其屬性名的集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型（200204，張山，男，信息學(xué)院，2002）例如：學(xué)生（學(xué)號、姓名、性別、出生年月、院系、入學(xué)時間）教師（職工編號，姓名，所在教研室）就是實體型。1.信息世界中的基本概念(續(xù))(6)實體集（EntitySet）

同型實體的集合稱為實體集例如：全體學(xué)生，全體教師都是實體集。2.兩個實體間的聯(lián)系聯(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體（型）內(nèi)部的聯(lián)系和實體（型）之間的聯(lián)系兩個實體型之間聯(lián)系分為三類：一對一聯(lián)系（1:1）一對多聯(lián)系（1:n）多對多聯(lián)系（m:n）

2.兩個實體型間聯(lián)系實體型1聯(lián)系名實體型2111:1聯(lián)系實體型1聯(lián)系名實體型2mnm:n聯(lián)系實體型1聯(lián)系名實體型21n1:n聯(lián)系國家與首都學(xué)院與系部學(xué)生與課程3.兩個以上實體型間的聯(lián)系多個實體型之間也存在：一對一聯(lián)系一對多聯(lián)系多對多聯(lián)系課程教師參考書講授1mn4.單個實體型內(nèi)的聯(lián)系同一實體集內(nèi)的各個實體之間也存在著：一對一聯(lián)系一對多聯(lián)系多對多聯(lián)系職工領(lǐng)導(dǎo)1n5.概念模型的一種表示方法實體－聯(lián)系方法（E-R方法EntityRelationship）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模型在E-R圖中，可以表示實體型、屬性和聯(lián)系。E-R圖實體型用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。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)的實體連接起來學(xué)生學(xué)號年齡性別姓名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)實體連接起來，同時在無向邊旁標(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E-R圖實例1學(xué)生實體及其屬性：學(xué)號姓名年齡性別系年級學(xué)生E-R圖實例2供應(yīng)商供應(yīng)項目零件mnp供應(yīng)量在現(xiàn)實世界的語義表示為：某供應(yīng)商供應(yīng)了多少數(shù)量的零件給某個項目。E-R圖實例3-倉庫管理1例：為倉庫管理設(shè)計一個ER模型。

倉庫主要管理零件的采購和供應(yīng)等事項。倉庫根據(jù)需要向外面供應(yīng)商訂購零件，而許多工程項目需要倉庫提供零件。ER圖建立過程如下：Step1首先確定實體類型。

倉庫主要管理零件的采購和供應(yīng)等事項。倉庫根據(jù)需要向外面供應(yīng)商訂購零件，而許多工程項目需要倉庫提供零件。本問題有三個實體類型：零件Part，工程項目proJect，供應(yīng)商Supplier

。E-R圖實例3-倉庫管理2Step2確定聯(lián)系類型。proJect和Part之間是M:N聯(lián)系，Part和Supplier之間也是M:N聯(lián)系，分別命名為J_P和P_S.Step3把實體類型和聯(lián)系類型組合成ER圖。E-R圖實例3-倉庫管理3Step4確定實體類型和聯(lián)系類型的屬性。Step5確定實體類型的關(guān)鍵碼，在ER圖中屬于碼的屬性名下畫一條橫線。

學(xué)生選課系統(tǒng)涉及到的實體涉及到的聯(lián)系將實體和聯(lián)系組合成E-R圖確定實體和聯(lián)系的屬性確定實體和聯(lián)系的碼成績ER模型-總結(jié)優(yōu)點簡單，容易理解，真實反應(yīng)用戶需求；與計算機無關(guān)，用戶容易接受。遇到實際問題一般先設(shè)