第 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

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wangbq@第2頁/共42頁第1頁/共42頁3第1章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論1.1數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)管理1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.2數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.4數(shù)據(jù)模型1.5數(shù)據(jù)庫新技術(shù)第3頁/共42頁第2頁/共42頁41.1數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1．?dāng)?shù)據(jù)和信息

數(shù)據(jù)(Data)是用來記錄信息的可識別的符號,是信息的具體表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)是信息的載體，用來載荷信息，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵,是對數(shù)據(jù)的語義解釋。數(shù)據(jù)與信息既有區(qū)別，又有聯(lián)系。數(shù)據(jù)是表示信息的，信息只是加工處理后的數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)所表達(dá)的內(nèi)容。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的概念在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中已大大拓寬,其表現(xiàn)形式已不僅包括數(shù)字和文字,還包括圖形、圖像、聲音等等。第4頁/共42頁第3頁/共42頁52.數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)處理是指將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過程。它包括對數(shù)據(jù)的收集、存儲、分類、計(jì)算、加工、檢索和傳輸?shù)纫幌盗谢顒印?shù)據(jù)管理是指數(shù)據(jù)的收集、組織、存儲、檢索和維護(hù)等操作第5頁/共42頁第4頁/共42頁61.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.人工管理階段

程序與數(shù)據(jù)是一個(gè)整體，一個(gè)程序中的數(shù)據(jù)無法被其他程序使用，因此程序與程序之間存在大量的重復(fù)數(shù)據(jù)。特點(diǎn):程序之間不能共享數(shù)據(jù)；程序復(fù)雜；數(shù)據(jù)量小且無法長期保存；人工重復(fù)輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不保存。第6頁/共42頁第5頁/共42頁7人事管理應(yīng)用程序教師信息數(shù)據(jù)組學(xué)生管理應(yīng)用程序?qū)W生信息數(shù)據(jù)組教務(wù)管理應(yīng)用程序課程信息數(shù)據(jù)組學(xué)生部門教務(wù)部門人事部門圖1-1應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系第7頁/共42頁第6頁/共42頁81.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展2.文件管理階段20世紀(jì)50年代后期至60年代后期,計(jì)算機(jī)外存儲器有了磁鼓和磁盤等直接存取設(shè)備；軟件有了操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)；程序通過數(shù)據(jù)文件訪問數(shù)據(jù)。外存儲器數(shù)據(jù)輸入程序數(shù)據(jù)輸入程序數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件第8頁/共42頁第7頁/共42頁9外存儲器特點(diǎn):多個(gè)程序共享數(shù)據(jù)；易于長期保存數(shù)據(jù)；程序代碼有所簡化；數(shù)據(jù)冗余（重復(fù)）度較大；程序?qū)?shù)據(jù)依賴性較強(qiáng)；人員專業(yè)性較強(qiáng)。查詢程序王強(qiáng)長沙市五一路10號1300240731-487451901090103查詢程序例如：數(shù)據(jù)查詢與報(bào)表第9頁/共42頁第8頁/共42頁10學(xué)生部門教務(wù)部門人事部門文件系統(tǒng)教師數(shù)據(jù)文件學(xué)生數(shù)據(jù)文件課程數(shù)據(jù)文件人事管理應(yīng)用程序?qū)W生管理應(yīng)用程序教務(wù)管理應(yīng)用程序圖1-2應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)文件的關(guān)系第10頁/共42頁第9頁/共42頁111.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展3．?dāng)?shù)據(jù)庫管理階段數(shù)據(jù)庫是在數(shù)據(jù)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(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。特點(diǎn)：

數(shù)據(jù)真正實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制第11頁/共42頁第10頁/共42頁12外存儲器此階段將數(shù)據(jù)集中存儲在一臺計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行統(tǒng)一組織和管理。數(shù)據(jù)庫第12頁/共42頁第11頁/共42頁13特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化并與程序分離；數(shù)據(jù)集中式管理，高度共享；數(shù)據(jù)冗余度小，具有數(shù)據(jù)一致性和完整性控制規(guī)則。外存儲器第13頁/共42頁第12頁/共42頁14學(xué)生部門教務(wù)部門人事部門學(xué)校數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)人事管理應(yīng)用程序?qū)W生管理應(yīng)用程序教務(wù)管理應(yīng)用程序圖1-3應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的關(guān)系第14頁/共42頁第13頁/共42頁151.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（DB-DataBase）數(shù)據(jù)庫是存儲在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有組織、結(jié)構(gòu)化的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集合；以文件方式存儲。硬件存放數(shù)據(jù)庫的介質(zhì)常見數(shù)據(jù)庫文件擴(kuò)展名：MDF-SQLServer；MDB-Access；DBC-VFP（VisualFoxPro）第15頁/共42頁第14頁/共42頁161.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DatabaseSystem，DBS)是一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它是把有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和人員組合起來為用戶提供信息服務(wù)的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及其描述機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和有關(guān)人員組成的具有高度組織性的總體。應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫管理員開發(fā)工具數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫第16頁/共42頁第15頁/共42頁17數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的簡單結(jié)構(gòu)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)庫管理員（DBA）數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)第17頁/共42頁第16頁/共42頁181.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫：是數(shù)據(jù)的匯集，它以一定的組織形式存于存儲介質(zhì)上。DBMS：是管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件，它實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的各種功能。是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。DBA：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)、維護(hù)和管理等工作。應(yīng)用程序：指以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的應(yīng)用程序。用戶人員數(shù)據(jù)庫用應(yīng)系統(tǒng)DBMSOS硬件第18頁/共42頁第17頁/共42頁191.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)

為了有效地組織、管理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)庫的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性，人們?yōu)閿?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)了一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是三級模式結(jié)構(gòu)，它包括外模式、模式和內(nèi)模式。根據(jù)各類人員與數(shù)據(jù)庫的不同關(guān)系，可把視圖（所謂視圖是指觀察、認(rèn)識和理解數(shù)據(jù)的范圍、角度和方法）分為三種：對應(yīng)于用戶的外部視圖對應(yīng)于應(yīng)用程序員的概念視圖對應(yīng)于系統(tǒng)程序員的內(nèi)部視圖第19頁/共42頁第18頁/共42頁201.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第20頁/共42頁第19頁/共42頁21三級模式結(jié)構(gòu)的一個(gè)具體實(shí)例圖書信息出版社名稱字符型20書名字符型30作者姓名字符型20出版日期日期型

作者著書信息作者姓名字符型20書名字符型30出版社出書類型出版社名稱字符型20書名字符型30類型字符型1

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外模式模式內(nèi)模式第21頁/共42頁第20頁/共42頁221.3數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)共享減少數(shù)據(jù)冗余具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性增強(qiáng)了數(shù)據(jù)安全性和完整性保護(hù)第22頁/共42頁第21頁/共42頁231.4數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)描述1.數(shù)據(jù)處理的3個(gè)階段

現(xiàn)實(shí)世界 信息世界機(jī)器世界 圖1-5數(shù)據(jù)處理的三個(gè)階段抽象轉(zhuǎn)換現(xiàn)實(shí)信息電腦第23頁/共42頁第22頁/共42頁241.4數(shù)據(jù)模型2.實(shí)體是客觀事物的真實(shí)反映?？梢允菍?shí)際存在的對象、抽象概念或事件。（1）屬性將事物特性稱為實(shí)體屬性。例如，為描述一個(gè)職工，可能涉及如下屬性：編號、姓名、性別、出生日期和職稱。例如：第24頁/共42頁第23頁/共42頁251.4數(shù)據(jù)模型（2）實(shí)體型和實(shí)體值實(shí)體型就是實(shí)體的結(jié)構(gòu)描述，通常是實(shí)體名和屬性名的集合；具有相同屬性的實(shí)體，有相同的實(shí)體型。實(shí)體值是一個(gè)具體的實(shí)體，是屬性值的集合。例如，教師實(shí)體型是：教師(編號、姓名、性別、出生日期、職稱、基本工資、研究方向)教師“李亦光”的實(shí)體值是：(15031，李亦光，男，09/21/65，教授，678，數(shù)據(jù)庫技術(shù))第25頁/共42頁第24頁/共42頁261.4數(shù)據(jù)模型（3）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具體值。例如：“103601”是編號值；“李曉光”是姓名值；“1”是性別值。(4)實(shí)體集性質(zhì)相同的同類實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。如一個(gè)系的教師。第26頁/共42頁第25頁/共42頁271.4數(shù)據(jù)模型3．實(shí)體間的聯(lián)系實(shí)體之間的對應(yīng)關(guān)系稱為聯(lián)系，它反映了現(xiàn)實(shí)世界事物之間的相互關(guān)聯(lián)。聯(lián)系的類型：一對一聯(lián)系記為1：1。

(如學(xué)校與校長間的聯(lián)系)一對多聯(lián)系記為１：n。

(如宿舍房間與學(xué)生的聯(lián)系)多對多聯(lián)系記為m：n。（如一個(gè)教師可以教授多個(gè)學(xué)生，而一個(gè)學(xué)生又可以受教于多個(gè)教師）第27頁/共42頁第26頁/共42頁281.4數(shù)據(jù)模型廠長 工廠 任職 1 1 (a) 公司 職員 就職 1 n (b) 讀者 圖書 借閱 m n (c) 圖1-6實(shí)體間的聯(lián)系 第28頁/共42頁第27頁/共42頁294.概念模型概念模型是反映實(shí)體之間聯(lián)系的模型。E-R模型:描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型。實(shí)體：用矩形框表示，框內(nèi)寫入實(shí)體名。屬性：用橢圓形表示，屬性的名稱記入橢圓形內(nèi)。聯(lián)系：用菱形框表示實(shí)體間的相互關(guān)系，框內(nèi)注明聯(lián)系的名稱。學(xué)生

學(xué)號學(xué)生與課程間的聯(lián)系1.4數(shù)據(jù)模型第29頁/共42頁第28頁/共42頁301.4數(shù)據(jù)模型mn借閱姓名借書證號職稱出版社書號定價(jià)書名作者借書日期讀者圖書所在學(xué)院圖1-7圖書借閱系統(tǒng)中的E-R模型E-R模型示例第30頁/共42頁第29頁/共42頁311.4數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型

概念模型只是將現(xiàn)實(shí)世界的客觀對象抽象為某種信息結(jié)構(gòu)，這種信息結(jié)構(gòu)并不依賴于具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而對應(yīng)于數(shù)據(jù)世界的模型則由數(shù)據(jù)模型描述，數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫中實(shí)體之間聯(lián)系的抽象描述即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)世界記錄,數(shù)據(jù)項(xiàng)信息世界實(shí)體,屬性常見的數(shù)據(jù)模型：層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)模型。第31頁/共42頁第30頁/共42頁32樹葉樹枝根通過樹形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及聯(lián)系。如描述學(xué)校管理機(jī)構(gòu)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)實(shí)體（型），箭頭表示實(shí)體（型）間的聯(lián)系（由父到子）。（1）層次數(shù)據(jù)模型第32頁/共42頁第31頁/共42頁33根多個(gè)父結(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及聯(lián)系。“網(wǎng)”中每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)實(shí)體(型)，結(jié)點(diǎn)之間箭頭表示實(shí)體(型)間的聯(lián)系。（2）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型第33頁/共42頁第32頁/共42頁34關(guān)系模型與層次模型和網(wǎng)狀模型相比有著本質(zhì)的差別，它是用二維表格來表示實(shí)體及其相互之間的聯(lián)系。

（3）關(guān)系數(shù)據(jù)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(dá)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表1-1教師關(guān)系第34頁/共42頁第33頁/共42頁35一個(gè)關(guān)系就是沒有重復(fù)行和重復(fù)列的二維表，二維表的每一行在關(guān)系中稱為元組，每一列在關(guān)系中稱為屬性。學(xué)生關(guān)系的每一行代表一個(gè)學(xué)生的記錄，每一列代表學(xué)生記錄的一個(gè)字段。屬性個(gè)數(shù)稱為關(guān)系的元。屬性信息值的集合9元關(guān)系第35頁/共42頁第34頁/共42頁361.5數(shù)據(jù)庫新技術(shù)分布式數(shù)據(jù)庫分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是地理上分布在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同結(jié)點(diǎn)，邏輯上屬于同一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫的主要特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)是分布的數(shù)據(jù)是邏輯相關(guān)的結(jié)點(diǎn)的自治性第36頁/共42頁第35頁/共42頁37圖1-8一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例全國票務(wù)中心第37頁/共42頁第36頁/共42頁381.5數(shù)據(jù)庫新技術(shù)多媒體數(shù)據(jù)庫能存儲和管理多種媒體的數(shù)據(jù)庫稱為多媒體數(shù)據(jù)庫。多媒體數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能要求：要求數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能方便地描述和處理具有內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。要求數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供由用戶定義的新的數(shù)據(jù)類型和相應(yīng)操作的功能。要求數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠提供更靈活的定義和修改模式的能力。要求數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供對多媒體信息管理中特殊的事務(wù)管理與版本控制能力。第38頁/共42頁第37頁/共42頁391.5數(shù)據(jù)庫新技術(shù)工程數(shù)據(jù)庫所謂工程數(shù)據(jù)庫是指在工程設(shè)計(jì)中，主要是CAD/CAM中所用到的數(shù)據(jù)庫。由于在工程中的環(huán)境和要求不同，工程數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)的信息管理中用到的數(shù)據(jù)庫有著很大的區(qū)別。應(yīng)用程序方法庫圖形系統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)庫圖1-9工程數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用環(huán)境第39頁/共42頁第38頁/共42頁401.5數(shù)據(jù)庫新技術(shù)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)(Object-OrientedDatabaseSys