第4章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

第四章

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用第四章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用4.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

4.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.3數(shù)據(jù)模型

4.4關(guān)系數(shù)據(jù)庫

4.5數(shù)據(jù)庫查詢語言SQL4.6數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

4.7常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

4.8數(shù)據(jù)庫的新發(fā)展4.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是事物特性的反映和描述，是符號的集合。數(shù)據(jù)不僅指數(shù)值數(shù)據(jù)，文本、圖形、圖像、音頻、視頻等一切能被計算機接收且能被處理的符號都是數(shù)據(jù)。2.信息信息通常是指有一定含義的、經(jīng)過加工的、對決策有價值的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)能夠反映出客觀事物的內(nèi)在聯(lián)系及本質(zhì)，從而影響信息獲取者的行為或決策。從計算機系統(tǒng)的角度來看，數(shù)據(jù)是信息的載體，而信息則是數(shù)據(jù)加工的結(jié)果，信息來源于數(shù)據(jù)而高于數(shù)據(jù)。4.1.1數(shù)據(jù)庫的基本概念4.1.1數(shù)據(jù)庫的基本概念3.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是指對數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護等一系列活動的總和。數(shù)據(jù)處理的基本目的是從大量的、雜亂無章的、難以理解的數(shù)據(jù)中抽取并推導(dǎo)出對于某些特定的人來說有價值、有意義的數(shù)據(jù)。4.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫（DataBase，DB）是一個長期存儲在計算機內(nèi)的、有組織的、有共享的、統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)集合。它是一個按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲和管理數(shù)據(jù)的計算機軟件系統(tǒng)。

4.1.1數(shù)據(jù)庫的基本概念5.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DatabaseManagementSystem，DBMS)是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，它對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一的管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。6.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystems，DS），是由數(shù)據(jù)庫及其管理軟件組成的系統(tǒng)。它是為適應(yīng)數(shù)據(jù)處理的需要而發(fā)展起來的一種較為理想的數(shù)據(jù)處理的核心機構(gòu)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員、用戶和應(yīng)用程序四個部分組成。

4.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1.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(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

1.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(yīng)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(jié)構(gòu)化：無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(人工管理階段)

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...…...…人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系

2、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(yīng)用需求 科學(xué)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

文件系統(tǒng)階段(續(xù))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(yīng)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(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu),整體無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的獨立性：獨立性差，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變必須修改應(yīng)用程序數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(文件系統(tǒng)階段)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)...…...…文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系

文件系統(tǒng)

學(xué)生基本情況

學(xué)生管理其它的數(shù)據(jù)

學(xué)生基本情況

有關(guān)學(xué)生選課數(shù)據(jù)學(xué)生選課子系統(tǒng)學(xué)生管理子系統(tǒng)

冗余！3、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(yīng)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 應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫…數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系

4.分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

分布式數(shù)據(jù)庫在邏輯上象一個集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實際上，數(shù)據(jù)存儲在計算機網(wǎng)絡(luò)的不同地域的結(jié)點上。每個結(jié)點有自己的局部數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它有很高的獨立性。用戶可以由分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)相互傳輸數(shù)據(jù)，如圖所示。計算機1計算機3計算機2通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫1數(shù)據(jù)庫2數(shù)據(jù)庫3

＊

4.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念模式（Schema）：數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值。實例（Instance）：模式的一個具體值。同一個模式可以有很多實例。4.2.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

4.2.3數(shù)據(jù)庫的二級映像4.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)的類型、內(nèi)容、性質(zhì)以及數(shù)據(jù)間的聯(lián)系等。數(shù)據(jù)操作描述在相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作類型和操作方式。數(shù)據(jù)約束描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)數(shù)據(jù)間的語法和語義聯(lián)系、制約和依存關(guān)系，以及數(shù)據(jù)動態(tài)變化的規(guī)則，保證數(shù)據(jù)的正確有效。4.3.1數(shù)據(jù)模型的組成數(shù)據(jù)模型（DataModel）是數(shù)據(jù)特征的抽象，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用來提供信息表示和操作手段的形式構(gòu)架。4.3.2數(shù)據(jù)模型的類型1.概念數(shù)據(jù)模型（ConceptualDataModel）概念數(shù)據(jù)模型，簡稱概念模型，是面向數(shù)據(jù)庫用戶的實現(xiàn)世界的模型，主要用來描述世界的概念化結(jié)構(gòu)。概念數(shù)據(jù)模型必須換成邏輯數(shù)據(jù)模型，才能在DBMS中實現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型按不同的應(yīng)用層次分成3種類型，分別是概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。2.邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型（LogicalDataModel）：簡稱數(shù)據(jù)模型，這是用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的模型，是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，如網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型(NetworkDataModel)、層次數(shù)據(jù)模型(HierarchicalDataModel)、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取?/p>

關(guān)系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型。它是由若干關(guān)系組成的集合，每個關(guān)系從結(jié)構(gòu)上看是一張二維表格。4.4關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫，是建立在關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫，借助于集合代數(shù)等概念和方法來處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。目前主流的關(guān)系數(shù)據(jù)庫有Oracle、SQL、Access、DB2、SQLServer，Sybase等。4.4.1關(guān)系的相關(guān)定義1.域（Domain）：一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。2.笛卡爾積（CartesianProduct）

所有域的所有取值的集合，取值不能重復(fù)。3.關(guān)系（Relation）：笛卡爾積的有限子集。4.三類關(guān)系5.關(guān)系數(shù)據(jù)庫

4.4.2關(guān)系的基本操作1.常用的關(guān)系操作插入、刪除、修改和查詢

2.關(guān)系操作的特點操作的對象和結(jié)果都是集合

4.4.3關(guān)系模型的完整性規(guī)則關(guān)系完整性是為保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性和相容性，對關(guān)系模型提出的某種約束條件或規(guī)則。完整性通常包括實體完整性、參照完整性和用戶定義完整性，其中實體完整性和參照完整性，是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件?；仡檾?shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員、用戶和應(yīng)用程序四個部分組成。

關(guān)系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型。它是由若干關(guān)系組成的集合，每個關(guān)系從結(jié)構(gòu)上看是一張二維表格。關(guān)系的基本操作：插入、刪除、修改和查詢（操作的對象和結(jié)果都是集合）。4.5數(shù)據(jù)庫查詢語言SQL4.5.2SQL的組成1.數(shù)據(jù)定義語言（DDL）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義和數(shù)據(jù)庫對象定義。CREATE（創(chuàng)建）、ALTER（修改）、DROP（刪除）2.數(shù)據(jù)操縱語言（DML）INSERT（插入數(shù)據(jù)）、UPDATE（修改數(shù)據(jù)）、DELETE（刪除數(shù)據(jù)）3.數(shù)據(jù)控制語言（DCL）安全管理，決定哪些用戶可以查看或修改數(shù)據(jù)。4.數(shù)據(jù)查詢語言（DQL）SELECT（檢索數(shù)據(jù)）4.5.3數(shù)據(jù)的定義定義基本表：CREATETABLE<表名>（<列名><數(shù)據(jù)類型>[列級完整性約束條件][，<列名><數(shù)據(jù)類型>[列級完整性約束條件]]……[，<表級完整性約束條件>])；其中<表名>是所要定義的基本表的名字，它可以由一個或多個屬性（列）組成。

例：建一個“學(xué)生”表Student，由學(xué)號、姓名、年齡3個屬性組成，其中學(xué)號不能為空、取值唯一。CREATETABLEStudent(Sno CHAR(5)NOTNULLUNIQUE,Sname CHAR(8)UNIQUE, Sage INT);4.5.4數(shù)據(jù)的查詢SELECT[ALL|DISTINCT]<目標列表達式>[，<目標列表達式>]……FROM

<表名或視圖名>[，<表名或視圖名>]……[WHERE<條件表達式>][GROUPBY<列名1>[HAVING<條件表達式>]][ORDERBY<列名2>[ASC|DESC]]；SELECT<字段列表>FROM<表名>從職工關(guān)系中檢索出所有工資值

SELECT工資FROM職工檢索倉庫關(guān)系中的所有元組信息

SELECT*FROM倉庫從Student學(xué)生表中查詢所有學(xué)生的姓名和年齡

SELECTSname,SageFROMStudent簡單查詢SELECT<字段列表>FROM<表名>WHERE<篩選條件>

檢索職工表中工資多于1230元的職工號

SELECT職工號FROM職工WHERE工資>1230檢索Student表中年齡不小于20歲的學(xué)生學(xué)號和年齡

SELECTSno,SageFROMStudentWHERESage>=20檢索在倉庫“W1”或“W2”工作，并且工資少于1250元職工號

SELECT職工號FROM職工WHERE工資<1250AND(倉庫號=‘W1’OR倉庫號=‘W2’)一個查詢同時涉及兩個以上的表P138，例4-49，例4-51找出工資多于1230元的職工號和他們所在的城市

SELECT職工號,城市FROM職工,倉庫WHERE(工資>1230)AND(職工.倉庫號=倉庫.倉庫號)

找出工作在面積大于400的倉庫的職工號以及這些職工工作所在的城市

SELECT職工號,城市FROM職工,倉庫WHERE（面積>400)AND(職工.倉庫號=倉庫.倉庫號)連接查詢SELECT<字段列表>FROM<表名>WHERE<篩選條件>4.6數(shù)據(jù)庫的設(shè)計數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息資源的開發(fā)、管理和服務(wù)的最有效的手段，因此數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用范圍越來越廣，從小型的單項事務(wù)處理系統(tǒng)到大型的信息服務(wù)系統(tǒng)大都利用了先進的數(shù)據(jù)庫技術(shù)來保持系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整體性、完整性和共享性。4.6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法比較著名的新奧爾良方法將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為四個階段：需求分析（分析用戶需求）、概念設(shè)計（信息分析和定義）、邏輯設(shè)計（設(shè)計實現(xiàn)）和物理設(shè)計（物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計）。S.B.Yao將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為六個步驟：需求分析、模式構(gòu)成、模式匯總、模式重構(gòu)、模式分析和物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計。I.R.Palmer則主張把數(shù)據(jù)庫設(shè)計當成一步接一步的過程，并采用一些輔助手段實現(xiàn)每一過程。4.6.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟1．應(yīng)用規(guī)劃2．需求分析3.概念設(shè)計4．邏輯設(shè)計5.物理設(shè)計6.數(shù)據(jù)庫的實施7.運行維護4.7常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)1.MySQLMySQL是最受歡迎的開源SQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它由MySQLAB開發(fā)、發(fā)布和支持。2.SQLServerSQLServer是由微軟開發(fā)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是Web上最流行的用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，它已廣泛用于電子商務(wù)、銀行、保險、電力等與數(shù)據(jù)庫有關(guān)的行業(yè)。4.7常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)3.OracleOracle公司是全球最大的信息管理軟件及服務(wù)供應(yīng)商，該公司成立于1977年，最初是一家專門開發(fā)數(shù)據(jù)庫的公司。Oracle在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位。目前，Oracle產(chǎn)品覆蓋了大、中、小型機等幾十種機型，Oracle數(shù)據(jù)庫成為世界上使用最廣泛的關(guān)系數(shù)據(jù)系統(tǒng)之一。4.SybaseSybase主要有三種版本：一是UNIX操作系統(tǒng)下