數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用 CH1

數(shù)據(jù)庫技術(shù)主講教師：劉海龍華南理工大學(xué)

計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院

徐芝琦聯(lián)系方式：Email：HLLIU@

電話公室：創(chuàng)新園大廈A1213考核辦法：考勤——10%作業(yè)——30%期末——60%第一章數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)模型1.1信息、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.3數(shù)據(jù)模型第一章數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)模型1.1信息、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.3數(shù)據(jù)模型信息

現(xiàn)實世界各種事物的特征、形態(tài)以及不同事物間的聯(lián)系等在人腦里的抽象反映。信息描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。信息是人類對于自然界的感知。數(shù)據(jù)

表達(dá)信息的載體。數(shù)據(jù)是信息的符號化表示。1.1信息、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)是信息的載體，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。注意！不能把數(shù)據(jù)簡單地與數(shù)字等同起來。

數(shù)據(jù)在計算機(jī)內(nèi)存儲和處理時，都轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠識別的符號。盡管信息與數(shù)據(jù)兩個術(shù)語嚴(yán)格地講是有區(qū)別的，但在很多場合下，往往無需嚴(yán)謹(jǐn)?shù)丶右詤^(qū)分也不致引發(fā)誤解。信息與數(shù)據(jù)的區(qū)別和聯(lián)系信息處理從已獲知的信息中，經(jīng)過加工推理，得到新的信息，并以此作為社會活動的決策依據(jù)。數(shù)據(jù)處理對數(shù)據(jù)的收集記載、整理、組織、存儲、檢索、計算、加工、維護(hù)、傳送等一系列活動的總和。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)管理

是一切數(shù)據(jù)處理過程的基本環(huán)節(jié)，是所有數(shù)據(jù)處理任務(wù)必需的共性部分。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)處理集中處理方式 如果把要處理的數(shù)據(jù)作為一個完整的集合，所有的工作都由一臺計算機(jī)來完成；分散處理方式 若把數(shù)據(jù)集合分成多個部分，分別放在多臺計算機(jī)上，對數(shù)據(jù)的管理和操縱都是分開并相互獨立，彼此之間沒有數(shù)據(jù)通信聯(lián)系；分布處理方式 若把分散在多臺計算機(jī)上的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，數(shù)據(jù)雖然分開存儲，但邏輯上卻仍是一個整體，每一臺計算機(jī)既可以單獨進(jìn)行“局部處理”，多臺計算機(jī)也可以合起來進(jìn)行“全局處理”就如同集中處理方式一樣。

數(shù)據(jù)處理方式信息數(shù)據(jù)指導(dǎo)社會活動數(shù)據(jù)處理新信息新數(shù)據(jù)人機(jī)

數(shù)據(jù)處理關(guān)系第一章數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)模型1.1信息、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.3數(shù)據(jù)模型1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段（1.2.1）文件系統(tǒng)階段（1.2.2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（1.2.3）1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段（50年代中期以前）

需要：計算機(jī)主要用于科學(xué)計算

硬件：無直接存取存儲設(shè)備

軟件：無操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理軟件

數(shù)據(jù)處理方式：批處理

特點：

數(shù)據(jù)在計算機(jī)中不保存

數(shù)據(jù)由應(yīng)用程序管理

數(shù)據(jù)不能共享

數(shù)據(jù)與程序不具有獨立性

基本上是一個程序?qū)?yīng)一批數(shù)據(jù)（面向應(yīng)用）1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展文件系統(tǒng)階段（50年代后期-60年代中期）

需要：數(shù)據(jù)量增大，聯(lián)機(jī)處理增多

硬件：磁盤、磁鼓等直接存取存儲設(shè)備

軟件：操作系統(tǒng)及其文件管理軟件

數(shù)據(jù)處理方式：批處理、聯(lián)機(jī)實時處理

特點：

數(shù)據(jù)可以在計算機(jī)中長期保存

由存取方法進(jìn)行程序與文件中的數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換

文件形式多樣化：順序文件、直接文件、索引文件等

數(shù)據(jù)共享性差、冗長余度大

數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)不一致性

數(shù)據(jù)與程序之間缺乏獨立性數(shù)據(jù)項 是文件中最小的數(shù)據(jù)單位記錄 是若干相關(guān)數(shù)據(jù)項的集合，一個記錄能夠表達(dá)一個具體的事物文件 是若干記錄的集合文件組織 是按一定的邏輯結(jié)構(gòu)把有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)記錄組織成文件（稱為邏輯文件），并用體現(xiàn)這種邏輯結(jié)構(gòu)的物理存儲形式把數(shù)據(jù)存到存儲設(shè)備上（稱為物理文件）。重要術(shù)語（一）重要術(shù)語（二）數(shù)據(jù)庫（DB，Database） DB是實行統(tǒng)一管理的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。它具有較少的數(shù)據(jù)冗余度，可供各種用戶共享，數(shù)據(jù)間既聯(lián)系密切又具有較高的數(shù)據(jù)獨立性。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS，DatabaseManagementSystem） DBMS是數(shù)據(jù)管理的核心軟件。它是用戶與數(shù)據(jù)庫的接口，提供數(shù)據(jù)庫的定義、檢索、更新、維護(hù)及各種數(shù)據(jù)控制。按照所處理的數(shù)據(jù)模型來分類，可分為層次型、網(wǎng)狀型、關(guān)系型和面向?qū)ο笮虳BMS。重要術(shù)語（三）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS，DatabaseSystem） DBS是實現(xiàn)有組織地、動態(tài)地存儲大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問的計算機(jī)軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源組成的計算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)這是一門研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲、管理的軟件學(xué)科。

數(shù)據(jù)庫DB

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS

各種開發(fā)工具

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理員DBA

用戶

計算機(jī)硬件及其他軟件1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

需要：數(shù)據(jù)管理需要越來越多、規(guī)模越來越大，多種應(yīng)用、多種語言互相覆蓋，共享要求越來越大。

硬件：大容量硬盤，硬件價格下降。

軟件：軟件價格上升，編制和維護(hù)成本增加。

處理方式：聯(lián)機(jī)實時處理多，分布處理需求。1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的共享性高、冗余度低、易擴(kuò)充、避免不一致性數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

文件系統(tǒng)

一般是為某個特定應(yīng)用服務(wù)的。

管理數(shù)據(jù)的能力較差，一般只是將本程序需要的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)文件中。

一般只考慮數(shù)據(jù)本身，數(shù)據(jù)之間無聯(lián)系。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

從一個組織全部應(yīng)用的角度，全面考慮并集成數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。

不僅能反映數(shù)據(jù)本身，而且還能反映數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系通過存取路徑實現(xiàn)。1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(2)數(shù)據(jù)的共享性高、冗余度低、易擴(kuò)充、避免不一致性

共享性高數(shù)據(jù)是從整體角度看待和描述的，可以被多個用戶、多個應(yīng)用共享。

冗余度低相同的數(shù)據(jù)不必重復(fù)存放，大大減少了數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)約存儲空間避免數(shù)據(jù)之間的不一致性。

易擴(kuò)充、易修改在增加、修改或刪除數(shù)據(jù)時，只是在一部分?jǐn)?shù)據(jù)上進(jìn)行的，可以減少操作量。

避免數(shù)據(jù)不一致數(shù)據(jù)修改只在部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行。用戶A遠(yuǎn)程終端用戶B遠(yuǎn)程終端數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫共享1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(3)數(shù)據(jù)獨立性高

數(shù)據(jù)獨立性

數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間相互依賴的程度

數(shù)據(jù)獨立性包括：邏輯獨立性和物理獨立性

數(shù)據(jù)邏輯獨立性

在整體邏輯結(jié)構(gòu)與用戶邏輯結(jié)構(gòu)之間有一種映象，當(dāng)整體邏輯結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過修改該映象，可以使用戶邏輯結(jié)構(gòu)不改變，而用戶程序是根據(jù)用戶邏輯結(jié)構(gòu)編寫的，所以不必修改用戶程序。

數(shù)據(jù)物理獨立性

在整體邏輯結(jié)構(gòu)與物理存儲結(jié)構(gòu)之間有一種映象，當(dāng)物理存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過修改該映象，可以使整體邏輯結(jié)構(gòu)不改變，由此不必修改用戶邏輯結(jié)構(gòu)，所以不必修改用戶程序。

數(shù)據(jù)獨立性是通過數(shù)據(jù)庫的三級邏輯結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。用戶邏輯結(jié)構(gòu)1用戶邏輯結(jié)構(gòu)n用戶邏輯結(jié)構(gòu)2……整體邏輯結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫映象1映象2邏輯獨立性物理獨立性1.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(4)數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制

數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是共享的。

單用戶系統(tǒng)數(shù)據(jù)在不同時間內(nèi)被不同用戶共享。

多用戶或分布系統(tǒng)數(shù)據(jù)在同一時間被不同用戶共享（并發(fā)操作）。因此，必須有一種機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制和數(shù)據(jù)庫恢復(fù)等。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)示意圖第一章數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)模型1.1信息、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.3數(shù)據(jù)模型

1.3數(shù)據(jù)模型 是對客觀事物及其聯(lián)系的數(shù)據(jù)描述。換言之，數(shù)據(jù)模型不僅要表示存儲了哪些數(shù)據(jù)，更重要的是要用某種結(jié)構(gòu)形式表示出各種不同數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

客觀世界

信息世界

機(jī)器世界

認(rèn)識，抽象

轉(zhuǎn)換

客觀存在

概念模型

數(shù)據(jù)模型

1.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述 （1.3.1）信息模型 （1.3.2）結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 （1.3.3）

數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述1.數(shù)據(jù)描述(1)現(xiàn)實世界

現(xiàn)實世界研究的是對象。

對象是具體事務(wù)和抽象概念的總和。

組成現(xiàn)實世界的細(xì)胞稱為事務(wù)。人們對事務(wù)的認(rèn)識是通過事務(wù)的特征進(jìn)行的。人具體的人表示人的特征1.數(shù)據(jù)描述(2)信息世界對客觀世界中的事務(wù)進(jìn)行認(rèn)識，經(jīng)過選擇、命名、分類后進(jìn)入信息世界。信息世界中的概念：

實體

Entity

客觀世界中存在并可相互區(qū)分的事務(wù)。

實體可以是具體的人、事、物，也可以是抽象的概念。屬性

Attribute

實體所具有的某一特征。

一個實體由若干個屬性描述。值域

Domain

屬性的取值范圍 屬性是個變量，屬性值是變量的取值，值域是變量的取值范圍。實體集

EntitySet

同一類型實體的集合

實體標(biāo)識符

Identifier

能夠唯一標(biāo)識每個實體的屬性或?qū)傩约?.數(shù)據(jù)描述(3)機(jī)器世界將信息世界中的概念轉(zhuǎn)換成計算機(jī)內(nèi)部表示，就進(jìn)入了數(shù)據(jù)世界或稱機(jī)器世界。

數(shù)據(jù)項

field

對應(yīng)于實體屬性的數(shù)據(jù)單位。

記錄

record

數(shù)據(jù)項的有序集合。

文件

file

同一類記錄的匯集。 關(guān)鍵字(碼)

Key

唯一標(biāo)識文件中每個記錄的數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)項組合。

現(xiàn)實世界

信息世界機(jī)器世界

特征屬性數(shù)據(jù)項

對象實體集

文件

事務(wù)實體記錄

唯一特征實體標(biāo)識符關(guān)鍵字

現(xiàn)實世界

信息世界

機(jī)器世界對象事務(wù)記錄文件屬性實體實體集特征數(shù)據(jù)項2.實體之間的聯(lián)系

一對一聯(lián)系(1:1)例如：學(xué)校和校長，丈夫和妻子等。數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述2.實體之間的聯(lián)系

一對多聯(lián)系（1:n）例如：班級和學(xué)生，單位和職工等。2.實體之間的聯(lián)系

多對多聯(lián)系(m:n)例如：教師和學(xué)生，學(xué)生和課程等。數(shù)據(jù)模型的分類

信息模型（概念數(shù)據(jù)模型）(1.3.2)

結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型 (1.3.3)

信息模型（概念數(shù)據(jù)模型）

是脫離計算機(jī)系統(tǒng)的模型，它完全不涉及信息在計算機(jī)內(nèi)如何表示、如何處理等問題，純粹用來描述信息的結(jié)構(gòu)。在實際DBS開發(fā)過程中，該模型是用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間的交流工具。

1.3.2信息模型

信息模型（概念數(shù)據(jù)模型）實體聯(lián)系模型（EntityRelationshipModel）（P.P.Chen1976）--ER模型人們設(shè)計數(shù)據(jù)庫的工作流程：

先用ER圖準(zhǔn)確地反映信息，再從ER圖出發(fā)，結(jié)合具體的計算機(jī)系統(tǒng)和DBMS，構(gòu)造實際的數(shù)據(jù)模型。(1)ER圖的表示方法

實體型(矩形框)：

聯(lián)系型(菱形框)：

屬性(橢圓形框)：

連接(直線)：姓名學(xué)生學(xué)習(xí)建立ER圖的過程：

確定實體型確定聯(lián)系型對實體型和聯(lián)系型用連線組合確定實體型和聯(lián)系型的屬性確定并標(biāo)記鍵(2)聯(lián)系的幾種形式兩個實體之間的聯(lián)系

學(xué)校校長管理班級學(xué)生課程學(xué)生組織選課分?jǐn)?shù)1mn11n(2)多個實體聯(lián)系

(3)同一個實體內(nèi)部聯(lián)系

學(xué)生課程教學(xué)教師職工領(lǐng)導(dǎo)分?jǐn)?shù)mn1pn例：一個簡單的教學(xué)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的ER圖學(xué)生(學(xué)號,姓名,性別,出生日期,黨派,籍貫,系號)家庭成員(學(xué)號,姓名,性別,與本人關(guān)系,單位,職務(wù))獎懲(學(xué)號,時間,類別,事由,級別)學(xué)歷(學(xué)號,時間,學(xué)校,性質(zhì))系(系號,系名,地址,電話,系主任)課程(課號,課名,學(xué)時,學(xué)分,性質(zhì))選課(學(xué)號,課號,教師號,成績)教師(教師號,姓名,職稱,領(lǐng)導(dǎo)號,系號)學(xué)生獎懲家庭成員學(xué)歷教師課程系經(jīng)歷管理獲得擁有選課工作nmn1n1nn1n1p1成績領(lǐng)導(dǎo)n1學(xué)生籍貫黨派出生日期性別姓名學(xué)號課程學(xué)號性質(zhì)學(xué)分學(xué)時課名……1.3.3結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型

結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型由三部分組成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作

數(shù)據(jù)完整性約束數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

描述存儲在數(shù)據(jù)庫中的對象類型的集合。對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)描述。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括兩部分：

數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)（屬性）、取值范圍（域）等。在不同的數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示方法不同。

數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)操作

描述對數(shù)據(jù)庫中各種對象的型和值所允許的操作集合。對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)描述。

數(shù)據(jù)操作包括兩大類：

檢索

更新（插入、修改和刪除）

數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則（優(yōu)先級等）及實現(xiàn)操作的語言等。數(shù)據(jù)的完整性約束

數(shù)據(jù)的完整性約束是一組完整性規(guī)則的集合。完整性限定符合數(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)的正確性、有效性和相容性。完整性主要有三類：

實體完整性

參照完整性

用戶定義完整性實體完整性和參照完整性是任何數(shù)據(jù)庫都必須滿足的。用戶定義完整性是根據(jù)用戶的具體要求定義的。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)不僅能設(shè)置完整性，還能執(zhí)行完整性約束條件。常見的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型目前，常見的數(shù)據(jù)模型有四種：

層次模型(HierarchicalModel)

網(wǎng)狀模型(NetworkModel)

關(guān)系模型(RelationalModel)

面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel)非關(guān)系模型在20世紀(jì)80年代初以前非常流行，目前已逐漸被關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ退〈?。但由于開發(fā)較早，有些多非關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)仍在使用。非關(guān)系模型層次模型層次模型是層次數(shù)據(jù)庫采用的數(shù)據(jù)模型，是最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型。層次數(shù)據(jù)庫的典型代表是IBM的IMS(Information

ManagementSystem)。(1).數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次模型采用樹形結(jié)構(gòu)，滿足下面兩個條件：

有且僅有一個結(jié)點無父節(jié)點，稱根節(jié)點；

除根節(jié)點外，其他結(jié)點有且僅有一個父節(jié)點。R1R2R3R4R6R5R7學(xué)校產(chǎn)業(yè)部處學(xué)院中心系實驗室教研室……某大學(xué)機(jī)構(gòu)層次模型(部分)學(xué)校研院航院計院計工程系計基礎(chǔ)系硬件教研室軟件教研室……張三李四王五某大學(xué)機(jī)構(gòu)層次模型實例(部分)(2).數(shù)據(jù)操縱和完整性約束

插入：沒有父結(jié)點不能插入子結(jié)點。

刪除：刪除父結(jié)點，同時刪除子結(jié)點。

修改：應(yīng)修改所有記錄，以免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致。

查詢：通過存取路徑實現(xiàn)。(3).特點結(jié)構(gòu)簡單，完整性好，適用于實體之間聯(lián)系固定且預(yù)先定義好的應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用范圍有限，插入和刪除限制較多、查詢子結(jié)點必須通過父結(jié)點。網(wǎng)狀模型層次模型是網(wǎng)狀模型的特例。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的典型代表是DBTG，該系統(tǒng)是美國數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)商會CODASYL下設(shè)的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組DBTG提出的一個系統(tǒng)方案，而不是一個實際的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)