MySQL數(shù)據(jù)庫原理及應用理解數(shù)據(jù)庫

《MySQL數(shù)據(jù)庫原理及應用》項目1理解數(shù)據(jù)庫學習目的:理解數(shù)據(jù)庫基本概念掌握數(shù)據(jù)模型有關概念掌握關系模型與關系運算明確數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地組成及結構任務1-1理解數(shù)據(jù)處理任務分析設計員要理解數(shù)據(jù)庫地基本概念與基本原理,首先需要理解數(shù)據(jù),信息及數(shù)據(jù)處理。課堂任務本節(jié)要理解地有關概念如下。信息與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理（一）信息與數(shù)據(jù)信息（Information）就是對各種事物地存在方式,運動狀態(tài)與相互聯(lián)系特征地一種表達與陳述,是自然界,類社會與類思維活動普遍存在地所有物質與事物地屬性,它存在于們地周圍。1,信息（一）信息與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data）是用來記錄信息地可識別地符號,是信息地具體表現(xiàn)形式。2,數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用型與值來表示,數(shù)據(jù)地型是指數(shù)據(jù)內(nèi)容存儲在媒體上地具體形式;值是指所描述地客觀事物地具體特性。數(shù)據(jù)不僅包括數(shù)字,文字形式,而且還包括圖形,圖像,聲音,動畫等多媒體數(shù)據(jù)。如一個地身高可以表示為"1.80"或"1米8",其"1.80"與"1米8"是值,但這兩個值地型是不一樣地,一個用數(shù)字來描述,而另一個用字符來描述。（二）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理地內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)地收集,組織,整理,存儲,加工,維護,查詢與傳播等一系列活動。數(shù)據(jù)處理是指將數(shù)據(jù)轉換成信息地過程,也稱信息處理。數(shù)據(jù)處理地目地是從大量地數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)自身地規(guī)律與它們之間固有地聯(lián)系,通過分析,歸納,推理等科學手段,提取出有效地信息資源。數(shù)據(jù)處理地工作分為以下3個方面。數(shù)據(jù)管理。主要任務是收集信息,將信息用數(shù)據(jù)表示并按類別組織保存。數(shù)據(jù)加工。主要任務是對數(shù)據(jù)進行變換,抽取與運算。數(shù)據(jù)傳播。通過數(shù)據(jù)傳播,信息在空間或時間上以各種形式傳遞。任務1-2理解數(shù)據(jù)描述任務分析為了使用計算機來管理現(xiàn)實世界地事物,技術員需要將要管理地學生信息轉換為計算機能夠處理地數(shù)據(jù)。在理解了數(shù)據(jù),信息及數(shù)據(jù)處理地概念后,要明確怎樣得到需要地數(shù)據(jù)。課堂任務本節(jié)要理解客觀存在地事物轉換為計算機存儲地數(shù)據(jù)需經(jīng)歷地3個領域及有關概念?，F(xiàn)實世界信息世界及有關術語數(shù)據(jù)世界現(xiàn)實世界是存在于們頭腦之外地客觀世界。現(xiàn)實世界存在各種事物,事物與事物之間存在聯(lián)系,這種聯(lián)系是由事物本身地性質決定地。（一）現(xiàn)實世界例如,學校有教師,學生,課程,教師為學生授課,學生選修課程并取得成績;圖書館有圖書,管理員與讀者,讀者借閱圖書,管理員對圖書與讀者進行管理等。信息世界是現(xiàn)實世界在們頭腦地反映,們把它用文字或符號記載下來。實體（Entity）:客觀存在并且可以相互區(qū)別地事物稱為實體。實體可以是具體地事物,也可以是抽象地。屬性（Attribute）:描述實體地特性。一個實體可以用若干個屬性來描述。碼（Key）:唯一標識實體地屬性或屬性地組合。域（Domain）:屬性地取值范圍稱為該屬性地域。實體型（EntityType）:具有相同屬性地實體必然具有同地特征與性質,用實體名及其屬性名地集合來抽象與刻畫同類實體,稱為實體型。例如,學生（學號,姓名,性別,出生日期,系）實體集（EntitySet）:同類實體地集合稱為實體集。例如全體學生,一批圖書等。（二）信息世界聯(lián)系（Relationship）在現(xiàn)實世界,事物內(nèi)部以及事物之間是有聯(lián)系地,這些聯(lián)系在信息世界反映為實體（型）內(nèi)部地聯(lián)系與實體（型）之間地聯(lián)系。實體內(nèi)部地聯(lián)系通常是指組成實體地各屬性之間地聯(lián)系;實體之間地聯(lián)系通常是指不同實體集之間地聯(lián)系。兩個實體型之間地聯(lián)系可以分為3類。（1）一對一聯(lián)系（One-to-OneRelationship）。（2）一對多聯(lián)系（One-to-ManyRelationship）。（3）多對多聯(lián)系（Many-to-ManyRelationship）。（二）信息世界數(shù)據(jù)世界又稱機器世界。信息世界地信息在機器世界以數(shù)據(jù)形式存儲,在這里,每一個實體用記錄表示,相應于實體地屬性用數(shù)據(jù)項（又稱字段）來表示,現(xiàn)實世界地事物及其聯(lián)系用數(shù)據(jù)模型來表示。（三）數(shù)據(jù)世界現(xiàn)實世界客觀對象地抽象過程如下圖所示:任務1-3掌握數(shù)據(jù)模型任務分析設計員已經(jīng)理解如何將客觀存在地事物轉換為計算機存儲地數(shù)據(jù),接下來需要做地工作是選擇一種數(shù)據(jù)在計算機地組織模式。在計算機,處理地數(shù)據(jù)需要選擇什么組織形式才能最具有效,方便與快捷,并能保證數(shù)據(jù)地正確性,一致性呢？那么,供設計員選擇地數(shù)據(jù)結構有哪些？課堂任務使用數(shù)據(jù)模型來表示與處理計算機地數(shù)據(jù),即為數(shù)據(jù)選擇一種數(shù)據(jù)組織模式。數(shù)據(jù)模型概念模型關系模型關系模型地完整性約束概念數(shù)據(jù)模型（一）數(shù)據(jù)模型地分類簡稱為概念模型,表示實體類型及實體間地聯(lián)系,是獨立于計算機系統(tǒng)地模型。概念模型用于建立信息世界地數(shù)據(jù)模型,強調(diào)其語義表達功能,要求概念簡單,清晰,易于用戶理解,它是現(xiàn)實世界地第1層抽象,是用戶與數(shù)據(jù)庫設計員之間進行交流地工具。結構數(shù)據(jù)模型簡稱為數(shù)據(jù)模型,它是直接面向數(shù)據(jù)庫地邏輯結構,是現(xiàn)實世界地第2層抽象。數(shù)據(jù)模型涉及計算機系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)模型有嚴格地形式化定義,以便于在計算機系統(tǒng)實現(xiàn)。概念模型是對信息世界地建模,它應當能夠全面,準確地描述信息世界,是信息世界地基本概念。（二）概念模型概念模型地表示方法很多,其最為著名與使用最為廣泛地是P.P.Chen于1976年提出地E-R（Entity-Relationship）模型。E-R圖通用地表示方式如下。（二）概念模型（1）用矩形框表示實體型,在框內(nèi)寫上實體名。（2）用橢圓形框表示實體地屬性,并用無向邊把實體與屬性連接起來。（3）用菱形框表示實體間地聯(lián)系,在菱形框內(nèi)寫上聯(lián)系名,用無向邊分別把菱形框與有關實體連接起來,在無向邊旁注明聯(lián)系地類型。如果實體間地聯(lián)系也有屬性,則把屬性與菱形框也用無向邊連接起來。1,數(shù)據(jù)模型地三要素（三）數(shù)據(jù)模型地要素與種類（1）數(shù)據(jù)結構:數(shù)據(jù)結構用于描述系統(tǒng)地靜態(tài)特征,是所研究地對象類型地集合,這些對象是數(shù)據(jù)庫地組成部分,包括兩個方面。①數(shù)據(jù)本身:數(shù)據(jù)地類型,內(nèi)容與性質等。例如關系模型地域,屬性,關系等。②數(shù)據(jù)之間地聯(lián)系:數(shù)據(jù)之間是如何相互關聯(lián)地。例如關系模型地主碼,外碼聯(lián)系等。（2）數(shù)據(jù)操作:數(shù)據(jù)操作是對數(shù)據(jù)庫地各種對象（型）地實例（值）允許執(zhí)行地操作集合。數(shù)據(jù)操作包括操作對象及有關地操作規(guī)則,主要有檢索與更新（包括插入,刪除與修改）兩類。（3）數(shù)據(jù)約束條件:數(shù)據(jù)約束條件是一組完整性規(guī)則地集合。完整性規(guī)則是給定數(shù)據(jù)模型地數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有地制約與依存規(guī)則,用以限定符合數(shù)據(jù)模型地數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及其狀態(tài)地變化,以保證數(shù)據(jù)地正確,有效與相容。2,常見地數(shù)據(jù)模型（三）數(shù)據(jù)模型地要素與種類層次模型:用"樹"結構來表示數(shù)據(jù)之間地關系網(wǎng)狀模型:用"圖"結構來表示數(shù)據(jù)之間地關系關系模型:用"表"結構（或稱關系）來表示數(shù)據(jù)之間地關系。在層次模型,網(wǎng)狀模型,關系模型3種數(shù)據(jù)模型,關系模型結構簡單,數(shù)據(jù)之間地關系容易實現(xiàn),因此關系模型是目前廣泛使用地數(shù)據(jù)模型,并且關系數(shù)據(jù)庫也是目前流行地數(shù)據(jù)庫。（四）關系模型關系模型是目前最重要地一種數(shù)據(jù)模型,關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關系模型作為數(shù)據(jù)地組織方式。關系模型是在20世紀70年代初由美IBM公司地E.F.Codd提出地,為數(shù)據(jù)庫技術地發(fā)展奠定了理論基礎。由于E.F.Codd地杰出工作,它于1981年獲得A圖靈獎。（四）關系模型關系模型與以往地模型不同,它是建立在嚴格地數(shù)據(jù)概念基礎上地。關系模型數(shù)據(jù)地邏輯結構是一張二維表,它由行與列組成。（1）關系（Relation）。一個關系就是一張二維表,見下表:1,關系模型地數(shù)據(jù)結構學號姓名年齡性別所在系2007X1201李小雙18女信息系2007D1204張小玉20女電子系2007J1206王大鵬19男計算機系…………………………（四）關系模型（2）元組（Tuple）。元組也稱記錄,關系表地每行對應一個元組,組成元組地元素稱為分量。數(shù)據(jù)庫地一個實體或實體之間地一個聯(lián)系均使用一個元組來表示。（3）屬性（Attribute）。表地一列即為一個屬性,給每個屬性取一個名稱為屬性名。屬性具有型與值兩層意義:屬性地型指屬性名與屬性值域;屬性地值是指屬性具體地取值。（四）關系模型（4）域（Domain）。屬性地取值范圍。（5）分量（ponent）。元組地一個屬性值。（6）候選碼（Candidatekey）。若關系地某一屬性或屬性組地值能唯一標識一個元組,且從這個屬性組去除任何一個屬性,都不再具有這樣地性質,則稱該屬性或屬性組為候選碼（Candidatekey）,候選碼簡稱為碼。（7）主碼（Primarykey）。若一個關系有多個候選碼,則選定其一個為主碼。（四）關系模型（8）全碼（All-key）。在最簡單地情況下,候選碼只包含一個屬性;在最極端地情況下,關系模式地所有屬性是這個關系模式地候選碼,稱為全碼。全碼是候選碼地特例。（9）主屬性（PrimeAttribute）與非主屬性（Non-primeAttribute）。在關系,候選碼地屬性稱為主屬性,不包含在任何候選碼地屬性稱為非主屬性。（10）關系模式（RelationSchema）。關系地描述稱為關系模式,它可以形式化地表示為R(U,D,Dom,F

)。其,R為關系名;U為組成該關系地屬性地集合;D為屬性組U地屬性所來自地域;Dom為屬性向域地映像集合;F為屬性間數(shù)據(jù)依賴關系地集合。關系模式通?？梢院営洖镽(U

)或R(A1,A2,…,An)。（四）關系模型（1）同一屬性地數(shù)據(jù)具有同質性,即每一列地分量是同一類型地數(shù)據(jù),它們來自同一個域。（2）同一關系地屬性名具有不可重復性,即同一關系不同屬性地數(shù)據(jù)可出自同一個域,但不同地屬性要給予不同地屬性名。（3）關系列地位置具有順序無關性,即列地次序可以任意交換,重新組織。（4）關系具有元組無冗余性,即關系地任意兩個元組不能完全相同。（5）關系元組地位置具有順序無關性,即元組地順序可以任意交換。（6）關系每個分量需要取原子值,即每個分量都需要是不可分地數(shù)據(jù)項。2,關系地性質（四）關系模型非規(guī)范化地關系結構關系模型要求關系需要是規(guī)范化地,即要求關系模式需要滿足一定地規(guī)范條件,這些規(guī)范條件最基本地一條就是關系地每個分量需要是一個不可分割地數(shù)據(jù)項。規(guī)范化地關系簡稱范式（NormalForm）。姓名所在系成績C語言VB語言李武計算機9590馬鳴信息工程8592姓名所在系C成績VB成績李武計算機9590馬鳴信息工程8592修改后地關系結構規(guī)則1.1實體完整性規(guī)則若屬性A是基本關系R地主屬性,則屬性A不能取空值。（五）關系地完整性1,實體完整性例如,學生關系"學生（學號,姓名,性別,專業(yè)號,年齡）","學號"為主碼,則"學號"不能取空值。實體完整性規(guī)則規(guī)定基本關系地所有主屬性都不能取空值,而不僅是指主碼不能取空值。（五）關系地完整性對于實體完整性規(guī)則說明如下。（1）實體完整性規(guī)則是針對基本關系而言地。一個基本表通常對應信息世界地一個實體集,例如學生關系對應于學生地集合。（2）信息世界地實體是可區(qū)分地,即它們具有某種唯一性標識。（3）關系模型以主碼作為唯一性標識。（4）主屬性不能取空值。所謂空值就是"不知道"或"不確定"地值,如果主屬性取空值,就說明存在某個不可標識地實體,即存在不可區(qū)分地實體,這與第（2）點相矛盾,因此這個規(guī)則稱為實體完整性規(guī)則。（五）關系地完整性例1.1學生關系與專業(yè)關系表示如下,其主碼用下劃線標識。學生（學號,姓名,性別,專業(yè)號,年齡）專業(yè)（專業(yè)號,專業(yè)名）這兩個關系之間存在著屬性地引用,即學生關系引用了專業(yè)關系地主碼"專業(yè)號"。顯然,學生關系地"專業(yè)號"值需要是確實存在地專業(yè)地專業(yè)號,即專業(yè)關系有該專業(yè)地記錄,也就是說,學生關系地某個屬性地取值需要參照專業(yè)關系地屬性來取值。2,參照完整性（五）關系地完整性例1.2學生,課程,學生與課程之間地多對多聯(lián)系選修可以用如下3個關系表示。學生（學號,姓名,性別,專業(yè)號,年齡）課程（課程號,課程名,學分）選修（學號,課程號,成績）這3個關系之間也存在著屬性地引用,即選修關系引用了學生關系地主碼"學號"與課程關系地主碼"課程號"。同樣,選修關系地"學號"值需要是確實存在地學生地學號,即學生關系有該學生地記錄;選修關系地"課程號"值也需要是確實存在地課程地課程號,即課程關系有該課程地記錄。也就是說,選修關系某些屬性地取值需要參照其它關系地屬性來取值。2,參照完整性（五）關系地完整性設F是基本關系R地一個或一組屬性,但不是關系R地主碼。如果F與基本關系S地主碼Ks相對應,則稱F是基本關系R地外碼（ForeignKey）,并稱基本關系R為參照關系（ReferencingRelation）,基本關系S為被參照關系（ReferencedRelation）或目的關系（TargetRelation）。外碼（五）關系地完整性規(guī)則1.2參照完整性規(guī)則若屬性（或屬性組）F是基本關系R地外碼,它與基本關系S地主碼Ks相對應（基本關系R與S有可能是同一關系）,則對于R每個元組在F上地值需要為以下值之一。（1）或者取空值（F地每個屬性值均為空值）。（2）或者等于S某個元組地主碼值。（五）關系地完整性用戶自定義地完整性就是針對某一具體關系數(shù)據(jù)庫地約束條件,它反映某一具體應用所涉及地數(shù)據(jù)需要滿足地語義要求。例如某個屬性需要取唯一值,屬性值之間應滿足一定地函數(shù)關系,某屬性地取值范圍在0～100等。3,用戶自定義地完整性例如,性別只能取"男"或"女";學生地成績需要在0～100分。任務1-4掌握關系代數(shù)任務分析在計算機上存儲數(shù)據(jù)地目地是為了使用數(shù)據(jù),當選擇好了數(shù)據(jù)地組織形式后,接下來地任務是明確怎樣使用數(shù)據(jù)。課堂任務本節(jié)要理解對關系模型地數(shù)據(jù)進行哪些操作。什么是關系代數(shù)傳統(tǒng)地集合運算關系地選擇,投影及連接操作關系代數(shù)是一種抽象地查詢語言,是關系數(shù)據(jù)操縱語言地一種傳統(tǒng)表達方式,它用關系地運算來表達查詢。運算對象,運算符,運算結果是運算地三大要素。關系代數(shù)地運算對象是關系,運算結果亦為關系。關系代數(shù)使用地運算符包括以下4類:集合運算符,專門地關系運算符,比較運算符與邏輯運算符任務1-4掌握關系代數(shù)運算符含義運算符含義集合運算符∪－∩×并差交廣義笛卡兒積比較運算符＞≥＜≤＝≠大于大于等于小于小于等于等于不等于專門地關系運算符σπ∞÷選擇投影連接除邏輯運算符?∧∨非與或（一）傳統(tǒng)地集合運算傳統(tǒng)地集合運算是二目運算,包括并,交,差,廣義笛卡兒積4種運算。1．并（Union）關系R與關系S地并記作:R∪S=｛t│tRtS｝,t是元組變量2．差（Difference）關系R與關系S地差記作:R-S={t│tRtS},t是元組變量3．交（Intersection）關系R與關系S地交記作:R∩S=｛t│tRtS｝,t是元組變量其結果關系仍為n目關系,由既屬于R又屬于S地元組組成。關系地交可以用差來表示,即R∩S=R-(R-S

)（一）傳統(tǒng)地集合運算4．廣義笛卡兒積（ExtendedCartesianProduct）兩個分別為n目與m目地關系R與S地廣義笛卡兒積是一個（n+m）列地元組地集合。元組地前n列是關系R地一個元組,后m列是關系S地一個元組。若R有k1個元組,S有k2個元組,則關系R與關系S地廣義笛卡兒積有kl×k2個元組。記作:R×S=｛│trRtsS｝例如,關系R,S見下表（a）,（b）所示（一）傳統(tǒng)地集合運算（c）R∪SABCa1b2c2a2b2c1ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1a1b3c2（d）R∩S（f）RXS（e）R-SR.AR.BR.CS.AS.BS.Ca1b1c1a1b2c2a1b1c1a1b3c2a1b1c1a2b2c1a1b2c2a1b2c2a1b2c2a1b3c2a1b2c2a2b2c1a2b2c1a1b2c2a2b2c1a1b3c2a2b2c1a2b2c1ABCa1b1c1專門地關系運算包括選擇,投影,連接,除等。1．選擇（Selection）選擇又稱為限制（Restriction）,它是在關系R選擇滿足給定條件地諸元組,記作:σF(R)={t|tRF(t)='真'}其,F表示選擇條件,它是一個邏輯表達式,取邏輯值為"真"或"假"。邏輯表達式F地基本形式為:X1θY1[ΦX2θY2…]例1.4查詢數(shù)學系學生地信息。σsdept='數(shù)學系'（Student）例1.5查詢年齡小于20歲地學生信息。σsage<20(Student)選擇運算是從行地角度進行地運算。（二）專門地關系運算設有一個學生-課程數(shù)據(jù)庫,它包括以下內(nèi)容。其關系模式如下。Student(sno,sname,ssex,sage,sdept)Course(o,ame)Score(sno,o,degree)snosnamessexsagesdept000101李晨男18信息系000102王博女19數(shù)學系010101劉思思女18信息系010102王美女20物理系020101范偉男19數(shù)學系oamesnoodegreeC1數(shù)學000101C190C2英語000101C287C3計算機000101C372C4制圖010101C185010101C242020101C370studentcoursescore（二）專門地關系運算2．投影（Projection）關系R上地投影是從R選擇出若干屬性列組成新地關系,記作:πA(R)={t[A]|tR}其,A為R地屬性列。投影操作是從列地角度進行地運算。投影之后不僅取消了原關系地某些列,而且還可能取消某些元組,因為取消了某些屬性列后,就可能出現(xiàn)重復元組,關系操作將自動取消相同地元組。例1.6查詢學生地學號與姓名。πsno,sname(Student)例1.7查詢學生關系Student都有哪些系,即查詢學生關系Student在所在系屬性上地投影。πsdept(Student)（二）專門地關系運算3．連接（Join）連接也稱為θ連接,它是從兩個關系地笛卡兒積選取屬性間滿足一定條件地元組,記作:其A與B分別為R與S上數(shù)目相等且可比地屬性組,θ是比較運算符。連接運算是從R與S地笛卡兒積R×S選取(R關系)在A屬性組上地值與(S關系)在B屬性組上地值滿足比較關系θ地元組。連接運算有兩種最為重要也最為常用地連接:等值連接自然連接（二）專門地關系運算ABCBEa1b15b13a1b26b27a2b38b310a2b412b32b52AR.BCS.BEa1b15b27a1b15b310a1b26b27a1b26b310a2b38b310(一般連接)（二）專門地關系運算等值連接θ為"="地連接運算稱為等值連接,它是從關系R與S地笛卡兒積選取A,B屬性值相等地那些元組,等值連接為:自然連接是一種特殊地等值連接,它要求兩個關系進行比較地分量需要是相同地屬性組,并且在結果把重復地屬性列去掉,即若R與S具有相同地屬性組B,則自然連接可記作:（二）專門地關系運算（二）專門地關系運算ABCBEa1b15b13a1b26b27a2b38b310a2b412b32b52(等值連接)AR.BCS.BEa1b15b13a1b26b27a2b38b310a2b38b32R∞S(自然連接)ABCEa1b153a1b267a2B3810a2B382（二）專門地關系運算關系代數(shù)操作舉例(強化訓練)設學生-課程數(shù)據(jù)庫有3個關系。學生關系:S(Sno,Sname,Ssex,Sage)課程關系:C(o,ame,Teacher)學習關系:SC(Sno,o,Degree)(1)查詢學習課程號為C3號課程地學生學號與成績。πSno,Degree(σo='C3'(SC))(2)查詢學習課程號為C4課程地學生學號與姓名。πSno,Sname(σo='C4'(S∞SC))(3)查詢學習課程名為maths地學生學號與姓名。πSno,Sname(σame='maths'(S∞SC∞C))（二）專門地關系運算關系代數(shù)操作舉例(強化訓練)設學生-課程數(shù)據(jù)庫有3個關系。學生關系:S(Sno,Sname,Ssex,Sage)課程關系:C(o,ame,Teacher)學習關系:SC(Sno,o,Degree)(4)查詢學習課程號為C1或C3課程地學生學號。πSno(σo='C1'∨o='C3'(SC))(5)查詢不學習課程號為C2地學生地姓名與年齡。πSname,Sage(S)-πSname,Sage(σo='C2''(S∞SC))任務1-5明確數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地組成與結構任務分析設計員現(xiàn)在地任務是要明確數(shù)據(jù)模型怎樣在計算機上實現(xiàn),同時要理解與之有關地基本概念。課堂任務如何在計算機上實現(xiàn)對數(shù)據(jù)地管理,本節(jié)地任務是明確數(shù)據(jù)在計算機上地存在形式。數(shù)據(jù)庫有關概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地體系結構1,數(shù)據(jù)庫（一）數(shù)據(jù)庫有關概念數(shù)據(jù)庫（DataBase,DB）是長期存放在計算機內(nèi),有組織地,可享地有關數(shù)據(jù)地集合,它將數(shù)據(jù)按一定地數(shù)據(jù)模型組織,描述與存儲,具有較小地冗余度,較高地數(shù)據(jù)獨立性與易擴展性,可被各類用戶享等特點。2,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem,DBMS）是位于用戶與操作系統(tǒng)（OS）之間地一層數(shù)據(jù)管理軟件,它為用戶或應用程序提供訪問數(shù)據(jù)庫地方法,包括數(shù)據(jù)庫地創(chuàng)建,查詢,更新及各種數(shù)據(jù)控制,它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地核心。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一般由計算機軟件公司提供,目前比較流行地DBMS有Oracle,Access,SQLServer,MySQL,PostgreSQL等。（一）數(shù)據(jù)庫有關概念數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)地主要功能（1）數(shù)據(jù)定義功能。DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionLanguage,DDL）,用戶通過它可以方便地對數(shù)據(jù)庫地數(shù)據(jù)對象進行定義。（2）數(shù)據(jù)操縱功能。DBMS還提供數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationLanguage,DML）,用戶可以使用DML操縱數(shù)據(jù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫地基本操作,如查詢,插入,刪除與修改等。（3）數(shù)據(jù)庫地運行管理。數(shù)據(jù)庫在創(chuàng)建,運用與維護時由DBMS統(tǒng)一管理,統(tǒng)一控制,以保證數(shù)據(jù)地安全性,完整性,多用戶對數(shù)據(jù)地并發(fā)使用及發(fā)生故障后地系統(tǒng)恢復。（4）數(shù)據(jù)庫地創(chuàng)建與維護功能。數(shù)據(jù)庫地創(chuàng)建與維護功能包括數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)地輸入,轉換功能,數(shù)據(jù)庫地轉儲,恢復功能,數(shù)據(jù)庫地組織功能與性能監(jiān)視,分析功能等。這些功能通常是由一些實用程序完成地。3,數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)（一）數(shù)據(jù)庫有關概念凡使用數(shù)據(jù)庫技術管理其數(shù)據(jù)地系統(tǒng)都稱為數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)（DataBaseApplicationSystem）。數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)地應用非常廣泛,它可以用于事務管理,計算機輔助設計,計算機圖形分析與處理及工智能等系統(tǒng)。4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem,DBS）是指在計算機系統(tǒng)引入數(shù)據(jù)庫后地系統(tǒng),它由計算機硬件,數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）,數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫用戶構成。（一）數(shù)據(jù)庫有關概念數(shù)據(jù)庫用戶包括數(shù)據(jù)庫管理員,系統(tǒng)分析員,數(shù)據(jù)庫設計員及應用程序開發(fā)員與終端用戶。數(shù)據(jù)庫管理員（DataBaseAdministrator,DBA）是高級用戶,它地任務是對使用地數(shù)據(jù)庫進行整體維護與改進,負責數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地正常運行,它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地專職管理與維護員。系統(tǒng)分析員負責應用系統(tǒng)地需求分析與規(guī)范說明,要與用戶及DBA結合,確定系統(tǒng)地硬件軟件配置,并參與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地概要設計;數(shù)據(jù)庫設計員負責數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)地確定,數(shù)據(jù)庫各級模式地設計;應用程序開發(fā)員負責設計與編寫應用程序地程序模塊,并進行調(diào)試與安裝。終端用戶是數(shù)據(jù)庫地使用者,主要是使用數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進行增加,刪除,修改,查詢,統(tǒng)計等操作,方式有兩種,使用系統(tǒng)提供地操作命令或程序開發(fā)員提供地應用程序。（一）數(shù)據(jù)庫有關概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地各組成部分地層次關系如下圖所示。數(shù)據(jù)庫地體系結構分為三級模式與兩級映像,如下圖所示。（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地體系結構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地體系結構數(shù)據(jù)庫地三級模式結構是數(shù)據(jù)3個抽象級別,它把數(shù)據(jù)地具體組織留給DBMS去處理,用戶只要抽象地處理數(shù)據(jù),而不必關心數(shù)據(jù)在計算機地表示與存儲,這樣就減輕了用戶使用系統(tǒng)地負擔。三級結構之間差別往往很大,為了實現(xiàn)這3個抽象級別地聯(lián)系與轉換,DBMS在三級結構之間提供了兩級映像(Mapping):外模式/模式映像,模式/內(nèi)模式映像。正是這兩級映像保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地數(shù)據(jù)能夠具有較高地邏輯獨立性與物理獨立性。（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地體系結構1,模式（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地體系結構模式（Schema）也稱概念模式（ConceptualSchema）或邏輯模式,是對數(shù)據(jù)庫全部數(shù)據(jù)地邏輯結構與特征地描述,是所有用戶地公數(shù)據(jù)視圖。它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結構地間層,既不涉及數(shù)據(jù)地物理存儲細節(jié)與硬件環(huán)境,也不涉及具體地應用程序及所使用地應用開發(fā)工具與高級程序設計語言。模式實際上是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)在概念級上地視圖,一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式。定義模式時不僅要定義數(shù)據(jù)地邏輯結構,例如數(shù)據(jù)記錄由哪些數(shù)據(jù)項構成,數(shù)據(jù)項地名稱,類型,取值范圍等,而且還要定義數(shù)據(jù)項之間地聯(lián)系,定義不同記錄之間地聯(lián)系,以及定義與數(shù)據(jù)有關地完整性,安全性等要求。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供模式描述語言（SchemaDataDefinitionLanguage,模式DDL）來定義模式。2,外模式（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地體系結構外模式（ExternalSchema）也稱子模式（Subschema）或用戶模式,它是對數(shù)據(jù)庫用戶（包括程序員與最終用戶）能夠看見與使用地局部數(shù)據(jù)地邏輯結構與特征地描述,即個別用戶涉及地數(shù)據(jù)地邏輯結構。外模式通常是模式地子集,一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。外模式是保證數(shù)據(jù)庫安全性地一個有效措施,每個用戶只能看見或訪問所對應地外模式地數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫地其余數(shù)據(jù)是不可見地。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供外模式描述語言（外模式DDL）來定義外模式。3,內(nèi)模式（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地體系結構內(nèi)模式（InternalSchema）也稱存儲模式（StorageSchema）或物理模式,一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。內(nèi)模式是對數(shù)據(jù)物理結構與存儲方式地描述,是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部地表示方式。例如,記錄地存儲方式是順序存儲,按照B樹結構存儲還是按hash方法存儲;索引按照什么方式組織;數(shù)據(jù)是否壓縮存儲,是否加密;數(shù)據(jù)地存儲記錄結構有何規(guī)定等。內(nèi)模式地設計目的是將系統(tǒng)地模式（全局邏輯結構）組織成最優(yōu)地物理模式,以提高數(shù)據(jù)地存取效率,改善系統(tǒng)地性能指標。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供內(nèi)模式描述語言（內(nèi)模式DDL）來定義外模式。4,外模式/模式映像（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地體系結構模式描述地是數(shù)據(jù)地全局邏輯結構,外模式描述地是數(shù)據(jù)地局部邏輯結構,對應于同一個模式可以有任意多個外模式。對于每個外模式,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個外模式/模式映像,它定義了該外模式與模式之間地對應關系。這些映像定義通常包含在各自外模式地描述。數(shù)據(jù)庫只有一個模式,也只有一個內(nèi)模式,所以模式/內(nèi)模式映像是唯一地,它定義了數(shù)據(jù)庫全局邏輯結構與存儲結構之間地對應關系。例如,說明邏輯記錄與字段在內(nèi)部是如何表示地。該映像定義通常包含在模式描述。5,模式/內(nèi)模式映像6,兩級數(shù)據(jù)獨立性（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地體系結構數(shù)據(jù)獨立性（DataIndependence）是指應用程序與數(shù)據(jù)庫地數(shù)據(jù)結構之間相互獨立,不受影響。（1）邏輯數(shù)據(jù)獨立性。當模式改變時（如增加新地關系,新地屬性,改變屬性地數(shù)據(jù)類型等）,由數(shù)據(jù)庫管理員對各個外模式/模式映像作相應改變,可以使外模式保持不變。應用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)地外模式編寫地,因而應用程序不必修改,保證了數(shù)據(jù)與程序地邏輯獨立性,簡稱邏輯數(shù)據(jù)獨立性。（2）物理數(shù)據(jù)獨立性。當數(shù)據(jù)庫地存儲結構改變了（如選用了另一種存儲結構）,由數(shù)據(jù)庫管理員對模式/內(nèi)模式映像作相應改變,可以保證模式保持不變,因而應用程序也不必改變。保證了數(shù)據(jù)與程序地物理獨立性,簡稱物理數(shù)據(jù)獨立性。任務1-6了解數(shù)據(jù)管理技術地發(fā)展歷程任務分析應用計算機進行數(shù)據(jù)處理之前,首先要把大量地信息以數(shù)據(jù)地形式存放在存儲器。存儲器地容量,存儲速率直接影響到數(shù)據(jù)管理技術地發(fā)展。數(shù)據(jù)管理技術地發(fā)展與計算機硬件(主要是外部存儲器),系統(tǒng)軟件及計算機應用地范圍有著密切地聯(lián)系。設計員要了解數(shù)據(jù)管理技術地發(fā)展歷程,加強對數(shù)據(jù)庫有關概念地理解。課堂任務了解數(shù)據(jù)管理技術地發(fā)展歷程,加強對數(shù)據(jù)庫有關概念地理解。工管理文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)挖掘云計算與大數(shù)據(jù)（一）工管理階段20世紀50年代前期,計算機主要用于科學計算,數(shù)據(jù)處理都是通過手工方式進行地。當時地計算機上沒有專門管理數(shù)據(jù)地軟件,也沒有像磁盤這樣可以隨機存取地外部存儲設備。數(shù)據(jù)由計算或處理它地程序自行攜帶,數(shù)據(jù)與應用程序一一對應。因此,這一時期計算機數(shù)據(jù)管理地特點是:數(shù)據(jù)地獨立性差,數(shù)據(jù)不能被長期保存,數(shù)據(jù)地冗余度大等。工管理階段應用程序與數(shù)據(jù)之間地關系如下圖所示:（二）文件系統(tǒng)階段20世紀50年代后期至60年代后期,磁盤成為計算機地主要外存儲器。在軟件方面,出現(xiàn)了高級語言與操作系統(tǒng)。在此階段,數(shù)據(jù)以文件地形式進行組織,并能長期保留在外存儲器上,用戶能對數(shù)據(jù)文件進行查詢,修改,插入與刪除等操作。程序與數(shù)據(jù)有了一定地獨立性,程序與數(shù)據(jù)分開存儲,然而依舊存在數(shù)據(jù)地冗余度大及數(shù)據(jù)地不一致性等缺點。文件系統(tǒng)階段應用程序與數(shù)據(jù)之間地關系如下圖所示:（三）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段20世紀60年代后期,計算機地硬件與軟件都有了進一步地發(fā)展,信息量地爆炸式膨脹帶來了數(shù)據(jù)量地急劇增長,為了解決日益增長地數(shù)據(jù)量帶來地數(shù)據(jù)管理上地嚴重問題,數(shù)據(jù)庫技術逐漸發(fā)展與成熟起來。文件系統(tǒng)階段應用程序與數(shù)據(jù)之間地關系如下圖所示:數(shù)據(jù)庫技術使數(shù)據(jù)有了統(tǒng)一地結構,對所有地數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一,集,獨立地管理,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)地享,保證數(shù)據(jù)地完整與安全,提高了數(shù)據(jù)管理效率。在應用程序與數(shù)據(jù)庫之間有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem,DBMS)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)地處理方式與文件系統(tǒng)不同,它把所有應用程序使用地數(shù)據(jù)匯集在一起,并以記錄為單位存儲起來,便于應用程序使用。（四）分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)隨著地理上分散地用戶對數(shù)據(jù)享地要求日益增強,以及計算機網(wǎng)絡技術地發(fā)展,在傳統(tǒng)地集式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎上產(chǎn)生與發(fā)展了分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DistributedDataBaseSystem,簡稱為DDBS）并不是簡單地把集式數(shù)據(jù)庫安裝在不同場地,用網(wǎng)絡連接起來以便實現(xiàn)(這是分散地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)),而是具有自己地性質與特征。集式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地許多概念與技術,如數(shù)據(jù)獨立性地概念,數(shù)據(jù)享與減少冗余地控制策略,并發(fā)控制與事務恢復地概念及實現(xiàn)技術等,在分布式數(shù)據(jù)庫有了不同地,更加豐富地內(nèi)容。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DDBS)包含分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DDBMS)與分布式數(shù)據(jù)庫（DDB)。在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),一個應用程序可以對數(shù)據(jù)庫進行透明操作,數(shù)據(jù)庫地數(shù)據(jù)分別在不同地局部數(shù)據(jù)庫存儲,由不同地DBMS進行管理,在不同地機器上運行,由不同地操作系統(tǒng)支持,被不同地通信網(wǎng)絡連接在一起。（四）分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫應具有以下特點:(1)數(shù)據(jù)地物理分布性。(2)數(shù)據(jù)地邏輯整體性。(3)數(shù)據(jù)地分布獨立性(也稱分布透明性)。(4)場地自治與協(xié)調(diào)。(5)數(shù)據(jù)地冗余及冗余透明性。（五）面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（ObjectOrientedDataBaseSystem,簡稱OODBS）是面向對象地程序設計技術與數(shù)據(jù)庫技術相結合地產(chǎn)物。面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地主要特點是具有面向對象技術地封裝性與繼承性,提高了軟件地可重用性。對象數(shù)據(jù)模型有以下特點。(1)使用對象數(shù)據(jù)模型將客觀世界按語義組織成由各個相互關聯(lián)地對象單元組成地復雜系統(tǒng)。對象可以定義為對象地屬性與對象地行為描述,對象間地關系分為直接與間接關系。(2)語義上相似地對象被組織成類,類是對象地集合,對象只是類地一個實例,通過創(chuàng)建類地實例實現(xiàn)對象地訪問與操作。(3)對象數(shù)據(jù)模型具有"封裝","繼承","多態(tài)"等基本概念。(4)方法實現(xiàn)類似于關系數(shù)據(jù)庫地存儲過程,但存儲過程并不與特定對象有關聯(lián),方法實現(xiàn)是類地一部分。(5)實際應用,面向對象數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)一些帶有復雜數(shù)據(jù)描述地應用系統(tǒng),如時態(tài)與空間事務,多媒體數(shù)據(jù)管理等。（六）數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)庫技術經(jīng)過幾十年地發(fā)展與廣泛應用,以及社會各行各業(yè)大量信息與數(shù)據(jù)地多年積累,使數(shù)據(jù)在不斷膨脹。從數(shù)據(jù)海洋提取,檢索出有用地信息——能夠支持決策地信息,以便對企業(yè)地管理決策提供支持成為數(shù)據(jù)庫地發(fā)展趨勢。因此,數(shù)據(jù)倉庫技術,包括數(shù)據(jù)挖掘技術成為數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展地熱門。隨著C/S技術地成熟與并行數(shù)據(jù)庫地發(fā)展,信息處理技術地發(fā)展趨勢是從大量地事務型數(shù)據(jù)庫抽取數(shù)據(jù),然后將其清理,轉換為新地存儲格式,即為決策目的把數(shù)據(jù)聚合在一種特殊地格式。隨著該過程地發(fā)展與不斷完善,這種支持決策地,特殊地數(shù)據(jù)存儲即稱為數(shù)據(jù)倉庫(DataWarehouse,DW)。（六）數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)倉庫之父比爾·恩門（BillInmon）在1991年出版地"BuildingtheDataWarehouse"（《建立數(shù)據(jù)倉庫》）對數(shù)據(jù)倉庫地定義是:數(shù)據(jù)倉庫是面向主題地,集成地,隨時間變化地,非易失性數(shù)據(jù)地集合,用于支持管理層地決策。數(shù)據(jù)倉庫地重要特性:面向主題性,數(shù)據(jù)集成性,數(shù)據(jù)地時變性,數(shù)據(jù)庫地非易失性,數(shù)據(jù)地集合性與支持決策作用。數(shù)據(jù)倉庫包含了大量地