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第一章绪论2019/12/25数据库系统1本章要求：§1数据库系统概述§4数据库系统的组成§2数据模型§3DBS的结构本章内容：1、了解数据管理的发展过程2、掌握数据库系统的基本概念和主要特点3、掌握数据库系统的三级模式结构和数据库系统的组成4、掌握实体、记录等有关概念和三种数据模型请选择内容返回第一章绪论2019/12/25数据库系统2一、基本概念1、数据：描述事务的符号记录。可用文字、图形等多种形式表示，经数字化处理后可存入计算机。2、数据库（DB）：按一定的数据模型组织、描述和存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。3、数据库管理系统（DBMS）：位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件。主要功能包括：数据定义功能：DBMS提供DDL，用户通过它定义数据对象。数据操纵功能：DBMS提供DML，用户通过它实现对数据库的查询、插入、删除和修改等操作。§1数据库系统概述第一章绪论2019/12/25数据库系统3数据库的运行管理：DBMS对数据库的建立、运行和维护进行统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、并发控制及故障恢复。数据库的建立和维护功能：数据库初始数据的输入、转换，数据库的转储、恢复、重新组织及性能监视与分析等。4、数据库系统（DBS）：计算机中引入数据库后的系统，包括数据库DB数据库管理系统DBMS应用系统数据库管理员DBA和用户第一章绪论2019/12/25数据库系统4二、数据管理与数据处理1、数据管理：对数据收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等对象操作目标：在妥当的时候以妥当的形式给妥当的人提供妥当的数据。2、数据处理：对数据进行加工、计算、提炼，从而产生新的有效数据的过程数据信息第一章绪论2019/12/25数据库系统53、管理与处理的关系：管理是处理的基础处理为管理服务数据处理数据处理……源数据新数据新数据管理和处理又可看成一个问题的两个阶段，故可以统一起来，其中心是管理数据管理数据管理第一章绪论2019/12/25数据库系统6三、数据管理的发展阶段人工管理阶段（50年代中期以前）文件系统阶段（50年代中期至60年代后期）数据库系统阶段（60年代后期以后）第一章绪论2019/12/25数据库系统71、人工管理阶段（程序员管理阶段）特点：数据不保存程序员负责数据管理的一切工作数据和程序一一对应，没有独立性和共享性数据和程序的关系：应用程序1数据1应用程序2数据2应用程序n数据n……第一章绪论2019/12/25数据库系统8又可分为两个阶段（1）60年代初期出现了初等的文件系统主要特点：组织方式：顺序文件数据结构：物理结构=逻辑结构软件功能：仅有简单I/O操作（2）60年代中期出现了成熟的文件系统主要特点：组织方式：顺序和随机存取并用数据结构：物理结构和逻辑结构有了简单的变换软件功能：软件系统提供了存取方法硬件：有了大容量直接存储外存设备，如磁盘、磁鼓等软件：有了专门的数据管理软件--文件系统处理方式：有批处理、联机实时处理等2、文件系统阶段基础{第一章绪论2019/12/25数据库系统9三个主要缺点：数据高度冗余：数据基本上还是面向应用或特定用户的。数据共享困难：文件基本上是私有的，只能提供很弱的文件级共享数据和程序缺乏独立性：只有一定的物理独立性，完全没有逻辑独立性。应用程序1数据1应用程序2数据2应用程序n数据n…………数据与程序的关系：存取方法操作系统负责第一章绪论2019/12/25数据库系统103、数据库系统阶段文件系统不能适应大数据量、多应用共享数据的根本原因：数据没有集中管理数据库方法的基本出发点：把数据统一管理、控制，共享使用应用程序1应用程序2应用程序n……数据与程序的关系：DBMS数据库第一章绪论2019/12/25数据库系统11（1）数据高度结构化集成，面向全组织（2）数据共享性好。可为多个不同的用户共同使用（3）数据冗余少，易扩充（4）数据和程序的独立性高物理独立性:存储结构变，逻辑结构可以不变，从而应用程序也不必改变。逻辑独立性:总体逻辑结构变，局部逻辑结构可以不变，从而应用程序也不必改变。好处：简化应用程序的编写和维护（5）数据控制统一安全性控制：防止泄密和破坏完整性控制：正确、有效、相容并发控制：多用户并发操作的协调控制故障恢复：发生故障时，将数据库恢复到正确状态主要优点第一章绪论2019/12/25数据库系统124、各个阶段的比较：从四个方面人工管理文件系统数据库系统谁管理数据面向谁共享性数据独立性程序员特定应用不能没有操作系统提供存取方法系统集中管理基本上是特定用户共享很弱面向系统充分共享一定的物理独立性较高的独立性文件系统和数据库系统的本质区别：内部：数据库的数据是结构化的，有联系的文件系统的各记录无联系外部：数据库系统是共享的文件系统基本上是面向特定用户的第一章绪论2019/12/25数据库系统13§2数据模型数据处理的抽象过程（涉及三个领域）建立概念模型建立数据模型（便于用户和DB设计人员交流）（便于机器实现）一、概念模型(信息模型）把现实世界中的客观对象抽象成的某种信息结构，主要用于数据库设计。独立于具体的计算机系统独立于具体的DBMS支持的数据模型现实世界===信息世界抽象=====机器世界（数据世界）转换第一章绪论2019/12/25数据库系统14实体：客观存在并可相互区分的事物。实体集：性质相同的同类实体的集合。属性：实体具有的某一特性。实体标识符：能将一个实体与其它实体区分开来的一个或一组属性。信息世界记录实体（抽象表示）文件实体集字段或数据项属性关键字实体标识符。唯一地标识一个记录。又称码、键。数据世界1、实体与记录第一章绪论2019/12/25数据库系统152、型与值在DBS中，每一个对象广义上讲都有型与值之分：型是对象的结构或特性描述，值是一个具体的对象实例。类似于程序设计语言中数据类型与数据值的概念。（1）实体型：对实体固有特性或结构的描述。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画。如汽车（车牌号，车型，车主）实体值：实体型的一个实例，即一个具体的实体。如（豫A00001，丰田，张三）（2）记录型：记录格式。记录值：一个具体的记录。第一章绪论2019/12/25数据库系统16如：车牌号名称车主豫A00001丰田张三（3）几点说明•区分型与值的实质•DBS中讨论的重点是型•通常只说实体、记录，含义根据上下文自明3、实体间的联系实体内部的联系（属性间的联系）：反映在数据上就是记录内部数据项间的联系实体之间的联系：反映在数据上就是记录之间的联系第一章绪论2019/12/25数据库系统17（1）1对1联系（1：1）：两个实体集中的每一个实体至多和另一个实体集中的一个实体有联系。如国家——部长学员队——学员（2）1对多联系（1：n）：若实体集A中的每个实体与实体集B中0个或多个实体有联系，而B中每个实体至多与A中的一个实体有联系，则称从A到B为1对多的联系。如国家——总统学员队——队长实体之间的联系可归结为三类：（3）多对多联系（m：n）：两个实体集中的每一个实体都和另一个实体集中0个或多个实体有联系。如学员——课程第一章绪论2019/12/25数据库系统18DBS的核心问题之一：如何表示和处理实体及实体间的联系。4、概念模型的表示方法之一：实体—联系方法（Entity-RelationshipApproach）用E—R图（Entity-RelationshipDiagram）描述：实体型：用长方形表示联系：用菱形表示属性：用椭圆形表示框内写上相应的名称用无向边连接：实体与其属性联系与其属性联系与有关实体，并标上联系类型实体名联系名实体名属性名属性名属性名1n第一章绪论2019/12/25数据库系统19说明：联系也必须命名多个实体之间也可以有联系联系也可以有属性学员领导1n供应量单个实体之间也可以有联系项目供应商零件供应pmn第一章绪论2019/12/25数据库系统20例：某工厂物资管理E--R图（P20）供应商供应商号姓名地址帐号电话号码项目项目号预算开工日期仓库仓库号面积电话号职工职工号姓名年龄职称零件零件号名称规格单价描述库存库存量mn工作1n领导1n供应供应量mnp第一章绪论2019/12/25数据库系统21二、数据模型是对现实世界进行抽象的工具，它按计算机系统的观点对数据建模，用于提供数据库系统中信息表示和操作手段的形式框架，主要用于DBMS的实现，是数据库系统的核心和基础。1、常用的数据模型层次模型网状模型关系模型面向对象模型称作非关系模型，是下列基本层次联系的集合Ri，Rj是实体型（记录型）Lij是从Ri到Rj的1：1或1：n联系}RiRjLij第一章绪论2019/12/25数据库系统222、数据模型的三要素形式化描述数据、数据之间的联系以及数据操作和有关的语义约束规则的方法数据结构数据操作完整性约束如何保证数据的约束条件得到满足如何实现查、增、删、改如何表示实体及联系（难点是表示联系）根据现实世界实体间联系的特征用四种不同的方法进行抽象层次模型网状模型关系模型面向对象模型(因此，是按照数据结构的类型来命名数据模型）（动态）（静态）第一章绪论2019/12/25数据库系统233、层次模型根据一个单位的组织结构直观地得出学院部系处学员队教研室教员学员方框表示一个实体型（结点）线表示联系（边）（1）定义：用树形结构来表示实体以及实体间联系的模型。其特征是：（a）有且仅有一个结点无双亲（根结点）；（b）其它结点有且仅有一个双亲。第一章绪论2019/12/25数据库系统24（2）说明：（a）树中实体间联系只能是从父到子的1:1或1:n联系，对m:n联系，须使用辅助手段转换成多个1:n联系，但不易掌握（b）简单直观，结构清晰，运行效率高，但编程复杂4、网状模型（1）定义：用图结构来表示实体以及实体间联系的模型。其特征是：任一结点都可以无双亲或有一个以上的双亲。例教员学校班级学生课程第一章绪论2019/12/25数据库系统25（2）优：可表示m:n的联系，运行效率高缺：过于复杂，实现困难（3）说明（a）即使对网状模型，具体在计算机上实现时，m:n的联系仍需分解成若干个1:n的联系。（因此，网状模型的图结构实质上是有向图），如学生课程选课mn课程成绩单学生成绩单学号姓名年龄性别课程号名称学号课程号得分第一章绪论2019/12/25数据库系统26（b）网状模型中允许两结点间有多条边，层次模型则不允许5、关系模型层次、网状模型基本上是面向专业人员的，使用极不方便问题：寻找一种能面向一般用户的数据模型？（1）定义：用二维表（关系）来描述实体及实体间联系的模型。（2）示例零件供应商供应mn设备工人使用保养第一章绪论2019/12/25数据库系统27供应商SS1张三北京S2李四郑州………S#SNAMESADDR零件PP1电机2000P2螺丝2………P#PNAMEPRICE（联系）供应SPS1P1200S1P322………S#P#QTY关系：对应一张表，每表起一个名称即关系名元组：表中的一行属性：表中一列，每列起一个名称即属性名主码：唯一确定一个元组的属性组域：属性的取值范围第一章绪论2019/12/25数据库系统28（3）关系模式：对关系的描述，一般表示为：关系名（属性1，属性2，…，属性n）（4）优点：无论实体还是实体之间的联系都用统一的数据结构（二维表、关系）来表示，可方便地表示m:n联系，因此概念简单，用户易懂易用如：可表示为：学生（学号，姓名，性别，系和年级）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）学生选修课程mn表格中行、列次序无关有坚实的理论基础（关系理论）第一章绪论2019/12/25数据库系统29存取路径对用户透明，用户只需指出“做什么”，不需说明“怎么做”，因此数据独立性更高缺点：由于存取路径对用户透明，查询效率不够高，必须对查询请求进行优化。说明：关系必须规范化，关系的每个分量必须是一个不可分的数据项，不允许表中套表。规范化理论