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数据库系统原理赵东明iedmzhao@zzu.edu.cn课程组成考试原理教学（3学分）笔试成绩占80%~90%●理论教学平时成绩占20%~10%●上机实践课程设计（2学分）参考书1数据库系统概论(第四版)萨师煊、王珊高等教育出版社2A.Silberschatz,H.F.Korth,S.Sudarshan,DatabaseSystemConcepts(Ed.4),McGraw-Hill,19993数据库系统概念(第四版),(中译本)：杨冬青、唐世渭等译机械工业出版社4数据库系统原理(第二版),李建中等电子工业出版社DBMS数据库技术产生于六十年代末,是计算机科学的重要分支数据库技术是信息系统的核心和基础数据库系统是最广泛使用的软件系统之一数据库研究,开发与应用是计算机学科最活跃的领域三位图灵奖得主CharlesW.Bachman(1973)(数据库技术)EdgarF.Codd(1981)(关系数据库系统)JamesGray(1998)(数据库事务处理)数据库涵盖了“信息管理”的主要内容本课程与其他课程的联系与分工先修课程：高级语言程序设计数据结构后续课程：软件工程数据挖掘等信息系统的核心是数据库，而信息系统的开发过程要用到具体的软件开发工具和软件工程的方法。高级语言程序设计和数据结构是信息系统设计和研制的基础。这几门课程贯穿着开发应用系统的全过程。本课程的基本要求1．了解数据管理技术的发展过程；2．掌握数据库系统的基本概念、数据模型和体系结构；3．掌握RDBS的规范化理论和SQL的使用技术；4．理解数据库设计的全过程，能进行数据库结构设计和简单的应用系统的设计；5．掌握数据库保护的四种措施：数据库的恢复技术并发控制系统的安全性完整性6．了解数据库新技术的发展动向和内容。内容安排第一章：数据库系统概述第十一章:XML第二章：实体-联系模型第十二章ODBC编程第三章：关系数据模型第四章：关系数据库标准语言SQL第五章：完整性和安全性第六章：关系数据库的设计理论第七章：数据库设计第八章：查询处理和优化第九章：事务与并发控制第十章：数据库的恢复技术第一章数据库系统概述数据库技术是计算机科学中发展最快的领域之一，也是应用最广泛的技术之一，它已成为计算机信息系统与应用系统的核心技术和重要基础。数据库管理系统是计算机学科体系中十分重要的系统软件。《数据库系统原理》是软件专业中一门必修课程，该课程理论性强，并具有一定的实用技术。1.1引言一、为什么需要数据库管理系统(DBMS)1数据管理的例子（原因：各领域产生大量数据）●零售业-------管理产品、客户和购买信息●银行业-------管理客户、帐户和存贷款信息●制造业-------管理供应、订单、库存、销售等信息●电信业--------管理通讯网络信息、存储通话记录、维护电话卡余额大量数据要存储在计算机中，所面临的共同问题是：如何合理地组织数据？如何有效地访问数据？2数据管理的基本操作数据查询数据更新(插入、删除、修改)3实际应用对数据操作进一步要求并发访问控制（数据需要多用户共享）故障恢复（各类故障是不可避免的）数据的安全性（防止非法使用和越权使用）数据的完整性（数据符合语义，满足一致性）因此，需要一个专门软件来管理大量数据数据库管理系统（DBMS）二、数据库管理系统与数据库DBMS是位于用户和操作系统之间的系统软件。其功能：1.数据定义------提供数据定义语言（DDL）2.数据操纵------提供数据操纵语言（DML）3.事务管理和运行管理---------统一管理数据、控制对数据的并发访问保证数据的安全性、完整性确保故障时数据库中数据不被破坏DBMS的功能（续）4.数据存储和查询处理------确定数据的物理组织和存取方式提供数据的持久存储和有效访问确定查询处理方法，查询优化5.数据库的建立和维护--------数据库转储、性能监测等6.其他功能---------包括DBMS与其它软件通信异构数据库之间数据转换和互操作三、相关概念数据（Data）（1）定义：描述事物的符号记录称为Data。（2）数据的表现形式数据是数据库中存储的基本对象。它有多种表现形式（声、文、图等），但各类数据都必须数字化后才能加工处理。（3）如何来描述事物的数据特征？在计算机中，为了存储和处理事物，就需要抽象出对事物感兴趣的特征组成一个记录来描述。例如：（李明男1982江苏）（8.25A1505250）数据记录本身只是一个存储和处理的形式，只有对其进行了解释才能完整的表达内容。因此，数据和关于数据的解释是不可分的。数据的语义数据库（Database，简称DB）是持久储存在计算机中、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储可以被各种用户共享具有较小的冗余度较高的数据独立性易于扩展数据库模式:在数据库中，使用数据模型对数据建模所产生的设计结果。数据库模式描述数据库的数据结构（型），具有相对稳定性。特定时刻数据库中的数据称为数据库的实例（值）。数据库系统由数据库、DBMS（及其开发工具）、应用系统和数据库管理员组成。●数据库系统（DBS）0DBS是指在计算机系统中引入了数据库后的系统。一般由DB、DBMS、应用系统、DBA、USER等构成。用户用户用户应用系统应用开发工具数据库管理系统操作系统DB数据库管理员1.2数据模型数据模型是数据库技术的核心概念。是一种形式化机制，用于数学建模，是对现实世界数据特征的抽象。●在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示、和处理现实世界中的数据和信息。●数据模型应满足三方面的要求：（1）能比较真实地模拟现实世界；（2）易于为人理解（3）便于在计算机上实现。两类数据模型（1）概念模型（从用户的观点来对数据和信息建模）（主要用于数据库设计）（2）数据模型（逻辑模型和物理模型）（从计算机的观点来对数据和信息建模）（主要用于DBMS的实现）现实世界中客观对象的抽象过程现实世界信息世界机器世界概念模型DBMS支持的数据模型一、概念模型(实体-联系模型)概念模型用于信息世界的建模。是现实世界到信息世界的第一层抽象。概念模型是进行数据库设计的有力工具。同时也是数据库设计人员与用户之间进行交流的语言。●信息世界中的基本概念实体属性码域实体型实体值联系实体型之间的联系有三类：1:11:nm:n举例：两个实体型之间的联系学校校长领导11职工部门所在1N课程学生选课NM举例：多个实体型之间的联系参考书课程讲授NM教师1零件供应商供应PN项目M举例：单个实体型内的联系职工领导N1概念模型的一种表示方法：实体-联系法（E-R图）实体型联系连线属性例如学生选课M学号课程姓名年龄系别N课程号名称学分成绩二、数据模型的组成要素数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。●数据结构数据结构是所研究的对象类型的集合。它们包括两类：一类是与数据类型、内容、性质有关的对象；一类是与数据之间的联系有关的对象。数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。在数据库系统中，人们通常按数据结构的类型来命名数据模型。数据结构是对系统静态特性的描述。●数据操作数据操作是指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合。包括操作及有关的操作规则。数据库主要有检索和更新两大类操作。数据模型必须精确地定义这些操作。数据操作是对系统动态特性的描述。●数据的完整性约束条件数据的约束条件是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及联系所具有的制约和依存的规则。其目的是为了保证数据的正确、有效、和相容。三、最常见的数据模型数据库中最常见的逻辑数据模型●层次模型●网状模型●关系模型●面向对象模型●对象关系模型非关系模型注意：这里讲的数据模型都是逻辑上的，是计算机能够理解，且被DBMS支持的数据视图。非关系模型在非关系模型中，实体用记录表示；实体的属性用记录的数据项即字段表示；实体间的联系转换为记录之间的两两联系。●基本层次联系非关系模型中数据结构的单位是基本层次联系。它是指两个记录以及它们之间的1:n（包括1:1）的联系。RiRjLij层次模型●定义满足下条件的基本层次联系的集合。（1）有且只有一个结点无父结点，称根结点；（2）根除外的其它结点有且只有一个父结点。●基本特点对任意一个给定的记录值，只有按其路径查看时，才能显示出它的全部意义。没有一个子女结点能脱离双亲记录值而独立存在。网状模型●定义满足下条件的基本层次联系的集合。（1）允许一个以上结点无父结点；（2）一个结点可以有多个父结点。网状模型的数据结构更具有普遍性，它还允许两个记录之间有多种联系。四、关系模型关系模型时目前最重要的数据模型。关系数据库系统是采用关系模型来组织数据。●关系模型的数据结构从用户的角度来看，关系模型中数据的逻辑结构就是一张二维表。●关系de一些术语关系元组属性码域分量关系模式注意：关系模型要求关系必须是规范化的。关系中的每个分量都是不可分的。至少满足1NF●关系模型的数据操作（1）关系模型的操作包括：查询插入删除修改（2）定义数据操作的方法有两种关系代数（并、交、差、选择、投影、连接)关系演算（元组关系演算域关系演算)关系模型的数据操作是元组集合的操作。操作的对象和操作的结果都是关系。●关系模型的完整型约束（1）实体完整性（2）参照完整性（3）用户自定义的完整性实体完整性和参照完整性是通用完整性约束，由关系模型明确定义●关系模型的存储结构关系模型中，实体以及实体间的联系全都用二维表来表示。在关系数据库中，表的物理结构常以OS的文件形式来组织。一个表可以对应一个文件，也可以对应多个文件。●关系模型的优缺点1.3数据库系统de结构考察数据库系统的结构可以有不同的角度。从DBMS的角度看，数据库系统通常采用三级模式结构内模式外模式模式从USER的角度看，数据库统的结构分为单用户结构主从式结构分布式结构客户/服务器结构浏览器/应用服务器/数据库服务器结构1.3.1数据库系统的外部结构单用户数据库系统●整个数据库系统（包括应用程序、DBMS、数据）都安装在一台计算机上●为一个用户所独占●不同机器之间不能共享数据单用户系统是一种早期的数据库系统，目前已经不再流行主从式结构●数据库系统，包括应用程序、DBMS和数据都集中存放在主机上●所有处理任务都由主机来完成●用户通过主机的终端并发地访问数据库，共享数据资源主从式结构的数据库系统是一种一台主机带多个终端的多用户系统分布式结构●分布式结构的数据库系统中，数据在逻辑上是一个整体，但物理地分布在计算机网络的不同结点上●网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用●也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用客户/服务器结构●客户/服务器结构的数据库系统把DBMS功能和应用分开●网络中某些结点上的计算机专门用于执行DBMS功能，称为数据库服务器（简称服务器●其他结点上的计算机安装DBMS的外围应用开发工具，支持用户的应用，称为客户机客户/服务器结构是广泛采用的数据库系统结构。大部分商品化的DBMS都支持这种结构。1.3.2数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构是指数据库系统内部是由外模式、模式和内模式三级构成。应用A应用B应用E应用D应用C外模式1外模式2外模式3模式内模式DB●外模式外模式又称为用户模式，或子模式。它是数据库用户能够看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是某一应用的用户的数据视图。外模式通常是模式的一个子集。一个数据库可以有多个外模式。外模式是保证数据库安全性的一个有力措施。每个用户只能看到和使用它对应的外模式中的数据，数据库中的其它数据是不可见的。●模式模式又称为逻辑模式。它是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。一个数据库只有一个模式。数据库模式是以某个数据模型为基础，统一综合考虑了所有用户的数据需求，并将这些需求结合在一个逻辑整体上。模式的定义包括：（1）数据的逻辑结构（数据项的名字、类型等）（2）数据之间