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1第4章数据库与信息系统2学习之前的讲述：数据库与信息系统概念的引出：人类的知识与智慧需要不断地积累和传承。其基础是，以数据的形式进行有组织地存储；其方法是，对这些数据进行有效地检索、操作和维护；其应用是，有目的地对数据进行再加工和利用，也称作：信息系统。如何学习这个章节？34.1数据库基础知识4.1.1数据与数据库1、数据：描述事物的符号记录。数据的种类多种多样：数字、文字、声音、图像等。在计算机中，各种数据被数字化。数据的概念有两个方面：①描述事物特性的是数据内容；②存储在某一种媒体上的是数据形式。42、数据库：数据的仓库（集合）数据库中的数据具有：目的性、组织性、独立性、共享性，按照一定的数据模型规则地存放。现实世界-信息世界-机器世界（物质）（精神）（数据）54.1.3数据管理技术的演变三个阶段：人工管理阶段文件管理阶段数据库管理阶段6人工管理阶段（50年代）:这个时期，没有磁盘和专门的数据管理软件。计算机主要用于科学计算，数据量不大。应用程序1应用程序2应用程序……数据集1数据集2数据集3……人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系7人工管理数据的特点：①数据不保存。②数据需要由应用程序自己设计、说明和管理。没有相应的软件系统负责数据的管理工作。③数据不共享。④数据不具有独立性。8文件系统阶段（60年代）这时期，有了磁盘存储设备，有了操作系统以及文件管理功能。计算机不仅用于计算，还有大量的数据处理。文件系统阶段应用程序与数据之间的关系应用程序1应用程序2应用程序n……文件1文件2文件n存取方法……9文件系统管理数据的特点：①数据可以长期保存。②由专门的软件即文件系统进行数据文件的管理。③数据共享性差。④数据独立性低。10数据库管理阶段应用程序2应用程序1应用程序n用户数据库管理系统数据库数据库管理系统处理数据方式示意图11数据库管理系统的特点：①数据结构化利用复杂的数据模型，不仅描述数据本身，而且描述数据与数据之间的关系。②数据共享性提高，冗余度降低从整体层面描述和建立数据模型，实现数据共享，维护数据的一致性。③数据独立性高借助于数据库管理的中间转换，实现数据逻辑结构和物理结构相分离，保持数据和应用程序之间相互独立。12④数据库系统集中管理数据主要包括下面几方面的控制功能，并发性：允许多用户同时使用数据库完整性：通过一些完整性规则，令数据库始终包含正确的数据。可恢复性：遭到破坏时可以最近点恢复安全性：安全机制、使用权限设置审计性：跟踪记录数据操作情况134.1.2数据库管理系统1、数据库：数据库就是长期储存在计算机内的有组织、可共享的数据集合。2、数据库管理系统的定义：数据库管理系统（DatabaseManagementSystems，DBMS）是数据库系统的核心，是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件，由一个互相关联的数据的集合和一组用于访问这些数据的程序组成。143、数据库管理系统(DBMS)的功能：数据定义：定义数据库结构的模式。数据操纵：包括对数据库数据的检索、插入、修改和删除等基本操作。数据库运行管理：保证数据的安全性、完整性、一致性以及多用户对数据的并发使用。数据组织、存储和管理:确定文件结构和存取方式数据库的建立和维护:建立数据库包括数据库初始数据的输入与数据转换等。维护数据库包括数据库转储和恢复等。数据通信接口:154、数据库管理系统的组成：数据定义语言(DDL)及其翻译处理程序：提供数据定义语言，供用户定义数据库的各类模式和结构等。数据操纵语言(DML)及其编译（或解释）程序：实现对数据库的检索、插入、修改、删除等基本操作。如，存储管理、安全性、一致性、各类事物和日志管理等等。数据库运行控制程序：负责数据库运行过程中的控制与管理。实用程序：基于应用层面的，数据库数据的建立与维护，以及数据格式的转换与通信等。良好的用户界面164.1.4数据库系统的组成DBS：带有数据库的计算机应用系统。一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员(DataBaseAdministrator)和最终用户构成。DBS=DB+DBMS+APPLACATION+DBA+USER174.2数据模型4.2.1数据模型的组成三个要素：数据结构：用于描述系统的静态特性。数据操作：用于描述系统的动态特性。数据的约束条件：一组完整性规则。数据模型应满足三方面要求：①能比较真实地模拟现实世界；②容易为人所理解；③便于在计算机上实现。184.2.2概念模型概念级的模型把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统。概念模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次。信息世界的几个概念：实体、属性、域、码(key)、实体型、实体集、联系。现实世界信息世界概念模型机器世界DBMS支持的数据模型19两个实体型之间的联系：一对一联系（1:1）一对多联系（1:n）多对多联系（m:n）实际上，一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多的特例。204.2.3常用数据模型层次模型：表现实体之间一种很自然的层次关系。系教研室学生教师教师和学生的层次模型图21层次模型的特点：有且只有一个结点没有双亲，该结点就是根结点；根以外的其他结点，有且仅有一个双亲结点。层次数据库系统只能直接处理一对多的实体关系；任何一个给定的记录值只有按其路径查看时才能显出它的全部意义，没有一个子女记录值能够脱离双亲而独立存在。22层次模型的数据操纵与完整性：对数据进行删除、插入操作时要注意层次模型的完整性。即，任何子女结点都不能没有双亲。层次模型的优缺点：结构简单、关系清晰。不能描述较复杂的关系，查询速度慢。23网状模型：用网络结构表示数据间的多个从属关系，可以清晰地表示这种非层次关系。学生1学生2学生3学生4课程1课程2课程324网状模型的特点：有一个以上的结点没有双亲；至少有一个结点可以有多于一个双亲。网状模型允许两个或两个以上的结点为根结点，允许某个结点有多个双亲结点。实际上，层次模型是网状模型的一个特例。25网状模型的数据操纵与完整性：对数据进行删除、插入操作比较随意，没有严格的完整性约束条件。即，允许插入尚未确定双亲的子女结点，也允许删除双亲而保留子女结点。网状模型的优缺点：能描述现实中较复杂的多对多关系，存取效率高。描述语言比较复杂，数据独立性较差。26关系模型：用一个二维表来表示数据间的关系“二维表框架”组成的集合，每个二维表又可称为关系，所以关系模型是“关系框架”的集合。27表4－1学生登记表S学号（SNO）姓名(SN)性别(SEX)出生年月系别(DEPT)200510101李丽女07/05/1987计算机200510102赵勇男02/23/1988法律200510103王凯男01/19/1987管理表4－2课程登记表C课程号(CNO)课程名称(CN)学分(CC)开课院系A1012高等数学5数学系A2023大学英语3英语系C1103计算机导论3计算机系表4－3成绩登记表G课程号（CNO）学号（SNO）成绩（SCORE）A101220051010187A202320051010175A202320051010290C11032005101036828关系数据库的基本概念和结构：关系(relation)：每个表表示一种关系。元组(tuple)：二维表格中的一行（记录）属性：二维表格中的一列（数据项）码(key)：唯一标识记录的属性（关键字）域(domain)：属性的取值范围。例如，性别的域是（男，女）关系模型：对关系的描述，一般表示为：关系名（属性1，属性2，……,属性n）例如，表4-1的关系可描述为：学生(学号，姓名，性别，出生年月，系别)29关系数据模型的操纵与完整性约束：数据操纵：数据查询、插入、删除和更新完整性约束：实体完整性：一个关系的主关键字不能取空值；参照完整性：表与表之间的某种联系形成参照关系。要求一个表的外码要么取空值，要么和被参照关系中对应字段的某个值相同。用户自定义的完整性：根据数据库系统的应用环境不同，用户设定的约束条件。30关系模型的优缺点：优点：①建立在严格的数学概念基础上。②概念单一、结构清晰、易懂易用。③具有更高的数据独立性，安全性好。缺点：查询效率不如非关系数据模型。31面向对象模型：对象：现实世界中的实体在问题空间的抽象，由属性、方法加以描述。类：具有同一属性和方法集的所有对象的集合。面向对象模型：由若干类层次组成。特点：可处理除传统数据外的，包括图象、声音、动画等多种形式的信息。324.3.1SQL概述SQL(StructuredQueryLanguage)结构化查询语言，语言简洁、功能强大，是关系型数据库的标准语言。SQL的功能:查询(Query)、操纵(Manipulation)、定义(Definition)、控制(Control)。4.3SQL语言基础33SQL的特点：⑴综合统一：集数据库定义、数据操纵、控制等功能于一体，语言风格统一，独立完成数据库生命周期中的全部活动。⑵非过程化：只要指出“做什么”，而无须指明“怎么做”。⑶面向集合的操作方式：不仅操作对象、查找结果可以是元组的集合，而且一次插入、删除、更新操作的对象也可以是元组的集合。34⑷以同一种语法结构提供两种使用方式：既是自含式语言——独立与计算机交互，又是嵌入式语言——嵌入到高级语言程序当中。⑸语言简洁、易学易用：类似于英语的自然语言，简洁易用。SQL的组成：⑴数据查询：SELECT⑵数据操纵：INSERT,UPDATE,DELETE⑶数据定义：CREAT,DROP,ALTER⑷数据控制：GRANT,REVOKE354.3.2、基本表的定义：在SQL中，表分为两种：基本表—其数据显式地存储在数据库中；视图—仅有逻辑定义的虚表。可以根据其定义从其它表（包括视图），但不作为一个表显式地存储在数据库中。36创建基本表：作用：定义表的结构语法结构：CREATETABLE表名（列名数据类型[长度][列级完整性约束条件][,列名数据类型[长度][列级完整性约束条件]]……[,表级完整性约束条件]）如果完整性约束条件涉及到该表的多个属性列，则必须定义在表级上，否则既可定义在列级，也可定义在表级。37完整性约束的基本语法格式：[CONSTRAINT约束名]约束类型约束名：约束不指定名称时，由系统自动给定。约束类型：必须指定完整性约束的类型，它包括：空/非空：NULL/NOTNULL值唯一：UNIQUE主键：PRIMARYKEY外键：FOREIGNKEY检查范围：CHECK等默认值：可以用DEFAULT指定该列的默认值。38例，CREATETABLES(SNOCHAR(9),SNCHAR(8),BIRTHDAYDATETIME,SEXCHAR(2)，DEPTCHAR(20))CREATETABLES(SNOCHAR(9)CONSTRAINTS-PRIMPRIMARYKEY,SNCHAR(8)CONSTRAINTSN-CONSNOTNULL,BIRTHDAYDATETIMECONSTRAINTAGE-CONSNOTNULL,SEXCHAR(2)DEFAULT‘男’，DEPTCHAR(20)CONSTRAINTDEPT-CONSNOTNULL)39修改基本表：作用：新增和修改列及完整性约束语法：ALTERTABLE表名[ADD新列名数据类型[完整性约束]][ADDCONSTRAINT新完整性约束名完整性约束][DROPCOLUMN列名][DROP[CONSTRAINT]完整性约束][ALTERCOLUMN列名数据类型[完整性约束]]40⑴ADD子句：用于增加新列和完整性约束。例，在S表中增加一个家庭住址列。ALTERTABLESADDADDRESSCHAR（30）注意：使用此方式增加的新列自动填充NULL值，所以不能为增加的新列指定NOTNULL约束。41⑵ALTER子句：用于修改某些列。注意