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数据库技术及应用——SQLServerDatabaseTechnologyandApplication第1章数据库系统概述本章重点：–数据–数据模型–数据库–数据库管理系统–数据库系统的体系结构–数据库系统–数据库设计1.1信息、数据与数据处理•1.1.1信息与数据•1.1.2数据处理1.1.1信息与数据1.信息信息（Information）是人们对于客观事物属性和运动状态的反映。它所反映的是关于某一客观系统中，某一事物的存在方式或某一时刻的运动状态。2.数据数据(Data)是反映客观事物存在方式和运动状态的记录，是信息的载体。对客观事物属性和运动状态的记录是用一定的符号来表达的，因此说数据是信息的具体表现形式,表现形式具有多样性。1.1.1信息与数据3.数据与信息数据与信息在概念上是有区别的。从信息处理角度看，任何事物的存在方式和运动状态都可以通过数据来表示的，数据经过加工处理后，使其具有知识性并对人类活动产生作用，从而形成信息。信息是有用的数据，数据是信息的表现形式。信息是通过数据符号来传播的，数据如不具有知识性和有用性则不能称其为信息，也就没有价值输入计算机或数据库中进行处理。1.1.2数据处理所谓数据处理，实际上就是利用计算机对各种类型的数据进行加工处理。它包括对数据的采集、整理、存储、分类、排序、检索、维护、加工、统计和传输等一系列操作过程。数据处理的目的是从人们收集的大量原始数据中，获得人们所需要的资料并提取有用的数据成份，作为行为和决策的依据。人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段1.1.2数据处理1.人工管理阶段20世纪50年代中期以前，计算机主要用于数值计算。在这一阶段，硬件方面，外存储器还只有卡片机、纸带机、磁带机，没有像硬盘一样可供快速、随机存储的外存储器；软件方面，没有操作系统软件和数据管理软件支持，数据处理方式基本是批处理。在人工管理阶段数据处理的特点是：（1）数据不保存；（2）应用程序与数据之间缺少独立性；（3）数据不能共享。1.1.2数据处理2.文件系统阶段20世纪50年代后期至60年代中后期，随着硬件方面磁鼓、磁盘联机的外存储器的研制并投入使用，软件方面高级语言和操作系统软件出现，这时计算机的应用不仅仅用于科学计算，同时也开始以“文件”的方式介入数据处理。在文件系统阶段数据处理的特点是：（1）数据长期保存；（2）应用程序与数据之间有了一定的独立性；（3）数据文件形式多样化；（4）数据文件不再只属于一个应用程序；（5）仍有一定的数据冗余；（6）数据的不一致性。1.1.2数据处理3.数据库系统阶段进入20世纪60年代后期，随着计算机应用领域的日益发展，计算机用于数据处理的范围越来越广，数据处理的数据量越来越大，仅仅基于文件系统的数据处理技术很难满足应用领域的需求。于此同时，计算机硬件技术也正在飞速发展，磁盘存储技术取得重要突破，大容量磁盘进入市场，数据处理软件环境的改善成为许多软件公司的重要投入。在实际需求迫切、硬件与软件竞相拓展的环境中，数据库系统应运而生。在数据库系统阶段数据处理的特点是：（1）数据整体结构化；（2）数据共享性高；（3）具有很高的数据独立性；（4）完备的数据控制功能。1.1.2数据处理1.2数据描述所谓数据描述，就是以“数据”符号的形式，从满足用户需求出发，对客观事物属性和运动状态进行描述。数据的“描述”既要符合客观现实，又要适应数据库原理与结构，同时也适应计算机原理与结构。三个数据范畴：现实世界、信息世界和计算机世界。1.3数据模型数据模型是一种抽象的模型，用于描述和操作组织内的数据、数据间的联系以及对数据的约束。它包括：数据结构、数据操作和完整性约束。直接影响数据库的性能。•1.3.1概念模型•1.3.2关系模型•1.3.3面向对象模型1.3.1概念模型概念模型又称实体-联系模型（EntityRelationshipModel简称E-R模型），主要用于描述信息世界中实体的联系，是建立概念模型的实用工具。1.实体(Entity)实体(Entity)是客观存在并相互区别的“事物”。2.属性(Attribute)实体有若干个特性，每一个特性称为实体一个属性。3.实体型(EntityType)用实体名和属性名称集来描述同类实体，称为实体型。1.3.1概念模型4.实体集(EntitySet)实体集是若干个同类实体全部信息的集合。5.码(Key)如果某个属性或某个属性集的值能够唯一地标识出实体集中的某一个实体，该属性或属性集就可称为码（关键字）。6.联系(Relationship)联系是两个或两个以上的实体集间的关联关系。1.3.2关系模型关系模型（RelationalModel）的所谓“关系”是有特定含义的。一般地说，任何数据模型都描述一定事物数据之间的关系。1.3.2关系模型在概念模型的基础上转换而成的关系模型，是用二维表形式表示实体集的数据结构模型，称之为关系（relation）.1.数据结构数据结构是用来描述现实系统中数据的静态特性的，它不仅要描述客观存在的实体本身，还要描述实体间的联系。（1）在一个关系中，每一个数据都可看成独立的分量(Component)。（2）在一个关系中，每一横行称为一个元组(Tuple)。（3）在一个关系中，每一竖列称为一个属性(Attribute)。1.3.2关系模型（4）在一个关系中，有一个关系名，同时每个属性都有一个属性名。通常把用于描述关系结构的关系名和属性名的集合称为关系模式（Schema）（5）码（键）是能够确定唯一元组的属性或属性集。2.数据操作数据操作用于描述数据的动态特性。关系模型的数据操作是集合操作性质的，即数据操作的对象和操作结果均为若干个元组，或属性集合，甚至是若干关系的操作，它当然包含了单个行的操作，而非关系模型的数据操作则都是单个的数据行的操作。关系模型的数据操作主要是查询、插入、删除和修改。1.3.2关系模型3.数据约束数据约束用于对数据本身、数据与数据间的约束。（1）实体完整性实体完整性是对关系中元组的唯一性约束，也就是对组成主键的属性值的约束，即关系(表)中组成主键的属性值不能重复，且不能是空值(NULL)。Null它不等于0，也不等于空字符串，而是未知的值，是不确定的值。1.3.2关系模型（2）参照完整性参照完整性是对关系数据库中建立关联关系的关系间数据参照引用的约束，也就是对组成外键的属性值的约束。准确地说，参照完整性是指关系中的外键，必须是另一个关系的主键有效值，或者是NULL（空）值。（3）用户自定义完整性用户自定义完整性约束是用户自行定义的删除约束、更新约束、插入约束。1.3.2关系模型4.关系规范化关系规范化的前三个范式原则如下：(1)第一范式：若一个关系模式R的所有属性都是不可再分的基本数据项，则该关系模式属于第一范式（1NF）。(2)第二范式：若关系模式R属于1NF，且每个非主属性都完全函数依赖于码，则该关系模式属于2NF，2NF不允许关系模式中的非主属性部分函数依赖于码。(3)第三范式：若关系模式R属于1NF，且每个非主属性都不传递依赖于码，则该关系模式属于3NF。1.3.2关系模型5.关系模型的主要特点（1）在一个关系中，每一分量不可再分，是最基本的数据单位。（2）在一个关系中，每一列的分量是同属性的，列数根据需要而设，且各列的顺序是任意的。（3）在一个关系中，每一行由一个实体的诸多属性构成，且各行的顺序可以是任意的。（4）一个关系是一张二维表，不允许有相同的属性名，也不允许有相同的元组。1.3.3面向对象模型面向对象模型(ObjectOrientedModel)最基本的概念是对象（Object）和类（Class）。在面向对象模型中，对象是指客观的某一事物，其对对象的描述具有整体性、完整性，对象不仅包含描述它的数据，而且还包含对它进行操作的方法的定义，对象的外部特征与行为是封装在一起的。其中，对象的状态是该对象属性集，对象的行为是在对象状态上操作的方法集。共享同一属性集和方法集的所有对象构成了类。1.4数据库系统•1.4.1数据库•1.4.2关系数据库•1.4.3数据库管理系统•1.4.4数据库系统组成1.4.1数据库数据库(DataBase，简称DB)是数据库系统的核心部分，是数据库系统的管理对象。所谓数据库，是以一定的组织方式将相关的数据组织在一起，长期存放在计算机内，可为多个用户共享，与应用程序彼此独立，统一管理的数据集合。1.4.2关系数据库在一个给定的应用领域中，若干关系及关系之间联系的集合构成一个关系数据库（RelationalDataBase）。在关系数据库中，将一个关系视为是一张二维表，又称其为数据表（简称表），这个表包含表结构、关系完整性、表中数据及数据间的联系。1.4.2关系数据库关系数据库的主要特点如下：（1）一个关系数据库是由若干满足关系模型，且彼此关联的关系组成。（2）关系数据库要以面向系统的思想组织数据，使数据具有最小的冗余度，支持复杂的数据结构；（3）关系数据库具有高度的数据和程序的独立性，应用程序与数据的逻辑结构及数据的物理存储方式无关；（4）关系数据库中数据具有共享性，使数据库中的数据能为多个用户服务；（5）关系数据库允许多个用户同时访问，同时提供了各种控制功能，保证数据的安全性、完整性和并发性控制。1.4.3数据库管理系统数据库管理系统(DataBaseManagementSystem，简称DBMS)是位于用户与操作系统之间，具有数据定义、管理和操纵功能的软件集合。要知道DBMS的作用是什么？DBMS的主要功能包括数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理功能、数据库的建立和维护功能。为了实现这些管理和控制的功能，DBMS提供了数据子语言，由以下三个部分组成：（1）数据定义语言(DataDefinitionLanguage简称DDL)。（2）数据操纵语言(DataManipulationLanguage简称DML)。（3）数据控制语言(DataControlLanguage简称DCL)。1.4.4数据库系统组成1.数据库系统的体系结构数据库系统在总的体系结构上具有外部级、概念级、内部级三级结构的特征，这种三级结构也称为“三级模式结构”，或“数据抽象的三个级别”。数据库系统的三级模式是数据的三个级别的抽象，使用户能够逻辑地、抽象地处理数据而不必关心数据在计算机中的表示和存储。为了实现三个抽象层次间的联系和转换，数据库系统在三个模式间提供了两级映射：外模式与概念模式间的映射、概念模式与内模式间的映射。（1）外模式（2）概念模式（3）内模式1.4.4数据库系统组成1.4.4数据库系统组成2.数据库系统的组成数据库系统的组成是在计算机系统的意义上来理解数据库系统，它一般由支持数据库的硬件环境、支持数据库的软件环境（操作系统、数据库管理系统、应用开发工具软件、应用程序等）、数据库、开发、使用和管理数据库应用系统的人员组成。1.5数据库设计•1.5.1数据库设计的任务•1.5.2数据库设计的方法与步骤1.5.1数据库设计的任务数据库设计的任务主要就是设计数据库模式。这一数据库模式要能够概括具体的数据库应用系统的数据库全局的数据结构，能够反映使用本系统所有用户的数据视图。一个良好的数据库模式应具有最小的数据冗余，在一定范围内实现数据共享特性。数据库模式一经设计完成，通常情况下是不轻易改动的，它不仅作为应用程序存取数据、处理数据的数据结构参照，还要成为实现数据物理存储的数据结构定义的依据。1.5.2数据库设计的方法与步骤数据库设计归纳为如下几个阶段：需求分析阶段、概念结构设计阶段、逻辑结构设计阶段、物理结构设计阶段、实施阶段、使用与维护阶段。1.需求分析阶段需求分析阶段是数据库设计的基础，是数据库设计的最初阶段。这一阶段要收集大量的支持系统目标实现的各类基础数据、用户需求信息和信息处理需求，并加以分析归类和初步规划，确定设计思路。需求分析做得好与坏，决定了后续设计的质量和速度，制约数据库应用系统设计的全过程。1.5.2数据库设计的方法与步骤2.概念结构设计阶段数