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第1章数据库系统概述...........................................................................................................11.1数据库技术的发展史................................................................................................21.1.1数据管理的诞生...........................................................................................21.1.2关系数据库的由来.......................................................................................21.1.3面向对象数据库...........................................................................................31.1.4数据仓库和数据挖掘...................................................................................31.1.5数据管理新技术及研究方向......................................................................41.2数据库系统结构.......................................................................................................41.2.1数据及其相关概念.......................................................................................51.2.2数据库系统的组成.......................................................................................51.2.3数据库系统的体系结构..............................................................................81.2.4数据库管理系统工作过程..........................................................................91.3数据模型.................................................................................................................111.3.1数据模型概述.............................................................................................111.3.2概念数据模型---E-R模型...................................................................111.3.3逻辑数据模型.............................................................................................131.3.4物理数据模型.............................................................................................151.4关系数据库的基本理论.........................................................................................151.4.1关系模型.....................................................................................................151.4.2关系的范式及规范化................................................................................171.4.3关系代数.....................................................................................................181.5数据库设计概述.....................................................................................................221.5.1数据库设计方法.........................................................................................221.5.2数据库设计步骤.........................................................................................231.5.3教学管理系统数据库设计实例................................................................24习题1................................................................................................................................33上机实验1........................................................................................................................34第第第第1章章章章数据库系统概述数据库系统概述数据库系统概述数据库系统概述数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心。数据库技术的核心是数据管理。数据管理技术是以数据建模和数据库管理系统（DBMS）核心技术为主的一门学科，其研究的是如何科学地组织和存储数据，减少数据存储的冗余、实现数据共享和保障数据安全，以及如何高效地检索和处理数据，从各种数据中快速获得有价值的信息。数据库的诞生和发展，给计算机信息管理带来了一场巨大的革命。尤其是经过50多年的沉淀，数据库技术已形成了坚实的理论基础、成熟的商业产品和广泛的应用领域。从企业资源规划、医院信息管理、数字校园、电子政务，到数据挖掘、商务智能，以及今天大数据时代智慧的分析和洞察。在数据库技术的承载下，数据将成为一种核心竞争力。1.11.11.11.1数据库技术的发展史数据库技术的发展史数据库技术的发展史数据库技术的发展史数据作为信息的载体，电子化过程经历了半个多世纪的发展，其脉络清晰可见，从数据管理的角度来看，数据库技术经历了人工管理、文件系统、数据库系统三代演变。其中最具代表性的是关系数据库阶段。直到今天，关系数据库都是高价值数据的主要存储管理方式。相信在未来相当长的时间里，关系型数据库都将继续发挥重要作用。今天的大数据时代，则充分吸收了关系数据库的简洁、易操作和文件系统的高效快速，把数据的易用性和大容量结合起来，使海量数据的使用变为可能。1111.1.1.1.1.1.1.1.1数据管理的诞生数据管理的诞生数据管理的诞生数据管理的诞生数据库的历史可以追溯到20世纪50年代中期以前计算机发展的早期，当时的计算机主要用于科学计算，还未出现磁盘存储设备和操作系统软件，数据多以穿孔纸带这种裸文件方式进行物理的储存和处理，数据管理主要靠人工。20世纪50年代末期，随着磁盘、磁鼓等直接存储设备的出现，以及软件领域有了操作系统，计算机不仅用于科学计算，还可用于数据管理方面，因而进入了文件系统阶段。这个阶段是由操作系统中的文件系统模块来管理所存储的数据。主要特点是，数据以“文件”形式长期保存，实现了一定程度的数据共享和数据管理能力。但由于文件之间相对独立，文件系统缺乏完整和统一的管理与共享数据的能力；因此其缺陷是，具有较多的数据冗余和数据的不一致，数据之间的联系弱，数据的逻辑独立性差，并且由于文件是为某一特定应用服务，难以在已有数据上扩充新的应用。数据库系统出现于20世纪60年代。当时计算机开始广泛地应用于数据管理，对数据共享提出了越来越高的要求，传统的文件系统已然无法满足人们的需要，数据库系统应运而生。应该说，数据库技术是在文件系统基础上发展产生的，两者都是以数据文件的形式组织数据，但由于数据库系统在文件系统之上加入了数据库管理系统（DBMS）对数据进行管理，从而使得数据库系统克服了文件系统的缺陷。其特点是采用数据模型表示复杂的数据结构，具有数据的集成性、数据的高共享性与低冗余性、数据的独立性、数据的统一管理与控制。数据模型是数据库系统的核心基础，各种DBMS软件均基于某种数据模型。通常按照数据模型的特点将传统数据库系统分为网状数据库（Networkdatabase）、层次数据库（Hierarchicaldatabase）和关系数据库。其中最早出现的是网状DBMS，由美国通用电气公司Bachman等人在1961年开发成功的世界上第一个数据库管理系统---集成数据存储（IntegratedDataStore,IDS）,奠定了网状数据库的基础，并在当时得到了广泛的发行和应用。网状模型对于层次和非层次结构的事物都能比较自然的模拟，在数据库发展史上网状数据库占有重要地位。层次型DBMS是紧随网络型数据库而出现。最著名的层次数据库系统是IBM公司在1968年推出的一种适合其主机的层次数据库（InformationManagementSystem，IMS），这是IBM公司研制的最早的大型数据库系统产品。1111.1..1..1..1.2222关系数据库的由来关系数据库的由来关系数据库的由来关系数据库的由来网状数据库和层次数据库已经很好地解决了数据的集中和共享问题，但它们脱胎于文件系统，受文件的物理影响较大，在数据独立性和抽象级别上仍有很大欠缺。1970年IBM公司的研究员E.F.Codd博士在CommunicationoftheACM上发表了一篇名为ARelationalModelofDataforLargeSharedDataBanks的论文，提出了关系模型的概念，奠定了关系模型的理论基础。这篇论文被普遍认为是数据库系统历史上具有划时代意义的里程碑。Codd的心愿是为数据库建立一个优美的数据模型。后来Codd又陆续发表多篇文章，论述了范式理论和衡量关系系统的12条标准，用数学理论奠定了关系数据库的基础。虽然关系模型有严格的数学基础，抽象级别比较高，而且简单清晰，便于理解和使用。但在当时有人认为，关系模型过于理想化，用来实现DBMS不现实。为了促进对问题的理解，1974年ACM牵头组织了一次研讨会，在会上开展了一场支持和反对关系数据库两派之间的辩论，这次著名的辩论会推动了关系数据库的发展