《现代数据库系统及应用教程》课件

第一章数据库系统概论数据库是研究数据管理的技术。即如何妥善地保存和科学地管理数据。数据管理是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护等操作。数据管理技术好坏评判的标准：（1）数据冗余数据冗余是指同一数据多次存放。数据冗余带来的问题有：①浪费存储空间②修改麻烦③潜在的数据不一致性（2）数据共享数据共享体现在：①多个应用可以使用同一数据、记录、数据项。第一章数据库系统概论②在同一时刻多个用户可存取同一数据。（3）数据独立性数据独立性是指应用程序和数据之间相互独立，不受影响。即数据结构的修改不引起应用程序修改的特性。数据独立性包括：①逻辑独立性②物理独立性（4）数据统一集中管理数据集1应用程序1数据集2应用程序2应用程序n数据集n应用程序1应用程序2应用程序nDBMS1.1引言数据管理技术的产生和发展数据管理的三个阶段：人工管理文件系统数据库系统文件系统文件1应用程序1文件2应用程序2文件n应用程序n1.1引言数据库系统的特点（1）数据结构化例：某系统涉及人事、科研、教学、工资四个部门。假定每个部门只有一种登记表。其结构如下：序号姓名性别年龄职称单位工龄工资人事文件科研文件序号姓名性别年龄职称单位科研名称经费教学文件序号姓名性别年龄职称单位课程名学时工资文件序号姓名单位工资工龄补贴房租水电1.1引言试建立该系统的数据结构。文件系统：建立与上述结构相同的四个文件。数据库系统：（分三步进行）第一步：建立全局数据逻辑结构。数据的组织、存储与应用程序相分离独立进行，全面综合地考虑数据的组织，从整个系统的效率、性能出发来组织数据。第二步：建立局部数据逻辑结构。面向各个具体用户，从满足用户的需求出发，从全局数据逻辑结构导出各自所需的基本结构。1.1引言第三步：建立数据物理结构。面向物理存储、在保证全局数据逻辑结构的前提下，权衡系统的空间利用、效率等，按物理存储的最佳形式来组织文件结构。第一层水电房租学时课程名经费科研名称工资工龄单位职称年龄性别姓名序号第二层单位职称年龄性别姓名序号经费科研名称序号学时课程名序号水电房租工资工龄序号第三层1.1引言相关的几个概念数据库(DB)：按一定结构组织存储的、集成的、可共享的数据的集合。数据库管理系统(DBMS)：管理和维护数据库的系统软件。数据库系统(DBS)：具有管理数据库功能的计算机系统。DBDBMS主机外存1.1引言DBMS的软件地位DBS的层次关系用户、应用软件DBMSOSDB开发工具OS硬件用户DBMS应用软件1.1引言（2）数据的共享性高、冗余度低、易扩充数据库的共享是并发的共享。（3）数据独立性高这是由数据库系统的体系结构决定的。（4）数据由DBMS统一管理和控制DBMS应提供下列功能：①数据安全性②数据完整性③并发控制④数据库恢复1.1引言文件系统中的文件与数据库系统中文件的本质区别：文件系统中的文件是面向应用的，一个文件基本对应一个应用程序，文件之间不存在联系,数据冗余大；数据库系统中的文件是面向整个应用系统，文件之间相互联系，减少了数据冗余，实现了数据共享。注意：1.2数据模型数据库是一个结构化的数据集合，这个结构要使用数据模型来描述现实世界中事物间的联系。数据模型—是表示数据及其联系的模型。数据模型分类概念模型（也称语义模型）（常用E-R模型）结构数据模型（简称数据模型）（层次模型、网状模型、关系模型）注意：语义模型强调语义表达能力，建模容易、方便、概念简单、清晰，易于用户理解。它是一种独立于计算机系统的模型。1.2数据模型结构数据模型着重于具体描述数据的数据结构。能否一步到位，只建立结构数据模型呢？回答：可以，但更多是采用分二步的设计方法。因为构造数据模型不是件简单的事，它既要模拟现实世界，又要考虑数据结构，存取效率等一系列因素，使问题变得复杂，对此，人们通过一个中间步骤，先用E-R模型反映实体及其联系，再从E-R模型出发结合具体数据模型进行转换。1.2数据模型1.信息的三个世界现实世界认识、分析、抽象DBMS支持的数据模型机器世界概念模型信息世界描述规范转换信息世界的基本概念：实体1.2数据模型属性简单属性和复合属性单值属性和多值属性存储属性和派生属性属性域码（Key)实体型(实体的结构和属性)实体集(实体的集合)机器世界：识别、存储、处理1.2数据模型三个世界术语间关系信息世界机器世界现实世界实体内联系学生学号姓名年龄性别籍贯学生1990927胡伟22男湖南学生2990652张春明24男湖北学生3991091程会军23男山西学生4990676王翌22女四川实体值1→型→实体值3→实体值4→←值1←值2←值3←值4←型↑事物↑特征现实世界实体↓↓属性记录↓项↓机器世界信息世界实体之间的联系1.2数据模型2.概念模型及其扩展实体型间的联系:1：11：mm：n例：系---系主任(1:1)学生---座位(1:1)班级---学生(1:m)公司---职员(1:m)学生---课程(m:n)运动员---项目(m:n)设实体集：AB1.2数据模型E-R图:实体属性联系no学生s课程cS-Cagenamecnocnamesum?总分:sum?成绩:scorescore例1：注意：(1)联系也可以有属性。(2)实体间的联系不仅存在于两个实体之间，也可以存在于一个或两个以上的实体间。1.2数据模型实体型间联系的表示:两实体型间多实体型间同一实体集内部门D职工EE-D联系名实体型A实体型B11nm1n供应商供求项目零件pmn供应商项目零件1.2数据模型职工工号姓名年龄民意测验性别职称领导1m零件代号名称数量价格组装mn1.2数据模型扩充的E-R模型---EE-R模型(1)实体集可继承增加了IS-a联系（超-子联系）。超实体集：矩形表示。子实体集：两端双线的矩形表示。超-子联系：直线带小圆圈表示。学生研究生学号姓名年龄研究方向导师姓名生源类别学生与研究生关系的EE-R图表示1.2数据模型（2）实体集可嵌套属性可以是某个实体集。实体集的嵌套关系用有向线段表示。学院院长学院名学院地址院长编号办公地址姓名职称电话号码学院与院长关系的EE-R图表示1.2数据模型3.数据模型的组成及新特征数据模型组成的要素（1）数据结构（描述系统的静态特性）数据结构是指实体类型和实体间联系的表达和实现。（2）数据操作（描述系统的动态特性）数据操作是指对数据库各种对象允许执行的操作集合。（3）数据的约束条件是一组完整性规则的集合。数据模型的新特征（1）数据特征数据可以是多维的、易变、多态的。1.2数据模型（2）数据结构数据类型更丰富；数据格式多样化。（3）数据操作包含特殊的操作（如：执行、领域搜索、浏览和时态查询等）、数据的互操作性、数据操作的主动性。数据模型的分类（1）三种基本数据模型层次模型、网状模型、关系模型。（2）面向对象模型（3）谓词模型（4）扩充的数据模型1.2数据模型4.层次模型(1)数据结构树结构记录类型1:n的联系R1R3R2R4R5选课联系任课联系课程号课程名学分学号姓名性别年龄籍贯教师号教师名职称课程学生教师层次数据库的型与值：见P23层次模型的基本特点：需按路径查看给定记录的值。1.2数据模型（2）转换为层次树结构的方法①将多对多联系转换为层次结构方法：引入冗余结点将一个多对多联系转换为两个一对多联系。例②将非树型结构转换为树型结构•引入冗余结点法方法：先取一个无父结点的结点作为第一棵树的根，然后填上其孩子和孙子。如果还有在第一棵树中没有出现过的结点，则按相同的方法造第二、三…棵树，直到所有的结点都出现在已造的树中为止。1.2数据模型•引入虚拟结点法方法：造树过程与引入冗余结点法相似，不同的是对已出现过的结点用该结点的虚拟结点代之。虚拟结点是一个指针，指向所代替的结点。优点：减少了存储空间的浪费，易于维护数据的一致性。缺点：结点存储位置的移动会引起虚拟结点中指针的修改。例1.2数据模型(3)数据操纵与完整性约束数据操纵：查、插、删、改结点值需满足完整性约束条件：插入：无双亲不能插子女；删除：删双亲则子女无；修改：保证一致性。(4)存储结构1）邻接法：按树前序序列依次存放记录值参见P.26图1.15(c)2）链接法层次序列链接法子女-兄弟链接法参见P.26图1.15(d)1.2数据模型5.网状模型(1)数据结构图结构（更多采用DBTG的系结构）系结构以记录类型为结点的二级树。L1L2RiRjRk系主成员网状模型m:n联系的表示分解法：例1.2数据模型(2)网状模型的操纵与完整性约束①一个记录型不能在同一个系型中既是主记录型又是属记录型。②一个记录不能出现在同一系型的多个系值中。③任何一个系值中至多只有一个主记录。④插入一个新记录时，必须遵守插入系籍约束。⑤删除一个记录时，必须遵守删除系籍约束。(3)存储结构链接法(P.30图1.20）s1C1S1c190S1c292S3c176S2c187S4c1651.2数据模型6.关系模型(1)数据结构属性元组学号姓名年龄关系元组属性、分量主码(主Key)域元数（度、目）关系模式：关系结构的描述R(A1，A2，A3，….An)表结构主码关系名属性名例：学生(学号，姓名，年龄)9801黄林199802李红209803张英21…………….9830王刚201.2数据模型(2)操纵与完整性约束数据操纵：查、插、删、改结点值需满足关系的完整性约束条件(3)存储结构表以文件形式存储课程号课程名学分课程学号姓名性别年龄籍贯教师号教师名职称学生教师学号课程号成绩选课课程号教师名任课表结构1.2数据模型层次模型、网状模型、关系模型比较：层、网关系数据结构：复杂简单联系表示：指针链接二维表出现年代68，6970理论基础无关系规范化理论查询效率较高较低数据独立性较差较高DML操作方式过程式非过程式1.3数据库系统结构从DBMS角度看（DBS内部的体系结构）：外部级概念级内部级从DB用户角度看（DBS外部的体系结构）单用户结构主从结构分布式结构客户/服务器结构1.3数据库系统结构模型与模式的区别：模型是以图形来表示的，给人以直观清晰、一目了然之感。但计算机是无法识别的，必须用一种语言来描述它，即DDL。模式是对模型的描述。1.数据库系统的三级模式结构外模式（子模式）局部数据逻辑结构和特征的描述。（多个）概念模式（模式）全局数据逻辑结构和特征的描述。（一个）。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构，还要定义与数据有关的安全性、完整性要求。内模式（存储模式、物理模式）数据物理结构和存储方式的描述。（一个）1.3数据库系统结构应用1模式DB应用3应用m…...外模式1外模式2外模式n变换1变换2内模式应用2…...概念视图内部视图外部视图•三级模式间的联系：模式是内模式的逻辑表示；内模式是模式的物理实现；外模式是模式的逻辑子集。1.3数据库系统结构数据库的二级映象功能外模式/模式映象(变换1)模式/内模式映象(变换2)（1）实现逻辑数据到物理数据的转换（2）实现数据独立性外模式/模式映象：实现数据逻辑独立性模式/内模式映象：实现数据物理独立性1.3数据库系统结构2.数据抽象---三级数据库用户级:以外模式为结构建立起的数据库。概念级:以概念模式为结构建立起的数据库。物理级:以内模式构建起来的数据库。3.数据库系统的体系结构从最终用户角度看，数据库系统分为：(1)单用户结构所有应用程序、DBMS、数据都装在一台计算机上，由一个用户独占。缺点：数据冗余大，数据不共享。1.3数据库系统结构(2)主从式结构一个主机带多个终端的多用户系统。主机上：应用程序、DBMS、数据库终端：各用户通过主机的终端并发存取数据库，共享数据资源。缺点：终端数目增加时，主机负担过重，系统性能下降。（3）客户/服务器结构（Client/Server)C/S体系结构的关键在于功能的分布上。从数据库角度看，把