49数据库原理 第一章 系统概论

-1-郭捷[e-mail]上海交通大学信息安全工程学院数据库原理ThePrincipleofDatabase-2-教学参考书教材：王珊，萨师煊：数据库系统概论(第四版)，高等教育出版社，2006年5月参考书：AFirstCourseinDatabaseSystems(2ndEdition)，Jeffrey.D.Ullman,JenniferWidom，Dept.ofComputerScience,StanfordUniversity-3-学习方式听课（启发式、讨论式）读书（预习、复习、课外文献阅读）作业（课后习题、综合练习、动手能力训练）-4-教学安排34课时，2015年3月～2015年4月（1-8周）每周二上午3-4节，周五下午7-8节（中院207）考核方法：1）期末闭卷考试（总成绩的70%）2）课堂考勤和课后作业（总成绩的10%）3）课外大作业（总成绩的20%）-5-课件下载课件下载：1.登录：用户名：guojie；密码：public3.课件密码：IS215课后作业：1.每次课前将会讲解上节课的课后作业；2.请在每次上课前，把上节课的作业交到老师这里，作业讲解后不再接收本次作业！-6-教学纲要第一章数据库系统概论4学时第二章关系模型和关系运算理论6第三章关系规范化基础4第四章结构化查询语言SQL6第五章数据库应用系统设计6第六章数据库安全技术4大作业+课后习题4共计34学时-7-1.数据库系统概述2.数据模型3.数据库系统结构4.数据库系统的组成5.数据库技术的研究领域第一章数据库系统概论-8-1.关系模型概述2.关系数据结构3.关系操作4.关系的完整性5.关系代数第二章关系模型和关系运算理论-9-1.问题的提出2.数据依赖3.关系规范化第三章关系规范化基础-10-1.SQL概述2.数据定义3.数据查询4.数据更新5.视图第四章结构查询语言SQL-11-1.数据库设计概述2.需求分析3.概念结构设计4.逻辑结构设计5.数据库物理设计6.数据库实施和维护第五章数据库设计-12-1.计算机安全性概述2.数据库安全性控制3.视图机制4.审计5.数据加密6.统计数据库安全性第六章数据库安全-13-1.数据库系统概述2.数据模型3.数据库系统结构4.数据库系统的组成5.数据库技术的研究领域第一章数据库系统概论-14-数据库的地位数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，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，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透；数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志；-15-四个基本概念数据(Data)数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS)-16-数据(Data)数据(Data)是数据库中存储的基本对象。数据的定义：描述事物的符号记录;数据的种类：数值、文字、图形、图象、声音、视频等;数据的特点：数据与其语义是不可分的;-17-数据举例学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容!数据的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系-18-数据库人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息。数据库的定义◈数据库(Database,简称DB)，是永久储存在计算机内、有组织、可共享的大量数据集合。-19-数据库举例-20-数据库的特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存；可为各种用户共享；冗余度较小；数据独立性较高；易扩展；-21-数据库管理系统什么是DBMS数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS），是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。DBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据;-22-DBMS的主要功能数据定义功能提供数据定义语言(DDL)，定义数据库中的数据对象数据组织、存储、管理功能文件结构和存取方式，数据如何联系？提高存储空间利用率、方便存取数据操纵功能提供数据操纵语言（DML），操纵数据实现基本操作(查询、插入、删除和修改)-23-DBMS的主要功能数据库的事物管理和运行管理保证数据的安全性、完整性多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复数据库的建立和维护功能(实用程序)数据库数据批量装载和转储介质故障恢复数据库的重组织性能监视等-24-数据库系统数据库系统数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS），是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。数据库系统的构成由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。-25-数据库系统结构图-26-数据管理技术数据管理技术对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。数据管理技术的发展过程人工管理阶段(40年代中--50年代中)文件系统阶段(50年代末--60年代中)数据库系统阶段(60年代末--现在)-27-人工管理时期40年代中--50年代中产生的背景应用需求：科学计算硬件水平：无直接存取存储设备软件水平：没有操作系统处理方式：批处理-28-人工管理特点数据的管理者：应用程序，数据不保存。数据面向的对象：某一应用程序数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的结构化：无结构数据控制能力：应用程序自己控制-29-程序与数据对应关系（人工管理）-30-文件系统时期50年代末--60年代中产生的背景应用需求：科学计算、管理硬件水平：磁盘、磁鼓软件水平：有文件系统处理方式：联机实时处理、批处理-31-文件系统特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序数据的共享程度：共享性差、冗余度极大数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序数据的结构化：记录内有结构,整体无结构数据控制能力：应用程序自己控制-32-程序与数据对应关系（文件系统）-33-数据库系统时期60年代末以来产生的背景应用需求：大规模管理硬件水平：大容量磁盘软件水平：有数据库管理系统处理方式：联机实时处理,分布处理,批处理-34-数据库系统特点数据的管理者：DBMS数据面向的对象：现实世界数据的共享程度：共享性高数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的结构化：整体结构化控制能力：由DBMS统一管理和控制-35-程序与数据对应关系（数据库系统）-36-数据的结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。数据库中实现的是数据的真正结构化数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释。数据可以变长。数据的最小存取单位是数据项。-37-数据的独立性物理独立性指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。逻辑独立性指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。-38-数据的高共享性降低数据的冗余度，节省存储空间避免数据间的不一致性使系统易于扩充-39-DBMS对数据的控制能力数据的安全性（Security）保护使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。数据的完整性（Integrity）检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。-40-DBMS对数据的控制能力并发（Concurrency）控制对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。数据库恢复（Recovery）将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。-41-1.数据库系统概述2.数据模型3.数据库系统结构4.数据库系统的组成5.数据库技术的研究领域第一章数据库系统概论-42-数据模型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。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。数据模型应满足三方面要求：能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现-43-数据模型数据模型分成几个不同的层次：(1)概念模型也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。(2)逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。(3)物理模型数据最低层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法。-44-客观对象的抽象过程---两步抽象-45-数据模型的组成要素数据结构数据操作数据的约束条件-46-数据结构什么是数据结构？对象类型的集合描述的内容：与对象的类型、内容、性质有关；与数据之间联系有关的对象；数据结构是对系统静态特性的描述。-47-数据操作数据操作对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则；数据操作的类型检索更新（包括插入、删除、修改）-48-数据操作数据模型对操作的定义：操作的确切含义操作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述。-49-数据的约束条件一组完整性规则的集合；完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则；完整性规则可以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容；-50-数据的约束条件数据模型对约束条件的定义反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。-51-概念模型概念模型的用途：概念模型用于信息世界的建模；是现实世界到机器世界的一个中间层次；是数据库设计的有力工具；数据库设计人员和用户之间进行交流的语言；对概念模型的基本要求：较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识；简单、清晰、易于用户理解。-52-信息世界的基本概念(1)实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2)属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。(3)码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。-53-信息世界的基本概念(4)域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域。(5)实体型（EntityType）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型(6)实体集（EntitySet）同型实体的集合称为实体集-54-信息世界的基本概念(7)联系（Relationship）现实世界中事物内部以及事物之间的联系，在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。实体型间联系：两个实体型一对一联系（1:1）三个实体型或一对多联系（1:n）一个实体型多对多联系（m:n）-55-两个实体型间的联系-56-两个实体型间的联系一对一联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。实例：班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职-57-两个实体型间的联系一对多联系：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系，记为1:n。实例班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习-58-两个实体型间的联系多对多联系（m:n）如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实