数据库系统概论(第五版)课件

课程安排总学时：32学时，其中24学时理论，8学时上机关于教材教材数据库系统概论(第五版)，王珊,萨师煊著高等教育出版社，2014.12参考书《数据库系统导论(AnIntroductiontoDatabaseSystems)》（第七版）C.J.Date著，机械工业出版社，数据库领域中的权威著作。(剑桥大学)《数据库系统概念(DatabaseSystemConcepts)》（第六版）Silberschatz著，机械工业出版社。(耶鲁大学)学习方式及要求听课读书独立完成作业积极答疑按时上课认真完成上机实验数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystems第一章绪论第一章绪论1.1数据库系统概述1.2数据模型1.3数据库系统结构1.4数据库系统的组成1.5小结数据库的地位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。是学习动态网站课程的必不可少的知识；在毕业设计和以后的工作中都能用到；第一章绪论1.1数据库系统概述1.1.1四个基本概念1.1.2数据管理技术的产生和发展1.1.3数据库系统的特点1.1.1四个基本概念数据(Data)数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS)一、数据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文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等数据的特点数据与其语义是不可分的数据举例数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的。例如93是一个数据语义1：学生某门课的成绩语义2：某人的体重语义3：某个年级的学生人数语义4：请同学给出。。。数据举例学生档案中的学生记录（李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，1990）语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、入学时间解释：李明是个大学生，1972年5月出生，江苏南京市人，1990年考入计算机系请给出另一个解释和语义二、数据库数据库的定义数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库的基本特征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易扩展三、数据库管理系统什么是DBMS位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。是基础软件，是一个大型复杂的软件系统DBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据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、存储和管理分类组织、存储和管理各种数据确定组织数据的文件结构和存取方式实现数据之间的联系提供多种存取方法提高存取效率数据操纵功能提供数据操纵语言(DML)实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)DBMS的主要功能数据库的事务管理和运行管理数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制保证数据的安全性、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)数据库初始数据装载转换数据库转储介质故障恢复数据库的重组织性能监视分析等其它功能DBMS与网络中其它软件系统的通信两个DBMS系统的数据转换异构数据库之间的互访和互操作四、数据库系统什么是数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）在计算机系统中引入数据库后的系统构成数据库系统。数据库系统的构成数据库数据库管理系统（及其开发工具）应用系统数据库管理员数据库应用系统应用开发工具操作系统数据库管理系统数据库管理员用户用户用户数据库系统1.1数据库系统概述1.1.1四个基本概念1.1.2数据管理技术的产生和发展1.1.3数据库系统的特点数据管理技术的产生和发展什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护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(20世纪40年代中--50年代中)文件系统阶段(20世纪50年代末--60年代中)数据库系统阶段(20世纪60年代末--现在)一、人工管理阶段时期20世纪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处理方式批处理人工管理阶段(续)特点数据的管理者：用户（程序员），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：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段)应用程序1数据集1应用程序2数据集2应用程序ｎ数据集n...…...…人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系二、文件系统阶段时期20世纪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、批处理文件系统阶段(续)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、冗余度大数据的结构化：记录内有结构,整体无结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的对应关系(文件系统阶段)应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n存取方法...…...…文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系文件系统中数据的结构记录内有结构。数据的结构是靠程序定义和解释的。数据只能是定长的。可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。文件间是独立的，因此数据整体无结构。可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系。数据的最小存取单位是记录。三、数据库系统阶段时期20世纪60年代末以来从文件系统到数据库系统标志着数据管理技术的飞跃产生的背景应用背景大规模管理硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列软件背景有数据库管理系统处理方式联机实时处理,分布处理,批处理1.1数据库系统概述1.1.1四个基本概念1.1.2数据管理技术的产生和发展1.1.3数据库系统的特点1.1.3数据库系统的特点整体数据结构化数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制数据结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一整体结构化不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系文件系统的记录示例学生文件的记录结构课程文件的记录结构学生选课文件的记录结构文件中记录内部有结构，但记录间无联系联系电话住址年龄系性别姓名学号学时课程名课程号成绩课程号学号数据库整体数据结构化学号课程号成绩学号姓名性别年龄系别日期学校学历名家庭出身籍贯政治面貌姓名与本人关系详细情况日期奖惩条目数据库系统实现整体数据结构化课程号课程名学时数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。数据共享的好处减少数据冗余，节约存储空间避免数据之间的不相容性与不一致性使系统易于扩充数据独立性高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。数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的数据由DBMS统一管理和控制DBMS提供的数据控制功能(1)数据的安全性（Security）保护保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。(2)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。(3)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。(4)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。应用程序与数据的对应关系(数据库系统)DBMS应用程序1应用程序2数据库…数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系第一章绪论1.1数据库系统概述1.2数据模型1.3数据库系统结构1.4数据库系统的组成1.5小结1.2数据模型1.2.1两大类数据模型1.2.2数据模型的组成要素1.2.3概念模型1.2.4最常用的数据模型1.2.5层次模型1.2.6网状模型1.2.7关系模型数据模型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1.2.1两大类数据模型数据模型分为两类（分属两个不同的层次）(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，用于数据库设计。(2)逻辑模型和物理模型逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。两大类数据模型(续)客观对象的抽象过程---两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。两大类数据模型(续)DBMS支持的数据模型概念模型认识抽象信息世界机器世界现实世界中客观对象的抽象过程现实世界现实世界概念模型数据库设计人员完成逻辑模型物理模型由DBMS完成概念模型逻辑模型数据库设计人员完成1.2数据模型1.2.1两大类数据模型1.2.2数据模型的组成要素1.2.3概念模型1.2.4最常用的数据模型1.2.5层次模型1.2.6网状模型1.2.7关系模型1.2.2数据模型的组成要素数据结构：描述数据库的组成对象以及对象之间的联系。数据操作：对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。主要是查询和更新两大类操作。完整性约束条件：一组完整性规则。1.2.3概念模型信息世界中的基本概念两个实体型之间的联系两个以上实体型之间的联系单个实体型内的联系概念模型的一种表示方法一个实例一、信息世界中的基本概念(1)实体（Entity）(2)属性（Attribute）(3)码（Key）(4)域（Domain）(5)实体型（EntityType）(6)实体集（EntitySet）(7)联系（Relationship）二、两个实体型之间的联系实体型A联系名实体型B111:1联系实体型A联系名1n1:n联系实体型A实体型B联系名mnm:n联系实体型B用图形来表示两个实体型之间的这三类联系二、两个实体型之间的联系（续）一对一联系（1:1）实例一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职定义：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（也可以没有）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班级班级-班长班长111:1联系两个实体型之间的联系(续)一对多联系（1：n）实例一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习定义：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班级组成学生1n1:n联系两个实体型之间的联系(续)多对多联系（m:n）实例课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程定义：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中也有m个实体（m≥0