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数据库系统原理主讲：熊清电邮：qingx@swu.edu.cn课程信息教材：王珊，萨师煊：数据库系统概论(第四版)周次：1-18（星期四：1－5学时）学时数：72考核方式：考试成绩百分比内容安排基础篇◦第一章绪论◦第二章关系数据库◦第三章关系数据库标准语言SQL◦第四章数据库安全性◦第五章数据库完整性设计与应用开发篇◦第六章关系数据理论◦第七章数据库设计◦第八章数据库编程系统篇◦第九章关系查询处理和查询优化◦第十章数据库恢复技术◦第十一章并发控制◦第十二章数据库管理系统第一至第十一章是本科专业的基本教程第十二至第十七章是高级教程数据库系统概论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(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◦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（数据的含义）是不可分的数据举例193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。。。数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的数据举例2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年考入计算机系二、数据库(Database)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◦易扩展红字标注为三个基本特点三、数据库管理系统(DBMS)什么是DBMS（定义）◦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(DataDefinitionLanguage,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(DataManipulationLanguage,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(DBS)什么是数据库系统（DBS）在计算机系统中引入数据库后的系统构成数据库系统。简称数据库数据库系统的构成◦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(DataBaseAdministrator,DBA)P5课本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)数据管理技术的产生和发展(续)数据管理技术的发展动力（了解）◦应用需求的推动◦计算机硬件的发展◦计算机软件的发展一、人工管理阶段（结合课本P7）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人工管理阶段特点二、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文件系统...…...…文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系文件系统阶段特点三、数据库系统阶段时期◦20世纪60年代末以来产生的背景◦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,批处理应用程序与数据的对应关系(数据库系统阶段)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数据库系统阶段特点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课程号课程名学时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。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最常用的逻辑数据模型1.2.5层次模型1.2.6网状模型1.2.7关系模型数据模型定义：数据模型是对现实世界的模拟（对象的静态特性、动态特性、联系）。用途：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。要求：◦1、能比较真实地模拟现实世界◦2、容易为人所理解◦3、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(conceptualmodel)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层次模型(hierarchicalmodel)、网状模型(networkmodel)、关系模型(relationalmodel)、面向对象模型(objectorienteddatamodel)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（现实世界抽象为信息世界）；◦把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。（信息世界转换成机器世界）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概念模型逻辑模型数据库设计人员完成逻辑模型物理模型DBMS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数据操作完整性约束条件一、数据结构定义◦描述数据库的组成对象以及对象之间的联系描述的内容◦与数据类型、内容、性质有关的对象◦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举例：学生选课系统的数据结构属性类型空说明学号CHAR(8)码姓名CHAR(10)N性别INTN0男1女专业CHARY属性类型空说明学号CHAR(8)分别是外码一起是主码课程号CHAR(8)成绩INTY0==100属性类型空说明课程号CHAR(8)码课程名CHAR(30)N学时INTN学生关系模式课程关系模式学生选课关系模式二、数据操作定义◦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◦查询◦更新(包括插入、删除、修改)数据操作是对系统动态特性的描述三、数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件是一组完整性规则的集合。完整性规则◦定义：是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则◦用途：用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。举例：学生选课系统的数据操作及完整性约束学号姓名性别专业05001李明男计算机05010王丽女计算机05130张伟男数控06008刘力男数控课程号课程名学时J001C语言64J002数据结构48J012AutoCAD48学号课程号成绩05001J0018505010J0019005130J0128905001J00209130J002J003数据库5609030李平男计算机05001J00375不符合参照完整性180不符合用户定义的完整性80学生关系（值）课程关系（值）选课关系（值）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）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