第1章数据库系统概论

4-1第1章数据库系统概论1.1数据处理技术发展经历数据信息的符号表示数据处理维护操作：增加、删除、修改等管理操作：查找、分类、统计等如何准确地获取、表示数据？如何高效地存储、处理数据？1.1.1人工管理阶段人工（手工）生成、使用、维护数据；(1)数据不保存(2)应用程序管理数据(3)数据不共享(4)数据不具有独立性1.1.2文件管理阶段根据应用需要，将数据按其内容、结构和用途组成若干文件，由操作系统统一管理。数据文件可以为多个程序使用。4-2问题：数据冗余；文件结构的任一变化，都会影响到应用程序；独立定义的文件，不能完整的反映数据间的联系。1.1.3数据库管理阶段数据库DB(DataBase)：长期存储在计算机内的大量的、有结构的、可共享的数据集合。数据库管理系统DBMS(DataBaseManagementSystem)：对数据库进行统一管理，并负责执行用户、应用程序对数据库的全部操作。数据结构化不仅描述数据，而且描述数据之间的关系。共享性高冗余度低。数据独立于程序数据逻辑/物理结构的变动不影响程序统一的数据定义功能定义数据库中的数据对象统一的数据操作功能数据插入、修改、删除、查询统一的控制功能安全性控制、一致性控制、并发性控制、数据库恢复。4-31.1.4分布式数据库管理阶段通过计算机网络把分布在不同地域、不同网络、不同类型的数据库系统连接起来，统一管理。本章内容框架数据库系统是由多种角色共同构建的。需要从多个视角去理解其中的技术。面向对象作用概念模型用户用户和数据库设计人员间的交流工具。逻辑模型DBMS描述数据的结构特点和结构约束。物理模型操作系统描述数据的存储方式和存取方法1.2概念模型程序员的任务：将用户眼里的信息世界转换为ER模型。1.2.1ER模型的概念1、实体(Entity)实体客观存在并可相互区分的事物。如：学生(学号，姓名，性别，年龄)课程(课程号、课程名、课时、学分)实体集同类型实体的集合。有实体名。实体型对同类实体的共有特征(属性)的结构定义。由实体名及其属性名集合表示。实体值一个实体的具体描述。2、联系(Relationship)联系指实体之间的相互关系。如：选课（学生和课程）、订单（顾客与商品）、讲座（教师与学生）、比赛（球队与球队）……联系集同一类联系的集合。如：一个班级同学的所有选课、4-4一次展销会上的全部订单、一次会议安排中的全部讲座、一次比赛活动中的所有比赛场次……联系元数一个联系中所涉及的实体型的个数。二元联系：涉及到两个实体型。一元联系：涉及到一个实体型。三元联系：涉及到三个实体型。如：购买顾客售货员商品联系和实体没有本质区别，只是含有较多的与其他实体相关的特征。3、属性(Attribute)属性实体或联系所具有的一种特征、性质。域属性值的取值范围。码(关键字)实体间相互区别的一种唯一标识。（一个属性或属性集）4、联系分类两个实体之间的联系方式一对一联系对于实体集A中的每一实体，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。一对多联系对于实体集A中的每一实体，实体集B中有N个实体(N≥0)与之联系。反之，对于实体集B中每一实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系。多对多联系对于实体集A中的每一实体，实体集B中有N个实体(N≥0)与之联系，对于实体集B中每一实体，实体集A中有M个实体(M≥0)与之联系。4-5例：学生集A和床铺集B学院集A和学生集B课程集A和学生集B1.2.2ER模型1、基本构件图形符号实体矩形（其中含实体名）联系菱形（其中含联系名）属性椭圆（其中含属性名）连接线实体、联系与属性之间的所属关系；实体与联系之间的相连关系；4-62、图例学生选课ER图选课课程学生讲授教师姓名学号成绩课程名成绩教师姓名学分课程号教师号职称购物过程ER图订货单顾客售货员库房收款单收银员提货单从属提货员货物归属柜台1.3逻辑模型逻辑模型：描述数据的结构特点和结构约束。程序员的任务：将ER模型转换为DBMS支持的逻辑模型。DBMS支持的逻辑模型有：层次、网状、关系、对象。4-71.3.1层次模型（树）学校系部教务处教研室班级除根结点外，每个结点只能有一个双亲结点，可以有N(N=0)个孩子结点。父子关系：表示一个1对多的联系。1.3.2网状模型（图）扩展了层次模型，允许一个结点有多个双亲。1.3.3关系模型关系数据模型有着坚实的理论支持，它是建立在集合论、数理逻辑、关系理论等数学理论基础之上的。并且关系数据模型结构简单，符合人们的逻辑思维方式，很容易被人们所接受和使用，很容易在计算机上实现，很容易从概念数据模型转换过来。1、关系模型的定义关系模型二维表格结构。每个二维表称做一个关系。关系的型二维表的表头。关系的值表体（内容）元组关系中的每一行数据（记录）属性关系中的每一列数据关系中不允许出现重复元组，属性名必须各不相同。元组、属性的顺序无所谓。4-82、关系模型的应用举例表示实体的示例：学生表、课程表。表示联系的示例：选课表。3、关系定义所有数据以关系的形式定义和保存；所有关系的定义（关系的型）也以关系的形式定义和保存。保存关系定义的关系：称为该数据库的元关系、元数据、系统数据、系统数据字典等。由DBMS自动维护。4、关系数据模型的优点数据结构单一：符合人的习惯，也便于实现。采用集合运算：一次一个集合。数据完全独立：操作要求与数据无关。数学理论支持：集合论、数理逻辑。1.3.4对象数据模型对象型：类对象值：一个具体事物（实体）对象具有封装性、继承性和多态性，能极大的提高软件的复用性，提高系统的扩展性。1.4数据库系统简介1.4.1数据库系统构成数据库系统DBS(DataBasesystem)：安装了数据库、数据库管理系统、数据库应用系统的计算机系统。DBS的组成：数据库、DBMS、应用开发工具、数据库应用系统、数据库管理员和用户构成。1.4.2数据库系统用户数据库管理员(DBA)负责整个DBS的建立、运行、维护、监控、用户管理等工作。4-9数据库设计员根据某一方面的应用需求，在DBA的支持参与下，建立概念模型和逻辑模型。应用程序员根据已有的DBS，利用开发工具(如VB)，开发直接满足用户需求的应用系统。终端用户应用系统的使用者。1.4.3数据库体系结构DBS通采用三级模式结构：外模式、模式、内模式。模式也称概念模式、逻辑模式、全局模式。是对整个数据库逻辑结构和特征的描述。包括所有实体、联系的定义，以及对安全性、一致性的要求。内模式也称存储模式、物理模式。是对整个数据库的存储结构和特征的描述。在关系模型中，由DBMS自行确定外模式也称子模式、应用模式、局部模式。是数据库在某个方面应用所涉及的逻辑结构的描述。是终端用户和应用程序员所见到的数据库，它是整个数据库模式的一个子集。1.4.4使用数据库系统存取数据过程1、用户向DBMS发出读写的请求；2、DBMS核查用户的存取权限；3、DBMS查看外模式到模式的映象，确定在模式中的数据定义；4、DBMS查看模式到内模式的映象，确定在内模式中的数据定义；5、DBMS向操作系统发送写数据的命令；6、操作系统完成命令后，DBMS取出数据，并进行内模式到模式、模式到外模式的数据转换；7、DBMS把数据交给用户。4-10习题答案：1.6.1选择题1.若实体A和B是多对多的联系，实体B和C是1对1的联系，则实体A和C是（多）对（多）的联系。2.若实体A和B是1对多的联系，实体B和C是1对多的联系，则实体A和C是（1）对（多）的联系。3.若实体A和B是1对多的联系，实体B和C是多对1的联系，则实体A和C是（多）对（多）的联系。4-114.若实体A和B是多对1的联系，实体B和C是1对1的联系，则实体A和C是（多）对（1）的联系。1.6.2填空题1.独立、联系2.做什么、怎么做3.记录、数据项（属性、字段）4.文件、数据库5.二元、一元6.主属性、非主属性7.取值范围、28.1对1、1对多（多对1）、多对多9.多、多10.记录型、1对多11.过程、集合12.树、二维表格13.元组、属性14.1、n15.关系定义、DBMS16.封装、继承、多态17.模式、内模式、外模式18.逻辑、物理19.系统、用户1.6.3问答题1.数据处理技术经历了人工管理、文件系统、数据库系统、以及分布式数据库系统等四个发展阶段。4-122．数据库系统具有数据结构化、数据共享、数据相对独立、数据粒度小、数据操作界面独立、由DBMS统一管理等优点。3．DBMS具有系统和数据的安全性、一致性、并发性和数据库恢复等管理控制功能。4．数据库的逻辑数据模型主要有层次、网状、关系和对象四种。5.关系数据库系统具有数据结构单一、采用集合运算、数据完全独立、数学理论支持等优点。6．数据库系统中具有数据库管理员、数据库设计员、应用程序设计员和终端用户四种。7．数据库查询语言SQL具有数据定义、查询、更新和控制等四种主要的操作功能。