数据库原理与应用.

1数据库原理与应用主讲人：TelE-mail:机电工程学院2[教材]数据库原理及应用教程（第二版），陈志泊主编，陈志泊王春玲编著，人民邮电出版社，2008.3。[参考书]（1）数据库系统概论，萨师煊，王珊。高等教育出版社。（2）数据库原理与应用，李红主编。高等教育出版社。（3）数据库系统原理，赵莉萍编著。华东理工大学出版社。（4）数据库原理及应用开发，潘瑞芳，朱永玲主编，中国水利水电出版社。（5）数据库原理与应用—基于Access，李春葆，曾平编著。清华大学出版社。3课程内容安排第1章数据库系统概述（5学时）第2章关系数据库（2学时）第3章关系数据库标准语言-SQL（5学时）第4章关系数据库理论（5学时）（难点）第5章数据库安全保护（3学时）第6章数据库设计（4学时）总计：24学时上机实验：SQLServer2000综合练习（6学时）4评分方式期末考试70分；平时作业和出勤15分；上机15分；5第1章数据库系统概述6主要内容信息、数据、数据处理与数据管理数据库技术的产生、发展数据库系统的组成数据库系统的模式结构数据库系统的外部体系结构数据库管理系统数据模型四种数据模型数据库系统的发展数据库技术与其他相关技术的结合7（1）掌握数据库中有关的基本概念、数据库系统的组成及各部分的主要功能。（2）了解数据库管理技术的三个发展阶段及各阶段的主要特点。（3）掌握数据库系统的三级模式结构和两级映象功能（4）重点掌握E-R模型的绘制方法。（5）了解常用的数据模型及特点学习要求81.1信息、数据、数据处理与数据管理1.1.1数据与信息一、信息的定义：信息是关于现实世界事物的存在方式或运动状态的反映的综合。信息的特征：信息源于物质和能量。信息是可以感知的，不同的信息源有不同的感知形式。信息是可以存储、加工、传递、再生。9二、数据数据的定义：数据是对信息的一种符号化表示，即用一定的符号表示信息。尽管信息有多种表现形式，如手势、眼神、图形、声音等，但数据是信息的最佳表现形式。采用什么符号完全是人为规定。三、数据与信息的联系数据是信息的载体，信息是数据的内涵。同一信息可以有不同的数据表示形式；而同一数据也可能有不同的解释。101.1.2数据处理与数据管理数据处理定义：围绕着数据所做的收集、存储、分类、加工、计算等一系列活动称为数据处理。数据管理定义：数据处理的一系列活动中，数据的收集、存储、分类、传输等操作称为基本操作，这些基本操作环节称为数据管理。111.2数据管理技术的发展一、人工管理阶段20世纪50年代中期以前。硬件中的外存只有卡片、纸带、磁带，没有磁盘等直接存储设备；软件只有汇编语言，没有操作系统和专门的数据管理软件，数据由人来管理。计算机主要用于科学计算，数据量不大。随着计算机软硬件技术的发展，数据管理技术经历了人工管理、文件系统和数据库系统三个发展阶段。12人工管理数据的特点：（1）数据不保存。（2）系统没有专门的软件对数据进行管理。（3）数据不共享。（4）数据不具有独立性。应用程序1数据集1应用程序2数据集2数据集3应用程序3图1-1人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系13二、文件系统阶段20世纪50年代后期到60年代中期。这一时期，计算机外存已有了磁鼓、磁盘等存储设备，软件有了操作系统。人们在操作系统的支持下，设计开发了一种专门管理数据的计算机软件，称为文件系统。这时，计算机不仅用于科学计算，而且大量用于数据处理。14用文件系统管理数据具有以下特点：（1）数据以文件的形式长期保存。（2）由文件系统管理数据。（3）程序与数据之间有一定的独立性。文件n应用程序1应用程序2应用程序n文件1文件2文件管理系统……图1-2文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系15用文件系统管理数据还有以下问题：（1）文件中的数据没有结构。（2）数据共享性差、冗余度大、易造成数据不一致。（3）数据独立性差。（4）文件之间相互独立，缺乏联系，不能反映现实世界事物之间的内在联系，不能表示复杂的数据结构。16三、数据库系统阶段20世纪60年代后期开始。随着计算机软硬件的发展，计算机被越来越多地应用于管理领域，且规模越来越大，数据量急剧增加。同时，人们对数据共享的要求也越来越强烈，文件系统的数据管理方法已无法满足应用的需要。因此，为解决多用户、多应用共享数据的需求，使数据为尽可能多的应用服务，出现了数据库技术，出现了统一管理数据的专门软件系统——数据库管理系统。17用数据库系统管理数据具有以下优点：（1）数据结构化（2）数据共享性高，冗余度低（3）数据独立性高（4）有统一的数据控制功能18例如：要建立学生成绩管理系统，包括以下数据结构，分别对应三个数据文件：学生（学号，姓名，性别，系别，年龄）课程（课程号，课程名）成绩（学号，课程号，成绩）1920数据的物理独立性：是指当数据的物理结构（存储结构、存取方式、外部存储设备等）改变时，通过修改（整体逻辑结构和物理结构之间）映射，使数据库整体逻辑结构不受影响，进而用户的逻辑结构以及应用程序不用改变。数据独立性是指数据库中的数据与应用程序间相互独立，即数据的逻辑结构、物理结构以及存取方式的改变不影响应用程序。数据的逻辑独立性：是指当数据库的整体逻辑结构（如修改数据定义、增加新的数据类型、改变数据间的关系等）发生改变时，通过修改（用户逻辑结构和整体逻辑结构之间）映射，使用户的逻辑结构和应用程序不用改变。21为确保数据库数据的正确、有效和数据库系统的有效运行，DBMS提供以下四方面的数据控制功能：①数据的安全性控制防止不合法使用数据库造成数据的泄露和破坏，使每个用户只能按规定对某些数据进行某些操作，保证数据的安全。如用户名，口令，存取权限等。②数据的完整性控制系统通过设置一些完整性规则，确保数据的正确性、有效性和相容性。正确性是指数据的合法性。如年龄，成绩。有效性是指数据是否在其定义的有效范围内。如月份。相容性指表示同一事实的两个数据应相同否则就不相容。如一个人不能有两个性别。22为确保数据库数据的正确、有效和数据库系统的有效运行，DBMS提供以下四方面的数据控制功能：③并发控制多个用户同时存取或修改数据库时，系统可防止由于相互干扰而提供给用户不正确的数据，并防止数据库受到破坏。④数据恢复由于计算机系统的硬件故障、软件故障、操作员误操作或其他故意的破坏等原因，造成数据库中数据的不正确或数据丢失，系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的正确状态。前提是数据库要经常进行数据备份。231.3数据库系统的组成数据库系统（简称DBS）定义：通常把引进了数据库技术的计算机系统称为数据库系统。它主要由数据库、数据库用户、计算机硬件系统、计算机软件系统等几部分组成。（1）数据库数据库（简称DB）定义：是存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。其特点：集成性。可把数据库看成是若干个性质不同的数据文件的联合和统一的数据整体。共享性。数据库中的数据可为多个不同的用户所共享。2425（2）用户用户是指使用数据库的人。他们可对数据库进行存储、维护和检索等操作。用户可分为三类：终端用户、应用程序员、数据库管理员(DBA)。DBA的主要职责：参与数据库设计的全过程，决定整个数据库的结构和信息内容。决定数据库的存储结构和存取策略，以获得较高的存取效率和存储空间利用率。帮助终端用户使用数据库。定义数据的安全性和完整性。监督控制数据库的使用和运行。改进和重组数据库。26（3）软件系统包括数据库管理系统DBMS及其开发工具、操作系统和应用程序。（4）硬件系统存储和运行数据库系统的硬件设备。包括CPU、内存、存储设备、其他外部设备等。27可以从多种不同的角度考查数据库系统的结构。从数据库管理系统的角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，这是数据库系统内部的体系结构；从数据库最终用户的角度看，数据库系统的结构分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户/服务器结构、浏览器/服务器结构，这是数据库系统外部的体系结构。1.4数据库系统的模式结构281.4.1数据库系统的三级模式结构29（1）模式：又称概念模式，是对数据库的整体逻辑结构和特征的描述。在数据库三级模式结构中，数据库模式是数据库的中心与关键，它独立于数据库的其它层次。它即不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，与具体的应用程序以及使用的应用开发工具无关。因此，设计数据库模式结构时，应首先确定数据库的概念模式。DBMS提供模式描述语言（模式DDL）来严格地定义模式。一个数据库只有一个模式。30（2）内模式：又称存储模式，具体描述了数据如何组织存储在存储介质上。内模式依赖于全局逻辑结构，它将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系，按照一定的物理存储策略，以文件形式组织起来，形成一个个存储文件。内模式是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。例如：记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储；索引按照什么方式组织等。DBMS提供内模式描述语言（内模式DDL）定义内模式。一个数据库只有一个内模式。31（3）外模式：是模式的一个子集，故又称子模式。它是数据用户能够看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式是定义在模式之上，对应于不同的用户，用户的应用目的不同、使用权限不同，对应的外模式的定义就不同，每个用户只能使用自己权限范围内能调用的外模式的数据，而无法涉及其他的外模式的数据。一个模式可以有任意多个外模式。DBMS提供子模式描述语言（子模式DDL）来严格地定义子模式。一个数据库有一个或多个外模式。32（4）应用程序：是在外模式描述的数据结构上编制的软件，它依赖于特定的外模式。与数据库的模式和内模式独立。不同的应用程序可以共用同一个外模式。在数据库系统中，外模式、模式、内模式三者之间关系：模式是内模式的逻辑表示；内模式是模式的物理实现；外模式是模式的部分抽取。33三个模式反映了对数据库的三种不同的观点：（1）模式表示了概念级的数据库，体现了对数据库的总体观。（2）内模式表示了物理级的数据库，体现了对数据库的存储观。（3）外模式表示了用户级数据库，体现了对数据库的用户观。341.4.2数据库系统的二级映象（1）外模式/模式映象模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。对应于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映象，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映象定义通常包含在各自外模式的描述中。外模式/模式映象保证了数据与程序的逻辑独立性：当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），由数据库管理员对各个外模式/模式的映象作相应的改变，可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性。35（2）模式/内模式映象数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式/内模式映象是唯一的，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系（例如说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的）。该映象定义通常包含在模式描述中。模式/内模式映象保证了数据与程序的物理独立性：当数据库的存储结构改变时（例如选用了另一种存储结构），由数据库管理员对模式/内模式映象作相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性。361.4.3三级模式结构与二级映像的优点（1）保证数据的独立性。将模式和内模式分开，保证了数据的物理独立性；将外模式和模式分开，保证了数据的逻辑独立性。（2）简化了用户接口。按照外模式编写应用程序，不需了解数据库内部的存储结构和存取方式，对数据库的操作通过DBMS完成。（3）有利于数据共享。同一数据可通过不同的外模式被多个应用访问，减少了数据冗余。（4）有利于数据的安全保密。应用只能对规定的外模式下的数据进行访问，保证了其他数据的安全。371.5数据库的外部体系结构从最终用户角度，数据库系统分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户/服务器结构和