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数据库基础数据库概述一.数据处理技术的发展手工管理阶段特点：(1)数据不保存----不能实现数据共享。(2)数据与程序不可分割。(3)各程序的数据彼此独立----数据冗余。适应场合:数据量较小。数据库概述文件系统阶段–(1)程序和数据分开,有一定的独立性。–(2)数据以文件形式保存，由操作系统按名存取。–(3)实现一定程度的数据共享。–(4)数据文件之间缺乏联系。数据库概述数据库阶段–(1)数据和程序之间彼此独立，实现共享–(2)数据以数据库形式保存，最大限度减少冗余。–(3)专门的数据库管理软件-------DBMS。应用程序1……DBMS应用程序2数据库应用程序n数据库概述分布式数据库系统–数据库技术和计算机网络技术相结合产生：–1）物理上独立，数据分布在网络的不同计算机–2）逻辑上属于一个整体。面向对象的数据库–将程序设计语言中对象的概念引用到数据库中：–1）数据和操作方法作为对象统一管理；–2）可以处理更为复杂的对象；6.1数据库概述我们身边的数据库？什么是数据库？是持久数据的集合，是存储在计算机中的数据的集合银行的用户信息、学校的教师和学生信息、图书馆的图书信息、网页上不断更新的新闻、文献资料……什么是数据库技术？研究如何科学组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据，以及如何保障数据安全，实现数据共享。Internet命令查询结果举例：图书馆===数据库保障图书安全整理、组织、存储最大限度地实现图书的共享高效地查找和管理图书图书馆根据书的特征将它们按学科分类整理，通过建立索引表确定书籍的存放方法；根据索引表按照名称、作者、关键字、出版社等查找存放位置；需要不断地对图书进行购进、丢失处理、借阅、归还等管理工作；对图书使用状况进行科学地分析和统计，作为修改购书计划的依据；图书不能借了不还、阅览室的书不能外借（或只能短期借阅）、重要文献借阅有严格的规章制度、只允许合法用户借阅、限定借阅册数和期限……不允许长期滞留在个人手中、不能被某些院系独占、避免重复购进造成浪费……数据库与图书馆的不同点：数据更具普遍性，数据的多样性和复杂性使得数据的组织和管理更具挑战性，需要一套科学的技术和方法。简而言之，数据库技术就是数据管理的技术。数据库概述•数据库（DB）–指按特定的组织形式将数据保存在存储介质上–特点：（1）在数据库中，不仅包含数据本身，也包含数据之间的联系；（2）数据通过一定的数据模型进行组织，保证有最小的冗余度,有层次、网状和关系模型；（3）各个应用程序共享数据；（4）对数据的各种操作，如定义、操纵等都由DBMS统一进行。二.数据库中的常见概念•数据库管理系统（DBMS）–对数据库进行管理的软件.–功能：（1）定义:定义数据库的结构、数据完整性和其它的约束条件；（2）操纵:实现数据插入、修改、删除和查询；（3）控制:实现数安全控制、完整性控制以及多用户环境下的并发控制；（4）维护:提供对数据的装载、转储和恢复，数据库的性能分析和监测；（5）数据字典，存放数据库各级结构的描述。数据库概述数据库的基本概念数据库系统DataBaseSystem（DBS）是指引入了数据库的计算机系统。一般由数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员(DBA)组成。用户用户用户应用系统DBMSDBADBDBMS是数据库系统的核心•应用程序–利用DBMS开发的应用软件。•数据库管理员（DBA）–负责管理数据库资源；确定用户需求，设计、实现数据库；并负责维护和管理数据库。•数据库系统（DBS）–完整的数据库系统由硬件、数据库、数据库管理系统、操作系统、应用程序、数据库管理员等部分组成。数据库概述应用程序开发工具软件数据库管理系统操作系统硬件数据库管理员用户数据库概述数据库系统（DBS）三.数据库系统的体系结构三级模式–(1)模式(逻辑模式或概念模式)是对数据库中的全部数据的逻辑结构和特征的描述，不涉及数据的物理存储。–(2)外模式(用户模式或子模式)该模式面向用户，是数据库用户看到的局部数据结构和特征的描述，是数据的局部逻辑结构。–(3)内模式(存储模式)描述数据的物理结构、在存储介质上的存储方法和存取策略。数据库概述二级映射–用于三级模式之间的转换。（1）外模式/模式映射–定义外模式和概念模式之间的对应性，这一映射使得概念模式的改变不影响外模式和应用程序，从而达到了数据的逻辑独立性。（2）模式/内模式映射–定义概念模式和内模式之间的对应性，当存储结构改变即修改内模式时，只要相应改变模式/内模式映象，而模式尽量保存不变，从而达到了数据的物理独立性。数据库概述数据库系统的体系结构应用1应用1应用1外模式A外模式B模式内模式数据库OSDBMS外模式/模式映像模式/内模式映像数据模型概念数据模型概念数据模型•从用户的角度•强调对数据对象的基本表示和概括性描述（包括数据及其联系）•不考虑计算机具体实现，与具体的DBMS无关数据模型是对现实世界的数据特征的抽象描述逻辑数据模型物理数据模型逻辑数据模型•从计算机（DBMS）的角度•用于在数据库系统实现。•概念数据模型要转化为逻辑数据模型，才能在DBMS中实现物理数据模型•从计算机（存储介质）的角度•每种逻辑数据模型在实现时，都有其对应的物理数据模型的支持数据模型•概念数据模型–概念数据模型用来建立信息世界的数据模型，强调语义表达，描述信息结构，是对现实世界的第一层抽象。–1)实体：客观存在并且可以相互区别的事物可以是具体的事物，如一个学生,一本书也可以是抽象的事物,如一次考试–2)实体的属性：用于描述实体的特性。如学生用学号、姓名、性别、年龄等属性描述–3)一个实体是若干个属性值的集合。如一个特定的学生用学号、姓名、性别等属性值描述–4)实体集：具有相同属性的实体的集合。如若干个学生实体的集合构成学生实体集数据库概述实体集之间的联系概念：两个实体集之间实体的对应关系称为联系•（1）一对一联系–如果实体集E1中的每一个实体至多和实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然，则称E1和E2是一对一的联系，表示为1:1。–例如:实体集校长和–实体集学校之间的–联系是一对一。数据库概述实体集之间的联系•2）一对多联系–如果实体集E1中的每个实体与实体集E2中的任意个实体有联系，而实体集E2中的每一个实体至多和实体集E1中的一个实体有联系，则称E1和E2之间是一对多的联系，表示为1:n，E1称为一方，E2为多方。–例如，实体集学校和实–体集学生之间是一对多–的联系，一方是实体集–学校，多方是实体集学生实体集之间的联系（3）多对多联系如果实体集E1中的每个实体与实体集E2中的任意个实体有联系，反之，实体集E2中的每个实体与实体集E1中的任意个实体有联系，则称E1和E2之间是多对多的联系，表示为m:n。例如，实体集学生和实体集课程之间是多对多的关系E-R图•E-R图:用图形方式表示实体集之间的联系。•组成：–1）矩形：表示实体集，实体名称写在框内；–2）椭圆：表示实体集或联系的属性，框内标明属性的名称；–3）菱形：表示实体间的关系，框内注明联系名称；–4）连线：连接实体和各个属性、实体和联系，并注明联系种类，即1:1、1:n或n:m。一对一联系实体集之间的联系一对多联系多对多联系学校1学校2学校3……学校n校长1校长2校长3……校长n学校校长班级1班级2班级3……班级n学生1学生2学生3……学生n班级学生1：11：n课程1课程2课程3课程4课程5……课程n学生1学生2学生3学生4学生5……学生n课程学生m：n•E-R模型的表示方法–实体——用矩形表示–属性——用椭圆形表示–联系——用菱形表示课程课程号课程名学分学生课程选课成绩mn院系班级组成1n班主任班级负责11成绩类型1：11：nm：n举例：网上成绩查询管理系统的E-R图学生课程选课mn构成班级组成院系任课教师上传资源学期nmm1m1qp1m•系统功能：学生登陆后，可以查询成绩、给老师留言、下载资源；教师登陆后可以管理任课班级的学生成绩、上传资源、查看学生留言。学生实体集和课程实体集之间的关系学生学号姓名性别年龄选课课程课程编号课程名称任课教师成绩mn逻辑数据模型•DBMS所支持的数据模型称为逻辑数据模型，便于在数据库系统实现。•用概念数据模型表示的数据必须转化为逻辑数据模型表示的数据，才能在DBMS中实现。•根据数据及数据之间联系的表示形式的不同，主要有以下几种逻辑数据模型：–层次数据模型–网状数据模型–关系数据模型–面向对象的数据模型用树状结构表示各类实体以及实体间的联系以网状结构表示各类实体以及实体间的联系用二维表格来描述实体以及实体之间的联系用面向对象的观点来描述现实世界的实体。逻辑数据模型概念：逻辑数据模型是指在数据库系统中表示实体之间关系的模型。–结点：各个实体在数据模型中被称为结点1．层次模型–1)用树形表示数据之间的多级层次结构。–2)结构特点：(1)只有一个最高结点即根结点(2)其余结点有而且仅有一个父结点(3)上下层结点之间表示一对多的联系–3)应用:行政组织机构、家族辈份关系等。逻辑数据模型逻辑数据模型•2．网状模型–1)用图表示数据之间的关系–2)允许结点有多于一个的父结点–3)可以有一个以上的结点没有父结点。–4)特点:表示结点之间多对多的联系。•3．关系模型–1)用二维表格来表示实体及实体之间的联系–2)实际应用中，每一个二维表代表了一个关系。–3)特点：结构简单,容易实现物理数据模型•物理数据模型反映了数据在存储介质上的存储结构•物理数据模型不仅与具体的DBMS有关，也和操作系统及硬件有关。物理数据模型•在计算机系统的底层对数据进行抽象，它描述数据在存储介质上的存储方式和存取方法，是面向计算机系统的。•在设计一个数据库时，首先需要将现实世界抽象得到概念数据模型，然后将概念数据模型转换为逻辑数据模型，最后将逻辑数据模型转换为物理数据模型。•最后一步一般由选定的DBMS自动实现。关系数据库•采用的DBMS是支持关系数据模型的，据此构建的数据库称为关系数据库•相应的DBMS为关系数据库管理系统（RelationalDataBaseManagementSystem，RDBMS）关系数据模型根据概念数据模型设计逻辑数据模型关系数据库数据结构数据结构规范化的二维表格：任意两行内容不能完全相同不能有名称相同的列每一列都是不可分的，即不允许表中还有表同一列的值取自同一个定义关系模式：学生（学号，姓名，性别，状态，入学时间，最后登陆时间，登陆次数）元组关键字(包括候选键和主键)关系数据库•关系模型的组成----二维表格关系模型中的常用术语•1．元组–在二维表中，从第二行起的每一行称为一个元组，在文件中对应一条具体记录。•2．属性–二维表中，每一列称为一个属性，在文件中对应一个字段。•3．属性名–二维表第一行显示的每一列的名称，在文件中对应字段名，例如“姓名”，“性别”等。关系模型中的常用术语•4．属性值–行和列的交叉位置表示某个属性的值。•5．域–表示各个属性的取值范围。关系模型中的常用术语•6．表结构–表中的第一行，表示组成该表的各个字段名称，各字段取值的类型、宽度等。•7．关系模式–是对关系结构的描述，表示格式：–关系名(属性1,属性2,属性3,…，属性n)–例：student(学号,姓名,性别,年龄)关系模型中的常用术语•6．表结构–表中的第一行，表示组成该表的各个字段名称，各字段取值的类型、宽度等。•7．关系模式–是对关系结构的描述，表示格式：–关系名(属性1,属性2,属性3,…，属性n)–例：student(学号,姓名,性别,年龄)关系模型中的常用术语•9．主键–从候选键中指定一个用来标识元组。•10．外部关键字–表中的一个字段不是本表的主关键字或候选关键字，而是另外一个表的主关键字或候选关键字，该字段称为外部关键字，简称外键。–例题:在关系score中，“学号”不是score的主键，而是关系student的主键，因此，“学号”称为