第一章绪论 ppt 数据库学习文档

目录第1章绪论(数据库系统概述、数据模型、数据库系统结构、数据库系统的组成等)第2章关系数据库第3章关系数据库标准语言SQL第4章关系系统及其查询优化第5章关系数据理论第6章数据库设计第7章数据库恢复技术第8章并发控制第9章数据库安全性第10章数据库完整性有关数据库的基本术语数据：计算机用来描述事物的记录(文字、图形、图像、声音)数据库：由DBMS管理的数据的集合数据库管理系统DBMS：是数据库系统核心，用户开发的数据库系统是建立在特定的DBMS之上数据库系统DBS（databasesystem)：包括和数据库有关的整个系统：数据库、DBMS、应用程序、数据库管理员和用户等。数据库系统概论第一章绪论第1章绪论数据管理：如何对数据进行分类、组织、储存、检索及维护。1.1数据库系统概述数据库系统概论第一章绪论数据管理的三个阶段：b)文件系统阶段c)数据库系统阶段a)人工管理阶段人工管理阶段•时间：20世纪50年代中期以前•背景：–硬件：外存只有卡片．纸带．磁带–软件：汇编语言–数据批处理•特点：–数据不进行保存–没有专门的数据管理软件–数据面向应用(不共享)–数据不具有独立性文件系统阶段•时间：20世纪50年代末到60年代中期•背景：–硬件：磁盘．磁鼓等直接存取的外存设备–软件：操作系统．高级语言．操作系统中的文件系统是专门用于数据管理的软件–文件批处理．联机实时处理•特点：–数据可以长期保存在磁盘上–文件系统提供了数据与程序之间的存取方法–数据冗余度大–文件之间缺乏联系，相互孤立数据库系统阶段•时间:20世纪60年代末•背景：–硬件：大容量的磁盘–联机实时处理•特点：–数据的结构化–数据共享性好–数据独立性好–数据存取粒度小–数据库管理系统(DBMS,databasemanagementsystem)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统一管理和控制此外DBMS还提供一些数据控制功能：数据的完整性数据的安全性并发控制数据库的恢复为用户提供了友好的接口数据库系统概论第一章绪论1.2数据模型1.2.1数据模型：是人们对现实世界的数据特征的抽象（真实性、易理解、易实现）数据库系统概论第一章绪论比较真实地模拟现实世界容易为人理解容易在计算机上实现数据模型应满足三方面的要求:数据模型的三要素:数据结构数据操作完整性约束模型的类型:概念模型数据模型1.2.2概念模型信息世界涉及的几个概念：实体(即客观存在可以相互区别的事物)属性码域实体型实体集(同类实体的集合)联系数据库系统概论第一章绪论概念模型：可以看成是现实世界到机器世界的一个过渡的中间层次。在设计数据库系统时，要把现实世界的事物通过认识和抽象转换为信息世界的概念模型，再把概念模型转换为机器世界的数据模型。学生（学号，姓名，性别，年龄，系）数据库系统概论第一章绪论b)1:N联系c)M:N联系a)1:1联系如果实体集E1中的每个实体最多只能和实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然，那么实体集E1对E2的联系称为“一对一联系”，记为“1:1”如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1中的一个实体有联系，那么E1对E2的联系是“一对多联系”，记为“1:N”如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么E1对E2的联系是“多对多联系”，记为“M:N”不同实体集之间的三类联系实体－联系方法（Entity-RelationshipApproach）概念模型的表示方法（E-R图）实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n）。仓库仓库号面积电话号仓库实体及属性例工厂物资管理的概念模型职工职工号姓名年龄职称职工实体及属性零件零件号规格描述名称单价零件实体及属性项目项目号预算开工日期项目实体及属性供应商供应商号地址账号姓名电话号供应商实体及属性项目供应量供应供应商仓库工作存放库存量领导职工零件mnpmn1n1n实体及其联系图实体及其联系图数据库系统概论第一章绪论a)层次模型用树型结构表示实体间联系的数据模型b)网状模型用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型c)关系模型是由若干个关系模式组成的集合，其主要特征是用二维表格结构表达实体集和实体间的联系1.2.3数据模型类型关系模型：关系模型的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。一、关系数据模型的数据结构学号姓名年龄性别系名年级95004王小明19女社会学9595006黄大鹏20男商品学9595008张文斌18女法律学95………………学生登记表1.2.4关系模型关系模型中的术语关系：对应通常说的表；元组：表中的一行即为一个元组；属性：表中的一列即为一个属性；主码(Key):表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组；域(Domain):属性的类型和取值范围；分量：元组中的一个属性值；关系模式：对关系的描述，一般表示为：关系名（属性1，属性2，…，属性n）学生选修课程mn环境李四038管理张三011专业姓名学号高数C23英语C04课程名课程号学生课程51C2303867C2301182C0403879C04011成绩课程号学号选修例如：在关系模型中，实体以及实体间的联系都是用关系来表示。关系模型要求关系必须是规范化的，最基本的条件就是，关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项，即不允许表中还有表。职工号姓名性别工资基础工龄奖金E001黄小女500200300关系模型的规范化关系数据模型的操纵与完整性约束关系数据模型的操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。这些操作必须满足关系的完整性约束条件。完整性约束条件包括三大类：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。关系模型中的数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合。关系数据模型的存储结构关系数据模型中，实体及实体间的联系都用表来表示。在数据库的物理组织中，表以文件形式存储，每一个表通常对应一种文件结构。关系数据模型的优缺点关系模型是建立在严格的数学概念的基础上的。无论实体还是实体之间的联系都用关系来表示。对数据的检索结果也是关系（即表），因此概念单一，其数据结构简单、清晰。关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性，更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作。数据库系统概论第一章绪论b)参照完整性规则c)用户定义完整性规则a)实体完整性规则要求关系中组成主键的属性上不能有空值要求不引用不存在的实体由具体应用环境决定，系统提供定义和检验这类完整性的机制关系模型的操作完整性约束1.实体完整性2.参照完整性3.用户自定义的完整性关系模型的操作与完整性约束1.3关系数据库系统结构数据库系统概论第一章绪论3.关系数据库系统以关系模型为基础的数据库系统就是关系数据库系统，是当前数据库系统的主流。2.关系模型数据以“关系”的形式，也就是二维表的形式来表示，其数据模型就是关系模型。1.关系即一张表(Table)。不仅可以表示某个实体(Entity)，也可以表示实体和实体之间的联系。由表名、属性(域)、元组组成。又称为用户模式，是数据库用户和数据库系统的接口。一个数据库通常都有多个外模式。一个应用程序只能使用一个外模式，但同一外模式可为多个应用程序所用。1.4.1三层模式结构数据库系统概论第一章绪论外模式模式内模式可细分为概念模式和逻辑模式，是所有数据库用户的公共数据视图，是数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述。一个数据库只有一个模式。模式不但要描述数据的逻辑结构，还要描述数据之间的联系、数据的完整性、安全性要求。又称为存储模式，是数据库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。一个数据库只有一个内模式。内模式并不涉及物理记录，也不涉及硬件设备。三层模式之间的关系数据库模式是数据库的核心和关键，外模式通常是模式的子集。数据按外模式的描述提供用户，按内模式的描述存储在硬盘上。而模式介于外、内模式之间，既不涉及外部的访问，也不涉及内部的存储，从而起到隔离作用，有利于保持数据的独立性。内模式依赖于全局逻辑结构，但可以独立于具体的存储设备。复习数据、数据库、数据库管理系统DBMS、数据库系统DBSE-R图关系模型中的术语：关系、元组、属性、主码、域、分量三层模式：外模式、模式、内模式应用A应用B应用C应用D应用E外模式1外模式2外模式3模式内模式数据库外模式/模式映象内模式/模式映象1.4.1数据库系统的三层模式结构1.4.2两层映像功能映象：是一种对应规则，说明映象双方如何进行转换。数据库系统概论第一章绪论a)外模式/模式映象–作用：定义了外模式与模式之间的对应关系。–当模式改变时，只要对外模式/模式映象做相应的改变，使外模式保持不变，则以外模式为依据的应用程序不受影响，从而保证了数据与程序之间的逻辑独立性，也就是数据的逻辑独立性b)模式/内模式映象–作用：定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。–当内模式改变时，比如存储设备或存储方式有所改变，只要模式/内模式映象做相应的改变，使模式保持不变，则应用程序就不受影响，从而保证了数据与程序之间的物理独立性人事登记表姓名年龄职称工龄工资科研登记表序号姓名年龄职称项目经费教学登记表序号年龄职称课程学时工资卡片序号姓名工资津贴房租水电序号姓名（用户逻辑结构）外模式水电姓名年龄职称工龄工资项目经费序号课程学时房租基本文件（全局逻辑结构）模式内模式姓名年龄序号职称序号项目经费课程学时序号序号津贴房租水电（物理结构）序号工龄工资举例1.5数据库系统的组成硬件平台及数据库(1)足够大的内存(2)足够大的磁盘等直接存取设备(3)较高的通道能力数据库系统概论第一章绪论1.5数据库系统的组成软件(1)DBMS(2)支持DBMS运行的操作系统(3)与数据库接口的高级语言及其编译系统(4)以DBMS为核心的应用开发工具(5)为特定应用环境开发的数据库应用系统数据库系统概论第一章绪论1.5数据库系统的组成人员1.数据库管理员（DBA）(1)决定数据库中的信息内容和结构(2)决定数据库的存储结构和存取策略(3)定义数据的安全性要求和完整性约束条件(4)监控数据库的使用和运行(5)数据库的改进和重组重构数据库系统概论第一章绪论1.5数据库系统的组成人员2.系统分析员和数据库设计人员3.应用程序员4.用户(1)偶然用户(2)简单用户(3)复杂用户数据库系统概论第一章绪论1.6数据库管理系统的组成DBMS的组成1、数据定义语言及其翻译处理程序数据定义语言（DataDefinitionLanguage，简称DDL）供用户定义数据库的模式、存储模式、外模式、各级模式间的映射、有关的约束条件等。2、数据操纵语言及其翻译解释程序数据操纵语言（DataManipulationLanguage，简称DML）用来实现对数据库的检索、插入、修改、删除等基本操作。3、数据运行控制程序负责数据库运行过程中的控制与管理（包括系统初启程序、文件读写与维护程序、存取路径管理程序、缓冲区管理程序、安全性控制程序、完整性检查程序、并发控制程序、事务管理程序、运行日志管理程序等）。1.7数据库管理系统的工作过程1、应用程序A向DBMS发出从数据库中读数据记录的命令；2、DBMS对该命令进行语法检查、语义检查，并调用应用程序A对应的外模式，检查A的存取权限，决定是否执行该命令。如果拒绝执行，则向用户返回错误信息；3、在决定执行该命令后，DBMS调用模式，依据外模式／模式映象的定义，确定应读入模式中的哪些记录；4、DBMS调用内模式，依据模式／内模式映象的定义，决定应从哪个文件、用什么存取方式、读入哪个或哪些物理记录；5、DBMS向操作系统发出执行读取所需物理记录的命令；1.7数据库管理系统的工作过程