数据库系统原理教程(第一章)清华大学出版社

课程名称：数据库系统概论课时：38任课教师：朱洪内容安排1基础篇–第1章：绪论–第2章：关系数据库–第3章：关系数据库标准语言SQL设计篇–第4章：关系数据库设计理论–第6章：数据库设计内容安排2系统篇–第5章：数据库保护–第7章：关系数据库管理系统实例–第8章：数据库技术新进展第1章绪论1.1引言1.2数据模型1.3数据库系统结构1.4数据库管理系统1.5数据库工程与应用1.6小结第1章绪论1.1引言1.2数据模型1.3数据库系统结构1.4数据库管理系统1.5数据库工程与应用1.6小结1.1引言1.1.1数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统1.1.2数据库技术的生产与发展1.1.3数据库技术的研究领域1.1引言1.1.1数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统1.1.2数据库技术的生产与发展1.1.3数据库技术的研究领域数据库的地位•数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。•数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。•数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。一、数据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组成数据的符号种类–数字、字符串、日期、逻辑值、文本、图形、图象、声音数据的特点–数据与其语义是不可分的数据举例学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）数据的形式不能完全表达其内容数据的解释–语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间–解释：李明是个大学生，1972年出生，男，江苏人，1990年考入计算机系二、数据库人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息。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、可共享的数据集合。数据库(续)数据库的特征–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–易扩展三、数据库管理系统什么是DBMS–数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。DBMS的用途–科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据数据库管理系统(续)DBMS的主要功能–数据定义功能:提供数据定义语言(DDL)，用于定义数据库中的数据对象。–数据操纵功能:提供数据操纵语言(DML)，用于操纵数据实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)。数据库管理系统(续)DBMS的主要功能(续)–数据库的运行管理:保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。–数据库的建立和维护功能:提供实用程序，完成数据库数据批量装载，数据库转储，介质故障恢复，数据库的重组织和性能监视等四、数据库系统什么是数据库系统–数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。–在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。数据库系统的构成–由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成。数据库系统(续)数据库系统构成图示用户用户用户应用系统应用开发系统数据库管理系统操作系统数据库数据库管理员用系应统数据库系统(续)发工开具用软应件数据库系统在计算机系统中的位置图示BMDS编统译系作系操统硬件1.1引言1.1.1数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统1.1.2数据库技术的生产与发展1.1.3数据库技术的研究领域1.1.2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，是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(40年代中--50年代中)–文件系统阶段(50年代末--60年代中)–数据库系统阶段(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–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时期–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–处理方式批处理人工管理(续)特点1–数据的管理者：应用程序，数据不保存。人工管理(续)特点2－数据面向的对象：某一应用程序应用程序与数据的对应关系图应用程序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(续)特点3–数据的共享程度：无共享、冗余度极大–数据的独立性：不独立，完全依赖于程序–数据的结构化：无结构–数据控制能力：应用程序自己控制二、文件系统时期–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、批处理文件系统(续)特点1–数据的管理者：文件系统，数据可长期保存应用程序与数据的对应关系(文件系统)特点2－数据面向的对象：某一应用程序应用程序与数据的对应关系应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n存取方法...…...…文件系统(续)特点3–数据的共享程度：共享性差、冗余度大文件系统(续)特点4－数据的结构化：记录内有结构,整体无结构文件系统中数据的结构－记录内有结构学生人事记录－数据的结构是靠程序定义和解释的。学号姓名性别系别年龄政治面貌家庭出身籍贯家庭成员奖惩情况文件系统(续)－数据一般是定长的。可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。学生人事主记录学号姓名性别系别年龄政治面貌家庭出身籍贯家庭成员奖惩情况姓名与本人关系详细情况日期奖惩条目家庭成员记录奖惩情况记录文件系统(续)900201李明男计算机24共青团员工人江苏无锡李义山父子…李平兄弟…1991吴玉章奖学金1991一等奖学金张玉母子…家庭成员记录奖惩情况记录－文件间是独立的，因此数据整体无结构。间接实现数据整体的有结构也比较困难。数据的最小存取单位是记录。文件系统(续)特点5–数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序–数据控制能力：应用程序自己控制三、数据库系统时期–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–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,批处理数据库系统(续)特点1–数据的管理者：DBMS数据库系统(续)特点2－数据面向的对象：现实世界应用程序与数据的对应关系DBMS应用程序1应用程序2数据库…数据库系统(续)特点3－数据的共享程度：共享性高数据的高共享性的好处－降低数据的冗余度，节省存储空间－避免数据间的不一致性－使系统易于扩充数据库系统(续)特点4－数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的物理独立性–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。数据的逻辑独立性–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。数据库系统(续)特点5－数据的结构化：整体结构化数据结构化－整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。－数据库中实现的是数据的真正结构化•数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释。•数据可以变长。•数据的最小存取单位是数据项。数据库系统(续)特点6－数据控制能力：由DBMS统一管理和控制DBMS对数据的控制功能数据的安全性（Security）保护–使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。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。DBMS对数据的控制功能（续）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。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。1.1引言1.1.1数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统1.1.2数据库技术的生产与发展1.1.3数据库技术的研究领域1.1.3数据库技术的研究领域数据库管理系统软件的研制数据库设计数据库理论数据库管理系统软件的研制DBMS本身以DBMS为核心的一组相互联系的软件系统–工具软件–中间件数据库设计数据库设计方法设计工具设计理论数据模型和数据建模数据库理论关系的规范化理论关系数据理论第1章绪论1.1引言1.2数据模型1.3数据库系统结构1.4数据库管理系统1.5数据库工程与应用1.6小结1.2数据模型1.2.1数据模型的要素1.2.2概念模型1.2.3数据模型数据模型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。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。数据模型应满足三方面要求–能比较真实地模拟现实世界–容易为人所理解–便于在计算机上实现数据模型(续)数据模型分成两个不同的层次–(1)概念模型也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。–(2)数据模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。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；–把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。1.2数据模型1.2.1数据模型的要素1.2.2概念模型1.2.3数据模型1.2.1数据模型的要素数据结构数据操作数据的约束条件1.数据结构什么是数据结构–对象类型的集合两类对象–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2.数据操作数据操作–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–检索–更新（包括插入、删除、修改）数据操作(续)数据模型对操作的定义–操作的确切含义–操作符号–操作规则（如优先级）–实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述。3.数据的约束条件数据的约束条件–一组完整性规则的集合。–完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，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。数据的约束条件(续)数据模型对约束条件的定义–反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。–提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。1.2数据模型1.2.1数据模型的要素1.2.2概念模型1.2.3数据模型1.2.2概念模型1.概念模型2.信息世界中的基本概念3.概念模型的表示方法1.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2.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。(2)属性（Attribute）–实体所具有的某一特性称为属性。–一个实体可以由若干个属性来刻画。(3)码（Key）–唯一标识实体的属性集称为码。信息世界中的基本概念(续)(4)域（Domain）–属性的取值范围称为该属性的域。(5)实体型（EntityType）–用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型。(6)实体集（EntitySet）–同型实体的集合称为实体集。信息世界中的基本概念(续)(7)联系（Relationship）–现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。•实体内部的联系：组成实体