《数据库管理系统》教案-第一章

第一章数据库管理系统概述IntroductiontoDatabaseManagementSystem1.1数据与信息1.2计算机数据管理的进展1.3数据库系统组成1.4信息模型和数据模型1.5数据库管理系统主要功能1.6典型的关系数据库管理系统1.1数据与信息1．数据（data）数据指描述事物的符号记录。文字、图形、图像、声音、学生的档案记录、货物的运输情况等都是数据。数据可以通过观察、测量、考核等手段来获得。2．信息（information）信息《国家经济信息系统设计与应用标准化规范》对信息的定义是：“构成一定含义的一组数据就称为信息”。例如：“6日11:00直播F1澳洲站正赛”3．数据管理（datamanagement）数据管理信息处理是指对信息的收集、转换、加工、储存、检索、传递、输出和共享等一系列活动。它是研究用最少费用，加工出能满足需要的信息。信息处理是技术范畴的问题，从使用的手段和工具来看，是以计算机为中心的。由于信息和数据有着密切的联系，在计算机世界里，数据是信息的具体表现形式，所以又将信息处理称为数据处理（DataProcessing）。数据处理一般可以分为两大类：数值型数据处理和非数值型数据处理，后者也叫做数据管理。数值型数据处理通常指与专业密切相关的计算问题，例如，解电路方程；而数据管理是数据处理的中心问题。所谓“数据管理（DataManagement）”，指的是对数据的建立或组织、存储、检索和维护等，它更具一般性。在数据库课程中所讨论的数据处理问题是数据管理。1.2计算机数据管理的进展经历了以下三个阶段：1．人工管理阶段数据是程序的一部分，存放于纸带、卡片等介质中，随程序一起输入进入内存，用完后完全撤出计算机。2．文件阶段数据以文件的形式存放在象磁带、磁鼓、磁盘这些大容量的介质中，可由操作系统中的文件管理功能进行处理。3．数据库阶段数据完全独立于程序存放，达到共享的目的。数据库技术发展的也经历的三个阶段：第一阶段，大约在60年代。这一阶段出现的数据库管理系统是层次型和网状的，如1968年的网状系统TOTAL，1969年的层次系统SYSTEM2000等。它们作为数据库管理系统前身的文件系统，已经比较成熟，实现了多种文件组织方法；第二阶段，大约在70年代。这一阶段的新技术是IBM公司的E.F.Codd于1970年提出的数据的关系模型。以层次系统IMS和网状系统CODASYL为代表的DBMS标志着非关系型DBMS已经成熟，而关系型系统也已开始，象1976年加州大学研制成的INGRES系统和IBM公司于1979年推出的SYSTEMR系统便是关系型DBMS的代表作；第三阶段从80年代开始。在这一阶段出现了一大批成功的关系型DBMS，适用于大、中、小及微型计算机，它们的广泛使用大大地提高了用户开发数据库应用系统的工作效率，直到现在关系型DBMS仍有着广大的市场。1.3数据库系统组成1．数据库（database，简称DB）数据库指长期存储在计算机内有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。2．数据库管理系统（databasemanagementsystem，简称DBMS）数据库管理系统指位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制。数据库管理系统使用户能方便地定义数据和操纵数据，并能够保证数据的安全性、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。3．数据库系统（databasesystem，简称DBS）数据库系统指在计算机系统中引入数据库后构成的系统，一般由数据库、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。其中，数据库管理员（databaseadministrator，简称DBA）主要职责是维护数据库。1.4信息模型和数据模型使用数据库技术的目的是把现实世界中存在的事物以及事物之间的联系在数据库中用数据加以描述、存储，并对其进行各种处理，为人们提供能够完成现实活动的有用信息。怎样把现实世界中的事物组织到数据库中是一个复杂的过程，要用到一些概念和方法。1．数据处理的三大世界现实世界：事物及联系计算机世界：三大数据模型信息世界：信息模型E-R模型(E-R方法)收集、分类、抽象数据模型2．信息模型在信息世界里，数据的表示常采用实体-联系模型（Entity-RelationshipModel），即E-R模型，它是有P.S.Chen于1976年提出的，在数据库设计中广泛应用。实体-联系模型通常以图的形式表示出来，称为E-R图。为现实世界中的事物及其联系建立相应的E-R模型的过程便是所谓的实体-联系方法，即E-R方法。实体(Entity)：即所关心的事物，是信息管理的对象，如单位、职工、项目、学生、教师等。属性(Attributes)：是实体的特征。如职工这一实体有姓名、年龄、性别等特征。一个实体中是通过其属性来描述的。工作单位“职工”实体的“实体—属性”的图表示：职工姓名职工编号实体间联系：现实世界中的事物是彼此联系的，(Relationship)因此，在信息世界中，实体间也必然有联系(Relationship)。例如，单位和职工这两个实体，它们之间有联系：职工在单位工作，属于该单位；而单位又必定有职工。把这种联系也用图形表示（菱形框），如下图所示。联系类型：有三种，即一对一，一对多和多对多。单位职工所属1nE—R图简化为：单位职工1n一对多的联系单位职工mn多对多的联系单位领导者11一对一的联系单位领导者领导11项目职工工作mn3．数据模型数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。其中层次模型和网状模型统称为非关系模型。层次模型：是数据库系统中最早出现的数据模型，它用树形结构表示各类实体以及实体间的联系。层次模型数据库系统的典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystems）数据库管理系统，这是一个曾经广泛使用的数据库管理系统。在数据库中，对满足以下两个条件的数据模型称为层次模型。（1）有且仅有一个节点无双亲，这个节点称为“根节点”。（2）其他节点有且仅有一个双亲。若用图来表示，层次模型是一棵倒立的树。节点层次（Level）从根开始定义，根为第一层，根的孩子称为第二层，根称为其孩子的双亲，同一双亲的孩子称为弟。下图给出了一个“系”的层次模型。系教研室教师学生简单的层次模型层次模型对具有一对多的层次关系的描述非常自然、直观、容易理解，这是层次数据库的突出优点。网状模型：是一种图结构在数据库中，对满足以下两个条件的数据模型称为网状模型：（1）允许一个以上的节点无双亲。（2）一个节点可以有多于一个的双亲。网状数据模型的典型代表是DBTG系统，也称CODASYL系统，它是20世纪70年代数据系统语言研究会CODASYL（ConferenceOnDataSystemsLanguage)属的数据库任务组（DataBaseTaskGroup，简称DBTG）提出的一个系统方案。若用图表示，网状模型是一个网络。下图给出了一个抽象的简单的网状模型。R2R3R4R1网络数据模型的优点是容易实现现实世界经常出现的网络联系，可以描述复杂的事物现象，但是这种模型比较复杂，存取操作实现起来很困难，而且给应用程序员的视图不如层次数据模型直观。关系模型是目前最重要的一种模型。美国IBM公司的研究员E.F.Codd于1970年发表题为“大型共享系统的关系数据库的关系模型”的论文，文中首次提出了数据库系统的关系模型。关系模型：实体以及实体间的联系都是用一种称为表的结构来表示的。每个表是一个“关系”。例如，对于由学号、姓名两个属性组成的学生实体，以及由编号和课程名称两个属性组成的课程实体，在关系数据模型中分别被表示成如表1和表2所示的形式。表1学生学生学号姓名学号9402002姓名9402001于海涛王秀燕：：：：9410037章强这种表由行和列组成，其中，每一列表示该实体的一个属性，称为一个字段，一个实体有多少属性，那么在该实体的表中就有多少列；表中的每一行称为一条记录，它是实体中可以唯一确定的个体。一个记录可以由一个属性或若干个属性的组合唯一标识，即表中不存在完全相同的行。提示：行(row)记录(record)列(column)字段(field)表2课程课程课程编号课程名称课程编号C2课程名称C1高等数学电路理论基础：：：：C60C110信号与系统数据库管理系统“学生”和“课程”两实体间的联系也用一个命名为“学生选课”的表来表示，如表3所示。表3学生选课学生选课课程成绩学号课程编号成绩9402001C1859402002C178:::9402001C290:::9402107C292:::4．将E-R模型转换为关系数据模型将E-R模型转换为关系数据模型有两个方面：一是实体的转换，二是实体之间联系的转换。实体的转换：每个实体对应一个表，实体的每一个属性。例如：“学生”实体转换为“学生”表“课程”实体转换为“课程”表联系的转换：实体之间联系有一对一、一对多和多对多三种类型，为实现“联系”到关系数据模型的转换，即将“联系”也用“表”来表示。需要每个实体的一个特殊属性，它能唯一地标识该实体中的每个“个体”。例如：在“学生”实体中，“学号”属性可唯一标识每一位学生；“课程编号”可唯一地标识每一门课程。具有这样特殊性质的属性在“表”中对应的“列”称为“主关键字”，简称“主键”。联系的转换大致可归为以下几种情形：(1)1:1联系的转换：例如两实体：学生(学号,姓名,性别,出生年月,……)和班级(编号,班级名称,教室,……),两者之间的“管理(班长)”联系的转换可以如下进行：建立新表：班级领导(班级名称,学号,任职时间,……)；在班级表中增加“班长学号”（值为班长的学号）：即：班级(编号,班级名称,学号,教室,……)；在学生表中增加“班级编号”（若某学生为班长,则对应的班级编号的值为他所领导的班级编号），即：学生(学号,姓名,班级编号,性别,出生年月,……)；(2)1:n联系的转换：仍然用以上两实体：学生和班级，但两者之间的联系是“隶属”，这是一个1:n的联系，即：班级实体中一个个体（1个班级）有n个学生组成，则通过在学生表中增加班级编号来实现。即：学生(学号,姓名,班级编号,性别,出生年月,……)；其中，每个学生记录中班级编号的值为该学生所在班级的编号。(3)m:n联系的转换：考虑两实体：学生(学号,姓名,性别,出生年月,……)课程(课程编号,课程名称,……)两者之间的联系是“选课”必须通过建立新表来实现，即：学生选课(学号,课程编号,成绩,……)。回顾数据库指长期存储在计算机内有组织的、可共享的数据集合。数据库管理系统数据库管理系统指位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制。其桥梁作用示意图如图1.4数据库管理系统使用户能方便地定义数据和操纵数据，并能够保证数据的安全性、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。1.5数据库管理系统主要功能回顾数据库系统指在计算机系统中引入数据库后构成的系统，一般由数据库、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。其中，数据库管理员（databaseadministrator，简称DBA）主要职责是维护数据库。数据库管理系统的主要功能有以下3个方面：1．数据定义（datadefinition）一个DBMS应该能够掌握所有的工作，包括定义数据的格式、如何存取数据、如何输入数据并检验、以及如何维持相关文件中数据的完整性(Integrity)和一致性(Consistent)；2．数据操纵（datamanipulation）一个DBMS应该能够提供用户对数据的操作控制。例如，应允许用户查找一个文件，也应允许他同时查找多个文件；允许用户一次更新一条记录，也应允许他一次更新多条记录；还应允许用户更新已有的数据库