三级数据库讲稿

null数据库系统原理数据库系统原理 主讲：薛永生 ysxue@jingxian.xmu.edu.cn 第一章 绪 论第一章 绪 论第一章 绪 论1.1 概述 1.2 数据模型 1.3 数据库系统结构继续1.1 概 述1.1 概 述 1.1.1 数据库领域研究课题 1.1.2 学科知识点与《数据库系统原理》的关系 1.1.3 本课程的主要学习内容 1.1.4 数据库系统概念 1.1.1 数据库领域研究课题 1。 数据库理论与技术研究综述 2。 数据库技术发展浅析 1.1.2 学科知识点与《数据库系统原理》的关系 1。 课程分类 2。 与《数据库系统原理》相关的课程 1.1.3 本课程的主要学习内容与方法 1。 本课程的研究范畴和教学内容 2。 本课程的教学思想与目标 3。 参考书和学习方法 1.1.4 数据库系统概念 1。 数据库系统概念 2。 数据管理技术的产生与发展 3。 数据库系统特点 第一章 绪 论 1.1 概 述 第一章 绪 论 1.1.4 数据库系统概念（1） 第一章 绪 论 1.1.4 数据库系统概念（1）1。数据库系统概念 数据（Data）：数据实际上就是描述事物的符号。 数据库（Database，简称DB）： 数据库是长期存储在计算机内有结构的大量的共享的数据集合。 它可以供各种用户共享、具有最小冗余度和较高的数据独立性。DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对系统进行恢复。 数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）： 数据库管理系统是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。 数据库系统（Database System，简称DBS）： 数据库系统（Database System，简称DBS）：数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，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。 关于数据库管理员和用户的观念 数据库系统管理员（Database Administrator，简称DBA）：负责数据库的建立、使用和维护的专门的人员。 第一章 绪 论 1.1.4 数据库系统概念（2） 第一章 绪 论 1.1.4 数据库系统概念（3） 第一章 绪 论 1.1.4 数据库系统概念（3） 数据库系统是一个整体的概念，这里讨论数据库的传统概念。 (1) 数据 (2) 数据库文件 　 (3) 数据库 (4) 数据库管理系统 　 (5) 数据库应用系统 (6) 数据库系统 综上所述，数据、数据库文件、数据库、数据库管理系统、数据库应用系统、数据库系统是不同层次的概念。 第一章 绪 论 1.1.4 数据库系统概念（4） 第一章 绪 论 1.1.4 数据库系统概念（4）2。数据管理技术的产生与发展 人工管理阶段——文件系统阶段——数据库系统阶段（见P6） 3。数据库系统特点 数据结构化 数据的共享性、数据冗余度、数据的一致性 物理独立性、逻辑独立性 数据的安全性（Security） 数据的完整性（Integrity） 并发控制（Concurrency） 数据库恢复（Recovery） 4。提出问题—— 如何组织数据 ？ 系统的基本结构 ？返回1.2 数据模型1.2 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。 数据模型包括两个不同的概念： (1) 概念模型，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 [ 基于行为的语义描述模型 ] 。用于设计数据库。 (2) 数据模型，它是按计算机系统的观点对数据建模，主要包括网状模型、层次模型、关系模型等 ( 基于数据结构的数据模型 ] 。用于实现数据库管理系统DBMS。 数据模型的组成要素：两种意义的模型都是基于三个组成要素展开讨论 第一章 绪 论 1.2.1 数据模型的组成要素 第一章 绪 论 1.2.1 数据模型的组成要素一、数据结构 数据结构用于描述系统的静态特性，研究与数据类型、内容、性质有关的对象，例如关系模型中的域、属性、关系等。 二、数据操作 数据库主要有检索和更新（包括插入、删除、修改）等两大类操作。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则（如优先级）以及实现操作的语言。 三、数据的约束条件 数据的约束条件是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。此外，数据模型还应该 提供定义完整性约束条件的机制。 总结：******返回 第一章 绪 论 1.2.2 概念模型 第一章 绪 论 1.2.2 概念模型概念模型用于信息世界的建模 概念模型不依赖于某一个DBMS支持的数据模型。概念模型可以转换为计算机上某一DBMS支持的特定数据模型。 概念模型特点 (1) 具有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. (2) 应该简单、清晰、易于用户理解，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言。 概念模型讨论要点 (1) 信息世界中的基本概念 (2) 联系的定义 (3) 表示概念模型的实体—联系方法 第一章 绪 论 1. 信息世界中的基本概念 第一章 绪 论 1. 信息世界中的基本概念实体（Entity）：客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系。 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。 码（Key）：唯一标识实体的属性集称为码。 属性域（Domain）：属性的取值范围称为该属性的域。 实体型（Entity Type）：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。 实体集（Entity Set）：同型实体的集合称为实体集。 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。 “联系”是一个非常重要的概念。 第一章 绪 论 2。 联系（Relationship）定义 第一章 绪 论 2。 联系（Relationship）定义一对一联系（1:1）：如果对于实体集 A中的每一个实体，实体集 B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。 一对多联系（1:n）：如果对于实体集 A中的每一个实体，实体集 B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体 B有一对多联系。记为1:n。 多对多联系（m:n）：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集 B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m 个实体（m≥0）与之联系，则称实体集 A 与实体B具有多对多联系。记为m:n。 实体型之间 的一对一、一对多、多对多联系不仅存在于两个实体型之间，也存在于两个以上的实体型之间。 同一个实体集内的各实体之间也可以 存在一对一、一对多、多对多的 。 第一章 绪 论 3.表示概念模型的实体—联系方法（Entity-Relationship Approach） 第一章 绪 论 3.表示概念模型的实体—联系方法（Entity-Relationship Approach） 该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型。E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法： 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）。 做E-R图的基本方法： 注意的是：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来。 第一章 绪 论 表示概念模型的实体——联系方法示例 第一章 绪 论 表示概念模型的实体——联系方法示例返回 第一章 绪 论 1.2.3 数据模型（经典数据模型） 第一章 绪 论 1.2.3 数据模型（经典数据模型）不同的数据模型具有不同的数据结构形式。 主要包括： 网状模型 层次模型 关系模型 第一章 绪 论 一、 层次模型 第一章 绪 论 一、 层次模型1。层次数据模型的数据结构 层次模型的基本结构： 层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。每个结点表示一个记录类型，结点之间的连线表示记录类型间的联系，这种联系只能是父子联系。每个记录类型可包含若干个字段，这里，记录类型描述的是实体，字段描述实体的属性。 任何一个给定的记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义，没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在。 限制：只有一个结点没有双亲结点，称之为根结点 · 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点 这就使得层次数据库系统只能处理一对多的实体关系。 大学   一系 二系 …… M系   专业1 专业2 …… 专业N   教师 学生   姓名…… 姓名 姓名…… 姓名 年龄…… 年龄 年龄…… 年龄 . . . . 数据层次关系 第一章 绪 论 一、 层次模型 第一章 绪 论 一、 层次模型 第一章 绪 论 一、 层次模型多对多联系在层次模型中的表示 多对多联系在层次模型中的表示 ：用层次模型表示多对多联系，必须首先将其分解成一对多联系。 分解方法有两种：冗余结点法和虚拟结点法。 第一章 绪 论 一、 层次模型 第一章 绪 论 一、 层次模型 2。层次数据模型的操纵与完整性约束 层次数据模型的操纵主要有查询、插入、删除和更新。 进行插入、删除、更新操作时要满足层次模型的完整性约束条件： 进行插入操作时，如果没有相应的双亲结点值就不能插入子女结点值。 进行删除操作时，如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除。 进行更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性。 第一章 绪 论 一、 层次模型 第一章 绪 论 一、 层次模型 3。层次数据模型的存储结构 邻接法：按照层次树前序穿越的顺序把所有记录值依次邻接存放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序。 链接法：用指引元来反映数据之间的层次联系。 用层次序列链接法 第一章 绪 论 一、 层次模型 第一章 绪 论 一、 层次模型 4。层次数据模型的优缺点 优点： · 数据模型比较简单，操作简单。     · 对于实体间联系是固定的，且预先定义好的应用系统， 性能较高。 · 提供良好的完整性支持。 缺点： · 不适合于表示非层次性的联系。 · 对插入和删除操作的限制比较多。 · 查询子女结点必须通过双亲结点。 · 由于结构严密，层次命令趋于程序化。 第一章 绪 论 二、 网状模型 第一章 绪 论 二、 网状模型1。网状数据模型的数据结构 网状数据模型是一种比层次模型更具普遍性的结构，它去掉了层次模型的两个限制，允许多个结点没有双亲结点，允许结点有多个双亲结点，此外它还允许两个结点之间有多种联系（称之为复合联系）。 第一章 绪 论 二、 网状模型 第一章 绪 论 二、 网状模型 2。网状数据模型的操纵与完整性约束 网状数据模型的操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。插入操作允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值。 删除操作允许只删除双亲结点值。 更新操作时只需更新指定记录即可。 查询操作可以有多种方法，可根据具体情况选用。 第一章 绪 论 二、 网状模型 第一章 绪 论 二、 网状模型3。网状数据模型的存储结构 网状数据模型的存储结构依具体系统不同而不同，常用的方法是链接法，包括单向链接、双向链接、环状链接、向首链拉等，此外还有其它实现方法，如指引元阵列法、二进制阵列法、索引法等。 4。网状数据模型的优缺点 优点： · 能够更为直接地描述现实世界。 · 具有良好的性能，存取效率较高。 缺点： · 其DDL语言极其复杂。 · 数据独立性较差。由于实体间的联系本质上通过存取路径指示的，因此应用程序在访问数据时要指定存取路径。 第一章 绪 论 三、关系模型 第一章 绪 论 三、关系模型1。关系数据模型的数据结构 在用户看来，一个关系模型的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。名称 代码 产地 进货单价 进货数量 进货金额 进货日期 热水器 C41004 厦门 1100.00 2002 20000.00 97/12/10 微波沪 C31000 上海 1200.00 809 6000.00 98/04/12 电冰箱 C71010 沈阳 2000.00 150 300000.00 98/02/15 洗衣机 C51001 青岛 3100.00 1003 10000.00 97/08/05 电烤箱 C81009 广州 4800.00 502 40000.00 98/05/01 洗衣机 C51002 德国 5200.00 3015 6000.00 97/10/12 电视机 C61005 韩国 7450.00 4029 8000.00 97/06/09 第一章 绪 论 三、关系模型 第一章 绪 论 三、关系模型 有关概念： 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） 例：学生（学号，姓名，年龄，性别，家庭地址） 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。 第一章 绪 论 三、关系模型 第一章 绪 论 三、关系模型 2。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。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。关系模型把存取路径向用户隐蔽起来，用户只要指出“ 干什么 ”，不必详细说明 “怎么干”，从而大大地提高了数据的独立性，提高了用户生产率。 关系数据库标准操作语言是SQL语言。 第一章 绪 论 三、关系模型 第一章 绪 论 三、关系模型3。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。 4。关系数据模型的优缺点 优点：· 关系模型是建立在严格的数学概念（关系代数）的基础上。 · 无论实体还是实体之间的联系都用关系表示。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，具有更高的数据独立性，更好的安全保密性，简化程序员工作和数据库开发建立的工作。 缺点： 由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模型。因此为了提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的负担。返回