数据库系统原理(3).ppt

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1、数据库系统概论数据库系统概论 吴明晖吴明晖学习数据库的意义学习数据库的意义数据库是计算机科学领域的重要分支数据库是计算机科学领域的重要分支数据库领域发展十分迅速数据库领域发展十分迅速计算机专业人员的必备素质计算机专业人员的必备素质计算机专业人员的必备素质计算机专业人员的必备素质Thinking in computer的能力的能力扎实的外语能力扎实的外语能力良好的分析解决问题能力良好的分析解决问题能力一定的设计能力一定的设计能力出色的交流能力出色的交流能力不断学习新知识的能力不断学习新知识的能力学习数据库的方法学习数据库的方法课堂学习课堂学习数据库实验数据库实验必要的习题必要的习题课外一定量相关

2、领域的阅读和练习课外一定量相关领域的阅读和练习教材教材数据库系统概论数据库系统概论1983年，萨师煊教授年，萨师煊教授(1922-)与弟子王珊教授与弟子王珊教授合作编写了合作编写了数据库系统概论数据库系统概论，这是国内第，这是国内第一部系统阐明数据库理论和技术的高级教材，一部系统阐明数据库理论和技术的高级教材，目前已出第四版，印刷目前已出第四版，印刷30多次发行多次发行60余万册，余万册，获国家级优秀教材奖。他曾领衔主持国家获国家级优秀教材奖。他曾领衔主持国家“七七五五”科技攻关项目科技攻关项目”国家经济信息系统分布式国家经济信息系统分布式查询系统查询系统”的研制工作，并荣获国家计委的研制工作

3、，并荣获国家计委“杰杰出贡献奖出贡献奖”。数据库学科的根本是研究计算机对世界的描述数据库学科的根本是研究计算机对世界的描述与处理的。与处理的。数据本身就是对世界的一种抽象，就表示了不数据本身就是对世界的一种抽象，就表示了不同事物之间的一种内在的联系。数据库就是在同事物之间的一种内在的联系。数据库就是在这个层面上对世界进行研究的。这个层面上对世界进行研究的。数据库科学要定义数据的模式和在模式上的操数据库科学要定义数据的模式和在模式上的操作。各种数据库模型，是描述客观世界的不同作。各种数据库模型，是描述客观世界的不同方法，是从不同的角度去看抽象世界。方法，是从不同的角度去看抽象世界。流行的流行的关

4、系数据库关系数据库，是通过描述隐藏在表象下，是通过描述隐藏在表象下面的关系来描述抽象世界的，而面的关系来描述抽象世界的，而OO数据库是数据库是在对事物本身进行抽象的前提下研究抽象世界在对事物本身进行抽象的前提下研究抽象世界的。的。Database Applications:数据库应用数据库应用nBanking:all transactions银行业：完全事务银行业：完全事务nAirlines:reservations,schedules航空业：预定、调度航空业：预定、调度nUniversities:registration,grades大学：注册、评分大学：注册、评分nSales:custom

5、ers,products,purchases销售业：客户、销售业：客户、产品、购买产品、购买nManufacturing:production,inventory,orders,supply chain制造业：生产、记帐、定单、供应链制造业：生产、记帐、定单、供应链nHuman resources:employee records,salaries,tax deductions人力资源：雇员记录、工资、课税减免人力资源：雇员记录、工资、课税减免Databases touch all aspects of our lives数据库接数据库接触生活各层面触生活各层面数据库成绩构成数据库成绩构成理论

6、：理论：7070分（学位课要求）；实验：分（学位课要求）；实验：3030分分 理论部分：期中考占理论部分：期中考占1010分，期末考占分，期末考占6060分，点分，点名不到，扣名不到，扣1 1分分/次，作业不交一次扣次，作业不交一次扣2 2分分/次次实验部分：实验部分：6 6次实验报告，每次次实验报告，每次5 5分，共分，共3030分，分，实验报告如果抄袭，倒扣实验报告如果抄袭，倒扣2 2分分/次，实验课，点次，实验课，点名不到，扣名不到，扣1 1分分/次次考试形式：闭卷考试形式：闭卷课堂纪律要求课堂纪律要求随机点名：缺课一次扣除总评成绩随机点名：缺课一次扣除总评成绩1分，分，6次不到取消考试

7、资格，成绩做次不到取消考试资格，成绩做0分，必分，必须重修须重修作业：不按时交作业扣总评成绩作业：不按时交作业扣总评成绩2分分请假必须事先获得任课教师或班主任、请假必须事先获得任课教师或班主任、所在分院许可，否则作旷课处理所在分院许可，否则作旷课处理1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.1.1 数据、数据库、数据库管理系统，数数据、数据库、数据库管理系统，数据库系统据库系统数据数据(Data)数据库数据库(Database)数据库管理系统数据库管理系统(Database Managerment System)数据库系统数据库系统(Database System)数据数据n狭义：数字狭义：数字

8、n广义：文字，图形，图像，声音，学生的档广义：文字，图形，图像，声音，学生的档案记录等案记录等数据定义：描述事物的符号记录，一种数据定义：描述事物的符号记录，一种信息的载体信息的载体数据的表现形式：多样性，可数字化数据的表现形式：多样性，可数字化信息：有用的数据信息：有用的数据数据和数据的解释是密不可分的。数据和数据的解释是密不可分的。数据库数据库(Database,简称简称DB)所谓数据库是指长期存储在计算机内的、所谓数据库是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。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、数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有

9、较小的冗余度、较高描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。用户共享。数据库管理系统数据库管理系统(Database Management System，简称简称DBMS)数据定义功能数据定义功能数据操纵功能数据操纵功能数据库的运行管理数据库的运行管理数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能数据定义功能数据定义功能(Data Definition Language,简称简称DDL)定义数据库中的数据对象定义数据库中的数据对象数据操纵功能数据操纵功能(Data Manipulation Language,简称简称DML)用

10、用DML操纵数据实现对数据库的基本操操纵数据实现对数据库的基本操作，如查询、插入，删除和修改等作，如查询、插入，删除和修改等数据库的运行管理数据库的运行管理1.安全性安全性(如银行要保护客户的信息安全如银行要保护客户的信息安全)2.完整性完整性(如客户必须可标识如客户必须可标识)3.多用户对数据的并发多用户对数据的并发(多用户不会影响多用户不会影响数据库的正常运行，起码对用户看来是数据库的正常运行，起码对用户看来是这样这样)4.故障恢复故障恢复(在出现故障的时候进行必要在出现故障的时候进行必要的恢复性措施保证数据库正常重启的恢复性措施保证数据库正常重启)数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护

11、功能1.初始数据的输入、转换初始数据的输入、转换2.数据库的转储，恢复数据库的转储，恢复3.数据库的重新组织数据库的重新组织4.性能监视性能监视5.分析功能分析功能数据库系统数据库系统(Database System)数据库系统构成数据库系统构成1.数据库数据库2.数据库管理系统数据库管理系统(及其开发工具及其开发工具)3.应用系统应用系统4.数据库管理员和用户数据库管理员和用户DBMS和数据库开发工具和数据库开发工具DBMSOracle,Db2,SqlServer,Informix,Sybase等等数据库开发工具数据库开发工具Delphi,Powerbuilder,Vb等等VC+,Jbuil

12、der等等Database Users数据库用户数据库用户用户因介入系统方式的不同而不同用户因介入系统方式的不同而不同应用程序员应用程序员通过通过DML调用介入系统调用介入系统高级用户高级用户构成数据库查询语言的需求构成数据库查询语言的需求专门用户专门用户编写专门的数据库应用，这些应编写专门的数据库应用，这些应用不适合传统数据处理框架用不适合传统数据处理框架初级用户初级用户调用已经编好的应用程序调用已经编好的应用程序n如通过如通过WEB访问数据库的人，银行出纳，职员访问数据库的人，银行出纳，职员Database Administrator数据库管理员数据库管理员协调数据库系统的所有活动，管理员

13、须对协调数据库系统的所有活动，管理员须对企业信息资源和需求非常了解企业信息资源和需求非常了解数据库管理员的职责包括：数据库管理员的职责包括：n模式模式(Schema)定义定义n存储结构和访问方法定义存储结构和访问方法定义n模式和物理组织的修改模式和物理组织的修改n对访问数据库的用户进行授权对访问数据库的用户进行授权n指定完整性约束指定完整性约束n用户联系用户联系n监控性能，对需求改变作出响应监控性能，对需求改变作出响应Transaction Management事务管理事务管理事务是数据库应用中单个逻辑功能操作事务是数据库应用中单个逻辑功能操作的集合。的集合。事务管理部分保证数据库总片于一致事

14、务管理部分保证数据库总片于一致（正确）状态，即使系统故障（如电源（正确）状态，即使系统故障（如电源故障，操作系统崩溃）和事务故障也能故障，操作系统崩溃）和事务故障也能达到此目的。达到此目的。并发控制管理控制并发事务的相互作用，并发控制管理控制并发事务的相互作用，保证数据库的一致性保证数据库的一致性Storage Management存储管理存储管理存储管理是为具体应用程序和查询提供存储管理是为具体应用程序和查询提供接口接口存储管理负责下面任务存储管理负责下面任务 n与文件管理器交互与文件管理器交互n高效地存储、检索和更新数据高效地存储、检索和更新数据Application Architectu

15、res应用体系应用体系Two-tier architecture:两层体系结构：例如客户程序利用两层体系结构：例如客户程序利用ODBC/JDBC与与数据库通信数据库通信Three-tier architecture:三层体系结构例如基于三层体系结构例如基于WEB的应用，应用构造中的应用，应用构造中使用了使用了“中间件中间件”1.1.2 数据库系统概述数据库系统概述人工管理阶段人工管理阶段(20世纪世纪50年代前年代前)科学计算科学计算文件系统阶段文件系统阶段(50年代后期年代后期60年代中期年代中期)批量处理数据批量处理数据数据库系统阶段数据库系统阶段(60年代后期以来年代后期以来)数据规模扩

16、大数据规模扩大人工管理数据特点：人工管理数据特点：数据不保存数据不保存应用程序管理数据应用程序管理数据数据不共享数据不共享数据不具备独立性数据不具备独立性文件系统管理数据特点：文件系统管理数据特点：数据可以长期保存数据可以长期保存由文件系统管理数据由文件系统管理数据数据共享性差，冗余度大数据共享性差，冗余度大数据独立性差数据独立性差1.1.3数据库系统的特点数据库系统的特点数据结构化数据结构化数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高数据独立性高数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制数据结构化数据结构化结构化数据和非结构化数据结构化数据和非结构化数据

17、结构化数据指的是诸如企业财务帐目和生产数结构化数据指的是诸如企业财务帐目和生产数据、学生的分数数据等等，数据结构化。整个据、学生的分数数据等等，数据结构化。整个数据库按一定的结构形式构成，数据在记录内数据库按一定的结构形式构成，数据在记录内部和记录类型之间相互关联，用户可通过不同部和记录类型之间相互关联，用户可通过不同的路径存取数据的路径存取数据 非结构化数据则是一些文本数据、图像数据等非结构化数据则是一些文本数据、图像数据等多媒体数据等多媒体数据等检索检索数据库检索数据库检索(查询查询)1.银行系统银行系统2.超市系统超市系统3.财务帐目等财务帐目等全文检索全文检索1.搜索引擎搜索引擎2.w

18、indows系统搜索等系统搜索等学生记录格式示例学生记录格式示例学号学号姓名姓名性别性别系别系别年龄年龄政治政治面貌面貌家庭家庭出身出身籍贯籍贯家庭家庭成员成员奖惩奖惩情况情况等长记录等长记录浪费空间浪费空间主记录详细记录格式示例主记录详细记录格式示例学号学号姓名姓名性别性别系别系别年龄年龄政治面貌政治面貌家庭出身家庭出身籍贯籍贯姓名姓名与与本人关系本人关系详细情况详细情况日期日期奖惩条目奖惩条目家庭成员记录家庭成员记录奖惩情况记录奖惩情况记录主记录详细记录主记录详细记录900201李明李明男男计算机计算机24共青团员共青团员工人工人江苏无锡江苏无锡李义山李义山父子父子1991一等奖学金一等奖

19、学金家庭成员记录家庭成员记录奖惩情况记录奖惩情况记录张玉张玉母子母子李平李平兄弟兄弟1991吴玉章奖学金吴玉章奖学金学生数据的组织学生数据的组织学号学号姓名姓名性别性别系别系别年龄年龄家庭出身家庭出身籍贯籍贯政治面貌政治面貌日期日期地点地点学历名学历名课程号课程号学号学号学分学分姓名姓名与与本人关系本人关系详细情况详细情况日期日期奖惩条目奖惩条目课程号课程号课程课程学生人事记录学生人事记录学生学籍记录学生学籍记录学生选课记录学生选课记录奖惩情况记录奖惩情况记录家庭情况记录家庭情况记录课程记录课程记录文件系统和数据库系统的区别文件系统和数据库系统的区别文件系统内部有结构，但记录之间没有文件系统内

20、部有结构，但记录之间没有联系，最小粒度只能存取记录。联系，最小粒度只能存取记录。数据库系统实现了整体的结构化数据库系统实现了整体的结构化数据库不再针对某一应用，而是面向全数据库不再针对某一应用，而是面向全组织，具有整体的结构化。不仅数据是组织，具有整体的结构化。不仅数据是结构化的，而且存取数据的方式也很灵结构化的，而且存取数据的方式也很灵活，可以存取单个的数据项。活，可以存取单个的数据项。数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据的独立性高数据的独立性高1.物理独立性物理独立性2.逻辑独立性逻辑独立性数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制1.数据的安全性数据

21、的安全性(Security)保护保护2.数据的完整性数据的完整性(Integrity)检查检查3.并发并发(Concurrency)控制控制4.数据库恢复数据库恢复(Recovery)1.2 数据模型数据模型模型是现实世界特征的模拟和抽象模型是现实世界特征的模拟和抽象如地图，建筑沙盘，航模飞机等如地图，建筑沙盘，航模飞机等数据模型数据模型(Data Model)是是现实世界数据特现实世界数据特征的抽象征的抽象数据模型是数据库的基础数据模型是数据库的基础数据模型必须能比较真实的模拟现实世数据模型必须能比较真实的模拟现实世界界必须容易被人理解必须容易被人理解便于计算机上实现，处理便于计算机上实现，

22、处理模型分类模型分类概念模型概念模型又叫信息模型，它是又叫信息模型，它是按用户的观点来对数按用户的观点来对数据和信息建模，主要据和信息建模，主要用于数据库设计用于数据库设计数据模型数据模型按照计算机系统的按照计算机系统的观点对数据建模，观点对数据建模，主要用于主要用于DBMS的的实现，分为实现，分为w网状模型网状模型w层次模型层次模型w关系模型关系模型数据模型的组成要素数据模型的组成要素数据结构：是对系统静态特性的描述数据结构：是对系统静态特性的描述数据操作：是对系统动态特性的描述数据操作：是对系统动态特性的描述数据的约束条件：一组完整性规则的集数据的约束条件：一组完整性规则的集合，保证数据正

23、确、有效、相容合，保证数据正确、有效、相容1.2.2概念模型概念模型信息世界的基本概念信息世界的基本概念1.实体实体(Entity)2.属性属性(Attribute)3.码码(Key)4.域域(Domain)5.实体型实体型(Entity Type)6.实体集实体集(Entity Set)实体集：客户和贷款 客户客户id 客户姓名客户姓名 街道街道 城市城市 贷款编号贷款编号 数量数量7.联系联系(Relationship)一对一联系一对一联系(1:1)一对多联系一对多联系(1:n)多对多联系多对多联系(m:n)一对一联系一对一联系(1:1)对于实体集对于实体集A中的每一个中的每一个实体，实体

24、集实体，实体集B中至多有中至多有一个一个(也可以没有也可以没有)实体实体与之联系，反之亦然，与之联系，反之亦然，则称实体集则称实体集A和实体集和实体集B具有一对一联系，如具有一对一联系，如班级和班长班级和班长实体型实体型A联系名联系名实体型实体型B11一对多联系一对多联系(1:n)对于实体集对于实体集A中的每一个中的每一个实体，实体集实体，实体集B中有中有n个个实体实体(n=0)与之联系，与之联系，反之反之,对于实体集对于实体集B中的中的每一个实体，实体集每一个实体，实体集A中中至多只有一个实体与之至多只有一个实体与之联系，则称实体集联系，则称实体集A和实和实体集体集B具有一对多联系，具有一对

25、多联系，记为记为1:n.如如w班级和学生班级和学生实体型实体型A联系名联系名实体型实体型B1n多对多联系多对多联系(m:n)对于实体集对于实体集A中的每一个中的每一个实体，实体集实体，实体集B中有中有n个个实体实体(n=0)与之联系，与之联系，反之反之,对于实体集对于实体集B中的中的每一个实体，实体集每一个实体，实体集A中中也有也有m个实体个实体(m=0)与与之联系，则称实体集之联系，则称实体集A和和实体集实体集B具有多对多联系，具有多对多联系，记为记为m:n.如如w课程和学生课程和学生实体型实体型A联系名联系名实体型实体型Bmn两个以上实体型之间存在的联系两个以上实体型之间存在的联系1对对多

26、多若实体集若实体集E1,E2,En存在联系，对于实存在联系，对于实体集体集Ej(j=1,2,i-1,i+1,n)中的给定实中的给定实体，最多只和体，最多只和Ei中的一个实体相联系，中的一个实体相联系，则说则说Ei与与E1,E2,Ei-1,Ei+1,En之间的之间的联系是一对多的。联系是一对多的。多个实体型一对多多个实体型一对多E-R图图课程课程讲授讲授1教员教员参考书参考书mn多个实体型多对多多个实体型多对多E-R图图供应商供应商供应供应m项目项目零件零件np同一实体集内各实体存在一对多关系同一实体集内各实体存在一对多关系职工职工领导领导1n实验课安排实验课安排熟悉上机环境熟悉上机环境思考如何利用文件来实现学生记录文件思考如何利用文件来实现学生记录文件内部记录的内部记录的query,insert,update和和delete记记录操作录操作作业P37 1,6,11,12,13