第6章信息系统与数据库.ppt
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1、第6章 信息系统与数据库,6.1 计算机信息系统 什么是计算机信息系统 计算机信息系统 的类型,什么是计算机信息系统(1),计算机信息系统(Computer_based Information System,简称信息系统)是一类以提供信息服务为主要目的的数据密集型、人机交互的计算机应用系统。4个主要技术特点:,数据量大,一般需存放在外存中 数据长久持续有效(持久性)数据共享使用(共享性)提供多种信息服务(功能多样性)(管理,检索,分析,决策等).,计算机信息系统 的类型(1),从信息处理的深度来区分信息系统,基本可分为3大类:,业务处理系统信息检索系统信息分析系统,管理业务系统辅助技术系统办公
2、信息系统,计算机信息系统 的类型(2),业务处理系统,由于在企事业单位中,不同层次的业务处理系统服务对象不同,因而可以进一步将划分.,管理业务系统辅助技术系统办公信息系统,计算机信息系统 的类型(3),管理业务系统 辅助技术系统 办公信息系统,面向操作层次 面向管理层次,业务处理自动化,提高工效率和质量.划分:,按业务层次进一步划分,业务处理系统,计算机信息系统 的类型(4),业务处理系统 管理业务系统 辅助技术系统 办公信息系统,又称OA,以先进设备与相关技术构成服务于办公事务的信息系统,按工作流技术充分利用信息资源,提高协同办公效率和质量,辅助技术人员在特定应用领域(如工程设计、音乐制作、
3、广告设计等)内完成相应的任务.诸如:.CAD,CAM,CAPP等,计算机信息系统 的类型(5),业务处理系统 信息检索系统 信息分析系统,一种高层次的信息系统,为管理决策人员掌握部门运行规律和 趋势,制订规划、进行决策的辅助系统。例如:决策支持系统(DSS),专家系统 等,将原始信息进一步处理并存储专门供检索用的DB中。用户检索匹配获得信息.例如:中国科技文献库、专利数据库、学位论文数据库,DIALOG、ORBIT以及WE检索系统等.,第6章 信息系统与数据库,6.2 关系数据库系统 数据库管理的发展 数据库系统的组成和特点 关系数据模型(结构.完整性.操作)关系数据库语言SQL 关系数据库系
4、统以应用新技术,6.2.1 数据库系统概述,1.数据库管理技术的发展人工管理阶段(50年代中期以前)背景:计算机主要用于科学计算 数据量小、结构简单,如高阶方程、曲线拟和等 外存为顺序存取设备 磁带、卡片、纸带,没有磁盘等直接存取设备 没有操作系统,没有数据管理软件 特点数据依附应用程序数据独立性差数据不能共享,6.1.1数据库管理技术的发展,文件管理阶段(50年代后期-60年代中期),特点数据独立性差数据冗余度大数据处理效率低数据是孤立的,背景计算机不但用于科学计算,还用于管理 外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备 直接存取设备(DASD)无须顺序存取 由地址直接访问所需记录,6.1.1数据库管
5、理技术的发展,数据库管理管理阶段20世纪60年代以来,背景计算机管理的数据量大,关系复杂,共享性要求强(多种应用、不同语言共享数据)外存有了大容量磁盘,光盘软件价格上升,硬件价格下降,编制和维护软件及应用程序成本相对增加,其中维护的成本更高,力求降低,6.2.2数据库系统的特点,数据库系统的特点 数据结构化。数据可共享数据独立于程序统一管理控制数据,DBMS管理控制数据功能:安全性,完整性.并发控制,恢复.,从全局分析和描述数据,适应多个用户、多种应用共享数据的需求。可减少数据冗佘,节省存储空间,保证数据的一致性.,数据面向全局应用,用数据模型描述数据和数据之间的联系。,逻辑独立性:应用程序与
6、DB的逻辑结构相互独立.物理独立性:应用程序与DB的存储结构相互独立.,6.2.3数据库系统组成,数据库系统组成 指具有管理和控制数据库功能的计算机系统,它一般由计算机支持系统、数据库、数据库管理系统和有关人员组成。计算机支持系统(硬件、软件)数据库(DB)数据库管理系统(DBMS)数据定义(DDL)数据存取(DML)数据库管理功能 应用程序 人员数据库管理员(DBA)系统分析设计员、系统程序员、用户,数据模型,数据模型的基本概念数据模型是对现实世界数据特征的抽象,是用来描述数据的一组概念和定义。概念模型可以按用户观点准确地模拟应用单位对数据的描述及业务需求,即对应用数据和信息建模。目前,常用
7、E-R方法来建立概念模型。数据模型用严格的形式化定义来描述数据的结构特点和结构约束,包括数据静态特性和数据动态特性。,概念模型和E-R图,2.概念模型和E-R图 术语:实体 属性 实体主键 联系一对一一对多多对多,实体型1,联系名,实体型2,1,1,一对一,实体型1,联系名,实体型2,m,n,多对多,实体型1,联系名,实体型2,1,n,一对多,班级和班长的联系,班级和学生的联系,课程和学生的联系,概念模型和E-R图,概念模型和E-R图,2.概念模型和E-R图 E-R图:,注:矩形表示实体,椭圆表示属性,数据模型(续),在常见的数据库系统中,根据实体集之间的不同结构,通常把数据模型分为层次模型、
8、网状模型、关系模型和面向对象模型4种。关系模型:用二维表结构描述客观事物及其联系 层次模型:用树形结构描述客观事物及其联系 网状模型:用网状结构描述客观事物及其联系 面向对象模型:用更接近人的思维方式描述客观事物及其联系,国内DBS普遍采用关系模型(95%以上),课程介绍关系模型.,关系数据模型,关系数据模型描述数据的逻辑结构3要素:数据结构(重点介绍)数据完整性(参阅教学指导书)数据的操作(重点介绍),关系模型的数据结构,为什么当今大多数DBMS都支持关系数据模型?,当今大多数DBMS都支持关系数据模型,关系数据模型建立在严 格的数学理论基础上:集合论的“关系概念”,概念清晰,简洁,用统一的
9、结构表示数据对象和它们之间的联系.,关系模型的数据结构(续),关系数据模型的基本结构是关系。在用户观点下,关系数据模型中数据的逻辑结构是一张二维表(Table),它由表名、行和列组成。表的每一行称为一个元组(Tuple),每一列称为一个属性(Attribute)。例如,例表1.学生登记表(S):,关系模型的数据结构(续),例表2.课程开设表(C):,关系模型的数据结构(续),例表3.学生选课成绩表(SC):,关系数据模型(结构)(续),学生登记表(S),课程开设表(C)与学生选课成绩表之间的联系:,关系数据模型(结构)(续),数据库中数据的逻辑结构(二维表)纵观示意图:,存储模式,关系数据模型
10、(结构)(续),关系数据模式:,数据的关系模型结构就是二维表结构,3张二维表分别是数据对象“学生(S)”、“课程开设(C)”和其联系“学生选课成绩(SC)”的反映,这种用关系数据模型对一个具体单位中客观对象及其联系的结构描述,称为关系数据模式(简称:关系模式),关系数据模型(结构)(续),关系模式的描述形式:其中:R为关系模式名,即二维表名。Ai(1in)是二维表中的列名。,或者:R=(A1,A2,Ai,An),R(A1,A2,Ai,An),关系数据模型(结构)(续),.,上述数据对象(S和C)以及数据对象之间的联系(SC)表示成关系模式分别为:,S(SNO,SNAME,DEPART,SEX,
11、BDATE,HEIGHT)C(CNO,CNAME,LHOUR,SEMESTER)SC(SNO,CNO,GRADE),关系数据模型(结构)(续),这3个关系模式也可以用汉字定义为:,学生(学号,姓名,系别,性别,出生日期,身高)课程(课程号,课程名,学时,开课时间)选课成绩(学号,课程号,成绩),关系数据模型(结构)(续),关系模式(即二维表)主键:能够唯一标识二维表中指定元组的属性或者属性组(这组属性的任何真子集无此性质),称为该二维表的候选键.如果一个关系模式有多个候选键存在,则可从中选一个最常用的作为该关系模式主键,简称主键.,候选键:(学号)(姓名,出生年月)主键:(学号),关系数据模型
12、(结构)(续),例如:学生登记表中的学生有下列属性(列):学号,姓名,系别,出生年月等,则学号可作为候选键,用它来标识一个学生。因学生可能有重名,因而姓名不能作为候选键;但若学生的出生年月不同,则也可用属性组(姓名,出生年月)作为候选键,必须再从这两个候选键中选其一(如学号)作为学生登记表的主键。,关系数据模型(结构)(续),基本术语的对照:关系模型中的术语来自关系数学,与程序员和用户的习惯说法是相对应的.,关系模型的存储结构 在关系数据模型中,数据对象和数据对象之间的联系都用二维表来表示。在支持关系模型的数据库物理组织(即存储结构)中,二维表以文件形式存储。在大多数数据库中,二维表与操作系统
13、中的文件相对应。,关系数据模型(结构)(续),DB,文件,文件,文件,关系数据模型(结构)(续),关系数据模型是1970年由(美)E.F.Codd首次提出的。关系数据库得以迅速发展和普遍应用,主要得力于关系数据模型所具有的下列特点:关系模型建立在严格的数学理论基础上 关系数据模型的概念单一 对二维表的操作是“非过程性”,集合论的关系概念,数据对象和联系都是二维表。对二维表的操作结果也是二维表。,存取路径对用户透明,简化了程序员的编程工作;数据独立性和安全性好,E.F.Codd-关系数据库之父亲,关系数据模型(结构)(续),特别提示:严格地说明,关系是一种规范化二维表中行的集合。在关系数据模型中
14、,对每个关系还作了如下限制:每一个列对应一个域,列名不能相同.。关系中所有的列是原子数据(原子数据是不可再分的)关系中不允许出现相同的行(即不能出现重复的行)关系是行的集合,行的次序可以交换。(按集合的性质)行中列的顺序可以任意交换。(按集合的性质,但使用按定义顺序),关系数据模型(结构)(续),特别提示:数据模型和模式是有区别的。数据模型:用一组概念和定义描述数据的手段,数据模式:用某种数据模型对具体情况下相关数据 结构的描述。具体地说,关系模式是以关系数据模型为基础,综合考虑了用户的需求,并将这些需求抽象而得到的逻辑结构。因而不应将关系数据模型和关系模式相混淆,(正象不应把高级语言和用高级
15、语言编写的程序模块混为一谈一样,应注意它们在概念上的差异),关系数据模型(结构)(续),特别提示:关系模式:反映了二维表的静态结构,是相对稳定的。关系:是关系模式在某一时刻的状态,它反映二维表 的内容,由于对关系的操作不断更新着二维表 中的数据,因此关系是随时间动态变化的。但在一般表述中,人们常常将关系模式和关系都称为关系,实际上对此二者应加以科学的区分。,关系数据模型(操作),在关系数据库中,通常可以定义一些操作来通过已知的关系(二维表)创建新的关系(二维表)。最常用的关系操作有:并 插入 交 更新 差 删除 笛卡尔积 选择 除 连接 投影,专门的关系操作,传统集合的关系操作,关系数据模型(
16、操作),举例用例(5张二维表):,SC1:60-80分成绩表,SC2:70-100分成绩表,关系数据模型(传统集合的关系操作),并 并操作是一个二元操作。它要求参与操作的两个关系有相同的关系模式。其作用是将两个关系组合成一个新的关系。根据集合论的定义,并操作创建的新关系中的每一个元组或者属于第一个关系、或者属于第二个关系,或者在两个关系中皆有。,结果关系表示选课程学生的“60100分成绩表”,关系数据模型(传统集合的关系操作),交 交操作也是一个二元操作。它对两个具有相同关系模 式的关系进行操作,创建一个新关系。根据集合论的定义,交操作所创建新关系中的每一个元组必须是两个原关系中共有的成员。,
17、结果表示选课学生“70分80分成绩表”。,关系数据模型(传统集合的关系操作),.,差 差操作也是一个二元操作。它应用于具有相同关系模式的两个关系。生成新关系中的元组是存在于第一个关系而不存在于第二个关系中的元组。例如,关系SC1与关系SC2进行差操作:,结果关系包括那些在SC1表中而不在SC2表中的成绩信息,即“60 69分成绩表”,关系数据模型(传统集合的关系操作),差(续)在集合操作中,“并”和“交”具有交换律的性质,而“差”操作没有交换律的性质.例如,关系SC2与关系SC1进行差操作:,结果关系包括那些在SC2表中而不在SC1表中的成绩信息,即“81 100分成绩表”,SC2,SC1,差
18、,SC1SC2=SC2SC1SC1SC2=SC2SC1SC1SC2SC2SC1,关系数据模型(专门的关系操作),插入 插入操作是一种一元操作。它应用于一个关系,其操作是在关系中插入新的元组(或另一个具有相同模式的关系).例如:在课程开设表(C)中插入一个新的课程信息(CW101,论文写作,30,春)。,关系数据模型(专门的关系操作),删除 删除操作为一元操作。它根据要求删去表中相应的元组。例如:从课程表(C)中删除课程CC112。,关系数据模型(专门的关系操作),更改 更改操作也是一种一元操作,它应用于一个关系。用来改变关系中指定元组中的部分属性值。例如:课程开设表(C)中的课程ME234元组
19、的LHOUR值由“40”改为“30”,SEMESTER值由“秋”改为“春”。,关系数据模型(专门的关系操作),选择 选择操作是一元操作。它应用于一个关系并产生另一个新关系。新关系中的元组(行)是原关系中元组的子集。选择操作根据要求从原先关系中选择部分元组。结果关系中的属性(列)与原关系相同(保持不变)。例如:从学生登记表(S)中,选出性别为“男”的学生元组,组成一个新关系“男学生登记表”。,关系数据模型(专门的关系操作),投影 是一元操作,它作用于一个关系并产生另一个新关系。新关系中的属性(列)是原关系中属性的子集。在一般情况下,虽然新关系中的元组属性减少了,但其元组(行)的数量与原关系保持不
20、变。例如:需要了解学生选课情况而不关心其成绩时,可对学生选课成绩表(SC)进行相关的投影操作.。,其结果的每个元组仅包括学(SNO)课程号(CNO)两个属性,关系数据模型(专门的关系操作),连接 是一个二元操作。它基于共有属性把两个关系组合起来。连接操作比较复杂并有较多的变化。例如:学生登记表(S)和学生选课成绩表(SC)的连接,生成一个信息更全面的关系.,对于已选课程的学生而言,结果关系包含SC表原来的信息,并增加了该学生选修课程号(CNO)和成绩(GRADE)。,关系数据模型(关于“关系代数”的操作),对于以上所介绍的关系操作,在理论上均可用一种称之“关系代数”的逻辑运算来表示.,参阅第6
21、章阅读材料6.5,设有关系R和关系S,关系代数的操作有:,关系数据库语言SQL,数据库语言 以上讨论的关系操作,比较直观地说明了其对二维表运算的含意(数学上对关系操作的抽象描述是“关系代数”)。在此基础上,关系数据库管理系统必须配置与此相应的语言,使用户可以对数据库进行各式各样的操作,这就构成了用户和数据库的接口。由于DBMS所提供的语言一般局限于对数据库的操作,不同于计算机的程序设计语言,因而称它为数据库语言.,DB,数据库语言程序,用户,关系数据库语言SQL,关系数据库语言SQL特点 是一种“非过程语言”体现关系模型在结构,完整性和操作方面的特征 有命令和嵌入程序两种使用方式 功能齐全,简
22、洁易学,使用方便 为主流DBMS产品所支持,用户只要指出“做什么”,而“如何做”的过程由DBMS完成.,命令式:直接用语句操作嵌入式:将语句嵌入程序,ORACLE,MS-SQL Server,Sybase DB2,(Access,VFP有接口),关系数据库语言SQL,关系数据库语言SQL 3级体系结构,用户看到的关系模式主要是视图,系统的全局关系模式是基本表,系统的存储结构是文件,关系数据库语言SQL,SQL数据定义语言DDL 作为建立数据库最重要的一步,根据关系模式定义所需的基本表,SQL语句表示为:其中:表示可含有该子句,也可为空.基本表名字.每个基本表可以由一个或多个列组成。定义基本表时
23、要指明每个列的类型和长度,同时还可 以定义与该表有关的完整性约束条件,,CREATE TABLE(列名数据类型完整性约束条件,),关系数据库语言SQL,DDL例:按照关系模式S,定义学生基本表的SQL语句:,执行语句后,在数据库建立一个学生表S的结构,CREATE TABLE S(SNO CHAR(4),(类型为定长字符串)SNAME VARCHAR(8)(类型为变长字符串,串长为8)DEPART VARCHAR(12),SEX CHAR(2)BDATE DATE,(类型为日期型)HEIGHT DEC(5,2),(类型为5位十进制数,小数点后2位)PRIMARY KEY(SNO);(指明SNO
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