关系数据库教案第1章.ppt

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1、关系数据库基础,主讲教师:郭东恩 电子信箱：办公室：15102 办公电话：62233612 手机：个人网站：,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。计算机软件开发及相关专业都要学习的课程（关系数据库基础和具体的数据库管理系统）90%软件用到数据库数据库相关的新方向：数据仓库、数据挖掘、海量存储、面向对象数据库、多媒体数据库、WEB数据库等都发展很快。,课程目的,通过具体的数据库管

2、理系统软件Access、SQL Server的使用：掌握数据库技术的基本概念和原理了解多种类型数据库，特别是关系型数据库的原理及设计熟练掌握数据库的工具语言SQL了解数据库规范化设计理论了解数据库的安全保护技术掌握具体关系数据库管理系统SQL Server和Access的使用,数据库相关概念,一、数据(Data)和信息（Information）1、数据数据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、档案记录等数据的特点数据与其语义是不可分的,计算机不能直接处理现实世界，必须把其转化成计算机能理解的数据才行。,数据库相

3、关概念,数据举例档案记录（李明，男，1988，江苏，软件学院，2007）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，1982年出生，男，江苏人，2007年考入软件学院数据和语义是不可分的,数据库相关概念,2、信息（Information）通过各种方式传播的能被感受的声音、文字、图像、符号等所表征的某一特定事物的消息、情报或知识。信息是客观存在并且无处不在的，平时我们关心的只是信息中的一部分（对我们有用的），时效性、有用性和知识性信息的4个特征：信息内容反映客观现实信息是有用的能够传递需要一定的表现形式数据、信息和语义关系：

4、数据是信息的载体，是表示信息的物理符号，数据的内涵是信息，数据加上不同语义表达了不同信息，数据和语义不可分。,数据库相关概念,二、数据库(Database,简称DB)简单理解就是保存数据的仓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。,数据库相关概念,数据库的特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存（表，每个表表示一个主题信息）可为各种用户共享长期存储的大量数据集合冗余度较小数据独立性较高易扩展,数据库相关概念,三、数据库管理系统(Database Management

5、 System，简称DBMS)什么是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。Access、SQL Server就是DBMSDBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据,常见常用的数据库管理系统,大型的ORACLE（目前金融、保险、税务、公安等用的较多）DB2中型的SQL Server(应用较普遍，医药连锁、其他中小型企业等)INFOMIX、SYBASE、MYSQL（网络应用较广）小型的ACCESS（小型企业、数据量不太大）开始作程序用ACCESS一般就可以了,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

6、的数据对象。(Access中支持，用CREATE、ALTER、DROP实现)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)。(Access中支持，用SELECT、INSERT、DELETE和UPDATE实现),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。(Access中支持，用密码、主键等约束、数据库备份等功能)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（Access中的数据备

7、份、导入、导出等功能）,数据库相关概念,四、数据库系统（Database System，简称DBS）什么是数据库系统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。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,应用开发工具,数据库管理系统,操作系统,数据库,数据库管理员,使用饭卡收费系统的老师,饭卡收费系统,开发饭卡收费系统的工具,饭卡收费系统数据管理软件,饭卡收费系统数据保存地方,饭卡收费系统数据库的管理和维护人员（兰州大学）

8、,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,B MD S编 统译 系,作 系操 统,硬件,信息管理系统-MIS(我们学习的主要目标),信息管理系统简称为MIS，它是计算机应用领域的一个重要分支。信息管理系统借助于数据库技术，使用计算机帮助人们完成原来需要手工处理的复杂工作的软件系统。通过MIS能明显地提高工作效率，降低劳动强度，而且能提高信息管理的质量和水平。因而，信息管理系统得到了非常广泛的应用，比如：车站售票系统、教务管理系统、学生管理系统、成绩管理系统、教师管理系统、工资管理系统、自动取款系统、超市管理系统等等我们将来的发展方向主要就是

9、借助于数据库技术和某一个具体的开发工具（Java、NET）开发MIS系统,具体关系数据库管理系统,Access简介Access 2003作为Office 2003办公套件中的数据库管理软件，具有与Word、Excel和PowerPoint等应用程序统一的操作界面。（跟Windows常用操作类似）Access 2003是一个完全面向对象（可视化），采用事件驱动机制的关系数据库管理系统，使得数据库的应用与开发更加便捷、灵活。每个数据库对应一个文件，扩展名为.mdb,具体关系数据库管理系统,Access常用操作熟悉Access应用程序的启动退出方法，及其快捷操作的建立熟悉Access应用程序窗口的基

10、本构成及其基本操作熟悉Access数据库的建立及数据库窗口的基本构成和操作，知道Access数据库文件的扩展名,具体关系数据库管理系统,熟悉Access应用环境的设置方法（表中字体的设置、数据库访问路径的设置、启动时数据库窗口的显示和隐藏、应用程序名称和图标设置、数据库密码的设置和取消等）熟悉如何利用已存在数据库中的表（多种方法）熟悉建立Access基本表的方法，并建立一个能保存学生基本信息的表（学号、姓名、性别、出生日期、籍贯、年级、系别、专业、班级、政治面貌），并输入部分数据。联机帮助使用,数据管理技术的产生和发展,数据处理对各种数据进行收集、存储加工和传播的一系列活动的总合什么是数据管理

11、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。（分类组织和保存、数据维护和查询统计）我们学习数据库主要学习怎样进行数据管理数据管理技术的发展过程（计算机中数据）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),

12、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,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,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

13、：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。,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,家庭成员记录,奖惩情况记录,文件系统(续),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

14、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,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物理结构是相互独立的。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

15、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，保证正确、有效和相容。（年龄不能包含字母，性别只能是男或女

16、等）,DBMS对数据的控制功能（续）,并发（Concurrency）控制对多用户的并发（同时）操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。（可以实现并发控制的DBMS可以自动保证，有时还可以用语句强制并发）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。（大的系统数据库恢复是很重要的，比如：银行，医院，移动通信等相关系统）,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：华中科大研制了自己的数据库管理系统-达梦数据库东软集团有限公司的OpenBASE 北京神舟航天软件技术有限公司的神舟OSCAR数据库系

17、统 北京人大金仓信息技术有限公司的金仓数据库管理系统KingbaseES 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面向对象数据理论查询优化,数据模型,计算机没办法直接表示和处理现实世界，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。1.数据库系统的模式结构 从数据库管理系统角度看，分三级（外模式、内模式、模式）2.数据库系统的体系结构从数据库最终用户角度看，多种体系结构（单用户、主从式、分布式、C/S）,信息的三种世界,现实世界、信息世界和计算机世界信息世界

18、和计算机世界实际上代表了数据模型的两个层次计算机世界术语：数据项：对象属性的数据表示记录：实例的数据表示文件：对象的数据表示，记录集合数据模型：反映现实世界事物之间及内部的复杂关系的数据表示,数据模型的分类,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。该模型应满足两个方面要求：能比较真实地模拟现实世界，容易为人所理解(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。,数据模型分类,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

19、机器世界的一个中间层次。,数据模型的三要素,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。数据操作数据库主要有检索和更新（包括插入、删除、修改）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。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。比如年龄取值范围、身份证号位数、性别范围等。,实体联系模型-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，

20、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,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。如：学生、教师、课程等(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。如学生实体的属性有学号、姓名、性别、年龄等(3)码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。学生实体可以唯一标示每个学生的属性是-学号（姓名可能有重复）,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。比如学生实体的性别属性只能取“男”或“女”(5)实体型（Entit

21、y 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。学生（学号，姓名，性别，年龄）(6)实体集（Entity Set）同型实体的集合称为实体集。所有学生构成的集合就是学生实体集。,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关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：组成实体的各属性之间的联系实体之间的联系：不同实体集之间的联系三类实体型间联系 一对一联系（1:1）一对多联系（1:n）多对多联系（m:n）,两个实体型间的联系,一对一联系 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

22、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。实例班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长，而一个班长只在一个班中任职系与系主任。,两个实体型间的联系(续),一对多联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）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实例 班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，而每个学生只在一个班级中学习,两个实体型间的联系(续),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（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个

23、实体，实体集A中也有m个实体（m0）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实例 课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修，而一个学生可以同时选修多门课程,联系的表示方法示例,实体型间联系(续),三类联系之间的关系实际上一对一是一对多联系的一个特例，而一对多又是多对多联系的一个特例。,多个实体型间的联系,多个实体型之间的联系一对一联系一对多联系多对多联系,多个实体型间的联系(续),多个实体型间的一对多联系若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ej与E1，E2，

24、.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对多的。,多个实体型间的联系(续),多个实体型间的一对多联系(续)实例 对于课程、教师与参考书三个实体型，如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，而每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用，则课程与教师、参考书之间的联系是一对多的多个实体型间的一对一联系多个实体型间的多对多联系,联系的表示方法示例(续),同一实体集内各实体间的联系,一对多联系实例 职工实体集内部具有领导与被领导的联系，即某一职工（干部）“领导”若干名职工，而一个职工仅被另外一个职工直接领导，因此这是一对多的联系一对一联系多对多联系,概念模型的表示方法,概念

25、模型的表示方法很多实体联系方法(E-R方法)是最为常用的概念模型表示方法。用E-R图来描述现实世界的概念模型。E-R方法也称为E-R模型。,E-R图,实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。,学生,教师,E-R图(续),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,E-R图(续),联系联系本身：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）,联系的表示方法,联系的表示方法(续),联系的表示方法示例,联系的表示方法示例(续),E-R图(续),联系联系的属性：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，

26、则这些属性也要用无向边与该联系连接起来。,联系属性的表示方法,作业1：E-R图实例:某工厂物资管理概念模型,物资管理涉及的实体：仓库:属性有仓库号、面积、电话号码。零件:属性有零件号、名称、规格、单价、描述。供应商:属性有供应商号、姓名、地址、电话号码、账号。项目:属性有项目号、预算、开工日期。职工:属性有职工号、姓名、年龄、职称。,E-R图实例(续),实体之间的联系 一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中。用库存量来表示某种零件在某个仓库中的数量。一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作。职工之间具有领导-被领导关系。即仓库主任领导若干保管员。一个供应商可以

27、供给若干项目多种零件，每个项目可以使用不同供应商供应的零件，每种零件可由不同供应商供给。,作业2：E-R图实例:某商场管理的概念模型,商场管理涉及的实体：商场:属性有商场号、商场名、地址。商品:属性有商品号、名称、单价。顾客:属性有顾客号、姓名、性别、住址。员工:属性有员工号、姓名、性别。,E-R图实例(续),实体之间的联系 一个商场可以有多个员工，而每个员工只能在一个商场工作。员工之间具有领导-被领导关系。即商场经理领导若干员工。一个商场可以销售多种商品给多个顾客，一种商品可以在多个商店销售给多个顾客，每个顾客可以到多个商场购买多种商品。销售时有销售数量和销售时间。,数据模型,一、层次数据模

28、型二、网状数据模型三、关系数据模型,数据模型,非关系模型种类层次模型（Hierarchical Model）网状模型(Network Model)数据结构：以基本层次联系为基本单位基本层次联系：两个记录以及它们之间的一对多（包括一对一)的联系,数据模型(续),关系模型(Relational Model)数据结构：表面向对象模型(Object Oriented Model）数据结构：对象,层次模型,1.层次数据模型的数据结构 2.层次数据模型的数据操纵3.层次数据模型的完整性约束 4.层次数据模型的存储结构 5.层次数据模型的优缺点 6.典型的层次数据库系统,1.层次数据模型的数据结构,层次模型

29、 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。1.有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点2.根以外的其它结点有且只有一个双亲结点层次模型中的几个术语根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点,层次数据模型的数据结构(续）,层次数据模型的数据结构(续）,表示方法实体型：用记录类型描述。每个结点表示一个记录类型。属性：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的一对多的联系。,层次数据模型的数据结构(续）,特点结点的双亲是唯一的只能直接处理一对多的实体联系每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义没有

30、一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在,层次数据模型的数据结构(续）,多对多联系在层次模型中的表示用层次模型间接表示多对多联系表示方法将多对多联系分解成一对多联系分解方法冗余结点法虚拟结点法,2.层次模型的数据操纵,查询 插入 删除 更新,3.层次模型的完整性约束,无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性,4.层次数据模型的存储结构,邻接法按照层次树前序遍历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子女兄弟链接法 P34层次序

31、列链接法 P34,5.层次模型的优缺点,优点层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观，容易理解性能优于关系模型，不低于网状模型层次数据模型提供了良好的完整性支持,层次模型的优缺点（续）,缺点多对多联系表示不自然对插入和删除操作的限制多查询子女结点必须通过双亲结点层次命令趋于程序化,6.典型的层次数据库系统,IMS数据库管理系统第一个大型商用DBMS1968年推出IBM公司研制,网状模型,1.网状数据模型的数据结构 2.网状数据模型的数据操纵3.网状数据模型的完整性约束 4.网状数据模型的存储结构 5.网状数据模型的优缺点6.典型的网状数据库系统,1.网状数据模型的数据结构,

32、网状模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。1.允许一个以上的结点无双亲；2.一个结点可以有多于一个的双亲。,网状数据模型的数据结构(续）,表示方法（与层次数据模型相同）实体型：用记录类型描述。每个结点表示一个记录类型。属性：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的一对多的父子联系。,网状数据模型的数据结构(续）,特点只能直接处理一对多的实体联系每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义,网状数据模型的数据结构(续）,网状模型与层次模型的区别网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许

33、结点有多个双亲结点网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）网状模型可以更直接地去描述现实世界层次模型实际上是网状模型的一个特例,网状数据模型的数据结构(续）,网状数据模型的数据结构(续）,网状数据模型的数据结构(续）,网状数据模型的数据结构(续）,父亲,人,独生子女,树,种植,砍伐,养育,赡养,网状数据模型的数据结构(续）,网状数据模型的数据结构(续）,多对多联系在网状模型中的表示用网状模型间接表示多对多联系表示方法将多对多联系直接分解成一对多联系,2.网状模型的数据操纵,查询插入删除更新,3.网状数据模型的完整性约束,完整性约束条件不严格允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值允许只删除

34、双亲结点值,网状数据模型的完整性约束(续),具体的网状数据库系统（如DBTG）对数据操纵加了一些限制，提供了一定的完整性约束。码属籍类别加入类别(自动的，手工的)移出类别(固定的，必须的，随意的),4.网状数据模型的存储结构,关键实现记录之间的联系常用方法单向链接双向链接环状链接向首链接,5.网状模型的优缺点,优点能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲具有良好的性能，存取效率较高,网状模型的优缺点（续）,缺点结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握DDL、DML语言复杂，用户不容易使用,6.典型的网状数据库系统,DBTG系统，亦称CO

35、DASYL系统由DBTG提出的一个系统方案奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术70年代推出实际系统Cullinet Software Inc.公司的 IDMSUnivac公司的 DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE,关系模型,1.关系数据模型的数据结构 2.关系数据模型的操纵3.关系数据模型的完整性约束 4.关系数据模型的存储结构 5.关系数据模型的优缺点6.典型的关系数据库系统,关系模型,最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员提出本课程的重点,1.关系数据模型的数据结构,关系模型的基本数据结构

36、关系模型的基本概念实体及实体间的联系的表示方法关系必须是规范化的,关系数据模型的数据结构(续),关系模型的基本数据结构在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,关系数据模型的数据结构(续）,关系模型的基本概念关系（Relation）：一个关系对应通常说的一张表。元组（Tuple）表中的一行即为一个元组。属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。,关系数据模型的数据结构(续）,关系模型的基本概念（续）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。,关系数据模型的

37、数据结构(续）,关系模型的基本概念（续）关系模式对关系的描述表示方法 关系名（属性1，属性2，属性n）例如：学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）,关系数据模型的数据结构(续）,实体及实体间的联系的表示方法实体型：直接用关系（表）表示。属性：用属性名表示。一对一联系：隐含在实体对应的关系中。一对多联系：隐含在实体对应的关系中。多对多联系：直接用关系表示。,关系数据模型的数据结构(续）,例1学生、系、系与学生之间的一对多联系：学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）系(系号，系名，办公地点)例2系、系主任、系与系主任间的一对一联系,关系数据模型的数据结构(续）,例3学生、课程、学生与课程之间

38、的多对多联系：学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）,关系数据模型的数据结构(续）,关系必须是规范化的，即必须满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。,2.关系模型的数据操纵,查询、插入、删除、更新数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”,3.关系模型的完整性约束,实体完整性参照完整性用户定义的完整性,4.关系数据模型的存储结构,表以文件形式存储有的DBMS一个表对应一个操作系统文件，有的DBMS自己设计文件结

39、构,5.关系模型的优缺点,优点建立在严格的数学概念的基础上概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用实体和各类联系都用关系来表示。对数据的检索结果也是关系。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了程序员的工作和数据库开发建立的工作,关系模型的优缺点（续）,缺点存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型为提高性能，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难度,6.典型的关系数据库系统,ORACLESYBASEDB2SQL ServerINFORMIXCOBASEPBASEEasyBaseKingBase小金灵DM/4OpenBase,数据库

40、系统的模式结构,数据库系统模式的概念数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性小结,数据库系统模式的概念,“型”和“值”的概念型（Type）对某一类数据的结构和属性的说明值（Value）是型的一个具体赋值例如：学生记录记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）该记录型的一个记录值：（900201，李明，男，计算机，22，江苏）,数据库系统模式的概念（续）,模式的概念模式（Schema）数据库全体数据逻辑结构和特征的描述是型的描述反映的是数据的结构及其联系模式是相对稳定的对应于数据库整体结构的描述,数据库系统模式的概念（续）,模式的概念（续）模式的一个实例（Instance）模

41、式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动对应于数据库中特定的数据,数据库系统的三级模式结构,数据库,1模式（Schema）,模式（也称逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据之间的联系数据有关的安全性、完整性要求,2.外模式（External Schema）,外模式（也称子模式或用户模式

42、）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示一般对应于数据库中的视图或查询,外模式（续）,外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多外模式通常是模式的子集一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同外模式与应用的关系：一对多同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用，但一个应用程序只能使用一个外模式。,外模式（续）,外模式的用途保证数据库安全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访

43、问所对应的外模式中的数据保证数据独立性的一个有力措施。,3内模式（Internal Schema）,内模式（也称存储模式）是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储）索引的组织方式数据是否压缩存储数据是否加密数据存储记录结构的规定一个数据库只有一个内模式,三级模式与二级映象,三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换,二级映象功能,1外模式模式映象2模式内模式映象,1外模式模式映象,什么是外模式模式映象定义外模式与模式之间的对应关系每一个外模式都对应一个外模式模式映象映象定义通

44、常包含在各自外模式的描述中,外模式模式映象（续）,外模式模式映象的用途：保证数据的逻辑独立性当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。,2模式内模式映象,什么是模式内模式映象模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的数据库中模式内模式映象是唯一的该映象定义通常包含在模式描述中,模式内模式映象（续）,模式内模式映象的用途：保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管

45、理员修改模式内模式映象，使模式保持不变应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。,小结,小结（续）,模式是数据库的中心与关键独立于数据库的其它层次设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式,小结（续）,内模式依赖于全局逻辑结构，但独立于数据库的用户视图即外模式，也独立于具体的存储设备。它将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以达到较好的时间与空间效率。,小结（续）,外模式面向具体的应用程序，定义在逻辑模式之上，但独立于存储模式和存储设备设计外模式时应充分考虑到应用的扩充性。当应用需求发生较大变化，相应外模式不能满足其视图要求时，

46、该外模式就得做相应改动,小结（续）,应用程序在外模式描述的数据结构上编制的，它依赖于特定的外模式，与数据库的模式和存储结构独立。不同的应用程序有时可以共用同一个外模式。,小结（续）,二级映象保证了数据库外模式的稳定性，从而从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改。数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去。数据库特点与数据库的模式结构,数据库管理系统的功能与组成,1.数据定义2.数据操纵3.数据库运行管理4.数据组织、存储和管理5.数据库的建立和维护6.数据通信接口,1.数据定义,定义构成数据库结构的模式、存储模式和外模式定义

47、各个外模式与模式之间的映射定义模式与存储模式之间的映射定义有关的约束条件,2.数据操纵,检索插入修改删除,3.数据库运行管理,对数据库的运行管理是DBMS运行时的核心部分，包括对数据库进行并发控制、安全性检查、完整性约束条件的检查和执行、数据库的内部维护等。所有访问数据库的操作都要在这些控制程序的统一管理下进行，以保证数据的安全性、完整性、一致性以及多用户对数据库的并发使用。,4.数据组织、存储和管理,数据库中需要存放多种数据，如数据字典、用户数据、存取路径等。DBMS负责分门别类地组织、存储和管理这些数据，确定以何种文件结构和存取方式物理地组织这些数据，如何实现数据之间的联系，以便提高存储空间利用率以及提高随机查找、顺序查找、增、删、改等操作的时间效率。,5.数据库的建立和维护,建立数据库包括数据库初始数据的输入与数据转换等。维护数据库包括数据库的转储与恢复、数据库的重组织与重构造、性能的监视与分析等。,6.数据通信接口,DBMS需要提供与其他软件系统进行通信的功能DBMS组成数据定义的语言及其翻译处理程序数据操纵语言及其编译（或解释）程序数据库运行控制程序使用程序,小结,数据库相关概念：了解概念、常用缩写数据管理技术发展：了解三个阶段，对比数据模型：掌握ER图方法表示概念模型，了解常用的结构数据模型模式结构：理解掌握三级模式结构，出题点多。,