数据库系统及VFP概述.ppt
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1、第 一 章数据库系统及VFP概述,【本章要点】数据管理技术的发展阶段 数据库、数据库管理系统、数据库系统及其相互关系 信息的三个领域与数据模型 关键字的概念 VFP的项目管理器,第 一 节 数据管理技术的发展,一、数据处理 所谓数据处理是指:对各种类型的数据进行收集、存储、分类、计算、加工、检查和传输的过程。数据处理一般经过五个步骤:(1)原始数据的采集(2)编码转换(3)数据输入(4)数据处理(5)数据输出,二、数据管理的发展阶段,人 工 管 理 阶 段 文 件 系 统 阶 段 数据库系统阶段,对数据的管理完全由程序员在其程序中进行管理。即:程序与其处理的对象(数据)相互结合成一个整体,两者
2、相互依存。数据的管理是分散的。其特点是:(1)数据由应用程序自己管理,没有相应的软件系统负责数据的管理工作。(2)数据不能共享,只面向相应的应用程序。(3)应用程序依赖于数据,不具有数据独立性。,人工管理阶段,应用程序 1,应用程序 2,应用程序 N,数据集 1,数据集 2,数据集 N,人工管理阶段程序与数据的对应关系,人工管理阶段,文件系统阶段,应用程序通过文件管理系统进行数据文件的建立、存取、修改和删除操作。各应用程序根据自身需要建立数据文件,文件管理系统所管理的数据基本上是分散的。其特点是:(1)数据可以以文件形式长期存储在辅助存储器中。(2)程序与数据之间具有相对的独立性,即数据不再属
3、于某个特定的应用,数据可重复使用。(3)数据文件组织多样化,有索引文件、链接文件、直接存取文件等。,应用程序 1,应用程序 2,应用程序 N,文件 1,文件 2,文件 N,文件系统阶段程序与数据的对应关系,文件系统阶段,文件系统,数据库系统阶段,利用数据库管理系统对数据实行统一的、集中的管理,使数据的存储独立于应用程序。其特点是:(1)采用数据模型表示复杂的数据结构。数据模型不仅描述数据本身的特征,还描述数据之间的联系。(2)数据的存储独立于应用程序。(3)提供了数据安全性、完整性等控制功能,以及对数据操作的并发控制、数据和备份与恢复等功能。(4)为用户提供了方便的用户接口。,应用程序 1,应
4、用程序 2,应用程序 N,数据库管理系统,数据库,数据库系统阶段程序与数据的对应关系,数据库系统阶段,第 二 节数据库系统的组成,一、数据库(DB)数据库是指以一定的组织形式存放在计算机存储介质上的相互关联的数据集合。数据库的特点: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,并可供各种用户共享。整个数据库的建立、运行和维护由数据库管理系统统一管理和控制。用户能方便地定义数据和操纵数据,并保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生事故后的数据库恢复。,数据库通常包括两部分内容:按一定的数据模型组织并实际存储的所有应用需要的数据 存放在
5、数据字典中的各种描述信息,包括所有数据的结构名、存储格式、完整性约束、使用权限等信息。这些描述信息通常称为“元数据”。数据库按数据模型可分为:层次数据库、网状数据库、关系数据库和面向对象数据库等。数据库技术与其它学科的技术结合,出现了各种新型数据库。,二、数据库管理系统(DBMS)是用于建立、使用和维护数据库的系统软件。它对数据库进行统一的管理和控制,以保证数据库的安全性和完整性。用户通过DBMS访问数据库中的数据,数据库管理员也通过DBMS进行数据库的维护工作。数据库管理系统提供了用户对数据库进行操作的各种命令、工具及方法,包括数据库的建立和记录的输入、修改、检索、显示、删除和统计等。,按功
6、能划分,DBMS大致可分为6个部分:模式翻译 提供数据定义语言(DDL)。用它书写的数据库模式被翻译为内部表示形式。应用程序的编译 把包含着访问数据库语句的应用程序,编译成在DBMS支持下可运行的目标程序。交互式查询 提供易使用的交互式查询语言。,数据的组织和存取 提供数据在辅助存储器上的物理组织与存取方法。其涉及:提供与操作系统的接口、提供数据库的存取及更新维护功能、提供与数据库定义语言和数据库操纵语言的接口。事务运行管理 提供事务运行管理及运行日志、事务运行的安全性监控和数据完整性检查、事务的并发控制及系统恢复等功能。数据库的维护 为数据库管理员提供软件支持,包括数据控制、完整性保障、数据
7、库备份、数据库重组以及性能监控等维护工具。,三、数据库管理员(DBA)是指对数据库系统进行管理和控制的机构和相关人员,具有最高的数据库用户特权,负责全面管理数据库系统。DBA的主要职责有:规划和定义数据库的结构 定义数据库的安全性要求和完整性约束条件 选择数据库的存储结构和存取路径 监督和控制数据库的使用和运行 改进数据库系统和重组数据库 DBA在执行上述职责时,可利用DBMS提供的功能或利用其它工具软件来实现。,四、数据库系统(DBS)是实现有组织地、动态地存储大量关联数据的、方便用户访问的计算机软硬件资源所组成的具有管理数据库功能的计算机系统。数据库系统由数据库、数据库管理系统、支持数据库
8、系统的计算机软件和硬件环境、各种应用程序、数据库管理员和用户组成。,应用程序,数据库管理系统,操作系统,数据库,数据库管理员,数据库系统组成示意图,用户,用户,用户,计算机硬件系统,数据库、数据库管理系统和数据库系统之间的区别和联系:用户通过数据库管理系统可以建立和使用数据库。使用数据库是目的,而数据库管理系统是实现目的的手段和工具。数据库和数据库管理系统都是数据库系统的组成部分。,第 三 节数据库系统的分级结构,为了实现数据的独立性,便于数据库的设计和实现,美国国家标准局、计算机与信息处理委员会以及标准规划和要求委员会将数据库系统的结构定义为三级模式结构:外部层(单个用户的视图)、概念层(全
9、体用户的公共视图)、内部层(存储视图)。外部层 是面向单个用户的层次。它是数据库的“外部视图”,是各个用户所看到的数据库。它所表示的是数据库的局部逻辑。,内部层 是最接近物理存储的层次。它是数据库的“内部视图”,或称“存储视图”。它与数据库的实际存储密切相关,可以理解为机器“看到”的数据库。概念层 介于上述两者之间的层次。它是数据库的“概念视图”,是数据库中所有信息的抽象表示。它既抽象于物理存储的数据,也区别于各个用户所看到的局部数据库。可以将其理解为数据库管理员所看到的数据库。数据库系统结构的外部层、概念层和内部层分别对应于数据库模式的外模式、模式和内模式。,数据库系统结构的分级对于提高数据
10、独立性具有重要意义。在三级结构间存在着两级映射:概念层与内部层之间的映射定义了概念视图与物理存储之间的对应。若物理存储的结构发生了变化,可以相应地改变概念层与内部层之间的映射,而使概念视图保持不变,即将物理存储的变化隔离在概念层之下,不反映在用户面前,因此应用程序可保持不变(数据的物理独立性)。外部层与概念层映射定义了单个用户的外部视图与全局的概念视图之间的对应。若概念视图发生变化,可以改变外部层与概念层之间的映射,而使用户看到的外部视图保持不变,因此应用程序可以保持不变(数据的逻辑独立性)。,第四节 数据模型,信息来源于客观事物,经过人们的加工处理,再用来控制和改造客观事物。数据库不仅要反映
11、数据本身的内容,而且要反映数据之间的联系。由于计算机不可能直接处理现实世界中的具体事物,所以人们必须事先把具体事物转换成计算机能够处理的数据,这个转换过程可以分为:三个阶段 现实世界 信息世界 数据世界两个抽象 现实世界到信息世界的抽象 信息世界到数据世界的抽象,现实世界 是独立于人们意识之外的客观事物及其相互联系。信息世界 是现实世界中的事物在人们头脑中的反映。数据世界 是以数据形式反映信息世界中的信息。现实世界到信息世界的抽象 将现实世界中的客观事物抽象为信息世界中的实体。信息世界到数据世界的抽象 将信息世界中的实体转换为DBMS支持的数据世界中的数据。,现实世界,事物及联系,事物,对象,
12、性质,信息世界,概念模型,实体,对象,属性,(抽象),数据世界,数据模型,数据,记录,字段,(数据表示),数据模型(Data Model)是在数据库领域中定义数据及其操作的一种抽象表示。即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,通俗地说,数据模型就是现实世界的模拟。数据模型应该满足三方面要求:能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现,数据模型可以由三个部分组成:实体及实体间联系的数据结构描述 数据结构用于描述系统的静态特性,是刻画一个数据模型性质最重要的方面。因此通常按数据结构的类型来命名数据模型。对(表示实体和联系的)数据的操作 数据操作用于描述系统的
13、动态特性,是指对数据库中各对象(类)的实例允许执行的操作的集合,包括操作及相关的操作规则。数据的完整性约束条件 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,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、有效和相容。,根据适用对象不同,数据模型可分为两类,它们分属于两个不同的层次:概念数据模型(概念模型)这是面向客观世界、面向用户的数据模型。这类数据模型是按用户的观点建模,描述用户和设计者都能理解的信息结构,强调其表达能力和易理解性,如E-R模型。逻辑数据作模型(数据模型)这是面向数据库管理系统的,用以刻画实体在数据库中的存储
14、形式及实体之间的联系的数据模型,它是按计算机系统的观点对数据建模。如:层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型。,一、概念模型 概念模型是现实世界到数据世界的一个中间层次,是按用户的观点对数据建模,它是现实世界到信息世界的第一层抽象,是用户和数据库设计人员之间进行交流的工具。,广泛使用的概念模型当属“实体联系”模型,即E-R模型。1、E-R模型的基本概念(1)实体 是客观存在的并可以相互区别的事物。实体可以是具体的对象(如学生、书等),也可以是抽象的对象(如一次选课、教师与系的关系等)。具有相同性质的实体集合称为实体集。实体集中的实体借助实体标识符(key 关键字)加以区别(如学号)。,(2
15、)联系 是实体集之间关系的抽象表示。例如:学生集合与课程集合之间、专业集合与学生集合之间均存在一定的联系。两个实体间的联系可以分为3类:1:1 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有联系;反之亦然。例如:公民集合与身份证号集合、学生集合与学号集合。,1:m 对于实体集A中的每一个实体,实体集B中有n个(n0)实体与之有联系;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。例如:专业集合与学生集合、学生集合与成绩集合。,m:n 对实体集A中的每一个实体,实体集B中有n个(n0)实体与之有联系;反之,对实体集B中的每一个实体,实体集A中有m个(m0)实体与
16、之有联系。例如:学生集合与选课集合、专业集合与课程集合。,(3)属性 实体或联系所具有某一特性。一个实体可以由多个属性来描述,即实体可以用属性集来表示。例如:学生的属性包括:学号、姓名、性别、出生年月、专业等。,2、E-R图 E-R图是E-R模型的图形表示法,它是直接表示概念模型的有力工具。在E-R图中,用矩形表示实体集,菱形框表示联系,椭圆形框表示属性。需要注意的是: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,则这些属性也要与该联系连接起来。,成绩,考试,学生,学号,姓名,学号,课程,1,m,考试类别,二、关系模型 不同的数据模型具有不同的数据结构形式。数据模型主要有:层次模
17、型、网状模型、关系模型。层次模型 用树形结构表示各类实体,以及实体之间的联系。层次模型只能处理一对多的实体关系。,网状模型 呈现网状结构。网络模型允许两个结点之间有多种联系,1:1、1:m、m:n。,关系模型 是用二维表格的结构形式来表示实体及实体间的联系。1、关系与关系模式 关系是以二维表结构来表示实体集及其实体间的联系。一个关系模型的逻辑结构就是一张二维表,它由行和列组成。关系的首行称“属性”(在关系数据库中称“字段”),其它各行称为“元组”(在关系数据库中称“记录”)。,关系模式是对关系结构的描述,它包括:模式名和组成该关系的诸属性名。关系模型要求关系的每一个属性必须是不可再分的数据项。
18、,2、关键字 由于二维表中不允许出现相同的记录,因此,表中的一列或若干列能够区分不同的记录,或者说能够惟一地确定记录。例:二维表中的字段名为:姓名、性别、年龄、籍贯、家庭地址、学号、专业、班级。超关键字 二维表中能惟一确定记录的一个列或几个列的组合称“超关键字”。单一的列构成的关键字称“单一关键字”,否则称“合成关键字”。超关键字虽然能惟一地确定记录,但其所含的字段可能有多余的。,候选关键字 如果一个超关键字去掉其中任何一个字段后不再能惟一确定记录,则称该超关键字为“候选关键字”。候选关键字既能惟一确定记录,它包含的字段又是最精练的。一张二维表中总存在超关键字,因而也必然存在候选关键字,且至少
19、存在一个候选关键字。,主关键字 主关键字是从二维表的候选关键字中确定的,对于表中的每一个记录来说,主关键字必须包含一个不同于其它记录的惟一的值。主关键字不能为空,否则失去其意义;如果一个字段不能构成主关键字,可以由多个字段构成。,外部关键字 当一张二维表(A表)的主关键字包含在另一张二维表(B表)中时,A表的主关键字称为B表的外部关键字。,A表的学号即为B表的外部关键字。注意:B表中的“学号”不一定能惟一确定记录。,在数据库结构设计中,应该指出各张二维表的主关键字。如果主关键字过于复杂,通常增设一个字段,用这一字段来惟一确定记录,用此字段作为单一主关键字。大多数二维表中,只有一个候选关键字;在
20、一些复杂的表可能存在多个候选关键字。一般应用中,只需一个候选关键字,并将它作为主关键字。,3、关系模型 用二维表表示实体集,通过外部关键字表示实体间联系的数据模型称为关系模型。关系模型它有以下三部分组成:数据结构 数据库中所有数据及其相互联系都被组织成关系(即二维表)的形式。数据操作 提供一组完备的关系运算,以支持对数据库的各种操作。完整性规则 包括域完整性规则、实体完整性规则、参照完整性规则和用户定义的完整性规则等。,数据完整性是指数据库中数据的准确性、正确性和有效性。数据库中的数据完整性是用户对数据存储和维护的一种需求,它可以指定某些属性或者字段的取值必须限制在一定的范围之内,也可以指定某
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