数据库原理及应用

数据库原理及应用

数据库技术简介

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。

第一章 绪论

1.1 数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念

数据(Data) 数据库（Database） 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS) 一、数据

数据(Data)的定义

数据是信息的具体表现形式 描述事物的符号记录

数据的表现形式——数字 文字 图形 图像 声音等 各类数据必须数字化后才能加工处理。 数据与其语义是不可分的 例如：93是一个数据

语义1：学生某门课的成绩 语义2：某人的体重

语义3：计算机系2007级学生人数 例如：学生档案中的一条记录：（ 李明 男 1982 江苏 计算机系 2000） 二、数据库(续) 数据库的定义

数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。

三、数据库管理系统 什么是DBMS

数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。

DBMS的用途

组织和存储好大量的数据，并提供方便、高效地检索数据和维护数据的手段。 DBMS的主要功能:

数据定义功能 数据组织 存储和管理 数据操纵功能

数据库的事务管理和运行管理 数据库的建立和维护功能 其它功能

四、数据库系统 什么是数据库系统

数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统。 数据库系统的构成 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（DBA）

1.1.2 数据管理技术的产生和发展

数据管理：是指对数据的分类、组织、编码、存储、查询和维护等活动，是数据处理的 中心环节。

数据处理：是指对数据进行收集、组织、存储、加工、抽取和传播等一系列活动的总和。其目的是从大量的、原始数据中抽取、推导出对人们有价值的信息。

数据管理技术的发展动力：应用需求的推动、计算机软/硬件的发展 数据管理技术的发展过程

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) 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 纸带、卡片、磁带 软件水平 没有操作系统 处理方式 批处理

特点：数据不保存、数据由程序各自管理（逻辑结构、存储结构、存取方法、输入方式等）

数据不共享：一组数据只能对应一个程序

数据不具独立性：数据的结构发生变化后（物理或逻辑上），应用程序必须做相应的修改。

应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段) 应用程序1 数据集1 数据集2 应用程序2

应用程序ｎ 数据集n

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 专门管理数据的文件系统 处理方式 联机实时处理、批处理 应用程序与数据的对应关系(文件系统) 应用程序１ 文件１ 应用程序２ 文件2 应用程序ｎ

文件系统(续) 特点

数据可长期保存

数据的管理者：文件系统

数据的结构化：记录内有结构,整体无结构

数据的独立性：有了一定的独立性，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大 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 有数据库管理系统

处理方式 联机实时处理、分布处理、批处理 应用程序与数据的对应关系(数据库系统)

应用程序数据库 应用程序DBMS ... ... 文件n 存取方法 …

1.1.3 数据库系统的特点 特点：数据的管理者：DBMS

数据的结构化：整体结构化 数据的共享程度：共享性高 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性 数据控制能力：由DBMS统一管理和控制 数据结构化

整体数据的结构化是数据库的主要特征之一，也是数据库系统与文件系统的本质区别。 数据库中实现的是数据的真正结构化：

数据内部是结构化的，整体也是结构化的。 不仅描述数据本身，也描述数据间的联系。

数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释。 数据的最小存取单位是数据项。

例如，建立学生信息管理系统，系统包含的数据： 学生文件：学生（学号、姓名、性别、系别、年龄） 课程文件：课程（课程号、课程名） 成绩文件：成绩（学号、课程号、成绩）

其实3个文件的记录之间是有联系的，成绩文件中的学号必须是成绩文件中某个学生的 学号，选课的课程号必须是课程文件中某门课程的编号。

数据独立性

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。

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，用户程序也可以不变。

数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的。 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

将数据控制在有效范围内，或保证数据间满足一定的关系。 并发（Concurrency）控制

对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。 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。 1.2 数据模型

1.2.1 两大数据模型

模型是对现实世界中某个对象特征的模拟和抽象。

数据模型也是一种模型，它是对现实世界数据特征的抽象。 数据模型是用来描述数据、组织数据和操作数据的。 应满足三方面要求

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

两大数据模型(续)

数据模型分为两类（分属两个不同的层次）

(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，用于数据库设计。

(2) 逻辑模型和物理模型

逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。

物理模型描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。

1.2.2 数据模型的组成要素 数据结构

描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系 是对系统静态特性的描述 数据操作

对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则。 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合。

完整性规则是对数据模型中数据及其联系定义的制约和储存规则。 1.2.3 概念模型

? 信息世界中的基本概念 ? 两个实体型之间的联系 ? 两个以上实体型之间的联系 ? 单个实体型内的联系 ? 概念模型的一种表示方法 ? 一个实例

一、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。 (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。 (3) 码（Key）

唯一标识实体的属性集称为码。 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。 (5) 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

(6) 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集 (7) 联系（Relationship）