第第 一讲一讲 数据库基础知识数据库基础知识目标目标: :n掌握术语：数据（data）、数据库（Database）、数据库管理系统（DBMS）、数据库系统（DBS）n了解数据库系统概述n了解数据库管理技术的产生与发展n了解数据模型概念及分类n了解数据库系统结构n了解数据库系统用户n熟悉关系模型的概念n掌握三级模式概念和两级映象以及数据独立性重点与难点重点与难点: :n本章重点: 数据库系统三级模式结构和二级映像以及 关系数据模型n本章难点: 数据的物理独立性和逻辑独立性任务一任务一 数据库系统概述数据库系统概述常用术语-数据-数据库-数据库管理系统-数据库系统数据库管理技术的产生和发展数据库系统的特点数据数据n数据 数据（数据（Data）是描述事物的符号记录。）是描述事物的符号记录。n数据的表示形式 文字、图形、图像、声音等。文字、图形、图像、声音等。数据库数据库 数据库： 数据库（数据库（DataBase, 简称简称DB）是有组）是有组织有结构存储在计算机内部的可共享的数据集织有结构存储在计算机内部的可共享的数据集合。合。数据库管理系统数据库管理系统n数据库管理系统： 数据库管理系统（ DataBase Management System,简称DBMS）是一类位于用户与操作系统之间，帮助用户有效地组织和存储数据、高效获取有用信息的一层计算机系统软件。n主要功能： 数据定义 数据操纵 数据控制 数据查询数据库系统数据库系统 数据库系统（DataBase System,简称DBS）是指在引入数据库后的计算机系统。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 数据库系统（DBS）人员软件硬件平台及数据库任务二任务二 数据管理技术的产生和发数据管理技术的产生和发展展n人工管理阶段n文件管理阶段n数据库系统阶段数据库技术是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护的技术。人工管理阶段人工管理阶段特点:n数据不保存n应用程序管理数据n数据不共享n数据不具有独立性应用程序1应用程序2应用程序n数据集1数据集2数据集n人工管理阶段文件管理阶段文件管理阶段特点:n数据长期保存n文件管理数据n共享性差n独立性差应用程序1应用程序2应用程序n文件系统数据集1数据集2数据集n文件系统管理阶段文件系统阶段文件系统阶段图例:补贴补贴系别系别姓名姓名学号学号住址住址系别系别性别性别姓名姓名学号学号学位学位学分学分系别系别姓名姓名学号学号学位学位 出身出身年龄年龄系别系别性别性别姓名姓名学号学号数据库系统阶段数据库系统阶段特点：n数据结构化n数据的共享性高,冗余度低,易扩充n数据独立性高n数据由DBMS统一管理和控制数据库数据库管理系统应用程序1应用程序2应用程序n数据库系统阶段数据结构化数据结构化n面向全组织,具有整体数据的结构化n不仅描述数据本身，而且描述数据之间的联系n数据最小存取单位是数据项(数据项组成数据记录)比较比较: :区别于文件系统的特点是:n面向应用n记录之间没有联系n最小存取单位是数据记录数据库系统的特点数据库系统的特点: :图例图例:学号姓名性别系别年龄住址出身学位学分补贴数据的共享性高、低冗余、易扩充数据的共享性高、低冗余、易扩充图例:数据库标准SQL标准SQL标准SQL应用1应用2应用3服务器数据独立性高数据独立性高图例:应用程序DBMS数据库标准SQL标准SQL标准SQL数据由数据由DBMSDBMS统一管理和控制统一管理和控制n数据的安全性(Security)保护n数据的完整性(Integrity)检查n并发(Concurrency)控制n数据库恢复(Recovery)任务三任务三 数据模型数据模型模型：抽象地模仿现实世界的事物应满足三方面的要求：n是比较真实的模拟现实世界是比较真实的模拟现实世界n容易为人们所理解容易为人们所理解n便于在计算机上实现便于在计算机上实现数据模型的分层数据模型的分层n概念数据模型 - - 信息世界的基本概念信息世界的基本概念 - - 实体实体- -联系模型（联系模型（E-R模型）模型）n结构数据模型 - - 层次模型层次模型 - - 网状模型网状模型 - - 关系模型关系模型 - - 面向对象模型面向对象模型应用概念数据模型结构数据模型现实世界信息世界计算机世界数据模型基本概念数据模型基本概念n历史- -模型：模型：Entity-Relationship Model1976年，提出年，提出- -模型，用模型，用- -图来描述图来描述概念模型概念模型n观点世界是由一组称作世界是由一组称作实体实体的基本对象和这些对的基本对象和这些对象之间的象之间的联系联系构成的构成的信息世界的基本概念信息世界的基本概念n实体(Entity)n属性(Attribute)n码(Key)n域(Domain)n实体型(Entity Type)n实体集(Entity Set)n联系(Relationship)基本概念基本概念n实体(Entity)客观存在并可相互区分的事物叫实体.如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论.n属性(Attribute)实体所具有的某一特性.一个实体可以由若干个属性来刻画.例如，学生可由学号、姓名、年龄、系等组成.n域(Domain)属性的取值范围.例如，性别的域为（男、女），月份的域为到的整数.基本概念基本概念联系(Relationship)：实体之间的相互关联.如学生与老师间的授课关系，学生与学生间有同学关系.联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性.一对一一对一设有两个实体集E1，E2 ， E1中的一个实体与中的一个实体与E2中至多一个实体相联系，并且中至多一个实体相联系，并且 E2中的一个实体与中的一个实体与E1中至多一个实体相联系如中至多一个实体相联系如“经理经理”与与“部门部门”之间的之间的“管理管理”联系（假定每个部门只有一个联系（假定每个部门只有一个经理，一个职工不能兼任两个部门经理。经理，一个职工不能兼任两个部门经理。 （注：一对一不是一一对应）（注：一对一不是一一对应）经理经理部门部门管理管理一对多一对多设有两个实体集E1， E2 ， E1中的一个实体与中的一个实体与E2中中n（n0）个实体相联系，且）个实体相联系，且E2中的一个实体与中的一个实体与E1中至多一个实体相联系如中至多一个实体相联系如“班主任和班主任和 “学生学生”之间的之间的“管理管理”联系。联系。班主任班主任学生学生管理管理多对多多对多 设有两个实体集E1， E2 ， E1中的一个实体与中的一个实体与E2中中n（n0）个实体相联系，并且）个实体相联系，并且E2中中的一个实体与的一个实体与E1中中m（m0）一个实体相联系如）一个实体相联系如“学生学生”和和“课程课程”之间的之间的“选修选修”联系。联系。学生学生课程课程选修选修两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系图例：图例：实体型A实体型B联系名实体型A实体型B联系名实体型A实体型B联系名111nmn图1 1对1联系图2 1对多联系图3 多对多联系基本基本- -图要点图要点学生选修课程图学生学生课程课程选修选修姓名姓名学号学号系别系别课程名课程名先修课先修课学分学分成绩成绩用矩形表示实体集，在框内写上实体名用椭圆表示实体的属性用无向边把实体与其属性连接起来用菱形表示实体间的联系将参与联系的实体用线段连接mn联系的数量基本基本- -图要点图要点码在码在E-R图中的表示图中的表示实体集属性中作为主码的一部分的属性用实体集属性中作为主码的一部分的属性用下划线下划线来标明。来标明。学生学生课程课程选修选修姓名姓名学号学号系别系别课程名课程名先修课先修课学分学分E-RE-R模型模型某工厂物资管理完整的概念模型某工厂物资管理完整的概念模型E-RE-R图图nmpnm1n1n供应商仓库职工零件项目供应供应量项目号预算开工日期零件号名称规格描述单价供应商号地址姓名电话号账号库存仓库号面积电话号工作库存量职称职工号姓名年龄职称层次模型层次模型 用树型（层次）结构表示实体类型以及实体之间联系的模型是层次模型。R1R2R3R4R5根结点兄弟结点叶结点叶结点兄弟结点层次模型示例层次模型层次模型树由节点和连线组成： 节点代表实体型节点代表实体型. 连线代表实体之间的联系连线代表实体之间的联系.特点（判断依据）： 1. 每棵树有且只有一个节点没有父节点，称为根每棵树有且只有一个节点没有父节点，称为根. 2 .树中的其他节点都有而且仅有一个父节点树中的其他节点都有而且仅有一个父节点.层次模型层次模型优点： 1. 结构简单，用户易掌握结构简单，用户易掌握. 2. 由于其数据结构固定，用来表示结构固定的实体及其由于其数据结构固定，用来表示结构固定的实体及其 之间的联系之间的联系.缺点： 1.现实世界中很多联系是非层次性的现实世界中很多联系是非层次性的,如多对多的联系如多对多的联系. 不便于表达多对多的联系不便于表达多对多的联系. 2.对插入和删除操作的限制比较多对插入和删除操作的限制比较多. 3. 查询子女节点必须通过双亲节点查询子女节点必须通过双亲节点. 4.由于结构严密由于结构严密,层次命令趋于程序化层次命令趋于程序化.网状模型网状模型 用网状结构表示实体类型及实体之间联系的数据用网状结构表示实体类型及实体之间联系的数据模型称为网状模型。模型称为网状模型。R1R2R4R5R3L1L2L3L4L5网状模型示例网状模型网状模型特点: 1 可以有一个以上的节点无父节点. 2 至少有 一个节点有多于一个的父节点. （排除树结构） 优点： 1 表达联系种类丰富. 2 性能良好，存取效率高. 缺点： 结构复杂.关系模型关系模型 用关系（用关系（二维表格形式结构）来表示实体类型以及形式结构）来表示实体类型以及实体间联系的模型称为关系模型。实体间联系的模型称为关系模型。关系模型示例学生登记表对象模型对象模型 使用面向对象技术（使用面向对象技术（Object-Oriented，简称，简称OO)来来表示信息世界的实体类型及实体之间联系的模型称为对表示信息世界的实体类型及实体之间联系的模型称为对象模型象模型.状态： 属性属性集合 行为： 操作方法集合 对象对象封装封装消息消息对象示意图任务四任务四 数据库系统结构数据库系统结构本节内容包括: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.数据库系统的三级模式结数据库系统的三级模式结构构 外模式（External Schema）：也称子模式或用户模式，也称子模式或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图。的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图。 数据库系统的三级模式结数据库系统的三级模式结构构模式（Schema）: 也称逻辑模式，是数据库中的全体数据的也称逻辑模式，是数据库中的全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。它是数据逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层，既不涉及数据的物理存储细节和硬件库系统模式结构的中间层，既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用程序，与所使用的应用开发工具及高级程环境，也与具体的应用程序，与所使用的应用开发工具及高级程序设计语言无关序设计语言无关.内模式（internal Schema）：也称存储模式，一个数据库只也称存储模式，一个数据库只有一个内模式。它是数据物理结构和存储方式的描述有一个内模式。它是数据物理结构和存储方式的描述.数据库系统的三级模式结数据库系统的三级模式结构构图例：图例：应用A应用E应用B应用C应用D外模式1外模式2外模式3模式内模式数据库外模式/模式映象模式/内模式映象二级映象功能与数据独立二级映象功能与数据独立性性 两层映象： 外模式 / 模式映象：当模式改变时，由数据库管理员对各个当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式外模式/模式映象作相应改变，可以使外模式保持不变，应用程模式映象作相应改变，可以使外模式保持不变，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。数据与程序的逻辑独立性。 模式 / 内模式映象：定义了数据库全局逻辑结构与存储结构定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。当数据库的存储结构改变了，由数据库管理员之间的对应关系。当数据库的存储结构改变了，由数据库管理员对模式对模式/内模式映象作相应改变，可以使模式保持不变，从而应内模式映象作相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变，保证了数据与程序的物理独立性。用程序也不必改变，保证了数据与程序的物理独立性。 二级映象功能与数据独立二级映象功能与数据独立性性 意义： 这两层映象保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。 任务五任务五 数据库系统用数据库系统用户户图例图例：最终用户DBA系统分析员数据表示外模式内模式模式DB应用程序DBMSOS应用程序员总结总结 本讲主要学习了数据库系统概述,数据库管理技术的产生和发展,数据模型(概念数据模型和结构数据模型),数据库系统结构(数据库系统结构,三级模式结构和二级映像)及数据库的用户有哪些,学习了本讲之后,希望大家对数据库有个大概和整体上的了解. 作业作业1 .描述事物的符号记录称为什么？描述事物的符号记录称为什么？ 2 . 什么是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软什么是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件？件？3. 什么是长期存储在计算机内的有组织什么是长期存储在计算机内的有组织,可共享的数据可共享的数据集合？集合？4.根据应用的不同将数据模型分为哪根据应用的不同将数据模型分为哪2个层次个层次?5 .你怎样认识关系数据模型的逻辑结构你怎样认识关系数据模型的逻辑结构? 6.试述数据库三级模式结构和二级映象功能试述数据库三级模式结构和二级映象功能? 习题习题4.根据应用的不同将数据模型分为哪2个层次?5 .你怎样认识关系数据模型的逻辑结构? 6.试述数据库三级模式结构和二级映象功能?