8/4/20241第第1章章 数据库系统概论数据库系统概论18/4/20242本章内容本章内容n1.1 数据管理技术的发展数据管理技术的发展n1.2 数据库和数据库系统数据库和数据库系统n1.3 数据模型数据模型n1.4 数据库新技术数据库新技术28/4/202431.1 数据管理技术的发展数据管理技术的发展n数据与数据处理数据与数据处理 1 1数据和信息数据和信息 数据数据是人们用于记录事物情况的物理符号。是人们用于记录事物情况的物理符号。信息信息是数据中所包含的意义。通俗地讲，信息是经过加是数据中所包含的意义。通俗地讲，信息是经过加工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据。工处理并对人类社会实践和生产活动产生决策影响的数据。数据与信息既有区别，又有联系。数据是表示信息的，数据与信息既有区别，又有联系。数据是表示信息的，但并非任何数据都能表示信息，信息只是加工处理后的数据，但并非任何数据都能表示信息，信息只是加工处理后的数据，是数据所表达的内容。是数据所表达的内容。2. 2. 数据处理数据处理 数据处理数据处理是指将数据转换成信息的过程。它包括对数据是指将数据转换成信息的过程。它包括对数据的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一系列活的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一系列活动。动。38/4/202441.1 数据管理技术的发展数据管理技术的发展n数据管理技术数据管理技术 1. 人工管理阶段人工管理阶段 程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其他程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其他程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。特点特点:程序之间不能共享数据；程序之间不能共享数据；程序复杂；程序复杂；数据量小且无法长期保存；数据量小且无法长期保存；人工重复输入数据人工重复输入数据数据不保存。数据不保存。48/4/20245人事管理应用程序人事管理应用程序教师信息数据组教师信息数据组学生管理应用程序学生管理应用程序学生信息数据组学生信息数据组教务管理应用程序教务管理应用程序课程信息数据组课程信息数据组学生部门学生部门教务部门教务部门人事部门人事部门图图1-1 应用程序和数据的依赖关系应用程序和数据的依赖关系58/4/202461.1 数据管理技术的发展数据管理技术的发展2. 文件管理阶段文件管理阶段20世纪世纪50年代后期至年代后期至60年代后期年代后期,计算机计算机外存储器外存储器有了磁有了磁鼓和磁盘等直接存取设备；软件有了操作系统和文件系统；鼓和磁盘等直接存取设备；软件有了操作系统和文件系统；程序通过程序通过数据文件数据文件访问数据。访问数据。外存储器数据输入程序数据输入程序数据文件数据文件68/4/20247外存储器特点特点:多个程序共享数据；易于长期保存数据；程多个程序共享数据；易于长期保存数据；程序代码有所简化；数据冗余（重复）度较大；程序对序代码有所简化；数据冗余（重复）度较大；程序对数据依赖性较强；人员专业性较强。数据依赖性较强；人员专业性较强。查询程序查询程序王强王强长沙市五一路长沙市五一路10号号1300240731-487451901090103查询程序查询程序例如：例如：数据查询与报表数据查询与报表78/4/20248学生部门学生部门教务部门教务部门人事部门人事部门文件系统文件系统教师数据文件教师数据文件学生数据文件学生数据文件课程数据文件课程数据文件人事管理应用程序人事管理应用程序学生管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序教务管理应用程序图图1-2 应用程序和数据文件的关系应用程序和数据文件的关系88/4/202491.1 数据管理技术的发展数据管理技术的发展3数据库管理阶段数据库管理阶段数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。特点：特点： 数据真正实现了结构化数据真正实现了结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高数据独立性高 数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制98/4/202410外存储器此阶段将此阶段将数据集中存储数据集中存储在一台计算机上，进行统一在一台计算机上，进行统一组织和管理。组织和管理。数据库108/4/202411特点特点：数据结构化数据结构化并与程序分离；并与程序分离；数据集中式数据集中式管理，管理，高度共享高度共享；数据冗余度小，具有数据一致性和完整性控；数据冗余度小，具有数据一致性和完整性控制规则。制规则。外存储器118/4/202412学生部门学生部门教务部门教务部门人事部门人事部门学校学校数据库数据库数据库管理系统数据库管理系统人事管理应用程序人事管理应用程序学生管理应用程序学生管理应用程序教务管理应用程序教务管理应用程序图图1-3 应用程序和数据库的关系应用程序和数据库的关系128/4/2024131.2 数据库和数据库系统数据库和数据库系统n数据库数据库（DB-Data Base）数数据据库库是是存存储储在在计计算算机机系系统统中中，有有组组织织、结结构构化化的的关关联联数数据据集合；以文件方式存储。集合；以文件方式存储。硬件硬件存放数据存放数据库的介质库的介质常见数据库文件扩展名：常见数据库文件扩展名： MDF-SQL ServerMDF-SQL Server；MDB-AccessMDB-Access；DBC-VFPDBC-VFP（Visual FoxProVisual FoxPro）138/4/2024141.2 数据库和数据库系统数据库和数据库系统n数据库系统的组成数据库系统的组成数据库系统数据库系统(Database System，DBS)是一个计算机应用是一个计算机应用系统。它是把有关计算机硬件、软件、数据和人员组合起来系统。它是把有关计算机硬件、软件、数据和人员组合起来为用户提供信息服务的系统。为用户提供信息服务的系统。数据库系统是由计算机系统、数据库及其描述机构、数数据库系统是由计算机系统、数据库及其描述机构、数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织性的总体。据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织性的总体。应用程序应用程序数据库数据库管理员管理员开发工具开发工具数据库数据库管理管理系统系统操作系统操作系统数据库数据库148/4/202415数据库系统的简单结构数据库系统的简单结构应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n数数据据库库管管理理系统系统（DBMS）数数据据库库管管理理员（员（DBA）数据库数据库基础基础158/4/2024161.2 数据库和数据库系统数据库和数据库系统数数据据库库：是是数数据据的的汇汇集集，它它以以一一定定的的组组织织形形式式存存于于存存储储介介质质上。上。DBMSDBMS：是是管管理理数数据据库库的的系系统统软软件件，它它实实现现数数据据库库系系统统的的各各种种功能。是数据库系统的核心。功能。是数据库系统的核心。DBADBA：负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作。负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作。应用程序：应用程序：指以数据库为基础的应用程序。指以数据库为基础的应用程序。相关相关人员人员数数据据库库用用应应系系统统DBMSOSOS硬件硬件168/4/2024171.2 数据库和数据库系统数据库和数据库系统n数据库的三级模式结构数据库的三级模式结构 为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式外模式、模式和内模式模式和内模式 。178/4/2024181.2 数据库和数据库系统数据库和数据库系统外模式外模式模式模式（概念模式或逻辑模式）（概念模式或逻辑模式）内模式内模式188/4/202419三级模式结构的一个具体实例三级模式结构的一个具体实例图书信息图书信息出版社名称出版社名称字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030作者姓名作者姓名字符型字符型2020出版日期出版日期日期型日期型作者著书信息作者著书信息作者姓名作者姓名字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030出版社出书类型出版社出书类型出版社名称出版社名称字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030类型类型字符型字符型1 1作者作者作品作品出版社出版社数据文件数据文件数据文件数据文件数据文件数据文件索引文件索引文件索引文件索引文件索引文件索引文件作者作者作品作品出版社出版社 作者编号作者编号字符型字符型5 5书号书号字符型字符型6 6出版社编号出版社编号字符型字符型5 5 作者姓名作者姓名字符型字符型2020书名书名字符型字符型3030出版社名称出版社名称字符型字符型2020 通信地址通信地址字符型字符型5050类型类型字符型字符型1 1城市城市字符型字符型1010 邮编邮编字符型字符型6 6价格价格货币货币 电话电话字符型字符型1111出版日期出版日期日期型日期型198/4/2024201.2 数据库和数据库系统数据库和数据库系统n数据库系统的优点数据库系统的优点数据共享数据共享减少数据冗余减少数据冗余 具有较高的数据独立性具有较高的数据独立性增强了数据安全性和完整性保护增强了数据安全性和完整性保护 208/4/2024211.3 数据模型数据模型n现实世界的数据描述现实世界的数据描述 1. 数据处理的数据处理的3个阶段个阶段 现实世界现实世界信息世界信息世界机器世界机器世界图图1-5 数据处理的三个阶段数据处理的三个阶段抽象转换218/4/2024221.3 数据模型数据模型2. 实体实体是客观事物的真实反映。可以是是客观事物的真实反映。可以是实际存在实际存在的对象的对象、抽象抽象概念概念或或事件事件。（1）属性）属性将事物特性称为实体属性。将事物特性称为实体属性。例如，为描述一个职工，可能涉及如下属性：编号、姓例如，为描述一个职工，可能涉及如下属性：编号、姓名、性别、出生日期和职称。名、性别、出生日期和职称。例如：例如： 228/4/2024231.3 数据模型数据模型（2）实体型和实体值）实体型和实体值实体型就是实体的结构描述，通常是实体名和属性名的实体型就是实体的结构描述，通常是实体名和属性名的集合；具有相同属性的实体，有相同的实体型。实体值是一集合；具有相同属性的实体，有相同的实体型。实体值是一个具体的实体，是属性值的集合。个具体的实体，是属性值的集合。例如，教师实体型是：例如，教师实体型是：教师教师(编号、姓名、性别、出生日期、职称、基本工资、编号、姓名、性别、出生日期、职称、基本工资、研究方向研究方向)教师教师“李亦光李亦光”的实体值是：的实体值是：(15031，李亦光，男，李亦光，男，09/21/65，教授，教授，678，数据库技，数据库技术术)238/4/2024241.3 数据模型数据模型（3）属性型和属性值）属性型和属性值 属性型就是属性名及其取值类型，属性值就是属性在其属性型就是属性名及其取值类型，属性值就是属性在其值域中所取的具体值。值域中所取的具体值。例如：例如：“103601”是编号值；是编号值；“李晓光李晓光”是姓名值；是姓名值；“1”是性别值是性别值 。(4)实体集实体集性质相同的同类实体的集合称为实体集。性质相同的同类实体的集合称为实体集。如一个系的教师。如一个系的教师。248/4/2024251.3 数据模型数据模型3实体间的联系实体间的联系实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。之间的相互关联。 联系的类型：联系的类型：一对一联系一对一联系 记为记为1 ：1。 (如学校与校长间的联系如学校与校长间的联系) 一对多联系一对多联系 记为记为：n。 (如宿舍房间与学生的联系如宿舍房间与学生的联系 )多对多联系多对多联系 记为记为m ：n。 （如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以受如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以受教于多个教师）教于多个教师）258/4/2024261.3 数据模型数据模型厂长厂长工厂工厂任职任职11(a)公司公司职员职员就职就职1n(b)读者读者图书图书借阅借阅mn(c)图图1-6 实体间的联系实体间的联系268/4/2024274. 4. 概念模型概念模型概念模型是反映实体之间联系的模型。概念模型是反映实体之间联系的模型。E-RE-R模型模型: :描述现实世界的概念模型。描述现实世界的概念模型。&实体：用矩形框表示，框内写入实体：用矩形框表示，框内写入实体名。实体名。 &属性：用椭圆形表示，属性的名属性：用椭圆形表示，属性的名称记入椭圆形内。称记入椭圆形内。&联系：用菱形框表示实体间的相联系：用菱形框表示实体间的相互关系，框内注明联系的名称。互关系，框内注明联系的名称。学生 学号学生与课程学生与课程间的联系间的联系1.3 数据模型数据模型278/4/2024281.3 数据模型数据模型mn借阅借阅姓名姓名借书证借书证号号职称职称出版社出版社书号书号定价定价书名书名作者作者借书日借书日期期读者读者图书图书所在学所在学院院图图1-7 图书借阅系统中的图书借阅系统中的E-R模型模型288/4/2024291.3 数据模型数据模型n 数据模型数据模型 概概念念模模型型只只是是将将现现实实世世界界的的客客观观对对象象抽抽象象为为某某种种信信息息结结构构，这这种种信信息息结结构构并并不不依依赖赖于于具具体体的的计计算算机机系系统统，而而对对应应于于数数据据世世界界的的模模型型则则由由数数据据模模型型描描述述，数数据据模模型型是是数数据据库库中中实实体之间联系的抽象描述即数据结构。体之间联系的抽象描述即数据结构。数据模型数据世界数据世界记录记录, ,数据项数据项信息世界信息世界实体实体, ,属性属性常见的数据模型：常见的数据模型：层次数据模型、网状数据模型、关系数据层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型模型。298/4/202430树叶树 枝根通过通过树树形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每个个结点结点表示一个表示一个实体（型）实体（型），箭头表示实体（型）间的联系箭头表示实体（型）间的联系（由父到子）。（由父到子）。（1） 层次数据模型层次数据模型308/4/202431非根根层次数据模型主要特点：层次数据模型主要特点：有且仅有一个有且仅有一个根结点根结点；每个；每个非根结点非根结点有且仅有一个父有且仅有一个父( (直接上层直接上层) )结点。它最适合表示实体的一对多结点。它最适合表示实体的一对多联系。联系。318/4/202432根多个父多个父结点结点通过通过网状结构网状结构表示实体及联系。表示实体及联系。“网网”中每个结点表示一中每个结点表示一个实体个实体(型型)，结点之间箭头表示实体，结点之间箭头表示实体(型型)间的联系。间的联系。网状数据模型主要特点：网状数据模型主要特点：网状数据模型网状数据模型可能有可能有多个根结点多个根结点，某些非根结点可能某些非根结点可能有多个父结点有多个父结点，适合表示实体的多对多联系。，适合表示实体的多对多联系。（2 2） 网状数据模型网状数据模型328/4/202433层次与网状模型优缺点层次与网状模型优缺点:优点优点: :能直观、形象地描述实体及其联系，易于被能直观、形象地描述实体及其联系，易于被人们所理解和掌握人们所理解和掌握 。缺点缺点: :数据结构较复杂，存储数据需要更多的链数据结构较复杂，存储数据需要更多的链接指针；在检索数据时，需要考虑数据的存储路径；接指针；在检索数据时，需要考虑数据的存储路径；在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针。在插入或删除数据时，涉及到调整链接指针。338/4/202434关关系系模模型型与与层层次次模模型型和和网网状状模模型型相相比比有有着着本本质质的的差差别别，它是用它是用二维表格二维表格来表示实体及其相互之间的联系。来表示实体及其相互之间的联系。 （3 3）关系数据模型）关系数据模型编号编号姓名姓名性别性别婚否婚否出生日期出生日期职称职称基本工资基本工资简历简历23101张张伶俐伶俐女女已婚已婚09/24/56教授教授138023102罗罗稼宛稼宛男男已婚已婚11/27/73讲师讲师56023103黎达仁黎达仁男男未婚未婚12/23/81助教助教45023104顾顾高粲高粲男男已婚已婚01/27/63副教授副教授97023105黄丹秋黄丹秋女女未婚未婚07/15/79助教助教480表1-1 教师关系348/4/202435一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二维表一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二维表的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称为属性。的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称为属性。学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生记录的一个字段。记录的一个字段。属性个数（属性个数（n n）称为关系的元。）称为关系的元。属性信息属性信息值的集合值的集合9 9元关系元关系358/4/2024361.4 数据库新技术数据库新技术n分布式数据库分布式数据库 分布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不同结分布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不同结点，逻辑上属于同一系统的数据库系统。点，逻辑上属于同一系统的数据库系统。分布式数据库的主要特点是：分布式数据库的主要特点是： 数据是分布的数据是分布的数据是逻辑相关的数据是逻辑相关的结点的自治性结点的自治性368/4/202437图图1-10 一个分布式数据库应用系统实例一个分布式数据库应用系统实例全国票务中心全国票务中心378/4/2024381.4 数据库新技术数据库新技术n多媒体数据库多媒体数据库 能存储和管理多种媒体的数据库称为多媒体数据库。能存储和管理多种媒体的数据库称为多媒体数据库。多媒体数据库对数据库管理系统的功能要求：多媒体数据库对数据库管理系统的功能要求：要求数据库管理系统能方便地描述和处理具有内部要求数据库管理系统能方便地描述和处理具有内部层次结构的数据。层次结构的数据。 要求数据库管理系统提供由用户定义的新的数据类要求数据库管理系统提供由用户定义的新的数据类型和相应操作的功能。型和相应操作的功能。要求数据库管理系统能够提供更灵活的定义和修改要求数据库管理系统能够提供更灵活的定义和修改模式的能力。模式的能力。要求数据库管理系统提供对多媒体信息管理中特殊要求数据库管理系统提供对多媒体信息管理中特殊的事务管理与版本控制能力。的事务管理与版本控制能力。 388/4/2024391.4 数据库新技术数据库新技术n工程数据库工程数据库 所谓工程数据库是所谓工程数据库是指在工程设计中，主指在工程设计中，主要是要是CAD（计算机辅（计算机辅助设计）助设计）/CAM（计算（计算机辅助制造）中所用机辅助制造）中所用到的数据库。由于在到的数据库。由于在工程中的环境和要求工程中的环境和要求不同，工程数据库与不同，工程数据库与传统的信息管理中用传统的信息管理中用到的数据库有着很大到的数据库有着很大的区别。的区别。 应用程序应用程序方法库方法库图形系统图形系统DBMS数据库数据库图图1-11 工程数据库的应用环境工程数据库的应用环境398/4/2024401.4 数据库新技术数据库新技术n面向对象数据库面向对象数据库 面向对象数据库系统面向对象数据库系统(Object-Oriented Database System，OODBS)是将面向对象的模型、方法和机制，与先进的数是将面向对象的模型、方法和机制，与先进的数据库技术有机地结合而形成的新型数据库系统。据库技术有机地结合而形成的新型数据库系统。它从关系模型中脱离出来，强调在数据库框架中发展类它从关系模型中脱离出来，强调在数据库框架中发展类型、数据抽象、继承和持久性。型、数据抽象、继承和持久性。 408/4/2024411.4 数据库新技术数据库新技术n数据仓库技术数据仓库技术 数据仓库、数据仓库、OLAP和数据挖掘是作为三种独立的信息处理和数据挖掘是作为三种独立的信息处理技术出现的。数据仓库用于数据的存储和组织，技术出现的。数据仓库用于数据的存储和组织，OLAP集中集中于数据的分析，数据挖掘则致力于知识的自动发现。它们都于数据的分析，数据挖掘则致力于知识的自动发现。它们都可以分别应用到信息系统的设计和实现中，以提高相应部分可以分别应用到信息系统的设计和实现中，以提高相应部分的处理能力。的处理能力。 418/4/202442本章小结本章小结(1)关于数据库的几个概念：数据库是存储在计算机内的有结构的数关于数据库的几个概念：数据库是存储在计算机内的有结构的数据集合；数据库管理系统是一个软件，用以维护数据库、接受并完成用据集合；数据库管理系统是一个软件，用以维护数据库、接受并完成用户对数据库的一切操作；数据库系统指由硬件设备、软件系统、数据库户对数据库的一切操作；数据库系统指由硬件设备、软件系统、数据库和管理人员构成的一个运行系统。和管理人员构成的一个运行系统。(2)E-R模型：在模型：在E-R模型中，现实世界被划分成一个个实体，由属模型中，现实世界被划分成一个个实体，由属性来描述实体的性质。除了实体和属性外，构成性来描述实体的性质。除了实体和属性外，构成E-R模型的第三个要素模型的第三个要素是联系。实体之间通过联系相互作用和关联。实体间的联系有三种：一是联系。实体之间通过联系相互作用和关联。实体间的联系有三种：一对一对一(1:1)、一对多、一对多(1:n)和多对多和多对多(m:n)。(3)数据模型是数据库系统中关于数据内容和数据之间联系的逻辑组数据模型是数据库系统中关于数据内容和数据之间联系的逻辑组织的形式表示。织的形式表示。(4)数据库系统在不断发展之中，目前涌现出了许多不同类型的新型数据库系统在不断发展之中，目前涌现出了许多不同类型的新型数据库系统数据库系统 。例如分布式数据库、多媒体数据库、工程数据库、面向对。例如分布式数据库、多媒体数据库、工程数据库、面向对象数据库和数据仓库技术等。象数据库和数据仓库技术等。42