1、3.1 3.1 数据管理技术的发展数据管理技术的发展3.2 3.2 数据库系统的组成数据库系统的组成3.3 3.3 数据库系统的模式结构数据库系统的模式结构3.4 3.4 数据模型数据模型3.5 3.5 主流的主流的DBMSDBMS产品简介产品简介数据管理技术的产生与发展数据管理技术的产生与发展什么是数据处理什么是数据处理 是指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一是指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。系列活动的总和。什么是数据管理什么是数据管理 是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，它是数据处理的中心问题维护，它
2、是数据处理的中心问题3.1.1 3.1.1 人工管理阶段人工管理阶段 2020世纪世纪5050年代中期之前年代中期之前3.1.2 3.1.2 文件系统阶段文件系统阶段 2020世纪世纪5050年代到年代到6060年代中期年代中期3.1.3 3.1.3 数据库系统阶段数据库系统阶段 2020世纪世纪6060年代后期以来年代后期以来3.2.1 3.2.1 数据库数据库(DB)(DB)数据库，顾名思义是存放数据的仓库。只不过这个仓库是数据库，顾名思义是存放数据的仓库。只不过这个仓库是在计算机存储设备上，而且数据是按一定的格式存放的。在计算机存储设备上，而且数据是按一定的格式存放的。数据库的特征数据库
3、的特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享可为各种用户共享减少冗余减少冗余数据独立性较高数据独立性较高易扩展易扩展学生登记表学生登记表学学 号号姓姓 名名年年 令令性性 别别系系 名名年年 级级95004王小明王小明19女女社会学社会学9595006黄大鹏黄大鹏20男男商品学商品学9595008张文斌张文斌18女女法律学法律学953.2.2 3.2.2 数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)(DBMS)数据库管理系统是解决如数据库管理系统是解决如何科学的组织和存储数据，何科学的组织和存储数据，如何高效的获取和维护数如何高效的获取和维护数据的
4、一个介于用户与操作据的一个介于用户与操作系统之间的系统软件，是系统之间的系统软件，是数据库系统中的重要组成数据库系统中的重要组成部分。部分。 用用 系系应应 统统 发发 工工开开 具具用用 软软应应 件件B MD S编编 统统译译 系系作作 系系操操 统统硬件硬件数据库在计算机系统中的地位3.2.3 3.2.3 数据库管理员数据库管理员(DBA)(DBA)数据库的建立、使用和维护等工作仅靠数据库的建立、使用和维护等工作仅靠DBMSDBMS远远远远不够，还要有专门的人员来完成，这些人被称为不够，还要有专门的人员来完成，这些人被称为数据库管理员。数据库管理员。数据库管理员是控制数据整体结构的一组人
5、员，数据库管理员是控制数据整体结构的一组人员，负责数据库系统的正常运行，承担创建、监控和负责数据库系统的正常运行，承担创建、监控和维护数据库结构的责任。维护数据库结构的责任。外部层外部层: :各个用户看到的数据库各个用户看到的数据库内部层：机器看到的数据库内部层：机器看到的数据库概念层：数据库管理员看到的数据库概念层：数据库管理员看到的数据库数据如何存储到计算机中数据如何存储到计算机中首先将现实世界中的客观对首先将现实世界中的客观对 象抽象为象抽象为概念模型概念模型；然后把概念模型转换为某一然后把概念模型转换为某一 DBMSDBMS支持的支持的数据模型数据模型。概念模型是现实世界到机器世界的一
6、个中间层次。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。现实世界信息世界 概念模型机器世界 DBMS支持的数据模型认识抽象转换现实世界中客观对象的抽象过程3.4.1 3.4.1 概念模型概念模型 1 1、实体（、实体（EnityEnity） 客观存在，可以相互区别的事物称为实体。客观存在，可以相互区别的事物称为实体。 实体可以是具体的对象，如学生、一堂课等。也可以是抽实体可以是具体的对象，如学生、一堂课等。也可以是抽象的对象，如一次借书，老师与系的工作关系等。象的对象，如一次借书，老师与系的工作关系等。2 2、属性（、属性（AttributeAttribute） 实体所具有的某一特性称为属性。
7、实体所具有的某一特性称为属性。 如学生实体可以由学号、姓名、性别、出生年份等属性组如学生实体可以由学号、姓名、性别、出生年份等属性组成。成。 3.4.1 3.4.1 概念模型概念模型3 3、联系（、联系（RelationshipRelationship） 在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联联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。系。 实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系。 实体之间的联系通常是指不同实体集
8、之间的联系。实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。如教师与学生的讲授联系，学生与课程的选修联系等。如教师与学生的讲授联系，学生与课程的选修联系等。3.4.1 3.4.1 概念模型概念模型4 4、 关键字关键字（KeyKey） 唯一标识实体的属性集称为码。唯一标识实体的属性集称为码。 如学号是学生实体的码。如学号是学生实体的码。5 5、域（、域（DomainDomain） 属性的取值范围称为该属性的域。属性的取值范围称为该属性的域。 如学号的域为如学号的域为8 8位整数，年龄的域为小于位整数，年龄的域为小于3030岁的整数，性别的域为岁的整数，性别的域为（男，女）等。（男，女）等。6 6、
9、实体集（、实体集（Enity SetEnity Set） 同型实体的集合称为实体集。同型实体的集合称为实体集。如全体学生就是一个实体集。如全体学生就是一个实体集。3.4.1 3.4.1 概念模型概念模型 E-RE-R模型的基本概念模型的基本概念 E-RE-R图图实体实体用用矩形矩形表示，矩形框内写明实体名表示，矩形框内写明实体名举例：举例：学生学生教师教师课程课程关系关系关系用关系用菱形菱形表示。表示。菱形框内写明关系名，并用无向边与关系菱形框内写明关系名，并用无向边与关系实体连接起来实体连接起来举例举例教师学生讲授这里有三种类型的关系：这里有三种类型的关系： 一对一（一对一（1：1) (社会
10、科学系社会科学系)仅有一个系主任仅有一个系主任一对多一对多 (1:N) 一个教师面对很多学生一个教师面对很多学生多对多多对多 (M:N) 一个学生可以选修许多课程一个学生可以选修许多课程属性属性 属性用属性用椭圆椭圆来表示来表示, ,用其性质的名字来标识用其性质的名字来标识关键属性用属性名下加下划线来标识关键属性用属性名下加下划线来标识 举例举例学生学号姓名性别出生年份入学时间系实体实体- -关系模型关系模型其中：其中：实体课程和教师；实体课程和教师；关系讲授关系讲授属性编号、名称、教师编号、姓名和年龄属性编号、名称、教师编号、姓名和年龄课程教师讲授编号名称教师编号姓名年龄mn逻辑模型的类型是
11、：逻辑模型的类型是：层次模型层次模型网络模型网络模型关系模型关系模型层次模型层次模型在层次模型中在层次模型中, , 数据以树的形式表示。数据以树的形式表示。层次模型应满足下面两个基本条件：层次模型应满足下面两个基本条件：有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点 称为称为根结点；根结点；根以外的其它结点有且只有一个双亲结点。根以外的其它结点有且只有一个双亲结点。层次模型示意图层次模型示意图层次模型层次模型在层次模型中在层次模型中, , 每个结点表示一个实体。每个结点表示一个实体。实体之间的联系用有向边（指针）表示，这种联系实体之间的联系用有向边（指针）表示，这
12、种联系是父子是父子 之间的一对多的联系。之间的一对多的联系。在层次模型中，同一双亲在层次模型中，同一双亲 的子女结点称为的子女结点称为兄弟结点兄弟结点， 没有子女结点的结点称为没有子女结点的结点称为 叶结点叶结点。举例D10计算机系计算机系9号楼号楼C01硬件教研室硬件教研室C02软件教研室软件教研室00001王平王平2000002李丽李丽20电器电器92001王海王海自动化自动化92002张铮张铮数据库数据库92003许明许明人工智能人工智能92004陈真陈真院系编号院系编号院系名称院系名称办公地点办公地点教研室编号教研室编号 教研室教研室学号学号姓名姓名年龄年龄专业方向专业方向职工号职工号
13、姓名姓名院系院系教研室教研室教师教师学生学生教学院系教学院系 数据模型数据模型教学院系数据库的一个教学院系数据库的一个实例实例层次模型的优缺点层次模型的优缺点优点：优点：层次数据模型本身比较简单；层次数据模型本身比较简单；对于实体间的联系是固定的、预先定义好的应用系统，对于实体间的联系是固定的、预先定义好的应用系统，实现性能好；实现性能好；提供了良好的完整性支持。提供了良好的完整性支持。缺点：缺点：对于多对多联系，一个结点只能有一个双亲，此时只能对于多对多联系，一个结点只能有一个双亲，此时只能通过引入冗余数据（易产生数据不一致）来解决；通过引入冗余数据（易产生数据不一致）来解决；对插入和删除操
14、作限制比较多；对插入和删除操作限制比较多；查询子女结点必须通过双亲结点。查询子女结点必须通过双亲结点。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用网状结构表示实体类型及实体之间联系的数据模型据模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型：状模型：允许一个以上的结点无双亲；允许一个以上的结点无双亲；一个结点可以有多于一个的双亲。一个结点可以有多于一个的双亲。网状模型是一种比层次模型更具有普遍性的结网状模型是一种比层次模型更具有普遍性的结构。层次模型实际上是网状模型的一个特例。构。层次模型实际上是网状模型的一个特例。网状模型网状模型 1
15、2 R3 L1 L2 R1 R1 R2R2 L1 L2 L1 L2 R3R3 L4 L4 R4 R4 R5R5网状模型网状模型与层次结构一样，网状结构中每个结点表示一个与层次结构一样，网状结构中每个结点表示一个实体，结点之间连线表示实体之间一对多的联系；实体，结点之间连线表示实体之间一对多的联系；在层次模型中子女结点与双亲结点的联系是唯一在层次模型中子女结点与双亲结点的联系是唯一的，而在网状模型中这种联系可以不唯一。的，而在网状模型中这种联系可以不唯一。网状模型网状模型举例：学生与课程之间是多对多的联系，要引举例：学生与课程之间是多对多的联系，要引入一个学生选课的联结实体入一个学生选课的联结实
16、体学生选课课程的网状数据库模型学生选课课程的网状数据库模型网状模型的优缺点网状模型的优缺点优点：优点：能够更为直接的描述显示世界；能够更为直接的描述显示世界；具有良好的性能，存取效率较高。具有良好的性能，存取效率较高。缺点：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。变得越来越复杂，不利于最终用户掌握。由于实体之间联系是通过存取路径实现的，应用程序在由于实体之间联系是通过存取路径实现的，应用程序在访问数据时必须选择适当的存取路径，因此，用户必须访问数据时必须选择适当的存取路径，因此，用户必须
17、了解系统结构的细节，加重了编写程序的负担。了解系统结构的细节，加重了编写程序的负担。关系模型关系模型关系模型时目前最重要的一种数据模型。关系模型时目前最重要的一种数据模型。Dr. E. F. Codd Dr. E. F. Codd 在在19701970第一次描述了关系型模型，开第一次描述了关系型模型，开创了数据库关系方法和关系数据理论的研究。创了数据库关系方法和关系数据理论的研究。关系模型与以往的模型不同，它是建立在严格的数学关系模型与以往的模型不同，它是建立在严格的数学概念基础上的。概念基础上的。关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统。关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统。3.4.2
18、3.4.2 关系模型关系模型 在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，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。它由行和列组成。现在以学生人事记录表为例，介绍关系模型中的一些概念。现在以学生人事记录表为例，介绍关系模型中的一些概念。3.4.2 3.4.2 关系模型关系模型关系模型要求关系必须是规范化的，关系中的关系模型要求关系必须是规范化的，关系中的每一个分量必须是一个不可分的数据项，也就每一个分量必须是一个不可分的数据项，也就是说不允许表中还有表。是说不允许表中还有表。不可以如下：不可以如下：2 2关系的基本特点关系的基本特点 在关系模型中，关系具有以下
19、基本特点：在关系模型中，关系具有以下基本特点：（1 1）关系必须规范化，属性不可再分割。）关系必须规范化，属性不可再分割。 规范化是指关系模型中每个关系模式都必须满足规范化是指关系模型中每个关系模式都必须满足一定的要求，最基本的要求是关系必须是一张二维一定的要求，最基本的要求是关系必须是一张二维表，每个属性值必须是不可分割的最小数据单元，表，每个属性值必须是不可分割的最小数据单元，即表中不能再包含表。即表中不能再包含表。（2 2）在同一关系中不允许出现相同的属性名。）在同一关系中不允许出现相同的属性名。Visual Visual FoxProFoxPro不允许同一个表中有相同的字段名。不允许同
20、一个表中有相同的字段名。（3 3）关系中不允许有完全相同的元组，即冗余。）关系中不允许有完全相同的元组，即冗余。（4 4）在同一关系中元组的次序无关紧要。也就是说，）在同一关系中元组的次序无关紧要。也就是说，任意交换两行的位置并不影响数据的实际含义。任意交换两行的位置并不影响数据的实际含义。（5 5）在同一关系中属性的次序无关紧要。任意交换两）在同一关系中属性的次序无关紧要。任意交换两列的位置也并不影响数据的实际含义，不会改变关列的位置也并不影响数据的实际含义，不会改变关系模式。系模式。 以上是关系的基本性质，也是衡量一个二维表格以上是关系的基本性质，也是衡量一个二维表格是否构成关系的基本要素
21、。在这些基本要素中，有是否构成关系的基本要素。在这些基本要素中，有一点是关键，即属性不可再分割，也即表中不能套一点是关键，即属性不可再分割，也即表中不能套表。表。3 3关系模型的优点关系模型的优点（1 1）数据结构单一。）数据结构单一。 关系模型中，不管是实体还是实体之间的联系，关系模型中，不管是实体还是实体之间的联系，都用关系来表示，而关系都对应一张二维数据表，都用关系来表示，而关系都对应一张二维数据表，数据结构简单、清晰。数据结构简单、清晰。（2 2）关系规范化，并建立在严格的理论基础上。）关系规范化，并建立在严格的理论基础上。 关系中每个属性不可再分割，构成关系的基本关系中每个属性不可再
22、分割，构成关系的基本规范。同时关系是建立在严格的数学概念基础上，规范。同时关系是建立在严格的数学概念基础上，具有坚实的理论基础。具有坚实的理论基础。（3 3）概念简单，操作方便。）概念简单，操作方便。 关系模型最大的优点就是简单，用户容易理解关系模型最大的优点就是简单，用户容易理解和掌握，一个关系就是一张二维表格，用户只需和掌握，一个关系就是一张二维表格，用户只需用简单的查询语言就能对数据库进行操作。用简单的查询语言就能对数据库进行操作。 3.4.2 3.4.2 关系数据库关系数据库 以关系模型建立的数据库就是关系数据以关系模型建立的数据库就是关系数据库（库（RDBRDB：Relational
23、 DatabaseRelational Database）。关系数据库中包）。关系数据库中包含若干个关系，每个关系都由关系模式确定，每个关含若干个关系，每个关系都由关系模式确定，每个关系模式包含若干个属性和属性对应的域，所以，定义系模式包含若干个属性和属性对应的域，所以，定义关系数据库就是逐一定义关系模式，对每一关系模式关系数据库就是逐一定义关系模式，对每一关系模式逐一定义属性及其对应的域。逐一定义属性及其对应的域。 一个关系就是一张二维表格，表格由表格一个关系就是一张二维表格，表格由表格结构与数据构成，表格的结构对应关系模式，表格每结构与数据构成，表格的结构对应关系模式，表格每一列对应关系模
24、式的一个属性，该列的数据类型和取一列对应关系模式的一个属性，该列的数据类型和取值范围就是该属性的域。因此，定义了表格就定义了值范围就是该属性的域。因此，定义了表格就定义了对应的关系。对应的关系。 在在Visual FoxPro中，与关系数据库对应的中，与关系数据库对应的是数据库文件（是数据库文件（.dbc文件），一个数据库文件文件），一个数据库文件包含若干个表（包含若干个表（.dbf文件），表由表结构与若文件），表由表结构与若干个数据记录组成，表结构对应关系模式。每干个数据记录组成，表结构对应关系模式。每个记录由若干个字段构成，字段对应关系模式个记录由若干个字段构成，字段对应关系模式的属性，字
25、段的数据类型和取值范围对应属性的属性，字段的数据类型和取值范围对应属性的域。的域。 一个关系模型的实际例子：学生一个关系模型的实际例子：学生选课选课课课程关系模型。程关系模型。学生管理数据库中的表学生管理数据库中的表表之间的关系表之间的关系关系运算符关系运算符关系运算符的分类关系运算符的分类传统的集合运算（并、差、交、广义笛卡尔积）传统的集合运算（并、差、交、广义笛卡尔积）专门的关系运算（选择、投影、连接、除）专门的关系运算（选择、投影、连接、除）关系运算符（关系运算符（1 1）Union(Union(并并):):由已知关系的任何一方或双方所由已知关系的任何一方或双方所出现的元组建立起来的一种
26、关系。出现的元组建立起来的一种关系。对对R R和和S S的要求：的要求：具有相同类型的属性具有相同类型的属性相应的属性取自同一个域相应的属性取自同一个域RS RS ：仍与仍与R R或或S S具有相同类型的属性具有相同类型的属性由属于由属于R R或属于或属于S S的元组组成（取消重复的元组的元组组成（取消重复的元组举例 R:运动队，S：书法社学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张力95003刘晨刘晨学号学号姓名姓名95003刘晨刘晨95004李燕李燕RSRS = 参加了运动队参加了运动队或参加了书法或参加了书法社的同学社的同学学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张力950
27、03刘晨刘晨95004李燕李燕关系运算符（关系运算符（2 2）Differenct(Differenct(差差) ): :建立一种出现在所指的第一个关建立一种出现在所指的第一个关系而不出现所指的第二个关系的元组关系。系而不出现所指的第二个关系的元组关系。 对对R R和和S S的要求：的要求：具有相同类型的属性具有相同类型的属性相应的属性取自同一个域相应的属性取自同一个域R-S R-S ：仍与仍与R R或或S S具有相同类型的属性具有相同类型的属性由属于由属于R R而不属于而不属于S S的所有元组组成的所有元组组成举例 R:运动队，S：书法社RS学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张
28、力95003刘晨刘晨学号学号姓名姓名95003刘晨刘晨95004李燕李燕R-S =参加了运动队参加了运动队而没有参加书而没有参加书法社的同学法社的同学 学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张力关系运算符（关系运算符（3 3）Inersection(Inersection(交交) ): :建立一种由二边关系的建立一种由二边关系的元组组成的关系。元组组成的关系。对对R R和和S S的要求：的要求：具有相同类型的属性具有相同类型的属性相应的属性取自同一个域相应的属性取自同一个域RS RS ：仍与仍与R R或或S S具有相同类型的属性具有相同类型的属性由既属于由既属于R R而且又属于而且又
29、属于S S的所有元组组成的所有元组组成举例 R:运动队，S：书法社RSR S =既参加了运动队既参加了运动队又参加了书法社又参加了书法社的同学的同学 学号学号姓名姓名95001王敏王敏95002张力张力95003刘晨刘晨学号学号姓名姓名95003刘晨刘晨95004李燕李燕学号学号姓名姓名95003刘晨刘晨关系运算符（关系运算符（5 5）Restrict(Restrict(抽行抽行):):根据条件从已知关系中抽根据条件从已知关系中抽出符合要求的相关元组或行。出符合要求的相关元组或行。称为选择（称为选择（SelectionSelection）选择运算是从行的角度进行的运算选择运算是从行的角度进行的
30、运算举例学学 号号Sno姓姓 名名Sname性性 别别Ssex年年 龄龄Sage所所 在在 系系Sdept95001李勇李勇男男20CS95002刘晨刘晨女女19IS95003王敏王敏女女18MA95004张立张立男男19IS学生表（学生表（Student）查询信息系（查询信息系（IS系）全体学生系）全体学生结果为：SnoSnameSsexSageSdept95002刘晨刘晨女女19IS95004张立张立男男19IS信息系（信息系（IS系）全体学生系）全体学生关系运算符（关系运算符（6 6）Project(Project(抽列抽列):):从已知关系中抽出所指的属从已知关系中抽出所指的属性或列性或列投影操作主要是从列的角度进行运算投影操作主要是从列的角度进行运算OracleOracleDB2DB2SybaseSybaseMS-SQL ServerMS-SQL ServerAccessAccessVisual FoxProVisual FoxPro
