1、第第 1 1 章章数据库系统知识数据库系统知识1.1 数据库处理与数据管理技术数据库处理与数据管理技术1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成1.3 数据库的模式结构数据库的模式结构1.4 数据模型数据模型1.5 关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQL1.6 数据库设计基础数据库设计基础1.7 主流的主流的DBMS产品简介产品简介目录目录一、数据与信息一、数据与信息u数据是按一定的格式对信息进行的符号化表示，数据是按一定的格式对信息进行的符号化表示，是信息的载体。是信息的载体。u信息是数据的内涵，是数据的语义解释。信息是数据的内涵，是数据的语义解释。二、数据处理二、数据处理u所谓所谓数据处
2、理数据处理是指：对各种类型的数据进行是指：对各种类型的数据进行收集、存储、分类、计算、加工、检查和传收集、存储、分类、计算、加工、检查和传输的过程。输的过程。u数据处理一般经过五个步骤：数据处理一般经过五个步骤：（1）原始数据的收集）原始数据的收集 （2）编码转换）编码转换 （3）数据输入）数据输入 （4）数据处理）数据处理 （5）数据输出）数据输出三、数据管理的发展阶段三、数据管理的发展阶段（1）人工管理阶段人工管理阶段 数据面向单个应用程序，不具有数据独立性，数据面向单个应用程序，不具有数据独立性，数据不能共享数据不能共享（2）文件系统阶段文件系统阶段 具有相对独立性，但数据冗余度大、共享
3、性差具有相对独立性，但数据冗余度大、共享性差（3）数据库系统阶段数据库系统阶段 面向整个应用程序，数据共享性、独立性高面向整个应用程序，数据共享性、独立性高应用程序 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程序与数据的对应关系人工管理阶段人工管理阶段应用程序 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程序与数据的对应关系文件系统阶段文件系统阶段文件文件系统系统 应用程序 1应用程序 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程序与数据的对
4、应关系数据库系统阶段数据库系统阶段 数据库系统的组成数据库系统的组成l数据数据库库（DB）定义：定义：数据库是指以一定的数据模型组织的、长期数据库是指以一定的数据模型组织的、长期存放在辅助存储器上的、可共享的相关数据的集合。存放在辅助存储器上的、可共享的相关数据的集合。l数据库管理员（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。理数据库系统。l数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）l数据库系统数据库系统（DBS）数据库的特点数据库的特
5、点u 数据库中的数据按一定的数据库中的数据按一定的_组织、描述、存储组织、描述、存储;u具有较小的具有较小的_、较高的数据、较高的数据_和易和易_;u并可以供多个用户和多类应用所并可以供多个用户和多类应用所_。数据模型数据模型冗余度冗余度独立性独立性扩展性扩展性共享共享数据库的内容数据库的内容 数据库通常包括两部分内容：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按一定的数据模型组织并实际存储的所有应用需要的有应用需要的数据数据。存放在数据字典中的各种描述信息，包存放在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、完整性括所有数据的结构名、存储格式、完整性约束、使用
6、权限等信息。这些描述信息通约束、使用权限等信息。这些描述信息通常称为常称为“元数据元数据”。u 数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）是建立、使用）是建立、使用和维护数据库的和维护数据库的_软件。软件。uDBMS是数据库的核心。对数据库的一切是数据库的核心。对数据库的一切操作都是通过操作都是通过_来完成的。来完成的。uDBMS是位于是位于_与与_之间的数据管理软件。之间的数据管理软件。数据库管理系统数据库管理系统系统系统DBMS用户（应用程序）用户（应用程序）操作系统操作系统u数据库管理系统的功能：数据库管理系统的功能：（1）数据定义）数据定义 （2）数据操纵）数据操纵（3）数据的组织和存
7、取管理）数据的组织和存取管理 （4）数据库运行管理）数据库运行管理 （5）数据库的维护）数据库的维护数据库管理系统的功能数据库管理系统的功能u 定义：定义：数据库系统是实现有组织地、动态地存储大量数据库系统是实现有组织地、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。所组成的具有管理数据库功能的计算机系统。数据库系统数据库系统u组成：组成：数据库系统由数据库、数据库管理系统、支持数据库系统由数据库、数据库管理系统、支持数据库系统的计算机软件和硬件环境、各种应用数据库系统的计算机软件和硬件环境、各种应用程
8、序、数据库管理员和用户组成。程序、数据库管理员和用户组成。数据库系统（数据库系统（DBS）组成示意图）组成示意图u数据库、数据库管理系统和数据库系统数据库、数据库管理系统和数据库系统之间的区别和联系：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用户通过数据库管理系统可以建立和使用数据库。数据库。使用数据库是目的，而数据库管理系统是使用数据库是目的，而数据库管理系统是实现目的的手段和工具。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数据库和数据库管理系统都是数据库系统的组成部分。的组成部分。区别和联系区别和联系数据库系统的分级结构数据库系统的分级结构三级模式：三级模式：l
9、外部层外部层是单个用户的视图是单个用户的视图l概念层概念层是全体用户的公共视图是全体用户的公共视图l内部层内部层是存储视图是存储视图三级结构间的两级映射三级结构间的两级映射外部层外部层概念层概念层内部层内部层数据的逻辑独立性数据的逻辑独立性数据的物理独立性数据的物理独立性用户用户物理存储物理存储数据模型数据模型u 数据模型是现实世界中数据特征的抽象，是数据模型是现实世界中数据特征的抽象，是数据库系统的数学形式框架，是用来描述数据数据库系统的数学形式框架，是用来描述数据的一组概念和定义。的一组概念和定义。u一个好的数据模型应能比较真实地模拟现实一个好的数据模型应能比较真实地模拟现实世界，容易为人
10、们所理解，便于在计算机上实世界，容易为人们所理解，便于在计算机上实现。现。三个领域的内容三个领域的内容u 现实世界现实世界 独立于人们意识之外的客观事物及其相互联系。独立于人们意识之外的客观事物及其相互联系。u 信息世界信息世界 现实世界中的事物在人们头脑中的反映。现实世界中的事物在人们头脑中的反映。u 数据世界数据世界 以数据形式反映观念世界中的信息。以数据形式反映观念世界中的信息。三个领域的联系三个领域的联系概念模型概念模型n是现实世界到数据世界的一个中间层次是现实世界到数据世界的一个中间层次n是按用户的观点对数据建模是按用户的观点对数据建模n是现实世界到信息世界的第一层抽象是现实世界到信
11、息世界的第一层抽象n是用户和数据库设计人员之间进行交流的工具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广泛使用的概念模型当属“实体联系实体联系”模型，模型，即即E-R模型。模型。逻辑数据模型的分类逻辑数据模型的分类逻辑数据模型可分为：逻辑数据模型可分为：u层次模型层次模型u网状模型网状模型u关系模型关系模型u面向对象模型面向对象模型 数据库技术与其它学科的技术结合，出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。现了各种新型数据库。厂 部 科 室 仓 库 零 件 厂 部 仓 库 零 件 科 室 库 存 库 存 层层 次次 模模 型型 与与 网网 络络 模模 型型层
12、次模型层次模型 网状模型网状模型 学院名称学院名称院长院长专业数专业数电机系电机系丁沿民丁沿民4电子工程系电子工程系王尚志王尚志5机械学院机械学院张大伟张大伟3自动化系自动化系李光明李光明5仪表系仪表系刘虎刘虎4计算机系计算机系赵猛赵猛2信息管理学院信息管理学院孙天翼孙天翼1关关 系系 模模 型型学校学院情况表学校学院情况表 E-R模型的概念模型的概念u实体（实体（Entity）客观事物在观念世界中称为实体，指现实世界客观事物在观念世界中称为实体，指现实世界中有关的并且要加工和记录的信息对象。中有关的并且要加工和记录的信息对象。u联系（联系（Relationship)实体集之间关系的抽象表示。
13、实体集之间关系的抽象表示。两个实体间的联系可以分为两个实体间的联系可以分为3类：一对一联系类：一对一联系、一对多联系和多对多联系。、一对多联系和多对多联系。u属性（属性（Attribute）实体在某一方面的特征称为实体的属性。实体在某一方面的特征称为实体的属性。E-R图的表示图的表示u 实体用矩形框表示实体用矩形框表示u 属性用椭圆形框表示属性用椭圆形框表示u 联系用菱形框表示联系用菱形框表示u关系模型用关系模型用_来表示实体集，通过来表示实体集，通过_表示实体间的联系。表示实体间的联系。关关 系系 模模 型型二维表二维表 外部关键字外部关键字u关系模型一般有三个组成部分：关系模型一般有三个组
14、成部分：_、_和和_。数据结构数据结构数据操作数据操作完整性规则完整性规则u完整性规则包括完整性规则包括_、_、_和和_等。等。域完整性规则域完整性规则参照完整性规则参照完整性规则用户定义的完整性规则用户定义的完整性规则实体完整性规则实体完整性规则关键字关键字u超关键字超关键字 u候选关键字候选关键字 u主关键字主关键字 u外部关键字外部关键字 关关 系系 运运 算算（1）关系的基本运算有两类：关系的基本运算有两类：传统的集合运算（并、差、交等）传统的集合运算（并、差、交等）专门的关系运算（选择、投影、联接）专门的关系运算（选择、投影、联接）进行集合运算的两个关系必须具有相同的关进行集合运算的
15、两个关系必须具有相同的关系模式，即两个关系的结构相同。系模式，即两个关系的结构相同。并并 关系关系R与关系与关系S的并由属于的并由属于R或属于或属于S的元组的元组组成，即并运算的结果是组成，即并运算的结果是R中元组加上中元组加上S中元组。中元组。A班集合B班集合A班和B班的集合并并 运运 算算 差差 关系关系R与关系与关系S的差由属于的差由属于R但不属于但不属于S的元的元组组成，即差运算的结果是组组成，即差运算的结果是R中去除中去除S中也有的元中也有的元组组A班集合A和B班男生集合A班女生集合差差 运运 算算 交交 关系关系R与关系与关系S的交由属于的交由属于R且属于且属于S的元组的元组组成，
16、即交运算的结果是组成，即交运算的结果是R和和S中都有的元组。中都有的元组。A班集合A和B班男生集合A班男生集合交交 运运 算算 选择：选择：在数据库的表中选择满足条件的记录。在数据库的表中选择满足条件的记录。选择运算是对关系的选择运算是对关系的水平分解水平分解。学号学号姓名姓名 年龄年龄所在院系所在院系所在班级所在班级8011赵阳赵阳20岁岁仪表仪表9848003林虎林虎19岁岁电子电子9817056刘小芳刘小芳21岁岁信息管理信息管理976选选 择择 运运 算算 投影：投影：在数据库的表中选择满足条件的若干个在数据库的表中选择满足条件的若干个属性组成一个新表。属性组成一个新表。投影运算是对关
17、系的投影运算是对关系的垂直分解垂直分解。学号学号姓名姓名 年龄年龄所在院系所在院系所在班级所在班级8011赵阳赵阳20岁岁仪表仪表9848003林虎林虎19岁岁电子电子9817056刘小芳刘小芳21岁岁信息管理信息管理976投投 影影 运运 算算 联接联接 在数据库的两个表中选取字段间满足一定条件的在数据库的两个表中选取字段间满足一定条件的记录拼成一个新的关系。记录拼成一个新的关系。联接条件中将出现两个关系中的公共属性名，或联接条件中将出现两个关系中的公共属性名，或有相同语义的属性。有相同语义的属性。联联 接接 运运 算算学生成绩表学生成绩表学号学号课程号课程号成绩成绩8011J1019080
18、03J212858027J21388课程号课程号课程名课程名课时数课时数J101高数高数82J213英语英语56J212会计会计77课程课程情情况况表表学号学号课程名课程名成绩成绩课时数课时数8011高数高数90828003会计会计85778027英语英语8856联联 接接课程号课程号 相同相同关系模型的基本性质关系模型的基本性质二维表的记录数随数据的增删而改变，但它的字二维表的记录数随数据的增删而改变，但它的字段数却是相对固定的。因此，字段的个数、名称、段数却是相对固定的。因此，字段的个数、名称、类型、长度等要素决定了二维表的结构。类型、长度等要素决定了二维表的结构。2二维表中的每一列均有唯
19、一的字段名，且是同性二维表中的每一列均有唯一的字段名，且是同性质的。质的。3二维表中不允许出现完全相同的两行。二维表中不允许出现完全相同的两行。4二维表中行的顺序、列的顺序均可任意交换二维表中行的顺序、列的顺序均可任意交换。不合格的关系模型不合格的关系模型 关系的规范化（关系的规范化（1）u关系是规范化了的二维表。关系是规范化了的二维表。u关系模式中常常存在着如下的一些缺点：关系模式中常常存在着如下的一些缺点：1.数据冗余度大数据冗余度大 2.插入异常插入异常 3.删除异常删除异常关系的规范化（关系的规范化（2）u关系规范化的过程是通过关系中属性的分解和关系规范化的过程是通过关系中属性的分解和
20、关系模式的分解来实现的。关系模式的分解来实现的。u关系规范化的条件可以分成几级，每级称为一关系规范化的条件可以分成几级，每级称为一个范式（个范式（Normal Form），记作），记作nNF。u实际设计关系模式时，一般要求满足实际设计关系模式时，一般要求满足3NF。关系模型的完整性关系模型的完整性u在关系数据库中，完整性主要有：在关系数据库中，完整性主要有：域完整性域完整性实体完整性实体完整性参照完整性参照完整性关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQLu关系数据库语言是一种非过程语言。关系数据库语言是一种非过程语言。uSQL语句：语句：CREATE TABLESELECTINSERT INT
21、OUPDATEDELETECREATE VIEW数据库设计基础数据库设计基础u数据库设计包括数据库设计包括_的设的设计与计与_的设计。的设计。u软件工程技术中最核心技术之一是基于软件工程技术中最核心技术之一是基于_的设计技术，即数据的设计技术，即数据库设计技术。库设计技术。数据库系统数据库系统数据库结构特性数据库结构特性数据库行为特征数据库行为特征数据库设计方法数据库设计方法u数据库设计两种不同的方法：数据库设计两种不同的方法：面向数据的设计方法面向数据的设计方法面向过程的设计方法面向过程的设计方法数据库生命周期数据库生命周期u数据库生命周期（数据库生命周期（DBLC）：）：系统规划系统规划系
22、统分析系统分析系统设计系统设计系统实施系统实施系统维护系统维护系统规划系统规划u信息系统的规划和实现过程是信息系统的规划和实现过程是“_的规划分析，的规划分析，_设计实现设计实现”的过程。的过程。u系统规划应遵循的原则。系统规划应遵循的原则。自顶向下自顶向下自底向上自底向上需求分析需求分析u在需求分析中，经常使用结构化分析方法（在需求分析中，经常使用结构化分析方法（SA）。）。u常用的描述工具有：常用的描述工具有：数据流程图（数据流程图（DFD）和数据字典（）和数据字典（DD）u数据流程图的基本图形符号：数据流程图的基本图形符号：外部实体、数据流、数据处理、数据存储外部实体、数据流、数据处理、
23、数据存储 系统设计系统设计u系统设计分为三个阶段：系统设计分为三个阶段：概念结构设计概念结构设计逻辑结构设计逻辑结构设计物理结构设计物理结构设计E-R图图层次、网状、关系模型层次、网状、关系模型物理存储上实现数据库结构物理存储上实现数据库结构系统实施系统实施建立实际数据库建立实际数据库载入数据测试载入数据测试试运行试运行交接交接系统运行与维护系统运行与维护日常维护日常维护监控与分析监控与分析性能调整性能调整扩展与增强：扩展与增强：DBMS版本升级版本升级l Oraclel DB2l Sybasel MS-SQL Serverl Accessl Visual FoxPro主流的主流的DBMS产品
24、产品 Oracle Oracle公司的产品。产品覆盖大、中、小型机等公司的产品。产品覆盖大、中、小型机等几十种机型，是世界上使用最广泛的大型数据库管几十种机型，是世界上使用最广泛的大型数据库管理系统之一。理系统之一。DB2 IBM公司的产品。为公司的产品。为UNIX、OS/2和和Windows NT操作系统环境提供的关系型数据库解决方案。操作系统环境提供的关系型数据库解决方案。能够在各种系统中运行自如。能够在各种系统中运行自如。主流的主流的DBMS产品（产品（1）Sybase Sybase公司的产品。是一个面向联机事务处理，公司的产品。是一个面向联机事务处理，具有高性能、高可靠性的功能强大的关
25、系型数据库具有高性能、高可靠性的功能强大的关系型数据库管理系统。管理系统。MS-SQL Server 是微软公司推出的在是微软公司推出的在Windows平台上最为流行的平台上最为流行的中型的关系型数据库管理系统。中型的关系型数据库管理系统。主流的主流的DBMS产品（产品（2）Access 是一个关系型数据库管理系统，是是一个关系型数据库管理系统，是Office软件包软件包的一个组成部分。只能在的一个组成部分。只能在Windows环境下工作，其环境下工作，其应用仅限于比较小的场合。应用仅限于比较小的场合。Visual FoxPro PC机的数据库管理系统经历了机的数据库管理系统经历了dBase、FoxBase到到FoxPro的演变过程。的演变过程。Microsoft公司在收购公司在收购Fox公公司后，在司后，在FoxPro基础上引入可视化操作环境和面基础上引入可视化操作环境和面向对象的程序技术，推出了向对象的程序技术，推出了Visual FoxPro。主流的主流的DBMS产品（产品（3）
