數(shù)據庫應用技術天津大學計算機基礎教學部2013年9月

1、數(shù)據庫應用技術天津大學計算機基礎教學部2013年9月,教學要求總學時：48課堂教學28學時，上機20學時教材： 《數(shù)據庫應用技術》 喻梅主編 天津大學出版社,第1章 數(shù)據庫系統(tǒng)概論,1.1 信息、數(shù)據與數(shù)據處理1.2 數(shù)據管理技術的發(fā)展1.3 數(shù)據模型1.4 數(shù)據庫的體系結構1.

2、5 數(shù)據庫系統(tǒng),1.1 信息、數(shù)據與數(shù)據處理,信息、數(shù)據與數(shù)據處理 1．信息與數(shù)據 數(shù)據(Data)是用來記錄信息的可識別的符號,是信息的具體表現(xiàn)形式。數(shù)據是信息的載體，用來載荷信息，信息是數(shù)據的內涵，是對數(shù)據的語義解釋。數(shù)據與信息既有區(qū)別，又有聯(lián)系。數(shù)據是表示信息的，信息只是加工處理后的數(shù)據，是數(shù)據所表達的內容。隨著信息技術的發(fā)展，數(shù)據的概念在數(shù)據處理領域中已大大拓寬, 其表現(xiàn)形式已不僅包括數(shù)字和文字, 還包括圖形、圖像、

3、聲音等等。,2. 數(shù)據處理數(shù)據處理是指將數(shù)據轉換成信息的過程。它包括對數(shù)據的收集、存儲、分類、計算、加工、檢索和傳輸?shù)纫幌盗谢顒?。?shù)據管理是指數(shù)據的收集、組織、存儲、檢索和維護等操作。,1.2 數(shù)據管理技術的發(fā)展,數(shù)據管理技術的發(fā)展 1. 人工管理階段 程序與數(shù)據是一個整體，一個程序中的數(shù)據無法被其他程序使用，因此程序與程序之間存在大量的重復數(shù)據。特點:數(shù)據不保存在機器中 ；沒有軟件系統(tǒng)對數(shù)據進行管理 ；只有程序的概

4、念，沒有文件的概念 ；數(shù)據是面向應用的 。,圖1.1 人工管理階段程序與數(shù)據的關系,2. 文件系統(tǒng)階段20世紀50年代后期至60年代后期，計算機外存儲器有了磁盤和磁鼓等直接存取設備；軟件有了操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)；程序通過數(shù)據文件訪問數(shù)據。特點:數(shù)據可以長期保存在外存儲設備上；數(shù)據的邏輯結構與物理結構有區(qū)別；文件組織呈現(xiàn)多樣化；數(shù)據不再屬于某個特定的程序，可以重復使用。,1.2 數(shù)據管理技術的發(fā)展,缺陷:數(shù)據冗余度大；

5、數(shù)據和程序缺乏獨立性；數(shù)據間聯(lián)系弱。,圖1.2 文件系統(tǒng)階段程序與數(shù)據的關系,1.2 數(shù)據管理技術的發(fā)展,3．數(shù)據庫系統(tǒng)階段數(shù)據庫是在數(shù)據庫管理系統(tǒng)的集中控制之下，按一定的組織方式存儲起來的、相互關聯(lián)的數(shù)據集合。特點： 面向全組織的復雜的數(shù)據結構；數(shù)據冗余度小，易擴充；具有較高的數(shù)據和程序的獨立性； 統(tǒng)一的數(shù)據控制功能 ；數(shù)據的最小存取單位是數(shù)據項。,,,此階段將數(shù)據集中存儲在一臺計算機上，進行統(tǒng)一組織和管理。,數(shù)

6、據庫,,特點：數(shù)據結構化并與程序分離；數(shù)據集中式管理，高度共享；數(shù)據冗余度小，具有數(shù)據一致性和完整性控制規(guī)則。,,,,,圖1.3 數(shù)據庫系統(tǒng)階段程序與數(shù)據的關系,1.3 數(shù)據模型,數(shù)據描述的三個領域,圖1.4 三個領域之間術語的對應關系,1.3 數(shù)據模型,數(shù)據模型1. 數(shù)據模型的基本概念（1）概念數(shù)據模型用于信息世界的建模，是現(xiàn)實世界到信息世界的第一層抽象。常用的概念數(shù)據模型是實體聯(lián)系模型。 （2）結構數(shù)據模型用于

7、機器世界，是信息世界到機器世界的第二層抽象。結構數(shù)據模型包括層次模型、網狀模型、關系模型和面向對象模型等。,1.3 數(shù)據模型,2. 數(shù)據描述（1）數(shù)據的靜態(tài)描述包括數(shù)據的基本結構、數(shù)據間的聯(lián)系和數(shù)據中的約束。 （2）數(shù)據的動態(tài)特征 指定義在數(shù)據上的操作。3. 數(shù)據模型的三要素（1）數(shù)據結構（2）數(shù)據操作（3）數(shù)據的約束條件,1.3 數(shù)據模型,概念數(shù)據模型,圖1.5 現(xiàn)實世界中的客觀事物的抽象過程,1.3 數(shù)據

8、模型,1. 信息世界涉及的主要概念（1）實體是客觀存在的且又能相互區(qū)別的事物。（2）屬性 指現(xiàn)實世界中事物所具有的特性。屬性有名和值兩部分。例如，張三是姓名屬性的值。（3）碼惟一標識實體的屬性或屬性集 。 例如，學生實體的碼是學號。,例如，,1.3 數(shù)據模型,（4）域 某個(些)屬性的取值范圍。 例如，性別的域為“男”和“女” 。（5）實體型實體型就是實體的結構描述，通常是實體名和屬性名的集合；具有相同屬性

9、的實體，有相同的實體型。例如，教師實體型是：教師(編號、姓名、性別、出生日期、職稱、基本工資、研究方向)（6）實體集同類實體的集合 。例如，全體學生就是一個實體集。,1.3 數(shù)據模型,（7）聯(lián)系實體之間的對應關系稱為聯(lián)系，它反映了現(xiàn)實世界事物之間的相互關聯(lián)。 聯(lián)系的類型：一對一聯(lián)系 記為1 ：1。 (如學校與校長間的聯(lián)系) 一對多聯(lián)系 記為１：n。 (如宿舍房間與學生的聯(lián)系 )多對多聯(lián)系 記為m ：n。

10、 （如一個教師可以教授多個學生，而一個學生又可以受教于多個教師）,1.3 數(shù)據模型,圖1.6 兩個實體之間的聯(lián)系,1.3 數(shù)據模型,一對一聯(lián)系是一對多聯(lián)系的特例，而一對多聯(lián)系又是多對多聯(lián)系的特例。,例如，供應商、項目和零件三者間的關系如圖1.7所示。,圖1.7 三個實體之間的聯(lián)系,1.3 數(shù)據模型,同一實體集內的各實體之間可以有某種關系。 例如，職工實體集內的關系如圖1.8所示。,圖1.8 同一實體集內的

11、聯(lián)系,1.3 數(shù)據模型,2. 實體關聯(lián)模型 E-R模型：描述現(xiàn)實世界的概念模型。實體：用矩形框表示，框內寫入實體名。屬性：用橢圓形表示，屬性的名稱記入橢圓形內。聯(lián)系：用菱形框表示實體間的相互關系，框內注明聯(lián)系的名稱。,1.3 數(shù)據模型,E-R模型示例,圖1.9 學生與課程關系的E-R圖,1.3 數(shù)據模型,結構數(shù)據模型結構數(shù)據模型是從數(shù)據的組織結構角度來描述信息，將現(xiàn)實世界的客觀對象抽象為某種信息結構。

12、常用的結構數(shù)據模型有層次模型、網狀模型、關系模型和面向對象模型。,通過樹形結構表示實體及聯(lián)系。如描述學校管理機構。每個結點表示一個實體（型），箭頭表示實體（型）間的聯(lián)系（由父到子）。,（1） 層次模型,圖1.10 層次模型示例,通過網狀結構表示實體及聯(lián)系?！熬W”中每個結點表示一個實體(型)，結點之間箭頭表示實體(型)間的聯(lián)系。,（2） 網狀模型,圖1.11 網狀模型示例,29,關系模型與層次模型和網狀模型相比有著本質的差別，它是

13、用二維表格來表示實體及其相互之間的聯(lián)系。,（3）關系模型,表1.1 學生表,一個關系就是沒有重復行和重復列的二維表，二維表的每一行在關系中稱為元組，每一列在關系中稱為屬性。學生關系的每一行代表一個學生的記錄，每一列代表學生記錄的一個字段。屬性個數(shù)稱為關系的元。,屬性信息,,,,,,（4）面向對象模型,現(xiàn)實世界中仍然存在著許多含有更復雜數(shù)據結構的應用領域，例如，CAD數(shù)據、圖形數(shù)據等，而關系模型在這方面的處理能力就顯得力不從心。優(yōu)點

14、：能完整地描述現(xiàn)實世界的數(shù)據結構； 具有豐富的表達能力。缺點：模型相對比較復雜； 涉及的知識面廣，實現(xiàn)起來較困難。,1.4 數(shù)據庫的體系結構,數(shù)據庫系統(tǒng)的模式結構,圖1.12 數(shù)據庫系統(tǒng)的體系結構,1.4 數(shù)據庫的體系結構,三級模式結構 為了有效地組織、管理數(shù)據，提高數(shù)據庫的邏輯獨立性和物理獨立性，人們?yōu)閿?shù)據庫設計了一個嚴謹?shù)捏w系結構，數(shù)據庫領域公認的標準結構是三級模式結構，它包括

15、外模式、模式和內模式 。根據各類人員與數(shù)據庫的不同關系，可把視圖（所謂視圖是指觀察、認識和理解數(shù)據的范圍、角度和方法）分為三種：對應于用戶的外部視圖對應于應用程序員的概念視圖對應于系統(tǒng)程序員的內部視圖,1.4 數(shù)據庫的體系結構,兩級模式映像及數(shù)據獨立性兩級模式映像： 外模式/模式映像 模式/內模式映像數(shù)據獨立性： 物理獨立性 邏輯獨立性,外模式/模式映像,外模

16、式/模式 模式：數(shù)據的全局邏輯結構 外模式：數(shù)據的局部邏輯結構一個模式可推導出任意多個外模式 每個外模式定義一個外模式/模式映像 描述該外模式與模式之間的映射關系映像定義通常包含在各個外模式的定義描述中,數(shù)據的邏輯獨立性,程序與數(shù)據的邏輯獨立性 模式改變時數(shù)據庫管理員修改相關的外模式/模式映像 保證外模式不發(fā)生變化應用程序依賴于數(shù)據庫的外模式應用程序代碼不必修改,模式/內模式映像,模式/內模式映

17、像 數(shù)據全局邏輯結構與物理邏輯結構之間的映射關系數(shù)據庫只有一個模式也只有一個內模式模式/內模式映像是唯一的 映射定義通常包含在模式描述中,數(shù)據的物理獨立性,程序與數(shù)據的物理獨立性 內模式改變時數(shù)據庫管理員對模式/內模式作相應修改使模式保持不變應用程序代碼不需要修改,1.5 數(shù)據庫系統(tǒng),數(shù)據庫系統(tǒng)的組成,圖1.13 數(shù)據庫系統(tǒng)的體系結構,1.5 數(shù)據庫系統(tǒng),數(shù)據庫系統(tǒng)的體系結構,圖1.14 各種用戶

18、的數(shù)據視圖,數(shù)據庫系統(tǒng)的簡單結構,,,,應用程序1,應用程序2,……,應用程序n,數(shù)據庫管理系統(tǒng)（DBMS）,數(shù)據庫管理員（DBA）,數(shù)據庫,,,,,,,,基礎,,1.5 數(shù)據庫系統(tǒng),數(shù)據庫：是數(shù)據的匯集，它以一定的組織形式存于存儲介質上。DBMS：是管理數(shù)據庫的系統(tǒng)軟件，它實現(xiàn)數(shù)據庫系統(tǒng)的各種功能。是數(shù)據庫系統(tǒng)的核心。DBA：負責數(shù)據庫的規(guī)劃、設計、協(xié)調、維護和管理等工作。應用程序：指以數(shù)據庫為基礎的應用程序。,用戶人員,