數據庫原理與應用第一章緒論

12數據管理技術的發展數據庫系統結構34DB、DBMS和DBS數據庫技術的發展

數據：描述客觀事物的一組文字、數字和符號，它是客觀事物的反映和記錄。如：（李明，男，20，1992，江蘇，數理學院，信息與計算科學專業，2008）

信息：潛在于數據中的意義，它反映了客觀世界中各種事物的狀態與特征，它能增長人的知識，影響接受者的行為。基本概念1.1數據管理技術的發展數據處理：對各種形式的數據進行收集、存儲、加工和傳播的一系列活動的總和。其目的是從大量原始數據中抽取出對用戶有價值的信息，以作為行動和決策的依據。信息=數據+數據處理數據管理：指對數據進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護，是數據處理的中心問題。數據庫技術是應數據管理任務的需要而產生的1.1數據管理技術的發展人工管理階段（20世紀50年代中期以前）文件系統階段（20世紀50年代后期--60年代中期）數據庫系統階段（20世紀60年代后期—今）

硬件(外存貯器)和軟件的發展應用需求擴大數據管理技術經歷了三個發展階段：人工管理階段（--50年代中期）應用程序1應用程序2應用程序n數據集1數據集2數據集n…

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計算機主要用于科學計算數據量小、結構簡單。

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外存為順序存取設備磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤等直接存取設備。

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沒有操作系統及數據管理軟件用戶用機器指令編碼，通過紙帶機輸入程序和數據，程序運行完畢后，由用戶取走紙帶和運算結果，再讓下一用戶操作?！?/p>

用戶完全負責數據管理工作●

數據完全面向特定的應用程序每個用戶使用自己的數據，用完撤走不保存，無共享?！?/p>

數據與程序沒有獨立性程序中存取數據的子程序隨著存儲結構的改變而改變。背景特點文件系統階段（50年代后期--60年代中期）文件系統……文件組1文件組2文件組3應用程序1應用程序2應用程序n●

計算機不但用于科學計算，還用于管理。●

外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設備。●

有了專門管理數據的軟件，一般稱為文件系統?！?/p>

數據可以長期保存●

數據與程序有一定的獨立性文件的邏輯結構與存儲結構由系統進行轉換，數據在存儲上的改變不一定反映在程序上?！?/p>

共享性差、冗余度大（一個文件對應一個程序）背景特點數據庫系統階段（60年代后期--）…應用程序1應用程序2應用程序n數據庫

數據庫管理系統

DBMS●計算機管理的數據量大，關系復雜，共享性要求強（多種應用、不同語言共享數據）●外存有了大容量磁盤，光盤●軟件價格上升，硬件價格下降?！駭祿姓w的結構性，面向全組織，面向現實世界●由DBMS統一存取，維護數據語義及結構●數據共享性好●

數據與程序完全相互獨立背景特點常見DBMS：Oracle,IBMDB2,Informix,Sybase,SQLServer,FoxPro,Access等例：學生基本信息記錄表：學號姓名性別出生年月學院籍貫獎懲情況200505101張三男1987/10/10數理學院廣東2005-06學年一等獎學金2005-06學年校三好學生200505102李四男1988/01/10數理學院河南200505103錢紅女1987/05/21數理學院上海200505106趙曉林女1989/02/10數理學院上海2005-06學年一等獎學金………………………這個表格的缺點：有些同學的獎懲記錄很多，但大部分沒有，因此“獎懲情況”這一欄該留多大的位置很難確定，而且很難統計獎勵的次數修改后的記錄表：將學生基本信息和獎懲情況分開來學號獎懲情況2005051012005-06學年一等獎學金2005051012005-06學年校三好學生2005051062005-06學年一等獎學金學號姓名性別出生年月學院籍貫200505101張三男1987/10/10數理學院廣東200505102李四男1988/01/10數理學院河南200505103錢紅女1987/05/21數理學院上海200505106趙曉林女1989/02/10數理學院上?！?……………………獎懲情況表修改后的學生基本信息記錄表特點：描述數據時不僅描述數據本身，還描述了數據間的聯系。數據庫庫系統統的特特點1.數據結結構化化---數據庫庫系統統與文文件系系統根本區區別即采用用復雜雜的數數據模模型表表示數數據結結構按照某某種數數據模模型,將整個個組織織的全全部數數據組組織成成一個個結構構化的的數據據整體體，即即實現現了整整體數數據的的結構構化。。數據模模型不不僅描描述數數據本本身,還描述述了數數據之之間的的聯系系。數據不不再面面向應應用，，而是是面向向系統統，彈彈性更更大。。存取方方式更更靈活活，存存取粒粒度可可為數數據項項。數據庫庫系統統的特特點2.數據的的共享享性高高、冗冗余度度低，，易擴擴充共享是是指多多用戶戶、多多種應應用、、多種種語言言互相相覆蓋蓋地共共享數數據集集合。。數據據共享享可減減少數數據冗冗余，，節約約存儲儲空間間，避避免數數據之之間的的不相相容性性與不不一致致性。。數據不一一致指同同一數據據不同拷拷貝的值值不同。。數據面向向系統＋＋結構化化＋數據據共享→→系系統易擴擴充。數據庫系系統的特特點3.數據獨立立性高包括數據據的物理獨立立性和邏輯獨立立性物理獨立立性：指用戶的的應用程程序與存存儲在磁磁盤上的的數據庫庫中的數數據相互互獨立。。邏輯獨立立性：指用戶的的應用程程序與數數據庫的的邏輯結結構相互互獨立。。數據描述述、定義義從應用用程序中中分離出出來，獨獨立于應應用程序序而存在在，相互互獨立，，互不依依賴，大大大簡化化了應用用程序的的設計維維護的工工作量。。數據庫系系統的特特點4.數據由DBMS統一管理理和控制制共享一般般是并發的，即多多個用戶戶可同時時使用數數據庫中中的數據據。DBMS應提供如如下功能能：數據安全全性保護護數據完整整性檢查查（正確確性、有有效性、、相容性性）并發控制制數據庫恢恢復人工管理階段文件系統階段數據庫系統階段背景特點數據的結構化無結構數據管理理技術三個發展展階段的的詳細比比較應用背景景科學計算算科科學學計算、、管理大大規模管管理硬件背景景無直接存存取存儲儲設備磁磁盤、、磁鼓大大容量量磁盤軟件背景景沒有操作作系統有有文件系系統有有DBMS處理方式式批處理實時處理理、批處處理數據的管管理者用戶（程程序員））文文件系統統數數據庫庫管理系系統數據面向向的對象象某一應用用程序某某一應用用現現實實世界數據的共共享程度度無共享，，冗余度度很大共享性差差，冗余余度大共享性高高，冗余余度小獨立性差差實時處理理、分布布處理、、批處理理具有高度度的物理理獨立性性和一定定的邏輯輯獨立性性數據的獨獨立性不獨立，，完全依依靠于程程序記錄內有有結構、、整體無無結構整體結構構化，用用數據模模型描述述數據控制制能力應用程序序自己控控制文文件系統統 數據據庫管理理系統1.2數據庫系系統結構構數據庫管管理系統統角度：：三級模式式結構最終用戶戶角度：：單用戶結結構主從式結結構分布式結結構內部外部1.2數據庫系系統結構構單用戶主從式結構分布式結構結構特點整個數據庫系統在一臺機器上，由一個用戶獨占，不同機器間不能共享數據。一個主機帶多個終端的多用戶系統。數據庫系統在主機上，所有處理由主機完成，各用戶通過終端并發地存取數據庫共享資源。數據庫中的數據在邏輯上是一個整體，但物理上分布在計算機網絡的不同結點上。網絡中的每個結點可以執行局部應用和全局應用。優點簡單易實現。簡單，數據易維護管理。難滿足大公司對數據應用的需求。缺點不同部門數據不共享，冗余。用戶數增多時主機負擔重性能下降，系統可靠性不高。數據管理維護難，系統效率受網絡制約。1.2數據庫系系統結構構1.2數據庫系系統結構構模式：是數據庫庫中全體體數據的的邏輯結結構和特特征的描描述。實例：模式的一一個具體體值。模式反映的是數據的結構及其聯系－相對穩定實例反映的是數據庫某一時刻的狀態－相對變動第二章數數據模型12數據模型的概概念E-R模型3面向對象模型型2.1數據模型的概概念在數據庫中用用數據模型這這個工具來抽象、表示和和處理現實世界中的的數據和信息息。通俗地講講數據模型就就是現實世界界的模擬．數據模型應滿滿足三方面要要求:能比較真實地模擬現實世界容易為人所理解便于在計算機機上實現數據的三個范范疇從事物的客觀觀特性到計算算機中的數據據表示，經歷歷了三個階段段：存在于人們頭頭腦之外的客客觀世界.現實世界在人人們頭腦中的的反映，人們們把它用文字字和符號記載載下來。信息世界的信信息在機器世世界以數據形形式存儲?，F實世界信息世界

概念模型機器世界DBMS支持的數據模型轉換認識抽象數據的三個范范疇1.信息世界相相關術語(1)實體：客觀存在并并可相互區別別的事物。實體可以是具具體的對象（（一個學生、、一輛汽車）），也可以是是抽象的事件件（一次借書書，一次比賽賽）。(2)實體集：性質相同的的同類實體的的集合。如：全體學生生，全國足球球聯賽的所有有比賽。(3)屬性：實體所具有有的某一特性性。一個實體可以以由若干個屬屬性來刻畫，，每個屬性有有一個值域和和類型。如：：學生實體由由學號、姓名名等構成。(4)碼：唯一標識實實體的屬性或或屬性集。如：學號是學學生實體的碼碼。數據的三個范范疇2.機器世界相關關術語：(1)字段（數據項項）：標記實體屬性性的命名單位位，是可以命命名的最小信信息單位，往往往和屬性名名相同。例如：學生有有學號、姓名名、年齡、性性別等字段。。(2)記錄：字段的有序集集合稱為記錄錄。一般用一一個記錄描述述一個實體。。例如：學生記記錄：（學號號，姓名，年年齡，性別））。(3)文件：同一類記錄的的匯集稱為文文件。文件是是描述實體集集的。例如：所有學學生記錄組成成了一個學生生文件。(4)碼：能惟一標識文文件中每個記記錄的字段或或字段集，與與實體的碼相相對應。例如：學生的的學號可以作作為學生記錄錄的碼。機器世界和信信息世界術語語的對應關系系:信息世界機機器世界實體…………………記錄屬性…………………字段（數據項項）實體集……………文件碼…………………….碼數據的三個范范疇以學生數據為為例表示信息息在三個世界界中的有關術術語及其聯系系:2.2E-R模型基本概念(1)實體：現實世界中客客觀存在并可可相互區別的的事物。(2)屬性：實體所具有的的某一特性稱稱為屬性。(3)碼（key）：唯一表示實體體的屬性集稱稱為碼。(4)域（Domain）：屬性的取值范范圍。（5）實體集：具有相同特征征或能用同樣樣特征描述的的實體集合。。組成實體集的的各實體稱為為實體集的外外延。例如：某單位位所有員工稱稱為實體集Employee的外延。（6）實體型：具有相同屬性性的實體必然然具有共同的的特征和性質質。用實體名名及其屬性名名集合來抽象象和刻畫同類類實體，稱為為實體型。例如：員工（（員工編號、、姓名、部門門、性別、年年齡、職稱））就是一個實實體型。基本概念（7）聯系：實體內部的聯聯系：組成實體的各各屬性之間的的聯系（如：學號－－姓名）。實體之間的聯聯系：不同實體集之之間的聯系。。兩個實體型之之間的聯系可可分為三類：：1對1聯系系(1:1)1對多多聯聯系系(1:n)多對對多多聯聯系系(m:n)基本本概概念念1對1聯系系：：定義義：：若若對對于于實實體體集集A中的的每每一一個個實實體體，，實實體體集集B中至多多有一一個個實實體體與與之之聯聯系系，，反反之之亦亦然然，，則則稱稱實實體體集集A與實實體體集集B具有有一一對對一一聯聯系系，，記記為為1:1。例：：部部門門---負責責人人實體型A聯系名實體型B11位于部門負責人11基本本概概念念1對多多聯聯系系:定義義：：若若對對于于實實體體集集A中的的每每一一個個實實體體，，實實體體集集B中有有n個實體體(n≥≥0)與之之聯聯系系，，反反之之，，對對于于實實體體集集B中的每每一一個個實實體體，，實實體體集集A中至多多只有有一一個個實實體體與與之之聯聯系系，，則則稱稱實實體體集集A與實實體體集集B具有有一一對對多多聯聯系系，，記記為為1:n。例：：部部門門---員工工實體型A聯系名實體型B1n屬于部門員工1N基本本概概念念多對對多多聯聯系系:定義義：：若若對對于于實實體體集集A中的的每每一一個個實實體體，，實實體體集集B中有有n個實體體(n≥≥0)與之之聯聯系系，，反反之之，，對對于于對對于于實實體體集集B中的每每一一個個實實體體，，實實體體集集A中也也有有m個實體體(m≥≥0)與之之聯聯系系，，則則稱稱實實體體集集A與實實體體集集B具有有多多對對多多聯聯系系，，記記為為m:n。例：：學學生生---課程程實體型B實體型A聯系名mn選課學生課程MN基本本概概念念同一一實實體體集集內內的的各各實實體體之之間間也也存存在在著著一一對對一一、、一一對對多多和和多多對對多多的的聯聯系系.員工領導1n同一一實實體體集集內內一一對對多多聯聯系系員工配偶11同一一實實體體集集內內一一對對一一聯聯系系基本本概概念念一般般地地，，兩兩個個以以上上實實體體型型之之間間也也存存在在著著一一對對一一、、一一對對多多和和多多對對多多的的聯聯系系.學生教師課程選課mnn三個實體型之間的多對多關系（8）弱弱實實體體集集：：在描描述述實實體體的的過過程程中中，，有有些些實實體體集集的的屬屬性性可可能能不不足足以以形形成成主主碼碼，，需需要要依依賴賴其其他他實實體體集集中中的的部部分分屬屬性性。。這這樣樣的的實實體體集集叫叫做做弱弱實實體體集集，，不不需需要要依依賴賴其其他他的的實實體體的的實實體體集集稱稱為為強強實實體體集集。。例如一個單位位的員工實體體集Employee與工作履歷實實體集Career，則工作履歷歷實體集Career是以職工存在在為前提的，，即工作履歷歷實體集Career是弱實體集。?；靖拍顖D設計用E-R圖來描述現實實世界的概念念模型。E-R圖提供了表示示實體集、屬屬性和聯系的的方法。實體名矩形框表示實體屬性名橢圓形表示屬性菱形表示聯系聯系名連接實體型與聯系類型，也可用于表示實體與屬性的聯系并注明種類；對構成碼的屬性，在屬性名下畫一橫線表示。n課程成績選修m學號姓名學生注：用虛邊矩矩形和虛邊菱菱形分別表示示弱實體和弱弱實體之間的的聯系。圖設計確定實體類型型：幾個實體類類型及相應的的實體名確定聯系類型型：各實體類型型之間是否有有聯系，是何何種聯系類型型及相應的聯聯系名.連接實體類型型和聯系類型型，組合成E-R圖確定實體類型型和聯系類型型的屬性確定實體類型型的碼例：學生選修修課程學生課程選修姓名學號系別成績用矩形表示實體用橢圓表示實實體的屬性用無向邊把實實體與其屬性性連接起來用菱形表示實實體間的聯系系實體與聯系用用線段連接并并注明類型mn課程號課程名學分圖設計----ER圖實例舉例：為倉庫庫管理設計一一個E-R模型，該倉庫庫主要管理零零件的入庫、、出庫和采購購等事項；倉倉庫根據需要要向外面廠家家（供應商））訂購零件，，而許多工程程項目需要倉倉庫供應零件件；一個倉庫庫有多個保管管員。實體有：倉庫：屬性有倉庫號號、倉庫面積積、電話號碼碼。零件：屬性有零件號號、名稱、規規格、單價、、描述。供應商：屬性有供應商商號、姓名、、地址、電話話號碼、帳號號。項目：屬性有項目號號、預算、開開工日期。職工：屬性有職工號號、姓名、年年齡、職稱。。圖設計----ER圖實例實體之間的聯聯系如下：一個倉庫可以以存放多種零零件，一種零零件可以存放放在多個倉庫庫中，某種零零件在某個倉倉庫中的數量量用庫存量描描述。倉庫:零件－m:n倉庫:職工－1:n職工實體集之之間－1:n供應商:項目:零件－m:n:p一個倉庫有多多個職工當倉倉庫保管員，，一個職工只只能在一個倉倉庫工作。職工之間具有有領導被領導導的關系，即即倉庫主任領領導若干保管管員。一個供應商可可以供給若干干項目多種零零件，每個項項目可以使用用不同供應商商供應的零件件，每種零件件可由不同供供應商供給。。圖設計計----ER圖實例例如果某某個部部門的的概念念模型型中涉涉及的的實體體和實實體屬屬性較較多，，可以以把實實體及及其屬屬性在在另一一個圖圖上畫畫出。。實體及及其屬屬性圖圖倉庫倉庫號面積電話號圖設計計----ER圖實例例供應商項目零件供應供應量庫存倉庫庫存量職工領導工作nmpmn1n1n實體及及其聯聯系圖圖圖設計計----ER圖實例例【例2.1】某電力力公司司的配配電物物資存存放在在倉庫庫中，，假設設一個個倉庫庫可以以存放放多種種物資資，一一種配配電物物資只只能存存放在在一個個倉庫庫中；；一個個配電電搶修修工程程可能能需要要多種種配電電物資資，一一種配配電物物資可可以應應用到到多個個搶修修工程程中。。倉庫庫包含含倉庫庫編號號、倉倉庫名名稱倉倉庫面面積等等屬性性，配配電物物資包包含物物資編編號、、物資資名稱稱、單單價、、規格格、數數量等等屬性性，搶搶修工工程包包含工工程編編號、、工程程名稱稱、工工程開開始日日期、、工程程結束束日期期、工工程狀狀態（（工程程是否否完工工）等等屬性性，某某一搶搶修工工程領領取某某配電電物資資時，，必須須標明明領取取數量量、領領取