第四章

數據庫系統及其應用第四章數據庫系統及其應用4.1數據庫系統概述

4.2數據庫系統結構

4.3數據模型

4.4關系數據庫

4.5數據庫查詢語言SQL4.6數據庫的設計

4.7常用的數據庫管理系統

4.8數據庫的新發展4.1數據庫系統概述1.數據數據是事物特性的反映和描述，是符號的集合。數據不僅指數值數據，文本、圖形、圖像、音頻、視頻等一切能被計算機接收且能被處理的符號都是數據。2.信息信息通常是指有一定含義的、經過加工的、對決策有價值的數據。這些數據能夠反映出客觀事物的內在聯系及本質，從而影響信息獲取者的行為或決策。從計算機系統的角度來看，數據是信息的載體，而信息則是數據加工的結果，信息來源于數據而高于數據。4.1.1數據庫的基本概念4.1.1數據庫的基本概念3.數據處理數據處理是指對數據的分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護等一系列活動的總和。數據處理的基本目的是從大量的、雜亂無章的、難以理解的數據中抽取并推導出對于某些特定的人來說有價值、有意義的數據。4.數據庫數據庫（DataBase，DB）是一個長期存儲在計算機內的、有組織的、有共享的、統一管理的數據集合。它是一個按數據結構來存儲和管理數據的計算機軟件系統。

4.1.1數據庫的基本概念5.數據庫管理系統數據庫管理系統(DatabaseManagementSystem，DBMS)是一種操縱和管理數據庫的大型軟件，它對數據庫進行統一的管理和控制，以保證數據庫的安全性和完整性。6.數據庫系統數據庫系統（DatabaseSystems，DS），是由數據庫及其管理軟件組成的系統。它是為適應數據處理的需要而發展起來的一種較為理想的數據處理的核心機構。數據庫系統一般由數據庫、數據庫管理系統、數據庫管理員、用戶和應用程序四個部分組成。

4.1.2數據管理技術的產生和發展1.人工管理階段時期20世紀40年代中--50年代中產生的背景應用需求 科學計算 硬件水平 無直接存取存儲設備軟件水平 沒有操作系統 處理方式 批處理

1.人工管理階段特點數據的管理者：用戶（程序員），數據不保存數據面向的對象：某一應用程序數據的共享程度：無共享、冗余度極大數據的獨立性：不獨立，完全依賴于程序數據的結構化：無結構數據控制能力：應用程序自己控制應用程序與數據的對應關系(人工管理階段)

應用程序1數據集1應用程序2數據集2應用程序ｎ數據集n...…...…人工管理階段應用程序與數據之間的對應關系

2、文件系統階段時期20世紀50年代末--60年代中

產生的背景應用需求 科學計算、管理 硬件水平 磁盤、磁鼓 軟件水平 有文件系統 處理方式 聯機實時處理、批處理

文件系統階段(續)特點數據的管理者：文件系統，數據可長期保存數據面向的對象：某一應用程序數據的共享程度：共享性差、冗余度大數據的結構化：記錄內有結構,整體無結構數據的獨立性：獨立性差，數據的邏輯結構改變必須修改應用程序數據控制能力：應用程序自己控制應用程序與數據的對應關系(文件系統階段)應用程序１文件１應用程序２文件2應用程序ｎ文件n文件系統...…...…文件系統階段應用程序與數據之間的對應關系

文件系統

學生基本情況

學生管理其它的數據

學生基本情況

有關學生選課數據學生選課子系統學生管理子系統

冗余！3、數據庫系統階段時期20世紀60年代末以來產生的背景應用背景 大規模管理 硬件背景 大容量磁盤、磁盤陣列 軟件背景 有數據庫管理系統 處理方式 聯機實時處理,分布處理,批處理 應用程序與數據的對應關系(數據庫系統)DBMS應用程序1應用程序2數據庫…數據庫系統階段應用程序與數據之間的對應關系

4.分布式數據庫系統階段

分布式數據庫在邏輯上象一個集中式數據庫系統，實際上，數據存儲在計算機網絡的不同地域的結點上。每個結點有自己的局部數據庫管理系統，它有很高的獨立性。用戶可以由分布式數據庫管理系統，通過網絡相互傳輸數據，如圖所示。計算機1計算機3計算機2通信網絡數據庫1數據庫2數據庫3

＊

4.2數據庫系統結構

4.2.1數據庫系統模式的概念模式（Schema）：數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，它僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值。實例（Instance）：模式的一個具體值。同一個模式可以有很多實例。4.2.2數據庫系統的三級模式結構

4.2.3數據庫的二級映像4.3數據模型數據結構描述數據的類型、內容、性質以及數據間的聯系等。數據操作描述在相應的數據結構上的操作類型和操作方式。數據約束描述數據結構內數據間的語法和語義聯系、制約和依存關系，以及數據動態變化的規則，保證數據的正確有效。4.3.1數據模型的組成數據模型（DataModel）是數據特征的抽象，是數據庫系統中用來提供信息表示和操作手段的形式構架。4.3.2數據模型的類型1.概念數據模型（ConceptualDataModel）概念數據模型，簡稱概念模型，是面向數據庫用戶的實現世界的模型，主要用來描述世界的概念化結構。概念數據模型必須換成邏輯數據模型，才能在DBMS中實現。數據模型按不同的應用層次分成3種類型，分別是概念數據模型、邏輯數據模型和物理數據模型。2.邏輯數據模型邏輯數據模型（LogicalDataModel）：簡稱數據模型，這是用戶從數據庫所看到的模型，是具體的DBMS所支持的數據模型，如網狀數據模型(NetworkDataModel)、層次數據模型(HierarchicalDataModel)、關系模型、面向對象模型等。

關系模型是目前最重要的一種數據模型。它是由若干關系組成的集合，每個關系從結構上看是一張二維表格。4.4關系數據庫關系數據庫，是建立在關系數據庫模型基礎上的數據庫，借助于集合代數等概念和方法來處理數據庫中的數據。目前主流的關系數據庫有Oracle、SQL、Access、DB2、SQLServer，Sybase等。4.4.1關系的相關定義1.域（Domain）：一組具有相同數據類型的值的集合。2.笛卡爾積（CartesianProduct）

所有域的所有取值的集合，取值不能重復。3.關系（Relation）：笛卡爾積的有限子集。4.三類關系5.關系數據庫

4.4.2關系的基本操作1.常用的關系操作插入、刪除、修改和查詢

2.關系操作的特點操作的對象和結果都是集合

4.4.3關系模型的完整性規則關系完整性是為保證數據庫中數據的正確性和相容性，對關系模型提出的某種約束條件或規則。完整性通常包括實體完整性、參照完整性和用戶定義完整性，其中實體完整性和參照完整性，是關系模型必須滿足的完整性約束條件。回顧數據、信息、數據庫、數據處理、數據庫管理系統和數據庫系統。數據庫系統一般由數據庫、數據庫管理系統、數據庫管理員、用戶和應用程序四個部分組成。

關系模型是目前最重要的一種數據模型。它是由若干關系組成的集合，每個關系從結構上看是一張二維表格。關系的基本操作：插入、刪除、修改和查詢（操作的對象和結果都是集合）。4.5數據庫查詢語言SQL4.5.2SQL的組成1.數據定義語言（DDL）數據結構定義和數據庫對象定義。CREATE（創建）、ALTER（修改）、DROP（刪除）2.數據操縱語言（DML）INSERT（插入數據）、UPDATE（修改數據）、DELETE（刪除數據）3.數據控制語言（DCL）安全管理，決定哪些用戶可以查看或修改數據。4.數據查詢語言（DQL）SELECT（檢索數據）4.5.3數據的定義定義基本表：CREATETABLE<表名>（<列名><數據類型>[列級完整性約束條件][，<列名><數據類型>[列級完整性約束條件]]……[，<表級完整性約束條件>])；其中<表名>是所要定義的基本表的名字，它可以由一個或多個屬性（列）組成。

例：建一個“學生”表Student，由學號、姓名、年齡3個屬性組成，其中學號不能為空、取值唯一。CREATETABLEStudent(Sno CHAR(5)NOTNULLUNIQUE,Sname CHAR(8)UNIQUE, Sage INT);4.5.4數據的查詢SELECT[ALL|DISTINCT]<目標列表達式>[，<目標列表達式>]……FROM

<表名或視圖名>[，<表名或視圖名>]……[WHERE<條件表達式>][GROUPBY<列名1>[HAVING<條件表達式>]][ORDERBY<列名2>[ASC|DESC]]；SELECT<字段列表>FROM<表名>從職工關系中檢索出所有工資值

SELECT工資FROM職工檢索倉庫關系中的所有元組信息

SELECT*FROM倉庫從Student學生表中查詢所有學生的姓名和年齡

SELECTSname,SageFROMStudent簡單查詢SELECT<字段列表>FROM<表名>WHERE<篩選條件>

檢索職工表中工資多于1230元的職工號

SELECT職工號FROM職工WHERE工資>1230檢索Student表中年齡不小于20歲的學生學號和年齡

SELECTSno,SageFROMStudentWHERESage>=20檢索在倉庫“W1”或“W2”工作，并且工資少于1250元職工號

SELECT職工號FROM職工WHERE工資<1250AND(倉庫號=‘W1’OR倉庫號=‘W2’)一個查詢同時涉及兩個以上的表P138，例4-49，例4-51找出工資多于1230元的職工號和他們所在的城市

SELECT職工號,城市FROM職工,倉庫WHERE(工資>1230)AND(職工.倉庫號=倉庫.倉庫號)

找出工作在面積大于400的倉庫的職工號以及這些職工工作所在的城市

SELECT職工號,城市FROM職工,倉庫WHERE（面積>400)AND(職工.倉庫號=倉庫.倉庫號)連接查詢SELECT<字段列表>FROM<表名>WHERE<篩選條件>4.6數據庫的設計數據庫技術是信息資源的開發、管理和服務的最有效的手段，因此數據庫的應用范圍越來越廣，從小型的單項事務處理系統到大型的信息服務系統大都利用了先進的數據庫技術來保持系統數據的整體性、完整性和共享性。4.6.1數據庫設計方法比較著名的新奧爾良方法將數據庫設計分為四個階段：需求分析（分析用戶需求）、概念設計（信息分析和定義）、邏輯設計（設計實現）和物理設計（物理數據庫設計）。S.B.Yao將數據庫設計分為六個步驟：需求分析、模式構成、模式匯總、模式重構、模式分析和物理數據庫設計。I.R.Palmer則主張把數據庫設計當成一步接一步的過程，并采用一些輔助手段實現每一過程。4.6.2數據庫設計的基本步驟1．應用規劃2．需求分析3.概念設計4．邏輯設計5.物理設計6.數據庫的實施7.運行維護4.7常用的數據庫管理系統1.MySQLMySQL是最受歡迎的開源SQL數據庫管理系統，它由MySQLAB開發、發布和支持。2.SQLServerSQLServer是由微軟開發的數據庫管理系統，是Web上最流行的用于存儲數據的數據庫，它已廣泛用于電子商務、銀行、保險、電力等與數據庫有關的行業。4.7常用的數據庫管理系統3.OracleOracle公司是全球最大的信息管理軟件及服務供應商，該公司成立于1977年，最初是一家專門開發數據庫的公司。Oracle在數據庫領域一直處于領先地位。目前，Oracle產品覆蓋了大、中、小型機等幾十種機型，Oracle數據庫成為世界上使用最廣泛的關系數據系統之一。4.SybaseSybase主要有三種版本：一是UNIX操作系統下