信息學院計算機系1數據庫原理PrincipalofDatabase大連工業大學信息學院——計算機系第1章認識數據庫數據管理技術的發展1數據庫系統組成及其結構2數據模型3大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫技術的發展數據庫技術的產生、發展應數據管理任務的需要而產生的。人工管理文件系統DB系統高級DB技術20世紀50年代中期前，計算機用于科學計算硬件：外存只有紙帶，磁帶，沒有磁盤。軟件：沒有管理數據軟件，采用批處理方法處理數據。20世紀50年代后期到60年代中期硬件：有了磁盤、磁鼓。軟件：OS中有了數據管理軟件—文件系統。20世紀60年代后期至今硬件：有大容量的磁盤，且硬件價格下降。軟件：價格上升，出現了統一管理數據的軟件—(DBMS)。現今數據庫技術和面向對象等新技術的結合的產物。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫技術的發展數據庫技術的產生、發展

各階段特點：人工管理高級DB技術人工管理數據不保存應用程序管理數據數據不共享數據不具有獨立性大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫技術的發展數據庫技術的產生、發展

各階段特點：人工管理高級DB技術文件系統數據長期保存文件系統管理數據數據共享性差，冗余度大數據獨立性差文件之間數據孤立不支持并發訪問大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫技術的發展數據庫技術的產生、發展

各階段特點：人工管理高級DB技術DB系統數據一體化，結構化數據共享性高、冗余度低，易擴充。數據獨立性高數據由DBMS統一管理和控制，提供更好的安全和保護物理獨立性：應用程序與磁盤上的數據庫的數據邏輯獨立性：應用程序與數據庫邏輯結構數據的安全性（Security）保護數據的完整性（Integrity）檢查并發（Concurrency）控制數據庫恢復（Recovery）結構化是數據庫系統與文件系統最根本區別。數據按某種數據模型組織起來，文件內部數據彼此相關，文件之間在結構上也有機聯系。描述數據不僅描述數據本身，更重要描述數據之間聯系。數據庫結構是面向全組織的復雜結構大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構數據庫系統（DataBaseSystem，簡稱DBS）在計算機系統中引入了數據庫后的系統。DBS構成：

數據庫硬件系統軟件系統人員大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構人工管理高級DB技術

數據庫系統數據庫系統層次結構大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

數據庫（DataBase，簡稱DB）：長期存放在計算機內的、有組織的、可共享的數據集合。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

硬件系統存儲和運行數據庫系統的硬件設備，包括CPU、內存、大容量的輔助存儲器及備份設備等。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

軟件系統數據庫管理系統（DBMS）操作系統（OS）應用開發工具大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

軟件系統——數據庫管理系統（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS）是數據庫的核心是幫助用戶創建和管理數據庫的程序集合。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

軟件系統——數據庫管理系統（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS）主要功能：數據定義（DDL）數據組織、存儲和管理數據操縱（DML）數據庫的運行管理數據庫的建立和維護功能數據通信與轉換大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

軟件系統——數據庫管理系統（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS）DBMS類型：總是基于某種數據模型。層次網狀關系大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

軟件系統——應用系統為特定應用環境開發的數據庫應用系統，方便用戶使用數據庫。用戶通過開發好的應用系統提供的接口提出數據訪問要求；應用系統對請求進行分析、處理后，形成DBMS所支持的操作請求，并將其傳遞給與應用系統建立連接的DBMS；DBMS執行相應的數據訪問操作，并把結果返回給應用系統；應用系統對DBMS返回結果和信息進行數據表示，將結果直觀展示給用戶。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

人員數據庫管理員（DatabaseAdministrator，DBA）數據庫設計人員（DatabaseDesigner）最終用戶（EndUser）系統分析員（SystemAnalyst，SA）應用程序員（ApplicationProgrammer）大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

人員——DBA職責：決定數據庫中的信息內容和結構決定數據庫的存儲結構和存取策略定義數據庫的安全性要求和完整性約束條件監督和控制數據庫的運行數據庫的改進和重組重構大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

人員——數據庫設計人員職責：數據的確定，選擇適當的結構表示和存儲數據；有責任與以后可能使用數據庫的用戶溝通，理解需求，并針對需求設計合理的邏輯結構和物理結構；通常可由DBA擔任。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

人員——最終用戶通過應用系統提供的接口使用數據庫的人員，通常為了查詢、更新及生成報表等需要訪問數據庫。三類：偶然用戶簡單用戶復雜用戶大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據庫系統數據庫系統組成及其結構

人員——系統分析員和應用程序員都屬于應用系統開發人員（軟件工程師）。職責不同：系統分析員：應用程序員：系統分析員要確定最終用戶的需求，負責應用系統的需求分析和規范說明，與DBA和用戶相結合，確定系統的軟硬件配置，并參與數據庫系統的概要設計。應用程序員負責利用應用開發工具編寫數據庫應用程序，為最終用戶提供數據訪問接口，以便實現最終用戶對數據庫進行存取操作。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫:三級模式數據庫管理系統角度（數據庫內部系統結構）三級模式(結構)+兩級映象(功能)應用程序（用戶）的角度（數據庫系統外部的體系結構）

（1）

集中式結構（2）

分布式結構

（3）

并行結構大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫:三級模式美國國家標準協會（AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI）的數據庫管理系統小組于1978年提出了標準化建議，將數據庫結構分為三級：面向用戶或應用程序員的用戶級——外模式面向建立和維護數據庫人員的概念級——模式面向系統程序員的物理級——內模式大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫:三級模式三級模式變換+二級映像大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫:三級模式數據庫的三級模式結構

外模式ExternalSchema模式Schema內模式InternalSchema也稱邏輯模式或概念模式，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，是所有用戶的公共視圖外模式位于三級模式的最外層，又稱子模式（Subschema）或用戶模式，是數據庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）能夠看見和使用的局部數據的邏輯結構和特征的描述，是單個用戶的視圖。內模式又稱存儲模式或物理模式，是三級模式結構的最內層，它描述數據的物理結構和存儲方式，是數據在數據庫內部的表示方式。一個數據庫只有一個內模式，是對整個數據庫的底層表示。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：二級映像外模式/模式映象該映象定義了外模式（描述的是數據的局部邏輯結構）與模式（描述的是數據的全局邏輯結構）之間的對應關系。保證了數據的邏輯獨立性。模式/內模式映象（是唯一的嗎？為什么？）定義了數據庫全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關系。保證了數據的物理獨立性。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構用戶一般通過數據庫應用程序提供的接口來使用數據庫。比較典型的：客戶/服務器（Client/Server，C/S）瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構客戶/服務器（Client/Server，C/S）后端服務器通常運行某個DBMS，通常稱為數據庫服務器，為客戶機上的應用程序提供數據服務。客戶端程序和服務器系統構成了客戶/服務器（C/S）結構的基本框架。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構客戶/服務器（Client/Server，C/S）客戶機主要負責界面的描述和顯示、業務邏輯和計算、向服務器發送請求并分析從服務器接收的數據。服務器主要負責數據管理和程序處理、響應客戶請求并將處理結果返回給客戶機

。兩層C/S結構大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構客戶/服務器（Client/Server，C/S）在客戶和數據庫服務器之間增加了應用服務器。客戶機主要負責界面描述和顯示和與應用服務器進行通信，不再包含直接的數據請求和業務邏輯。應用服務器負責應用程序的業務邏輯以及與數據庫服務器和客戶機進行通信。數據庫服務器仍然提供數據服務，接收由應用服務器傳遞的請求，并將處理結果返回給應用服務器。三層C/S結構大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構客戶/服務器（Client/Server，C/S）優點：交互性強。具有安全的存取模式。網絡通信量低。響應速度快。缺點：需要在客戶機上安裝客戶端程序，分布功能弱，不能夠實現快速部署安裝和配置.缺少通用性，業務的變更，需要重新設計和開發，增加了維護和管理的難度，進一步的業務拓展困難較多。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）隨著互聯網技術的發展產生的一種應用程序結構，這種結構在很大程度上克服了C/S結構的一些不足。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）B/S結構應用程序主要包括三部分：瀏覽器(Browser)、Web服務器和數據庫服務器。

應用程序只需安裝在一臺服務器（Web服務器）上，用戶通過瀏覽器軟件就可以訪問數據庫。數據請求、加工、結果返回以及動態網頁生成、對數據庫的訪問和應用程序的執行等工作全部由WebServer完成。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）B/S結構數據訪問基本過程為：用戶瀏覽器通過頁面形式向Web服務器發送請求；Web服務器接收到用戶請求后，按照特定的方式將請求發送給數據庫服務器；數據庫服務器執行這些請求并把結果返回給Web服務器，Web服務器再將這些結果以頁面形式返回給用戶的瀏覽器大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）B/S結構主要優點維護和升級方式簡單。異地瀏覽和信息采集的靈活性好。B/S結構主要缺點數據安全性問題對服務器要求較高數據傳輸速度慢軟件的個性化特點明顯降低大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：應用程序體系結構瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）B/S和C/S結構比較B/S和C/S結構各有千秋，它們都是當前非常重要的應用程序結構。在適用于互聯網、維護工作量等方面，B/S結構比C/S結構要強得多。但在運行速度、數據安全、人機交互等方面，B/S結構遠不如C/S結構。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據模型什么是數據模型？

數據模型：對現實世界中數據特征的模擬和抽象。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據模型數據模型的種類有哪些？

根據應用的目的劃分為兩類概念模型（信息模型）按用戶的觀點來對數據和信息建模，主要用于數據庫設計。特點：直觀，清晰，容易被理解。邏輯模型:按計算機系統的觀點對數據建模,用于DBMS的實現包括網狀、層次和關系模型物理模型:描述數據在系統內部的表示方式和存取方法具體實現是DBMS的任務大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：數據模型數據結構描述數據庫的組成對象及對象之間的聯系;是對系統靜態特性的描述;是刻畫一個數據模型性質最重要的方面。數據操作對數據庫中各種數據（對象的實例）允許執行的操作的集合。包括操作及操作規則。是對系統動態特征的描述。類型包括：檢索、更新數據的約束條件對數據的哪些操作可以進行，哪些不可以進行。是一組完整性規則的集合。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：基本概念介紹一些信息世界的基本概念

實體（Entity）可以是具體的人、事、物，可以是抽象的概念或者聯系。例如：一名學生、一個部門、天氣等等。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：基本概念介紹一些信息世界的基本概念

屬性（Attribute）可以是一個實體，可以是單純的屬性。例如：學生實體：由姓名、學號、性別、所在系等屬性組成。輪胎是實體“汽車”的屬性，輪胎本身也可以作為一個實體。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：基本概念介紹一些信息世界的基本概念

碼（Key）也叫關鍵字、鍵，是唯一標識實體的屬性集。例如：學生的學號：可以唯一的標識一位學生，學號就是學生實體的碼。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：基本概念介紹一些信息世界的基本概念

域（Domain）屬性的取值范圍。例如：屬性“性別”的域為男、女。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：基本概念介紹一些信息世界的基本概念

實體型（EntityType）具有相同屬性的實體。例如：學生（學號，姓名，性別，系）實體集（EntitySet）具體值的集合。例如：整個專業的學生就是一個實體集。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：基本概念介紹一些信息世界的基本概念聯系（Relationship）分類實體內部聯系：組成實體的各屬性之間的聯系。實體間聯系：不同實體集之間的聯系。一對一聯系一對多聯系多對多聯系

大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：基本概念介紹一些信息世界的基本概念

一對一聯系：如果對于實體A中的每一個實體，實體B中至多有一個（可以沒有）實體與之聯系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯系，記為1：1。例如：工廠和廠長AB大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：基本概念介紹一些信息世界的基本概念

一對多聯系：如果對于實體集A中每一個實體，實體集B中有n（n>=0）個實體與之聯系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多有一個實體與之聯系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯系，記為1：n。例如：班導師和學生。AB大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：基本概念介紹一些信息世界的基本概念

多對多聯系：如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n（n>=0）個實體與之聯系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m（m>=0）與之聯系，則稱實體集A與實體集B具有多對多聯系，記為m：n。例如：學生和課程。AB大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：E-R概念模型的表示方法ER圖（實體—聯系）（Entity--RelationshipApproach）現實世界—>信息世界：第一步設計的關鍵矩形框表示實體(考慮問題的對象)菱形框表示聯系(實體間聯系)表示實體和聯系的屬性橢圓形框大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：E-R概念模型的表示方法E-R模型不僅能夠描述兩個實體間的聯系，也可以描述兩個以上實體間的聯系和單個實體內的聯系。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：E-R概念模型的表示方法E-R實例

學校有若干院/系，每個院/系有若干教研室和班級，而每個教研室和班級只能屬于一個院/系。每個教研室包括若干教師，而每位教師只屬于一個教研室。每個班級由若干學生組成，每名學生只在一個班級學習。每個院/系由一名教師擔任院長/主任，負責院/系的管理工作，每個院長/主任只負責管理一個院/系。每個班級指定一名學生作為班長，負責班級的日常事務管理，而一名班長只能負責一個班級。每個教師可以為多名學生講授不同的課程，每門課程可以由多名學生選修且可以由不同的教師講授，每個學生可以選修不同教師講授的不同課程。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：E-R概念模型的表示方法E-R實例

院/系信息：包括院/系名稱、辦公室地址、辦公室電話、建立時間和教工數，院/系名稱唯一標識一個院/系。教研室信息：包括教研室名稱、辦公地點、電話和教師數，教研室名稱唯一標識一個教研室。班級信息：包括班級號、班級名稱、專業、入學年份、學生數，班級號唯一標識一個班級。教師信息：包括教師號、姓名、性別、職稱、出生年月、學歷/學位，教師號唯一標識一名教師。課程信息：包括課程號、課程名、性質、學時、學分，課程號唯一標識一門課程。學生信息：包括學號、姓名、性別、出生年月、家庭住址、政治面貌，學號唯一標識一名學生。成績信息：對于每個學生選修某位教師所講授的每一門課程要記載相應的成績。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：E-R概念模型的表示方法E-R實例

大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：E-R概念模型的表示方法E-R實例——另一種表示

先畫實體及屬性然后畫聯系及屬性大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：E-R概念模型的表示方法E-R實例——另一種表示

畫聯系及屬性大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：模型分類層次模型網狀模型關系模型面向對象模型傳統數據模型，是文件系統中所用數據模型的繼承和發展，它實現了數據管理質的飛躍：從數據私有到數據共享；從孤立的文件到彼此互相聯系的數據模式；從簡單的文件操作發展為較復雜的數據庫操作和數據庫語言。大連工業大學信息學院——計算機系認識數據庫：模型分類層次模型——層次數據庫系統

滿足下面兩個條件：有且只有一個結點沒有雙親結點，這個結點為根