數據庫原理與應用1董成email3000@126.com聯系方式：課程郵箱：

miskc10@126.com2計算機三大主要應用領域科學計算過程控制數據處理指對原始數據進行收集、整理、存儲、分類、排序、檢索、維護、加工、統計和傳輸等一系列活動的總稱。70%3數據庫數據的倉庫，即數據存放的地方小型數據庫系統：Foxpro、Access大型數據庫系統：Oracle、DB2、SQLServer、Informix、Sybase數據倉庫4數據庫系統概述1.1信息、數據、數據處理與數據管理1.2數據庫技術的產生、發展1.3數據庫系統的組成1.4數據庫系統的模式結構1.5數據庫系統的外部體系結構1.6數據庫管理系統（DBMS）1.7數據模型1.8四種數據模型1.9數據庫系統的發展1.10數據庫技術與其他相關技術的結合15關于現實世界事物的存在方式或運動狀態反應的綜合。（1）信息（Information）學號：S1姓名：趙亦性別：女年齡：17歲所在系別：計算機1.1基本術語一個學生信息：6（2）數據（Data）用于記錄信息的可識別的符號，是信息的具體表現形式。S1趙亦女17歲計算機數字文字圖形圖象聲音等數據的形式：1.1基本術語7數據與信息的聯系數據是信息的符號表示或載體信息是數據的內涵，是對數據的語義解釋8（3）數據處理與數據管理將數據轉換成信息包括數據的管理、加工利用乃至信息輸出數據處理

數據的收集、整理、組織、編碼、存儲、維護、檢索、傳輸等操作數據管理

前臺應用程序后臺數據數據處理

數據管理

91.2數據庫技術的產生、發展

人工管理階段(20.50M)文件系統階段(20.50L-60M)數據庫系統階段(20.60L)10人工管理階段應用程序1應用程序2應用程序n數據集1數據集2數據集n數據不（單獨）保存：數據與程序綁定在一起無專用軟件管理數據：應程序自己管理（邏輯結構、物理結構）不共享：數據與程序一一對應，不能被其他程序利用無獨立性：程序依賴于數據，數據的邏輯結構或物理結構變化，都會導致程序的變化。…主要用于科學計算11文件系統階段文件系統……文件1文件2文件3應用程序1應用程序2應用程序n改進：數據以文件形式長期保存，可反復使用由文件系統管理，應用程序“按文件名訪問、按記錄進行存取”，程序不用考慮數據的物理存儲細節。程序與數據間有一定獨立性（設備獨立性：存儲設備變化不影響應用程序）不僅用于科學計算，也大量用于信息管理技術支持硬件：出現了磁盤、磁鼓等存取設備軟件：高級程序語言、操作系統（文件系統）不足：數據共享性差，冗余度大（易造成數據不一致）數據獨立性差，不具備邏輯獨立性文件相互獨立，不能反映現實世界事物間的內在聯系12數據庫系統階段…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數據結構化：能夠反映數據間的有機聯系共享性高，冗余度低：可以被多個應用共同使用。獨立性高：具有物理獨立性和邏輯獨立性有統一的數據控制功能：具有數據安全性控制、完整性控制、并發性控制和數據恢復的功能。信息管理的規模更龐大、數據量急增技術支持硬件：出現了磁盤容量增加、存取速度提高軟件：數據庫管理系統1968年，IBM提出基于層次模型的信息管理系統1969年，美國數據系統語言協會提出網狀數據模型1970年，IBM提出關系模型，奠定關系數據庫的理論基礎，發展至今131.3數據庫系統的組成數據庫系統（DBS）數據庫計算機軟件系統數據庫用戶計算機硬件系統圖1-6數據庫系統14硬件（Hardware）系統

硬件系統指存儲和運行數據庫系統的硬件設備。軟件（Software）系統

數據庫數據庫（DB）是存儲在計算機內、有組織的、可共享的數據集合OS數據庫應用系統軟件系統：15用戶終端用戶應用程序員數據庫管理員對數據庫進行存儲、維護和檢索操作非計算機專業人員使用應用程序操作數據庫設計和編制應用程序負責設計、建立、管理和維護數據庫以及協調用戶對數據庫要求的個人或工作團隊

1.3數據庫系統的組成

16①參與數據庫和應用系統的設計；②參與決定數據庫的存儲結構和存取策略；③負責定義數據的安全性和完整性約束條件；④負責監控數據庫的使用和運行；⑤數據庫的改進和重組重構。（提高運行性能）數據庫管理員(DBA,DatabaseAdministrator)職責171.3數據庫系統的組成數據庫系統（DBS）數據庫計算機軟件系統數據庫用戶計算機硬件系統圖1-6數據庫系統用戶1用戶2用戶n…應用系統應用開發工具DBMS操作系統OS數據庫文件數據庫管理員軟件系統應用程序員終端用戶181.3數據庫系統的組成DBMS數據庫文件數據庫應用系統(DBAS)DataBaseApplicationSystem數據庫系統(DBS)DataBaseSystem191.4數據庫系統的模式結構型值模式實例201.4數據庫系統的模式結構 數據庫中的數據是按一定的數據模型（結構）組織起來的，而數據模型有“型（type）”和“值(value)”的概念。 型：對某一類數據的結構和屬性的說明； 值：型的一個具體賦值。學號姓名性別年齡出生日期系別S001101

張立男201990-02-09計算機型值211.4數據庫系統的模式結構 模式（schema）是數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，它僅涉及型的描述，而不涉及具體的值。 模式的一個具體值稱為模式的一個實例（instance）。同一模式可以有多個實例。

模式相對穩定不變。模式實例學號姓名性別年齡出生日期系別S001101

張立男201990-02-09計算機221.4數據庫系統的模式結構1.4.1數據庫系統的三級模式結構

1975年，美國國家標準學會（ANSI）所屬“標準計劃和要求委員會”把數據庫系統內部的體系結構從邏輯上分為三級：從用戶的角度看，分別對應：外模式模式內模式用戶級模式概念級模式物理級模式23外模式模式內模式數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述數據庫用戶能看到并允許使用的那部分局部數據的邏輯結構和特征的描述它是對數據庫存儲結構的描述，是數據在數據庫內部的表示方式可有多個只有一個241.4.2數據庫系統的二級映象與數據獨立性DBMS在三級模式之間提供了二級映象功能，保證了數據庫系統中的數據能夠具有較高的邏輯獨立性與物理獨立性。 數據庫系統的三級模式結構應用1應用2應用n外模式1…外模式m…外模式/模式映象模式模式/內模式映象內模式數據庫用戶級概念級物理級保證了數據與程序間的邏輯獨立性確保了數據的物理獨立性25數據庫系統的三級模式與二級映象的優點保證數據的獨立性：物理獨立性、邏輯獨立性。簡化用戶接口：按外模式編寫應用程序，不需了解內部存儲結構，方便使用。有利于數據安全保密：在外模式下只能對限定的數據操作，保證其他數據的安全。261.5數據庫系統的外部體系結構（用戶角度）單用戶結構的數據庫系統主從式結構的數據庫系統分布式結構的數據庫系統客戶/服務器結構的數據庫系統瀏覽器/服務器結構的數據庫系統應用程序DBMS數據外部體系結構27單用戶結構（桌面系統）應用程序DBMS數據數據存儲層應用層用戶界面層特點：—應用程序、數據庫裝在一臺計算機上；—單個用戶獨占使用；—

共享性差；一臺計算機使用，不能共享數據28主從式結構主機終端（輸入、輸出）數據存儲層應用層用戶界面層應用程序DBMS數據優點：—結構簡單；—

數據共享性好；缺點：—

對主機性能要求較高—終端用戶數存在限制；大型主機帶多個終端；主機處理，終端輸出29客戶—服務器結構(C/S,Client/Server)數據存儲層應用層用戶界面層應用程序DBMS數據ServerClient特點：—網絡環境下提高系統的性能、吞吐量和負載能力；

—客戶機與服務器可處于不同平臺；

—客戶端要求高，修改維護（分發）困難。30瀏覽器—服務器結構DBMS數據ServerClient應用程序IEIEIE數據服務器應用服務器特點：—客戶端要求低；維護容易。31分布式結構特點：—物理分散、邏輯相關、節點互聯、區域自治；

—結構靈活、經濟性和可擴充性好、可靠性高、響應快；

—系統開銷大、存取結構復雜、安全性和保密性解決困難。網絡節點

局部應用是分布在計算機網絡上的多個邏輯相關的數據庫的集合32

DBS1.6數據庫管理系統（DBMS）DBMS是對數據進行管理的大型系統軟件，是數據庫系統的核心組成部分。DBMS1.數據定義功能2.數據操縱功能3.數據庫運行管理功能4.數據庫的建立和維護功能5.數據通信接口6.數據組織、存儲和管理數據庫用戶2應用程序331.6數據庫管理系統（DBMS）數據定義功能定義數據的模式、外模式和內模式三級模式結構定義模式/內模式和外模式/模式二級映象定義有關的約束條件數據定義的實現交互界面：DDL：數據定義語言（DataDefineLanguage）

createtablestudent(sidvarchar(50),snamevarchar(50))34數據操縱功能數據庫的基本操作：檢索（查詢）、更新（包括增加、修改、刪除）等。數據操縱的實現交互界面：DML：數據操縱語言（DataManipulationLanguage）

update學生表set年齡=22where學號='S1'35數據庫運行管理功能DBMS對數據庫的控制主要通過四個方面實現：數據的安全性控制、數據的完整性控制、多用戶環境下的并發控制和數據庫的恢復。數據庫的建立和維護功能數據庫的建立包括數據庫的初始數據的裝入與數據轉換等。數據庫的維護包括數據庫的轉儲、恢復、重組織與重構造、系統性能監視與分析等。36數據通信接口 提供與其他軟件系統通信的功能。 （1）用戶程序與DBMS

（2）DBMS與DBMS

（3）DBMS與文件數據組織、存儲和管理負責對數據庫中的各種數據：數據字典、用戶數據、存取路徑的組織、存儲和管理。提高利用率和增刪改查的效率等。37應用程序數據庫DBMS數據請求處理結果低層指令結果DBMS的工作方式DBMS存取數據的過程示意圖1.6.3DBMS的數據存取的過程

應用程序系統緩沖區DBMS操作系統數據庫381.7數據模型數據模型是數據庫的框架，描述了數據及其聯系的組織方式、表達方式和存取路徑。數據模型是數據庫系統的核心和基礎計算機不能直接處理現實世界中的事物及其聯系。數據庫解決的問題：數據庫是模擬現實世界中某應用環境所涉及的數據的集合。不僅反映數據本身的內容，而且反映數據之間的聯系。這種模擬是通過數據模型來實現的。現實世界數據模型計算機39邏輯模型（或稱數據模型）邏輯模型是屬于計算機世界中的模型，用于DBMS實現邏輯模型主要包括層次模型、網狀模型、關系模型、面向對象模型等概念模型它是按用戶的觀點對數據和信息建模用來描述某個特定組織所關心的信息結構，不涉及具體的計算機系統概念模型屬于信息世界中的模型設計者與用戶之間交流的工具（E-R）根據模型應用的目的不同：物理模型物理模型描述數據在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法邏輯模型到物理模型由DBMS自動完成。40實際問題概念模型邏輯模型物理模型41數據邏輯模型 數據(邏輯)模型的組成要素數據結構數據操作數據的完整性約束層次結構網狀結構關系結構查詢增加刪除修改更新正確有效相容一組完整性規則的集合。42四種邏輯模型數據庫領域中常用的數據模型：層次模型(HierarchicalModel)、網狀模型(NetworkModel)、關系模型(RelationalModel)面向對象的數據模型(Object-OrientedModel)非關系模型43四種邏輯模型(1).層次模型層次模型的數據結構用樹形結構表示各類實體及實體間的聯系。

根結點無父結點根以外的其他結點有且僅有一個父結點；父子結點之間的聯系是一對多（1:n）的聯系。行政機構、產品結構根結點、葉結點父結點（雙親結點）、子結點、兄弟結點院系辦公室辦公人員教師學生44層次模型的數據操縱與數據完整性約束進行增加操作時，如果沒有相應的父結點值就不能增加子結點值。進行刪除操作時，如果刪除父結點值，則相應的子結點值也被同時刪除。修改操作時，修改所有相應的記錄。層次模型的優缺點結構簡單，層次分明查詢效率高提供良好的數據完整性支持不能直接表示多對多聯系增加和刪除數據限制太多查詢子結點必須通過父結點優點缺點45(2)網狀模型網狀模型的數據結構網狀模型是采用有向圖結構表示記錄型與記錄型之間聯系的數據模型。每個結點表示一個記錄型，每個記錄型可包含若干個字段，記錄型描述的是實體。結點間的帶箭頭的連線（或有向邊）表示記錄型間的1：n的父子聯系。網狀模型的特點：有一個以上的結點沒有父結點。允許結點有多個父結點。允許兩個結點之間有多種聯系（復合聯系）

n:m學生<->課程。46網狀模型的數據操縱與完整性約束增加數據時，允許增加尚未確定雙親結點值的子女結點值。刪除數據時，允許只刪除雙親結點值。修改數據時，只需更新指定記錄即可。網狀模型的優缺點可表示實體間的多種復雜聯系具有良好的性能和存儲效率數據結構復雜數據定義語言、數據操縱語言復雜用戶需要了解系統結構的細節優點缺點47(3)

關系模型關系模型的數據結構及有關概念關系模型的數據結構是一張規范化的二維表，由表名、表頭、表體構成。SNO學號SN姓名SEX性別AGE年齡DEPT系別S1趙亦女17計算機S2錢爾男18信息S3孫珊女20信息S4李思男21自動化S5周武男19計算機S6吳麗女20自動化學生信息表表名表頭表體48關系模型的數據操縱與完整性約束關系模型中的數據操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系，即若干元組的集合。關系模型把對數據的存取路徑隱蔽起來，用戶只要指出“做什么”，而不必詳細說明“怎么做”，從而大大地提高了數據的獨立性，提高了用戶操作效率。關系模型的優缺點有嚴格的數學理論根據用關系描述實體、實體間的聯系，結構簡單具有更高的數據獨立性、更好的安全保密性。優點查詢效率不如非關系模型缺點49(4)

面向對象模型對象和對象標識對象是現實世界中實體的模型化。每個對象由對象標識來識別，對象標識獨立于對象的內容和存儲位置，是一種邏輯標識符，通常由系統產生，它在整個系統范圍內是惟一的。兩個對象即使內部狀態值和方法都相同，如標識符不同，仍認為是兩個相等而不同的對象。每個對象都包含一組屬性和一組方法。

對象屬性方法對象屬性方法……面向對象數據庫是面向對象技術與數據庫技術相結合的產物。50面向對象模型的優缺點能完整地描述現實世界的數據結構具有豐富的表達能力優點模型相對比較復雜缺點涉及的知識比較多因此，面向對象數據庫尚未達到關系數據庫的普及程度！51數據庫系統的發展階段關系數據模型格式化數據模型（層次數據模型和網狀數據模型）

面向對象的數據模型支持三級模式的體系結構；用存取路徑來表示數據之間的聯系；獨立的數據定義語言；格式很難修改導航的數據操縱語言。按照存取路徑訪問。概念單一，實體以及實體之間的聯系都用關系來表示；以關系代數為基礎，形式化基礎好；數據獨立性強，數據的物理存取路徑對用戶隱蔽；關系數據庫語言是非過程化的，大大降低了用戶編程的難度。支持面向對象的數據模型；保持或繼承第二代數據庫系統的優點；具有開放性。支持當前的技術標準第一代第二代第三代52概念模型--實體聯系模型（E-R模型）E-R圖的基本成分：學生學號選修（a）實體（c）屬性（b）聯系是廣泛應用于數據庫設計工作中的一種概念模型，利用E-R圖表示實體及其之間的聯系。53實體表示形式：課程課程號課程名學分學號姓名性別年齡出生日期系別S001101

張立男201990-02-09計算機學生學號姓名性別年齡系別出生日期54實體間的聯系供應商供應零件pm訂單n聯系的表示形式：聯系的種類：

1對1：系主任->系

1對多：系->學生多對多：課程->學生55聯系也可以具有屬性（聯系也是一種實體型）零件編號供應商供應