數據庫系統第二講數據庫基礎知識本講主要內容一、數據庫的基本概念二、數據管理技術及其發展三、數據模型四、數據庫系統的結構一、數據庫的基本概念什么是數據庫（系統）？數據庫系統本質上是一個用計算機存儲記錄的系統；電子文件柜；收集計算機數據文件的倉庫或容器。用戶可進行的操作：向數據庫中增加新的空文件；向現有文件中插入數據；從文件中檢索數據；更改文件中的數據；刪除文件中的數據；刪除數據庫中的文件等。一、數據庫的基本概念為什么要使用數據庫？與傳統基于紙張的記錄方式相比：簡潔、快捷、省力、方便、數據的集中控制（共享、減少冗余、一致性、事務支持、完整性、安全性等）。數據庫建設的規模、信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個國家信息化程度的重要標志。一、數據庫的基本概念如何使用數據庫？在數據庫管理系統（DBMS）統一管理和控制下使用；最終用戶：借助應用程序訪問數據庫；程序員：通過編寫程序代碼訪問數據庫；高級用戶：借助查詢工具訪問數據庫；數據庫管理員DBA：通過管理工具訪問數據庫。一、數據庫的基本概念四個基本概念數據(Data)數據庫(Database)數據庫管理系統(DBMS)數據庫系統(DBS)二、數據管理技術及其發展數據庫基礎知識二、數據管理技術及其發展

數據處理計算機三大主要應用之一（科學計算、過程控制、數據處理）數據處理是將數據轉換成信息，包括：數據的收集、管理、加工利用、信息輸出信息=數據+數據處理數據是信息的符號表示，信息是數據的內涵，是對數據的語義解釋二、數據管理技術及其發展

數據管理數據管理是數據處理的中心問題，包括對數據的分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護。數據庫技術是應數據管理任務的需要而產生。數據管理技術隨著計算機技術的發展而發展。二、數據管理技術及其發展

數據管理技術發展的三個階段人工管理階段(40年代中--50年代中)文件系統階段(50年代末--60年代中)數據庫系統階段(60年代末--現在)數據庫基礎知識三、數據模型三、數據模型

什么是數據模型？模型：對現實世界中復雜對象的抽象。例如，在軍事上用沙盤描述戰場實況。數據模型：對現實世界中相關實體數據特征的抽象。描述數據的結構和性質、數據之間的聯系以及施加在數據或數據聯系上的一些限制。三、數據模型數據模型就是現實世界的模擬，應滿足三方面要求：能比較真實地模擬現實世界；容易為人所理解；便于在計算機上實現。三、數據模型包括：邏輯模型和物理模型三、數據模型概念模型：是按用戶的觀點來對數據和信息建模，即：信息世界的建模。邏輯模型：數據庫的邏輯結構，通常有一組嚴格定義的、無二義性語法和語義的數據庫語言。

物理模型：是對數據最低層的抽象，它描述數據在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。三、數據模型

抽象過程--兩級抽象1.將現實世界中的客觀對象抽象為概念模型。

（如：E-R模型）2.將概念模型轉換為某一DBMS支持的（結構）數據模型（如：關系模型）。

注意：從概念模型到邏輯模型的轉換是由數據庫設計人員完成的，從邏輯模型到物理模型的轉換是由DBMS完成的。三、數據模型數據模型的三要素：（1）數據結構

數據庫結構是對象類型的集合。（這些對象是數據庫的組成成分）。兩類對象：與數據類型、內容、性質有關的對象與數據之間聯系有關的對象數據結構是對系統靜態特性的描述。三、數據模型（2）數據操作對數據庫中各種對象(型)的實例(值)允許執行的操作及有關的操作規則。（對系統動態特性的描述?。祿僮鞯念愋筒樵兏?包括插入、刪除、修改)數據模型對操作的定義操作的確切含義操作符號操作規則（如優先級）實現操作的語言三、數據模型（3）數據的完整性約束條件一組完整性規則的集合。完整性規則：給定的數據模型中數據及其聯系所具有的制約和儲存規則用以限定符合數據模型的數據庫狀態以及狀態的變化，以保證數據的正確、有效、相容。三、數據模型常用的數據模型概念模型（實體聯系模型-ER模型）層次模型網狀模型關系模型面向對象的模型常用的數據模型1、概念模型概念模型是對信息世界的抽象表示。概念模型的作用：概念模型用于信息世界的建模；是現實世界到機器世界的一個中間層次；是數據庫設計的有力工具；數據庫設計人員和用戶之間進行交流的語言。概念模型（續）對概念模型的基本要求較強的語義表達能力能夠方便、直接地表達應用中的各種語義知識簡單、清晰、易于用戶理解信息世界中的基本概念實體、屬性、碼、域、實體型、實體集、聯系信息世界中的基本概念(1)實體（Entity）客觀存在并可相互區別的事物稱為實體?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念。(2)屬性（Attribute）實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。(3)碼（Key）唯一標識實體的屬性集稱為碼。信息世界中的基本概念(續)(4)域（Domain）屬性的取值范圍稱為該屬性的域。(5)實體型（EntityType）用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體稱為實體型。(6)實體集（EntitySet）同一類型實體的集合稱為實體集。信息世界中的基本概念(續)(7)聯系（Relationship）現實世界中事物內部以及事物之間的聯系在信息世界中反映為實體內部的聯系和實體之間的聯系。實體內部的聯系通常是指組成實體的各屬性之間的聯系實體之間的聯系通常是指不同實體集之間的聯系。實體-聯系方法實體-聯系方法（E-R方法）用E-R圖來描述現實世界的概念模型，亦稱E-R模型。E-R圖的表示：實體型：用矩形表示，矩形框內寫明實體名。屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體連接起來。實體型名稱學生學生學號姓名性別出生年份系實體-聯系方法（續）聯系：用菱形表示，菱形框內寫明聯系名，并用無向邊分別與有關實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯系的類型（1:1、1:n或m:n）實體型A聯系名實體型B111:1聯系實體型A聯系名1n1:n聯系實體型A實體型B聯系名mnm:n聯系實體型B實體-聯系方法（續）一對一聯系（1:1）

實例：一個班級只有一個正班長一個班長只在一個班中任職定義：如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個（也可以沒有）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班級班級-班長

班長111:1聯系實體-聯系方法（續）一對多聯系（1：n）實例：一個班級中有若干名學生，每個學生只在一個班級中學習定義：如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）與之聯系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只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班級組成學生1n1:n聯系實體-聯系方法（續）多對多聯系（m:n）實例：課程與學生之間的聯系一門課程同時有若干個學生選修一個學生可以同時選修多門課程定義：如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）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個實體（m≥0）與之聯系，則稱實體集A與實體B具有多對多聯系，記為m:n課程選修學生mnm:n聯系實體-聯系方法（續）兩個以上實體型之間一對多聯系若實體集E1，E2，...，En存在聯系，對于實體集Ej（j=1，2，...，i-1，i+1，...，n）中的給定實體，最多只和Ei中的一個實體相聯系，則我們說Ei與E1，E2，...，Ei-1，Ei+1，...，En之間的聯系是一對多的實體-聯系方法（續）實例1

課程、教師與參考書三個實體型：一門課程可以有若干個教師講授，使用若干本參考書，每一個教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用。課程講授教師1m兩個以上實體型間1:n聯系參考書n實體-聯系方法（續）實例2：

供應商、項目、零件三個實體型；一個供應商可以供給多個項目多種零件；每個項目可以使用多個供應商供應的零件；每種零件可由不同供應商供給。供應商供應項目mp兩個以上實體型間m:n聯系零件n實體-聯系方法（續）用E-R圖表示某個工廠物資管理的概念模型實體倉庫：倉庫號、面積、電話號碼零件：零件號、名稱、規格、單價、描述供應商：供應商號、姓名、地址、電話號碼、帳號項目：項目號、預算、開工日期職工：職工號、姓名、年齡、職稱實體-聯系方法（續）實體之間的聯系如下：一個倉庫可以存放多種零件，一種零件可以存放在多個倉庫中。倉庫和零件具有多對多的聯系。用庫存量表示某種零件在某個倉庫中的數量。一個倉庫有多個職工當倉庫保管員，一個職工只能在一個倉庫工作，倉庫和職工之間是一對多的聯系。職工之間具有領導-被領導關系。即倉庫主任領導若干保管員。供應商、項目和零件三者之間具有多對多的聯系。實體-聯系方法（續）常用的數據模型2、層次模型層次模型是數據庫系統中最早出現的數據模型層次數據庫系統的典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）層次模型用樹形結構來表示各類實體以及實體間的聯系層次模型（續）層次數據模型的數據結構基本的層次聯系：滿足下面兩個條件的基本層次聯系的集合為層次模型：1.有且只有一個結點沒有雙親結點，這個結點稱為根結點2.根以外的其它結點有且只有一個雙親結點R1R2L12雙親節點子女節點一對多的聯系層次模型（續）

R1R2R3R4R5根節點兄弟節點兄弟節點葉節點葉節點層次模型（續）

根結點系的子女結點教員的雙親結點葉結點葉結點字段

層次模型（續）層次模型（續）多對多聯系在層次模型中的表示方法將多對多聯系分解成一對多聯系分解方法冗余結點法虛擬結點法層次模型（續）層次模型的數據操縱查詢、插入、刪除、更新層次模型的完整性約束條件無相應的雙親結點值就不能插入子女結點值；如果刪除雙親結點值，則相應的子女結點值也被同時刪除；更新操作時，應更新所有相應記錄，以保證數據的一致性。

常用的數據模型3、網狀模型網狀數據庫系統采用網狀模型作為數據的組織方式典型代表是DBTG系統：70年代由數據系統語言研究會（CODASYL）下屬的DBTG提出的一個系統方案奠定了數據庫系統的基本概念、方法和技術數據結構滿足下面兩個條件的基本層次聯系的集合為網狀模型：1.允許一個以上的結點無雙親；2.一個結點可以有多于一個的雙親。網狀模型（續）網狀模型中子女結點與雙親結點的聯系可以不唯一，要為每個聯系命名，并指出與該聯系有關的雙親記錄和子女記錄R1與R3之間的聯系L1R2與R3之間的聯系L2R1R2R3L1L2網狀模型（續）網狀模型（續）多對多聯系在網狀模型中的表示方法：將多對多聯系直接分解成一對多聯系常用的數據模型4、關系模型關系數據庫系統采用關系模型作為數據的組織方式1970年美國IBM公司的研究員E.F.Codd首次提出了數據庫系統的關系模型計算機廠商新推出的數據庫管理系統幾乎都支持關系模型

關系模型（續）關系模型的數據結構在用戶觀點下，關系模型中數據的邏輯結構是一張二維表，它由行和列組成。學號姓名年齡性別系名年級2005004王小明19女社會學20052005006黃大鵬20男商品學20052005008張文斌18女法律2005………………屬性元組關系模型（續）

關系（Relation）一個關系對應通常說的一張表

元組（Tuple）表中的一行即為一個元組

屬性（Attribute）表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名關系模型（續）主碼（Key）：表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。域（Domain）：屬性的取值范圍。分量：元組中的一個屬性值。關系模式：對關系的描述關系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）關系模型（續）例1：一對多的聯系在關系模型中的表示（合并）。

學生（學號，姓名，性別，出生日期，專業號，班級）專業（專業號，名稱，所屬系）例2：多對多的聯系在關系模型中的表示（獨立）學生（學號，姓名，性別，出生日期，專業號，班級）課程（課程號，課程名，學分）選修（學號，課程號，成績）關系模型（續）關系必須是規范化的，滿足一定的規范條件基本的規范條件：關系的每一個分量必須是一個不可分的數據項。

（不允許表中還有表！）圖中的工資和扣除是可分的數據項,不符合關系模型要求職工號姓名職稱工資扣除實發基本津貼職務房租水電86051陳平講師13051200501601122283關系模型（續）關系模型的數據操作數據操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系查詢、插入、刪除、更新數據操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系，即若干元組的集合存取路徑對用戶隱蔽，用戶只要指出“做什么”，不必詳細說明“怎么做”關系模型（續）關系的完整性約束條件實體完整性參照完整性用戶定義的完整性關系模型（續）關系數據模型的存儲結構實體及實體間的聯系都用表來表示表以文件形式存儲

有的DBMS一個表對應一個操作系統文件有的DBMS自己設計文件結構數據庫基礎知識四、數據庫系統的結構四、數據庫系統的結構數據庫系統的內部結構-