数据库系统概念

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1 第一章绪论

2 本章内容 数据库系统概述 数据模型 数据库系统结构 数据库系统的组成

3 1-1 数据库系统概述 术语 数据管理技术的发展 数据库系统的特点

4 数据库系统概述 术语 什么是数据库 长期储存在计算机内的 有组织的 可共享的 互相关联的数据的集合 是一个持久数据的集合

5 数据库系统概述 术语 数据库管理系统 DBMS DataBase Management System 系统软件 一组用以管理 维护 访问数据库的程序 基本目标 提供一个可以方便地 有效地存取数据库信息的环境

6 常用的 DBMS Oracle IBM DB2 Sybase Microsoft SQL Server Informix Microsoft Access( 用于微机 )

7 数据库系统概述 术语 数据库系统 在计算机系统中引入数据库后的系统 数据库 DBMS 应用系统 数据库管理员 用户

8 数据库系统概述 术语 数据库系统的构成 应用程序员 最终用户应用系统应用开发工具 DBMS 操作系统数据库 数据库管理员 DBA

9 数据库的产生和发展 数据管理技术的发展大致有三个阶段 ( 形式 ): 人工管理阶段 文件系统阶段 数据库阶段 (60 年代末开始 ) 1968 年 IBM 推出层次模型的 IMS 1969 年 CODASYL 的 DBTG 报告, 提出网状模型 1970 年 E.F.Codd 提出关系模型理论 也有人将目前的阶段称为 高级数据库阶段, 指发展中的分布式数据库, 面向对象数据库等

10 文件系统与数据库系统的比较 应用程序 1 物理文件 1 应用程序 2 文件系统 物理文件 2 应用程序 m 物理文件 n 数据共享性差, 冗余度大, 数据独立性差

11 文件系统与数据库系统的比较 应用程序 1 应用程序 2 数据库管理系统 DBMS 数据库 应用程序 m 数据为各种用户所共享, 具有最小冗余度, 数据间联系密切, 而又有较高对应用程序的独立性等特点

12 数据管理系统的特点 结构化 高共享 低冗余 独立性强 : 物理独立性和逻辑独立性 统一管理 ( 安全性, 完整性, 并发控制, 恢复 ) DBMS

13 1-2 数据模型 数据模型 现实世界数据特征的抽象 是用来描述数据的一组概念和定义 数据库系统基于某种数据模型 抽象 表示 处理数据和信息 现实世界? 计算机世界

14 数据模型的要素 数据结构 是所研究的对象类型的集合 数据 数据间的联系 数据操作 定义在数据上的操作 数据的约束条件 一组完整性规则的集合 数据及其联系所具有的制约和依存规则

15 数据模型的要求 要求 较好地模拟现实世界 能在计算机上实现 易于理解

16 数据模型的种类 概念数据模型 (DBMS 无关 ) 面向用户 面向现实世界的数据模型 反映现实世界的对象及其联系, 概念化结构 逻辑数据模型 (DBMS 相关 ) 反映数据的逻辑结构 物理数据模型 (DBMS/OS 相关 ) 反映数据的存储结构

17 数据模型的联系 认识抽象 转换 现实世界 信息世界 机器世界计算机世界 概念模型 ( 信息模型 ) DBMS 支持的数据模型 它是按用户的观点来对数据和信息建模, 主要用于数据库设计 不依赖于具体的计算机系统 它是按计算机的观点对数据进行建模, 主要用于 DBMS 的实现 目前有关系 关系对象和面向对象等

18

19 概念数据模型 是现实世界到机器世界的一个中间层次 用作数据库概念设计的数据模型 面向用户, 对现实世界的抽象, 信息世界的建模, 试图有效和自然地模拟现实世界 常见的概念模型 实体 - 联系数据模型 (E-R) 面向对象数据模型 (OO)

20 实体 - 联系数据模型 E-R(Entity-Relationship Data Model) 出发点 世界由一组称作实体的基本对象及这些对象间的联系组成 E-R 模型是一种语义模型, 力图表达数据的意义

21 E-R 模型中的术语 实体 客观存在并可相互区别的事物 如 : 学生 雇员... 属性 实体所具有的某一特性 如 : 学号 姓名 年龄...

22 E-R 模型中的术语 码 域 唯一标识实体的属性集 如 : 学号 身份证号码 其任意真子集不具有此性质 属性的取值范围就是该属性的域 如 : 年龄取值...

23 E-R 模型中的术语 实体型 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体, 这种形式就是实体型 如 : 学生 ( 学号, 姓名, 年龄 ) 实体集 同型实体的集合 如 : 全体学生 联系 实体间的相互关联

24 E-R 模型中的术语 联系的映射基数 某实体集与另一实体集相联系的实体数目 一对一 一对多 多对多

25 1:1 一对一 A 中的每个实体至多与 B 中的一个实体相联系, 反之亦然, 则称实体集 A 与实体集 B 有一对一的联系, 记为 1:1 如班级与正班长 a1 b1 a2 a3 b2 b3

26 1:N 一对多 A 中的每个实体可以与 B 中个实体相联系, 反之, 对于 B 中的每个实体至多同 A 中的一个实体相联系, 则称实体集 A 与实体集 B 有一对多的联系, 记为 1:n 如班级与学生 系与学生 a1 a2 b1 b2 b3 b4

27 M:N 多对多 A 中的每一个实体, 可以与 B 中任意个实体相联系 ; 反之,B 中的每一个实体, 也可以与 A 中任意个实体相联系, 则称实体集 A 与实体集 B 具有多对多联系, 记为 m:n 如学生与课程 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4

28 联系的表示

29 E-R 数据模型的表示 E-R 图 矩形 : 实体型 ( 实体集 ) 椭圆 : 属性 菱形 : 联系 学生 - 课程

30 E-R 数据模型的表示 姓名 年龄 教师 课名 学号 课号 学生选课课程 成绩

31 课堂讨论题 : 大学的概念模型 试用概念模型 (E/R 图 ) 画出交大的概念模型

32 逻辑数据模型 是用户从数据库所看到的数据模型 反映数据的逻辑结构 数据结构 倾向于计算机世界 DBMS 常以其所用的逻辑数据模型来分类

33 逻辑数据模型 四类逻辑数据模型 层次 网状 关系 面向对象

34 层次模型 数据结构 (1) 层次模型的定义 1) 有且仅有一个结点没有双亲结点, 这个结点称为根结点 2) 除根结点之外的其他结点有且只有一个双亲结点 (2) 层次模型的数据表示方法实体集使用记录表示 ; 记录型包含若干个字段 ; 记录值表示实体 ; 记录之间的联系使用基本层次联系表示 (3) 层次模型的特点层次模型像一棵倒立的树, 只有一个根结点, 有若干个叶结点, 结点的双亲是惟一的.

35 例如 : 教学院系数据对应的一个实例 :

36 网状模型 数据结构 (1) 网状模型结构的基本特征 1) 有一个以上的结点没有双亲 2) 结点可以有多于一个的双亲 (2) 网状模型的数据表示方法 1) 使用记录和记录值表示实体集和实体 2)联系(系)用结点间的有向线段表示 2. 网状模型的完整性约束条件 1) 支持记录码的概念 码即惟一标识记录的数据项的集合 2) 保证一个联系中双亲记录和子女记录之间是一对多的联 系 3) 可以支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件

37 关系数据模型 数据结构 扁平的二维表, 由行 / 列组成 表 ( 关系 ) 实体集 行 ( 元组 ) 实体 列 ( 属性 ) 属性 关系模式 : 对关系的描述 关系名 ( 属性 1, 属性 2,, 属性 n)

38 关系数据模型 数据结构

39 关系数据模型 数据结构 ( 续 ) 关系模型中, 实体和实体之间的关系都用同一种数据结构表示 : 学生 ( 学号, 姓名, 年龄, 性别, 系名, 籍贯 ) 课程 ( 课程号, 课程名, 学分 ) 选修 ( 学号, 课程号, 成绩 )

40 关系数据模型 操作 集合操作, 操作数和操作结果均为关系 ( 元组的集合 ) 查询 插入 删除 修改 与路径无关

41 关系数据模型 约束 完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则, 用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化, 以保证数据的正确, 有效和相容. 完整性约束 ( 一组完整性规则 ) 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性

42 1-3 数据库系统结构 DBMS 角度 内部体系结构 ( 三级模式, 二级映象 ) 最终用户角度 外部体系结构 ( 集中式, 分布式结构, 客户 / 服务器结构等 )

43 数据模型与数据模式 数据模型 是描述数据的手段 如同程序设计语言 数据模式 用给定的数据模型对具体数据的描述 如同编写出的程序 数据库模式 全体数据的逻辑结构和特征的描述

44 数据库系统的三级模式结构 外模式 子模式 / 用户模式 ( 有多个 ) 数据安全 模式 逻辑模式, 全体数据的逻辑结构和特征的描述 ( 只有一个 ) 内模式 存储模式, 物理数据模型的特定模式, 物理结构 存储方式

45 数据库系统的三级模式结构

46 映射与数据独立性 外模式 / 模式映射 数据的逻辑独立性 模式改变 -- 修改外模式 / 模式映射 -- 外模式不变 模式 / 内模式 数据的物理独立性 内模式变化 -- 修改模式 / 内模式映射 -- 外模式不变

47 数据库系统的组成 硬件平台和数据库 软件 DBMS 支持 DBMS 的操作系统 具有与数据库接口的高级语言及其编译系统, 便于开发应用程序 以 DBMS 为核心的应用开发工具 人员 数据库管理员 (DBA) 系统分析员和数据库设计人员 应用程序员 用户

48 DBMS 的组成 ( 查询处理, 事务管理, 存贮管理 ) Query compiler User application Transaction manager Database administrator Queries,updates Transaction commands DDL command DDL compiler Execution engine Index,file,record requests Index/file/record manager Page commands Buffer manager Logging and recovery Buffers Log pages Concurrency control Lock table Metadata Storage manager Read/write pages Database management system components (implementation)

49 第一章小结 数据库的基本概念 ( 数据, 数据库系统, 数据库管理系统软件 ) 数据模型 数据库的体系结构 ( 三级模式, 两级映象 ) 数据库的特点与组成

50 课堂练习与讨论 使用数据库系统有什么好处?( 从数据库系统的特点和优点考虑 ) 文件系统与数据库系统有什么区别? 你认为数据库系统应该具有什么样的功能?

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