数据库原理及应用
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关系模型
层次模型： :是一种树状结构的实体与实体之 间联系的数据模型。 特点：有且仅有一个根节点，其他节点向下可与
若干节点联系，但向上只能与唯一的一个节点
相联系 。
R1
根节点
R2
兄弟节点
R4 叶节点
兄弟节点
R5 叶节点
R3 叶节点
网状模型：是一种网络结构，数据（实体）之 间为网状形式。
特点：至少有一个以上的节点无父节点，至少有 一个节点的父节点多于1个，任何2个节点之间 可有2种以上的联系。
4.开发、管理和使用数据库系统的人员 数据库管理员（DBA）：负责全面管理和控制 数据库系统。 系统分析员 数据库设计人员 应用程序员
二、数据库系统结构
1.数据库系统结构的三级模式，这个结构称为 “数据库的体系结构”，有时亦称为“三级模 式结构”。 外部级（External）
概念级（Conceptual）
班长集合
1
管理
1
班级集合
一对多联系（1:N）：如果对于实体集A中的每 一个实体，实体集B中有N（N≥0）个实体与之 联系，反之，对于实体集B中的每一个实体， 实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称 实体集A与实体集B有一对多联系，记为1:N。
班级集合
1
属于
M
学生集合
多对多联系（M:N）：如果对于实体集A中的每一个实 体，实体集B中有N（N≥0）个实体与之联系，反之， 对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有M（M≥0） 个实体与之联系，则称实体集A与实体集B具有多对多 联系，记为M:N。
数据库原理及应用
第一章 数据库系统概述
1.1 数据管理技术的产生和发展 1.2 数据模型 ★ 1.3 数据库系统 ★
1.1 数据管理技术的产生和发展 一、数据和数据管理
1.数据：通常指用符号记录下来的、可以 识别的信息。
2.信息：是经过加工处理并对人类社会实 践和生产活动产生决策影响的数据。
3.信息与数据的区别：
外模式/模式映像一般是放在外模式中描 述的。三级模式结构中，模式即全局逻辑结构 是数据库的中心与关键，它独立于其他层次。 因此设计数据库模式结构时应首先确定数据库
的逻辑模式。
数据独立性（Data Independence）
是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立， 不受影响。数据独立性分成物理数据独立性和 逻辑数据独立性两个级别。
数据库数据具有永久存储、有组织和可 共享三个基本特点。
3.数据库管理系统（DataBase Management System，简记DBMS）是位于用户与操作系统之 间的一层数据管理软件。它为用户或应用程序 提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更 新及各种数据控制。
用户
DBMS
OS
DB
DBMS的主要功能： 数据库的定义功能 数据库的操纵功能 数据库的保护功能 数据库的维护功能 数据字典（DD）
属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体 型连接起来。
联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向 边分别与有关实体型连接起来，同时在无向边旁标上 联系的类型（1:1，1:N或M:N）。
一对一联系（1:1）：如果对于实体集A中的每 一个实体，实体集B中至多有一个（也可以没 有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集A 与实体集B具有一对一联系，记为1:1 。
把普通用户看到和使用的数据库内容称为视图。 视图集也称为用户级数据库，它对应于外模式。
模式（Schema） 模式又称概念模式，也称逻辑模式，是数
据库中全体数据的逻辑结构和特征的描 述，是所有用户的公共数据视图，是数 据视图的全部。它是数据库系统模式结 构的中间层 。
概念模式实际上是数据库数据在逻辑级上 的视图。一个数据库只有一个模式。
1.3 数据库系统 ★
一、数据库系统组成
1.数据库系统（DataBase Systems，DBS）：是 一个实际可运行的、存储、维护数据的软件系 统并且可以向应用系统提供数据，是存储介质、 处理对象和管理系统的集合体。
人员
数据库 应用系统
数据库 开发工具 DBMS OS
数据库
硬件
数据库系统（DBS）主要有以下4部分组 成：
…
年龄 19 20 18 …
性别 女 男 女 …
系名 计算机系 数学系 经管系
…Leabharlann Baidu
年级 2009 2009 2009 …
3.物理模型：用于描述数据在物理存储介质上的 组织结构，与具体的数据库管理系统、操作系 统和计算机硬件有关。
注：从概念模型到逻辑模型的转换是由数据库 设计人员完成的，从逻辑模型到物理模型的转 换是由数据库管理系统完成的。因此，一般人 员不必考虑物理实现的细节。
节点1
节点1
节点1
节点1
节点1
关系模型:是一种二维表结构，以数学理论为基 础而构造的数学模型，把实体与实体之间的联 系用二维表表示，并称为关系或表。(本书所讨 论的SQL Server 2008就是关系数据库管理系统)
学号 200912004 200912006 200912008
…
姓名 王小明 黄大鹏 张文斌
2.文件系统阶段
数据管理有下列特点： 数据以“文件”形式可长期保存在外部 存储器的磁盘上 数据的逻辑结构与物理结构有了区别 文件组织已多样化 数据可以重复使用，即数据面向应用 对数据的操作以记录为单位
文件系统的三个缺陷： 数据冗余（redundancy） 数据不一致（inconsistency）
学校 数据库
1.2 数据模型 ★
一、数据模型的定义
数据模型是对数据特征的抽象，是 对客观事物及其联系的数据描述
二、数据模型的分类 概念数据模型 逻辑数据模型 物理数据模型
1.概念数据模型:实体联系模型（EntityRelationship Approach） ，简称E-R模型。
实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。
信息是客观事物属性的反映。 数据是信息的具体表现形式。 数据经过加工处理之后，成为信息。 信息必须通过数据才能传播。
例： 数据1、3、5、7、9、11、13、15 奇数 数据1、1、2、3、5、8、13、21 斐波拉数列 数据1、2、5、7、8、20、3、5
4.数据处理：是指从某些已知的数据出发， 推导加工出一些新的数据，这些新的数 据又表示了新的信息。
是 结 数数 构 据据 和 的库 特 逻征中 辑的全 结描体 构述数 、，据 数它的 据包逻之括间辑：它构描是和述数存。据储物方理式结的
辑结构和特征的描述 的联系和与数据有关的安全
性、完整性要求。
特 点 一
是各个具体用户所看到 的数据视图,是用户与 DB的接口。
是所有用户的公共数据视图。数部据的在表数示据方库式内。
3.几种新型的数据库系统
分布式数据库系统：是数据库技术、计算机网 络技术与分布式处理技术相结合的产物，是地 理上分布在计算机网络的不同结点上、逻辑上 属于同一系统的数据库系统。
面向对象数据库系统：是将面向对象的模型、 方法和机制与先进的数据库技术有机的结合起 来而形成的新型数据库系统。主要是为了解决 面向对象程序设计语言与数据库的无缝连接。
（1）数据库（DB）
（2）硬件
（3）软件：包括DBMS、操作系统（OS）、各种 开发数据库的高级语言和各种应用开发支撑软 件程序。
（4）用户：包括数据库管理员（Database Administrator,DBA）、系统分析员和数据库 设计人员、应用程序员、一般用户几种。
2.数据库（DataBase，简记为DB）是指长 期存储在计算机内、有组织的、统一管 理的相关数据的集合。
内部级（Internal）
应用A
应用B
外模式1
外部级最接近用户， 是单个用户能看到的 数据特性。单个用户 使用的数据视图的描 述称为“外模式”。
应用C
应用D
应用E
外模式2 概念模式
内部级外最模接式近3于物理存储设 备，涉及到物理数据存储的
结构。物理外存模储式数/据模式视映图像的 描述称为“内模式”。
5.数据管理：是指对数据的收集、组织、 存储、检索和维护等操作，是数据处理 的中心环节。
二、数据管理技术的三个发展阶段
人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段
1.人工管理阶段
数据管理有下列特点：
数据不保存在计算机内 没有专用的软件对数据进行管理 只有程序（program）的概念，没有文 件（file）的概念 数据面向程序
特 点 可以有多个外模式 二
只有一个模式
只有一个内模式
2.三级模式的两级映象和数据独立性
模式/内模式映像 由于这两级的数据结构可能不一致，即记
录类型、字段类型的命名和组成可能不一样， 因此需要这个映像说明概念记录和内部记录之 间的对应性。模式/内模式映像一般是放在内 模式中描述的。
外模式/模式映像
数据联系弱（poor data relationship）
人事管理应用程序
教职工信息数据集
学生管理应用程序
学生信息数据集
课程管理应用程序
文件系统
课程信息数据集
3.数据库系统阶段
数据管理有下列特点： 数据结构化 较高的数据共享性 统一管理和控制数据
人事管理应用程序 学生管理应用程序
数据库管理系统
课程管理应用程序
多媒体数据库系统：是数据库技术 与多媒体技术结合的产物。
空间数据库系统：指的是地理信息 系统在计算机物理存储介质上存储 与应用相关地理空间数据的综合。
专家数据库系统：是人工智能与数 据库技术相结合的产物。
工程数据库系统：是指在工程设计 中用到的数据库。
作业：教材P20面
1、填空题2、选择题（做书上） 3、简答题1、3、5 5、设计题2、3
内模式/模式映像 内模式
数据库
概念级涉及到所有用户的数据 定义，也就是全局性的数据视 图。全局数据视图的描述称为 “概念模式”，也称为“模 式”。
外模式（External Schema） 外模式也称子模式（SubSchema）或用户模式，
是三级模式的最外层，它是数据库用户能够看 到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。
内模式（Internal Schema）
内模式也称为存储模式，一个数据库只有一个内 模式。它是数据物理结构和存储方式的描述， 是数据在数据库内部的表示方式。
比较
外模式
模式
内模式
也称子模式或用户模式，也称逻辑模式，还称概念级 也称存储模式，
还称用户级模式
模式
还称物理级模式
定 义
是数据库用户能够看见 和使用的局部数据的逻
课程集合
M
学习
N
学生集合
例：现以学校的教学情况为例来建立ER图：教 学情况可由学生、课程、教师、学习、任课等 组成。
姓名 学号
性别 年龄
课程名
课程号
课时数
性别
姓名
年龄
学生
M
学习
N
课程
N
任课
1
教师
成绩
2.逻辑数据模型:逻辑模型是对应于数据世界的 模型，是数据库中实体及其联系的抽象描述。
层次模型
网状模型
层次模型： :是一种树状结构的实体与实体之 间联系的数据模型。 特点：有且仅有一个根节点，其他节点向下可与
若干节点联系，但向上只能与唯一的一个节点
相联系 。
R1
根节点
R2
兄弟节点
R4 叶节点
兄弟节点
R5 叶节点
R3 叶节点
网状模型：是一种网络结构，数据（实体）之 间为网状形式。
特点：至少有一个以上的节点无父节点，至少有 一个节点的父节点多于1个，任何2个节点之间 可有2种以上的联系。
4.开发、管理和使用数据库系统的人员 数据库管理员（DBA）：负责全面管理和控制 数据库系统。 系统分析员 数据库设计人员 应用程序员
二、数据库系统结构
1.数据库系统结构的三级模式，这个结构称为 “数据库的体系结构”，有时亦称为“三级模 式结构”。 外部级（External）
概念级（Conceptual）
班长集合
1
管理
1
班级集合
一对多联系（1:N）：如果对于实体集A中的每 一个实体，实体集B中有N（N≥0）个实体与之 联系，反之，对于实体集B中的每一个实体， 实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称 实体集A与实体集B有一对多联系，记为1:N。
班级集合
1
属于
M
学生集合
多对多联系（M:N）：如果对于实体集A中的每一个实 体，实体集B中有N（N≥0）个实体与之联系，反之， 对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有M（M≥0） 个实体与之联系，则称实体集A与实体集B具有多对多 联系，记为M:N。
数据库原理及应用
第一章 数据库系统概述
1.1 数据管理技术的产生和发展 1.2 数据模型 ★ 1.3 数据库系统 ★
1.1 数据管理技术的产生和发展 一、数据和数据管理
1.数据：通常指用符号记录下来的、可以 识别的信息。
2.信息：是经过加工处理并对人类社会实 践和生产活动产生决策影响的数据。
3.信息与数据的区别：
外模式/模式映像一般是放在外模式中描 述的。三级模式结构中，模式即全局逻辑结构 是数据库的中心与关键，它独立于其他层次。 因此设计数据库模式结构时应首先确定数据库
的逻辑模式。
数据独立性（Data Independence）
是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立， 不受影响。数据独立性分成物理数据独立性和 逻辑数据独立性两个级别。
数据库数据具有永久存储、有组织和可 共享三个基本特点。
3.数据库管理系统（DataBase Management System，简记DBMS）是位于用户与操作系统之 间的一层数据管理软件。它为用户或应用程序 提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更 新及各种数据控制。
用户
DBMS
OS
DB
DBMS的主要功能： 数据库的定义功能 数据库的操纵功能 数据库的保护功能 数据库的维护功能 数据字典（DD）
属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体 型连接起来。
联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向 边分别与有关实体型连接起来，同时在无向边旁标上 联系的类型（1:1，1:N或M:N）。
一对一联系（1:1）：如果对于实体集A中的每 一个实体，实体集B中至多有一个（也可以没 有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集A 与实体集B具有一对一联系，记为1:1 。
把普通用户看到和使用的数据库内容称为视图。 视图集也称为用户级数据库，它对应于外模式。
模式（Schema） 模式又称概念模式，也称逻辑模式，是数
据库中全体数据的逻辑结构和特征的描 述，是所有用户的公共数据视图，是数 据视图的全部。它是数据库系统模式结 构的中间层 。
概念模式实际上是数据库数据在逻辑级上 的视图。一个数据库只有一个模式。
1.3 数据库系统 ★
一、数据库系统组成
1.数据库系统（DataBase Systems，DBS）：是 一个实际可运行的、存储、维护数据的软件系 统并且可以向应用系统提供数据，是存储介质、 处理对象和管理系统的集合体。
人员
数据库 应用系统
数据库 开发工具 DBMS OS
数据库
硬件
数据库系统（DBS）主要有以下4部分组 成：
…
年龄 19 20 18 …
性别 女 男 女 …
系名 计算机系 数学系 经管系
…Leabharlann Baidu
年级 2009 2009 2009 …
3.物理模型：用于描述数据在物理存储介质上的 组织结构，与具体的数据库管理系统、操作系 统和计算机硬件有关。
注：从概念模型到逻辑模型的转换是由数据库 设计人员完成的，从逻辑模型到物理模型的转 换是由数据库管理系统完成的。因此，一般人 员不必考虑物理实现的细节。
节点1
节点1
节点1
节点1
节点1
关系模型:是一种二维表结构，以数学理论为基 础而构造的数学模型，把实体与实体之间的联 系用二维表表示，并称为关系或表。(本书所讨 论的SQL Server 2008就是关系数据库管理系统)
学号 200912004 200912006 200912008
…
姓名 王小明 黄大鹏 张文斌
2.文件系统阶段
数据管理有下列特点： 数据以“文件”形式可长期保存在外部 存储器的磁盘上 数据的逻辑结构与物理结构有了区别 文件组织已多样化 数据可以重复使用，即数据面向应用 对数据的操作以记录为单位
文件系统的三个缺陷： 数据冗余（redundancy） 数据不一致（inconsistency）
学校 数据库
1.2 数据模型 ★
一、数据模型的定义
数据模型是对数据特征的抽象，是 对客观事物及其联系的数据描述
二、数据模型的分类 概念数据模型 逻辑数据模型 物理数据模型
1.概念数据模型:实体联系模型（EntityRelationship Approach） ，简称E-R模型。
实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。
信息是客观事物属性的反映。 数据是信息的具体表现形式。 数据经过加工处理之后，成为信息。 信息必须通过数据才能传播。
例： 数据1、3、5、7、9、11、13、15 奇数 数据1、1、2、3、5、8、13、21 斐波拉数列 数据1、2、5、7、8、20、3、5
4.数据处理：是指从某些已知的数据出发， 推导加工出一些新的数据，这些新的数 据又表示了新的信息。
是 结 数数 构 据据 和 的库 特 逻征中 辑的全 结描体 构述数 、，据 数它的 据包逻之括间辑：它构描是和述数存。据储物方理式结的
辑结构和特征的描述 的联系和与数据有关的安全
性、完整性要求。
特 点 一
是各个具体用户所看到 的数据视图,是用户与 DB的接口。
是所有用户的公共数据视图。数部据的在表数示据方库式内。
3.几种新型的数据库系统
分布式数据库系统：是数据库技术、计算机网 络技术与分布式处理技术相结合的产物，是地 理上分布在计算机网络的不同结点上、逻辑上 属于同一系统的数据库系统。
面向对象数据库系统：是将面向对象的模型、 方法和机制与先进的数据库技术有机的结合起 来而形成的新型数据库系统。主要是为了解决 面向对象程序设计语言与数据库的无缝连接。
（1）数据库（DB）
（2）硬件
（3）软件：包括DBMS、操作系统（OS）、各种 开发数据库的高级语言和各种应用开发支撑软 件程序。
（4）用户：包括数据库管理员（Database Administrator,DBA）、系统分析员和数据库 设计人员、应用程序员、一般用户几种。
2.数据库（DataBase，简记为DB）是指长 期存储在计算机内、有组织的、统一管 理的相关数据的集合。
内部级（Internal）
应用A
应用B
外模式1
外部级最接近用户， 是单个用户能看到的 数据特性。单个用户 使用的数据视图的描 述称为“外模式”。
应用C
应用D
应用E
外模式2 概念模式
内部级外最模接式近3于物理存储设 备，涉及到物理数据存储的
结构。物理外存模储式数/据模式视映图像的 描述称为“内模式”。
5.数据管理：是指对数据的收集、组织、 存储、检索和维护等操作，是数据处理 的中心环节。
二、数据管理技术的三个发展阶段
人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段
1.人工管理阶段
数据管理有下列特点：
数据不保存在计算机内 没有专用的软件对数据进行管理 只有程序（program）的概念，没有文 件（file）的概念 数据面向程序
特 点 可以有多个外模式 二
只有一个模式
只有一个内模式
2.三级模式的两级映象和数据独立性
模式/内模式映像 由于这两级的数据结构可能不一致，即记
录类型、字段类型的命名和组成可能不一样， 因此需要这个映像说明概念记录和内部记录之 间的对应性。模式/内模式映像一般是放在内 模式中描述的。
外模式/模式映像
数据联系弱（poor data relationship）
人事管理应用程序
教职工信息数据集
学生管理应用程序
学生信息数据集
课程管理应用程序
文件系统
课程信息数据集
3.数据库系统阶段
数据管理有下列特点： 数据结构化 较高的数据共享性 统一管理和控制数据
人事管理应用程序 学生管理应用程序
数据库管理系统
课程管理应用程序
多媒体数据库系统：是数据库技术 与多媒体技术结合的产物。
空间数据库系统：指的是地理信息 系统在计算机物理存储介质上存储 与应用相关地理空间数据的综合。
专家数据库系统：是人工智能与数 据库技术相结合的产物。
工程数据库系统：是指在工程设计 中用到的数据库。
作业：教材P20面
1、填空题2、选择题（做书上） 3、简答题1、3、5 5、设计题2、3
内模式/模式映像 内模式
数据库
概念级涉及到所有用户的数据 定义，也就是全局性的数据视 图。全局数据视图的描述称为 “概念模式”，也称为“模 式”。
外模式（External Schema） 外模式也称子模式（SubSchema）或用户模式，
是三级模式的最外层，它是数据库用户能够看 到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。
内模式（Internal Schema）
内模式也称为存储模式，一个数据库只有一个内 模式。它是数据物理结构和存储方式的描述， 是数据在数据库内部的表示方式。
比较
外模式
模式
内模式
也称子模式或用户模式，也称逻辑模式，还称概念级 也称存储模式，
还称用户级模式
模式
还称物理级模式
定 义
是数据库用户能够看见 和使用的局部数据的逻
课程集合
M
学习
N
学生集合
例：现以学校的教学情况为例来建立ER图：教 学情况可由学生、课程、教师、学习、任课等 组成。
姓名 学号
性别 年龄
课程名
课程号
课时数
性别
姓名
年龄
学生
M
学习
N
课程
N
任课
1
教师
成绩
2.逻辑数据模型:逻辑模型是对应于数据世界的 模型，是数据库中实体及其联系的抽象描述。
层次模型
网状模型