数据库原理与应用课件

2
E-R模型
3
面向对象模型
2.1 数据模型的概念
• 在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示 和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数 据模型就是现实世界的模拟．
• 数据模型应满足三方面要求: – 能比较真实地模拟现实世界 – 容易为人所理解 – 便于在计算机上实现
2.1.1 数据的三个范畴
从事物的客观 特性到计算机中 的数据表示，经 历了三个阶段：
实体型A 1
联系名
1 实体型B
– 例：部门---负责人
部门
1 位于
1 负责人
2.2.1 基本概念
• 1对多联系:
– 定义：若对于实体集A中 的每一个实体，实体集B
部门
中有n个实体(n≥0)与之 实体型A 联系，反之，对于实体集 1
1 属于
B中的每一个实体，实体 联系名
集A中至多只有一个实体
n
N
与之联系，则称实体集A 实体型B
200505102 李四 男 1988/01/10 数理学院 河南
200505103 钱红 女 1987/05/21 数理学院 上海
200505106 赵晓林 女
1989/02/10 数理学院 上海 2005-06学年一 等奖学金
…… … … …… …… …
这个表格的缺点：有些同学的奖惩记录很多，但大部分没有，因此“奖惩情况” 这一栏该留多大的位置很难确定，而且很难统计奖励的次数
员工
与实体集B具有一对多联
系，记为1:n。
– 例：部门---员工
2.2.1 基本概念
• 多对多联系:
– 定义：若对于实体集A 中的每一个实体，实体 集B中有n个实体(n≥0) 与之联系，反之，对于 对于实体集B中的每一 个实体，实体集A中也 有m个实体(m≥0)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。
1.1 数据管理技术的发展
数据管理技术经历了三个发展阶段：
硬件(外存贮器) 和软件的发展 应用需求扩大
人工管理阶段（20世纪50年代中期以前） 文件系统阶段（20世纪50年代后期--60年代中期） 数据库系统阶段（20世纪60年代后期—今）
人工管理阶段（--50年代中期）
背景
● 计算机主要用于科学计算
第一章 绪 论
1 数据管理技术的发展
2
数据库系统结构
3
DB、DBMS和DBS
4
数据库技术的发展
基本概念
数据：描述客观事物的一组文字、数字和 符号，它是客观事物的反映和记录。
如：（李明，男，20，1992，江苏，数理学院，信息 与计算科学专业，2008）
信息：潜在于数据中的意义，它反映了 客观世界中各种事物的状态与特征，它能 增长人的知识，影响接受者的行为。
● 计算机管理的数据量大，关系复杂， 应用程序2 共享性要求强（多种应用、不同语
言共享数据）
…
数据库 管理系统
DBMS
数 据 库
● 外存有了大容量磁盘，光盘
应用程序n
● 软件价格上升，硬件价格下降。
常见DBMS：Oracle, IBM DB2, Informix,
特点
Sybase, SQL Server, FoxPro, Access等
每个用户使用自己的数据，用 完撤走不保存，无共享。
● 数据与程序没有独立性
程序中存取数据的子程序随着
源自文库
存储结构的改变而改变。
文件系统阶段（ 50年代后期--60年代中期）
背景
● 计算机不但用于科学计算， 还用于管理。
● 外存有了磁盘、磁鼓等直接 存取设备。
● 有了专门管理数据的软件， 一般称为文件系统。
– 例：学生---课程
实体型A
m 联系名
n 实体型B
学生
M
选课
N
课程
2.2.1 基本概念
同一实体集内的各实体之间也存在着一对一、 一对多和多对多的联系.
以学生数据为例表示信息在三个世界中的有关术 语及其联系 :
2.2 E-R模型
2.2.1 基本概念
(1)实体：现实世界中客观存在并可相互区别的事物。 (2)属性：实体所具有的某一特性称为属性。 (3)码（key）：唯一表示实体的属性集称为码。 (4)域（Domain）：属性的取值范围。 （5）实体集：具有相同特征或能用同样特征描述的实体集合。
难满足大公司对数据 应用的需求。
数据管理维护难，系 统效率受网络制约。
1.2 数据库系统结构
1.2 数据库系统结构
模式：是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的 描述。 实例：模式的一个具体值。
模式反映的是数据的结构及其联系－相对稳定 实例反映的是数据库某一时刻的状态－相对变动
第二章 数据模型
1
数据模型的概念
…… ……
籍贯 广东 河南 上海 上海
……
修改后的学生基本信息记录表
学号
奖惩情况
200505101 2005-06学年一等奖学金
奖惩情况表
200505101 2005-06学年校三好学生
200505106 2005-06学年一等奖学金
特点：描述数据时不仅描述数据 本身，还描述了数据间的联系。
数据库系统的特点
数据库系统的特点
4. 数据由DBMS统一管理和控制
– 共享一般是并发的，即多个用户可同时使用数据 库中的数据。
– DBMS应提供如下功能：
• 数据安全性保护 • 数据完整性检查（正确性、有效性、相容性） • 并发控制 • 数据库恢复
数据管理技术三个发展阶段的详细比较
应用背景
硬件背景
背 景 软件背景
3. 数据独立性高
• 包括数据的物理独立性和逻辑独立性
– 物理独立性：指用户的应用程序与存储在磁盘 上的数据库中的数据相互独立。
– 逻辑独立性：指用户的应用程序与数据库的逻 辑结构相互独立。
– 数据描述、定义从应用程序中分离出来，独立 于应用程序而存在，相互独立，互不依赖，大 大简化了应用程序的设计维护的工作量。
1.1 数据管理技术的发展
• 数据处理：对各种形式的数据进行收集、存 储、加工和传播的一系列活动的总和。其目 的是从大量原始数据中抽取出对用户有价值 的信息，以作为行动和决策的依据。 信息=数据+数据处理
• 数据管理：指对数据进行分类、组织、编码、 存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。
数据库技术是应数据管理任务的需要而产生的
应用程序1 应用程序2
应用程序n
…
数据量小、结构简单。
数据集 1 数据集 2
数据集 n
● 外存为顺序存取设备
磁带、卡片、纸带，没有磁
特点
盘等直接存取设备。
● 用户完全负责数据管理工作
● 没有操作系统及数据管理软件
● 数据完全面向特定的应用程序
用户用机器指令编码，通过纸 带机输入程序和数据，程序运行完 毕后，由用户取走纸带和运算结果， 再让下一用户操作。
如：学号是学生实体的码。
2.1.1 数据的三个范畴
2.机器世界相关术语：
(1)字段（数据项）：标记实体属性的命名单位，是 可以命名的最小信息单位，往往和属性名相同。
例如：学生有学号、姓名、年龄、性别等字段。
(2)记录：字段的有序集合称为记录。一般用一个记 录描述一个实体。
例如：学生记录：（学号，姓名，年龄，性别）。
1. 数据结构化---数据库系统与文件系统根本区别 即采用复杂的数据模型表示数据结构
– 按照某种数据模型,将整个组织的全部数据组织成 一个结构化的数据整体，即实现了整体数据的结 构化。
– 数据模型不仅描述数据本身,还描述了数据之间的 联系。
– 数据不再面向应用，而是面向系统，弹性更大。 – 存取方式更灵活，存取粒度可为数据项。
（7）联系： – 实体内部的联系：组成实体的各属性之间的 联系（如：学号－姓名）。 – 实体之间的联系：不同实体集之间的联系。 两个实体型之间的联系可分为三类： • 1对1联系(1:1) • 1对多联系(1:n) • 多对多联系(m:n)
2.2.1 基本概念
• 1对1联系：
– 定义：若对于实体集 A中的每一个实体， 实体集B中至多有一 个实体与之联系，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。
修改后的记录表：将学生基本信息和奖惩情况分开来
学号
姓名
200505101 200505102 200505103 200505106
张三 李四 钱红 赵晓林
…… …….
性别 男 男 女 女
……
出生年月 学院
1987/10/10 1988/01/10 1987/05/21 1989/02/10
数理学院 数理学院 数理学院 数理学院
组成实体集的各实体称为实体集的外延。 例如：某单位所有员工称为实体集Employee的外延。 （6）实体型：具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。
用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体 型。 例如：员工（员工编号、姓名、部门、性别、年龄、职称）就 是一个实体型。
2.2.1 基本概念
● 数据有整体的结构性，面向全组织，面向现实世界
● 由DBMS统一存取，维护数据语义及结构
● 数据共享性好
● 数据与程序完全相互独立
例：学生基本信息记录表：
学号
姓名 性别 出生年月 学院
籍贯 奖惩情况
200505101 张三 男 1987/10/10 数理学院 广东 2005-06学年一 等奖学金 2005-06学年校 三好学生
实时处理、批处理
有DBMS
实时处理、分布处 理、批处理
文件系统 某一应用
数据库管理系统 现实世界
共享性差，冗余度大
独立性差
共享性高，冗余度小
具有高度的物理独 立性和一定的逻辑 独立性
记录内有结构、 整体无结构
整体结构化，用 数据模型描述
数据控制能力 应用程序自己控制
文件系统
数据库管理系统
1.2 数据库系统结构
现实世界 认识抽象
存在于人们头脑之外 的客观世界.
现实世界在人们头脑 中的反映，人们把它用 文字和符号记载下来。
信息世界 概念模型
转换 机器世界 DBMS支持的数据模型
信息世界的信息在 机器世界以数据形式
存储。
2.1.1 数据的三个范畴
1. 信息世界 相关术语 (1)实体：客观存在并可相互区别的事物。
处理方式
人工管理阶段
科学计算 无直接存取存储设备 没有操作系统 批处理
数据的管理者 用户（程序员） 数据面向的对象 某一应用程序
数据的共享程度 无共享，冗余度很大
特 数据的独立性 点
不独立，完全依靠 于程序
数据的结构化
无结构
文件系统阶段
科学计算、管理
数据库系统阶段
大规模管理
磁盘、磁鼓
大容量磁盘
有文件系统
数据库系统的特点
2. 数据的共享性高、冗余度低，易扩充
– 共享是指多用户、多种应用、多种语言互相覆 盖地共享数据集合。数据共享可减少数据冗余， 节约存储空间，避免数据之间的不相容性与不 一致性。
– 数据不一致指同一数据不同拷贝的值不同。 – 数据面向系统＋结构化＋数据共享 → 系统易
扩充。
数据库系统的特点
应用程序2 …
应用程序n
应用程序1
文件 系统
文件组1
特点
文件组2
● 数据可以长期保存 ● 数据与程序有一定的独立性
… 文件组
3
文件的逻辑结构与存储 结构由系统进行转换 ，数据在存储上的 改变不一定反映在程序上。
● 共享性差、冗余度大 （一个文件对应一个程序）
数据库系统阶段（60年代后期--）
背景
应用程序1
• 数据库管理系统角度：三级模式结构 内部
• 最终用户角度： 单用户结构
主从式结构
外部
分布式结构
1.2 数据库系统结构
单用户
主从式结构
结 整个数据库系统在 一个主机带多个终端
构 一台机器上，由一 的多用户系统。数据
特 个用户独占，不同 库系统在主机上，所
点 机器间不能共享数 有处理由主机完成，
据。
实体可以是具体的对象（一个学生、一辆汽车），也 可以是抽象的事件（一次借书，一次比赛）。
(2)实体集：性质相同的同类实体的集合。
如：全体学生，全国足球联赛的所有比赛。
(3)属性：实体所具有的某一特性。
一个实体可以由若干个属性来刻画，每个属性有一个 值域和类型。如：学生实体由学号、姓名等构成。
(4)码：唯一标识实体的属性或属性集。
(3)文件：同一类记录的汇集称为文件。文件是描述 实体集的。
例如：所有学生记录组成了一个学生文件。
(4)码：能惟一标识文件中每个记录的字段或字段集， 与实体的码相对应。
例如：学生的学号可以作为学生记录的码。
2.1.1 数据的三个范畴
机器世界和信息世界术语的对应关系 : 信息世界 机器世界 实体………………记录 属性………………字段（数据项） 实体集……………文件 码………………….码
各用户通过终端并发
地存取数据库共享资
源。
分布式结构
数据库中的数据在逻 辑上是一个整体，但 物理上分布在计算机 网络的不同结点上。 网络中的每个结点可 以执行局部应用和全 局应用。
优 简单易实现。 点
缺 不同部门数据不 点 共享，冗余。
简单，数据易维护管 理。
用户数增多时主机负 担重性能下降，系统 可靠性不高。