數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用技術(shù)天津大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)部2013年9月

1、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用技術(shù)天津大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)部2013年9月,教學(xué)要求總學(xué)時(shí)：48課堂教學(xué)28學(xué)時(shí)，上機(jī)20學(xué)時(shí)教材： 《數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用技術(shù)》 喻梅主編 天津大學(xué)出版社,第1章 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論,1.1 信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.3 數(shù)據(jù)模型1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)1.

2、5 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),1.1 信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理,信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理 1．信息與數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)(Data)是用來(lái)記錄信息的可識(shí)別的符號(hào),是信息的具體表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)是信息的載體，用來(lái)載荷信息，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對(duì)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義解釋。數(shù)據(jù)與信息既有區(qū)別，又有聯(lián)系。數(shù)據(jù)是表示信息的，信息只是加工處理后的數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)所表達(dá)的內(nèi)容。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的概念在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中已大大拓寬, 其表現(xiàn)形式已不僅包括數(shù)字和文字, 還包括圖形、圖像、

3、聲音等等。,2. 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是指將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過(guò)程。它包括對(duì)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、分類、計(jì)算、加工、檢索和傳輸?shù)纫幌盗谢顒?dòng)。數(shù)據(jù)管理是指數(shù)據(jù)的收集、組織、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)等操作。,1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展 1. 人工管理階段 程序與數(shù)據(jù)是一個(gè)整體，一個(gè)程序中的數(shù)據(jù)無(wú)法被其他程序使用，因此程序與程序之間存在大量的重復(fù)數(shù)據(jù)。特點(diǎn):數(shù)據(jù)不保存在機(jī)器中 ；沒(méi)有軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理 ；只有程序的概

4、念，沒(méi)有文件的概念 ；數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的 。,圖1.1 人工管理階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系,2. 文件系統(tǒng)階段20世紀(jì)50年代后期至60年代后期，計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器有了磁盤(pán)和磁鼓等直接存取設(shè)備；軟件有了操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)；程序通過(guò)數(shù)據(jù)文件訪問(wèn)數(shù)據(jù)。特點(diǎn):數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)期保存在外存儲(chǔ)設(shè)備上；數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)有區(qū)別；文件組織呈現(xiàn)多樣化；數(shù)據(jù)不再屬于某個(gè)特定的程序，可以重復(fù)使用。,1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展,缺陷:數(shù)據(jù)冗余度大；

5、數(shù)據(jù)和程序缺乏獨(dú)立性；數(shù)據(jù)間聯(lián)系弱。,圖1.2 文件系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系,1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展,3．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫(kù)是在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的集中控制之下，按一定的組織方式存儲(chǔ)起來(lái)的、相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。特點(diǎn)： 面向全組織的復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)冗余度小，易擴(kuò)充；具有較高的數(shù)據(jù)和程序的獨(dú)立性； 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能 ；數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)。,,,此階段將數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行統(tǒng)一組織和管理。,數(shù)

6、據(jù)庫(kù),,特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化并與程序分離；數(shù)據(jù)集中式管理，高度共享；數(shù)據(jù)冗余度小，具有數(shù)據(jù)一致性和完整性控制規(guī)則。,,,,,圖1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系,1.3 數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)描述的三個(gè)領(lǐng)域,圖1.4 三個(gè)領(lǐng)域之間術(shù)語(yǔ)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,1.3 數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型1. 數(shù)據(jù)模型的基本概念（1）概念數(shù)據(jù)模型用于信息世界的建模，是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的第一層抽象。常用的概念數(shù)據(jù)模型是實(shí)體聯(lián)系模型。 （2）結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型用于

7、機(jī)器世界，是信息世界到機(jī)器世界的第二層抽象。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ偷取?1.3 數(shù)據(jù)模型,2. 數(shù)據(jù)描述（1）數(shù)據(jù)的靜態(tài)描述包括數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)間的聯(lián)系和數(shù)據(jù)中的約束。 （2）數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特征 指定義在數(shù)據(jù)上的操作。3. 數(shù)據(jù)模型的三要素（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（2）數(shù)據(jù)操作（3）數(shù)據(jù)的約束條件,1.3 數(shù)據(jù)模型,概念數(shù)據(jù)模型,圖1.5 現(xiàn)實(shí)世界中的客觀事物的抽象過(guò)程,1.3 數(shù)據(jù)

8、模型,1. 信息世界涉及的主要概念（1）實(shí)體是客觀存在的且又能相互區(qū)別的事物。（2）屬性 指現(xiàn)實(shí)世界中事物所具有的特性。屬性有名和值兩部分。例如，張三是姓名屬性的值。（3）碼惟一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性或?qū)傩约?。 例如，學(xué)生實(shí)體的碼是學(xué)號(hào)。,例如，,1.3 數(shù)據(jù)模型,（4）域 某個(gè)(些)屬性的取值范圍。 例如，性別的域?yàn)椤澳小焙汀芭?。（5）實(shí)體型實(shí)體型就是實(shí)體的結(jié)構(gòu)描述，通常是實(shí)體名和屬性名的集合；具有相同屬性

9、的實(shí)體，有相同的實(shí)體型。例如，教師實(shí)體型是：教師(編號(hào)、姓名、性別、出生日期、職稱、基本工資、研究方向)（6）實(shí)體集同類實(shí)體的集合 。例如，全體學(xué)生就是一個(gè)實(shí)體集。,1.3 數(shù)據(jù)模型,（7）聯(lián)系實(shí)體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為聯(lián)系，它反映了現(xiàn)實(shí)世界事物之間的相互關(guān)聯(lián)。 聯(lián)系的類型：一對(duì)一聯(lián)系 記為1 ：1。 (如學(xué)校與校長(zhǎng)間的聯(lián)系) 一對(duì)多聯(lián)系 記為１：n。 (如宿舍房間與學(xué)生的聯(lián)系 )多對(duì)多聯(lián)系 記為m ：n。

10、 （如一個(gè)教師可以教授多個(gè)學(xué)生，而一個(gè)學(xué)生又可以受教于多個(gè)教師）,1.3 數(shù)據(jù)模型,圖1.6 兩個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系,1.3 數(shù)據(jù)模型,一對(duì)一聯(lián)系是一對(duì)多聯(lián)系的特例，而一對(duì)多聯(lián)系又是多對(duì)多聯(lián)系的特例。,例如，供應(yīng)商、項(xiàng)目和零件三者間的關(guān)系如圖1.7所示。,圖1.7 三個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系,1.3 數(shù)據(jù)模型,同一實(shí)體集內(nèi)的各實(shí)體之間可以有某種關(guān)系。 例如，職工實(shí)體集內(nèi)的關(guān)系如圖1.8所示。,圖1.8 同一實(shí)體集內(nèi)的

11、聯(lián)系,1.3 數(shù)據(jù)模型,2. 實(shí)體關(guān)聯(lián)模型 E-R模型：描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型。實(shí)體：用矩形框表示，框內(nèi)寫(xiě)入實(shí)體名。屬性：用橢圓形表示，屬性的名稱記入橢圓形內(nèi)。聯(lián)系：用菱形框表示實(shí)體間的相互關(guān)系，框內(nèi)注明聯(lián)系的名稱。,1.3 數(shù)據(jù)模型,E-R模型示例,圖1.9 學(xué)生與課程關(guān)系的E-R圖,1.3 數(shù)據(jù)模型,結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型是從數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)角度來(lái)描述信息，將現(xiàn)實(shí)世界的客觀對(duì)象抽象為某種信息結(jié)構(gòu)。

12、常用的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ汀?通過(guò)樹(shù)形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及聯(lián)系。如描述學(xué)校管理機(jī)構(gòu)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)實(shí)體（型），箭頭表示實(shí)體（型）間的聯(lián)系（由父到子）。,（1） 層次模型,圖1.10 層次模型示例,通過(guò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及聯(lián)系?！熬W(wǎng)”中每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)實(shí)體(型)，結(jié)點(diǎn)之間箭頭表示實(shí)體(型)間的聯(lián)系。,（2） 網(wǎng)狀模型,圖1.11 網(wǎng)狀模型示例,29,關(guān)系模型與層次模型和網(wǎng)狀模型相比有著本質(zhì)的差別，它是

13、用二維表格來(lái)表示實(shí)體及其相互之間的聯(lián)系。,（3）關(guān)系模型,表1.1 學(xué)生表,一個(gè)關(guān)系就是沒(méi)有重復(fù)行和重復(fù)列的二維表，二維表的每一行在關(guān)系中稱為元組，每一列在關(guān)系中稱為屬性。學(xué)生關(guān)系的每一行代表一個(gè)學(xué)生的記錄，每一列代表學(xué)生記錄的一個(gè)字段。屬性個(gè)數(shù)稱為關(guān)系的元。,屬性信息,,,,,,（4）面向?qū)ο竽Ｐ?現(xiàn)實(shí)世界中仍然存在著許多含有更復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域，例如，CAD數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)等，而關(guān)系模型在這方面的處理能力就顯得力不從心。優(yōu)點(diǎn)

14、：能完整地描述現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 具有豐富的表達(dá)能力。缺點(diǎn)：模型相對(duì)比較復(fù)雜； 涉及的知識(shí)面廣，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較困難。,1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu),圖1.12 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu),三級(jí)模式結(jié)構(gòu) 為了有效地組織、管理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性，人們?yōu)閿?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)了一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，它包括

15、外模式、模式和內(nèi)模式 。根據(jù)各類人員與數(shù)據(jù)庫(kù)的不同關(guān)系，可把視圖（所謂視圖是指觀察、認(rèn)識(shí)和理解數(shù)據(jù)的范圍、角度和方法）分為三種：對(duì)應(yīng)于用戶的外部視圖對(duì)應(yīng)于應(yīng)用程序員的概念視圖對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)程序員的內(nèi)部視圖,1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu),兩級(jí)模式映像及數(shù)據(jù)獨(dú)立性兩級(jí)模式映像： 外模式/模式映像 模式/內(nèi)模式映像數(shù)據(jù)獨(dú)立性： 物理獨(dú)立性 邏輯獨(dú)立性,外模式/模式映像,外模

16、式/模式 模式：數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu) 外模式：數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)一個(gè)模式可推導(dǎo)出任意多個(gè)外模式 每個(gè)外模式定義一個(gè)外模式/模式映像 描述該外模式與模式之間的映射關(guān)系映像定義通常包含在各個(gè)外模式的定義描述中,數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性,程序與數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性 模式改變時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員修改相關(guān)的外模式/模式映像 保證外模式不發(fā)生變化應(yīng)用程序依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)的外模式應(yīng)用程序代碼不必修改,模式/內(nèi)模式映像,模式/內(nèi)模式映

17、像 數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與物理邏輯結(jié)構(gòu)之間的映射關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式也只有一個(gè)內(nèi)模式模式/內(nèi)模式映像是唯一的 映射定義通常包含在模式描述中,數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性,程序與數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性 內(nèi)模式改變時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員對(duì)模式/內(nèi)模式作相應(yīng)修改使模式保持不變應(yīng)用程序代碼不需要修改,1.5 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成,圖1.13 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),1.5 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),圖1.14 各種用戶

18、的數(shù)據(jù)視圖,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu),,,,應(yīng)用程序1,應(yīng)用程序2,……,應(yīng)用程序n,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）,數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）,數(shù)據(jù)庫(kù),,,,,,,,基礎(chǔ),,1.5 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù)：是數(shù)據(jù)的匯集，它以一定的組織形式存于存儲(chǔ)介質(zhì)上。DBMS：是管理數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)軟件，它實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的各種功能。是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心。DBA：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)、維護(hù)和管理等工作。應(yīng)用程序：指以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用程序。,用戶人員,