数据库应用技术 天津大学计算机基础教学部 2013年9月

教学要求 总学时：48 课堂教学28学时，上机20学时 教材： 《数据库应用技术》 喻梅主编 天津大学出版社

第1章 数据库系统概论 1.1 信息、数据与数据处理 1.2 数据管理技术的发展 1.3 数据模型 1.4 数据库的体系结构 第1章 数据库系统概论 1.1 信息、数据与数据处理 1.2 数据管理技术的发展 1.3 数据模型 1.4 数据库的体系结构 1.5 数据库系统

1.1 信息、数据与数据处理 信息、数据与数据处理 1．信息与数据 数据(Data)是用来记录信息的可识别的符号,是信息的具体表现形式。 1.1 信息、数据与数据处理 信息、数据与数据处理 1．信息与数据 数据(Data)是用来记录信息的可识别的符号,是信息的具体表现形式。 数据是信息的载体，用来载荷信息，信息是数据的内涵，是对数据的语义解释。数据与信息既有区别，又有联系。数据是表示信息的，信息只是加工处理后的数据，是数据所表达的内容。 随着信息技术的发展，数据的概念在数据处理领域中已大大拓宽, 其表现形式已不仅包括数字和文字, 还包括图形、图像、声音等等。

2. 数据处理 数据处理是指将数据转换成信息的过程。它包括对数据的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一系列活动。 数据管理是指数据的收集、组织、存储、检索和维护等操作。

1.2 数据管理技术的发展 数据管理技术的发展 1. 人工管理阶段 1.2 数据管理技术的发展 数据管理技术的发展 1. 人工管理阶段 程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其他程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。 特点: 数据不保存在机器中 ； 没有软件系统对数据进行管理 ； 只有程序的概念，没有文件的概念 ； 数据是面向应用的 。

图1.1 人工管理阶段程序与数据的关系

2. 文件系统阶段 20世纪50年代后期至60年代后期，计算机外存储器有了磁盘和磁鼓等直接存取设备；软件有了操作系统和文件系统；程序通过数据文件访问数据。 特点: 数据可以长期保存在外存储设备上； 数据的逻辑结构与物理结构有区别； 文件组织呈现多样化； 数据不再属于某个特定的程序，可以重复使用。

1.2 数据管理技术的发展 缺陷: 数据冗余度大； 数据和程序缺乏独立性； 数据间联系弱。 图1.2 文件系统阶段程序与数据的关系

1.2 数据管理技术的发展 3．数据库系统阶段 数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。 1.2 数据管理技术的发展 3．数据库系统阶段 数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。 特点： 面向全组织的复杂的数据结构； 数据冗余度小，易扩充； 具有较高的数据和程序的独立性； 统一的数据控制功能 ； 数据的最小存取单位是数据项。

此阶段将数据集中存储在一台计算机上，进行统一组织和管理。 数据库 外 存 储 器

特点：数据结构化并与程序分离；数据集中式管理，高度共享；数据冗余度小，具有数据一致性和完整性控制规则。 外 存 储 器

图1.3 数据库系统阶段程序与数据的关系

1.3 数据模型 数据描述的三个领域 图1.4 三个领域之间术语的对应关系

1.3 数据模型 数据模型 1. 数据模型的基本概念 （1）概念数据模型 用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象。 1.3 数据模型 数据模型 1. 数据模型的基本概念 （1）概念数据模型 用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象。 常用的概念数据模型是实体联系模型。 （2）结构数据模型 用于机器世界，是信息世界到机器世界的第二层抽象。 结构数据模型包括层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型等。

1.3 数据模型 2. 数据描述 （1）数据的静态描述 包括数据的基本结构、数据间的联系和数据中的约束。 （2）数据的动态特征 1.3 数据模型 2. 数据描述 （1）数据的静态描述 包括数据的基本结构、数据间的联系和数据中的约束。 （2）数据的动态特征 指定义在数据上的操作。 3. 数据模型的三要素 （1）数据结构 （2）数据操作 （3）数据的约束条件

1.3 数据模型 概念数据模型 图1.5 现实世界中的客观事物的抽象过程

1.3 数据模型 1. 信息世界涉及的主要概念 （1）实体 是客观存在的且又能相互区别的事物。 （2）属性 1.3 数据模型 1. 信息世界涉及的主要概念 （1）实体 是客观存在的且又能相互区别的事物。 （2）属性 指现实世界中事物所具有的特性。属性有名和值两部分。 例如，张三是姓名属性的值。 （3）码 惟一标识实体的属性或属性集 。 例如，学生实体的码是学号。 例如，

1.3 数据模型 （4）域 某个(些)属性的取值范围。 例如，性别的域为“男”和“女” 。 （5）实体型 1.3 数据模型 （4）域 某个(些)属性的取值范围。 例如，性别的域为“男”和“女” 。 （5）实体型 实体型就是实体的结构描述，通常是实体名和属性名的集合；具有相同属性的实体，有相同的实体型。 例如，教师实体型是： 教师(编号、姓名、性别、出生日期、职称、基本工资、研究方向) （6）实体集 同类实体的集合 。例如，全体学生就是一个实体集。

1.3 数据模型 （7）联系 实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。 联系的类型： 一对一联系 记为1 ：1。 1.3 数据模型 （7）联系 实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。 联系的类型： 一对一联系 记为1 ：1。 (如学校与校长间的联系) 一对多联系 记为１：n。 (如宿舍房间与学生的联系 ) 多对多联系 记为m ：n。 （如一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以受教于多个教师）

1.3 数据模型 图1.6 两个实体之间的联系

1.3 数据模型 一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多联系的特例。 例如，供应商、项目和零件三者间的关系如图1.7所示。 1.3 数据模型 一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多联系的特例。 例如，供应商、项目和零件三者间的关系如图1.7所示。 图1.7 三个实体之间的联系

1.3 数据模型 同一实体集内的各实体之间可以有某种关系。 例如，职工实体集内的关系如图1.8所示。 图1.8 同一实体集内的联系

1.3 数据模型 2. 实体关联模型 E-R模型：描述现实世界的概念模型。 实体：用矩形框表示，框内写入实体名。 1.3 数据模型 2. 实体关联模型 E-R模型：描述现实世界的概念模型。 实体：用矩形框表示，框内写入实体名。 属性：用椭圆形表示，属性的名称记入椭圆形内。 联系：用菱形框表示实体间的相互关系，框内注明联系的名称。 学生 学号 学生与课程间的联系

1.3 数据模型 E-R模型示例 图1.9 学生与课程关系的E-R图

1.3 数据模型 数据世界 信息世界 记录,数据项 实体,属性 结构数据模型 结构数据模型 1.3 数据模型 结构数据模型 结构数据模型是从数据的组织结构角度来描述信息，将现实世界的客观对象抽象为某种信息结构。 常用的结构数据模型有层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。 信息世界 实体,属性 数据世界 记录,数据项 结构数据模型

（1） 层次模型 通过树形结构表示实体及联系。如描述学校管理机构。每个结点表示一个实体（型），箭头表示实体（型）间的联系（由父到子）。 图1.10 层次模型示例

（2） 网状模型 通过网状结构表示实体及联系。“网”中每个结点表示一个实体(型)，结点之间箭头表示实体(型)间的联系。 图1.11 网状模型示例

（3）关系模型 关系模型与层次模型和网状模型相比有着本质的差别，它是用二维表格来表示实体及其相互之间的联系。 表1.1 学生表 学号 姓名 表1.1 学生表 学号 姓名 性别 年龄 所在系 专业 S040112 周芬健 男 19 电子系 通信 S040201 张存理 计算机系 网络 S040209 任玉 女 18 S040515 马欣 20 自动化系 自动控制 S040820 孟达 精密仪器系 光电子 29

一个关系就是没有重复行和重复列的二维表，二维表的每一行在关系中称为元组，每一列在关系中称为属性。学生关系的每一行代表一个学生的记录，每一列代表学生记录的一个字段。属性个数称为关系的元。 9元关系 属性信息 值的集合

（4）面向对象模型 现实世界中仍然存在着许多含有更复杂数据结构的应用领域，例如，CAD数据、图形数据等，而关系模型在这方面的处理能力就显得力不从心。 优点：能完整地描述现实世界的数据结构； 具有丰富的表达能力。 缺点：模型相对比较复杂； 涉及的知识面广，实现起来较困难。

1.4 数据库的体系结构 数据库系统的模式结构 图1.12 数据库系统的体系结构

1.4 数据库的体系结构 三级模式结构 为了有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式、模式和内模式 。 根据各类人员与数据库的不同关系，可把视图（所谓视图是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法）分为三种： 对应于用户的外部视图 对应于应用程序员的概念视图 对应于系统程序员的内部视图

1.4 数据库的体系结构 两级模式映像及数据独立性 两级模式映像： 外模式/模式映像 模式/内模式映像 数据独立性： 物理独立性 逻辑独立性

外模式/模式映像 外模式/模式 模式：数据的全局逻辑结构 外模式：数据的局部逻辑结构 一个模式可推导出任意多个外模式 每个外模式 定义一个外模式/模式映像 描述该外模式与模式之间的映射关系 映像定义通常包含在各个外模式的定义描述中

数据的逻辑独立性 程序与数据的逻辑独立性 模式改变时 数据库管理员修改相关的外模式/模式映像 保证外模式不发生变化 应用程序依赖于数据库的外模式 应用程序代码不必修改

模式/内模式映像 模式/内模式映像 数据全局逻辑结构与物理逻辑结构之间的映射关系 数据库只有一个模式 也只有一个内模式 模式/内模式映像是唯一的 映射定义通常包含在模式描述中

数据的物理独立性 程序与数据的物理独立性 内模式改变时 数据库管理员对模式/内模式作相应修改 使模式保持不变 应用程序代码不需要修改

1.5 数据库系统 数据库系统的组成 图1.13 数据库系统的体系结构

1.5 数据库系统 数据库系统的体系结构 图1.14 各种用户的数据视图

数据库系统的简单结构 基础 应用程序1 数据库管理系统 （DBMS） 应用程序2 数据库 …… 数据库管理员（DBA） 应用程序n

1.5 数据库系统 数据库：是数据的汇集，它以一定的组织形式存于存储介质上。 1.5 数据库系统 数据库：是数据的汇集，它以一定的组织形式存于存储介质上。 DBMS：是管理数据库的系统软件，它实现数据库系统的各种功能。是数据库系统的核心。 DBA：负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作。 应用程序：指以数据库为基础的应用程序。 用户 人员 D B M S 数 据 库 OS 应 硬件 用 系 统