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1、第一章 数据库系统概述,本章内容,数据库的基本概念数据模型关系数据库,111 数据与信息,1数据数据是指在某种介质上存储的可以识别的特定符号，其中介质可以是磁盘、光盘、磁带或纸等。数据是用来记录客观事物属性的表现形式，通过特定格式、存储方式的数据可以反应出客观事物的特征。数据的存储形式是多种多样的，尤其是在计算机中可以有不同存储格式的数据存在。2信息信息是客观事物的一种表现形式，一般情况下，信息是一种特定形式的数据，对特定的用户来说是有价值的。3数据与信息数据是信息的载体，利用数据可以把各种信息记录下来。数据的价值表现在其代表的信息上，信息是从数据中获取的，同一份数据对不同的用户其获得的信息也
2、是不同的。,112 数据库系统,在计算机应用技术的发展过程中，其核心内容始终是围绕着数据来展开的，怎样更有效地保存数据、利用数据和管理数据成为了永恒的主题。对数据的管理，先后经历了人工管理阶段、文件系统管理阶段和数据库系统管理阶段。数据库系统（Database System），从本质上来说是计算机化的记录保持系统，它存储、产生有价值的信息。一般地，一个数据库系统包括数据库、数据库管理系统、应用系统和用户。,1数据库（Database）数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。通常，数据库是一种集中存放数据的特殊文件，是数据库系统中的基本组成部分，也是数据库管理系统或应用程序的操作
3、对象。数据库中的数据具有以下主要特点：（1）数据结构化。（2）相对的独立性，即数据独立于程序存在。（3）支持数据共享，可同时为多个用户或应用程序提供服务。（4）可控的数据冗余。,2数据库管理系统（DataBase Managerment System，DBMS）数据库管理系统是负责数据库的访问以及维护与管理的系统软件。DBMS是数据库系统的核心。3应用系统基于数据库而开发出的各类应用系统，在具体的应用中具有实际的应用价值，作为数据库系统的一部分，它直接面向终端用户。4用户在数据库系统中，用户可以包括数据库管理员、应用程序员和终端用户。,113 数据库管理系统,数据库管理系统（DBMS）是位于用
4、户与操作系统之间的一层数据管理软件。DBMS的出现使得对数据库的管理可以独立于特定的应用程序，它直接面向数据库管理员，使得管理员可以直接维护、管理数据库。数据库管理系统具有以下的基本功能：1）数据库、表结构的定义；2）数据库的增、删、改等基本操作；3）数据库的运行管理；4）数据库的维护；5）数据通信。,12数据模型,在数据库的设计过程中，一般用数据模型来表示数据的结构、数据的性质、数据的约束条件、数据的变换规则以及数据之间的联系等。当前有三种流行的数据模型分别是层次模型、网状模型和关系模型，这三种模型又分别对应了层次、网状和关系数据库管理系统。,121 层次模型,层次模型是数据库系统中最早采用
5、的一种数据模型。层次模型的数据结构是一颗“树”，在这棵树中只有一个结点被称为“根”结点，根结点没有父结点，其它结点有且仅有一个父结点。父结点与子结点之间是一对多的关系。层次模型可以很好地表现现实世界中有层次关系的事物。层次模型的典型代表是1968年由IBM公司研制成功的数据库管理系统IMS（Information Management System）。,122 网状模型,网状模型是数据库系统中早期采用的一种数据模型。在网状模型中，可以有多个结点没有父结点，而且至少有一个结点存在多个父结点。网状数据库的代表是DBTG（Data Base Task Group）系统。,123 关系模型,关系模型是
6、采用二维表来表示实体以及实体之间联系的模型。关系模型的数据结构是单一的“二维表”结构，这种二维表结构又可被称为关系。关系可以将现实世界中的实体以及实体之间的各种联系恰当地表示出来。关系不仅可以表示数据的存储，也可以表示数据之间的联系。二维表中的一行称为一个“元组”，又称为一条记录；二维表中的一列称为一个“属性”，又称为一个字段。如果表格中的一个或几个属性的组合可以唯一标识表格中的元组，那么将该属性或属性集合称为关系键（Key），也称为主键（主关键字）。在关系数据库中每个表都应该有且只有一个主键，主键可以唯一标识表格中的元组。,13 关系数据库,关系数据库由二维表格构成，每个表格可以有自己的格式
7、，表现在字段（属性）数量和字段类型，即表格的框架；每个表格可以包含多条记录（元组），可以说表格是记录的集合。,131 关系运算,关系数据库是基于数学中的关系代数理论而建立和发展起来的。因此，关系数据库中也支持关系代数的运算法则。一个关系是一个集合，关系中的记录（元组）就是集合中的记录。关系运算包括了5个传统的集合元算：并（Union）、差（Difference）、交（Intersect）、乘（Product）和除（Divide）运算；还包括3个特殊的关系运算：选择（Select）、投影（Project）和连接（Join）运算。,1选择（Select）选择运算是指从特定的关系中选择某些满足条件的
8、元组构成一个新的关系。即从表中选择出一些符合条件的记录来构成新的表，可以看出选择运算的结果是一个表水平方向的子集。,从学生表中选择出所有男学生的结果：,2投影（Project）投影运算是从特定关系中选择特定的属性来构成新的关系。即从表中选择出一些特定的字段来构成新的表，可以看出选择运算的结果是一个表垂直方向的子集。例如，要求从学生表中提取出学号和姓名字段构成新表,3连接（Join）通过连接运算可以将两个或多个关系连接在一起，从而构成一个新关系。连接运算是乘、选择和投影操作的组合。所谓自然连接是以公共属性值相等为连接条件，连接的结果只包含公共属性值相等的元组，而且消除了冗余属性。,将学生表与选修
9、课成绩表进行自然连接运算将得到如图所示的结果：,132 关系数据库的设计,数据库的设计是指在一个特定的应用环境中，设计出符合用户需求的数据模型，再根据数据模型建立数据库的过程。简单地说，关系数据库的设计就是采用关系模型来进行数据库的设计。关系数据库的设计可以分为以下几个步骤：（1）需求分析，深入了解用户需求，确定数据对象；（2）概念结构设计，设计E-R（Entity Relation）模型；（3）逻辑结构设计，将E-R模型转换为关系数据模型；（4）数据库物理设计；（5）应用程序编码、调试与运行；（6）数据库的运行及维护。,1需求分析需求分析阶段是数据库设计的开始，需要设计人员直接面向用户深入调
10、研，将用户的需求彻底搞清楚，具体的工作步骤应该包括：调查用户活动，确定系统边界，调查分析系统功能，调查分析系统数据，编制系统分析报告等。,2概念结构设计概念结构设计是数据库设计的关键步骤。目前，E-R图已成为进行概念结构设计的重要工具。1）实体实体用来描述现实世界中的事物。2）属性。实体一般都具有若干属性。3）联系。实体之间可以具有某种联系。在E-R图中，一般用矩形表示实体、用菱形表示联系、用椭圆表示属性。,3逻辑结构设计逻辑结构设计就是把概念结构模型转换为某个具体的数据库管理系统所支持的数据模型。对于关系数据库设计来说，就是根据E-R模型转换为关系模型。（1）E-R模型转换为关系模型的规则1
11、）一般情况下，可将每一个实体转换为一个关系，即将每个关系定义成一个表。2）确定每个关系的主键以及主键与其它属性之间的关系。3）为了实现实体之间的联系，可按照一定规则来确定外键。,（2）确定属性的特征确定关系中各属性的类型、取值范围等。（3）建立数据库、定义表结构创建关系数据库，并根据关系数据模型定义表结构。,4数据库物理设计数据库的物理设计是指在计算机的物理设备上确定采取的数据存储结构、方法及分配存储空间。在关系数据库中物理设计是由DBMS自己完成的，所以只需要设计索引文件即可。5应用程序编码、调试与运行数据库应用程序的设计阶段要包括建表、输入/输出设计、编码设计等。6数据库的运行及维护在数据库系统运行过程中，随着应用的逐渐展开，要按照规划定期对数据库进行备份，并在必要时正确、及时地对数据库进行还原。,本章小结,本章介绍了数据库、数据模型等基本概念，对关系模型及关系数据库做了重点讲述。,
