数据库系统讲义.docx

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1、数据库技术及应用第一讲数据库技术基础（一）数据管理技术的进展数据管理技术的进展，与硬件（主要是外存）、软件、计算机应用的范围有亲密联系。数据管理技术的进展经受了三个阶段：人工阶段、文件系统阶段和数据库阶段。1 .人工阶段（20世纪50年月中期以前）数据管理特点为： 数据不保存在机器中 没有专用的软件对数据进行管理 只有程序的概念，没有文件的概念 数据面对应用2 .文件系统阶段（20世纪50年月后期至60年月中期）数据管理的特点为： 数据可长期保存在外存的磁盘上 数据的规律结构与物理结构有了区分 文件组织已呈现多样化，有索引文件、链接文件和散列文件等 数据不再属于某个特定的程序，可以重复使用3

2、.数据库阶段（20世纪60年月末开头至今）数据管理的特点为： 采纳简单的数据模型表示数据结构 有较高的数据独立性 数据库系统为用户供应便利的用户接口，用户可以使用查询语言或终端命令操作数据库，也可以用程序方式操作数据库 系统供应数据库的恢复、并发掌握数据完整性和数据平安性四个方面的数据掌握功能，以保证数据库是平安的、正确的和牢靠的；对数据的操作可以以纪录为单位，也可以以数据项为单位（二）数据描述1.在数据处理中，数据描述将涉及三个领域：现实世界、信息世界和机器世界。 现实世界是存在于人们头脑之外的客观世界 信息世界是现实世界在人们头脑中的反映，人们把它用文字和符号登记载下来。信息世界中数据描述

3、的述术语有实体、实体集、属性和实体标识符 机器世界中信息世界的信息以数据形式存储。机器世界中数据描述的术语有字段、纪录、文件和关键码。机器世界中的术语和信息世界中的术语有对应关系。在数据库中，每个概念都有类型和值的区分，类型是概念的内涵，而值是概念的外延。2 .数据描述有物理描述和规律描述两种形式。物理数据描述是指数据在存储设施上的存储方式。物理数据是实际存放在存储设施上的数据；规律数据描述是指程序员或用户用以操作的数据形式，是抽象的概念化数据。3 .依据访问数据的速度、成本和牢靠性，计算机系统的存储介质分为六类:高速缓冲存储器、主存储器、快擦写存储器、磁盘存储器、光存储器和磁带。存储介质组成

4、了计算机系统的三个存储层次：基本存储器、帮助存储器（联机存储器）和第三级存储器（脱机存储器）。物理存储中的数据描述的术语有：位、字节、字、块、桶和卷。（三）数据模型数据模型一一表示实体类型及实体间联系的模型。目前广泛使用的数据模型可分为两种类型：概念数据模型和结构数据模型1 .概念数据模型概念数据模型是指独立于计算机系统的模型，完全不涉及信息在系统中的表示，只是用来描述某个特定组织所关怀的信息结构。这一类中闻名的模型是“实体联系模型，简称ER模型。ER模型是直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用ER图表示的数据模型。ER图包括四个基本成分：矩形框、菱形框、椭圆形框和直线。2 .结构

5、数据模型（四）数据库的体系结构1 .数据库具有概念模式、外模式、内模式三级结构和外模式/膜式映象、模式/内模式映象两级映象。（1）概念模式概念模式是对数据库中全部数据的整体规律结构的描述，它由若干个概念纪录类型组成。（2）外模式外模式是用户与数据库的接口，是用户用到的那部分数据的描述，它由若干个外部记类型组成。（3）内模式内模式是数据库在物理存储方面的描述，定义全部的内部纪录类型、索引和文件的组织方式，以及数据掌握方面的细节。（4）外模式/模式映象它存在于外部级和概念级之间，用于定义外模式和概念模式间的对应性，一般在外模式中描述。（5）模式/内模式映象存在于概念级和内部级之间，用于定义概念模式

6、和内模式间的对应性，一般在内模式中描述。2 .数据库系统具有数据独立性的特点。数据独立性分为物理数据独立性和规律数据独立性两级。（1）物理数据独立性是指对内模式的修改尽量不影响概念模式，当然对于外模式和应用程序的影响更小。（2）规律数据独立性是指对概念模式的修改尽量不影响外模式和应用程序。3 .用户用户是指使用数据库的应用程序或联机终端用户。数据库管理系统供应数据操纵语言（DNL）让用户或程序员使用。依据使用方式的不同，DML可分类自含型DML（又称交互型DML）和嵌入型DML（又称宿主型DML）两类。宿主语言是指编写应用程序的语言。用户界面是用户和数据库系统间的一条分界线。（五）数据库管理系

7、统数据库管理系统（DBMS）是指数据库系统中管理数据的软件系统。DBMS是数据库系统的核心组成部分。对数据库的一切操作，包括定义、查询、更新及各种掌握，都是通过DBMS进行的。DBMS的主要功能有： 数据库的定义功能：DBMS供应数据定义语言定义数据库的三级结构,包括外模式、概念模式、内模式及其相互之间的映象，定义数据的完整性、完全掌握等约束。 数据库的操纵功能：DBMS供应数据操纵语言实现对数据库中数据的操作 数据库的爱护功能：DBMS对数据库的爱护主要通过数据库的恢复、数据库的并发掌握、数据库的完整掌握等四个方面实现。 数据库的存储管理：DBMS的存储管理子系统供应了数据库中数据和应用程序

8、的一个界面，其职责是把各种DML语句转换成低层的文件系统命令,起到数据的存储、检索和更新的作用。数据库的维护功能：DBMS中实现数据库维护功能的有用程序主要有数据装载程序、备份程序、文件重组织程序和性能监控程序。数据字典（DD）：数据库系统中存放三级结构定义的数据库称为数据字典，对数据库的操作都要通过访问DD才能实现。说明：从模块结构观看，DBMS有查询处理器和存储处理器两大部分组成。用户访问数据的过程即是应用程序通过DBMS读取写人数据库中纪录的过程。（六）数据库系统数据库系统是一个实际可运行的，依据数据库方法存储、维护和向应用系统供应数据支持的系统，它是数据库、硬件、软件和数据库管理员（D

9、BA）的集合体。数据库是与一个特定组织各项应用有关的全部数据的集合，它包括物理数据库和描述数据库两大部分。硬件包括中心处理机、内存、外存、输入设施、数据通道等硬件设施。软件包括DBMS、OS、各种宿主语言和应用开发支撑软件等程序。DBA是掌握数据整体结构的人，负责DBS的正常运行。依据模块结构划分，DBS的全局结构如下： 数据库用户。包括四类，即DBA、专业用户、应用程序员、最终用户DBMS的查询处理器。包括四部分，即DML编译器、嵌入型DML的预编译器、DDL编译器、查询运行核心程序DBMS的存储管理器。包括四部分，即授权和完整性管理器、事务管理器、文件管理器、缓冲管理器 磁盘存储器中的数据

10、结构：包括四种形式，即数据文件、数据字典、索引文件、统计数据组织。在应用中，DBS的效益具体表现在七个方面，即敏捷性、简易性、面对用户、数据掌握、程序设计便利使应用系统的开发速度加快、削减了程序维护的工作量、标准化。其次讲关系数据库系统(一)关系数堀库系统概还1 .关系数据库系统关系数据库系统是支持关系数据模型的数据库系统。30年来，关系数据库系统的争论取得了辉煌的成就。关系方法从试验室走向了社会，涌现出很多性能良好的商品化关系数据库管理系统(ROBMS)。如闻名的IBMDB2, Oracle, Ingres, SYBASE, Informix等。数据库的应用领域快速扩大。2 .关系数据模型关

11、系数据模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束3大要素组成。(二)关系模型的数据结构3 .关系模型的数据结构和基本术语(1)关系(relation)： 一个关系对应一个二维表，二维表名就是关系名。(2)属性(attribute)和值域(domain)：在二维表中的列(字段)，称为属性。属性的个数称为关系的元数，列的值称为属性值；属性值的取值范围称为值域。(3)关系模式(relationschema)：在二维表中的行定义(纪录的型)，即对关系的描述称为关系模式，一般表示为：关系名(属性1,属性2,，属性n)(4)元组(tuple)：在二维表中的一行(纪录的值)，称为一个元组。关系模式和元

12、组的集合通称为关系。(5)重量(component)：元组中的一个属性值(6)候选码(candidatekey)或候选键：假如在一个关系中，存在多个属性(或属性组合)都能用来惟一标识该关系的元组，这些属性(或属性组合)都称为该关系的候选码或候选键。(7)主码(primarykey)或主键：在一个关系的若干个候选码中指定一个用来惟一标识该关系的元组，这个被指定的候选码称为该关系的主码或主键。(8)主属性(primaryattribute)和非主属性(nonprimaryattribute)：美系中包含在任何一个侯选码中的属性称为主属性或码属性，不包含在任何一个候选码中的属性称为非主属性或非码属性

13、。(9)外码(foreignkey)或外键：当关系中的某个属性(或属性组)虽然不是该关系的主码或只是主码的一部分，但却是另一个关系的主码时，称该属性(或属性组)为这个关系的外码。(10)参照关系(referencingrelation)与被参照关系(targetrelation)：参照关系也称从关系，被参照关系也称主关系，它们是指以外码相关联的两个关系。以外码作为主码的关系成为被参照关系；外码所在的关系称为参照关系。(见P54 “概论”)4 .关系的形式定义和关系数据库对关系的限定(1)关系的形式定义(2)关系数据库对关系的限定每一个属性是不行分解的。每一个关系模式中属性的数据类型以及属性的个

14、数是固定的，并且每个属性必需命名，在同一个关系模式中，属性名必需是不同的。每一个关系仅仅有一种纪录类型，即一种关系模式。在关系中元组的挨次（即行序）是无关紧要的。在关系中属性的挨次可任意交换，交换时应连同属性名一起交换才行，否则挨次是重要的。同一个关系中不允许消失完全相同的元组。（三）关系模型的完整性约束1 .数据库数据完整性规章的分类数据完整性由完整性规章来定义，关系模型的完整性规章是对关系的某种约束条件。关系模型中可以有三类完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。2 .实体完整性规章实体完整性规章是对关系中的主属性值的约束o3 .参照完整性规章现实世界中的实体之间往往存在某种

15、联系，在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的，这样就自然存在着关系与关系之间的参照（引用）。4 .用户定义的完整性用户定义的完整性通常是定义对关系中除主码与外码属性外的其他属性取值的约束，即对其他属性的值域的约束。对属性的值域的约束也称为域完整性规章（domainintegrityrule）,是对关系中属性取值的正确性限制，包括数据类型、精度、取值范围、是否允许空值等。取值范围又可分为静态定义和动态定义两种：静态定义取值范围是指属性的值域范围是固定的，可从定义值的集合中提取特定值；动态定义取值范围是指属性的值域范围依靠于另一个或多个其他属性的值。（四）关系代数关系代数的运算可分为两类：传统的集合运算这类运算将关系看成是元组的集合，其运算是从关系的“水平”方向，即行的角度来进行的，有：并