数据库原理-好教程

1、数据库概述数据库系统本质上是一个用计算机存储记录的 系统。数据库本身可被看作为一种电子文件柜 ；也就是说，它是收集计算机数据文件的仓库 或容器。系统用户可以对这些文件执行一系列 的操作，例如：v向数据库中增加新的空文件v向现有文件中插入数据v从现有文件中检索数据v更改现有文件的数据v删除现有文件中的数据v删除数据库中的现有文件数据库的性质q数据库描述了现实世界中的某些方面，构成了现实世界 中的一个微小世界。q数据库是一个逻辑上紧密相连的数据集。该数据集中的 数据具有某些固有的语义含义。q数据库是为某个特定目标设计、建立和使用的，它拥有 确定的用户组和这些用户组感兴趣的预定的应用。Database Management System 信息、数据与数据处理q信息与数据信息是现实世界事物的存在方式或运动状态的反映。数据是将现实世界中的各种信息记录下的、可以识别的符号， 是信息的载体，信息的具体表现形式。q数据处理数据处理实际上就是利用计算机对各种形式的数据进行处理。 它包括：数据采集、整理、编码和输入，有效地把数据组织到 计算机中，有计算机对数据进行一系列存储、加工、计算、分 类、检索、传输

2、、输出等操作过程。数据处理的目的是从大量 的、原始的数据中抽象和推导出对人们有价值的信息以作为行 动和决策的依据。在数据处理的一系列活动中，数据搜集、分类、组织、编码、 存储、检索、传输和维护等操作为基本操作，我们将这些基本 操作环节称为数据管理。Database Management System 数据库管理系统q数据库管理系统DBMS（Database Management System） 是计算机程序的集合，它被数据库用户用来创建和维护 数据库，因此，它是一个通用软件系统。数据库管理系 统一般应具有的功能包括：定义、创建、操作和维护数 据库。定义数据库涉及描述存储在数据库中数据的数据 类型、描述这些数据的数据结构和描述这些数据所具有 的各种语义限制。创建数据库则是在数据库管理系统的 控制下把这些数据存储在某种存储介质上。数据的操作 则包括如查询、更新和生成报表等一系列处理功能。Database Management System 数据管理的进展q人工管理阶段数据不保存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 概念数据面向程序q文件系统阶段数据以文件的形式长期保存数

3、据的逻辑结构与物理结构有 了区别文件形式多样化程序与数据之间有一定的独立 性q数据库系统阶段数据共享面向全组织的复杂的数据结构数据独立性可控数据冗余度统一的数据控制功能 数据安全性控制 数据完整性控制 并发控制 数据恢复Database Management System 数据库方法与文件处理方法q数据库的自说明性质数据库系统中，不仅含有数据库本身，而且还有完整的有关数据库的定 义描述。定义被存放在数据字典（Data Dictionary）之中，其内容包括 每个文件的结构、数据项的类型及存储格式、数据项上应有的语义限制 等。存放在数据字典中的数据称为元数据（Metadata）。q程序与数据的独立在传统文件处理中，数据文件结构是嵌入在存取程序之中的，对文件结 构的任何改变，都需要对存取这些文件的所有程序也做相应修改。因此 说，文件处理中程序与数据是紧密关联的。而在数据库系统中，数据库 管理系统存取程序是独立于任何特定文件的，数据文件结构作为数据字 典的一部分被存储，是独立于存取程序的。允许程序于数据独立、程序于操作独立的性质被称为数据抽象（Data Abstraction）。数据库管理系

4、统为用户提供的数据抽象包含数据的概念 描述（Conceptual Representation）。概念描述中只使用逻辑概念来描述 数据，不包含任何有关数据是如何存储的细节。q数据的多视图q数据共享和多用户事务处理Database Management System 数据库管理概述q什么是数据库系统数据 集成 共享硬件软件 数据库管理器数据库服务器数 据库管理系统（DBMS）用户q什么是数据库持久数据：我们说数据库中的数 据是持久的，是因为一旦数据进 入数据库被DBMS接受，就只有向 DBMS提出某些明确的请求时，才 能从数据库中删除数据。数据库是一个持久数据的集合， 这些数据用于某企业的应用系统 中。q为什么用数据库数据管理和数据库管理数据库方法的优点 数据共享 减少冗余 避免不一致 提供事务支持 保持完整性 增强安全性 平衡相互冲突的请求 加强标准化Database Management System 数据库系统用户qDBA（Database Administrator ）这类人员全面负责数据库系统 的管理维护和正常使用。DBA 的具体职责是： 决定数据库的内容和结构。 决定数据库的

5、存储结构和存 取策略。 定义数据的安全性要求和完 整性约束条件。 监督控制数据库的使用和运 行。 数据库系统的改进和重组。q数据库设计者q终端用户临时用户初级用户熟练用户q系统分析员和应用程序员q系统软件工作人员数据库管理系统软件的设计和 实现者工具开发者操作与维护人员Database Management System 数据描述q现实世界存在于人们头脑之外的客观世 界。q信息世界现实世界在人们头脑中的反映 。 实体（entity） 实体集（entity set） 属性（attribute） 键（key）q机器世界信息世界中的信息在机器世界 中一数据形式存储。 字段（field） 记录（record） 文件（file） 键（key）Database Management System 数据之间的联系q现实世界中，事务是相互联系的，这种联系在信息世界 中对应为实体的联系。实体的联系有两类：一类是实体 内部的联系，反映在数据上是同一记录内部各字段间的 联系；另一类是实体与实体间的联系，反映在数据上就 是记录之间的联系。q数据库技术不但要考虑记录内部的联系，而且还要考虑 记录之间的联系。q实

6、体间的联系一对一联系（1:1）一对多联系（1:m）多对多联系（n:m）Database Management System 逻辑数据和物理数据q物理数据描述指存放在存储设备上的存储方式，物理数 据是实际存放在存储设备上的数据。例如物理联系、物 理结构、物理文件、物理记录等术语，都是用来描述存 储数据的细节。逻辑数据描述指程序员或用户用以操作 的数据形式，是抽象的概念。例如逻辑联系、逻辑结构 、逻辑文件、逻辑记录等术语，都是用户观点的数据描 述。q在数据库系统中，逻辑数据与物理数据之间可以差别很 大。用户看到的数据结构和数据，与存储器中的数据结 构和数据可能完全不同。数据库管理软件的功能之一就 是要把逻辑数据转换成物理数据，或者把物理数据转换 成逻辑数据。Database Management System 数据模型q数据模型（Data Model）是一组可用来描述数据库结构 的概念集。数据库结构是指存储在数据库中的数据的类 型、数据之间的联系以及数据上应有的语义限制。数据 模型也包括数据操作，描述在数据库上可执行的检索与 更新。另外，数据操作也可以包括用户定义的操作（ User-Def

7、ined Operation）。Database Management System 数据模型分层q概念层（Conceptual-Level）现实世界的第一层抽象。又称为“概念数据模型”。为终端用户所 使用。完全不涉及信息在计算机系统中的表示，只是用来描述某个特 定组织所关心的信息结构。q表示层（ Representational-Level ）或实现层（ Implementation-Level ）现实世界的第二层抽象。又称为“基本数据模型”或“结构数据模 型”。可以为终端用户理解，不涉及到数据的具体组织。直接面向数据库的逻辑结构，具有严格的形式化定义，以便于 计算机系统中的实现。q物理层（Physical- -Level ）描述数据在计算机中如何存储。Database Management System 模式与实例q在数据库模型中，很重要的一点是要区别数据库描述和数据库本身。数据 库描述称为数据库模式（Database Schema）。数据库模式是在数据库设计 时被说明的，其结构由不被经常修改的数据结构描述。q数据库中的数据是可以经常被修改的。数据库中某一时刻的数据称为该数 据库的

8、数据库状态，或称为数据库值（Occurrence），也可以称为数据库实 例（Instance）集合。在一个给定的数据库状态中，每一个模式结构都有其 自己的当前值集。每次对数据库中数据项的插入、删除和修改，都是将数 据库从一个状态改变到另一个状态。q区别数据库模式和数据库状态是重要的。当我们定义一个新数据库时，我 们仅仅只是对DBMS描述了数据库模式，这时的数据库状态是“空”，即没 有数据。当对数据库第一次装载时，就获得了数据库的“初始状态”。从此 以后，每个对数据库的更新操作都使其获得了数据库的另一个状态。 DBMS有责任保证每个数据库状态都是有效状态（Valid State）。也就是说 ，DBMS要保证新获得的状态中数据库模式的结构和语义限制说明都是正 确的。q对DBMS说明一个正确的模式极为重要。DBMS将模式存放在字典之中， DBMS的软件就可以在任何需要的时候引用该模式，获得对数据库中数据 的解释。模式有时也被称为内涵（Intension），而数据库状态被称为该模 式的外延（Extension）。Database Management System 数据独立性q数据库系统中，应

9、尽可能避免应用程序依赖于数据的情 况。这至少基于如下两条原因：不同的应用程序对相同的数据会从不同角度来看。DBA必须有权改变物理表示和访问技术以适应变化的需要而不 必改变现有的应用程序。q数据独立性：应用程序不会因物理表示和访问技术的改 变而改变。q数据独立性包括两个方面：物理独立性和逻辑独立性。Database Management System 数据模型q数据模型的三要素数据结构：对实体类型和实体间联系的表达和实现。数据操作：对数据库的检索和更新两类操作。数据的约束条件：给出数据及其联系所具有的制约和依赖规则 。这些规则用于限定数据库的状态及状态的变化，以保证数据 库中数据的正确、有效和安全。q概念模型实体联系模型（Entity Relationship Model，简记为ER模型）q三种主要的数据模型层次模型网状模型关系模型面向对象模型Database Management System 实体联系模型q实体联系模型直接从现实世界中抽象出实体类型和实体 间联系，然后用实体联系图（ER图）表示数据模型。设 计ER图的方法称为ER方法。qER图是直观表示概念模型的有力工具。在ER图中： 用矩形框表示实体集，框内写上实体名。 用椭圆形框表示属性，属性名写在框内，属性与实体集之间用 无向边连接。 用菱形框表示实体集之间的联系，菱形框内写上联系名。 用线段分别与有关实体集相连接，在线段边上标上联系的种类（ 1:m，m:n或1:1），若实体集之间的联系也具有属性，则把属性 和菱形边也用线段连接上。Database Management System 关系模型中的主要术语q关系模型：用二维表格结构来表示实体与实体间的联系的模型为

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