海南专升本数据库复习资料.docx
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海南专升本数据库复习资料
第一章绪论
1.1数据库系统概述
1.2数据模型
1.3数据库系统结构
1.4数据库系统的组成
1.5数据库技术的研究领域
1.6小结
1.1数据库系统概述
1.1.1数据库的地位
1.1.2四个基本概念
1.1.3数据管理技术的产生与发展
数据库的地位
数据库技术产生于六十年代末,是数据管理的最新技术,是计算机科学的重要分支
数据库技术是信息系统的核心和基础,它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透
数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志
1.1数据库系统概述
1.1.1数据库的地位
1.1.2四个基本概念
1.1.3数据管理技术的产生与发展
1.1.2四个基本概念
数据(Data)
数据库(Database)
数据库管理系统(DBMS)
数据库系统(DBS)
一、数据
数据(Data)是数据库中存储的基本对象
数据的定义
描述事物的符号记录
数据的种类
文字、图形、图象、声音
数据的特点
数据与其语义是不可分的
数据举例
学生档案中的学生记录
(李明,男,1972,江苏,计算机系,1990)
数据的形式不能完全表达其内容
数据的解释
语义:
学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间
解释:
李明是个大学生,1972年出生,江苏人,1990年考入计算机系
二、数据库(举例)
二、数据库(续)
人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后,应将其保存起来以供进一步加工处理,进一步抽取有用信息
数据库的定义
数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合
二、数据库(续)
数据库的特征
数据按一定的数据模型组织、描述和储存
可为各种用户共享
冗余度较小
数据独立性较高
易扩展
三、数据库管理系统
什么是DBMS
数据库管理系统(DatabaseManagementSystem,简称DBMS)是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。
DBMS的用途
科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据
DBMS的主要功能
数据定义功能
提供数据定义语言(DDL)
定义数据库中的数据对象
数据操纵功能:
提供数据操纵语言(DML)
操纵数据实现对数据库的基本操作
(查询、插入、删除和修改)
DBMS的主要功能
数据库的运行管理
保证数据的安全性、完整性、
多用户对数据的并发使用
发生故障后的系统恢复
数据库的建立和维护功能(实用程序)
数据库数据批量装载
数据库转储
介质故障恢复
数据库的重组织
性能监视等
四、数据库系统
什么是数据库系统
数据库系统(DatabaseSystem,简称DBS)是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。
在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。
数据库系统的构成
由数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、应用系统、数据库管理员(和用户)构成。
数据库系统(续)
数据库系统构成图示
参看教材page_5图1.1
数据库系统在计算机系统中的位置图示
参看教材page_5图1.2
1.1数据库系统概述
1.1.1数据库的地位
1.1.2四个基本概念
1.1.3数据管理技术的产生与发展
1.1.3数据管理技术的产生和发展
什么是数据管理
对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护,是数据处理的中心问题
数据管理技术的发展过程
人工管理阶段(40年代中--50年代中)
文件系统阶段(50年代末--60年代中)
数据库系统阶段(60年代末--现在)
数据管理技术的产生和发展(续)
数据管理技术的发展动力
应用需求的推动
计算机硬件的发展
计算机软件的发展
一、人工管理
时期
40年代中--50年代中
产生的背景
应用需求科学计算
硬件水平无直接存取存储设备
软件水平没有操作系统
处理方式批处理
人工管理(续)
特点
数据的管理者:
应用程序,数据不保存。
数据面向的对象:
某一应用程序
数据的共享程度:
无共享、冗余度极大
数据的独立性:
不独立,完全依赖于程序
数据的结构化:
无结构
数据控制能力:
应用程序自己控制
应用程序与数据的对应关系(人工管理)
二、文件系统
时期
50年代末--60年代中
产生的背景
应用需求科学计算、管理
硬件水平磁盘、磁鼓
软件水平有文件系统
处理方式联机实时处理、批处理
文件系统(续)
应用程序与数据的对应关系(文件系统)
文件系统中数据的结构
记录内有结构。
数据的结构是靠程序定义和解释的。
数据只能是定长的。
可以间接实现数据变长要求,但访问相应数据的应用程序复杂了。
文件间是独立的,因此数据整体无结构。
可以间接实现数据整体的有结构,但必须在应用程序中对描述数据间的联系。
数据的最小存取单位是记录。
三、数据库系统
时期
60年代末以来
产生的背景
应用背景大规模管理
硬件背景大容量磁盘
软件背景有数据库管理系统
处理方式联机实时处理,分布处理,批处理
数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪60年代末的三件大事:
1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS系统。
1969年美国CODASYL组织发布了DBTG报告,总结了当时各式各样的数据库,提出网状模型。
1970年美国IBM公司的E.F.Codd连续发表论文,提出关系模型,奠定了关系数据库的理论基础。
数据库系统(续)
特点
数据的管理者:
DBMS
数据面向的对象:
现实世界
数据的共享程度:
共享性高
数据的独立性:
高度的物理独立性和一定的
逻辑独立性
数据的结构化:
整体结构化
数据控制能力:
由DBMS统一管理和控制
应用程序与数据的对应关系(数据库系统)
数据的高共享性的好处
降低数据的冗余度,节省存储空间
避免数据间的不一致性
使系统易于扩充
数据独立性
物理独立性
指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。
当数据的物理存储改变了,应用程序不用改变。
逻辑独立性
指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。
数据的逻辑结构改变了,用户程序也可以不变。
数据结构化
整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。
数据库中实现的是数据的真正结构化
数据的结构用数据模型描述,无需程序定义和解释。
数据可以变长。
数据的最小存取单位是数据项。
DBMS对数据的控制功能
数据的安全性(Security)保护
使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据,保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。
数据的完整性(Integrity)检查
将数据控制在有效的范围内,或保证数据之间满足一定的关系。
DBMS对数据的控制功能
并发(Concurrency)控制
对多用户的并发操作加以控制和协调,防止相互干扰而得到错误的结果。
数据库恢复(Recovery)
将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。
程序和数据间的联系
文件系统阶段信息处理的传统方式
第一章绪论
1.1数据库系统概述
1.2数据模型
1.3数据库系统结构
1.4数据库系统的组成
1.5数据库技术的研究领域
1.6小结
数据模型
在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。
通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟
数据模型应满足三方面要求
能比较真实地模拟现实世界
容易为人所理解
便于在计算机上实现
数据模型(续)
数据模型分成两个不同的层次
(1)概念模型也称信息模型,它是按用户的观点来对数据和信息建模。
(2)数据模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等,它是按计算机系统的观点对数据建模。
数据模型(续)
客观对象的抽象过程---两步抽象
现实世界中的客观对象抽象为概念模型;
把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。
概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。
1.2数据模型
1.2.1数据模型的组成要素
1.2.2概念模型
1.2.3常用逻辑数据模型
1.2.4层次模型
1.2.5网状模型
1.2.6关系模型
1.2.1数据模型的组成要素
数据结构
数据操作
数据的约束条件
1.数据结构
什么是数据结构
对象类型的集合
两类对象
与数据类型、内容、性质有关的对象
与数据之间联系有关的对象
数据结构是对系统静态特性的描述
2.数据操作
数据操作
对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作及有关的操作规则
数据操作的类型
检索
更新(包括插入、删除、修改)
数据操作(续)
数据模型对操作的定义
操作的确切含义
操作符号
操作规则(如优先级)
实现操作的语言
数据操作是对系统动态特性的描述。
3.数据的约束条件
数据的约束条件
一组完整性规则的集合。
完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则,用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化,以保证数据的正确、有效、相容。
数据的约束条件(续)
数据模型对约束条件的定义
反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。
例如在关系模型中,任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。
提供定义完整性约束条件的机制,以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。
1.2.2概念模型
1.概念模型
2.信息世界中的基本概念
3.概念模型的表示方法
1.概念模型
概念模型的用途
概念模型用于信息世界的建模
是现实世界到机器世界的一个中间层次
是数据库设计的有力工具
数据库设计人员和用户之间进行交流的语言
对概念模型的基本要求
较强的语义表达能力,能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识
简单、清晰、易于用户理解。
2.信息世界中的基本概念
(1)实体(Entity)
客观存在并可相互区别的事物称为实体。
可以是具体的人、事、物或抽象的概念。
(2)属性(Attribute)
实体所具有的某一特性称为属性。
一个实体可以由若干个属性来刻画。
(3)码(Key)
唯一标识实体的属性集称为码。
信息世界中的基本概念(续)
(4)域(Domain)
属性的取值范围称为该属性的域。
(5)实体型(EntityType)
用实体名及其属性名集合来抽象和刻画
同类实体称为实体型
(6)实体集(EntitySet)
同型实体的集合称为实体集
信息世界中的基本概念(续)
(7)联系(Relationship)
现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界
中反映为实体内部的联系和实体之间的联系
实体型间联系
两个实体型一对一联系(1:
1)
三个实体型一对多联系(1:
n)
一个实体型多对多联系(m:
n)
两个实体型间的联系
数据联系的描述
两个实体型间的联系
一对一联系
如果对于实体集A中的每一个实体,实体集B中至多有一个实体与之联系,反之亦然,则称实体集A与实体集B具有一对一联系。
记为1:
1。
实例
班级与班长之间的联系:
一个班级只有一个正班长
一个班长只在一个班中任职
两个实体型间的联系(续)
一对多联系
如果对于实体集A中的每一个实体,实体集B中有n个实体(n≥0)与之联系,反之,对于实体集B中的每一个实体,实体集A中至多只有一个实体与之联系,则称实体集A与实体集B有一对多联系
记为1:
n
实例
班级与学生之间的联系:
一个班级中有若干名学生,
每个学生只在一个班级中学习
两个实体型间的联系(续)
多对多联系(m:
n)
如果对于实体集A中的每一个实体,实体集B中有n个实体(n≥0)与之联系,反之,对于实体集B中的每一个实体,实体集A中也有m个实体(m≥0)与之联系,则称实体集A与实体B具有多对多联系。
记为m:
n
实例
课程与学生之间的联系:
一门课程同时有若干个学生选修
一个学生可以同时选修多门课程
多个实体型间的联系(续)
多个实体型间的一对多联系
若实体集E1,E2,...,En存在联系,对于实体集Ej(j=1,2,...,i-1,i+1,...,n)中的给定实体,最多只和Ei中的一个实体相联系,则我们说Ei与E1,E2,...,Ei-1,Ei+1,...,En之间的联系是一对多的。
多个实体型间的联系(续)
实例
课程、教师与参考书三个实体型
如果一门课程可以有若干个教师讲授,使用若干
本参考书,每一个教师只讲授一门课程,每一本
参考书只供一门课程使用
课程与教师、参考书之间的联系是一对多的
多个实体型间的一对一联系
多个实体型间的多对多联系
同一实体集内各实体间的联系
一对多联系
实例
职工实体集内部具有领导与被领导的联系
某一职工(干部)“领导”若干名职工
一个职工仅被另外一个职工直接领导
这是一对多的联系
一对一联系
多对多联系
3.概念模型的表示方法
概念模型的表示方法很多
实体-联系方法(E-R方法)
用E-R图来描述现实世界的概念模型
E-R方法也称为E-R模型
E-R图
实体型
用矩形表示,矩形框内写明实体名。
E-R图(续)
属性
用椭圆形表示,并用无向边将其与相应的实体连接起来
E-R图(续)
联系
联系本身:
用菱形表示,菱形框内写明联系名,并用无向边分别与有关实体连接起来,同时在无向边旁标上联系的类型(1:
1、1:
n或m:
n)
联系的属性:
联系本身也是一种实体型,也可以有属性。
如果一个联系具有属性,则这些属性也要用无向边与该联系连接起来
联系的表示方法
联系的表示方法(续)
联系的表示方法示例
联系的表示方法示例(续)
联系属性的表示方法
实体联系模型(实例)
为仓库管理设计一个ER模型。
仓库主要管理零件的采购和供应等事项。
仓库根据需要向外面供应商订购零件,而许多工程项目需要仓库提供零件。
首先确定实体类型。
本问题有三个实体类型:
零件PART,工程项目PROJECT,零件供应商SUPPLIER。
确定联系类型。
PROJECT和PART之间是M:
N联系,PART和SUPPLIER之间也是M:
N联系,分别命名为P_P和P_S.
把实体类型和联系类型组合成ER图。
确定实体类型和联系类型的属性。
确定实体类型的键,在ER图中属于码的属性名下画一条横线。
1.2.3常用数据模型
非关系模型
层次模型(HierarchicalModel)
网状模型(NetworkModel)
数据结构:
以基本层次联系为基本单位
基本层次联系:
两个记录以及它们之间的一对多(包括一对一)的联系
常用数据模型(续)
关系模型(RelationalModel)
数据结构:
表
面向对象模型(ObjectOrientedModel)
数据结构:
对象
1.2数据模型
1.2.1数据模型的组成要素
1.2.2概念模型
1.2.3常用数据模型
1.2.4层次模型
1.2.5网状模型
1.2.6关系模型
1.2.4层次模型
1.层次数据模型的数据结构
2.层次数据模型的数据操纵
3.层次数据模型的与完整性约束
4.层次数据模型的存储结构
5.层次数据模型的优缺点
6.典型的层次数据库系统
1.层次数据模型的数据结构
层次模型
满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。
1.有且只有一个结点没有双亲结点,这个结点称为根
结点
2.根以外的其它结点有且只有一个双亲结点
层次模型中的几个术语
根结点,双亲结点,兄弟结点,叶结点
层次数据模型的数据结构(续)
层次数据模型的数据结构(续)
表示方法
实体型:
用记录类型描述。
每个结点表示一个记录类型。
属性:
用字段描述。
每个记录类型可包含若干个字段。
联系:
用结点之间的连线表示记录(类)型之间的
一对多的联系
实例:
教员-学生数据模型(P23)
层次数据模型的数据结构(续)
特点
结点的双亲是唯一的
只能直接处理一对多的实体联系
每个记录类型定义一个排序字段,也称为码字段
任何记录值只有按其路径查看时,才能显出它的全部意义
没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在
层次数据模型的数据结构(续)
多对多联系在层次模型中的表示
用层次模型间接表示多对多联系
方法
将多对多联系分解成一对多联系
分解方法
冗余结点法
虚拟结点法
2.层次模型的数据操纵
查询
插入
删除
更新
3.层次模型的完整性约束
无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值
如果删除双亲结点值,则相应的子女结点值也被同时删除
更新操作时,应更新所有相应记录,以保证数据的一致性
4.层次数据模型的存储结构
邻接法
按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次邻接存
放,即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序
链接法
用指引元来反映数据之间的层次联系
子女-兄弟链接法P26
层次序列链接法P26
5.层次模型的优缺点
优点
层次数据模型简单,对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观,容易理解
性能优于关系模型,不低于网状模型
层次数据模型提供了良好的完整性支持
缺点
多对多联系表示不自然
对插入和删除操作的限制多
查询子女结点必须通过双亲结点
层次命令趋于程序化
6.典型的层次数据库系统
IMS数据库管理系统
第一个大型商用DBMS
1968年推出
IBM公司研制
第一章绪论
1.1数据库系统概述
1.2数据模型
1.3数据库系统结构
1.4数据库系统的组成
1.5数据库技术的研究领域
1.6小结
1.2数据模型
1.2.1概念模型
1.2.2数据模型的组成要素
1.2.3最常用的数据模型
1.2.4层次模型
1.2.5网状模型
1.2.6关系模型
1.2.5网状模型
1.网状数据模型的数据结构
2.网状数据模型的数据操纵
3.网状数据模型的完整性约束
4.网状数据模型的存储结构
5.网状数据模型的优缺点
6.典型的网状数据库系统
1.网状数据模型的数据结构
网状模型
满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。
1.允许一个以上的结点无双亲;
2.一个结点可以有多于一个的双亲。
网状数据模型的数据结构
网状数据模型的数据结构(续)
表示方法(与层次数据模型相同)
实体型:
用记录类型描述。
每个结点表示一个记录类型。
属性:
用字段描述。
每个记录类型可包含若干个字段。
联系:
用结点之间的连线表示记录(类)型之
间的一对多的父子联系。
网状数据模型的数据结构(续)
特点
只能直接处理一对多的实体联系
每个记录类型定义一个排序字段,也称为码字段
任何记录值只有按其路径查看时,才能显出它的全部意义
网状数据模型的数据结构(续)
网状模型与层次模型的区别
网状模型允许多个结点没有双亲结点
网状模型允许结点有多个双亲结点
网状模型允许两个结点之间有多种联系(复合联系)
网状模型可以更直接地去描述现实世界
层次模型实际上是网状模型的一个特例
网状数据模型的数据结构(续)
多对多联系在网状模型中的表示
用网状模型间接表示多对多联系
方法
将多对多联系直接分解成一对多联系
2.网状模型的数据操纵
查询
插入
删除
更新
3.网状数据模型的完整性约束
网状数据库系统(如DBTG)对数据操纵加
了一些限制,提供了一定的完整性约束
码
双亲结点与子女结点之间是一对多联系
属籍类别
加入类别(自动的,手工的)
移出类别(固定的,必须的,随意的)
3.网状数据模型的完整性约束
完整性约束条件
允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值
允许只删除双亲结点值
4.网状数据模型的存储结构
关键
实现记录之间的联系
常用方法
单向链接
双向链接
环状链接
向首链接
例:
P29
5.网状模型的优缺点
优点
能够更为直接地描述现实世界,如一个结点可以有多个双亲
具有良好的性能,存取效率较高
缺点
结构比较复杂,而且随着应用环境的扩大,数据库的结构就变得越来越复杂,不利于最终用户掌握
DDL、DML语言复杂,用户不容易使用
6.典型的网状数据库系统
DBTG系统,亦称CODASYL系统
由DBTG提出的一个系统方案
奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术
70年代推出
实际系统
CullinetSoftwareInc.公司的IDMS
Univac公司的DMS1100
Honeywell公司的IDS/2
HP公司的IMAGE
1.2数据模型
1.2.1概念模型
1.2.2数据模型的组成要素
1.2.3最常用的数据模型
1.2.4层次模型
1.2.5网状模型
1.2.6关系模型
1.2.6关系模型
1.关系数据模型的数据结构
2.关系数据模型的操纵
3.关系数据模型的完整性约束
4.关系数据模型的存储结构
5.关系数据模型的优缺点
6.典型的关系数据库系统
关系模型
最重要的一种数据模型。
也是目前主要采用的数据模型
1970年由美国IBM公司SanJose研究室的研究员E.F.Codd提出
本课程的重点
关系数据模型的数据结构
在用户观点下,关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表,它由行和列组成。
关系模型的基本概念
关系(Relation)
一个关系对应通常说的一张表。
元组(Tuple)
表中的一行即为一个元组。
属性(Attribute)
表中的一列即为一个属性,给每一个属性起一个名称即属性名。
关系模型的基本概念
主码(Key)
表中的某个属性组,它可以唯一确定一个元组。
域(Domain)
属性的取值范围。
分量
元组中的一个属性值。
关系模式
对关系的描述
关系名(属性1,属性2,…,属性n)
学生(学号,姓名,年龄,性别,系,年级)
关系数据模型的数据结构(续)
实体及实体间的联系的表示方法
实体型:
直接用关系(表)表示。
属性:
用属性名表示。
一对一联系:
隐含在实体对应的关系中。
一对多联系:
隐含在实体对应的关系中。
多对多联系:
直接用关系表示。
关系数据模型的数据结构(续)
例1
学生、系、系与学生之间的一对多联系:
学生(学号,姓名,年龄,性别,系号,年级)
系(系号,系名,办公地点)
例2
系、系主任、系与系主任间的一对一联系
关系数据模型的数据结构(续)
例3
学生、课程、学生与课程之间的多对多联系:
学生(学号,姓名,年龄,性别,系号,年级)
课程(课程号,课程名,学分)
选修(学号,课程号,成绩)
关系数据模型的数据结构(续)
关系必须是规范化的,满足一定的规范条件
最基本的规范条件:
关系的每一个分量必须是一个不
可分的数据项
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