數(shù)據(jù)庫原理Miaoluzeng IBM全球服務(wù)部GDC

電話:86-151.5807.2741第1章數(shù)據(jù)庫概論理解對(duì)數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及關(guān)系、關(guān)系模型、關(guān)系數(shù)據(jù)庫等基本概念理解的情況?！局R(shí)點(diǎn)】

1．上述常用的數(shù)據(jù)庫術(shù)語。

2．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)。

3．關(guān)系、屬性、元組和鍵碼。

4．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行的大致過程。硬件（速度、存儲(chǔ)器技術(shù)）軟件（OS、DBMS，etc.)生產(chǎn)需求促進(jìn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷階段： 人工管理階段 文件系統(tǒng)階段 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.11人工管理階段在50年代中期以前：基礎(chǔ)技術(shù)：沒有直接存儲(chǔ)設(shè)備（卡片）；沒有基本操作系統(tǒng)；應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)管理沒有納入計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理的范疇。應(yīng)用程序中所使用數(shù)據(jù)均由應(yīng)用程序自身管理。

特點(diǎn)：1、數(shù)據(jù)不保存，2、數(shù)據(jù)量較少3、沒有軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理1.1.12文件系統(tǒng)階段在50年代后期——60年代中期：基礎(chǔ)技術(shù)：出現(xiàn)直接存儲(chǔ)設(shè)備：磁盤的出現(xiàn)?；静僮飨到y(tǒng)概念的建立，實(shí)現(xiàn)了抽象的文件系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域：擴(kuò)展到信息管理,解決了應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)之間的一個(gè)公共接口的問題。特點(diǎn)（優(yōu)/缺）：數(shù)據(jù)可長期保存，按名訪問（磁介質(zhì)）由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)（OS負(fù)責(zé)管理文件）數(shù)據(jù)共享性差、冗余度大（文件——應(yīng)用）數(shù)據(jù)獨(dú)立性差（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變，程序也須變）1.1.13數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段在60年代后期：基礎(chǔ)技術(shù)：大容量直接存儲(chǔ)設(shè)備,硬件價(jià)格下降，應(yīng)用開發(fā)（軟件）價(jià)上升應(yīng)用領(lǐng)域： 管理大量數(shù)據(jù)，聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理為特點(diǎn)的大型數(shù)據(jù)管理

1.1.13數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化(數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)的根本區(qū)別）

實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用和數(shù)據(jù)的真正分離;

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式（模式）可滿足不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)管理要求數(shù)據(jù)共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制1.1.14數(shù)據(jù)庫的未來會(huì)在哪里人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之后？數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的未來呢？大家在使用各類軟件時(shí)候有沒有發(fā)現(xiàn)不方便的地方呢？比如：QQ、MSN、BBS等的個(gè)人信息

1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.2.1數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)概念數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)概念：數(shù)據(jù)庫技術(shù)中的名詞：DB、DBMS、DBS。其概念是不同的，要分清

1.2.11數(shù)據(jù)①數(shù)據(jù)—DataConcept:描述事物的符號(hào)記錄。 數(shù)據(jù)！=數(shù)字（一種形式）形式：數(shù)值、文字、圖形、圖像、聲音等。信息(information)

通過各種方式傳播的能被感受的聲音、文字、圖像、符號(hào)等所表征的某一特定事物的消息、情報(bào)或知識(shí),信息具有社會(huì)屬性。1.2.11數(shù)據(jù)②數(shù)據(jù)意義的演變質(zhì)的規(guī)定方面數(shù)據(jù)的使用由簡單→集成(文件→數(shù)據(jù)庫)

數(shù)據(jù)的服務(wù)范圍由私有→共享用戶:個(gè)體→多用戶量的刻化方面小量→大量→海量所處地位方面附屬地位→主導(dǎo)地位1.2.12數(shù)據(jù)庫—DataBase(DB)數(shù)據(jù)庫是這樣的數(shù)據(jù)集合：持久性長期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)

＝＝>長期使用、保障安全

組織性有組織的管理，具有較小的冗余

＝＝>有效管理，數(shù)據(jù)獨(dú)立性

共享性可共享的，多個(gè)用戶可以對(duì)包含的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享

＝＝>并發(fā)控制，權(quán)限控制等1.2.13數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)—DataBaseManagementSystem(DBMS）數(shù)據(jù)定義功能（DDL）數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)操縱能力（DML）數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理和運(yùn)行管理數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能軟件系統(tǒng)1.2.13數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，為用戶或應(yīng)用程序提供訪問DB的方法，包括DB的建立、查詢、更新及各種數(shù)據(jù)控制。DBMS總是基于某種數(shù)據(jù)模型，可以分為層次型、網(wǎng)狀型、關(guān)系型、面向?qū)ο笮虳BMS。

注意：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是為數(shù)據(jù)庫的建立，使用和維護(hù)而配置的軟件，它建立在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，用戶使用的各種數(shù)據(jù)庫命令以及應(yīng)用程序的執(zhí)行，都要通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還承擔(dān)著數(shù)據(jù)庫的維護(hù)工作，按照DBA所規(guī)定的要求，保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性，遇到故障后的恢復(fù)。1.2.13數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS）1.2.14數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)—DatabaseSystem(DBS)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，通常由：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)人員(管理員、用戶)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBOSDBMSAppU1U2UnDBA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成：DBS中的人員（主要有4類）系統(tǒng)分析師和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)員（SA方向）：系統(tǒng)分析師負(fù)責(zé)應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明，與用戶和DBA一起確定系統(tǒng)的硬件配置，并參與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的確定、數(shù)據(jù)庫各級(jí)模式的設(shè)計(jì)。應(yīng)用程序員（我）：負(fù)責(zé)編寫使用數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序（增刪改查等）。最終用戶（數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘方向）：利用系統(tǒng)的接口或查詢語言訪問數(shù)據(jù)庫。*數(shù)據(jù)庫管理員DataBaseAdministrator（DBA方向）：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫總體信息控制。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位：

DBMS

操作系統(tǒng)

硬件應(yīng)用開軟具件應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)工如圖：1.3數(shù)據(jù)模型計(jì)算機(jī)無法直接處理現(xiàn)實(shí)事物需要將現(xiàn)實(shí)事物轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以理解的數(shù)據(jù)作用：

1）用來抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中數(shù)據(jù)和信息的工具；

2）是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬要求：較真實(shí)模擬現(xiàn)實(shí)世界易于理解（人的角度）易于實(shí)現(xiàn)（計(jì)算機(jī)的角度）1.3.1兩類數(shù)據(jù)模型（DataModel)分類：概念模型（信息模型）-------用戶角度的信息建模---數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)（ER模型）基本數(shù)據(jù)模型-----計(jì)算機(jī)角度信息的數(shù)據(jù)建模---用于DBMS的實(shí)現(xiàn)1.3.2數(shù)據(jù)模型的組成三要素組成三要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：對(duì)實(shí)體類型和實(shí)體間聯(lián)系的表達(dá)和實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)操作：允許執(zhí)行的操作。主要：檢索和更新數(shù)據(jù)的約束條件：完整性規(guī)則的集合。（給定模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。1.3.3概念模型(信息世界)現(xiàn)實(shí)世界(認(rèn)識(shí)抽象)信息世界(概念模型)

機(jī)器世界(01)Realityinformation(Data)Computer

某人（姓名，性別，年齡…）01010010概念模型：現(xiàn)實(shí)世界的第一層抽象，不涉及信息在計(jì)算機(jī)中的表示問題，只把現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)化為信息實(shí)質(zhì)：是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界抽象后的信息建模，以便向機(jī)器世界過渡。作用：1）設(shè)計(jì)人員的有力工具；2）易于用戶理解，便于和用戶交流；

3）為下一步數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

1.3.31信息世界中的基本概念（1）實(shí)體(Entity)：客觀存在的可區(qū)別的事物。例：學(xué)生，公司，國家etc.（2）屬性（Attribute):實(shí)體所具有某一特征，描述、表達(dá)、界定實(shí)體。例：（身份證號(hào)，姓名，性別，年齡…）（3）碼（Key):唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集。例:身份證號(hào)（4）域（Domain):屬性的取值范圍。身份證號(hào)--15位，性別：男/女1.3.31信息世界中的基本概念（5）實(shí)體型（EntityType)：用實(shí)體名及屬性名集合來抽象和刻劃的同類實(shí)體。例：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)，入學(xué)時(shí)間）；公司（ID，name,type,capital,memo)（6）實(shí)體集(EntitySet):同型實(shí)體的集合。（7）聯(lián)系（Relationship):實(shí)體型之間或?qū)嶓w內(nèi)部（屬性）的聯(lián)系。1.3.32實(shí)體型之間的聯(lián)系分類：一對(duì)一（1：1）例：班級(jí)-----班長，國家----總統(tǒng)一對(duì)多（1：n）例：班級(jí)-----學(xué)生多對(duì)多（m：n）例：學(xué)生------課程1.3.33兩個(gè)以上的實(shí)體型之間的聯(lián)系分類：一對(duì)一一對(duì)多例：一門課程可有若干個(gè)教師講授，使用若干本參考書，每一個(gè)教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用。多對(duì)多例：一個(gè)供應(yīng)商可供給多個(gè)項(xiàng)目多種零件，而每個(gè)項(xiàng)目可使用多個(gè)供應(yīng)商供應(yīng)的零件，每種零件可由不同的供應(yīng)商提供。課程講授教師參考書供應(yīng)商供應(yīng)1mn項(xiàng)目零件mnp1.3.34單個(gè)實(shí)體型內(nèi)的聯(lián)系同一個(gè)實(shí)體集內(nèi)的各實(shí)體之間也可以存在一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的聯(lián)系。例如：我們班有多名學(xué)生組成一個(gè)實(shí)體集“學(xué)生”，在我們學(xué)生里一名班長，班長直接領(lǐng)導(dǎo)我們其余所有同學(xué)。1.3.35概念模型表示方法Entity-RelationshipApproachE-R模型三要素：實(shí)體、屬性、聯(lián)系實(shí)體——矩形表示，框內(nèi)為實(shí)體名；屬性——橢圓表示，以無向邊和實(shí)體相連；聯(lián)系——菱形表示，框內(nèi)聯(lián)系名，側(cè)注聯(lián)系類型。繼續(xù)我們班有多名學(xué)生組成一個(gè)實(shí)體集“學(xué)生”，在我們學(xué)生里一名班長，班長直接領(lǐng)導(dǎo)我們其余所有同學(xué)。班長學(xué)生1m領(lǐng)導(dǎo)學(xué)生學(xué)生1m領(lǐng)導(dǎo)學(xué)生1m領(lǐng)導(dǎo)1.3.4最常用的數(shù)據(jù)模型層次模型（HierarchicalModel)網(wǎng)狀模型(NetworkModel)關(guān)系模型(RelationalModel)面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel)對(duì)象關(guān)系模型（ObjectRelationModel)

前兩種為非關(guān)系模型。由于數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中核心和重要地位，通常將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)依其所用的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分類。1.3.51層次模型—數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IMS層次模型用樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：1）有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，即為根結(jié)點(diǎn)2）根結(jié)點(diǎn)以外的其它結(jié)點(diǎn)，有且僅有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)兄弟結(jié)點(diǎn)（Twin,Sibling)：同一雙親的子女結(jié)點(diǎn)；葉結(jié)點(diǎn)：沒有子女的結(jié)點(diǎn)；1.3.51層次模型—數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IMS（續(xù)）

Ｒ1

根結(jié)點(diǎn)

Ｒ2

兄弟結(jié)點(diǎn)

Ｒ3

葉結(jié)點(diǎn)

Ｒ4

兄弟結(jié)點(diǎn)

Ｒ5

葉結(jié)點(diǎn)

葉結(jié)點(diǎn)1.3.52層次模型的數(shù)據(jù)操縱和完整性約束數(shù)據(jù)操縱：查詢、插入、刪除和更新；完整性約束：查詢時(shí)先訪問雙親，插入時(shí)沒有相應(yīng)的雙親即不能插入子女結(jié)點(diǎn)；刪除雙親，子女也被刪除；更新時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。1.3.53層次模型優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)：1）簡單；2）聯(lián)系固定的一對(duì)多，性能優(yōu)于關(guān)系；3）良好的完整性支持；（4）命令少，易使用缺：1）多對(duì)多的聯(lián)系處理難；2）插入刪除限制多；3）查詢子女結(jié)點(diǎn)須經(jīng)過雙親結(jié)點(diǎn)，4）隨機(jī)查找效率低。1.3.6網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1）允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親；2）一個(gè)結(jié)點(diǎn)可有多于一個(gè)雙親；3）兩結(jié)點(diǎn)有多種聯(lián)系數(shù)據(jù)操縱：查詢、插入、刪除和修改完整性約束：依DBMS而定，一般提供一定的完整性約束網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)：網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)：1）可描述復(fù)雜的現(xiàn)象；2）較好性能，存取效率高；缺：1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利用戶掌握；2）DDL、DML復(fù)雜，不易用；3）應(yīng)用開發(fā)困難。1.3.7關(guān)系模型最重要的數(shù)據(jù)模型，1970年美國IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.Codd首次提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系模型，為數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)，他于1981年獲得ACM圖靈獎(jiǎng)1.2.71關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念之上；在用戶看來，為一二維表，由行和列組成；實(shí)體和實(shí)體間的聯(lián)系都用關(guān)系來表示；關(guān)系是規(guī)范化的，每一分量為原子量；操作的數(shù)據(jù)和結(jié)果都是關(guān)系（元組的集合）1.3.71關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束關(guān)系模型操縱：查，插，刪，修。完整性約束：實(shí)體完整性，參照完整性；用戶自定義完整性。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：邏輯上用表存儲(chǔ)，表對(duì)應(yīng)一個(gè)操作系統(tǒng)文件（物理上）例：表頭；記錄1，記錄2，…,記錄n,結(jié)束標(biāo)志1.3.72關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)：1）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；2）概念單一（關(guān)系）；3）存取路徑透明，具有數(shù)據(jù)獨(dú)立性，安全保密性；4）簡化應(yīng)用開發(fā)。