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数据库基本原理

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Microsoft PowerPoint PPT 演示文稿文档大小：355KB

第2章数据库基本原理本章主要内容数据库系统介绍数据库系统定义和组成数据库的三级模式数据库管理系统数据库安全保护数据模型
2.1 数据库系统介绍
1,数据与信息的概念1)数据数据是指存储在某一媒体上可加以鉴别的符号.
数据的概念包括以下两部分:数据内容是事物特性的反映或描述.符号指数字,字母、文字,图形,图像,声音等
举例:学生档案中的学生记录(李明,男,1972,江苏,计算机系,1990)2)信息信息是来自于现实世界事物的存在方式或运动形态的集合,是人们进行各种活动所需要的知识,是数据加工的结果.
3)数据与信息的关系数据是承载信息的载体.信息是经过加工处理的数据,是对客观世界的认识,是知识.
2,计算机数据管理的发展1)人工管理阶段数据与处理数据的程序密切相关;数据不做长期保存;数据是依附于计算机程序或软件.
应用程序A1应用程序A2应用程序An数据集S1数据集S2数据集Sn2)文件系统阶段程序与数据有了一定的独立性,程序和数据分开存储,具有程序文件和数据文件的各自属性;数据文件可以长期保存,但数据冗余度大;缺乏数据独立性;不集中管理数据.
文件系统3)数据库系统阶段基本实现了数据共享、减少了数据冗余;采用特定的数据模型;具有较高的数据独立性;有统一的数据控制和管理功能.
数据库管理系统数据库4)分布式数据库系统阶段分布式数据库在逻辑上是一个整体,地理分布在不同位置的数据集合,是计算机网络环境下各个局部数据库的逻辑集合,受分布式数据库管理系统的控制和管理.其特点如下:
(1)分布透明性;
(2)局部自治与集中控制相结合;
(3)高可靠性和可用性;
(4)高效率和灵活性.
3 数据库系统定义和组成1)定义数据库系统(DBS)是指安装和使用了数据库技术的计算机系统;
包括:硬件系统,数据库,数据库管理系统,软件,DBA数据库(DB)是长期保存在计算机系统中的,有组织的,可以被共享的数据集合.
数据库管理系统(DBMS) 是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件,它负责数据库在建立,使用和维护时的统一管理,统一控制;使用户可以方便的定义数据和操纵数据,并保证数据的安全性,完整性,并发控制和系统的恢复.
2)数据库系统的组成3) 数据库系统的三级模式
数据库系统的三级模式:模式,外模式和内模式;
与之对应的是数据库的三级结构:全局逻辑结构,局部逻辑结构和物理存储结构.
全局逻辑结构是数据库中所有信息的集合一个数据库只有一个模式局部逻辑结构是数据库中部分信息一个数据库可以有多个外模式物理存储结构是数据保存的方法和介质一个数据库只有一个内模式
模式之间的关系:
数据独立性:数据的物理独立性模式和内模式的映射保证物理独立性,即数据的存储结构发生改变,保持逻辑结构不变,从而保证应用程序不变.
数据的逻辑独立性模式和外模式的映射保证逻辑独立性,即当全局逻辑结构改变时,保持局部逻辑结构不变,从而保证应用程序不变.
4) 数据库管理系统功能
数据库的定义功能:定义数据库中的对象数据操纵功能数据的查询,增加,删除,修改数据库运行控制功能完整性控制,并发操作,安全性控制,数据库的恢复数据字典存储有关数据的数据(元数据)
4, 数据库的保护1)数据的完整性控制
域完整性控制:是数据库的表中某个特定字段允许的数据元素的类型和范围.
关联完整性控制:规定的约束条件以防止对数据进行增,删,改操作时,破坏本身及其它相关数据的完整性,或产生不良影响、2)并发控制数据库的并发能力是指多用户在同一时间对相同数据同时访问的能力.
如果一个数据库是多个用户的,那么DBMS必须对多用户的并发操作加以控制,协调、以保证数据的准确性.
4, 数据库安全保护3) 数据的安全性控制数据安全性分为系统安全和环境安全两大类.4) 数据库恢复为使数据库具有可恢复性,一旦被破坏或丢失,可以使用保存的副本来恢复、所以基本原则就是保存备份的副本.
5 数据模型数据模型是工具,是用来抽象,表示和处理现实世界中的数据和信息的工具.
(1)现实世界人们管理的对象存于现实世界中、现实世界的事物及事物之间存在着联系,这种联系是客观存在的,是由事物本身的性质决定的.
举例:医院的医疗管理系统中有医生,患者、专科等构成元素,医生为患者诊疗,患者被送到不同科室诊治,医生,患者、专科是相互关联的.
1)三个世界的概念(2)概念世界概念世界是现实世界在人们头脑中的反映,是对客观事物及其联系的一种抽象描述,从而产生概念模型.
举例,对医生的描述包括姓名、性别、专长,电话、职称等不同项目.
术语:
实体:把客观存在并且可以相互区别的事物-实体可以是实际事物,也可以是抽象事件,例如一个医生记录.
实体集:同一类实体的集合称为实体集.例如,全体医生的记录构成一个完整的医生表,是一个实体集.
属性:描述实体的特性称为属性.例如,医生的编号,姓名、性别、职称,科室等.
关键字:如果某个属性或属性组合的值能唯一地标识出实体集中的每一个实体,可以选作关键字,例如,医生编号是唯一标识医生的不相重复信息,可选作关键字.
联系:实体集之间的对应关系称为联系,反映现实世界事物之间的相互关联.
(3)数据世界存入计算机系统的数据是将概念世界中的事物数据化的结果.为了准确地反映事物本身及事物之间的各种联系,数据库表中的数据一定存在一个结构,用数据模型表示结构.
数据模型将概念世界中的实体及实体间的联系进一步抽象为便于计算机处理.
2) E-R图E-R图也被称为E-R模型(实体联系模型),是描述概念世界、建立概念模型的实用工具.
E-R图包括三个要素:
实体(型):用矩形框表示、框内标注实体名称
属性:用椭圆形表示、并用连线与实体连接起来.
实体之间的联系:用菱形框表示、框内标注联系名称,并用连线将菱形框分别与有关实体相连,并在连线上注明联系类型.
学生学号年龄性别姓名
3)关系的三种类型:
一对一联系(1:1)例如,学校与校长之间是一对一的关系.
一对多联系(1:n)例如,一个学校和学生之间是一对多的关系.
多对多联系(m:n)例如,学生与所选修的课程之间存在多对多的关系.两个实体型间的联系实体型1联系名实体型2
1:1联系mn
m:n联系
1:n联系E-R图举例实体和属性实体和联系班级班级-班长班长课程选修组成职工领导
1
同一实体型内部的1:n联系讲授教师
1
多个实体型间的1:n联系参考书
课堂练习1:
有学生,专业,院系3个实体,学生有学号,姓名、性别、专业等属性,专业有专业代码、专业名称,负责人、所属院系等属性,院系有院系代码、院系名称,院长等属性,一个学生只属于一个专业,一个专业可以有多个学生,一个专业只属于一个院系,一个院系设置多个专业,试画出E-R图.
属于专业院系4)模型类型层次模型网状模型关系模型(1)层次模型(树型层次结构)有且仅有一个结点无父结点、此结点是根结点、例如,在大学数据模型中的校长;
其它结点有且仅有一个父结点、比如,校长下属的学院院长,他们的父接点就是大学校长;
适合于表示一对多的联系,比如,一个校长下属若干院长.
(2)网状模型允许结点有多于一个的父结点、可以有一个以上的结点无父结点.网状模型适用于表示多对多的联系,例如,供应商与项目,项目与库存间的关系等都是M:N的关系.
(3)关系模型一个关系的逻辑结构是一张二维的表,二维表的形式表示实体和实体之间联系的数据模型称为关系数据模型.
关系在磁盘上以文件形式存储,每个字段对应表的一列,每个记录是表中的一行.
主任医师李可茹副主任医师吴星智王西平医师李颦王林刘晓牙科李博特长科室编号职称医生编号关系和表术语(1)关系一个关系是一张二维表,每个关系有一个关系名.在计算机里、一个关系可以存储为一个数据库文件的表,例如,医生表或患者表.
元组表中的行称为元组.一行是一个元组,对应表中的一个记录.术语(2)属性表中的列称为属性,每一列有一个属性名、对应数据表中的一个字段,例如医生编号,姓名、职称等字段.
域属性的取值范围,即不同元组对同一个属性的取值所限定的范围.例如,在患者表女或男是性别的取值范围,对应性别字段的一个域.
取值范围(男,女)域术语(3)候选码如果某个属性的值能唯一地标识一个元组,就称其为候选码做;在关系的多个候选码中、选择一个作为主键-主关键字,作为表中的主键.主键的属性被称做主属性.
外键定义F是基本关系R的一个或一组属性,但不是关系R的候选码、如果F与基本关系S的主键Ks相对应、则称F是基本关系R的外键.
主键外键
课堂练习2:有医生和科室两个表,说明医生表中有多少元组,多少属性,医生表的主键是,科室表的主键是,哪个属性可以作为哪个表的外键,为什么内科皮肤呼吸外科科室名称术语(4)关键字属性或属性组合,其值能够唯一地标识一个元组.比如,医生表中的医生编号字段,患者表中的患者病历号都唯一地表示一名医生,一名患者、那么它们都可以作为记录的关键字.
关系模式
对关系的描述称为关系模式,其格式为:关系名(属性1,属性2,属性N).一个关系模式对应一个关系的结构.
关系数据模型的操作和完整性约束关系模型的操作主要包括查询,插入,删除和修改数据等.操作必须参照数据的完整性约束条件.关系数据模型的存储结构在关系模型中实体与实体的联系都用表来表示.5)常用关系运算选择选择运算是从关系中找出满足给定条件的那些元组(记录)的运算.其中、条件是以逻辑表达式形式给出的,取值为真的元组将被选取.
运算是从水平方向选取满足条件的元组.例如,从学生数据库中找到所有金融系的学生记录,记录是在水平方向被读取的.
投影从关系模式中挑选若干属性组成新的关系的运算是投影运算.投影运算是从列(字段)的角度进行运算,相当于对关系进行垂直分解.
例如,从学生表中选择几个字段学号,姓名、专业和班级生成一个新的关系.
联接联接运算是将两个关系模式通过共有的属性名拼接成一个更宽的关系模式的运算.生成的新关系中包含满足联接条件的元组.
运算过程是通过联接条件来控制的,联接条件中将出现两个关系中的公共属性名、也可以是具有相同语义、可比的属性.
例如,将学生的基本信息表与成绩表通过学号连接.
课堂练习2:有医生和科室两个表,说明下列操作涉及哪些关系运算:
(1) 查询所有主任医师的信息(2)查询医生的姓名和职称(3)查询所有主任医师的姓名和科室(4)查询所有医生的姓名和科室名称自然联接自然联接要求在两个关系中进行比较的字段必须是相同的属性组,并且在结果中把重复的属性列去掉.它是去掉重复属性的等值联接,它是属于联接运算的一个特例,是最常用的联接运算,在关系运算中起着重要作用.
例如,把两个相关数据表合并为一、其中一个表是医生基本信息,另一个表是工资管理的基本信息,公共属性是的人员编号,可以通过联接把两个表合并.
本章小结对于数据库系统首先掌握其定义和组成.数据库的三种模式对应了数据库的结构,模式,内模式和外模式分别是数据库的全局逻辑结构,物理结构和局部逻辑结构.
数据模型有三种、分别是网状,层次和关系型的.关系型数据库涉及到关系和关系模式,模式是静止的,关系是关系模式某一时刻的取值,是动态的.
关系型数据库中、完整性是很重要的,从三个方面考虑完整性,一是实体完整性,二是参照完整性,第三是用户定义完整性.
关系代数是关系数据库操作的理论基础、尤其是选择,投影和连接运算.
下课了.休息一会儿.

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