数据库原理教学内容讲稿.docx

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数据库原理教学内容讲稿

《数据库原理》教学内容讲稿

数据库的产生

1．1963年美国Honeywell公司的IDS（IntegratedDataStore）

2.1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS数据库系统（1969年形成产品）

3．1969年美国CODASYL（ConferenceOnDataSystemLanguage，数据库系统语言协会）组织的数据库任务组（DBTG）发表关于网状模型的DBTG报告（1971正式通过）

4．1970年，IBM公司的E.F.Codd发表论文提出关系模型。

第一章绪论

§1．1数据库系统概述

一．基本概念

1．数据（Data）

描述事物的符号记录称为数据。

例如：

声音、图象、文字、图形等。

数据库中以记录为单位，同时加语义。

列如：

学生，其记录特征为：

XH（学号），XM（姓名），AGE（年龄）

信息=数据+处理

2．数据库（DataBase，简称DB）

数据库是存放数据的仓库，在这个仓库中的数据是按照一定格式存放的。

3．数据库管理系统（DataBaseManagementSystem简称DBMS）

（1）DDL

数据定义语言，英文全称：

DataDefinitionLanguage

定义数据库中对象的，对象有：

基本表，索引、视图，游标、触发器等

（2）DML

数据操纵语言，英文全称：

DataManipulationLanguage

实现对数据库的操作。

主要有：

查询、插入、删除、修改

（3）DCL

数据控制语言，英文全称：

DataControlLanguange

授权、回收权限命令

（4）TCL

事务控制语言，英文全称：

TransactionControlLanguage

（5）数据库的运行管理

（6）数据库的建立和维护

4．数据库系统（DataBaseSystem,简称DBS）

数据库系统是指在计算机系统引入数据库后的系统。

包括：

计算机，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。

二．数据管理技术的产生和发展

1．手工阶段

计算机产生以前的阶段。

2．人工阶段（1946-1956）

硬件：

无直接存取设备磁盘，只有卡片、纸带和磁带等顺序存取设备软件：

无OS

（1）数据不保存

（2）应用程序管理数据

（3）数据不共享

（4）数据不具有独立性

…………

P1，P2，Pn为应用程序,D1，D2，Dn应用程序所对应的数据集

2．文件系统阶段（1956-1966）

硬件：

有磁盘、慈鼓等直接存取设备软件：

有OS

（1）数据可以长期保存

（2）由文件系统管理数据

（3）数据共享性差、冗余度大

（4）数据独立性差

D1

D2

…………

Dn

P1,P2,Pn为应用程序,f1,f2,fn为文件

3．数据库系统（20世纪60年代后期）

硬件有大容量磁盘，价格下降；软件价格上升；处理方式要求分布处理和多用户

（1）数据结构化

数据本身的结构和数据之间的联系称为数据结构化

（2）数据的共享性高，冗余度低，易扩充

数据不一致性是指同一数据不同拷贝的值不一样

（3）数据独立性高

数据物理独立性和数据逻辑独立性

（4）数据由DBMS统一管理和控制

1）数据的安全性保护

2）数据的完整性

3）并发控制

4）数据库恢复

……

数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集合。

它可以供各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。

DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对系统进行恢复。

§1．2数据模型

一．模型

1．概念模型

2．数据模型

3．三个世界

现实世界、概念世界、信息世界

二．数据模型的组成要素

1．数据结构

数据本身结构（数据类型内容、性质有关的对象），数据之间的联系

2．数据操作

数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。

检索和更新（插入、删除、修改）两类操作。

3．数据约束条件

三．概念模型

1．基本概念

（1）实体

（2）属性

（3）码

（4）域

（5）实体型

（6）实体集

（7）联系

1）1：

1联系

2）1：

N联系

3）M：

N

四．概念模型的表示方法

实体型：

用矩形框表示，矩形框内写明实体名

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

联系：

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。

例P19

五．最常用的数据模型

基本层次联系图：

L12

1．层次模型

（1）数据结构

1）有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点成为根结点

2）根以外的其他结点有且只有一个双亲结点

例1（P23）

例2：

（2）多对多在层次模型中的表示

1）冗余法

2）虚拟法

（3）层次模型的数据操纵与完整性约束

层次模型在进行查询、插入、删除和修改时要满足完整性约束条件。

（4）层次模型的存储结构

1）．邻接法

数据的邻位存放来体现

2）．链接法

用指针来反映数据之间的层次联系：

子女-兄弟链接法，层次序列链接法）

（5）层次模型的优缺点

1）优点

A层次数据模型本身比较简单

B实体间联系是固定的，且预先定义好应用系统，采用层次模型来实现，其性能由于关系模型，不低于网状模型

C层次模型提供了良好的完整性支持

2）缺点

A不能直接实现多对多联系

B对插入和删除限制比较多

C查询子女结点必须通过双亲结点

D由于结构严密，层次命令趋于程序化

2．网状模型

（1）网状模型数据结构

1．允许一个以上的结点无双亲

2．一个结点可以有多余一个的双亲

L1L2

例1P28

（2）网状模型的操纵与完整性约束

（3）网状模型的存储结构

单向环形链

（4）网状模型的优缺点

1）优点

A能够直接描述现实世界

B具有良好的性能，存取效率较高

2）缺点

A结构复杂

B其DDL、DML语言复杂，用户不容易使用

3．关系模型

（1）关系模型数据结构

二维表格：

基本概念：

关系，元组，属性，主码，域，分量，关系模式

（2）关系模型的操纵与完整性约束

集合操作，用户只需要指出干什么而不必指出怎么干

（3）关系模型的存储结构

一般一个表对应一个操作系统文件

（4）关系模型的优缺点

1）优点

A建立在严格的数据概念基础上

B关系模型概念单一

C关系模型的存取路径对用户透明

2）缺点

存取效率比层次、网状模型低

§1．3数据库系统结构

一．三级模式

1．模式

是数据库中全体数据的逻辑结构和特征`描述

2．外模式

数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征描述

3．内模式

是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。

二．数据库的二级映象功能与数据独立性

1．外模式/模式映象

数据的逻辑独立性逻辑数据独立性是指当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式/模式的映象作相应改变，可以使外模式保持不变。

应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性

2．模式/内模式映象

数据的物理独立性物理数据独立性是指当数据库的存储结构改变了，由数据库管理员对模式/内模式映象作相应修改，可以保持模式不变，从而应用程序也不必修改。

保证了数据与程序的物理独立性。

§1．4数据库系统组成

一．硬件平台及数据库

1．内存

2．磁盘

3．较高的通道能力

二．软件

1．DBMS

2．支持DBMS运行的操作系统

3．具有与数据库接口的高级语言极其编译系统，便于开发应用系统

4．以DBMS为核心的应用开发工具

5．为特定应用环境开发的数据库应用系统

三．人员

数据库管理员、系统分析员和数据库设计人员、应用程序员、用户

§1．5数据库技术的研究领域

一．数据库管理系统软件的研制

二．数据库设计

三．数据库理论

第二章关系数据库

关系数据库之父：

E.F.CODD

§2．1关系模型概述

一．关系数据结构

二维表格

二．关系操作

关系代数、关系演算和SQL

三．关系的三类完整性约束

实体完整性、参照完整性、用户自定义

§2．2关系数据结构及形式化定义

一．关系

1．域

2．的卡尔积

给定的一组域D1，D2，D3，……，DN，这些域中可以有相同的。

D1，D2，……，DN的的卡尔积为：

D1×D2×……×DN={（d1,d2,……,dn）,di∈Di,i=1,2,……,n}

3．关系

D1×D2×……×DN的子集叫做在域D1，D2，……，DN上的关系，表示为：

R（D1，D2……，DN），N为关系的目。

4．基本术语

侯选码、主码、主属性、非码属性、全码

5．基本关系的性质

二．关系模式

R（U，D，DOM，F）

R：

关系名称，U：

属性名的集合，D：

属性组U中所来自的域，DOM为属性向域的影象集合，F为数据依赖

三．关系数据库

§2．3关系的完整性

一．实体完整性

若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值

二．参照完整性规则

1．外码

设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码。

如果F与基本关系S的主码KS相对应，则称F是基本关系R的外码，并称基本关系R为参照关系，基本关系S为被参照关系。

关系R和S不一定是不同的关系。

2．规则

若属性（或属性组）F是基本关系R的外码，它与基本关系S的主码KS相对应（基本关系S和R不一定是不同的关系）则对于R中每个元组在F上的值必须为：

或者取空值（F的每个属性值均为空值）或者等于S中某个元组的主码值。

三．用户定义的完整性

§2．4关系代数

一．传统的集合运算

1．并

R∪S={t|t∈R∨t∈s}

2．差

R-S={t|t∈RΛt∈S}

3．交

R∩S={t|t∈RΛt∈S}

4．广义的卡尔积

R×S={tr⌒ts|tr∈RΛts∈S}

5.例

RS

A

B

C

a1

b1

c1

a1

b2

c2

a2

b2

c1

A

B

C

a1

b2

C2

a1

b3

c2

a2

b2

c1

二．专门的关系运算

1．术语

（1）分量

（2）补集

（3）连接符号

tr⌒ts

（4）象集

给定一个关系R（X，Z），X和Z为属性组，定义当t[X]=x时，x在R中的象集为：

Zx={t[Z]|t∈R,t[X]=x}，它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。

2．专门的关系运算

（1）选择

δF（R）={t|t∈RΛF（t）=’真’}

F：

由逻辑运算符，Λ，∨连接各算术表达式组成，算术表达式的基本形式：

X1θY1其中θ为比较运算符，它有：

>,<，≥，≤，≠，=，X1、Y1