数据库与信息系统.pptx

1、第六章 数据库与信息系统目录信息系统概述数据库概述数据模型以及关系数据模型关系代数操作软件工程与信息系统开发5.1.1 信息、数据与数据处理数据的概念包括两个方面：数据内容和数据形式。信息是指数据经过加工处理后所获取的有用知识。数据和信息是两个相互联系但又相互区别的概念，数据是信息的具体表现形式，信息是数据有意义的表现。数据处理就是将数据转换为信息的过程，主要过程包括：数据的处理、整理、存储、加工、分类、维护、排序、检索和传输等。数据处理的目的是从大量的数据中，根据数据自身的规律及其相互联系，通过分析、归纳、推理等科学方法，利用计算机技术、数据库技术等技术手段，提取有效的信息资源，为进一步分析

2、、管理、决策提供依据。数据处理也称信息处理。5.1.2 数据处理的发展数据处理和数据管理的发展过程大致经历了人工管理、文件管理、数据库管理及分布式数据库管理4个阶段。1.人工管理阶段缺点：应用程序中的数据无法被其他程序利用；数据冗余；数据独立性、结构性差；数据不能长应期用保程 序存1。数据组1应用程序2数据组2应用程序n数据组n图5.1 人工管理阶段程序与数据的关系2.文件管理阶段优点：文件系统为程序和数据之间提供了一个公共接口，使应用程序采用统一的存取方法来存取、操作数据，程序和数据之间不再直接对应，因而有了一定的独立性。缺点：不同程序不能共享同一数据文件，数据独性。立应性用 程较序差1的应

3、不用程一序致2应用程序n；仍有较高的数据冗余数；据极组1易造成数据数据组2数据组n图5.2 文件管理阶段程序与数据的关系操作系统3.数据库管理阶段优点：应用程序与数据间保持高度的独立性；数据具有完整性、一致性和安全性，并具有充分的共享性；能够简单方便地实现数据库的管理和控制操作。应用程序1应用程序2应用程序n图5.3 数据库管理阶段程序与数据的关系数据库管理系统数据库4.分布式数据库管理阶段分布式数据库系统是地理上分布在计算机网络的不同结点，逻辑上属于同一系统的数据库系统，它不同于将数据存储在服务器上供用户共享存取的网络数据库系统，分布式数据库系统不仅能支持局部应用，存取本地结点或另一结点的数

4、据，而且能支持全局应用，同时存取两个或两个以上结点的数据。分布式数据库系统的主要特点是：（1）数据是分布的。（2）数据是逻辑相关的。（3）结点的自治性。5.2.1 计算机信息系统 (1)计算机信息系统（Computer_based Information System，简称信息系统）是一类以提供信息服务为主要目的的数据密集型、人机交互的计算机应用系统。4个数主据要量技大术,一特般点需：存放在外存中,数据存储持久性,数据资源使用共享性;信息服务功能多样性(管理,检索,分析,决策等).什么是计算机信息系统 (2)信息系统是一种面广量大的计算机应用系统:教学管理系统地理信息系统信息检索系统医学信息系

5、统决策支持系统 民航订票系统电子政务系统 电子商务系统.计算机信息系统 的类型(1)从信息处理的深度来区分信息系统,信息分析系统管理业务系统基 本业 务可处分理为系3统大类:辅助技术系统办公信息系统信息检索系统计算机信息系统 的类型(2)业务处理系统由于在企事业单位中,不同层次的业务处理系统服务对象不同，因而可以进一步将划分.管理业务系统辅助技术系统办公信息系统计算机信息系统 的类型(4)业务处理系统管理业务系统辅助技术系统办公信息系统又称OA，以先进设备与相关技术构成服务于办公事务的信息系统，按工作流技术充分利用信息资源，提高协同办公效率和质量辅助技术人员在特定应用领域（如 工程设计、音乐制

6、作、广告设计等）内完成相应的任务.诸如:.CAD,CAM,CAPP等典型信息系统介绍(1)制造业信息系统(续2)管理业务系统的演变和发展:将生产能力计划，车间作业和采购计划整合，同时加入来自车间、供应商和计划人员的反馈信息，以此平衡调整计划，从而使生产的全过程围绕物料需求计划形成一个统一的系统。MRP加入财务子系统，实现资金流与物质流的统一管理,把制造、财务、销售、采购以及工程技术等各子系统综合为一个系统.MRP(80年代)集成了企业制造、供销、财务、质量、设备、仓库、运输、项目、市场信息、金融投资、法规等及电子商务、过程控制接口、数据采集接口等，成为覆盖整个企业的管理信息系统。ERP(90年

7、代)进一步与辅助技术系统建成,发展为CIMS系统.典型信息系统介绍(2)电子商务电子商务的定义:指对整个贸易活动实现电子化。从涵盖范围方面定义为：交易各方以电子交易方式而不是通过直接面谈方式进行的任何形式的商业交易，包括交换数据（如电子数据交换、电子邮件）、获得数据（如共享数据库、电子公告牌）以及自动捕获数据（如条形码）等.(巴黎世界电子商务会议.1977)典型信息系统介绍(2)电子商务(续)按照相交易的双方按照交易商品性质按照使用网络类型分电子商务的分类:企业内部的电子商务企业与客户之间的电子商务(B-C)分类企业之间的电子商务(B-B)企业与政府之间的电子商务有形商品的电子订货和付款分类无

8、形商品和服务电子数据交换(EDI)基于Internet电子商务类基于Intranet/Extranet的电子商务典型信息系统介绍(3)电子政务电子政务的内容:是政府机构运用现代网络通讯与计算机技术，将政府管理和服务职能通过精简、优化、整合、重组后在互联网络上实现的一种方式。电子政务可以打破时间、空间以及条块分割的制约，加强对政府业务的有效监管，提高政府的运作效率，并为社会公众提供高效、优质、廉洁的一体化管理和服务。典型信息系统介绍(3)电子政务(续)电子政务概念的内涵发展过程:办公自动化:用计算机技术处理单位内部办公业务政府信息化:运用信息技术改善政府的决策和管理80年代前后90年代前期电子政

9、府:在政府内部办公自动化基础上，建立网络化的政府信息系统90年代后期电子政务典型信息系统介绍(4)地理信息系统和数字地球 地理信息系统:是针对特定的应用任务，存储事物的空间数据和属性数据，记录事物之间关系和演变过程的系统。它可根据事物地理位置坐标对其进行管理、搜索、评价、分析、结果输出等处理，提供决策支持、动态模拟统计分析、预测预报等服务。在不同的领域中还被称为:“土地信息系统”、“空间信息系统”、“自然资源信息系统”等。典型信息系统介绍(4)地理信息系统和数字地球(续)数字地球:在全球范围内建立一个以空间位置为主线复杂信息系统，即按照地理坐标整理并构造一个全球的信息模型，描述地球上每一点的全

10、部信息，并提供有效、方便和直观的检索、分析和显示手段，可以快速、准确、充分和完整地了解地球上各方面的信息。数字地球就是一个全球范围的以地理位置及其相互关系为基础组成的信息框架，并在该框架内嵌入人们所能获得的信息的总称。典型信息系统介绍(5)远程教育远程教育:又称“网上大学”.是利用计算机及计算机网络进行教学，使得学生和教师可以异地完成教学活动的一种教学模式。一个典型远程教育的内容主要包括课程学习、远程考试和远程讨论等。典型信息系统介绍(6)远程医疗远程医疗:指通过计算机技术、通信技术、遥感技术和多媒体技术与医疗技术相组合，实施远程医疗诊断,用以提高诊断与医疗水平、降低医疗开支、满足群众保健需求

11、的一项全新的医疗服务。典型信息系统介绍(7)数字图书馆数字图书馆:是一种拥有多种媒体、内容丰富的数字化信息资源;是一种能为读者方便、快捷地提供信息的服务机制。信息系统的结构和发展趋势信息系统的结构:基础设施层:硬件、系统软件和网络；资源管理层:包括各类数据信息，资源管理系统；业务逻辑层:实现应用部门业务功能、流程、规则、策略等的处理程序构成；应用表现层，通过人机交互方式，向用户展现结果，如Web浏览器界面。信息系统的结构和发展趋势(信息系统的结构:实现业务功能的流程、规则、策略和程序.向用户显示信息处理结果.如Web浏览器的界面.支持系统运行的硬件,系统软件和网络.各 类数据信息，资源管理系统

12、.主要有数据库管理系统等.信息系统的结构和发展趋势新的应用需求和新的计算机技术是推动 信息系统发展的动力。目前，信息系统有下列共同的发展趋势:1系统集成化2信息多媒体化3功能智能化4结构分布化5.1.5数据库在信息系统中的地位和作用随着高科技社会的发展，在数据处理、信息管理等领域，人们对数据、加工、处理、传播、管理的手段、技术和方法的要求越据库的设计是信息系统用户用户财务财务应用程序采集、存生储产应用程序销售销售据冗余。人数事应用程序数据库财务信息来生产越高。数据库管管 理理系 统系统克生 产服信 息了传统的文件应用管程序理方式的缺陷，销 售提信 息高了用户数据的一致性、完整性，减人 事少信

13、息了数用的户 核心。典型的现代数据库系统处理人事数据的方式如图5.4所示。图5.4现代数据库系统处理数据的方式示例5.2 数据库技术概述305.2.1 数据管理技术的发展从计算机一开始应用于数据管理领域，人们就面对数据管理的需求，致力于研究在计算机系统中如何准确地表示数据、如何有效地获取与组织数据、以及如何高效地存储和处理数据。计算机数据管理技术的发展可以划分为四个阶段:人工管理阶段文件系统阶段 数据库系统阶段分布式数据库系统阶段12/6/2020NJNU5.2.1数据库系统的特点数据结构化数据可共享数据独立于程序统一管理控制数据数据面向全局应用，用数据模型描述数据和数据之间的联系。从全局分析

14、和描述数据，适应多个用户、多种应用共享数据的需求。可减少数据冗佘，节省存储空间，保证数据的一致性.逻辑独立性:应用程序与DB的逻辑结构相互独立.物理独立性:应用程序与DB的存储结构相互独立.DBMS管理控制数据功能:安全性,完整性.并发控制,恢复.NJNU325.2.1 数据管理技术的发展3.数据库系统组成指具有管理和控制数据库功能的计算机系统，它一般由计算机支持系统、数据库、数据库管理系统和有关人员组成。计算机支持系统（硬件、软件）数据库（DB）数据库管理系统（DBMS）数据定义（DDL）数据存取(DML)数据库管理功能人员数据库管理员（DBA）系统分析设计员系统程序员12/6/2020用户

15、数据库计算机支持系统数据库管理系统数据库管理员各种应用程序考点数据库的特点：逻辑独立性数据库的组成1.数据库系统中，数据的逻辑独立性是指。（2005单选）A.系统用户模式独立于数据存储模式B.系统逻辑模式独立于数据存储方式C.应用程序独立于系统逻辑模式D.应用程序独立于系统用户模式2 数据的逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构相互独立，系统中数据逻辑结构改变，应用程序不需改变。（2008 判断）考点3数据库系统是具有管理和控制数据库功能的计算机应用系统，同操作系统中的文件系统数据库系统具有以下特点 。（2007多选）B数据结构化 D数据独立于程A数据共享性低，冗余度高 C系统灵活，易

16、于扩充序4.数据库是指按一定的数据模型组织，长期存放在内存上的一组可共享的相关数据集合。（2005判断）5.3 数据模型及关系数据库5.3 数据模型及关系数据库现实世界概念世界数据世界抽象转换现实世界的数据描述1.信息处理的3个层次（客观对象）抽象抽象（概念模型）量化的、物化的（数据模型）DB计算机不可能直接处理现实世界中的事物数据模型(续)进一步具体说明:客观对象抽象到数据模式描述的结构客观对象概念结构抽象数据模式抽象DB（E-R图）（二维表）从概念上描述对象和对象间的关联,经过识别,选择,分类等综合分析,形成“概念结构”(用实体-联系工具E-R图表示.)按计算机系统支持的结构,组织数据(数

17、据模式):逻辑结构为二维表存储结构为文件数据模型综上可见:概念结构是分析过程中的一个中间结果,它将现实世界中的客观对象和对象间的关联,经过识别,选择,分类等综合分析,形成“概念结构”(用实体-联系工具E-R图表示.)数据模型是直接面向计算机系统（即数据库）中数据的数据结构(包括逻辑结构和存储结构)。(用数据模型来描述数据结构.)实体：凡是可以被人们识别而又可以互相区别的客观对象统统抽象为实体（Entity）。具有共性的一类实体可以组合为一个实体集。如学生姓名，某课程成绩皆可为一实体集。属性：实体一般具有若干特征，用于描述其性质，这种特征称之为实体的属性（Attribute）。称每个属性的取值范

18、围为值域。实体主键：能够唯一标识实体的属性或属性组（这组属性的任何真子集无此性质）称为实体集的实体键。如果一个实体集有多个实体键存在，则可从中选一个最常用的作为实体主键，简称主键(Primary Key)。联系：现实世界中事物的关联抽象到概念系统中的实体集之间会有各种联系（Relationship）。3.实体联系 如图5.6所示。（1）一对一联系（1:1），如图5.6（a）所示。2一对多联系（1:n），如图5.6（b）所示。3多对多联系（m:n），如图5.6（c）所示。班长班长教师11m班长班级班长学生教师学生1nn班级学生学生（a）（b）图5.6 实体间的联系（c）E-R图 数据模型1.数据

19、模型的基本概念是对现实世界数据的抽象。用于数据表示和操作的一组概念和定义。概念模型是对应用单位数据的第一次抽象，也是用户和数据库设计人员之间进行交流和沟 通的工具。数据模型数据模型是直接面向计算机系统（即数据库）中数据的逻辑结构。5.3.2 数据模型根据实体集之间的不同结构，通常把数据模型分为以下四类：层次模型：用树结构表示实体集之间的联系。（了解）网状模型：用网络结构表示实体集之间联系的数据模型。（了解）关系模型：用二维表结构表示实体集以及实体集之间联系的数据模型。（重点，90%的应用）面向对象模型：（了解）5.4 关系数据库系统用二维表结构表示实体集以及实体集之间联系的数据模型。元组属性四

20、种数据模型类型5.4 关系数据库的特点数据结构 数据完整性数据的操作5.4.1关系数据库系统的几个概念1关系：通常将一个没有重复行、重复列的二维表看成一个关系，每一个关系都有一个关系名。如表5-1入学成绩就代表一个关系，“入学成绩”为关系名。2元组:二维表的每一行在关系中称为元组。在Access中，一个元组对应表中的一个记录。3属性:二维表的每一列在关系中称为属性，每个属性都有一个属性名，属性值则是各个元组属性的取值。在Access中，一个属性对应表中的一个字段，属性名对应字段名，属性值对应于各个记录的字段值.5.3.1 关系的基本概念及其特点4域:属性的取值范围称为域。域作为属性值的集合，其

21、类型与范围具体由属性的性质及其所表示的意义确定。如表6-1中“语文”，“英语”、“数学”、“X科目”属性的域是0，150。同一属性只能在相同域中取值。5关键字:关系中能惟一区分、确定不同元组的属性或属性组合称为该关系的一个关键字。单个属性组成的关键字称为单关键字，多个属性组合的关键字称为组合关键字。需要强调的是，关键字的属性值不能取“空值”，因为无法惟一区分、确定元组。6候选关键字关系中能够成为关键字的属性或属性组合可能不是惟一的。凡在关系中能够惟一区分、确定不同元组的属性或属性组合都称为候选关键字。7主关键字在候选关键字中选定一个作为关键字，称为该关系的主关键字。关系中的主关键字是惟一的。8

22、外部关键字关系中某个属性或属性组合并非关键字，但却是另一个关系的主关键字，称此属性或属性组合为本关系的外部关键字。关系之间的联系是通过外部关键字实现的。5.3.1 关系的基本概念及其特点（9）关系模式:对关系的描述称为关系模式，其格式为：关系名（属性名1，属性名2，属性名n）;R（A1,A2,Ai,An）(课程号，课程名，学时，开课时间）学生（学号，姓名，系别，性别，出生日期，身高）课程选课成绩（学号，课程号，成绩）关系数据模型(结构)(续)学生登记表(S),课程开设表(C)与学生选课成绩表之间的联系:5.3.1 关系的基本概念及其特点2.关系的基本特点1关系必须规范化，属性不可再分割。2在同

23、一关系中不允许出现相同的属性名。3在同一关系中元组及属性的顺序可以任意。4任意交换两个元组（或属性）的位置，不会改变关系模式。3.关系模型的主要优点1数据结构单一。2关系规范化，并建立在严格的理论基础上。3概念简单，操作方便。5.3.2 关系数据库以关系模型建立的数据库就是关系数据库（Relational Data Base，RDB），关系数据库系统的DBMS是关系型数据库管理系统（Relational Data Base Management System，RDBMS）。5.3.3关系的完整性约束关系完整性是为保证数据库中数据的正确性和兼容性对关系模型提出的某种约束条件或规则。包括实体完整性

24、、参照完整性和用户定义完整性，其中实体完整性和参照完整性，是关系模型必须满足的完整性约束条件。1.实体完整性:实体完整性是指关系的主关键字不能取“空值”。2.参照完整性:参照完整性是定义建立关系之间联系的主关键字与外部关键字引用的约束条件。3.用户定义完整性:用户定义的完整性规则是针对某一应用环境的完整性约束条件，他反映了某一具体应用所涉及的数据应满足的要求。5.3.4 关系数据模型关系数据模型(操作)在关系数据库中，通常可以定义一些操作来通过已知的关系(二维表)创建新的关系(二维表)。最常用的关系操作有：专门的关系操作插入更 新删除选择连接投影传统集合的关系操作并交差笛卡尔积除关系数据模型(

25、操作)举例用例(5张二维表):SNAMEGRADE钱欣75张进元62张华68胡平平79周亮80SNAMEGRADE王宁100钱欣75顾永华90黄进82胡平平79周亮80SC1:60-80分成绩表SC2:70-100分成绩表关系数据模型(传统集合的关系操作)并:并操作是一个二元操作。它要求参与操作的两个关系有相同的关系模式。其作用是将两个关系组合成一个新的关系。根据集合论的定义，并操作创建的新关系中的每一个元组或者属于第一个关系、或者属于第二个关系，或者在两个关系中皆有。结果关系表示选课程学生的“60100分成绩表”关系数据模型(专门的关系操作)选择:选择操作是一元操作。它应用于一个关系并产生另

26、一个新关系。新关系中的元组（行）是原关系中元组的子集。选择操作根据要求从原先关系中选择部分元组。结果关系中的属性（列）与原关系相同（保持不变）。例如:从学生登记表(S)中，选出性别为“男”的学生元组，组成一个新关系“男学生登记表”。关系数据模型(关于“关系代数”的操作)对于以上所介绍的关系操作，在理论上均可用一种称之“关系代数”的逻辑运算来表示.参阅第6章阅读材料6.5设有关系R和关系S,关系代数的操作有:关系数据库语言SQL数据库语言以上讨论的关系操作，比较直观地说明了其对二维表运算的含意(数学上对关系操作的抽象描述是“关系代数”)。在此基础上，关系数据库管理系统必须配置与此相应的语言，使用

27、户可以对数据库进行各式各样的操作，这就构成了用户和数据库的接口。由于DBMS所提供的语言一般局限于对数据库的称它为数据库语言.DB数据库语言用户 操作，不同于程 序计算机的程序设计语言，因而关系数据库语言SQL关系数据库语言SQL特点是一种“非过程语言”体现关系模型在结构,完整性和操作方面的特征有命令和嵌入程序两种使用方式功能齐全,简洁易学,使用方便为主流DBMS产品所支持用户只要指出“做什么”,而“如何做”的过程由DBMS完成.命令式:直接用语句操作嵌入式:将语句嵌入程序ORACLE,MS-SQL Server,Sybase DB2,(Access,VFP有接口)5.3.3 关系运算关系运算

28、主要有选择、投影和联接3种。1.选择（Selection）选择操作是指在关系中选择满足某些条件的元组。选择运算的结果构成关系的一个子集，是关系中的部分元组。选择运算是从二维表格中选取若干行的操作，在表中则是选取若干个记录的操作。例如要在学生基本信息中所有男学生数据，就可以对学生基本信息表做选择操作，条件是性别为“男”。2.投影（Projection）投影操作是在关系中选择某些属性列。投影运算从关系中选取若干属性形成一个新的关系，其关系模式中属性个数比原关系少，或者排列顺序不同，同时也可能减少某些元组。投影是从二维表格中选取若干列的操作，在表中则是选取若干个字段。例如，找出所有学生的学号、姓名、性别、所在学院则可以对学生基本信息表做投影操作，将表数据投影到学号、姓名、性别和所在学院列。3.联接（Join）联接运算是将两个关系模式的若干属性拼接成一个新的关系模式的操作，对应的新关系中，包含满足联接条件的所有元组。联接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，或者具有相同语义、可比的属性。联接是将两个二维表格中的若干列，按同名等值的条件拼接成一个新二维表格的操作。在表中则是将两个表的若干字段，按指定条件（通常是同名等值）拼接生成一个新的表。