第一讲 初识数据库系统
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。
1.1.1数据库的4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)
数据使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：数字，文字，图形，图像，音频，视频，学生的档案记录，订单情况等等
数据的含义成为数据的语义，数据和其语义是不可分割的。
数据的形式不能完全表达其内容
数据的解释：
数据是有结构的：记录是计算机存储数据的一种格式或者一种方法
学生档案中的学生记录
（李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，1990）
语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、
入学时间
解释：李明是个大学生，1972年5月出生，江苏南京市人，1990年考入计算机系
2.数据库
数据库是长期存储在计算机内的，有组织的，可以共享的大量数据的集合
收集并抽取出一个应用所需要的大量的数据，将其保存，以供进一步加工处理，抽取有用的信息，转换成为有价值的知识。
数据库的基本特征
数据是按照一定的数据模型组织，描述和存储
可以为各种用户共享，冗余度较小，易扩展的
数据独立性较高
3.数据库管理系统
位于用户应用与操作系统之间的一层数据管理软件
是基础软件，是一个大型的复杂的软件系统
数据库管理系统的用途
科学的组织和存储数据，高效的获取和维护数据
数据库管理系统的主要功能
1.数据定义功能
提供数据的定义语言DDL
定义数据库中的数据对象
2.数据组织，存储和管理
分类组织，存储和管理各种数据
确定数据在存储级别上的结构和存取方式
实现数据之间的练习
提供多种存取方法提高存取效率
3.数据操纵功能
提供数据操纵语言DML
实现对数据库的基本操作（查询，插入，删除和修改）
4.数据库的事务管理和运行管理
数据的安全性，完整性，多用户堆数据的并发使用
发生故障以后的系统恢复数据库
由数据库管理系统统一管理和控制，保证事物正确运行
5.数据的建立和维护功能
提供实用程序/工具，完成数据库数据的批量装载，数据库转储，介质故障恢复，数据库的冲组织和性能监视等
6.其他功能
数据库管理系统与网络中的其他软件系统的通信
数据库管理系统系统之间的数据转换
异构数据库之间的互访和互操作
4.数据库系统
数据库系统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，常常把数据系统简称为数据库
数据库系统构成
数据库
数据管理系统以及应用开发工具
应用程序
数据库管理员
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
数据的处理和数据的分析的中心问题
数据管理技术的发展过程
人工管理阶段（20世纪50年代中之前）
文件系统阶段（20世纪50年代末-60年代中期）
数据库系统阶段（20世纪60年代末-现在）
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
应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段）
一、人工管理阶段
时期
20世纪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
特点
数据的管理者：用户（程序员），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
二、文件系统阶段
时期
20世纪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
特点
数据的管理者：文件系统，数据可长期保存
数据面向的对象：某一应用程序
数据的共享程度：共享性差、冗余度大
数据的结构化：记录内有结构,整体无结构
数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须
修改应用程序
数据控制能力：应用程序自己控制
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。
应用程序与数据的对饮关系–文件系统阶段
三、数据库系统阶段
时期
20世纪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、磁盘阵列
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
数据库系统阶段
1.1.3数据库系统的特点
查询数据；:编写应用程序，实现数据的插入和查找
1.1.3数据库系统的特点：
数据结构化
数据的共享性高，冗余度低，容易扩充
数据独立性高
数据由数据库管理系统统一管理和控制
数据结构化
数据的整体结构化是数据库的主要特征之一
不再仅仅针对某一个应用，而是面向整个企业或者组织
不仅仅数据内部的结构，整体是结构化的，数据之间具有联系
数据记录可以变常
数据的最小存取单位是数据项
数据用数据模型描述，不需要应用程序定义
数据的共享性高，冗余度低且易扩充
数据面向整个系统，可以被多个用户，多个应用共享使用
数据共享的好处减少数据冗余，节约存储空间
避免数据之间的不相容性与不一致性
使系统容易扩充
数据独立性高
物理独立性
指的是用户的应用程序与数据库中的数据的物理存储是相互独立的，当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变
逻辑独立性
指的是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，应用程序不用改变。
数据的独立性由数据库管理系统的二级映像功能来保证的。
数据由数据管理系统统一管理和控制
数据库管理系统提供的数据控制功能
1.数据的安全性Security保护
保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏
2.数据的完整性Integrity检查
保证数据的正确性，有效性，和相容性
3.并发控制Concurrency Control
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
4.数据库的恢复recovery
将数据库从错误的状态恢复到某一个已经知道的正确状态
数据库的定义
数据库是长期存储在计算机内有组织的共享的大量的数据的集合
可以供克重用户共享的，具有最小冗余度和较高的数据独立性
数据库管理系统在数据库建立，运用和维护的时候对数据库进行统一的控制，以保证数据的完整性，安全性并在多用户同时使用数据库的时候进行并发控制，在发生故障以后对数据库进行恢复。
随堂练习
1
在数据库界曾经获得过图灵奖学者包括（ ）
A.
Charles W. Bachman
B.
Edgar F. Codd
C.
James Gray
D.
Michael Stonebraker
A、B、C、D
1
数据库管理系统能实现对数据库中数据的查询、插入、修改和删除，这类功能称为（ ）。
A.
数据定义功能
B.
数据管理功能
C.
数据操纵功能
D.
数据控制功能
C
下面列出的数据管理技术发展的三个阶段中，没有专门的软件对数据进行管理的是（ ）。 I．人工管理阶段 II．文件系统阶段 III．数据库阶段
A.
I 和 II
B.
只有 II
C.
II 和 III
D.
只有 I
D
第二讲 数据库系统的核心：数据模型
1
关系数据模型是目前最重要的一种数据模型，它的三个要素分别是（ ）
A.
实体完整性、参照完整性、用户自定义完整性
B.
数据结构、关系操作、完整性约束
C.
数据增加、数据修改、数据查询
D.
外模式、模式、内模式
B
1
在（ ）中一个结点可以有多个双亲，结点之间可以有多种联系。
A.
网状模型
B.
关系模型
C.
层次模型
D.
以上都有
A
1
关系数据模型的基本数据结构是（ ）。
A.
树
B.
图
C.
索引
D.
关系
D
1.2数据模型
数据模型就是对现实世界数据特征的抽象
通俗的讲数据模型就是现实世界的模拟
数据模型应该要满足三方面的要求：
能够比较真实的模拟现实世界
容易被人所理解
便于在计算机实现
数据模型是数据库系统的核心和基础
1.2.1两类数据模型
1.概念模型，也称为信息模型
按照用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计
2.逻辑模型和物理模型
逻辑模型主要包括网状模型，层次模型，关系模型，面向对象数据模型，对象关系数据模型，半结构化数据模型等
按照计算机i系统的观点对数据建模，用于DBMS实现
物理模型是对数据的最底层的抽象
描述数据在系统内（磁盘上）的表示方式和存取方法
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。
1.2.2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一个中间层次
是数据库设计的有力的工具
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
简单，清晰，易于用户理解
一、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。
(4) 域（Domain）
属性的取值范围称为该属性的域。
(5) 实体型（Entity Type）
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
用实体名及其属性名的集合来抽象和刻画同类实体成为实体型
(6) 实体集（Entity Set）
同一类型实体的集合称为实体集
(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。
实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系
实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系
用图形来表示两个实体型之间的这三类联系
一对一联系（1:1）
实例
一个班级只有一个正班长
一个班长只在一个班中任职
定义：
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（也可以没有）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 
一对多联系（1：n）
实例
一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习
定义：
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
多对多联系（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
定义：
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
三、两个以上实体型之间的联系
两个以上实体型之间一对多联系
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
实例
课程、教师与参考书三个实体型
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
多个实体型间的一对一联系
两个以上实体型间的多对多联系
实例
供应商、项目、零件三个实体型
一个供应商可以供给多个项目多种零件
每个项目可以使用多个供应商供应的零件
每种零件可由不同供应商供给
四、单个实体型内的联系
一对多联系
实例
职工实体型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
五、 概念模型的一种表示方法
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。
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
