数据库原理与技术基础学习
第6章数据库原理与技术基础
本章教学计划理论教学（课堂教学）：4学时
实验教学（上机实习）：2学时
本章教学重点
1.数据模型及数据库系统
2.关系运算及关系的规范化
3.关系数据库及S Q L语言
4.管理信息系统的结构与功能
5.管理信息系统的开发与设计步骤
6.1数据库系统概述
6.2关系数据库
6.3常见数据库管理系统
6.4管理信息系统
数据库系统是计算机软件系统的一个重要分支，也是一门新兴学科，它和计算机网络、人工智能一起被称为计算机技术领域的三大热门技术，而且随着各种应用领域对数据管理的进一步需求，数据处理迅速成为计算机应用的重要方面，数据库也成为计算机领域发展最快的学科之一。数据库已经成为信息社会的重要基础设施。
数据库技术发展到今天已经是一门成熟的技术，但由于数据库是一个复杂系统，涉及面广，所以至今仍没有统一的、公认的定义。综合较为流行的数据库文献中对数据库的定义，可以给数据库定义为：数据库是以某种方式组织和存储起来的、可以检索和利用的、互相关联的数据集合，它提供给多种用户共享并且有最小的冗余度和较高的数据独立性，其安全控制机制可保证数据安全、可靠。
6.1.1数据管理技术的发展历史
数据库技术是20世纪60年代开始兴起的一门信息管理自动化的新兴学科，是计算机科学中的一个重要分支。从60年代末到70年代初，数据库技术日益成熟，并有了坚实的理论基础。进入70年代，数据库技术有了很大的发展。数据库方法，特别是D B T G（D a t a B a s e T a s k G r o u p，数据库任务组）方法（该方法是D B T G所提议的基
于网状结构的数据库网状模型方法）和思想已应用于各种计算机系统，出现了许许多多基于网状模型和层次模型的商品化数据库系统。随后，关系方法的理论研究和软件系统的研制又取得了很大成果，关系方法也从实验室走向了商用。
数据库是数据管理的产物。数据管理是数据库的核心任务，内容包括对数据的分类、组织、编码、储存、检索和维护。随着计算机硬件和软件的发展，数据库技术也不断地发展。从数据管理的角度看，数据库技术到目前共经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。
6.1.1数据管理技术的发展历史
1)人工管理阶段
人工管理阶段是指20世纪50年代中期之前。当时计算机刚诞生不久，这个时期的计算机主要用于科学计算。从硬件看，没有磁盘等直接存取的存储设备；从软件看，没有操作系统和管理数据的软件，数据处理方式是批处理。这个时期数据管理的特点是：
（1）数据不保存。
（2）没有专门对数据进行管理的软件系统。
（3）没有文件的概念。
（4）数据是面向应用的。
人工管理阶段数据和程序之间的关系如下图所示。
6.1.1数据管理技术的发展历史
1)人工管理阶段
6.1.1数据管理技术的发展历史
2)文件系统阶段
数据库学什么文件系统阶段是指20世纪50年代后期到60年代中期。在这个阶段，计算机不仅用于科学计算，还大量用于管理数据。在硬件方面，外存储器有了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。在软件方面，操作系统中已经有了专门用于管理数据的软件，称为文件系统。这个时期数据管理的特点是：
（1）数据需要长期保存在外存上供反复使用。
（2）程序和数据之间有了一定的独立性。
（3）文件的形式已经多样化。
（4）数据的存取基本上以记录为单位。
文件系统阶段数据和程序之间的关系如下图所示。
6.1.1数据管理技术的发展历史
2)文件系统阶段
3)数据库系统阶段
数据库系统阶段是从20世纪60年代后期开始的。由于计算机用于管理，从而使数据量急剧增加，其中非数值数据所占比例较大，而非数值数据比数值数据复杂得多，不仅要知道各项数据本身的内容，而且还需要知道它们之间的关系，这就需要一个高度组织化的数据管理系统。此外，随着计算机技术的飞速发展和网络通信的出现，使得多个用户共享一个数据集合成为可能，于是出现了数据库系统。在这一阶段中，数据库中的数据不再是面向某个应用或某个程序，而是面向整个企业（组织）或整个应用的。数据库系统阶段的特点是：
（1）采用复杂的结构化的数据模型。
（2）较高的数据独立性。
（3）最低的冗余度。
（4）数据控制功能。
6.1.1数据管理技术的发展历史
3)数据库系统阶段
6.1.2数据模型
数据库存储的是数据，这些数据反映了现实世界中有意义、有价值的信息，数据库不仅反映数据本身的内容，而且也反映数据之间的联系。数据模型就是用来抽象表示、处理现实世界的数据和信息的工具，它是数据库中用于提供信息表示和操作手段的形式框架，也是将现实世界转换为数据世界的桥梁。有关数据模型的基本概念是数据库理论的基础。
1)数据处理的抽象描述
不同的领域，数据的描述有所不同。实际生活中，有对现实世界的描述；理论研究中，有对符号化数据的描述；而在计算机内部，数据又有其特定的表示方法。人们在研究和处理数据的过程中，常常把数据的转换分为三个领域——现实世界、信息世界、机器世界，这三个世界间的转换过程，就是将客观现实的信息反映到计算机数据库中的过程。
6.1.2数据模型
1)数据处理的抽象描述
（1）现实世界。客观存在的世界就是现实世界，它独立于人们的思想之外。现实世界存在无数事物，每一个客观存在的事物可以看作是一个个体，个体有多项特征和属性。比如，电视机就有价格、品牌、可视面积大小以及是否彩等特征。而不同的人，只会关心其中的一部分属性，一定领域内的个体有着相同的特征。
6.1.2数据模型
1)数据处理的抽象描述
（2）信息世界。信息世界也称概念世界，是现实世界在人们头脑中的反映。人的思维将现实世界的数据抽象化和概念化，并用文字符号表示出来，这就形成了信息世界。下面是人们在研究现实世界过程中常常用到的术语：
①实体（E n t i t y）。
②属性（A t t r i b u t e）。
③键（K e y）。
④联系（R e l a t i o n s h i p）。
2)数据模型
数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的约束条件三部分组成。
数据结构是所研究的对象类型的集合。在数据库系统中通常按照数据结构的类型来命名数据模型，如层次结构、网状结构和关系结构的模型分别命名为层次模型、网状模型和关系模型。
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。数据操作是用来描述系统的信息变化的，是对系统动态特性的描述。数据操作的种类有检索（如查询）和更新（增、删、改）。
数据的约束条件是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。
2)数据模型
(1)信息模型（概念模型）与E-R（E n t i t y-R e l a t i o n s h i p）方法
为了把现实世界中的具体事物进行抽象，人们常常首先把现实世界抽象为信息世界，然后再将信息世界转化为机器世界。在把现实世界抽象为信息世界的过程中，实际上是抽象出现实系统中有应用价值的元素及其关联。这时所形成的信息结构是概念模型。在抽象出概念模型后，再把概念模型转换为计算机上某一D B M S（D a t a B a s e M a n a g e m e n t S y s t e m，数据库管理系统）支持的数据模型。需要一种方法能够对现实世界的信息进行描述，最常用的是实体-联系方法。
实体-联系方法（即E-R方法）是P．P．S．C h e n于1976年提出的，这种方法由于简单、实用，所以得到了非常普遍的应用。它使用的工具称作E-R图，它所描述的现实世界的信息结构称为企业模式，也把这种描述结果称为E-R模型。
E-R方法的要点:
①用矩形框表示实体，实体名（如学生）写在框内。
②用椭圆框表示实体的属性，框内写上属性名，并用线段连到相应的实体上。
③用菱形框表示实体间的联系，在框内写上联系名，用线段连接菱形框与矩形框，在线段旁注上联系的类型（一对一、一对多或多对多）。如果联系也具有属性，那么把属性和菱形框用线段连上。
E-R图是抽象描述现实世界的有力工具，它与计算机所支持的数据模型相独立，它更接近于现实世界。具体画法是：把有联系的实体（方框）通过联系（菱形框）连接起来，注明，实体的属性（椭圆框）连到相应实体上。下图（E-R图）描述的是2个实体间的多对多（m：n）的。

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