数据库技术 PDF教材

第一讲 重点：讲述数据库的基本概念
绪论
1.介绍课程性质与实验安排：选修课，3 学分，每周一，十六周周三 2.处理好数据库理论与实践的关系：理论深度要求不高，上机实验要求高，作业要认真 3.学习方法与技巧：注意积累，灵活应用 4.学习本课程能学会什么：开发简单的数据库应用系统
一、引入
数据库的应用领域越来越广：信用卡购物，飞机、火车订票系统、图书管对书籍及借阅 的管理等； 数据库的应用形式日益多样： 从小型事务处理到大型信息系统， 从联机事务处理到联机 分析处理，从一般企业管理到计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） ，乃至地理信息系统； 数据库技术定义：就是如何科学地管理数据，以便为人们提供可共享的、安全的、可 靠的数据的技术，一般包括数据管理和数据处理两部分内容。

通俗地讲，数据库就是数 据 Data 的存储基地 base，合起来就是 database。

二、数据管理的发展
数据管理的发展可以简单概括为从文件管理到数据库管理（20 世纪 50 年代中期以前的 人工管理除外） 。

文件管理系统 (20 世纪 50 年代后期至 60 年代后期) 早期的数据是采用文件系统进行管理的， 即将数据保存在文件中。

用户的应用程序直接 操作文件中的数据。

在文件系统中，数据按照内容、结构和用途分成若干个命名的文件。

文 件可以独用，也可以指定共享。

用户可以通过操作系统对文件进行打开、读、写、关闭操作。

学生管理文件系统 应用程序 A1 学生基本信息管理 应用程序 A2 学生选课管理
学生基本信 息文件 F1
课程基本信 息文件 F2
学生选课信 息文件 F3
图 1 文件管理系统示例 F1 包含：学号、姓名、性别、出生日期、所在系、专业、所在班、特长、家庭住址； F2 包含：课程号、课程名、授课学期、学分、课程性质； F3 包含：学号、姓名、专业、课程号、课程名、修课类型、修课时间、考试成绩 学生选课管理过程：①在学生选课管理系统中，若有学生选课，则查 F1 文件，判断有无此 学生，若有，②访问 F2 文件，判断其所选课程是否存在，若存在③将学生选课信息写到 F3 文件中。

仔细分析该过程，会发现存在以下缺点： 1） 编写应用程序不方便（必须清楚文件的逻辑及物理结构） ； 2） 数据冗余不可避免（浪费存储空间，易造成数据不一致） ； 3） 应用程序有依赖性，文件系统的数据独立性不好（数据结构修改也需修改应用程序） ；


4） 不支持对文件的并发访问（对于以数据为中心的应用系统来说，必须要支持多个用户对 数据的并发访问） ，比如，不能同时打开一个 Excel 文件进行修改； 5） 数据间的联系弱（文件系统本身不具备实现现实事物间的联系，必须通过应用程序来保 证这些联系） ； 6） 难以按不同用户的需要表示数据（如果用户需要的信息来自多个不同的文件，需要对多 个文件的信息内容进行提取、比较、组合和表示） ； 7） 无安全控制功能（比如学生修改考试成绩，储户修改存款数额） 针对文件数据管理系统的诸多缺陷， 人们逐步开发出了以统一管理和数据共享为主要特 征的数据库管理系统。

数据库管理系统 (20 世纪 70 年代初以后) 数据库管理系统的实现方式与文件管理系统有很大的不同，如图 2 所示： 应用程序 A1 学生基本信息管理 数据库管理 系统 应用程序 A2 学生选课管理 学生有关的 数据库
图 2 数据库管理系统实现示例 仔细观察图 1 与图 2，可以发现： 1）在数据库系统中，应用程序不直接访问存储数据，而是通过数据库管理系统（Database Management System，DBMS）来访问数据（解决缺陷 1，2） ； 2）在数据库系统中，数据不再仅仅为某个程序或用户服务，存储数据的文件也不再需要直 接被应用程序管理，而是由数据库管理系统软件统一管理（解决了缺陷 3～7） 。

数据库管理系统的优点： 1）将相互关联的数据集成在一起（数据库） ； 2）较少的数据冗余（可控冗余） ：全局着眼，合理组织，统一管理； 学生基本信息：学号、姓名、性别、出生日期、所在系、专业、所在班、特长、家庭住址； 课程基本信息：课程号、课程名、授课学期、学分、课程性质； 学生选课信息：学号、课程号、修课类型、修课时间、考试成绩。

3）程序与数据相互独立：存储方式和数据项的改变均无须改变应用程序； 4）保证数据的安全可靠：安全控制机制、完整的备份和恢复机制 5）最大限度的保证数据的正确性（数据约束机制保证数据完整性） ：年龄>150 不可能； 6）数据可以共享并能保证数据的一致性：共享是指允许多个用户同时操作相同的数据。

数 据集成和数据共享是大型数据库系统的主要优点。

三、数据库系统
应用程序 A1 应用程序 A2 数据库管理系统 （DBMS） 系统管理员
本质上是一个起接口
应用程序 An 数据库 图 3 数据库系统简图
作用的系统软件


什么是数据库系统？ 简而言之， 数据库系统就是基于数据库的计算机应用系统。

一般包括四个部分： 数据库、 数据库管理系统、应用程序和系统管理员（如图 3 所示） 。

数据库：是数据的汇集，以一定的组织形式保存于存储介质上； 数据库管理系统：是管理数据库的系统软件，负责数据库中数据的定义功能（使用数据定义 语言 DDL） 、数据操作功能（数据操作语言 DML） 、控制和管理功能（数据控制语言 DCL） ，是数据库系统的核心。

目前在 PC 机上使用的 DBMS 都是关系数据库管理系统 （RDBMS） ，它们提供的数据库语言都具有“一体化”的特点，集 DDL，DML，DCL 于一体； 系统管理员：负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作； 应用程序：指以数据库及数据库数据为基础的应用程序。

除此之外， 数据库系统还包括支持系统运行的计算机的硬件和操作系统环境以及使用数 据库的用户。

什么情况下使用数据库系统（数据库系统的特点）？ 数据库系统为数据提供了共享（数据共享） 、稳定（数据独立和数据结构化） 、安全的保 障体系。

当数据需要持久存储＋数据有结构、互相之间有联系＋取值约束＋数据的使用情况时 用数据库系统较为合适。

数据库系统的发展回顾（习题 2 答案） 1） 第一代：非关系型数据库系统 包括层次型数据库系统和网状型数据库系统（如图 4） ，具有以下共同特征： A. 采用“记录”作为基本的数据结构。

在不同“记录型”之间，允许存在相互联系； B. 一次查询只能访问数据库中的一个记录，存取效率不高。

自关系型数据库兴起后，非关系型数据库系统已经逐渐被关系型数据库系统所取代。

A A B D B C A B
C
E
G
C
D
F （a）层次模型 （b）网状模型 图 4 非关系型数据库模型示例 2）第二代：关系型数据库系统 70 年代中期，数据库系统进入了第二代。

特点： A. 采用表格作为基本数据结构，通过公共的关键字段实现不同二维表之间的数据联系； B. 一次查询仅用一条命令或语句，即可访问整个“关系” ，查询效率较高。

目前绝大部分数据库都是关系数据库，比如 Microsoft SQL-Server，Oracle（甲骨文） ， DBII，Sybase 等。

3）第三代：对象关系数据库 80 年代中期以来，将数据库技术与面向对象技术相结合，成为数据库技术的新方向。

可以存储图形、声音等复杂对象，实现复杂对象的复杂行为。

目前来看，应用并不广泛。

数据库系统的分类 1）单用户数据库和多用户数据库 早期的微机数据库都是单用户系统， 只能供一人使用。

网络技术的发展使可以共享的多 用户数据库开始流行。

比如 dBASEIII＋，FOXBASE+，VFP 等。

关键技术是解决“并发存 取” 。

2）集中式数据库和分布式数据库 数据集中存储的称为集中式数据库，分散存储在网络节点的称为分布式数据库。

3）传统数据库和智能数据库 传统数据库存储的数据都代表已知事实， 智能数据库除存储事实外， 还能存储用于逻辑 推理的规则。

数据库系统的开发 数据库系统的开发都是在数据库管理系统的支持下进行的，主要包括两部分的内容： 1）设计数据库 数据库的开发在数据库应用系统中上升为独立的活动， 提前到设计应用程序之前 （这是 与文件数据管理系统最大的不同，数据文件的设计是附属于应用程序设计的） 。

第一代：以经验为主； 第二代：以“关系规范化”理论为指导：概念结构设计→逻辑结构设计→物理结构设计 2）开发应用程序 开发步骤：功能分析→总体设计→模块设计→编码调试 A. 信息工程法 20 世纪 80 年代初 J.Martin 提出，国际上开发大型管理信息系统的主流方 法，特点是：①“数据稳定性原理” （数据中心说） ，即以稳定的数据结构适应多变的数 据处理；②综合应用低层方法（软件工程中称为阶段）和高层方法（系统工程中称为总 体规划与设计） ，以保证总体规划的正确性和低层开发的有效性； B. 4GT 范型 20 世纪 80 年代以来， “非过程化”命令＋4GL 工具，适用于小规模的数据 库应用系统，开发工作量小，开发时间短。

数据库系统的应用前景 信息需求的增长使数据库系统的应用日益重要，范围日益广泛： 医学监控、医学诊断 数 据 库 系 统 应 用 领 域 计算机辅助设计、制造 计算机辅助工程 能源管理、图书馆管理 航空系统 天气预报 交通、旅馆预定 图 5 数据库系统的应用范围示例













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