第1章数据库基础

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1、第1章数据库基础【学习目标】本章将要学习数据库基础知识，包括数据库系统的基本概念、数据模型、数据库系统体系结构、关系数据库的基本概念、基本运算等。本章学习要点：u数据库技术的基本概念；u数据模型的定义、组成要素；u关系数据库的基本概念；u关系数据库的基本运算。【学习导航】数据库技术是研究数据库结构、存储、设计和使用的一门软件科学，是进行数据管理和处理的技术。目前，信息资源在各行各业都是重要的财富，以数据库核心的信息系统已经成为企业和其他组织自下而上和发展的重要条件。从某种意义上讲，数据库的建设规

2、模、数据信息量的大小和使用频率已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。本章主要内容见图1-1所示的学习导航。图1-1本章学习内容导航1.1数据库基础知识数据库技术产生于20世纪60年代末期，是数据管理的最新技术。随着计算机硬件技术和软件技术的发展，以及数据管理应用需求的日益增加，数据管理技术也在不断地发展和完善。1.1.1数据管理技术的发展数据管理是指对数据进行收集、分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的核心问题。最初的计算机主要是进行复杂的科学计算，随看计算机及其应用的发展，人们开始

3、借助计算机进行数据处理。从计算机产生至今，数据管理技术一共经历了3个发展阶段，分别是人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。1．人工管理阶段人工管理阶段（20世纪50年代），当时计算机主要应用于科学计算。当时只有磁带、卡片、纸带等外存储器，没有磁盘等直接存取的存储设备；没有操作系统，也没有专门管理数据的软件；数据的处理方式是批处理，由程序设计人员安排数据的物理存储和加工处理。人工管理阶段的数据管理具有如下特点：（1）数据不长期保存在计算机里，用完就删除。由于计算机主要用于科学计算，程序处理时

4、将数据输入，程序处理完毕将数据输出，一般情况下，输入数据和输出结果都不需要长期保存。（2）数据不具有独立性。当数据的逻辑存储结构或物理存储结构发生变化时，程序设计人员必须对程序做出相应的修改，不能保证数据与程序的独立性。（3）数据不共享。数据是面向应用的，一组数据对应于一个程序，当多个程序使用到相同的数据时，也必须各自定义，无法实现数据共享，因此程序之间存在大量的冗余数据。（4）数据由程序自身管理，没有专门的软件系统负责数据管理，数据与程序结合在一起。人工管理阶段的数据管理如图1-2所示：图1-

5、2人式管理阶段的数据管理2．文件系统阶段文件系统阶段是指20世纪50年代后期至60年代中期，计算机不仅应用于科学计算，而且广泛应用于数据管理领域。在这一阶段，由于计算机硬件有了磁盘、磁鼓等外部直接存储设备；软件有了操作系统、数据管理软件；数据的处理方式包括文件批处理和联机实时处理。这一阶段的特点是：（1）数据可以长期保存。由于计算机广泛应用于数据管理，程序经常性地对数据进行更新和查询操作，因此数据需要以文件的形式长期保存在外存上。（2）操作系统的文件管理提供了对数据的输入和输出管理。程序设计人员

6、不必过多考虑数据物理结构，减少了程序设计的工作量。（3）数据可以共享，但数据共享性差，冗余度大。虽然数据以文件的形式独立存储，能够被不同的程序共享使用，但文件的存储结构不统一，一个文件基本上对应于一组特定的程序。（4）数据独立性，数据文件之间彼此孤立，不能反映数据之间的联系，数据大量冗余。文件系统阶段的数据管理如图1-3所示。图1-3文件系统阶段的数据管理3．数据库系统阶段数据库系统阶段（20世纪60年代后期至今）。随着计算机硬件与软件技术的发展，计算机用于管理的规模越来越大，数据量剧增，数据管

7、理需求越来越广泛，文件系统作为数据管理手段已经不能满足应用的需要。为了解决多用户、多应用程序共享数据的需求，出现了专门管理数据的数据库系统；数据的处理方式包括批处理、联机实时处理和分布式处理。数据库系统阶段的数据管理具有如下特点：（1）数据结构化。在文件系统中，文件内部具有一定的数据结构，但文件之间相互独立，无法反映事物之间的联系。而数据库系统中，全部数据组织成为一个结构化的整体，数据结构是文件系统与数据库系统的本质区别。（2）数据的共享性高，冗余度低、易扩充。数据库系统不再向某个应用而是面向整

8、个系统描述数据，因此数据可以被多个应用程序共享使用。数据共享可以减少数据冗余，节约存储空间，同时还能够避免数据之间的不相容与不一致。（3）数据由数据库管理系统统一管理和控制。数据库管理系统不仅负责结构化数据的存取管理，而且提供了数据安全性控制、数据完整性控制、并发控制和数据恢复4种控制功能。（4）数据独立性高。数据库系统阶段的数据管理如图1-4所示。图1-4数据库系统阶段的数据管理1.1.2数据库技术的基本概念本节从一些常用术语和基本概念出发，介绍数据库的基础知识。1．信息（Informatio