第一章 绪论

1.1 数据库系统概述

1、数据(Data)：数据库中存储的基本对象（文字、图形、图像、声音） 例：（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990）

语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间

解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系

2、数据库(Database)：长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合 3、数据库管理系统(DBMS)：位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。

功能：数据定义(DDL)、数据操纵(DML) (查询、插入、删除和修改)、数据库的运行管理、数据库的建立和维护功能(实用程序)

4、数据库系统(DBS)：由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。

5、数据管理：对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题

发展：人工管理阶段(40年代中--50年代中)、文件系统阶段(50年代末--60年代中)、数据库系统阶段(60年代末--现在)

6、数据独立性

? 物理独立性：指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。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，用户程

序也可以不变。

1.2 数据模型

数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释。数据的最小存取单位是数据项。 1、两个层次

概念模型：也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。

数据模型：包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。 2、组成要素：数据结构、数据操作、数据的约束条件 3、信息世界中的基本概念：

(1) 实体（Entity）(2) 属性（Attribute）(3) 码（Key）(4) 域（Domain）(5) 实体型（Entity Type）(6) 实体集（Entity Set）(7) 联系（Relationship） 一对一联系（1:1）、一对多联系（1:n）、多对多联系（m:n） ? 一个班级只有一个正班长，一个班长只在一个班中任职 ? 一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习

? 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 4、 概念模型的表示方法：实体－联系方法(E-R方法)

5、关系模型

? 关系（Relation）：一个关系对应通常说的一张表。 ? 元组（Tuple）：表中的一行即为一个元组。 ? 属性（Attribute）：表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。

1

? ? ? ?

主码（Key）：表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。 域（Domain）：属性的取值范围。 分量：元组中的一个属性值。

关系模式：对关系的描述，关系名（属性1，属性2，…，属性n），学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）

? 实体型：直接用关系（表）表示。 ? 属性：用属性名表示。

? 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。 ? 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 ? 多对多联系：直接用关系表示。 1.3 数据库系统结构

1、模式（也称逻辑模式）

（1）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求。一个数据库只有一个模式。

（2）地位：是数据库系统模式结构的中间层，与数据的物理存储细节和硬件环境无关，与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关。

（3）定义：数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）、数据之间的联系、数据有关的安全性、完整性要求

2、 外模式（也称子模式或用户模式）

（1）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。

（2）地位：介于模式与应用之间，模式与外模式的关系：一对多。外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求，对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同，外模式与应用的关系：一对多，同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用，但一个应用程序只能使用一个外模式。 3、内模式（也称存储模式）

（1）是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。 （记录的存储方式（顺序存储，按照B树结构存储，按hash方法存储）、索引的组织方式、数据是否压缩存储、数据是否加密、数据存储记录结构的规定） （2）一个数据库只有一个内模式 三级模式是对数据的三个抽象级别

二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换 4、外模式／模式映象

（1）定义外模式与模式之间的对应关系、每一个外模式都对应一个外模式／模式映象、映象定义通常包含在各自外模式的描述中。

2

（2）用途：保证数据的逻辑独立性

? 当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保持不变。

? 应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称

数据的逻辑独立性。 5、模式／内模式映象

（1）模式／内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的、数据库中模式／内模式映象是唯一的、该映象定义通常包含在模式描述中。 （2）用途：保证数据的物理独立性

? 当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模

式保持不变。

? 应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。

第二章 关系数据库

2.1 关系模型概述 1、常用的关系操作：

查询：选择、投影、连接、除、并、交、差 数据更新：插入、删除、修改

查询的表达能力是其中最主要的部分

2、关系的三类完整性约束：实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性 2.2 关系数据结构 1. 域（Domain）：一组具有相同数据类型的值的集合 2. 笛卡尔积（Cartesian Product）

给定一组域D1，D2，…，Dn，这些域中可以有相同的。D1，D2，…，Dn的笛卡尔积为： D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜di?Di，i＝1，2，…，n｝ 元组：笛卡尔积中每一个元素（d1，d2，…，dn）。 分量（Component）：笛卡尔积元素（d1，d2，…，dn）中的每一个值di叫作一个分量。

若Di（i＝1，2，…，n）为有限集，其基数为mi（i＝1，2，…，n），则D1×D2×…×Dn的基数M为：

M??mii?1n

3. 关系（Relation

D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1，D2，…，Dn上的关系，表示为R（D1，D2，…，Dn） 关系模式可以形式化地表示为： R（U，D，dom，F） R 关系名

U 组成该关系的属性名集合 D 属性组U中属性所来自的域 dom 属性向域的映象集合

F 属性间的数据依赖关系集合

关系模式通常可以简记为R (U) 或 R (A1，A2，…，An) （R 关系名 A1，A2，…，An 属性名） 2.3 关系的完整性

1、实体完整性：若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值。

2、参照完整性：若属性（或属性组）F是基本关系R的外码，它与基本关系S的主码Ks相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F上的值必须为： ? 或者取空值（F的每个属性值均为空值） ? 或者等于S中某个元组的主码值。

例如：学生关系中每个元组的“专业号”属性只取下面两类值： （1）空值，表示尚未给该学生分配专业

3

（2）非空值，这时该值必须是专业关系中某个元组的“专业号”值，表示该学生不可能分配到一个不存在的专业中。

3、用户定义的完整性

2.4 关系代数

1、传统的集合运算：并、差、交、广义笛卡尔积 R∪S = { t | t ? R∨t ?S } R - S = { t | t?R∧t ?S }

R∩S = { t | t ? R∧t ?S } R∩S = R –(R-S）

广义R×S ：R：n目关系，k1个元组。S：m目关系，k2个元组 列：（n+m）列的元组的集合，元组的前n列是关系R的一个元组，后m列是关系S的一个元组。 行：k1×k2个元组

2、专门的关系运算：选择、投影、连接、除 σF(R) = {t|t?R∧F(t)= '真'} σSdept = 'IS' (Student) πA(R) = { t[A] | t ?R } πSname，Sdept(Student) 连接：

4