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第一章 绪论

课时分配:6课时

(一) 教学要求:

本章概述了数据库的基本概念;介绍了数据库管理技术的进展情况、数据库技术产生和发展的背景、数据库系统的优点、数据库系统的组成以及数据库技术的主要研究领域。

重点讲解了组成数据模型的三个要素、概念模型和三种主要的数据库模型。数据模型是数据库系统的核心和基础。概念模型也称信息模型,用于信息世界的建模,E-R模型是这类模型的典型代表,E-R方法简单、清晰,应用十分广泛。数据模型的发展经历了格式化数据模型(包括层次模型和网状模型)、关系模型,正在走向面向对象等非传统数据模型。由于层次数据库和网状数据库已逐渐被关系数据库代替,本书不再用单独的章节讲解,因此本章较为详细地讲解了层次模型和网状模型,而关系模型只是简单介绍,后面会详细讲解。

数据库系统三级模式和两层映象的系统结构保证了数据库系统中能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。 
  学习这一章应把注意力放在掌握基本概念和基本知识方面,为进一步学习下面章节打好基础。本章新概念较多,如果是刚开始学习数据库,可在学习后面章节后再回来理解和掌握这些概念。

通过本章的学习,使学生了解数据库系统不仅是一个计算机系统,同时也是一个人-机系统,人的作用特别是DBA的作用尤为重要。

本章的内容较多,对所涉及的知识点进行如下的分类:   

1) 需要了解的内容:了解数据管理技术的产生和发展过程、数据库系统的优点和好处、层次数据模型及网状数据模型的基本概念、数据库系统的组成、DBA的职责、数据库技术的主要研究领域等。
  这部分内容有的是知识性的。例如,数据管理技术的产生和发展的历史过程。读者了解数据库技术发展的脉络将有助于了解数据库系统的优点,数据库系统的和文件系统的区别。
  这部分内容有的是技术性和概念性的。例如层次数据模型及网状数据模型的基本概念。由于当前最常用的是关系数据库系统,《概论》的重点也就放在关系数据库系统技术的讨论上面。这两类数据库系统可以划为第一代数据库系统,具有重要的地位,读者必须了解。
  这两类系统虽然有它们的缺点,但是执行效率高是他们的显著优点。因此国外早期开发的采用层次或网状数据库的许多应用系统仍然在实际运行之中。

下面对本章所涉及的知识点进行如下的分类:
  (2)需要掌握的内容:掌握概念模型的基本概念及其主要建模方法- ER方法;掌握关系数据模型的相关概念,数据库系统三级模式和两层映象的体系结构,数据库系统的逻辑独立性和物理独立性等。
  (3)需要举一反三的内容:对于如何通过ER方法描述现实世界的概念模型需要做到能够举一反三的程度。
  (4)重点内容:数据库、数据库管理系统、数据库系统、概念模型和E-R模式;数据模型的组成要素;常用的数据模型;关系模型;数据库系统的三级模式和二级映象的模式结构。   

5)难点内容:本章的难点是需要掌握数据库领域大量的基本概念。概念模型和E-R模式;数据库系统的三级模式和二级映象的模式结构;数据库的二级映象功能与数据独立性。

(二) 课程内容

1.1 数据库系统概述    

1)数据库基本概念和术语:包括数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统。    

2)数据(DATA):描述事物的符号记录称为数据;数据与其语义是不可分的。    

3)数据库(DataBase,简称DB):长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。 

4)数据库管理系统(DataBase Management System,简称DBMS):数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。主要功能:包括数据定义功能;数据操纵功能;数据库的运行管理;数据库的建立和维护功能。

5)数据库系统(DataBase System,简称DBS):指在计算机系统中引入数据库后的系统构成,一般由数据库、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。

6)数据管理技术的发展阶段:包括人工管理阶段、文件系统阶段、数据库阶段。

7)人工管理阶段特点:数据不保存;应用程序管理数据;数据不共享;数据不具有独立性。

8)文件系统阶段特点:数据可以长期保存;由文件系统管理数据;数据共享性差,冗余度大;数据独立性差。

9)数据库系统的特点:数据结构化;数据的共享性高,冗余度低,易扩充;数据独立性(包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性)高;数据由DBMS统一管理和控制。

教学方法:比较三个阶段的特点;重点讲解数据结构化、数据不一致性、数据独立性、数据共享性等概念。

1.2 数据模型

1)概念模型的概念:也称信息模型,它是按用户的观点来对数据和信息建模,主要用于数据库设计。

2)数据模型的概念:它是按计算机系统的观点对数据建模,主要用于DBMS的实现。

3)数据模型的组成要素:包括数据结构、数据操作、数据的约束条件。

4)概念模型中的基本概念:包括实体、属性、码、实体型、实体集、联系。

教学方法:举例说明实体型间的三类联系(一对一联系(1 : 1)、一对多联系(1 : n)、多对多联系(m : n))。

5)概念模型的表示方法:E-R模型方法,应达到简单应用层次。

教学方法:举例讲解ER图中如何表示实体型、属性和联系。

6)数据模型:包括层次数据模型、网状数据模型、关系数据模型和面向对象模型。    

7)层次模型的数据结构:有且只有一个结点没有双亲结点,这个结点称为根结点;根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。    

8)多对多联系在层次模型中的表示方法:冗余结点法和虚拟结点法。    

9)层次模型的数据操纵与完整性约束:层次模型的数据操纵主要有查询、插入、删除和更新。进行插入、删除、更新操作时要满足层次模型的完整性约束条件。    

10)层次数据模型的存储结构:邻接法和链接法。

11)层次数据模型的优缺点:达到识记层次。

12)网状数据模型的数据结构:允许一个以上的结点无双亲;一个结点可以有多于一个的双亲。

13)网状数据模型的操纵与完整性约束:达到识记层次。

14)网状数据模型的存储结构:链接法。

15)网状数据模型的优缺点:达到识记层次。

16)关系数据模型的数据结构:是一张二维表,由行和列组成。

17)关系数据模型中的术语:包括关系、元组、属性、主码、域、分量、关系模式。

18)关系数据模型的操纵与完整性约束:关系模型中的数据操作是集合操作,主要包括查询、插入、删除和更新数据;这些操作必须满足关系的完整性约束条件。

19)关系数据模型的优缺点:达到识记层次。

教学方法:对于三类数据模型,应从各模型的数据结构、数据操纵与完整性约束、存储结构、优缺点等方面相互比较进行学习。本节重点介绍关系数据模型,达到简单应用层次,对前两种数据模型达到识记层次。   

1.3 数据库系统结构

1)数据库系统模式的概念:数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。 

教学方法:注意区分数据模型中“型”和“值”的概念。

2)数据库系统的三级模式结构:包括外模式、模式和内模式。

3)模式(Schema):也称逻辑模式,是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用户的公共数据视图。

4)外模式(External Schema):也称子模式(Subschema)或用户模式,它是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,是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。

5)内模式(Internal Schema):也称存储模式(Storage Schema),一个数据库只有一个内模式。它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。

6)数据库的二级映象与数据独立性:包括外模式/模式映象、模式/内模式映象。

  教学方法:重点讲解外模式/模式映象如何保证数据的逻辑独立性,模式/内模式映象如何保证数据的物理独立性。

  1.4 数据库系统的组成

1)数据库系统的组成: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。

2)硬件平台及数据库:足够大的内存、硬盘和数据通道。

3)软件:包括操作系统、DBMS及其开发工具、应用系统等。

4)人员:包括数据库管理员、系统分析员和数据库设计人员、应用程序员和用户(偶然用户、简单用户和复杂用户)。

教学方法:重点讲解不同的人员在数据库开发、管理和使用过程中各自的职责。

1.5 数据库技术的研究领域

1)数据库技术的三个主要研究领域:数据库管理系统软件研制、数据库设计和数据库理论。

(三)思考题

1.试述数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统的概念。

2.数据库管理系统的主要功能有哪些?

3.试述数据模型的概念、数据模型的作用和数据模型的三要素。

4.试述关系数据库的特点。

5.试述数据库系统三级模式结构,这种结构的优点是什么?

6.学校有若干系,每个系由若干班级和教研室,每个教研室有若干教员,其中有的教授和副教授每人各带若干研究生,每个班有若干学生,每个学生选修若干课程,每门课可由若干学生选修。请用E-R图画出此学校的概念模型。

 


 
 
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