第 6 章信息系统与数据库

第 6 章信息系统与数据库

6.1 计算机信息系统什么是计算机信息系统计算机信息系统的类型信息系统的结构和发展趋势 ( 选学 )

2 第 6 章信息系统与数据库 (1)

什么是计算机信息系统 (1)

计算机信息系统（ Computer_based

Information System ，简称信息系统）是一类以提供信息服务为主要目的的数据密集型、人机交互的计算机应用系统。

4 个主要技术特点： ① 数据量大 , 一般需存放在外存中

② 数据长久持续有效（持久性） ③ 数据共享使用（共享性） ④ 提供多种信息服务（功能多样性） ( 管理 , 检索 , 分析 , 决策等 ).


什么是计算机信息系统 (2)

信息系统是一种面广量大的计算机应用系统 :

教学管理系统地理信息系统信息检索系统医学信息系统决策支持系统民航订票系统电子政务系统电子商务系统 ………………..


计算机信息系统的类型 (1)

从信息处理的深度来区分信息系统 , 基本可分为 3 大类 :

业务处理系统

信息检索系统

信息分析系统

管理业务系统辅助技术系统办公信息系统



业务处理系统

由于在企事业单位中 , 不同层次的业务处理系统服务对象不同，因而可以进一步将划分 .





面向操作层次面向管理层次

业务处理自动化，提高工效率和质量 .

划分 : 按业务层次进一步划分

业务处理系统



业务处理系统　　　　　　　　　管理业务系统　　　　　　　辅助技术系统　　　　　　　　办公信息系统

又称 OA ，以先进设备与相关技术构成服务于办公事务的信息系统，按工作流技术充分利用信息资源，提高协同办公效率和质量

又称 OA ，以先进设备与相关技术构成服务于办公事务的信息系统，按工作流技术充分利用信息资源，提高协同办公效率和质量

辅助技术人员在特定应用领域（如工程设计、音乐制作、广告设计等）内完成相应的任务 . 诸如 :.CAD,CAM,CAPP 等

辅助技术人员在特定应用领域（如工程设计、音乐制作、广告设计等）内完成相应的任务 . 诸如 :.CAD,CAM,CAPP 等



业务处理系统信息检索系统信息分析系统

一种高层次的信息系统，为管理决策人员掌握部门运行规律和趋势，制订规划、进行决策的辅助系统。例如 : 决策支持系统（ DSS） , 专家系统等

一种高层次的信息系统，为管理决策人员掌握部门运行规律和趋势，制订规划、进行决策的辅助系统。例如 : 决策支持系统（ DSS） , 专家系统等

将原始信息进一步处理并存储专门供检索用的 DB 中。用户检索匹配获得信息 . 例如 : 中国科技文献库、专利数据库、学位论文数据库， DIALOG、 ORBIT 以及 WE 检索系统等 .

将原始信息进一步处理并存储专门供检索用的 DB 中。用户检索匹配获得信息 . 例如 : 中国科技文献库、专利数据库、学位论文数据库， DIALOG、 ORBIT 以及 WE 检索系统等 .


信息系统的结构和发展趋势 ( 选学 )(1)

基础设施层 : 硬件、系统软件和网络；资源管理层 : 包括各类数据信息，资源管理系统；业务逻辑层 : 实现应用部门业务功能、流程、规则、策略等的处理程序构成；应用表现层，通过人机交互方式，向用户展现结果，如Web 浏览器界面。

各类用户

资源管理层

业务逻辑层资源管理层

应用表现层

基础设施层

…

信息系统的结构 :



信息系统的结构 :

各类用户

资源管理层

业务逻辑层资源管理层

应用表现层

基础设施层

…

实现业务功能的流程、规则、策略和程序 .

向用户显示信息处理结果 .

如Web 浏览器的界面 .

支持系统运行的硬件 ,系统软件和网络 .

各类数据信息，资源管理系统 .主要有数据库管理系统等 .



新的应用需求和新的计算机技术是推动信息系统发展的动力。目前，信息系统有下列共同的发展趋势 :

（ 1 ）系统集成化

（ 2 ）信息多媒体化（ 3 ）功能智能化（ 4 ）结构分布化


第 6 章信息系统与数据库

6.2 关系数据库系统

数据管理的应用需求数据库系统的组成和特点

关系数据模型 ( 结构 . 完整性 . 操作 ) 关系数据库语言 SQL

关系数据库系统以应用新技术


数据管理的应用需求 (1)

一个应用实例 :

高校教学业务管理

学生信息 ( 学号 , 姓名…… )教师信息 ( 工号 , 姓名…… )教材信息 ( 书号 , 教材名 ,..)

课程信息 ( 课程号 , 课程名 ..)教室信息 ( 教室号 , 位置… )

选课信息 ( 学生号 , 课程号… )………………….

.

大量数据

数据库 (DB)

………….各部门共享数据

按一定的结构组织按一定的结构组织

存储到计算机存储到计算机



数据库数据库管理系统

应用程序 1

应用程序 2

应用程序 K

……

. …..

用户

用户共享数据库资源



综上所述 : ● 由于数据量急剧增长，计算机用于管理并

实现共享数据的需求越来越迫切。人们逐步发展了以统一管理和共享数据为主要特征的数据库系统（ DBS ）。

● 在 DBS 中，数据不再仅仅服务于某个程序或用户，而是按一定的结构存储于数据库，作为共享资源，由数据库管理系统（ DBMS ）的软件管理 , 使得数据能为尽可能多的应用服务。


数据库系统的组成和特点 (1)

数据库系统 (DBS) 的组成 :

硬件

操作系统

DBMS

应用开发工具

应用系统

数据库

设计 , 开发 , 管理 DBS 的人员和用户

利用 DBS 资源开发的 , 解决管理和决策问题的各种应用程序 .对数据进行管理的软件系统功能 : 创建 DB 结构 ; 对 DB 中的数据操作 ; 对 DB 数据管理和控制指按一定的数据模式组织并长期存放在外存上的 , 可共享的 , 面向部门全局应用的数据集合。



DBS 中人员 / 数据和数据结构 / 相关软件之间的关系 :

用户终端应用系统

数据库管理员系统分析设计员系统程序员

用户视图

逻辑结构

存储结构

DB

数据和数据结构

DBMS

操作系统

软件系统



数据库系统的特点 ① 数据结构化。

② 数据可共享

③ 数据独立于程序

④ 统一管理控制数据

DBMS 管理控制数据功能 :安全性 , 完整性 . 并发控制 , 恢

复 .

从全局分析和描述数据，适应多个用户、多种应用共享数据的需求。可减少数据冗佘，节省存储空间，保证数据的一致性 .

数据面向全局应用，用数据模型描述数据和数据之间的联系。

逻辑独立性 : 应用程序与 DB 的逻辑结构相互独立 .

物理独立性 : 应用程序与 DB 的存储结构相互独立 .


数据模型

数据模型的基本概念问题的提起 :

DB 数据 :应用单位所涉及数据的综合，

①反映数据本身的内容，②反映数据之间的联系。

问题 :① 数据如何在 DB 中用特定结构表示？② 数据以何种方式进行存储和处理的？

?


数据模型 (续 )

由于使用数据库的信息系统是一种计算机软件系统 , 而

计算机是不可能直接处理现实世界中的事物的 . 所以必须通过以下过程来处理数据 :

具体事物及其特征概念化加工计算机能够存储处理的数据

DB

计算机不可能直接处理现实世界中的事物


数据模型 (续 )

进一步具体说明 :客观对象抽象到数据模式描述的结构

客观对象概念结构抽象

数据模式抽象

DB

（ E-R图）（二维表）

从概念上描述对象和对象间的关联 , 经过识别 ,选择 , 分类等综合分析 ,形成“概念结构”( 用实体 - 联系工具 E-R图表示 .)

按计算机系统支持的结构 , 组织数据 ( 数据模式 ): 逻辑结构为二维表存储结构为文件


数据模型 (续 )

综上可见 : ● 概念结构是分析过程中的一个中间结果 ,它将现实世界

中的客观对象和对象间的关联 ,经过识别 , 选择 , 分类等综合分析 ,形成“概念结构”

( 用实体 - 联系工具 E-R 图表示 .)

● 数据模型是直接面向计算机系统（即数据库）中数据的数据结构 ( 包括逻辑结构和存储结构 ) 。

( 用数据模型来描述数据结构 .)


数据模型 (续 )

在常见的数据库系统中，根据实体集之间的不同结构，通常把数据模型分为层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型 4 种。

层次模型网状模型关系模型面向对象模型

国内 DBS 普遍采用关系模型 (95% 以上 ), 课程介绍关系模型 .


关系数据模型

关系数据模型描述数据的逻辑结构 3 要素 :

数据结构 (重点介绍 )

数据完整性 (参阅教学指导书 )

数据的操作 (重点介绍 )


关系模型的数据结构

为什么当今大多数 DBMS都支持关系数据模型 ?

当今大多数 DBMS都支持关系数据模型

关系数据模型建立在严格的数学理论基础上 : 集合论的“关系概念”

概念清晰，简洁，用统一的结构表示数据对象和它们之间的联系 .

概念清晰，简洁，用统一的结构表示数据对象和它们之间的联系 .


关系模型的数据结构 (续 )

关系数据模型的基本结构是关系。在用户观点下，关系数据模型中数据的逻辑结构是一张二维表（ Table ），它由表名、行和列组成。

表的每一行称为一个元组（ Tuple ），每一列称为一个属性（ Attribute ）。例如，例表 1. 学生登记表（ S） :

学生登记表（S）

SNO SNAME DEPART SEX BDATE HEIGHT

C005 张雷计算机男 1987-06-30 1.75

C008 王宁计算机女 1986-08-20 1.62

A041 周光明自动控制男 1986-08-10 1.70

M038 李霞霞应用数学女 1988-10-20 1.65

R098 钱欣管理工程男 1986-05-16 1.80

…… …… …… …… …… ……



例表 2 . 课程开设表 (C):

课程开设表（C）

CNO CNAME LHOUR SEMESTER

CC-112 软件工程 60 春

CS-202 数据库 45 秋

EE-103 控制工程 60 春

ME-234 数学分析 40 秋

MS-211 人工智能 60 秋

…… …… …… ……



例表 3. 学生选课成绩表 (SC):

学生选课成绩表（SC）

SNO CNO GRADE

A041 CC112 92

A041 ME234 92.5

A041

ME211 90

C005 CC112 84.5

C005 CS202 82

M038 ME234 85

R098 CS202 75

R098 MS211 70.5

… … …


关系数据模型 ( 结构 ) (续 )

学生登记表 (S), 课程开设表 (C) 与学生选课成绩表之间的联系 :

SNO CNO GRADE A041 CC112 92 A041 ME234 92.5 A041 MS211 90 C005 CC112 84.5 C005 CS202 82 M038 ME234 85 R098 CS202 75 R098 MS211 70.5


A041 周光明自动控制男 1986-8-10 1.7 C005 张雷计算机男 1987-6-30 1.75 C008 王宁计算机女 1986-8-20 1.62

M038 李霞霞应用数学女 1988-10-20 1.65 R098 钱欣管理工程男 1986-5-16 1.8


CC112 软件工程 60 春 CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春 ME234 数学分析 40 秋 MS211 人工智能 60 秋

S学生登记表（）

SC学生选课成绩表（）

C课程开设表（）



数据库中数据的逻辑结构（二维表）纵观示意图 :

逻辑结构

DBMS DB物理数据库

从用户角度看数据库中数据的逻辑结构（二维表）

用户

用户

SC

C

S

…… ……

属性（列）

S 表元组 1（行）元组 2（行）

元组 n（行）

……

……

存储模式



关系数据模式 :

数据的关系模型结构就是二维表结构

3张二维表分别是数据对象“学生 (S)” 、“课程开设 (C)”

和其联系“学生选课成绩 (SC)”的反映

这种用关系数据模型对一个具体单位中客观对象及其联系的结构描述，称为关系数据模式

(简称 : 关系模式 )



关系模式的描述形式 :

其中 :R 为关系模式名，即二维表名。 Ai（ 1≤i≤n ）是二维表中的列名。

或者 : R =（ A1,A2,…Ai…,An ）

R（ A1,A2,…Ai…,An ）


关系数据模型 ( 结构 ) (续 ) .

上述数据对象（ S和 C ）以及数据对象之间的联系（ SC ）表示成关系模式分别为：

S （ SNO， SNAME， DEPART， SEX， BDATE， HEIGHT ） C （ CNO， CNAME， LHOUR， SEMESTER ）

SC（ SNO， CNO， GRADE ）



这 3 个关系模式也可以用汉字定义为 :

学生（学号，姓名，系别，性别，出生日期，身高）课程 ( 课程号，课程名，学时，开课时间）选课成绩（学号，课程号，成绩）



关系模式主键

DB 课程开设表（C）







…… …… …… ……



C005 张雷计算机男 1987-06-30 1.75

C008 王宁计算机女 1986-08-20 1.62

A041 周光明自动控制男 1986-08-10 1.70

M038 李霞霞应用数学女 1988-10-20 1.65

R098 钱欣管理工程男 1986-05-16 1.80

…… …… …… …… …… ……

如何从 DB 的一个二维表中找到我们所了解的内容 ?

例如 : ① 查询学生周光明的情况 ;

② 李霞霞选修ME234 课程的成绩是多少 ?

?



关系模式 (即二维表 ) 主键 :

能够唯一标识二维表中指定元组的属性或者属性组 (这组属性的任何真子集无此性质 ), 称为该二维表的候选键 .

如果一个关系模式有多个候选键存在 , 则可从中选一个最常用的作为该关系模式主键 , 简称主键 .

课程开设表（C）







…… …… …… ……



C005 张雷计算机男 1987-06-30 1.75

C008 王宁计算机女 1986-08-20 1.62

A041 周光明自动控制男 1986-08-10 1.70

M038 李霞霞应用数学女 1988-10-20 1.65

R098 钱欣管理工程男 1986-05-16 1.80

…… …… …… …… …… ……

候选键 : ( 学号 )

(姓名 ,出生年月 )

主键 :( 学号 )



例如 : 学生登记表中的学生有下列属性 (列 ) ：学号，姓名，系别，出生年月等，则学号可作为候选键，用它来标识一个学生。因学生可能有重名，因而姓名不能作为候选键；但若学生的出生年月不同，则也可用属性组（姓名，出生年月）作为候选键，必须再从这两个候选键中选其一（如学号）作为学生登记表的主键。



C005 张雷计算机男 1987-06-30 1.75

C008 王宁计算机女 1986-08-20 1.62

A041 周光明自动控制男 1986-08-10 1.70

M038 李霞霞应用数学女 1988-10-20 1.65

R098 钱欣管理工程男 1986-05-16 1.80

…… …… …… …… …… ……



关系模型程序员用户

关系模式文件结构二维表结构

关系(二维表) 文件表

元组记录行

属性数据项(字段) 列

基本术语的对照 :关系模型中的术语来自关系数学 , 与程序员

和用户的习惯说法是相对应的 .


关系模型的存储结构在关系数据模型中，数据对象和数据对象之间的联系都用二维表来表示。在支持关系模型的数据库物理组织 (即存储结构 ) 中，二维表以文件形式存储。在大多数数据库中，二维表与操作系统中的文件相对应。


学生选课成绩表（SC）

SNO CNO GRADE

A041 CC112 92

A041 ME234 92.5

A041

ME211 90

C005 CC112 84.5

C005 CS202 82

M038 ME234 85

R098 CS202 75

R098 MS211 70.5

… … …



C005 张雷计算机男 1987-06-30 1.75

C008 王宁计算机女 1986-08-20 1.62

A041 周光明自动控制男 1986-08-10 1.70

M038 李霞霞应用数学女 1988-10-20 1.65

R098 钱欣管理工程男 1986-05-16 1.80

…… …… …… …… …… ……

DB 文件文件文件



关系数据模型是 1970年由（美） E.F.Codd首次提出的。关系数据库得以迅速发展和普遍应用，主要得力于关系数据模型所具有的下列特点：

① 关系模型建立在严格的数学理论基础上 ② 关系数据模型的概念单一 ③对二维表的操作是“非过程性”

集合论的关系概念

数据对象和联系都是二维表。对二维表的操作结果也是二维表。

存取路径对用户透明，简化了程序员的编程工作；数据独立性和安全性好

E.F.Codd--- 关系数据库之父亲



特别提示Ⅰ : 严格地说明 , 关系是一种规范化二维表中行的集合。在关系

数据模型中，对每个关系还作了如下限制：

①每一个列对应一个域，列名不能相同 . 。 ② 关系中所有的列是原子数据 ( 原子数据是不可再分的 ) ③ 关系中不允许出现相同的行 (即不能出现重复的行 ) ④ 关系是行的集合，行的次序可以交换。 ( 按集合的性质 ) ⑤ 行中列的顺序可以任意交换。 ( 按集合的性质 ,但使用按定义顺序 )



特别提示Ⅱ : 数据模型和模式是有区别的。数据模型 : 用一组概念和定义描述数据的手段，数据模式 : 用某种数据模型对具体情况下相关数据结构的描述。具体地说，关系模式是以关系数据模型为基础，综合考虑了

用户的需求，并将这些需求抽象而得到的逻辑结构。因而不应将关系数据模型和关系模式相混淆，

( 正象不应把高级语言和用高级语言编写的程序模块混为一谈一样，应注意它们在概念上的差异 )



特别提示Ⅲ : 关系模式 :反映了二维表的静态结构，是相对稳定的。

关系 : 是关系模式在某一时刻的状态，它反映二维表的内容，由于对关系的操作不断更新着二维表中的数据，因此关系是随时间动态变化的。

但在一般表述中，人们常常将关系模式和关系都称为关系，实际上对此二者应加以科学的区分。


关系数据模型 ( 完整性 ) ( 选学 )

关系模式用 R（ A1， A2，…， An ）表示，仅仅说明关系的语法，但是并不是每个合乎语法的行 (元组 )都能成为二维表 R 中的元组，它还要受到语义的限制。

数据的语义不但会限制属性的值，例如：小学、中学和大学都有规定的最低入学年龄的限制；一个企业仓库管理中的库存量不能为负值等。

数据的语义还会制约属性间的关系，如：学生选课成绩表 SC 中的学生必须是学生登记表 S 中已注册的学生等。

以上所述的约束可以用来保证数据库中数据的正确性，称其为关系模型的完整性约束。


关系数据模型 ( 完整性 ) (续 )

实体完整性约束关系模型的完整性约束引用完整性约束用户定义完整性约束

阅读材料6.4


关系数据模型 ( 操作 )

在关系数据库中，通常可以定义一些操作来通过已知的关系 (二维表 )创建新的关系 (二维表 ) 。最常用的关系操作有：

并插入交更新差删除笛卡尔积选择除连接投影

专门的关系操作传统集合的关系操作


关系数据模型 ( 操作 )

举例用例 (5张二维表 ):SNAME

GRADE

钱欣 75

张进元 62

张华 68

胡平平 79

周亮 80

SNAMEGRAD

E

王宁 100

钱欣 75

顾永华 90

黄进 82

胡平平 79

周亮 80

SC1:60-80 分成绩表

SC2:70-100 分成绩表






CC112 软件工程 60 春 CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春 ME234 数学分析 40 秋 MS211 人工智能 60 秋





关系数据模型 (传统集合的关系操作 )

并并操作是一个二元操作。它要求参与操作的两个关系有相同的关

系模式。其作用是将两个关系组合成一个新的关系。根据集合论的定义，并操作创建的新关系中的每一个元组或者属于第一个关系、或者属于第二个关系，或者在两个关系中皆有。

SNAME GRADE

钱欣 75

张进元 62

张华 68

胡平平 79

周亮 80

王宁 100

顾永华 90

黄进 82

并并

SNAME GRADE

钱欣 75

张进元 62

张华 68

胡平平 79

周亮 80

SNAME GRADE

王宁 100

钱欣 75

顾永华 90

黄进 82

胡平平 79

周亮 80

SC1

SC2

结果关系表示选课程学生的“ 60~100 分成绩表”



交交操作也是一个二元操作。它对两个具有相同关系模式的关系进行操作，创建一个新关系。根据集合论的定义，交操作所创建新关系中的每一个元组必须是两个原关系中共有的成员。

SNAME GRADE 钱欣 75

胡平平 79

周亮 80 交交

SNAME GRADE

钱欣 75

张进元 62

张华 68

胡平平 79

周亮 80 SNAME GRADE 王宁 100

钱欣 75

顾永华 90

黄进 82

胡平平 79

周亮 80

SC1

SC2

结果表示选课学生“ 70分~80 分成绩表”。



. 差差操作也是一个二元操作。它应用于具有相同关系模式的两个关系。生成新关系中的元组是存在于第一个关系而不存在于第二个关系中的元组。例如，关系 SC1 与关系 SC2 进行差操作 :

差差

SNAME GRADE

钱欣 75

张进元 62

张华 68

胡平平 79

周亮 80

SNAME GRADE 王宁 100

钱欣 75

顾永华 90

黄进 82

胡平平 79

周亮 80

SNAME GRADE

张进元 62

张华 68

SC1

SC2

结果关系包括那些在 SC1 表中而不在 SC2 表中的成绩信息，即“ 60 ~69 分成绩表”



差 (续 )

在集合操作中 ,“并”和“交”具有交换律的性质 ,而“差”操作没有交换律的性质 . 例如，关系 SC2 与关系 SC1 进行差操作 :

结果关系包括那些在 SC2 表中而不在 SC1 表中的成绩信息，即“ 81 ~100分成绩表”

SNAME GRADE 汪宁 100

顾永华 90 黄进 82

SC2

SC1差

SC1 SC2=SC2 SC1∪ ∪SC1∩SC2=SC2∩SC1

SC1－ SC2≠SC2－ SC1


关系数据模型 (专门的关系操作 )

插入插入操作是一种一元操作。它应用于一个关系，其操

作是在关系中插入新的元组（或另一个具有相同模式的关系） .

例如 : 在课程开设表（ C ）中插入一个新的课程信息（ CW101，’论文写作’， 30，’春’）。

插入插入

CW101, 30（论文写作，，春）

CNO CNAME LHOUR SEMESTER CC112 软件工程 60 春 CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春 ME234 数学分析 40 秋 MS211 人工智能 60 秋 CW101 论文写作 30 春

CNO CNAME LHOUR SEMESTER CC112 软件工程 60 春 CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春 ME234 数学分析 40 秋 MS211 人工智能 60 秋

C



删除删除操作为一元操作。它根据要求删去表中相应的元

组。例如 : 从课程表（ C ）中删除课程 CC112 。

删除删除

CNO CNAME LHOUR SEMESTER CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春 ME234 数学分析 40 秋 MS211 人工智能 60 秋


C



更改更改操作也是一种一元操作，它应用于一个关系。用

来改变关系中指定元组中的部分属性值。例如 : 课程开设表 (C) 中的课程 ME234元组的 LHOUR值

由“ 40”改为“ 30”， SEMESTER值由“秋”改为“春”。

更新更新


CNO CNAME LHOUR SEMESTER CC112 软件工程 60 春 CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春 ME234 数学分析 30 春 MS211 人工智能 60 秋

C

√



选择选择操作是一元操作。它应用于一个关系并产生另一个新

关系。新关系中的元组（行）是原关系中元组的子集。选择操作根据要求从原先关系中选择部分元组。结果关系中的属性（列）与原关系相同（保持不变）。

例如 : 从学生登记表 (S) 中，选出性别为“男”的学生元组，组成一个新关系“男学生登记表”。




选择选择


A041 周光明自动控制男 1986-8-10 1.7

C005 张雷计算机男 1987-6-30 1.75

R098 钱欣管理工程男 1986-5-16 1.8

S



投影是一元操作，它作用于一个关系并产生另一个新关系。新

关系中的属性（列）是原关系中属性的子集。在一般情况下，虽然新关系中的元组属性减少了，但其元组（行）的数量与原关系保持不变。

例如 : 需要了解学生选课情况而不关心其成绩时，可对学生选课成绩表（ SC ）进行相关的投影操作 .

。

投影投影


SNO CNO A041 CC112 A041 ME234 A041 MS211 C005 CC112 C005 CS202 M038 ME234 R098 CS202 R098 MS211

SC

其结果的每个元组仅包括学（ SNO ）课程号（ CNO ）两个属性



连接是一个二元操作。它基于共有属性把两个关系组合起来。连接操作比较复杂并有较多的变化。

例如 : 学生登记表（ S ）和学生选课成绩表（ SC ）的连接 ,生成一个信息更全面的关系 .

连接连接SNO CNO GRADE A041 CC112 92 A041 ME234 92.5 A041 MS211 90 C005 CC112 84.5 C005 CS202 82 M038 ME234 85 R098 CS202 75 R098 MS211 70.5




SNO SNAME DEPART SEX DDATE HEIGHT CNO GRADE A041 周光明自动控制男 1986-8-10 1.7 CC112 92 A041 周光明自动控制男 1986-8-10 1.7 ME234 92.5 A041 周光明自动控制男 1986-8-10 1.7 MS211 90 C005 张雷计算机男 1987-6-30 1.75 CC112 84.5 C005 张雷计算机男 1987-6-30 1.75 CS202 82 M038 李霞霞应用数学女 1988-10-20 1.65 ME234 85 R098 钱欣管理工程男 1986-5-16 1.8 CS202 75 R098 钱欣管理工程男 1986-5-16 1.8 MS211 70.5

S

SC

对于已选课程的学生而言，结果关系包含 SC 表原来的信息，并增加了该学生选修课程号（ CNO ）和成绩

（ GRADE ）。


关系数据模型 ( 关于“关系代数”的操作 )

对于以上所介绍的关系操作，在理论上均可用一种称之“关系代数”的逻辑运算来表示 .

参阅第 6章阅读材料 6.5

（1）并操作 StRttSR

（2）差操作 StRttSR

（3）交操作 StRttSR

（4）广义笛卡尔积 StRtttttSR qpqp ,

(5)选择操作

F(R)= '')( t t 真 tFR

（6）投影

RtAtRA )(

（7）连接操作

)()( SRsk jpiji

（8）自然连接

R S = ][][][, BtBtStRtBtt qpqpqp

（9）除法操作

设有关系 R 和关系S, 关系代数的操作

有 :


关系数据库语言 SQL

数据库语言以上讨论的关系操作，比较直观地说明了其对二维

表运算的含意 ( 数学上对关系操作的抽象描述是“关系代数” ) 。在此基础上，关系数据库管理系统必须配置与此相应的语言，使用户可以对数据库进行各式各样的操作，这就构成了用户和数据库的接口。由于 DBMS 所提供的语言一般局限于对数据库的操作，不同于计算机的程序设计语言，因而称它为数据库语言 .

DB

数据库语言程序用户



关系数据库语言 SQL 特点

① 是一种“非过程语言” ② 体现关系模型在结构 ,完整性和操作方面的特征 ③ 有命令和嵌入程序两种使用方式 ④ 功能齐全 , 简洁易学 , 使用方便 ⑤ 为主流 DBMS产品所支持

用户只要指出“做什么” , 而“如何做”的过程由 DBMS 完成 .

命令式 : 直接用语句操作嵌入式 : 将语句嵌入程序

ORACLE,MS-SQL Server,Sybase DB2,(Access,VFP 有接口 )



关系数据库语言 SQL 3级体系结构

视图 V1 视图 Vp

基本表 B1 基本表 B2 基本表 B3 基本表 Bm

存储文件 S1 存储文件 S2 存储文件 S3 存储文件 Sq

…

…

…

…

用户 1 用户 2 用户 n 用户 3

用户看到的关系模式主要是视图

系统的全局关系模式是基本表

系统的存储结构是文件



SQL 数据定义语言 DDL 作为建立数据库最重要的一步，根据关系模式定义所需的基本表，

SQL 语句表示为：

其中 : [ ] 表示可含有该子句，也可为空 . < 表名 > 基本表名字 . 每个基本表可以由一个或多个列组成。定义基本表时要指明每个列的类型和长度，同时还可以定义与该表有关的完整性约束条件，

CREATE TABLE< 表名 > （＜列名＞＜数据类型＞［完整性约束条件］，……）


关系数据库语言 SQL DDL例 : 按照关系模式 S ，定义学生基本表的 SQL 语句 :

SNO SNAME DEPART SEX BDATE HEIGHT执行语句后，在数据库建立一个学生表 S 的结构

CREATE TABLE S （ SNO CHAR（ 4 ），（类型为定长字符串） SNAME VARCHAR（ 8 ）（类型为变长字符串，串长为 8 ）

DEPART VARCHAR（ 12 ）， SEX CHAR（ 2)

BDATE DATE ，（类型为日期型） HEIGHT DEC（ 5， 2),

（类型为 5 位十进制数，小数点后 2 位） PRIMARY KEY（ SNO ））；（指明 SNO为 S 的主键）


关系数据库语言 SQL SQL 的数据查询查询是数据库的核心操作。 SQL 提供 SELECT 语句 ,具有灵活的使用方式和极强查询的功能。关系操作中最常用的是“投影、选择和连接” ,都体现在 SELECT 语句中 :

SELECT A1， A2，…， An FROM R1， R2，…， Rm ［WHERE F］

SELECT 语句语义为：将 FROM 子句所指出的 R( 基本表或视图 ) 进行连接，从中选取满足WHERE 子句中条件 F 的行（元组），最后根据 SELECT 子句给出的 A( 列名 )将查询结果表输出。

指出目标表的列名 , 相应于“投影”

指出基本表或视图 , 相应于“连接”

F 为“选择”操作的条件


关系数据库语言 SQL 单表查询从指定的一个表中找出符合条件的元组 . 例如，查询所有男学生名的情况 .




选择选择


A041 周光明自动控制男 1986-8-10 1.7

C005 张雷计算机男 1987-6-30 1.75

R098 钱欣管理工程男 1986-5-16 1.8

S

SELECT * FROM S

WHERE SEX＝‘男’；



SNAME DEPART CNAME GRADE

张雷计算机软件工程 84.5

张雷计算机数据库 82

周光明自动控制软件工程 92

周光明自动控制数学分析 92.5

周光明自动控制人工智能 90

钱欣管理工程数据库 75

钱欣管理工程人工智能 70.5

连接查询一个查询同时涉及两个以上的表，称连接查询。是关系数据库中最主要的查询。例如，查询每个男学生及其选修课程的情况。要求列出学生名，系别，选修课程名及成绩。

SELECT SNANE， DEPART， CNAME， GRADE FROM S， C， SC WHERE S.SNO＝ SC.SNO AND SC.CNO＝ C.CNO AND S.SEX＝‘男’；



A041 周光明自动控制男 1986-8-10 1.7

C005 张雷计算机男 1987-6-30 1.75 C008 王宁计算机女 1986-8-20 1.62



CC112 软件工程 60 春 CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春

ME234 数学分析 40 秋 MS211 人工智能 60 秋




查询涉及 S、 C和 SC三个表，S和 SC 表通过 SNO 作连接， C和 SC 表通过 CNO 来实现连接



SQL 的数据更新 SQL 提供了插入数据、更改数据和删除数据的 3 类语句。 (1) 插入语句插入语句 INSERT 可将一个记录插入到指定的表中：

例如，将一个新的课程记录插入到课程开设表 C中 :

插入插入

CW101, 30（论文写作，，春）

CNO CNAME LHOUR SEMESTER CC112 软件工程 60 春 CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春 ME234 数学分析 40 秋 MS211 人工智能 60 秋 CW101 论文写作 30 春


C

INSERT INTO < 表名 >（ <列名 1>， <列名 2>… ） VALUES（ < 表达式 1>， < 表达式 2>，…）

INSERT INTO S（ CNO， CNAME， LHOUR， SEMESTER ） VALUES （‘ CW101’ ，‘论文写作’， 30,‘春’ )



（ 2 ）更改语句对指定表中已有数据进行修改。语句格式如下：

其功能是修改指定表中满足WHERE 子句条件的记录，其中 SET 子句给出 < 表达式 >的值用于取代相应列的值 .

例如 : 将‘ME234’ 课程的课时改为 30, 并改成春季开设：

更新更新


CNO CNAME LHOUR SEMESTER CC112 软件工程 60 春 CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春 ME234 数学分析 30 春 MS211 人工智能 60 秋

C

UPDATE < 表名 > SET <列名 >＝ < 表达式 >…..［WHERE<条件 >］

UPDATE C SET LHOUR=30, SEMESTER＝‘春’

WHERE CNO＝‘ME234’ ；



（ 3 ）删除数据 SQL删除语句的格式为：

其功能是从指定表中删除满足WHERE 子句条件的记录。如果省略 WHERE 子句，则删除表中所有记录 .

例如，从 C 表中删除课程号为’ CC112’ 的记录：

删除删除

CNO CNAME LHOUR SEMESTER CS202 数据库 45 秋 EE103 控制工程 60 春 ME234 数学分析 40 秋 MS211 人工智能 60 秋


C

DELETE FROM < 表名 > ［WHERE <条件 >］

DELETE FROM C WHERE CNO=’CC112’;



SQL 的视图视图是 DBMS 所提供的一种由用户观察数据库中数据的重

要机制。视图可由基本表或其他视图导出。它与基本表不同，视图只是一个虚表，在数据字典中保留其逻辑定义，而不作为一个表实际存储数据。

SQL用 CREATE VIEW 语句建立视图，其格式为： CREATE VIEW ＜视图名＞［＜列名＞，…］ AS ＜子查询＞



SQL 视图的例 : 例如，若建立管理工程系学生的视图 ME_S ，语句为：

视图定义后，用户就可以象对基本表操作一样对视图进行查询。例如，在管理工程系的学生视图中找出年龄大于 25岁的学生 ,其 SQL语句为：

CREATE VIEW ME_s AS (SELECT SNO， SNAME， SEX， BDATE， HEIGHT

FROM S WHERE DEPART＝‘管理工程’ ) ；

SELECT SNANE 2008-YEAR（ BDATE ） FROM ME_S

WHERE 2008－ YEAR（ BDATE ）＞ 25；


数据库系统及应用新技术

．数据库体系结构的发展 DBS运行在计算机系统之上，其体系结构与计算机体系结

构密切相关。因此 DBS 的系统结构也随着它的硬件和软件支撑环境的变化而不断演变。

① 集中式数据库系统。早期的 DBMS 以分时操作系统作为运行环境，采用集中式的数据库系统结构，把数据库建立在本单位的主计算机上，且不与其他计算机系统进行数据交互。在这种系统中，不但数据是集中的，数据的管理也是集中的。

.

.终端DB


数据库体系结构的发展 ② 客户 / 服务器结构 (C/S) 是一种网络处理系统。有多台用作客户机的计算机和一至多台用作服务器的计算机。客户机直接面向用户，接收并处理任务，将需要 DB 操作的任务委托服务器执行；而服务器只接收这种委托，完成对 DB 的查询和更新，并把查询结果返回给客户机。 C/S 结构的 DBS虽然处理上是分布的，但数据却是集中的，还是属于集中式数据库系统。

客户机

计算机网络计算机网络

DB

数据库服务器


数据库体系结构的发展

③ 浏览器 / 服务器结构 (B/S) 由浏览器 ,Web 服务器 ,

数据库服务器 3 个层次组成 .客户端使用一个通用的浏览器代替了各种应用软件 . 用户操作通过浏览器执行 .

客户机


DB

浏览器

数据库服务器


数据库体系结构的发展

④ 分布式数据库系统

数据共享和数据集中管理是数据库的主要特征。但面对应用规模的扩大和用户地理位置分散的实际情况，如果一个单位的计算机仍用联网式的集中数据库系统，将会产生很多问题 :

各个用户结点计算机要通过网络存取数据，如何解决通信开销太大和延迟的问题 ? 一旦数据库不能工作还将导致整个系统的瘫痪，如何保证系统的可用性和可扩性 ?

?


数据库体系结构的发展在分布式 DBS 中，把一个单

位的数据按其来源和用途，合理分布在系统的多个地理位置不同的计算机结点上 (局部数据库 ) ，使数据可以就近存取。数据在物理上分布后，由系统统一管理。系统中每个地理位置上的结点实际上是一个独立的 DBS ，它包括本地结点用户、本地 DBMS 和应用软件。每个结点上的用户都可以通过网络对其他结点数据库上的数据进行访问，就如同这些数据都存储在自己所在的结点数据库上一样。


DBDB

DB

DDBMSn

DDBMS2DDBMS1

DDBMS是分布式数据库管理系统


数据库体系结构的发展 ⑤ 并行数据库系统

随着应用领域 DB 规模的增长，其运行负荷日益加重，对 DBS性能要求也越来越高 .

需求 :

计算机系统通过并行地使用多个 CPU 和磁盘，可提高处理速度

和 I／ O速度。

技术 :

并行数据库系统

并行处理技术很适宜与关系 DBS 技术相结合，在关系模型中，数据库二维表是元组的集合， DBS 操作也是集合操作；在许多情况下对集合的操作可分解为一系列对子集的操作，这些子集操作存在很好的并行性

第 6 章 信息系统与数据库

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第 6 章信息系统与数据库