信息系统与数据库.pptx

《信息系统与数据库.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信息系统与数据库.pptx（156页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第六章 信息系统与数据库 6.4 典型信息系统介绍6.3 信息系统开发与管理6.2 数据库系统及应用6.1 计算机信息系统6.1 计算机信息系统6.1.2信息系统的结构6.1.4信息系统的发展趋势6.1.3信息系统的类型6.1.1什么是计算机信息系统6.1.1 什么是计算机信息系统计 算 机 信 息 系 统（Computer_based Information System，以下简称信息系统）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。计算机信息系统1.涉及的数据量大2.绝大部分数据是持久的3.这些持久数据为多个应用程序所共享，甚至在一个单位或更大范围内共享4.除具有

2、数据采集、传输、存储和管理等基本功能外，还可向用户提供信息检索，统计报表、事务处理、分析、控制、预测、决策、报警、提示等信息服务计算机信息系统技术上的特点从功能分类有:电子数据处理、管理信息系统、决策支持系统等从信息资源分类有:地理信息系统、多媒体管理系统等从应用领域分类有:办公自动化系统、军事指挥信息系统、医疗信息系统、民航订票系统、电子商务系统、电子政务系统等计算机信息系统的分类1960年代中期以前，数据一般由文件系统管理，由于文件系统的局限性，当时的信息系统主要为单项应用服务，其主要功能也只是代替人做一些事务性操作，例如图书管理、工资管理、进、出账的管理和结算、统计报表等。1960年代中

3、期以后，以数据的集中管理和共享为特征的数据库系统逐步取代了文件系统，成为数据管理的主要形式。因而，为一个单位或更大范围的多项应用服务的综合信息系统出现了，其功能也从单纯的事务处理扩大到规划、分析、预测和决策等领域，这是信息系统的重要发展。“信息”和“数据”，这两个概念在计算机信息处理中是既有区别又有联系的。计算机是一种基于二进制运算的信息处理机器，任何需要由计算机进行处理的信息，都必须进行一定程度的形式化，并表示成二进制编码的形式。这就引进了数据的概念。“数据是计算机中对事实、概念或指令进行描述的一种特殊格式，这种（特殊）格式适合于使用计算机及其相关设备自动地进行传输、翻译（转换）或加工处理。

4、”在这个定义中，首先强调的是数据表达了一定的内容，即“事实、概念或指令”，这就是数据的语义；其次，数据具有一定的格式（即数据的语法），其目的是使计算机能自动进行加工处理、通信传递以及翻译转换。国际标准化组织（ISO）对数据所下的定义在信息处理领域中，信息指的是人们要解释的那些数据的含义。“数据是事实、概念或指令的一种可供计算机加工处理的特殊表示形式”，当关联上下文看待这些数据，且它们向人们传递了某些含义时，数据就变成了信息。计算机信息处理，微观上就是由计算机进行数据处理的过程。也就是说，通过信息的采集和输入，有效地把信息组织到计算机中，由计算机系统对数据进行编辑、加工、分析、计算、解释、推论、

5、转换、合并、分类、统计、存储、传送等操作，向人们提供有用的信息。简言之，信息处理的过程实际上就是数据处理，数据处理的目的是获取有用的信息。在许多场合，如果不引起混淆的话，信息和数据通常并不严格加以区分。这一点请大家注意。6.1.2 信息系统的结构计算机信息系统是一种人机结合的系统，通过用户界面用户可向系统输入原始数据、操作命令并获得结果信息。输入的数据由专门程序按一定格式送入数据库；对于输入的操作命令，系统将调用相应的处理程序，对有关数据进行加工处理，得到的结果再通过用户界面显示给用户。一个信息系统除了计算机之外，还包括人、人工过程及数据等资源。虽然信息系统是多种多样的，但其基本结构又是共同的

6、，信息系统的层次结构可分为：基础设施层资源管理层业务逻辑层应用表现层目前，信息系统的软件体系结构包括客户/服务器和浏览器/服务器两种主流模式，它们都是上述计算机信息系统层次结构的变种。可将计算机信息系统视为面向信息的，由计算机硬件、软件和相关的人员共同组织成一个整体的计算机应用系统。计算机信息系统的层次结构用户应用表现层业务逻辑层资源管理层基础设施层6.1.3 信息系统的类型从信息处理的深度来区分信息系统，基本可分为4大类，这些系统还可以按处理深度再继续进行划分。操作层业务处理系统业务信息处理系统信息检索系统信息分析系统专家系统管理层业务处理系统知识层业务处理系统辅助设计系统办公信息系统目录检

7、索系统全文检索系统决策支持系统经理支持系统信息系统的类型1 业务信息处理系统业务信息处理系统是采用计算机技术进行日常业务处理的信息系统，用以使业务工作自动化，提高业务工作的效率和质量。每一个单位或部门（包括个人）都有专门的业务范围和工作内容，在其业务处理中存在着大量信息。从信息学的角度看，业务信息处理系统是一次信息（直接信息）的生产和处理系统。由于在企事业单位中不同层次的业务信息处理系统服务对象不同，因而可以进一步将它分为三类。（1）操作层业务处理系统（2）管理层业务处理系统（3）知识层业务处理系统知识层又分：辅助技术系统 办公信息系统在业务信息处理系统中，其信息检索查询一般都在本单位的业务信

8、息范围内，检索的途径和功能也比较简单。信信 息息 检检 索索 系系 统统（InformationRetrievalSystem）将将原原始始信信息息（一一次次情情报报）预预处处理理生生成成的的二二次次信信息息（二二次次情情报报）输输入入到到计计算算机机中中，经经过过计计算算机机的的加加工工再再处处理理，生生成成具具有有一一定定结结构构的的供供检检索索用用的的情情报报数数据据库库。此此后后，用用户户按按规规定定输输入入检检索索要要求求，由由检检索索系系统统在在情情报报数数据据库库中中进进行行检检索索匹匹配配，最最后后将将符符合合用户检索要求的结果输出给用户。用户检索要求的结果输出给用户。信息检索

9、系统不是为一个单位服务的，它可以供广大的用户使用，例如我国用于科学技术“查新”建立有各类科学和技术的文献数据库（如中国科技文献库、中国科技成果库、中国专利数据库、中国学位论文数据库，中国学术会议数据库等），世界上著名的情报检索系统（如DIALOG、ORBIT等）包含的众多数据库，均可向有关人员提供联机检索服务。信息检索系统信息检索系统的特点是：信息量大检索功能强服务面广通常可根据获得最终检索结果的详细程度和检索词的来源不同，而将信息检索系统分为两大类：目录检索系统全文检索系统从信息的内容来划分信息检索系统，将其分为：文献检索系统事实检索系统数值检索系统等业务信息处理系统是对原始信息存储和利用的

10、系统，信息检索系统是对原始信息作简单的加工后提供检索服务的系统，它们基本上均停留在信息的表层，并未对这些信息进行深层次的处理，所以仅属于一次信息或二次信息系统。而对于高层（领导和决策层）人员而言，他们需要的是经过处理和分析的概括性信息，即所谓三次信息。信息分析系统是为管理决策人员掌握企事业单位运行规律和趋势，制订规划、进行决策的辅助系统。是一种高层次的信息系统，三次信息三次信息的处理系统。决策支持系统决策支持系统 经理支持系统经理支持系统信息分析系统（InformationAnalysisSystem）两种常见的信息分析系统：决策支持系统决策支持系统（DecisionSupportSystem

11、，简称DSS）是辅助决策者通过数据、模型、知识以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机信息系统。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，可调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。经理支持系统经理支持系统（ExecutiveSupportSystem，简称ESS）不提供某种固定的应用或某种具体的能力，而是提供一个综合性的计算和通信环境。专家系统（Expert System，简称ES）是一种知识信息的加工处理系统，也是人工智能最为重要的应用系统。专家系统模仿人类专家的思维活动，通过推理与判断来求解问题。专家系统具有解决特定问题所需的专门领域知识，这种知

12、识不但包括解决该问题的知识，同时还包括求解该问题过程的知识。一个专家系统通常由两部分组成：一一部部分分是称为知识库的知识集合，它包括要处理问题的领域知识，另另一一部部分分是称为推理机的程序模块。推理是指从已有事实推出新事实（或结论）的过程。在专家系统中首先将专家的知识和经验以适当的形式存入计算机（拥有专门知识拥有专门知识），利用类似专家的思维规则，对事例的原始数据，进行逻辑推理和演释，最后作出判断和决策（选择知识选择知识和和运用知识运用知识）。专家系统系统类型系统类型输入信息输入信息处理处理输出信息输出信息使用者使用者业务业务信息信息处理处理系统系统操作层操作层事务和事件的事务和事件的直接数据

13、直接数据排序、列表、排序、列表、合并合并报告、列表、报告、列表、概要概要操作和管理操作和管理人员人员管理层管理层总括的事务处总括的事务处理数据理数据常规的统计、常规的统计、分析分析总结报告、总结报告、异常报告异常报告中层管理人中层管理人员员知识层知识层设计说明书、设计说明书、知识库知识库模型设计、仿模型设计、仿真、优化真、优化模型、图形模型、图形设计报告设计报告专业技术人专业技术人员员办公信息办公信息文献、资料、文献、资料、目录、公文目录、公文流转、编目、流转、编目、通信、归档通信、归档资料、目录、资料、目录、电子邮件电子邮件办公人员办公人员信息检索系统信息检索系统资料和文献数资料和文献数据据

14、交互性、检索交互性、检索检索结果检索结果各类人员各类人员信息信息分析分析系统系统决策支持决策支持总括数据、模总括数据、模型、分析方法型、分析方法联机分析、知联机分析、知识发现识发现决策分析、决策分析、对提问的响对提问的响应应决策人员决策人员经理支持经理支持内外部的总括内外部的总括数据数据图形、交互性图形、交互性对提问的响对提问的响应应决策人员决策人员专家系统专家系统领域专家知识领域专家知识推理、演释推理、演释决策知识决策知识技术和决策技术和决策人员人员6.1.4信息系统的发展趋势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，信息系统的发展趋势：信息多媒体化信息多媒体化系统集成化系

15、统集成化 功能智能化功能智能化结构分布化结构分布化随着信息量的指数级增长和计算机信息系统复杂度的不断升级，好用性问题越来越突出，为此在信息系统中融入各种智能技术已成为当前计算机信息系统的发展趋势。目前常用的智能技术包括联机数据分析、数据挖掘和知识发现、智能搜索引擎和语义Web以及为用户提供个性化信息服务的各种智能技术等。功能智能化由于要求信息系统在大范围内进行集成，而信息源和用户一般在地理位置上总是分散的。信息系统结构分布化既是应用的需要，也是技术发展的必然趋势。这需要计算机网络、分布式处理和分布式数据库等技术的支持。当前，客户/服务器已成为分布式信息系统的流行结构。在分布式信息系统中，用户不

16、但可以共享包括数据在内的各种计算机资源，而且还可以在系统的支持下，合作完成某一任务（例如共同决策、共同拟订计划、共同设计产品等）。信息系统在这方面的功能称为计算机辅助协同工作(Computer-supported Cooperative work，简称CSCW)。结构分布化6.2数据库系统及应用6.2.1 数据管理技术的发展6.2.2 数据模型6.2.4 关系代数操作 6.2.3 关系数据库6.2.5 关系数据库标准语言SQL6.2.6 数据库控制6.2.7 数据库系统及应用新技术6.2.1数据管理技术的发展从计算机一开始应用于数据管理领域，人们就面对数据管理的需求，致力于研究在计算机系统中如

17、何准确地表示数据、如何有效地获取与组织数据、以及如何高效地存储和处理数据。计算机数据管理技术的发展可以划分为三个阶段:人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段用户根据应用需要将数据按其内容、结构和用途组成若干文件并存储在外存中，由操作系统统一管理，操作系统为用户使用文件提供相应的界面。不同的用户编制程序对各自所定义的文件进行处理。由于在文件系统中数据的组织是面向用户程序的，所以存在大量的数据冗佘（即多个数据文件中重复出现相同的数据），且数据在文件中的结构很难修改和扩充。更严重的是，数据结构的任一微小改变，都会影响到应用程序。由于文件是各个用户独立定义的，因而它们不能反映现实世界中事物相互之间原本

18、存在的联系。文件系统（FileSystem）阶段文件系统中的文件和程序关系面向应用程序A面向应用程序B文件A1文件An文件B1文件Bm文件系统应用程序A应用程序B应用程序n以统一管理和共享数据为主要特征数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）数据库系统阶段在数据库系统中，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，由一个称为数据库管理系统的软件管理，使得数据能为尽可能多的应用服务。应用程序应用程序A应用程序应用程序B应用程序应用程序n数据库管理系数据库管理系统（统（DBMS）数据库数据库（DB）DBMS中应用程序与数据的

19、关系与文件系统相比，数据库系统具有以下特点：(1)数据结构化。(2)数据共享性高，冗余度低。(3)系统灵活，易于扩充。(4)数据独立于程序。(5)统一管理和控制数据。(6)具有良好的用户接口。逻辑独立性，是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构相互独立。逻辑独立性，是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构相互独立。物理独立性，是指用户的应用程序与存储在数据库中的数据相互物理独立性，是指用户的应用程序与存储在数据库中的数据相互独立。独立。数据库系统的特点数据库系统的组成（1）计算机支持系统（2）数据库（3）数据库管理系统（4）人员数据库数据库计算计算机支机支持系持系统统数据库管理系统数据库管理系统数据库

20、管理员数据库管理员各种各种应用应用程序程序用用户户终端终端应用系统应用系统数据库管理员数据库管理员系统分析设计员系统分析设计员系统程序员系统程序员用户模式用户模式逻辑模式逻辑模式存储模式存储模式DB数据抽象层数据抽象层数据库管理数据库管理系统系统(DBMS)操作系统操作系统(OS)软件系统层软件系统层6.2.2数据模型（DataModel）在数据库系统中，一般采用数据模型来对现实世界数据进行抽象。数据模型是数据库系统中用于数据表示和操作的一组概念和定义。各种数据库产品都是基于某种数据模型的。现实世界现实世界（客观对象）（客观对象）抽象抽象概念系统概念系统转换转换计算机系统计算机系统（概念模型）

21、（概念模型）（数据模型）（数据模型）首先把现实世界的对象抽象为某一种不依赖于具体计算机系统的数据结构（概念模型）;然后再把概念模型转换为计算机中DBMS所支持的数据模型概念模型可以按用户观点准确地模拟应用单位对数据的描述及业务需求，即对应用数据和信息建模。建模的最终目的是按计算机系统所支持的数据模型来组织数据。数据模型要用严格的形式化定义来描述数据的结构特点和结构约束。通常一个数据模型包括以下两方面的内容：数据静态的特性它包括数据的基本逻辑结构，数据间的联系和数据中的完整性约束，以保证数据的正确、有效和相容。数据的动态特性它指定义在数据上的操作，包括这些操作的规则及实现操作的语言。目前常用“实

22、体-联系（Entity-Relationship，简称E_R）”方法来建立概念模型。概念模型 是对应用单位数据的第一次抽象，也是用户和数据库设计人员之间进行交流与沟通的工具。ER概念模型有关术语实体:凡是可以被人们识别而又可以互相区别的客观对象统统抽象为实体(Entity)。具有共性的一类实体可以组合为一个实体集。属性:实体一般具有若干特征，用于描述其性质，这种特征称之为实体的属性（Attribute）。称每个属性的取值范围为值域。实体主键:能够唯一标识实体的属性或属性组（这组属性的任何真子集无此性质）称为实体集的实体键。联系:抽象到概念系统中的实体之间会有各种联系（Relationship）

23、。如果一个实体集有多个实体键存在，则可从中选一个最常用的作为实体主键，简称主键(Primary Key)。联系又可分为两种：联系又可分为两种：1.1.实体集内部的联系实体集内部的联系 2.2.实体集之间的联系实体集之间的联系 三三类类不不同同语语义义的的联联系系：(以以二二元元联联系系(两两个个实实体体集集之之间间的的联联系系)为为例例)一对一一对一联系（联系（1 1：1 1）对于实体集A的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系；反之亦然，则称实体集A和实体集B具有1：1联系 一对多一对多联系（联系（1 1：n）对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体与之联系；而对于实体集B中的

24、每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B存在1：n的联系。多多对多多联系（系（m:n）若对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体与之联系；而对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体与之联系，则称该二个实体集A，B之间存在m:n联系ER图学号学号SNO姓名姓名SNME系别系别DEPART出生年月出生年月BDATE学生学生S所属所属SCL班级班级CLASS班号班号CLNO班名班名CLNAME班长班长MONITOR排座排座SS教室座位教室座位SIE排号排号ROW列号列号COLUMN选课选课SC成绩成绩GRADE课程课程C课程号课程号CNO课程名课程名C

25、NAME学时学时LHOUR开课时间开课时间SEMESTERnm1n11性别性别SEX身高身高HEIGHT数据模型层次模型（Hierarchica Model）层次模型用树结构表示实体集之间的联系。网状模型（Network Model）用网络结构表示实体集之间联系的数据模型。关系模型（Relational Model）用二维表结构表示实体集以及实体集之间联系的数据模型 面向对象模型（Object-Orinted Model）在面向对象模型中把现实世界的实体都模拟为一种对象，并把类似的对象归并为一类（Class）每个对象有一个状态，对象的状态是该对象属性值的集合每个对象有一组操作，而每个操作决定对

26、象的一种行为每个对象有一个唯一的标识符，它把对象状态和对象行为“封装”在一起对象之间通过消息进行通信。当一个对象要求另一个对象做某个动作时，就向它发送一个消息，以激活该对象的某个方法对象的每个方法都对应且仅对应一条消息对象运行的结果也以消息的形式给出 面向对象模型6.2.3关系数据库（1）关系数据模型的逻辑结构关系数据模型的基本结构是关系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）。用关系数据模型对一个具体单位中客观对象的实体集、属性和联系的结构描述，一般称为关系数据模式（Data

27、Schema），而二维表中的内容即为其实例。关系数据模式的一般描述形式为：R（A1,A2,Ai,An）1关系数据模型的数据结构（2）关系数据模型的存储结构在关系数据模型中，实体集、实体集之间的联系都用二维表来表示。在支持关系模型的数据库（即关系数据库）物理组织中，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。文件系统（操作系统）文件系统（操作系统）关系模型关系模型数据库语言数据库语言SQL记录类型记录类型关系模式关系模式基本表结构基本表结构文件文件关系（二维表）关系（二维表）基本表基本表记录记录元组元组行行数据项数据项属性属性列列（3）关系数据模型的特点在这一节里，我

28、们从集合论角度给出关系数据结构的形式化定义。【定义1】域（Domain）是一组具有相同数据类型的值的集合。【定义2】给定一组域D1，D2，Dn，这些域中可以有相同的。其笛卡尔积（Cartesian product）为：D1D2 Dn=(d1,d2,dn)|diDi,i=1,2,n。2关系模型结构的形式化定义【定义3】D1D2Dn的子集称为在域D1，D2，Dn上的关系。若D1，D2，Dn对应的属性名为A1,A2,，An，则可将这种关系的结构表示如下：R(A1/D1,A2/D2,An/Dn),可简化为：R(A1,A2,，An)与前述相一致，称这种结构为关系数据模式，其中R为关系数据模式的名，n为关

29、系数据模式的属性的个数，称为关系的目（degree或arity）。关系中的每个元素称关系的元组（Tuple），用t表示。由此，若R的值用r来表示，它是n目元组t的集合，即：r=t1,t2,tm。其中，每个元组t可表示为：t=(v1,v2,vm),viDi,1in在关系数据模型中，对每个关系还作了一些限制在关系数据模型中，对每个关系还作了一些限制关系模式用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元组都能成为R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，数据的语义还会制约属性间的关系，这些约束可以用来保证数据库中数据的正确性，称其为关系数据模型的完整

30、性约束。三类关系数据模型的完整性规则:（1）实体完整性（2）引用完整性（3）用户定义完整性约束 3关系数据模型的完整性（1）实体完整性若属性A为关系R的主键，则A不能为空值（即其值处于未知状态，记为Null）或重值。【定义4】设F是基本关系R（指对应实际存储的文件）的一个或一组属性，但不是R的主键。如果F与另一个基本关系S的主键KS相对应，则称F是基本关系R的外键（Foreignkey），关系R和S可以是同一个关系。（2）引用完整性R1的外键F要么是被引用关系R2中某一元组实际存在的主键值，要么为空值。简单地说，即“引用完整性”要求在关系中不允许引用不存在的实体（即元组）。（3）用户定义完整性

31、约束 用户定义完整性它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求，由应用环境对数据的需求而决定。E_R概念模型转换为关系模式的两条原则 实体的转换 联系的转换“联系”转换成”关系模式”中的主键应仔细考虑:联系联系为为1：1联系联系为为1：n联系联系为为m:n4E_R概念模型转换为关系数据模式6.2.4关系代数操作 关系数据模型提供了关系操作的能力，这种操作能力可用代数方式和逻辑方式来表示，分别称为关系代数和关系演算。关系代数：用对关系的运算来表达查询要求的方法(代数方式表示)关系演算：用谓词来表达查询要求的方式(逻辑方式表示)关系代数操作简称为关系操作。分为两类：传统的集合操作 关系专用的

32、操作 关系操作的结果仍为关系，可以再参与其他关系操作，构成关系代数表达式，由此描述对关系的各种复杂操作。关系是元组的集合，因此集合运算均可适用于关系。（2）差操作设关系R和S并相容，其差操作（Difference）表示为R-S，操作结果生成一个新关系，其元组由属于R，但不属于S的元组组成：1传统的集合操作（1）并操作 设有关系R和关系S，它们有相同的模式结构（称R与S是“并相容”），其并操作（Union）表示为RS，操作结果生成一个新的关系，其元组由属于R的元组和属于S的元组共同组成：并、差、交、积并、差、交、积（3）交操作 (Intersection）设关系R和S并相容，其交操作表示为：RS

33、，操作结果为：即结果关系中的元组由既属于R又属于S的元组组成。关系的交可以用差来表示：关系的交可以用差来表示：或者或者（4）广义笛卡尔积 设关系R和S分别具有p和q个属性，定义R和S的广义笛卡尔积（Extended Cartesian Product）是一个具有（p+q）个属性的集合，每一个元组的前p个属性来自R的一个元组，后q个属性来自S的一个元组。广义笛卡尔积记为RS，定义如下：注意:RS有mn个元组其中 R 为关系名，逻辑表达式 F(t)表示条件，F(t)中的运算符包括、=、及算术表达符，运算对象可以是属性名，常量等。由此可见，选择操作实际上是从关系中选取使条件 F(t)为真的元组组成新

34、的关系，它是从行的角度进行的操作。2专门的关系操作它包括：选择、投影、连接、自然连接、除法（1）选择操作（Selection）选择操作是从关系中选择满足条件的元组组成一个新关系。选择操作用下式表示：F F(R)=（a）关系RABCABCACabcabcacaafafcedcd（2）投影操作投影操作（Project）投影操作是对关系作垂直分解。从关系的属性中选择属性列，由这些属性列组成一个新关系。若A为关系R中的属性列，投影操作表示为：连接是从关系R和S的广义笛卡尔积中选取属性值之间满足某一 运算的元组，记为 （3 3）连接操作连接操作（Join）其中i 表示关系R第i个属性，j表示关系S中第j

35、个属性，是算术比较符。连接的形式定义如下：其中p是关系R的属性个数。第（p+j）个属性满足运算的元组。如果是等号“=”那么这个连接操作称为“等值连接”。在R和S的广义笛卡尔积中挑选第i个属性和自然连接是一种特殊的等值连接，它要求两个关系中进行比较的属性必须是相同的属性列，并且在结果中把重名的属性列去掉。即若关系R和S具有相同的属性列B，则自然连接记作：（4 4）自然连接自然连接（naturaljoin）RS=其中是从关系S中去掉B属性列的元组。设 有 关 系 R(x,y)和 S(y)，x和 y为 属 性 列，且S(y)，则除法操作（Division）可记为：（5）除法操作除法操作RS=R R：

36、学生：学生-外语课程选修表外语课程选修表S S：外语课程开设表：外语课程开设表RSRS：选修全部外语课程学生表：选修全部外语课程学生表学号学号姓名姓名课程号课程号课程名课程名C005 张雷张雷W-001英语英语C005 张雷张雷W-002日语日语C005 张雷张雷W-003德语德语C008 王宁王宁W-001英语英语C008 王宁王宁W-003德语德语R098 钱欣钱欣W-001英语英语A041 周光明周光明 W-002日语日语 A041 周光明周光明W-003德语德语M038 李霞霞李霞霞W-001英语英语A041 周光明周光明 W-001英语英语 课程号课程号课程名课程名W-001英语英语

37、W-002日语日语W-003德语德语周光明A041张雷C005姓名学号以上9种关系代数操作，其中并、差，广义笛卡尔积、投影和选择5种操作称为基本操作，它们可以组成关系代数的完备操作集。其他操作（如交、连接和除法）均可以用这5种基本操作来表达。3.关系代数操作的应用实例 6.2.5关系数据库标准语言SQL数据库语言：数据库管理系统配置，使用户可以对数据库进行各式各样的操作，构成用户和数据库的接口的语言。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。关系数据库语言是一种非过程语言。SQL（StructuredQueryLanguage）：一种基

38、于关系代数和关系演算之间的语言非过程语言是有别于过程语言的，即对用户而言只要说明“做什么”，指出需要何类数据，至于“如何做”才能获得这些数据的过程，则不必要求用户说明，而由系统来实现。SQL数据库具有三级体系结构。在SQL中，逻辑模式对应于基本表（BaseTable）,存储模式对应于存储文件，用户模式主要对应于视图(View),元组称为“行”，属性称为“列”。1SQL数据库的体系结构SQL数据库的体系结构用户用户1 1用户用户2 2用户用户3 3用户用户n n视图视图V V1 1视图视图V Vp p基本表基本表B B1 1基本表基本表B B2 2基本表基本表B B3 3基本表基本表B Bm m

39、存储文件存储文件S S1 1存储文件存储文件S S2 2存储文件存储文件S S3 3存储文件存储文件S Sq q用户模式用户模式逻辑模式逻辑模式存储模式存储模式2SQL数据定义SQL提供数据定义语言（DDL）,它包括:定义基本表 修改基本表 删除基本表建立和删除索引 建立和删除视图 等。定义基本表的SQL语句表示为：CREATE TABLE（列名数据类型完整性约束条件，)表示可含有该子句，也可为空，视实际定义要求而定。是所要定义的基本表名字。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。这些完整性约束与基本表的定义内容一并被存入系统的数据字典中，当用户操作基本

40、表中的数据时，由DBMS自动检查该操作是否违背这些完整性约束条件。数据库查询是数据库的核心操作。SQL语言提供了SELECT语句进行数据库查询。SELECT查询语句简单的形式为：SELECT A1，A2，An（指出目标表的列名或列表达式序列）FROM R1，R2，Rm（指出基本表或视图序列）WHERE F （F为条件表达式）GROUP BY 列名序列 （结果表分组）ORDER BY 列名排序方向（结果表排序）3SQL的数据查询它可将一个记录插入到指定的表中。语句格式为：INSERT INTO （，）VALUES（，）4SQL的数据更新（1）插入语句插入语句(INSERT)UPDATE SET,

41、WHERE （2）修改语句修改语句(UPDATE)修改语句可对指定表中已有数据进行修改。语句格式如下：（3）删除数据删除数据(DELETE)SQL删除语句的格式为：DELETEFROMWHERE该语句的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。注意:仅删除表中记录,表的定义仍在数据字典中。视图是DBMS所提供的一种以用户模式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。视图只是一个虚表。5SQL的视图SQL语言用CREATEVIEW语句建立视图，其一般格式为：CREATEVIEW视图名ASSQL-查询语句视图定义后，用户就可以象对

42、基本表操作一样对视图进行查询6.2.6数据库控制数据库的破坏可能来自4个方面数据库控制：DBMS对不同的情况，在技术上采取不同的解决措施，使得数据库中的数据安全可靠，正确有效，以保证整个数据库系统的正常运转。有时也称“数据库保护”。安全性控制并发控制数据库的恢复和完整性控制数据库控制通过4个方面的技术来实现：安全性指保护数据库以防止不合法的使用所造成的数据泄露、修改或破坏。在数据库系统中，安全措施是逐级设置的。主要技术有：1数据库的安全性（1 1）用户标识与鉴别）用户标识与鉴别（2 2）访问控制）访问控制（3 3）审计功能）审计功能 （4 4）数据加密）数据加密 （5 5）视图的保护）视图的保

43、护2数据库的备份和恢复 转储指把数据库中的数据定期地从数据库卸出并写到系统的后备文件中作为备份。日志技术指利用日志文件记录对数据库的每次修改操作的信息，当系统出现故障时，利用备份和日志信息来恢复系统。由于计算机系统的硬件故障、软件故障、操作员的误操作以及恶意入侵都会破坏数据库中数据的正确性。为了使数据库系统在出现故障后，能迅速恢复（Recovery）系统，大多数数据库管理系统采用转储和日志技术。恢复工作由DBMS的恢复子系统执行，其目的是把数据库从因故障而发生的破坏或不正确的状态，恢复到最近的一个正确状态。数据库恢复的基本机制就是“冗余”，即用备份来对数据库数据重复存储3数据库的完整性数据库的

44、完整性是指数据库中数据应始终保持正确的状态，防止不符合语义的错误数据输入，以及无效操作所造成的错误结果。为了维护数据库的完整性，DBMS必须提供一种机制来检查数据库中的数据，看其是否满足语义规定的条件。这些加在数据库上的语义条件称为完整性约束（Integrity Constraints），它们作为模式的一部分存入数据库数据字典中。可用SQL的断言（Assertions）来编写完整性规则。4数据库的并发控制在多用户共享数据库系统中，多个事务可能同时对同一数据进行操作，这就不可避免地发生冲突。DBMS的并发控制（Concurrency Control）子系统负责协调并发事务的执行，保证数据库的完整

45、性不受破坏，同时避免用户得到不正确的数据。调度的原则是：既要交叉分时执行，以充分利用系统资源，又要避免访问冲突，以保证多事务存取共享数据库的正确性。6.2.7数据库系统及应用新技术（1）关系型DBMS的应用目前流行的数据库管理系统绝大多数是关系型DBMS。一般可分为如下3类：以微型计算机系统为运行环境的数据库管理系统（如dBASE、FoxBASE、FoxPro等）。这类系统支持一般事务处理功能，特别强调使用的方便性和操作的简便性。主流关系数据库管理系统（如ORACLE、DB2、Sybase等）。这类系统更强调数据管理在理论上和实践上的完备性、具有完善的数据存储和管理能力、提供了比第类系统更全面

46、的数据保护和恢复功能，它更有利于支持全局性的数据管理工作。介于以上两类之间的关系数据库管理系统，如Microsoft SQL server等。1数据库与面向对象技术的结合（2）面向对象数据库管理系统 关系模型的不足 为了克服关系数据库的弱点，人们抓住了数据模型这一本质问题进行了研究，并认为根据各种不同的需要，应提供一种可扩充的数据模型，在此基础上由用户按需要定义新的数据类型及相应的操作和约束。面向对象数据模型就是这种理想的可扩充数据模型之一。面向对象数据库管理系统 一般而言，一个以面向对象模型为基础的数据库管理系统应具备如下的基本内容和特征：在数据模型方面支持对象、封装、类、继承、重载、联编、

47、多态性等基本概念。数据库访问界面要支持消息传递，提供计算能力完备的数据库语言，适合在分布式环境下工作。提供类似SQL的非过程化查询功能。（1）数据库系统体系结构的发展2数据库体系结构的发展DBMS的系统结构随着硬件和软件支撑环境的变化而不断变化。（2）分布式数据库（3）并行数据库系统 集中式数据库系统 客户/服务器结构 Internet上的Web数据库 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。用户通过本地终端或远程终端访问数据库系统。在这种系统中，不但数据是集中的，数据的管理也是

48、集中的。在网络环境下的共享数据资源的数据库服务器结构。在这种两层结构中有多台用作客户机的计算机和一至多台用作数据库服务器的计算机。客户机直接面向用户，接收并处理任务，将其中需要对数据库操作的任务委托数据库服务器执行；而数据库服务器只接收客户机的这种委托请求，完成对数据库的查询和更新，并把查询结果返回给客户机。具有C/S结构的数据库系统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/服务器结构 Internet上的Web数据库客户端使用一个通用的浏览器，用户的所有操作都是通过浏览器进行的。B/S结构的核心部分是Web服务器，它负责接受远程（或本地）的HTTP查询请求，然后根

49、据查询的条件通过数据库服务器获取相关的数据，再将结果翻译成HTML和各种页面描述语言，传送回提出查询请求的浏览器。同样，浏览器也会将更改、删除、新增数据记录的申请传送到Web服务器，由后者与数据库服务器联系完成这些操作。这种结构又称B/S结构。它由Web浏览器、Web服务器、数据库服务器三个层次组成。（2）分布式数据库 在分布式数据库系统中，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)，使大部分数据可以就近存取。数据在物理上分布后，由系统统一管理。此时，系统中每个地理位置上的结点实际上是一个独立的数据库系统，它包括本地结点用户、本地DBMS和应用

50、软件(称为结点自治性)。在这种分布式数据库系统中，又强调各个结点之间的协调工作，使得任何一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。可以把分布式数据库系统看成是各个结点上局部DBMS的一种合作，但在每个结点上必须增加新的软件成分，使与系统中其他结点提供合作功能，这种新的成分与本地原有的DBMS结合在一起，就构成了分布式数据库管理系统(DDBMS)。计算机网络计算机网络DDBMSnDBnDDBMS2DB2DDBMS1DB1（3）并行数据库系统 计算机并行系统通过并行地使用多个计算机的CPU和磁盘，可提高处理速度和IO速度。将这