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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 ). 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）

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第 6 章 信息系统与数据库

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  1. 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. 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).

  3. 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 • ………………..

  4. 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: 管理业务系统 辅助技术系统 办公信息系统 业务处理系统 信息检索系统 信息分析系统

  5. 计算机信息系统 的类型 (2) • 业务处理系统 管理业务系统 辅助技术系统 办公信息系统 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.

  6. 计算机信息系统 的类型 (3) 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 管理业务系统 辅助技术系统 办公信息系统 面向操作层次 面向管理层次

  7. 计算机信息系统 的类型 (4) • 业务处理系统 • 　　　　　　管理业务系统 • 辅助技术系统 • 办公信息系统 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 • 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

  8. 计算机信息系统 的类型 (5) • 业务处理系统 • 信息检索系统 • 信息分析系统 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. 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

  9. 信息系统的结构和发展趋势(选学)(1) 信息系统的结构: • 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。

  10. 信息系统的结构和发展趋势(选学)(2) • 信息系统的结构: 实现业务功能的 流程、规则、策略和程序. 各类数据信息， 资源管理系统. 主要有数据库管理系统等. 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.

  11. 信息系统的结构和发展趋势(选学)(2) • 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

  12. 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

  13. 数据管理的应用需求 (1) 一个应用实例 : 高校教学业务管理 按一定的结构组织 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 存储到计算机 数据库(DB) 各部门共享数据 ………….

  14. 数据管理的应用需求 (2) 用户 用户共享数据库资源 应用程序1 数据库 数据库管理系统 应用程序2 ….. ……. 应用程序K

  15. 数据管理的应用需求 (3) • 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。

  16. 数据库系统的组成和特点 (1) 设计,开发,管理DBS的人员和用户 • 数据库系统(DBS)的组成: 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。 数据库

  17. 应用系统 终端 用户 用户视图 DBMS 数据库管理员 系统分析设计员 系统程序员 逻辑结构 存储结构 操作系统 DB 数据和数据结构 软件系统 数据库系统的组成和特点 (2) • DBS中人员/数据和数据结构/相关软件之间的关系:

  18. 数据库系统的组成和特点 (3) • 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 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。 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. 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. DBMS管理控制数据功能: 安全性,完整性.并发控制,恢复.

  19. 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？

  20. 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 计算机能够存储处理的数据 概念化加工 DB 计算机不可能直接处理 现实世界中的事物

  21. 抽象 抽象 客观对象 概念结构 数据模式 DB （E-R图） （二维表） 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 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 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.)

  22. 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.)

  23. 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.

  24. 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)

  25. 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? 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. 当今大多数DBMS都支持关系数据模型

  26. 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）:

  27. 关系模型的数据结构(续) 例表2 .课程开设表 (C):

  28. 关系模型的数据结构(续) • 例表3. 学生选课成绩表 (SC):

  29. 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:

  30. 逻辑结构 用户 DB 物理 数据库 DBMS 用户 属性（列） S表 SC …… 元组1（行） 元组2（行） …… C S …… …… 元组n（行） 从用户角度看数据库中数据的逻辑结构 （二维表） 关系数据模型(结构) (续) 数据库中数据的逻辑结构（二维表）纵观示意图: 存储模式

  31. 关系数据模型(结构) (续) • 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)

  32. 关系数据模型(结构) (续) • 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。 R（A1,A2,…Ai…,An） 或者: R =（A1,A2,…Ai…,An）

  33. 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）

  34. 关系数据模型(结构) (续) • 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）

  35. 关系数据模型(结构) (续) • 关系模式主键 DB 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? ?

  36. 关系数据模型(结构) (续) • 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. 候选键: (学号) (姓名,出生年月) 主键: (学号)

  37. 关系数据模型(结构) (续) • 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。

  38. 关系数据模型(结构) (续) 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.

  39. 关系数据模型(结构) (续) 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。 DB 文件 文件 文件

  40. 关系数据模型(结构) (续) • 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

  41. 关系数据模型(结构) (续) • 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)

  42. 关系数据模型(结构) (续) • 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 )

  43. 关系数据模型(结构) (续) • 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。

  44. 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。

  45. 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

  46. 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 传统集合的关系操作 专门的关系操作

  47. 关系数据模型(操作) • 举例用例(5张二维表): SC1:60-80分成绩表 SC2:70-100分成绩表

  48. 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。 结果关系表示选课程学生的“60~100分成绩表”

  49. 关系数据模型 (传统集合的关系操作) • 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。 结果表示选课学生“70分~80分成绩表”。

  50. 关系数据模型 (传统集合的关系操作) • . 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: 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”

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