数据库原理及应用第一二章.ppt

数据库原理及应用,主讲：秦金磊 院系：信息与网络管理中心,教材：,数据库原理及应用 张锋奇等 中国电力出版社,课时：22上课+10上机（1-8周） 考核方式：开卷上机 卷面成绩+平时成绩+实验成绩,电话：(752)2474地点：一校区综合楼网管中心103室 网络：HTTP:/5教学信息网络教学平台,答疑：,课程内容简介,一、数据库基础理论 二、SQL Severe数据库的使用 三、使用VB开发数据库应用程序,总体要求,一、理解基础理论 二、掌握SQL Severe数据库使用 三、能够独立开发数据库应用程序,学习方法,多阅读，勇实践，勤思考，善总结。,要 点,数据库系统概述 数据模型 关系数据库 关系的规范化 数据库设计,一、数据库基础理论,第一章 数据库系统概述,1.1信息、数据与数据处理 1.2数据管理技术的发展 1.3数据库系统的组成与结构 1.4数据库管理系统,教学要求,理解信息、数据与数据处理 了解数据管理技术的发展 理解掌握数据库系统的组成与结构 理解掌握数据库管理系统,1.1信息、数据与数据处理,学生姓名、学号、性别、出生年月、所在系、专业,（张伟，20080200130，男，1989.5，动力系，热动）,数据,张伟是08级动力系(02)热动(00)专业01班的男生， 1989年5月出生。,语义,.数据,描述事物的符号称为数据,数据的含义是数据的语义。,.信息,数据经过加工处理后，使其具有知识性并对人类活动产生决策作用，从而形成信息。从信息角度看，任何事物的属性都是通过数据来表示的。,信息,同一信息可以由不同的数据表示，同一数据可以有不同的解释。,.信息与数据,在许多场合下，对它们不做严格区分，可互换使用。例如通常说，“信息处理”与“数据处理”具有同义性。,总之，数据是信息的载体，而信息是数据的内涵。,如何提高数据管理水平，是数据处理的核心环节。,.数据处理,在数据处理过程中，数据采集、存储、分类传输是基本操作，称之为数据管理；而数据加工、计算、输出随着业务不同，处理方法也不同。,由已知信息出发，参照相关数据进行加工计算，得到新的数据。新的数据又表示了新的信息，可以此作为决策的依据。该过程叫数据处理。,1.1信息、数据与数据处理,发展过程,人工管理阶段,文件系统阶段,数据库系统阶段,1.2数据管理技术的发展,时间：20世纪50年代中期以前 应用：以科学计算为目的 硬件：只有卡片、纸带、磁带等存储设备 软件：没有操作系统，没有进行数据管理的软件 特点： 程序和数据放在一起 数据不能共享,.人工管理阶段,数据仓库阶段,人工管理阶段数据管理示例,例：两个C语言程序，分别求10个数据之和和最大值。程序与数据放在一起，数据没有能够共享。,1.2数据管理技术的发展,.文件系统阶段,时间：20世纪60年代中期 应用：不仅用于科学计算，还用于数据管理 硬件：磁带、磁盘等大容量存储设备 软件：有了操作系统 特点： 程序与数据分离 数据有一定的独立性 实现了以文件为单位的数据共享,1.2数据管理技术的发展,文件系统阶段数据管理示例,上例用文件实现,1.2数据管理技术的发展,3.数据库系统阶段,时间：20世纪60年代后期 应用：各个方面 硬件：出现了大容量且价格低廉的磁盘 软件：有了数据库管理系统DBMS 特点： 数据结构化(二维表结构) 数据共享性高，冗余小 数据独立性高 数据由DBMS统一管理控制 为用户提供了友好的接口,1.2数据管理技术的发展,数据库系统阶段数据管理示例,上例用数据库实现,求和： SELECT Sum(Num) FROM Data 求最大值：SELECT Max(Num) FROM Data,1.2数据管理技术的发展,4.数据仓库阶段,数据仓库是支持管理决策过程的、面向主题的、集成的、随时间变化的、但信息本身相对稳定的数据集合。是一种只读的、用于分析的数据库，常常作为决策支持系统的底层。,使用数据仓库，企业可以将购买、销售、生产过程中的大量信息和客户信息存放在一个唯一的地方数据仓库。其中的数据按照一定的方式组织，从而使得信息容易存取并且有使用价值。 数据仓库为企业带来了一些“以数据为基础的知识”，应用于对市场战略的评价，为企业发现新的市场商机，控制库存、检查生产方法和定义客户群等。,1.2数据管理技术的发展,数据库应用系统的简称，是指在计算机系统中引入数据库后，用于组织和存取数据的管理系统。 主要由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（DBA）和用户构成。,数据库系统(DBS，Database System),1.3数据库系统的组成与结构,数据库（Database）,长期保存在计算机外存上的、有结构的、可共享的数据集合。,数据库管理系统（Database Management System，DBMS),数据库系统的核心软件，负责数据库存取、维护和管理。,应用系统,介于用户和数据库管理系统之间，完成用户操作的程序。,数据库管理员(DBA),系统分析员和数据库设计人员,应用程序员,终端用户,对整个数据库系统进行总体控制和维护。,系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明； 数据库设计人员负责数据库的设计。,负责设计和编写程序模块，并进行调试和安装。,主要用户：,1.3数据库系统的组成与结构,使用计算机终端存取数据的人员。,数据库系统开发过程及其工具,应用程序,数据库管理系统,SQL命令,数据库引挚,数据库,1.3数据库系统的组成与结构,数据库系统及地位,硬件,统,操,作,系,统,编,译,系,S,D,B,M,统,应,用,系,发,应,用,开,具,工,组成：计算机系统、数据库、数据库管理系统、应用系统、用户。,1.3数据库系统的组成与结构,处于核心地位,数据库的体系结构-SPARC分级结构,模式：（学号，姓名，性别，班号） 实例1：（200701000131，张三，男，101） 实例2：（200702000101，李四，男，102）,模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征描述，模式只是对实体的描述，而与具体的值无关。模式的具体值称为实例（Instance） ，实例可以有多个。,数据库产品多，类型和规模相差很大，但体系结构大致相同。 ANSI-SPARC Architecture (American National Standards Institute, Standards Planning And Requirements Committee：美国国家标准协会的标准计划与需求委员会) ：是一种数据库的标准体系结构。即三级模式结构。包括外模式（external level），内模式（internal level）, 概念模式（conceptual level）；,1.3数据库系统的组成与结构,具体描述了数据如何组织存储在存储介质上，一个数据库只有一个内模式。,是对数据库的整体逻辑结构和特征的描述，并不涉及数据的物理存储细节和硬件环境。,是数据库用户能够看到和使用的局部数据结构和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。,1.3数据库系统的组成与结构,SPARC结构三级模式,内模式是真正存储数据，而概念模式和外模式只是一种逻辑表示，利用DBMS的映象功能，可以放心使用它们。 为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库管理系统在这三级模式之间提供了两层映象：,外模式/概念模式映象，概念模式改变，由DBA对该各个映象作相应改变，使外模式保持不变。应用程序是按照外模式编写，从而不用修改应用程序，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。,1.3数据库系统的组成与结构,SPARC结构两层映像,概念模式/内模式映象，数据库的存储结构改变，由DBA对该映象作相应改变，使概念模式保持不变。从而应用程序也不必改变，保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。,1.3数据库系统的组成与结构,该映像是唯一的,每一个外模式对应一个映像,DBMS是位于用户与操作系统之间的一个数据管理核心软件，是一个帮助用户建立、使用和管理数据库的软件系统，是数据库与用户之间的接口。具有下述功能：,1.4数据库管理系统(DBMS),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,通过数据定义语言(DDL)对数据库中的数据对象进行定义。,通过数据操纵语言(DML)实现对数据库的基本操作。,保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。,DBMS是由许多“系统程序”所组成的一个集合。每个程序都有自己的功能，一个或几个程序一起完成DBMS的一件或几件工作。由以下几个部分组成：,1.4数据库管理系统(DBMS),1 语言编译处理程序,2 系统运行控制程序,3 系统的建立、维护程序,4 数据字典,如数据定义语言翻译程序，数据操纵语言处理程序等。,如系统总控程序，存取控制程序，并发控制程序等。,如数据装入程序，数据库系统恢复程序等。,也称为数据目录或系统目录，通常是一系列表，它存储 着数据库中有关信息的当前描述。,第一章 小结,信息、数据、数据处理、数据管理的基本概念。 数据管理的三个发展阶段。 DB、DBS、DBMS、DBA的含义。 DBS开发过程和工具，及其在计算机系统中的位置。 三级模式、两层映射、独立性的概念。 DBMS的功能及组成。,作业：,教材P10，练习题1 1.单选题：要求写清题号、题目、正确答案(不得用字母代替)，不得打印。 2.简答题：要求同上。,要 点,数据库系统概述 数据模型 关系数据库 关系的规范化 数据库设计,一、数据库基础理论,第二章 数据模型,2.1 现实世界的抽象过程 2.2 概念模型 2.3 数据模型及组成要素,教学要求,理解现实世界的抽象过程 理解概念模型 了解组成要素 理解掌握关系模型及ER表示方法,2.1 现实世界的抽象过程,现实世界是指存在人们头脑之外的、有着千丝万缕联系的客观世界，须抽象才能将其存储在计算机中。 所谓的抽象即删繁就简，挑出重点，反映本质。 其过程包括：现实世界信息世界机器世界,现实世界,认识 抽象,信息世界 （形成概念）,机器世界,加工转换,各种事物之间存在着相互联系，是数据库中最原始的信息,经过抽象形成概念，不依赖具体计算机，从人的角度看世界,将信息世界中的内容加工转换为在计算机上可以实现的形式,2.2 概念模型,实体(Entity),客观存在并可相互区别的事物。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系。,如，一个职工、一个学生、一门课、一个部门、学生的一次选课、部门的一次定货等都是实体。,属性(Attribute),实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。,例如，学生实体可以由学号、姓名、性别、出生年份、系、入学时间等属性组成。,便于数据库的设计，及数据库设计人员和用户之间的交流。包含如下概念：,1.基本概念,码(Key),惟一标识实体的属性集称为码。可以是一个属性或几个属性的组合。,例如，学号是学生实体的码。,实体型(Entity Type),具有相同属性的实体必然具有共同的特性和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。,例如，学生(学号，姓名，性别，出生年份，系，入学时间)就是一个实体型。,实体集(Entity Set),同型实体的集合称为实体集。,例如，全体学生就是一个集合，即实体集。,2.2 概念模型,域(Domain),属性的取值范围称为该属性的域。,例如，性别的域为(男，女)，学号的域为8位整数，年龄的域为小于35的整数。,现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，在信息世界中反映为实体(型)内部的联系和实体(型)之间的联系。 实体内部的联系是指组成实体的各属性之间的联系。 实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。,一对一联系(1:1),一对多联系(1:n),多对多联系(m:n),2.2 概念模型,2.联系方式,两个实体集之间的联系可分为如下三种方式:,如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个（也可以没有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系，记为1:1.,如：一个班级只有一个正班长 一个班长只在一个班中任职,2.2 概念模型,一对一联系(1:1),对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，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有一对多联系，记为1:n.,一对多联系(1:n),如：一个班中有若干学生，每个学生只在一个班中学习,多对多联系（m:n）,实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系，记为m:n。,如课程与学生之间的联系： 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,2.2 概念模型,对于多个实体之间的联系，可以按照两两实体进行分析即可。实际事物中还存在实体内部的联系，也可按此进行分析。,概念模型的表示方法,概念模型是对信息世界建模，所以概念模型应该能够方便、准确地表示出信息世界中的常用概念。 概念模型的表示方法中最为常用的是P.P.S.Chen于1976年提出的实体联系方法(Entity-Relationship Approach)。该方法用ER图来描述现实世界的概念模型，ER方法也称为ER模型。,实体型,用矩形表示，矩形框内写明实体名。,教师,2.2 概念模型,属性,用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体 连接起来。,联系,用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n）。,2.2 概念模型,如：学生和课程之间的联系,为了清晰起见，在E-R图中通常省略属性。,实体内部的联系,如职工实体型: 某一职工“领导”若干名职工 一个职工仅被另一职工直接“领导”,2.2 概念模型,多个实体型间的联系,如课程、教师与参考书三个实体型： 一门课程可以有若干教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用。,课程,讲授,教师,1,m,n,参考书,教师与参考书之间是多对多的关系。,如供应商、项目、零件三个实体型： 一个供应商可以供给多个项目多种零件，每个项目可以使用多个供应商供应的零件，每种零件可由不同供应商供给。,2.2 概念模型,也可简化如下所示,在一个E-R图中，多处出现的同一个实体可以合并简化。,2.2 概念模型,例：用E-R图表示某工厂物资管理的概念模型,物资管理涉及的实体有：,仓库 属性有仓库号、面积、电话号码,零件 属性有零件号、名称、规格、单价、描述,供应商 属性有供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号,项目 属性有项目号、预算、开工日期,职工 属性有职工号、姓名、年龄、职称,（1）一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中。,（2）一个仓库有多个保管员，一个保管员只能在一个仓库工作。,（3）仓库主任领导若干保管员。,（4）一个供应商可以供给若干项目多种零件，每个项目可以使用不同供应商供应的零件，每种零件可由不同供应商供给。,2.2 概念模型,2.2 概念模型,供应商,供应,项目,m,n,p,零件,库存量,仓库,仓库,m,n,工作,1,n,职工,领导,1,n,库存量,2.2 概念模型,根据大学业务规则,设计初步E-R模型 (1)学校有多个学院,每个学院有若干系,每个系属于一个学院,学院与系的关系为一对多。 (2) 每个系有多个班级,每个班级属于一个系,系与班级的关系为一对多 (3)每个系聘任多个教师,每个教师属于一个系,系与教师,的关系为一对多 (4)每个班有多名学生,每个学生属于系,学生与班级的关系为一对多 (5)每个学期学校要安排统一的课程表,每门课有多名教师将,一个教师可讲授多门课,教师与课程的关系为多对多 (6) 每个学生选修多门课,每门课有多名学生选,学生与课程关系为多对多,2.2 概念模型,m,m,m,m,m,m,1,1,1,1,n,n,班级,有,有,学生,选修,聘任,教师,讲授,课程,1,1,1,m,m,m,m,h,i,k,g,请同学参考教材P16页例2.1自学。,1,2.3 数据模型及组成要素,1、组成要素,数据结构是对象类型的集合。包括两类：数据类型、数据类型之间的联系。如网状模型中的记录型、数据项等数据类型；关系模型用二维表来表示联系等。,数据操作是对象允许操作的集合，包括操作和操作规则，如对数据的检索和更新操作等。,数据约束条件是完整性规则的集合，用以限定符合数据模型的数据库状态，以及状态的变化，保证数据正确有效等。,要在计算机上实现数据的存储，概念模型只有转化为一定的数据模型。 数据模型是严格定义的一组概念的集合。,由数据结构、数据操作和数据的完整性约束条件组成。,层次型,2.3 数据模型及组成要素,依据数据模型的组成要素内容不同可分为三种：层次、网状和关系。,2.三种数据模型,以树形结构来表示实体及其之间的联系 1968年美国IBM公司推出的层次模型的IMS数据库管理系统。,学校组织结构图,多用于表示1:n,网状型,共同存在问题:难以实现系统扩充，插入或删除数据时，操作复杂，限制太多，不利于用