数据库系统与VFP概述.ppt

信息科学学院 唐伟,数据库基础与应用,第一章 数据库系统基础知识,数据库的基本知识 ,关系模型和二维表 ,关系数据库标准语言SQL ,数据库设计基础 ,主流的DBMS产品简介 ,教学目的与要求,1、了解数据处理的步骤以及数据管理技术发展的几个阶段 2、掌握数据库的概念和数据库系统的组成 3、了解常用的数据模型，重点掌握关系模型 4、熟悉E-R模型中的几个基本概念：实体、联系、属性 5、掌握关系运算 6、掌握SQL语言的概念及其功能 7、了解数据库设计的各个阶段的任务 8、了解主流的DBMS产品,关于数据库技术,数据库技术研究如何存储、使用和管理数据，是计算机数据管理技术发展的最新阶段 40年多来，数据库在理论上、实现技术上均得到很大发展，应用越来越广泛，数据库系统已成为计算机系统的重要组成部分,关于数据库技术,数据库是信息系统的核心和基础技术，是计算机学科领域中发展最为迅速的重要分支，其技术在各行各业中已得到广泛应用，在财务、图书资料、科研项目、银行帐目、学籍档案等各个方面，已经建立了成千上万个信息系统，和我们的工作、学习、生活紧密相连，密不可分,关于数据库技术,案例1：买火车票访问全国铁路数据库系统； 案例2：到银行取钱访问银行的数据库系统； 案例3：到学校报到教务处、学生处等部门均要在相应的数据库中添加该学生的信息； 案例4：到图书馆借书访问图书的数据库系统； 案例5：上网浏览访问网站的后台数据库系统，一般来说，一个真正的、完整的站点是离不开数据库的，因为实际应用中，需要保存的数据很多，而且这些数据之间往往还有关联，利用数据库来管理这些数据，可以很方便的查询和更新。,关于数据库技术,各行各业中几乎都在使用着数据库技术 在世界已进入信息化社会的今天，数据库的建设规模、数据库信息量的多少和使用频度，已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志,关于数据库技术,通过对数据库知识的学习，掌握数据管理的基础知识和数据库设计的一般方法；初步学会使用数据库技术管理信息，处理日常学习与生活中的问题；体验并认识数据管理技术对人类社会生活的重要影响；开拓视野，使我们从一个计算机简单使用者（如文字处理工作、上网、收发电子邮件），成为具体的信息系统的组织、开发者,1.1 数据处理与数据管理技术,一、信息、数据与数据处理 “信息”与“数据”：数据是按一定的格式对信息进行的符号化表示，是信息的载体；而信息是数据的内涵，是数据的语义解释。 数据处理：是对各种类型的数据进行收集、整理、组织、存储、维护、检索、统计和传输的过程。,1.1 数据处理与数据管理技术,一、信息、数据与数据处理 数据处理分五个基本环节： 原始数据的收集 数据的规范化及其编码 数据输入 数据处理 数据输出,二、数据管理技术的发展（三个阶段）,人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段,1.1 数据处理与数据管理技术,人工管理阶段（20世纪50年代中期之前）,数据一般不需要长期保存 数据的管理主要依靠应用程序 数据不能共享 应用程序依赖于数据,应用程序与数据的关系如图：,文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）,数据可以以文件形式长期保存，应用程序通过文件系统对数据进行管理的，应用程序和数据相对独立，数据文件组织多样化，但数据文件之间相互独立、数据冗余量大、安全得不到保障。,举例:文件结构的对照,例1.1.1：某单位添置了一台计算机，各部门纷纷在计算机中建立了文件，如图(a)所示。每一职工的电话号码在一个文件中重复出现，这就是数据冗余；如果某职工的电话号码要修改，就要修改三个文件中的数据，产生上述问题的原因是三个文件中的数据没有联系。,数据库系统阶段（20世纪60年代后期以来）,应用程序对数据的管理是通过数据库管理系统实现的。,数据库系统的主要特点：,采用数据模型来表示复杂的数据结构 有较高的数据独立性 提供了数据的安全性、完整性等控制功能 为用户提供了方便的用户接口,数据库系统阶段（20世纪60年代后期以来）,数据的存在尽可能独立于使用它的程序。如在学籍 管理数据库中，毕业班走了，新一届的学生又来了， 数据在不断变化，但应用程序是不需要改变的。,数据冗余减少，实现数据共享，例如： 对于学籍管理数据库，教务处、学生处、学院的 教学秘书、辅导员，可以根据自己的需要使用其 中的数据，不同的用户只需要用到数据库中 的一部分数据。, 数据库系统（DBS）：是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，具有管理和控制数据库功能的计算机应用系统 数据库系统的组成：一般由数据库（DB）、数据库管理系统（DBMS）、计算机支持系统、应用程序和用户组成,1.2 数据库系统的组成,一、定义 指按一组一定数据模型组织的、长期存放在辅助存储器上的、可共享的相关数据的集合。,数据模型是现实世界中数据特征的抽象 相关数据与数据库主题有关的数据,1.2.1 数据库（DB）,二、数据库包括的内容,一是按一定的数据模型组织并实际存储的的所有应用需要的数据 二是有关数据库定义的数据，通常称为元数据,1.2.1 数据库（DB）,1.2.2 数据库管理系统（DBMS）,硬件,操作系统,DBMS,各种高级语言,一、 定义 是用于建立、使用和维护数据库的系统软件，是数据库系统的核心。,在计算机系统中的地位如下图：,DBMS是系统软件，是与其他高级语言地位相同的。,二、DBMS的基本功能,数据定义功能 通过数据定义语言（DDL）定义数据对象 数据操纵功能 通过数据操纵语言（DML）操纵数据 数据的组织和存取管理 分类组织、存储和管理各种数据,1.2.2 数据库管理系统（DBMS）,二、DBMS的基本功能,数据库运行管理功能 保证数据库系统的正常、安全运行 数据库的维护 为数据库管理员提供软件支持,1.2.2 数据库管理系统（DBMS）,1.2.3 应用程序,是面向最终用户的、利用数据库系统资源开发的、解决管理和决策问题的各种应用软件,1.2.4 用户,系统分析员、数据库设计员和程序员：主要是在数据库系统的开发过程中发挥相应的职能 系统管理员：完成控制和管理数据库系统的一般性操作 数据库管理员（DBA）：对数据库系统进行管理和控制，具有最高的数据库用户特权，负责全面管理数据库系统 最终用户：通过应用系统（各种应用程序）提供的用户接口使用数据库,1.2.5 计算机支持系统,是指用于数据管理的硬件和软件平台 硬件平台：强调数据库主机（或服务器）必须有足够大的外存容量、高速的数据吞吐能力、强大的任务处理能力、极高的稳定性与安全性 软件平台：指能确保计算机可靠运行的一些系统软件和应用系统开发工具等,1.3 数据库系统的模式结构,数据库系统的结构定义为三级模式结构：外部层（单个用户的视图）、概念层（全体用户的公共视图）和内部层（存储视图）。,外部层 （单个用户的视图）,概念层 （全体用户的公共视图）,内部层 （存储视图）,映射,映射,映射,映射,例1.3.1：数据库系统的体系结构示例,二级映射 概念层/内部层：保证了数据的物理独立性 外部层/概念层：保证了数据的逻辑独立性,1.3 数据库系统的分级结构,模型是现实世界特征的模拟和抽象。在数据库系统中，用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的信息和数据。,数据的静态特征 数据的动态特征 数据的完整性约束,1.4 数据模型数据的组织形式,1.4 数据模型数据的组织形式,一、信息的三个领域 现实世界客观事物及其相互联系 信息世界现实世界的事物在人们头脑中的反映 数据世界以数据形式反映信息世界中的信息,（认识抽象）,（数据表示）,根据适用对象的不同，数据模型分为两类：,概念数据模型（概念模型）面向客观世界、面向用户。 逻辑数据模型（结构模型）面向数据库管理系统，用来刻画实体在数据库中的存储形式及实体之间的联系。,1.4 数据模型数据的组织形式,二、概念模型,概念模型 是按用户的观点对数据建模，它是对现实世界的第一次抽象，也是用户和数据库设计人员之间进行交流与沟通的工具。 广泛使用的概念模型实体-联系模型（ Entity-Relationship，简称E-R ） E-R概念模型有关术语 （1）实体：客观存在的、可以相互区分的事物。 （2）属性：实体或联系所具有的特征。 （3）联系：实体集之间关系的抽象表示。,1、联系的种类,一对一联系（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，称实体集A和实体集B具有1：1的联系。如“学生”实体集与“教室座位”实体集 一对多联系（1：n） 对于实体集A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 的每一个实体，实体集 A 至多只有一个实体与之联系。如“系”实体集与“学生”实体集 多对多联系（m：n） 对于实体集A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 的每一个实体，实体集 A 也有m个实体与之联系。如“学生”实体集与“课程”实体集,2、E-R图,E-R模型的图形表示法。用矩形框表示实体集，菱形框表示联系，椭圆框表示属性。,数据库的核心是数据模型,三、关系模型,关 系 模 型,三、关系模型,用二维表表示实体集，通过外部关键字表示实体间联系的数据模型称为关系模型。 关系模型有三部分组成： 数据结构：数据的静态特性，数据库中所有数据及其相互联系都被组织成二维表形式。 数据操作：数据的动态特性，提供一组完备的关系运算，以支持对数据库的各种操作。 完整性规则：这是一组数据库中的数据必须满足的规则。,1、关系模型的数据结构,关系：一个关系就是一张二维表。 属性（字段）：表中的首行，每一列的名字即属性名。 元组（记录）：表中除首行以外的其他行。 域：属性的取值范围。 关系模式：对关系结构的描述,域（男女）,超关键字（Super Key） 候选关键字（Candidate Key） 主关键字（Primary Key） 外部关键字（Foreign Key）,二维表中能唯一区分记录的列或列的组合，称为“关键字”。,关键字的类型：,2、关键字,超关键字（Super Key）：二维表中能唯一确定记录的一个列或几个列的组，称为超关键字。,全体字段构成它的一个超关键字。 它所包含的字段可能有多余。 如果单一的列构成关键字，则称为 “单一关键字”。 如果是两个或两个以上的列构成 关键字，称为“合成关键字”。,候选关键字（Candidate Key）：如果一个超关键字去掉其中任何一个字段后不再能唯一确定记录，则称它为候选关键字。,候选关键字能唯一地确定记录 候选关键字包含的字段最精炼 一张二维表总存在超关键字， 因此至少存在一个候选关键字。,主关键字（Primary Key）：从候选关键字中选出一个作为主关键字。,主关键字必须包含一个不同于 其他记录的唯一值。 主关键字的值不能为空。,外部关键字（Foreign Key）：一张二维表（A）的主关键字包含到另一张二维表（B）中时，A表的主关键字称为B表的外部关键字。,2、关键字,如上表中：“学号”可作为“关键字” “姓名”如果没有重复，也可作为“关键字” 而“性别”、“系名”不能作为“关键字”,学生表,“学号”和“姓名”都可作为“候选关键字”,2、关键字,例1.4.1：关键字分析,课程表 成绩表,“课程代号”可作为关键字 “课程名”如没有重复，也可作为关键字,成绩表的关键字应该是？,“学号”+“课程代号”,合成关键字,“课程代号”和“课程名”都可作为“候选关键字”,在“候选关键字”中可选出一个作为“主关键字”,学生表,课程表,成绩表,主关键字,外部关键字,外部关键字,传统的集合运算：并、交、差。 进行这类运算时将关系看成元组的集合，所以是从关系的行的角度进行。 传统的集合运算的前提：参加运算的关系具有相同的关系模式。 专门关系运算：选择、投影、联接。 这类运算不仅涉及到行，而且涉及到列。,3、关系运算,R关系,S关系,T关系,R关系,S关系,4、关系的规范化,关系模型的规范化理论是研究如何将一个不好的关系模型转化为一个好的关系模型的理论 。 规范化的二维表的性质：,属性值是原子的，不可分解 二维表的记录数可变，但字段数是相对固定的 每列有唯一的字段名，且取值是同性质的 二维表不允许出现完全相同的两行 行和列的顺序可以任意交换,4、关系的规范化,例1.4.2：有关系模式J_X_Z_R（工号, 姓名, 性别, 系代号, 系名，职称代号, 职称, 课程代号），表1-1是它的一个实例，分析其异常情况。,数据冗余：每当教师开设一门课程时，该教师的姓名、性别、系代号、系名、职称代号、职称就重复存储一次。,插入异常：如果学校新调入一个教师，暂时未讲任何课程。由于缺少主关键字的一部分，而主关键字不允许出现空值，新教师就不能插入到此关系中。这是不合理的。,删除异常：与插入异常相反，如果某些教师致力于科研，不担任教学任务了，就要从当前数据库中删除有关记录。那么关于这些教师的其他信息将无法记载，这也是不合理的。,目的：使结构合理，尽可能地消除异常情况。（如数据冗余、插入异常、删除异常 ） 方法：将关系模式投影分解为两个或两个以上的关系模式。 规范化级别：每级称为一个范式，记作n范式。n表示范式的级别，一般要求满足3NF。,4、关系的规范化,例1.4.3：对关系模式J_X_Z_R进行规范化。,4、关系的规范化,【解答】：对关系模式J_X_Z_R进行分解，分解为4个关系模式。表1-2是4个关系模式对应的实例。,完整性：不但会限制属性的值，还会制约属性间的关系以及实体集之间的关系。 完整性的三种类型： 域完整性：例如，“成绩”表中的“成绩”不能为负数，“学生”表中的“性别”只能为男或女 实体完整性：例如，“学生”表中的“学号”不能为空值，且不能有重复的学号 参照完整性：例如，“成绩”表中的学生必须是“学生”表中已注册的学生,5、关系模型的完整性,1.5 关系数据库标准语言,关系数据库语言的作用：与关系代数操作相对应，使用户可以对数据库进行各种各样的操作，构成了用户和数据库的接口。 关系数据库语言的特点：是一种非过程语言 SQL（Structured Query Language）： 是目前最成功、应用最广的关系数据库语言 1974年提出，20世纪80年代中期被ISO采纳为国际标准 目前，SQL语言已不限于查询，还包括了数据操作、定义、控制和管理等多方面的功能 关于SQL语言中对数据库进行各种操作的SQL语句将穿插在有关章节中介绍,1.7 主流DBMS产品介绍,Oracle 在数据库领域一直处于领先地位。 DB2 Sybase MS-SQL Server Access Visual FoxPro,（1）VFP是一种 的数据库管理系统。 A网络模型 B层次模型 C对象模型 D关系模型 （2）由操作系统、数据库、DBMS、数据库管理员、应用程序等组成的整体称为 。 A软件系统 B文件系统 C数据库系统 D数据库管理系统 （3）DBA指的是 。 A数据库管理系统 B数据库系统 C数据库存取软件 D数据库管理员,本章练习