数据库系统基础知识1.ppt

1.1 数据处理与数据管理技术 1.2 数据库系统的组成 1.3 数据库系统的模式结构 1.4 数据模型 1.5 关系数据库标准语言SQL 1.6 数据库设计基础 1.7 主流的DBMS产品简介 第一章 数据库系统基础知识 1.1.信息、数据与数据处理信息、数据与数据处理 信息信息 是现实世界中事物的存在方式或运动状态的反映，是 认识主体所感知或所表述的事物存在、运动及其变化 的形式、内容和效用。 数据数据 是计算机中对事实、概念或指令进行描述的一种特殊 格式，这种格式适合于计算机及其相关设备自动地进 行传输、转换和加工处理。 1.1 数据处理与数据管理技术 数据处理 是对各种类型的数据进行收集、存储、分 类、计算、加工、检索与传输的过程。 包括：收集原始数据、数据规范化及其编 码、数据输入、数据处理、数据输出。 2.数据管理技术的发展阶段 人工管理阶段 特点： n数据管理尚无统一的数据管理软件 n数据是面向应用程序的 n应用程序依赖于数据，不具有数据独立性 1.1 数据处理与数据管理技术 u文件系统阶段 特点 n数据以文件形式可以长期存放在存储介质 上 n程序与数据之间具有相对对立性 n数据文件组织多样化 u数据库系统阶段 特点： n采用数据模型表示复杂的数据结构。 n有较高的数据独立性。 n提供了数据安全性、完整性等管理与控制 功能，以及对数据操作的并发控制、数据的备份与 恢复等功能。 n统一管理和控制数据，为用户提供了方便 的用户接口。 1.1 数据处理与数据管理技术 1.基本概念 n 数据库（DB） 定义： 是指一组按照一定数据模型组织 的、长期存放在辅助存储器上的、可共享的相 关数据的集合。 1.2 数据库系统的组成 n特点 数据结构化 数据可共享 数据独立于程序 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. 1.2 数据库系统的组成 n 数据库管理系统（DBMS） n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。Visual FoxPro 属于一种关 系型数据库管理系统。 n数据定义语言（DDL）： 用来建立所需的 数据库 n数据操作语言（DML）：用来对数据库进行 查询和插入、删除、修改 n数据的组织和存取管理 n数据库的运行管理功能 n数据库的维护 1.2 数据库系统的组成 应用程序 用户 计算机支持系统 上述各部分共同构成一个完整的数 据库系统（DBS） 1.2 数据库系统的组成 1.1.三级模式结构三级模式结构 外部层 是面向单个用户的层次，是数据库的“外部视图”。 内部层 是最接近物理存储的层次，是数据库的“内部视图” 或“存储视图”，与实际存储密切相关。 概念层 是数据库的“概念视图”，是数据库中所有信息的抽 象表示。 1.3 数据库系统的模式结构 外部层 （数据库的外模式） 概念层 （数据库的模式） 内部层 （数据库的内模式） 图 1-2 数据库系统三级结构图 1.3 数据库系统的分级结构 2.2.三级模式结构与数据库模式的对应关系三级模式结构与数据库模式的对应关系 1.1.数据模型 三个领域： 现实世界事物（对象、性质） 观念世界实体（对象、属性） 数据世界数据（记录、字段） 实体模型 反映事物联系的实体。 数据模型 描述实体模型的数据。包括实体及实体间联系的数 据结构描述、对数据的操作，以及数据的完整性约束 条件。 1.4 数据模型 2.E-R2.E-R模型模型 是按用户的观点对数据建模，它是对现实世界的 第一层抽象，是用户和数据库设计人员之间进行交流 的工具。 E-R模型的基本概念 实体：客观存在的、可以相互区别的事物。 联系：实体集之间关系的抽象表示。 属性：实体或联系所具有的特征。 1.4 数据模型 E-R图：是E-R模型的图形表示。 例如：在学校的教学管理系统中存在学生、成绩等 实体集。 该系统的概念模型表示如下图： 1.4 数据模型 学分 班级 姓名 学号 课程号 课程名 学生课程 考试 1m E-R实例 成绩 3. 3.关系模型关系模型 关系与关系模式： 关系： 以二维表结构来表示实体集及其实体间的联系。一 个关系就是一张二维表。 数据模型的分类数据模型的分类 层次模型（采用树型结构） 网络模型（采用无向图型结构） 关系模型（采用二维表结构） 1.4 数据模型 E.F.Codd-关系数据 库之父 国内目前超过90%以上的数据 库系统采用关系模型 关系模型的数据结构 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）: 关系模型的数据结构 例表2. 课程开设表 (C): 关系模型的数据结构 n例表3. 学生选课成绩表 (SC): 关系数据模型(结构) n 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: 关系模式：是对关系结构的描述，它包括模式名以及组 成该关系的诸属性名。 1.4 数据模型 如表1-1是一个关系的实例： 学号课程代号成绩备注 99100100189考试 99100200276考试 99100300360补考 表1-1 关系“成绩” “成绩”关系的关系模式可表示为： 成绩（学号，课程代号，成绩，备注） 刚才看到的学生关系S的关系模式是什么呢？ S （SNO，SNAME，DEPART，SEX，BDATE，HEIGHT） 关键字 超关键字：能唯一确定记录的一列或几列的组合。 候选关键字：最简练的超关键字。 即如果一个超关键字去掉其中任何一个字段后不 再能唯一地确定记录。 主关键字：候选关键字中的一个。 外部关键字： 当A表的主关键字被包含到B表中时，则称A表的 主关键字为B表的外部关键字。 1.4 数据模型 超关键字: (学号，姓名，出生年月) 候选关键字: (学号) (姓名,出生年月) 主关键字: (学号) 关系模型 定义： 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。 关系模型通过一系列的关系模式来表述数据的结构 和属性，一般有三个组成部分： 数据结构、数据操作和完整性规则。 1.4 数据模型 关系模型的性质 属性是原子的，不可分解的。 二维表的记录数随数据的增加而改变，但其字段 数是相对固定的。 二维表中的每一列均有唯一的字段名 二维表中不允许出现完全相同的两行二维表中行 的顺序、列的顺序均可以任意交换。 1.4 数据模型 1.4 数据模型 n 关系运算 关系的基本运算有两类： n传统的集合运算（并、差、交 等） n专门的关系运算（选择、投影 、联接） 关系数据模型 (传统集合的关系操 作) n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 “60100分成绩 表” 关系数据模型 (传统集合的关系操 作) n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”。 关系数据模型 (传统集合的关系操 作) n. 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” 关系数据模型 (专门的关系操作) n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）。 关系数据模型 (专门的关系操作) n删除 n 删除操作为一元操作。它根据要求删去 表中相应的元组。 n 例如:从课程表（C）中删除课程CC112。 关系数据模型 (专门的关系操作) n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”。 关系数据模型 (专门的关系操作) n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. 其结果的每个元组仅 包括学（SNO） 课程号（CNO） 两个属性 1.5 关系数据库标准语言SQL nSQL是一种非过程语言，用户只要说明“做什 么”。 n是目前为关系数据库提供非过程化关系语言 最成功、应用最广的 ； n可以独立使用，也可以嵌入到宿主语言。 n功能包括 n数据定义 n数据查询 n数据更新 1.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. 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 （列名数据类型完整性约束条件，） 关系数据库语言SQL 2. 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 n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. SELECT * FROM S WHERE SEX男； 关系数据库语言SQL 3. 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: INSERT INTO （，） VALUES（，） INSERT INTO S（CNO，CNAME，LHOUR，SEMESTER） VALUES（CW101，论文写作，30,春) 关系数据库语言SQL 关系数据库语言SQL （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： UPDATE SET WHERE UPDATE C SET LHOUR=30, SEMESTER春 WHERE CNOME234 ； （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 ： DELETE FROM WHERE DELETE FROM C WHERE CNO=CC112; 关系数据库语言SQL 1.6 数据库设计基础（略讲） n概述 n系统规划 n需求分析 n系统设计 n系统实施 n系统运行和维护 软件产品 Oracle DB2 Sybase MS-SQL Server Access Visual FoxPro 1.7 主流的DBMS产品简介 u 掌 握 n数据库系统的基本概念 n关系模型的基本内容 n关系数据库标准语言SQL 数据库系统的相关概念 E-R图 关系运算 重点和难点： 1、下列不属于关系代数运算的是 。 A. 查询 B. 投影 C. 选择 D. 联 接 2、实体是信息世界的术语，与之对应的数据库 术语是 。 A. 文件 B. 数据库 C. 记录 D. 字 段 3、关系模型中，超关