大学计算机基础第6章.ppt

第六章 数据库技术基础,6.1数据库系统概述 6.2 关系数据库 6.3 数据库设计 6.4 数据库技术新发展,6.1数据库系统概述,6.1.1 数据管理技术的发展 人工管理阶段 文件系统管理阶段 数据库系统管理阶段,特点 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序,一、人工管理阶段,程序1,程序2,程序n,数据1,数据2,数据n,图6.1 数据的人工管理示意图,二、文件系统管理阶段,特点： 数据的管理者：文件系统，数据可长期保存 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大 数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结 构改变必须修改应用程序,程序1,程序2,程序n,数据文件1,图6.2 数据的文件管理示意图,文件系统,数据文件2,数据文件n,三、数据库系统,特点 数据的管理者：DBMS 数据面向的对象：现实世界 数据的共享程度：共享性高 数据的独立性：高度的物理独立性和 一定的逻辑独立性 数据控制能力：由DBMS统一管理和控制,程序1,程序2,程序n,图6.3 数据的数据库系统管理示意图,数据库管理系统,数据库,6.1.2 数据库系统,1、 数据库 数据库(Database,简称DB)是长期储存在 计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合。,2、数据库管理系统 数据库管理系统(DataBase Management System，DBMS)位于应用程序和操作系统之间，是为建立、使用和维护数据库而配置的一层数据管理软件，负责对数据库中的数据进行统一的管理和控制，是数据库系统的核心。,3、 数据库系统,数据库系统(Data Base System，DBS)是指带有数据库的计算机系统。包括数据库、数据库管理系统、应用程序、数据库管理员以及用户等部分.,图6.4 数据库系统示意图,6.1.3数据库系统的体系结构,数据库系统通常采用三级模式结构和两级映射结构描述。 三级模式是由外模式、模式和内模式三级组成 。,程序1,程序2,程序k,程序j,图6.5 数据库系统体系结构,数据库,外模式1,外模式n,模 式,内模式,外模式/模式映射,模式/内模式映射,1模式 也称逻辑模式或概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，综合了所有用户的需求，一个数据库只有一个模式。 模式是数据库系统模式结构的中间层.,三级模式,某学校教务处的职员表如下所示：,2. 外模式 外模式也称子模式或用户模式，是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。 外模式的地位：介于模式与应用之间,3内模式 内模式也称存储模式，是数据物理结构和存储方式的 描述，是数据在数据库内部的表示方式，一个数据库 只有一个内模式。,一、模型及相关概念 1、模型:是现实世界特征的模拟和抽象。 2、数据模型：描述客观世界中事物及事物之间存在的联系。,6.1.4 数据模型,实体:客观存在并可相互区别的事物称为实体(Entity)。 例如，一个职员、一名学生、一个车间、学生选课等都是实体。,二、实体联系(Entity-Relationship)图,1、基本概念,属性：实体的特性称为实体的属性(Attribute)。一个实体可以由若干个属性来描述。 例如，学生可以由学号、姓名、专业、班级等属性描述。,联系：事物内部以及事物之间的联系。,2、联系的分类 一对一联系(1：1) 例如：班长与班级是一对一的联系。,一对多联系(1：n) 例如：班级与学生是一对多的联系。,多对多联系(n：n) 例如：课程与学生是多对多的联系。,3、E-R图,E-R图的表示： 实体：用矩形表示 属性：用椭圆表示 联系：用菱形表示,图6.6 学生选课子系统E-R图,三、逻辑数据模型,逻辑数据模型是面向计算机的，分成四种：层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。,层次模型,网状模型,关系模型,一、基本术语： 1、关系模型：模型中的数据以关系来组织。 2、关系：一个关系对应一张二维表。 3、元组：表中的一行即为一个元组。 4、属性：表中的一列即为一个属性。,6.2 关系数据库,5、候选码(Key)：表中的某个属性或属性组合，它可以唯一标识一个元组。,选 修 表,6、域：属性的取值范围。 7、外码：在别的关系中为主码，但在当前关系中不是主码。 8、关系模式：对关系的描述，表示为： 关系名(属性名1，属性名2，属性名n) 即关系的结构。,关系应满足如下性质： 关系必须是规范化的，关系的每一列不可再分。 关系中必须有主码，使得元组唯一。,元组的个数是有限的且元组的顺序可以任意交换。 属性名是唯一的且属性列的顺序可以任意交换。,二、关系完整性规则,实体完整性规则 主码的属性值不能为空值。 参照完整性规则 用于约束关系模式中实体以及实体之间的联系 规则。,关系完整性规则是对关系的约束条件。,学生表,选修表,用户定义完整性 反映某一具体应用所涉及的数据必须满 足的语义要求。 例如：成绩不能小于0，且不能大于100。 性别=“女” 或 性别=“男”,三、关系操作,1、关系操作：对一张或多张表格进行的操作。 关系操作的对象是关系，结果也是关系。 常用的关系操作： 查询、插入、删除、修改,2、关系运算 1）投影：选择关系中的某些属性，生成一个新的关系。,课程表,投影后的结果,例如：对课程关系进行“名称”、“学分”的投影。,2）选择 是在一个关系中，选取符合给定条件的所有元组， 生成新的关系。,选 修 表,满足条件的结果,例如:查询成绩在90分以上的元组。,3）自然连接 自然连接(Join)是将两个具有公共属性的关系，按 照公共属性值相等的条件连接成为一个新的关系。,例如：将课程关系和选修关系自然连接。,自然联接后的结果,6.3 数据库设计,1、需求分析 2、概念结构设计：产生E-R图 3、逻辑结构设计：产生数据表 4、物理结构设计 5、数据库实施阶段 6、数据库运行、维护阶段,概念结构设计的步骤, 数据抽象。 选择局部应用，设计局部视图。 视图的集成。 消除冗余数据和冗余联系,3、 逻辑结构设计,逻辑结构设计的步骤 将概念结构转化为一般的关系、网状、层次模型 将转化来的关系、网状、层次模型向特定DBMS支持下的数据模型转换 对数据模型进行优化,E-R图向关系模型的转换,转换原则 1） 一个实体型转换为一个关系模式。 关系的属性：实体型的属性 关系的码：实体型的码 例，学生实体可以转换为如下关系模式： 学生（学号，姓名，出生日期，所在系， 年级，平均成绩）,2） 一个m:n联系转换为一个关系模式。 关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 关系的码：各实体码的组合 例，“选修”联系是一个m:n联系，可以将它转换为如下关系模式，其中学号与课程号为关系的组合码： 选修（学号，课程号，成绩）,3）一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并。 关系的属性：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 关系的码：n端实体的码,4） 一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。,4、数据库的物理设计 5、数据库实施阶段：设计人员根据逻辑结构设计和物理结构设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，并进行试运行和评价。 6、数据