《数据库基础知识》PPT课件.ppt

Database Theory and Application,数据库应用,2011-2012学年 第1学期 信息管理系 刘紫玉 邮箱： 手机QQ： 43174609,数据库应用课程的地位,数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术。 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大促进了计算机应用向各行各业的渗透。 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。,教材及参考书,教材： 数据库技术与应用SQL Server2005 刘卫国、熊拥军主编 参考书： 英文教材：First Course in Database Systems（英文讲授ppt） SQL Server 2005相关书籍 数据库原理相关书籍,课程成绩的考核,平时（实验、作业、上课）占30%； 期末考试占70。 教学课件等资料、交流与讨论 密码：hebust,课程性质与设置目的,性质 非计算机专业的一门基础课程。 强调数据库的基本原理，以应用为目的。 应用领域广大。 目的 理解什么是数据库以及数据库在各领域的应用。 掌握数据库的操作与应用，如数据库的管理、表的管理、数据查询、索引与视图等内容。 掌握数据库技术及应用开发方法，为今后应用数据库技术管理信息、利用信息打下基础。,课程学习方法,理论学习 掌握基本概念，多看例题，多做习题 理论指导实践，实践提高认识 实践学习 勤思考，多动手 重视上机实习环境,引言,经历了三代演变 层次/网状系统、关系系统、新一代数据库系统家族 造就了三位图灵奖得主 C.W.Bachman、E.F.Codd和James Gray 发展了一门计算机基础学科 数据建模和DBMS核心技术为主，内容丰富领域宽广 带动了一个巨大软件产业 DBMS及其相关工具产品、应用套件、解决方案 数据库技术和系统已经成为信息基础设施的 核心技术和重要基础,三位图灵奖得主,C.W.Bachman（1973） E.F.Codd （1981） James Gray （1998） 查尔斯巴赫曼 埃德加科德 詹姆斯格雷,1960年为通用电气制造了世界上 第一个网状数据库系统IDS 积极推动与促成了数据库标准的制定：DBTG报告 在数据库技术的产生、发展与推广应用方面都发挥了巨大的作用 由于他在数据库方面的杰出成就1973获图灵奖 1983年成立自己的公司 Bachman Information System,Charles.W.Bachman 网状数据库之父,Edgar F.Codd 博士 关系数据库之父 美国工程院院士,原是英国人，1923生于英格兰中部波特兰 第二次世界大战时应征入伍，在皇家空军服役。 1942-1945年间任机长，参与了许多惊心动魄的空战。 英国牛津大学数学专业理学士及硕士学位，毕业后到IBM公司工作从事操作系统和自动机理论研究。 年近40重返密歇根大学进修计算机与通信专业，1963年获得硕士学位，1965年又获得博士学位。 60年代后期开始数据库研究, 1970年E.F.Codd 博士提出关系模型概念(CACM,Vol.13, Vol.6, 1970 )。 1981年获图灵奖，84年从IBM公司退休。 还创办了一个研究所：关系研究所（The Relational Institute）和一个公司：Codd & Associations，进行关系数据库产品的研发、销售、咨询等业务。,James Gray 数据库技术和事务处理专家,1944年生，美国加州大学伯克利分校。 计算机科学系博士。 先后在贝尔实验室、IBM、Tandem、DEC等公司工作，研究方向转向数据库领域。 由于他在数据库和事务处理研究方面的原创性贡献以及在将研究原型转化为商业产品的系统实现方面的技术领袖地位，1998年获奖(时任微软研究员)。 2007年1月28日失踪。,我国数据库发展历程,在数据库技术发展的起跑线上，中国晚了约15年,中国数据库开拓者萨师煊教授,Database Theory and Application,第一章 数据库系统概论,Chapter 1 Prerequisite knowlege,数据库系统概论,数据管理技术的发展 数据库与数据库系统 数据模型 小结,1.1数据管理,数据和信息 数据：是用来记录事物情况的物理符号，可以是声音、图象、文本等数据。它有数据类型和数据值之分，不同数据类型的数据记录的事物其性质不同。例如数字型数据1、2、3，而字符型数据可用来记录事物的名称。此外，还有图形、图像、声音等多媒体数据。 例如：一个城市的天气预报是一条信息，而描述该信息的数据形式可以是文字、图像或声音等。 信息：是对数据有目的的加工的结果，具有使用价值的数据才能成为信息。例如：汽车上的里程数。,1.1数据管理,数据处理与数据管理 数据处理 对数据收集、加工、传播等一系列活动的总称。 数据管理 在数据处理过程中存储、定位、提取的活动。 数据管理的发展阶段 人工管理阶段 文件管理阶段 数据库管理阶段,阶段1：人工管理阶段,时间：20世纪50年代中期以前 背景 应用需求：科学计算 硬件水平：外存只有卡片纸带磁带，无直接存取存储设备 软件水平：汇编语言，没有操作系统 处理方式：批处理,人工管理阶段 程序与数据是一个整体，一个程序中的数据无法被其他程序使用，因此程序与程序之间存在大量的重复数据。,人工管理阶段特点,数据的管理者：应用程序，数据不保存 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 数据的结构化：无结构 数据控制能力：应用程序自己控制,阶段2：文件系统阶段,时间：20世纪50年代末到60年代中期 背景 应用需求：科学计算、管理 硬件水平：磁盘、磁鼓等直接存取的外存设备 软件水平：操作系统高级语言操作系统中的文件系统(将相关数据按一定的规则构成文件)是专门用于数据管理的软件 处理方式：联机实时处理、批处理,文件管理阶段 20世纪50年代后期至60年代后期,计算机外存储器有了磁鼓和磁盘等直接存取设备；软件有了操作系统和文件系统；程序通过数据文件访问数据。,数据输入程序,数据文件,数据文件,特点:多个程序共享数据；易于长期保存数据；程序代码有所简化；数据冗余（重复）度较大；程序对数据依赖性较强；人员专业性较强。,查询程序,01090103,查询程序,例如：数据查询与报表,阶段3：数据库系统阶段,时间:20世纪60年代末 背景 应用背景：大规模管理 硬件背景：大容量磁盘 软件背景：有数据库管理系统 处理方式：联机实时处理,分布处理,批处理,数据库管理阶段 数据库是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据集合。 特点： 数据真正实现了结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制,此阶段将数据集中存储在一台计算机上，进行统一组织和管理。,数据库,特点：数据结构化并与程序分离；数据集中式管理，高度共享；数据冗余度小，具有数据一致性和完整性控制规则。,应用程序和数据库的关系,1.2数据库的几个概念,1.2.1数据库（DB） 长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的相关数据的集合 1.2.2数据库管理系统（DBMS）（产品、功能） 为数据库的建立、使用、维护而配置的软件。 1.2.3数据库系统（DBS） 利用DBMS而创建的为特定应用服务的系统。一般由DB、DBMS、计算机软硬件以及系统管理员与用户等组成。,1.2.1数据库,数据库的特征 数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享 冗余度较小 数据独立性较高,（1）数据按一定的数据模型 组织、描述和储存,相互关联的数据的集合 数据库中的数据不是孤立的，数据与数据之间是相互关联的。也就是说，在数据库中不仅要能够表示数据本身，还要能够表示数据与数据之间的联系。,学生,课程,（1）数据按一定的数据模型 组织、描述和储存,用综合的方法组织数据 数据库能够根据不同的需要按不同的方法组织数据,顺序,索引,聚簇,（2）、（3）低冗余与数据共享,文件系统时：,（4）数据具有较高的独立性,数据独立性是指数据的组织和存储方法与应用程序互不依赖、彼此独立的特性。,典型的关系数据库系统,国外 ORACLE DB2(IBM) INFORMIX SYBASE SQL SERVER ACCESS VISUAL FOXPRO TERADATA（NCR）,国内 Kingbase(人大金仓) PBASE、EasyBase COBASE(北京大学、人民大学、中软总公司、华中理工大学） DM/2(武汉达梦公司) OpenBase(东软集团) OSCAR(北京神舟航天软件技术有限公司),国产数据库产品,OSCAR,国产数据库应用,济南大学学生选课系统,国产数据库应用,北京市市政管委网上办公,国产数据库应用,“119”消防通信指挥系统,DBMS的主要功能,数据定义功能 提供数据定义语言(DDL) 定义数据库中的数据对象(数据库结构和存储结构、数据库中数据之间的联系、数据完整性约束条件和保证完整性的触发机制等) 数据组织、存储和管理 对数据字典、用户数据、存取路径等管理，提高存储空间利用率和存取效率 数据操纵功能 提供数据操纵语言(DML) 操纵数据实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改),用户是用DML还是DDL完成下列任务？ a.改变客户地址 b.定义目录表 c.输入一个新员工的信息,1.2.2 DBMS的主要功能,数据库的运行管理 保证数据的安全性 保证数据的完整性 多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复,安全性,数据的安全性（security）控制：防止不合法使用数据造成数据的泄露和破坏，保证数据的安全和机密； 例如，系统提供口令检查或其他手段来验证用户身份，也可以对数据的存取权限进行限制,恢复：当数据库被破坏或数据不可靠时，系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的正确状态。,安全性,数据库技术要能够保证数据库中的数据是安全、可靠的。,有效地防止数据库中的数据被非法使用或非法修改,数据遭到破坏时能立刻将数据完全恢复,安全机制,备份恢复,完整性,数据的完整性(integrity)控制：系统通过设置一些完整性规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。 正确性是指数据的合法性，如年龄属于数值型数据，只能含0,1,9，不能含字母或特殊符号； 有效性是指数据是否在其定义的有效范围，如月份只能用112之间的正整数表示； 相容性是指表示同一事实的两个数据应相同，否则就不相容，如一个人不能有两个性别。,最大限度地保证数据的正确性,保证数据正确的特性在数据库中称之为数据完整性。,学生的年龄,200岁,数据可以并发使用 并能同时保证数据的一致性,在多个用户同时使用数据库时，能够保证不产生冲突和矛盾，保证数据的一致性和正确性。,500元,500+300=800,500-168=332,332元,800元,168元,300元,？,并发应用,1.2.2 DBMS的主要功能,数据库的建立和维护功能(实用程序) 数据库数据批量装载 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视等,1.2.3数据库系统,数据库系统的构成 由以下几部分构成: 数据库 数据库管理系统（及其开发工具） 应用程序系统 数据库管理员和用户,1.2.3数据库系统,课堂练习1,数据库(DB)、数据库系统(DBS)数据库管理系统（DBMS)三者之间的关系是（ ）。 A. DBS包括 DB 和DBMS B. DBMS 包括 DB 和DBS C. DB 包括 DBS和 DBMS D. DBS就是DB 也就是DBMS,A,课堂练习2,数据是表示信息的( )、信息是数据所包含的（ ）。 数据库是在计算机系统中安照一定的方式组织、存储和应用的（ ）。 支持数据库各种操作的软件系统叫 （ ）。 由计算机硬件、操作系统、DBMS、数据库、应用程序及有关人员等组成的一个整体叫 （ ）。,载体,意义,数据集合,数据库管理系统,数据库系统,上次课内容回顾：基本概念,数据(Data)：是数据库中存储的基本对象。 信息：是对数据有目的的加工的结果，具有使用价值的数据才能成为信息。 数据库(Database)：是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合。 数据库管理系统(DBMS)：位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。 数据库系统(DBS)：利用DBMS而创建的为特定应用服务的系统。一般由DB、DBMS、计算机软硬件以及系统管理员与用户等组成。,数据库系统,数据管理技术的产生和发展,什么是数据管理 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护 是数据处理的中心问题 数据管理技术的发展过程 人工管理阶段(40年代中-50年代中) 文件系统阶段(50年代末-60年代中) 数据库系统阶段(60年代末-现在),数据库的特征,数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享 冗余度较小 数据独立性较高,DBMS的主要功能,数据定义功能 数据组织、存储和管理 数据操纵功能 数据库的运行管理：保证数据的安全性；保证数据的完整性；多用户对数据的并发使用；发生故障后的系统恢复。 数据库的建立和维护功能：数据库数据批量装载；数据库转储；介质故障恢复；数据库的重组织；性能监视等。,1.3 数据模型,数据处理的3个阶段 数据模型及其三要素 分类,准备：三个世界的假设,现实世界、信息世界和数据世界（计算机世界）。 1、现实世界： 存在于人脑之外的客观世界，是具体事物与抽象概念及其相互联系的综合。 （1）事物（个体）：一个实际存在的且可以被识别的事件 （2） 特征：区别不同个体的依据 a. 个体的某些特征是相对固定的 b. 个体可能有许多特征 （3）全体：具有相同特征项目要求的个体为同类个体，所有同类个体构成一个集合称为“全体”。例学校的所有学生。 （4）关联：个体间的相互关系。,三个世界的假设,2、信息世界 是现实世界在人们头脑中的反映，是从后者到前者的抽象（用E-R图表示）。 （1）实体：每一个被认识了的个体在信息世界中成为实体。 （2）属性：个体每个特征在人脑中形成的认识。 （3）实体集：对应于现实世界中的全体。相同型的实体集合成为实体集。如所有学生元组构成的学生集合。 （4）联系：现实世界中事物间的关联在信息世界中反映为实体间的联系。,三个世界的假设,3、计算机世界（数据世界） （1） 数据项：对应于属性项 （2）记录：同一实体的所有数据项按一定的方式组织在一起构成表达实体的数据总和，成为记录。包括记录型和记录值 （3）文件：同型的一组记录组合在一起构成文件。 （4）数据模型：ER模型在数据世界中的进一步抽象。,三个世界的假设,三个世界的举例,信息世界 手机 红色 厦新 翻盖 30万像素,计算机世界 mobile red Amoi 翻盖 30万像素,现实世界,信息的转换过程,信息的三个世界的联系和转换过程,现实世界 系统分析 信息世界 数据库设计 计算机世界 事物及联系 信息化 概念模型 数据化 逻辑及物理模型,是客观事物的真实反映。可以是实际存在的对象、抽象概念或事件。 （1）属性 将事物特性称为实体属性。 例如，为描述一个职工，可能涉及如下属性：编号、姓名、性别、出生日期和职称。,例如：,实体,（2）实体型和实体值 实体型就是实体的结构描述，通常是实体名和属性名的集合；具有相同属性的实体，有相同的实体型。实体值是一个具体的实体，是属性值的集合。 例如，教师实体型是： 教师(编号、姓名、性别、出生日期、职称、基本工资、研究方向) 教师“李亦光”的实体值是： (15031，李亦光，男，09/21/65，教授，678，数据库技术),（3）属性型和属性值 属性型就是属性名及其取值类型，属性值就是属性在其值域中所取的具体值。 例如：“103601”是编号值；“李晓光”是姓名值；“1”是性别值 。 (4)实体集 性质相同的同类实体的集合称为实体集。 如一个系的教师。,实体间的联系,实体之间的对应关系称为联系，它反映了现实世界事物之间的相互关联。 联系的类型： 一对一联系 记为1 ：1。 一对多联系 记为：n。 多对多联系 记为m ：n。,两个实体型间的联系,一对一联系 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 实例 班级与班长之间的联系,两个实体型间的联系,一对多联系 如果对于实体集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 实例 班级与学生之间的联系,两个实体型间的联系,多对多联系（m:n） 如果对于实体集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 实例 课程与学生之间的联系,概念模型是反映实体之间联系的模型。E-R模型:描述现实世界的概念模型。 实体：用矩形框表示，框内写入实体名。 属性：用椭圆形表示，属性的名称记入椭圆形内。 联系：用菱形框表示实体间的相互关系，框内注明联系的名称。 画出学生实体图和课程实体图？,概念模型,概念模型中的实体联系举例,m,n,概念模型中的实体联系举例,1,1,m,n,E-R模型示例,工厂物资管理 （较完整的E-R图示例）,实体 仓库、零件、供应商、项目、职工 实体间的联系 一个仓库可以存放多种零件，一种零件可存放在多个仓库中 一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作 职工中有领导：仓库主任 供应关系中都是多对多的关系,工厂物资管理 实体及其属性图,工厂物资管理 实体及其属性图,工厂物资管理 实体及其联系图,完整的E-R图,主码？,现实世界中客观存在并能相互区别的事物称为（ ）。 A 实体 B 实体集 C 字段 D 记录 现实世界中事物的特性在信息世界中称为（ ）。 A 实体 B 实体标识符 C 属性 D 关键码 下列实体类型的联系中，属于一对一联系的是（ ）。 A 教研室对教师的联系 B 父亲对孩子的亲生联系 C 省对省会的联系 D 供应商与项目的供货关系,课堂练习,学校中有若干系，每个系有若干班级和教研室，每个教研室有若干教员，其中有的教授和副教授每人各带若干研究生，每个班有若干学生，每个学生选修若干课程，每门课可由若干学生选修。 给出此学校的概念模型：ER图,数据模型（逻辑模型）,数据模型 概念模型只是将现实世界的客观对象抽象为某种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，而对应于数据世界的模型则由数据模型描述，数据模型是数据库中实体之间联系的抽象描述即数据结构。,数据模型,数据模型 各个数据对象以及它们之间存在的相互关系的集合，是概念模型在数据世界的抽象表示。 数据模型的三要素 数据结构 数据操作集合 数据完整性约束,数据模型组成要素,数据结构 指所研究的对象类型的集合 与数据类型、内容、性质有关的对象 与数据之间联系有关的对象 是对系统静态特性的描述 数据操作 对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则 检索、更新（包括插入、删除、修改） 是对系统动态特性的描述 数据的约束条件 一组完整性规则的集合 是数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容,数据模型分类,数据模型的分类 层次模型 网状模型 关系模型,层次模型,关系模