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数据库技术与应用,长沙理工大学计算机与通信工程学院,课程名称： 数据库技术应用 课 时：40 任课教师：谌海军教材说明,第1章 数据库基础,1.1 数据库基础知识 1.2 数据库模型 1.3 关系型数据库 1.4关系型数据库设计 1.5关系型数据库标准语言SQL概述 1.6 SQL Server 2000简介与安装,1.1 数据库基础知识,1.1.1 数据库 1.1.2 数据库管理系统 1.1.3 数据库系统 1.1.4 数据库技术的产生、发展及特点,1.1.1 数据库,1. 信息 (Information） 指现实世界事物的存在方式或运动状态的反映，也就是客观事物的性质或特征在人的头脑中的反映。 信息具有可感知、可存储、可加工、可传递和可再生等自然属性 。 信息也是各行各业不可缺少的资源，这是它的社会属性。,1.1.1 数据库,2. 数据(Data) 数据是对客观事物的性质或特征的一种抽象符号化表示，简而言之，就是描述事物的符号记录 。它有多种表现形式，可以是数字，也可以是文字、图形、声音、图像等 。 数据的形式还不能完全表达其内容，还需要数据的解释，所以数据与数据的解释是不可分的。,例如：记录（张三，男，1980，河北，2000 ）是数据。 张三是一名大学生，男，1980年出生，2000年入学是对 数据的解释。 ?语义,1.1.1 数据库,3. 数据处理 指对各种数据进行收集、组织、加工、存储和传播的一系列活动的总和。数据处理也称为信息加工。 数据的管理是指对数据进行的分类、组织、编码、存储、检索和维护，它是数据处理的中心问题。,1.1.1 数据库,4. 数据库 是长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。其特点有： 1、 数据按一定的数据模型组织、描述和存储 2、具有较小的冗余度 3、具有较高的数据独立性和易扩充性 4、为各种用户共享,1.1.2 数据库管理系统,1. 数据库管理系统（DBMS）：是帮助用户建立、使用和管理数据库的计算机软件系统，它主要完成数据的组织、存储、维护、获取等任务。其组成为： 数据定义语言（DDL）：用于定义数据库的模式，定义有关约束条件，供用户建立数据库。 数据操作语言（DML）：实现对数据库进行数据的检索、添加、删除和修改等操作。 数据库系统运行控制程序：负责数据库运行过程中的控制与管理。 实用程序 ：方便用户完成数据库的建立与维护，数据格式的转换与通信等。,1.1.2 数据库管理系统,数据库管理系统具有如下功能： 1、数据定义功能 DBMS提供DDL对数据库中的对象进行定义。 2、数据操纵功能 DBMS提供DML操纵数据库中的数据，实现对数据库的基本操作。 3、数据库的运行管理 管理数据库的运行和维护，以保障数据的安全性、完整性、并发性和故障的系统恢复性。 4、数据库的建立和维护功能 完成初始数据的输入、转换，数据库的转储、恢复，数据库的性能监视和分析等任务。,1.1.2 数据库管理系统,数据库管理系统的分类： 按处理数据的规模划分：大型网络数据库管理系统和小型桌面数据库管理系统。常用的大型网络数据库管理系统：微软的SQL Server、IBM的DB2、ORACLE、Sybase等。常用的小型桌面数据库管理系统：Dbase、Foxbase、MS-Access等。,1.1.3数据库系统,数据库系统 ：数据库系统（DataBase System，简称DBS）是采用数据库技术的计算机系统。数据库系统由数据库、数据库管理系统及开发工具、数据库应用程序、数据库管理员和用户组成，其中数据库管理系统是数据库系统的核心。,数据库系统示意图,数据库在计算机中的地位示意图,1.1.4数据库技术的产生、发展及特点,数据库技术是由数据管理的需求而产生的。 早期的数据处理是人们手工进行，效率很低。计算机的发展，特别是计算机中高效率大容量存储设备的出现，借助于计算机对数据进行处理，使得数据处理的规模、范围以及处理速度都有了很大提高，从而使数据处理进入电子数据处理阶级。 随着计算机软硬件的发展，电子数据处理技术的发展经历了三个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段。,1.1.4数据库技术的产生、发展及特点,1.2数据库模型,数据库模型是指数据库中数据的组织形式和联系方式，即数据的整体模型。它是对现实世界数据特征的抽象，是现实世界的模拟。 按照数据库中数据采取的不同联系方式，数据库模型可分为：网状型、层次型、关系型。其相应的数据库分别为：网状型数据库、层次型数据库、关系型数据库。,1.2数据库模型,网状型：将每项记录当成一个节点，节点和节点之间可以建立关联，形成一个复杂的网状结构 优点：避免了数据的重复性 缺点：关联性比较复杂 层次型：采用树状结构，依据数据的不同类型，将数据分门别类，存储在不同的层次上 优点：不同层次之间的关联性直接而简单 缺点：数据重复，造成管理维护的不便 关系型：以二维矩阵来存储数据的，行和列形成一个关联的数据表 优点：数据相关联，数据结构简单灵活，容易掌握和使用 关系型数据库最大的特点：它将每个具有相同属性的数据独立地存储在一个表中。,1.3关系型数据库,1.3.1 关系型数据库的定义 1.3.2 关系型数据库与表 1.3.3 关系型数据库常用术语 1.3.4 数据完整性,1.3.1关系型数据库的定义,关系型数据库是一些相关的表和其他数据库对象的集合。这个定义表达了3部分含义： 1、信息存放在二维表格结构的数据表中，一个表叫做一个关系，一个关系型数据库可包含一个或多个表，每一个表包含行（记录）和列（字段） 2、数据库所包含的表之间是有联系的，联系由表的主键和外键所体现的参照关系实现 3、数据库不仅包含表，还包含其他的数据库对象，例如视图、存储过程和索引等,1.3.2关系型数据库与表,关系型数据库由多个关系以及其他的数据库对象组成，关系表现为表，表之间因为某些字段的相关性而产生联系。 教学管理数据库的3个表(学生表、课程表、成绩表)及其之间的联系(详见课本P8)。 关系型数据库有下面几个明显的优点： 1、节省存储空间。 2、可有效防止输入错误。 3、方便数据修改。,1.3.3关系型数据库常用术语,1）实体(Entity)：是指客观存在并可以相互区别的事物。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念和联系。 2）实体型(Entity Type)：具有相同属性的实体称为同型实体，用实体名及其属性名的集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。 3）实体集(Entity Set)：同型实体的集合称为实体集。 4）属性(Attribute)：具有的某一特性称为实体的属性，一个实体有若干个属性来描述。 5）域(Domain)：属性的取值范围称为该属性的域。,1.3.3关系型数据库常用术语,6）联系(Relationship)：在现实世界中，事物内部及事物之间是普遍联系的，这些联系在信息世界中表现为实体型内部各属性之间的联系以及实体型之间的联系。两个实体型之间的联系可以分为三类： 一对一联系(1:1) 例如，如果一个商品只卖给一个顾客，一个顾客也只能购买一个商品，则商品与顾客之间具有一对一的联系。 一对多联系(1:n) 例如，一个人可以有多个移动电话号码，但一个电话号码只能卖给一个人。人与移动电话号码之间的联系就是一对多的联系。 多对多联系(m:n) 例如，一门课程同时可以由若干学生选修，而一个学生同时也可以选修若干门课程，课程与学生之间的联系是多对多的联系。,1.3.3关系型数据库常用术语,7）关键字(Key)：能唯一标识实体集中每个实体的某个属性或某几个属性，称为实体的关键字。 8）主键：在关系型数据库中，关键字被称为主键，是指表中的某一列或某几列的组合，其值可唯一地标识表中的每一条记录，每一个表必须有且仅有一个主键。 主键值必须是唯一，且不允许为空值(NULL)，一般为字符类型的字段。,1.3.3关系型数据库常用术语,9) 外键：为反映实体间的联系，在实体的属性中人为加入的另一实体的关键字，叫作外部关键字或外键。外键用来实现实体之间的联系。 在关系型数据库中，外键是指表中含有的与另外一个表的主键相对应的字段，它用来与其他表建立联系。 例如，学生选课表中的学号和课程号为外键，在学生表和课程表中为主键。学生选课表通过它们实现了学生和课程之间的联系。,1.3.3关系型数据库常用术语,使用外键的优点： 提供表之间的连接。 可以根据外键的值来检查输入数据的合法性。 例如，在输入选课数据时，应保证输入的学号在学生信息表中存在，否刚，数据库管理系统将根据表间联系性提示错误信息。 保证了外键字段的值都是一个有效的主键，从而可以实施参照完整性。,1.3.4数据完整性,数据完整性是用来确保数据库中的数据的正确性和可靠性。 数据完整性包括以下几类： 1、实体完整性 2、域完整性 3、参照完整性 4、自定义完整性,1.3.4数据完整性,实体完整性 实体完整性是为了保证表中的数据唯一，实体完整性可由主键来实现。表中的主键在所有记录上的取值必须唯一。例如，课程表中，课程号必须唯一，以保证每门课程的唯一性。 域完整性 域完整性可以保证数据的取值在有效的范围内。例如，可以限制学生选课表的成绩字段的取值范围为0100。,1.3.4数据完整性,参照完整性 参照完整性是用于确保相联系的表间的数据保持一致，避免因一个表的记录修改，造成另一个表的内容变为无效的值。一般来说，参照完整性是通过主键和外键来维护的。例如，在学生选课表中，学号为外键，是学生表的主键。通过主键和外键的对照关系，可以确保学生选课表中输入的学号必须在学生表中存在。 自定义完整性 由用户自行定义的，是一种强制数据定义。例如，在输入学生表的记录时，应确保姓名字段不为空(NULL)。,1.4关系型数据库设计,1.4.1数据库设计过程 1.4.2关系型数据库规范化,1.4.1数据库设计过程,1. 数据库设计的任务 针对一个给定的应用环境，创建一个良好的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能有效的收集、存储、操作和管理数据，满足用户的各种需求。,1.4.1数据库设计过程,2. 数据库的设计分为如下六个阶段：需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、实施阶段，运行和维护阶段，此时我们重点提到的是前四个阶段。,1.4.1数据库设计过程,一、需求分析 1.需求分析的任务 需求分析的任务是通过详细调查现实世界中要处理的对象（组织、部门、企业）等，在了解现行系统工作情况，确定新系统功能的过程中，收集支持系统运行的基础数据及其处理方法，明确用户的各种需求。 调查的重点是“数据”和“处理”，通过调查、收集与分析，获得用户对数据库的如下需求：信息需求、处理要求、安全性与完整性要求 。,1.4.1数据库设计过程,2.需求分析基本步骤 1）需求的收集：收集数据及其发生时间、频率，数据的约束条件、相互联系等。 2）需求的分析整理 数据流程分析，结果描述产生数据流图。 数据分析统计，对输入、存储、输出的数据分别进行统计。 分析数据的各种处理功能，产生系统功能结构图。,1.4.1数据库设计过程,3.阶段成果 需求分析阶段成果是，用户和设计人员都能接受的系统需求说明书，此说明书主要包括数据流图、数据字典、各类数据的统计表格、系统功能结构图和必要的说明。系统需求说明书将作为数据库设计的全过程依据的文件。,1.4.1数据库设计过程,二、概念设计 概念设计是将需求说明书中关于数据的需求进行抽象，进而转化为信息世界中的概念模型。 概念模型是把现实世界的信息通过人的认识抽象而建立在信息世界中的数据模型，是客观世界到信息世界的第一层抽象。概念模型是用于用户同数据库设计人员之间进行交流的手段。,1.4.1数据库设计过程,概念模型的表示方法：ER模型，也称实体联系模型(Entity-Relationship)，该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型。 E-R图中包含了实体、属性和联系的三种基本图素： 实体：用矩形框表示，矩形框内写明实体名。 属性：用圆端框表示，框内写明属性名，用无向边将属性与实体连起来。 联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，用无向边与有关实体连接起来，同时在无向边上注明联系类型。需要注意的是，联系也具有属性，也要用无向边与联系连接起来。 线段：用于连接相联系实体和实体间属性，也就是上面所说的无向边。,1.4.1数据库设计过程,1,1,n,m,学生选课管理E-R图,选课,课程,学生,教师,讲授,职工号,姓名,性别,职称,课程号,课程名,学 分,成绩,出生日期,姓 名,性 别,学 号,n,m,m,n,图112 教学数据库整体ER模型图,1.4.1数据库设计过程,1.4.1数据库设计过程,三、逻辑设计 主要是将E-R模型转换为某一特定的DBMS能够接受的逻 辑模式。对于关系型数据库，主要是完成表的结构和关联的 设计。 通常根据E-R模型图将每个实体转换为一个关系即表，实 体属性即为表的字段，并为表设置主键。例如，学生的属性 有学号、姓名、性别、出生日期和所在系等，转换后的表为 学生表，表的结构为（学号，姓名，性别，出生日期，所在 系），主键为学号。,1.4.1数据库设计过程,E-R模型向关系数据库的转换规则： 1）一个实体型转换为一个关系模式。 2）一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端实体对应的关系模式合并。 3）一个1:n 联系通常不单独转换为一个独立的关系模式，而将“1”方实体的关键字加入“n”方实体对应的关系模式中作为外键，同时把联系的属性也一并加入“n”方实体对应的关系模式中。也就是与n段对应的关系模式合并。 4）一个m:n联系单独转换为一个关系模式，关系中的字段将包含相联系的实体的主键和联系本身具备的属性，并用相联系的实体双方的主键组合起来作联系关系模式的主键。,教学数据库整体E-R模型图转换后的表的结构（或称关系模式）,学生（学号，姓名，性别，出生日期，所在系），主键为：学号。 课程（课程号，课程 名，学分），主键为：课程号。 教师（职工号，姓名，性别，职称），主键为：职工号。 选课（学号，课程号，成绩），主键为：学号和课程号。 讲授（职工号，课程号），主键为：职工号和课程号。,1.4.1数据库设计过程,四、物理设计 物理设计用于确定数据库的存储结构。 主要任务是：确定数据库文件和索引文件的记录格式和物理结构等等。 例如：确定字段类型和数据库文件的长度。,1.4.2关系型数据库规范化,关系模式的规范化 第一范式：如果关系模式（表）R的每一个属性（字段）都是不可分解的，则R为第一范式的模式，记为：R1NF模式。 第二范式：如果关系模式（表） R是第一范式，且每个非主键字段都完全依赖于主键，则称R为满足第二范式的模式，记为：R2NF模式。 第三范式：如果关系模式R是第二范式，且每一个非主键字段不传递依赖于主键，则称R为满足第三范式的模式，记为：R3NF模式。也就是要求非主键字段之间不应该有从属关系。 传递依赖的含义是指经由其他字段传递而依赖于主键的字段。 通常设计的表要满足第三范式，否则表需要分解。此处只介绍 了3个范式，还有BCNF（扩充第三范式）及第四范式,1.5关系型数据库标准语言-SQL概述,SQL是英文(Structured Query Language的简称,译为结构化查询语言. SQL语言具有以下特点: 1、一体化 2、高度非过程化 3、两种使用方式和统一的语法结构 4、语言简洁，易学易用,1.6 SQL Server 2000简介与安装,1.6.1 SQL Server 2000简介 1.6.2 SQL Serve