数据库的基本知识.ppt

项目1 数据库的基本知识,第1章 数据库的基本知识 第2章 SQL Server 服务器的安装与配置 第3章 T-SQL语言基础,数据库管理与应用 SQL Server,第1章 数据库的基本知识,数据库管理与应用 SQL Server,Preface 前言- To Be A King,Who have the data, who will be the king. 谁掌握了数据，谁就能成为信息时代的国王。 哪里没有数据？数据库应用在各行各业： 金融、 客户管理、客户信息 证券、 商店、 电费、水费、甚至学费、伙食费！ 大学生零用钱开支记录 化学实验数据 作品信息、作品的价格 我的钱包，零用钱开支 ,About the Course 关于课程,考勤作为一个平时分依据 课程总评： 考查：练习形式 Dont worry. 对待练习： Dont just copy. Be calm and try to understand the principle. 不要只是复制，保持镇定，重视基础。,How To Study 怎样学呢？,保存好课件，作为参考，特别是没有书的同学。 理解课件里的基础内容，学有余力，可以进一步学习更深的内容。 难度以号的多少来表示。掌握好一个的就是具备了基础水平，两个或三个的就是提高水平了。 互相帮助：say no to 自扫门前雪,理论学习（教学）目标： 1. 了解数据库的产生与发展。 2. 了解数据库系统的体系结构。 3. 了解数据库的基本概念。 4. 了解关系数据库的基本概念。 技能学习（教学）目标： 1. 掌握数据库的概念结构的设计方法。 2. 掌握关系数据库的逻辑结构的设计方法。 3. 掌握数据库应用系统的设计过程和设计方法。 ,第1章 数据库的基本知识,1.1 数据库技术的产生与发展,数据库技术的发展经历了以下几个阶段 1. 人工管理阶段 不便保存、不共享、没有应用程序管理数据 2. 文件系统阶段 数据可以长期保存、文件系统管理数据、但独立性、共享性差 3. 数据库系统阶段 多用户、多应用共享数据 4. 高级数据库阶段 （1）分布式数据库系统：数据分布在不同地方，逻辑上是一整体，由网络相连 （2）对象数据库系统：多媒体数据，CAD数据 （3）网络数据库系统,1.2 数据库基本概念,1.2.1 基本概念 1. 数据(Data)：存储的基本对象 2. 数据库(DB)：存放数据的仓库 3. 数据库管理系统(DBMS)：对数据进行管理的软件 4. 数据库管理员(DBA) 5. 数据库系统(DBS),1.2 数据库基本概念,1.2.2 数据库三要素 1. 数据结构 数据结构用于描述数据库的静态特性，是所研究的对象类型的集合(数据定义)。是对实体类型和实体间联系的表达和实现。 2. 数据操作 数据操作用于描述数据库的动态特性，是指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合(如：查询、插入、更新、删除等)。 3. 完整性约束 数据的约束条件是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据及其联系所具有的制约和存储规则，用以限定数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确性、有效性和相容性。,1.2 数据库基本概念,1.2.3 数据库分类 1. 层次数据库（最早出现）,1.2 数据库基本概念,1.2.3 数据库分类 2. 网状数据库,1.2 数据库基本概念,1.2.3 数据库分类 3. 关系数据库 关系模型用二维表格结构表示实体集，用键来表示实体间联系。这个二维表在关系数据 库中就称为关系。表1.1 学生个人信息表。,1.3 数据库系统的体系结构,1.3.1 三级模式 从数据库管理系统角度看， 数据库系统的体系结构分成三 级： 内模式(内部级)：存储模式 概念模式(概念级)：逻辑结构和特征描述 外模式(外部级)：数据库用户的数据视图 即三级模式结构。,1.4 关系数据库,1.4.1 关系数据库的基本概念,课程成绩表,1.4 关系数据库,1.4.1 关系数据库的基本概念 1. 关系。一个关系对应一个二维表，二维表名就是关系名. 2. 属性和值域。二维表中的每一列都称为关系的属性。属性包括属性名和属性值两部分，列名即为属性名，列值即为属性值。属性的取值范围称为值域。 3. 关系模式。二维表中的行定义（表头），即对关系的描述称为关系模式，关系模式的一般形式为： 关系名（属性1，属性2，属性n）,1.4 关系数据库,4. 元组。表中的每行数据称为一个元组，也称为一条记录。 5. 主键（Primary Key）。也称为主关键字或主码，是表中的属性或属性的组合，用于确定唯一的一个元组。主键不能是空值。 6. 外键（Foreing Key）。外键的定义是相对于主键而言的，是用于建立和加强两个表数据之间的链接的一列或多列。,1.4 关系数据库,1.4.2关系的完整性 1. 实体完整性 2. 域完整性 3. 参照完整性 4. 用户自定义完整性,1.5 数据库系统设计,1.5 数据库系统设计,1.5.1 需求分析 需求分析简单地说就是分析用户的要求。只有分析好用户的需求才能设计出用户满意的系统，它是数据库设计的起点，其结果将直接影响到以后各阶段的设计，并影响到最终的数据库系统能否正确使用。 1. 需求分析的任务 2. 需求分析的方法 3. 需求调查内容 4. 功能设计,1.5 数据库系统设计,1.5.2 概念结构设计 概念结构设计是数据库设计的第二阶段，其目标是对需求说明书提供的所有数据和处理需求进行抽象与综合处理，按一定的方法构造反映用户环境的数据及其相互联系的概念模型。 概念模型是面向现实世界的数据模型，是用户和数据库设计人员之间进行交流的工具。是整个数据库设计的关键，对需求分析的结果进行综合、归纳，从而形成一个独立于具体数据库管理系统的概念数据模型。 通常，把每一类数据对象的个体称为“实体”，而每一类对象个体的集合称为“实体集”，因此，在学生信息系统中主要设计“学生”和“课程”两个实体集。其他非主要的实体很多，如班级、任课教师、辅导员等实体。,1.5 数据库系统设计,1.5.2 概念结构设计 把每个实体集涉及的信息项称为“属性”。就“学生”实体集而言，她的属性有学号、姓名、性别、生日等。“课程”实体集的属性有：课程号、课程名、开课学期、学分等。 不同实体之间存在各种关系，这些关系就称为“联系”。通常将实体集与实体集联系的图表示为实体（Entity）-联系（Relationship）模型。如果用矩形框表示实体集，用椭圆形框表示属性，用线段连接实体集与属性，当一个属性或属性组合指定为主键时，填充颜色为灰色。则可以用图1.9描述学生信息系统中的实体集与每个实体涉及的属性，也就构成了E-R图。,1.5 数据库系统设计,1.5.2 概念结构设计,学生和课程实体集属性的描述,1.5 数据库系统设计,1.5.2 概念结构设计 概念模型中最著名的是“实体联系模型”。 这个模型直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间的联系，E-R图就是E-R模型的描述方法，即实体-联系图。在E-R图中，用矩形框表示实体，用椭圆形框表示属性，用菱形表示联系。从分析用户项目涉及的数据对象与数据对象之间的联系出发，到获取E-R图的这一过程，称为概念结构设计。 两个实体集A和B之间的联系可能是以下三种情况之一。,1.5 数据库系统设计,1.5.2 概念结构设计 1. 一对一的联系（1：1） 实体集中的每个实体在实体集中至多有一个实体与之对应关联，反之亦然。 例如，班级和正班长是一对一 的联系，如图1.10所示。,1.5 数据库系统设计,1.5.2 概念结构设计 2. 一对多联系(1:n) 实体集中的一个实体可以与实体集中的多个实体相联系，而实体集中的一个实体之多与实体集中的一个实体相联系。 例如，学院与系部、教研室与 教师，系部与专业、班级与学 生、系部和课程都是一对多的 联系，如图1.11所示。,1.5 数据库系统设计,1.5.2 概念结构设计 3. 多对多联系(m:n) 实体集A中的一个实体可以与实体集中的多个实体相联系，而实体集中的一个实体也可以与实体集A中的多个实体相联系。 例如，学生和课程之间是 多对多的联系，如图1.12所示。,1.5 数据库系统设计,1.5.3 逻辑结构设计 E-R图描述学生信息系统中实体集与实体集之间的联系，目的是以E-R图为工具，设计关系型的数据库，即确定应用系统所使用的数据库应包含哪些表，每个表的结构是怎样的。因此，下面将介绍根据联系从E-R图得到关系模式的方法。 1. 1:1联系的E-R图到关系模式的转换 1:1的联系既可以单独对应一个关系模式，也可以不单独对应一个关系模式。 （1）1:1的联系单独对应一个关系模式，则由联系属性、参与联系的各实体集的主码属性构成关系模式，其主码可选参与联系的实体集的任一方的主码。,1.5 数据库系统设计,1.5.3 逻辑结构设计 例如，图1.10描述的“班级（BJ）”与“正班长（BZ）”实体集通过属于（SY）联系的E-R模型，可设计如下关系模式（以下内容中，下划线表示该字段为主码）： BJ（班级编号，专业，人数） BZ（学号，姓名） SY（学号，班级编号） （2）1:1的联系不单独对应一个关系模式，则联系的属性及一方的主码加入另一方实体集对应的关系模式中。 例如，图1.10描述的E-R模型，可设计如下关系模式： BJ（班级编号，专业，人数） BZ（学号，姓名，班级编号） 或者 BJ（班级编号，专业，人数，学号） BZ（学号，姓名）,1.5 数据库系统设计,2.1:n联系的E-R图到关系模式的转换 1:n的联系既可以单独对应一个关系模式，也可以不单独对应一个关系模式。 （1）1:n的联系单独对应一个关系模式，则由联系属性、参与联系的各实体集的主码属性构成关系模式，n端的主码作为该关系模式的主码。 例如，图1.11描述的“系部（XB）”与“专业（ZY）”实体集E-R模型，可设计如下关系模式： XB（系部编号，名称，主任，书记） ZY（专业编号，名称，人数） SY（专业编号，系部编号） （2）1:n的联系不单独对应一个关系模式，则将联系的属性及1端的主码加入n端实体集对应的关系模式中，主码仍为n端的主码。 例如，图1.11描述的E-R模型，可设计如下关系模式： XB（系部编号，名称，主任，书记） ZY（专业编号，名称，人数，系部编号）,1.5 数据库系统设计,3. m:n联系的E-R图到关系模式的转换 m:n的联系单独对应一个关系模式，该关系模式包括联系的属性、参与联系的各实体集的主码属性，该关系模式的主码由各实体集的主码属性共同组成。 例如，图1.12描述的“学生（XS）”与“课程（KC）”实体集通过选课（XK）联系的E-R模型，可设计如下关系模式： XS （学号，姓名，性别，年龄） KC（课程编号，课程名，学分） XK（学号，课程编号，成绩） 关系模式XK的主码是由“学号”和“课程编号”两个属性组合起来构成的一个主码，一个关系模式只能有一个主码。 以上内容即是根据E-R图设计关系模式的方法，通常将这一设计过程称为逻辑结构设计。,1.5 数据库系统设计,1.5.4 物理结构设计 物理结构设计阶段的任务是把逻辑结构设计阶段得到的逻辑数据库在物理上加以实现。 其主要内容就是根据DBMS提供的各种手段，设计数据的存储形式和存取路径，如文件结构、索引的设计等，即设计数据库的内模式或存储模式。数据库的内模式对数据库的性能影响很大，应根据处理需求及DBMS、操作系统和硬件的性能进行精心设计。,1.5 数据库系统设计,1.5.5 数据库的实施 1. 定义数据库结构 2. 组织数据入库 3. 编制与调试应用程序,1.5 数据库系统设计,1.5.6 数据库的运行和维护 （1）维护数据库的安全性与完整性。检查系统的安全是否受到侵犯，及时调整授权和密码，数据备份，以便发生故障时及时恢复。随着数据库应用环境的变化，对数据库的安全性和完整性要求也会发生变化，这时需要对数据库进行适当调整，以反映新变化。 （2）监测并改善数据库的运行性能。对数据库的存储空间状况和响应时间进行分析评价，结合用户反应确定改进措施，实施数据库再构造、再组织。 （3）及时发现并改正运行中的系统错误和不足。根据用户的要求对数据库系统现有功能进行调整和扩充。,1.6 项目举例,1. 项目内容 现需要设计开发一个简单的学校图书借阅管理系统数据库，按照系统的要求，给出如下设计：数据库的需求分析、数据库的概念设计和数据库的逻辑设计。 2. 实现步骤 （1）需求分析 简单的图书借阅管理系统应该包括如下几个主要功能：学生对图书信息的查询、学生对借阅图书状态的查询，图书管理员对借阅图书状态的查询等。数据库系统需要包含的主要实体集及数据项如下： 学生：借阅证编号、姓名、性别、系别、班级等。 图书：图书编号、书名、ISBN号、出版社、作者、出版时间等。 管理员（假设只有一个）：用户名、密码、姓名等。 （2）概念结构设计 根据上面规划出的实体，我们对各实体之间的联系及E-R图描述如下：,1.6 项目举例, 管理员与图书之间有属于关系，是一对多的，其E-R图如图,1.6 项目举例, 管理员与学生之间有管理关系，是一对多的，其E-R图如图,1.6 项目举例, 学生与图书之间有借阅关系，是多对多的，其E-R图如图,1.6 项目举例,（3）逻辑结构设计 管理员与图书之间的关系模式为： 管理员（用户名，密码，姓名） 图书（图书编号，书名，ISBN号，出