数据库复习概要frev.ppt

“ Love is patient, love is kind. It does not envy, it does not boast, it is not proud. It is not rude, it is not self-seeking, it is not easily angered, it keeps no record of wrongs. Love does not delight in evil but rejoices with the truth. It always protects, always trust, always hopes, always perseveres. Love never fails. ” - from Corinthians 13：4-8,“爱是恒久忍耐，又有恩慈；爱是不嫉妒，爱是不自夸不张狂， 不做害羞的事，不求自己的益处，不轻易发怒，不计算人的恶，不喜欢不义，只喜欢真理；凡事包容，凡事相信，凡事盼望，凡事忍耐。 爱是永不止息。” - 选自“哥林多前书”第13章,第1章 数据库基础知识,掌握的要点： 1. 掌握什么是数据，数据管理，数据库， 数据模型 2.了解数据库的发展和数据库应用系统的特点 3. 分清数据库、数据库管理系统和数据库应用 系统之间的关系,数据的4个特征： 1) 数据有“型”(Type)和“值”(Value) 之分。 2) 数据受数据类型和取值范围的约束。 3) 数据有定性(Quality)表示和定量 (Quantity)表示之分。 4) 数据应具有载体和多种表现形式。,数据的特征,组织和保存数据，即将收集到的数据合理地分类组织，将其存储在物理载体上，使数据能够长期地被保存； 进行数据维护，即根据需要插入新数据、修改原数据和删除失效数据的操作； 提供数据查询和数据统计功能，以便快速地得到需要的正确数据，满足各种使用要求。,数据管理及内容,数据库（DB）是一个按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。,数据库,数据库的主要特征,整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 整体结构化 不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织 不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系,数据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征。 1) 数据库中的数据具有数据整体性。 2) 数据库中的数据具有数据共享性。 不同的用户可按各自的用法使用数据库中的数据。 多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。,3. 数据库及数据库中数据的性质,数据库管理系统（DBMS）是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性、并发性进行控制的功能。,数据库管理系统（Database Management System）,著名的DBMS有Oracle，Informix，Sybase，SQL Server 2000 ，mySql等。,数据库管理系统,凡使用数据库技术管理数据的系统都称为数据库应用系统。一个数据库应用系统应携带有足够的数据量。 数据库应用系统可以被划分为数据传递系统、数据处理系统和管理信息系统。,数据库应用系统,数据库系统特点,一个数据库系统应由计算机硬件、数据库、数据库管理系统、应用软件和数据库管理员等5部分构成。,数据库系统的五个组成部分：,用户,用户,用户,数据库应用系统,数据库应用开发工具,数据库管理系统（DBMS）,操作系统,数据库,数据库管理员（DBA）,计算机硬件,数据库系统的体系结构,数据库系统的软件组成,数据库应用系统、数据库 数据库应用开发工具及软件 DBMS、主语言编译系统 操作系统 计算机硬件,1.2 数据库技术及发展,数据管理技术的发展动力: 应用需求的推动 计算机硬件的发展 计算机软件的发展,三阶段：手工管理，文件管理和数据库技术,人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系,文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系,应用程序与数据的对应关系(数据库系统),数据库技术的发展历程和研究方向,IBM的information Management System，是一个层状结构数据库 DBTG 的基于网状结构数据库的概念、方法和技术 IBM的E.F. Codd 在大型共享数据库数据的关系模型论文中提出了关系数据库（Relational Database)的理论。,1. 数据库设计时面向数据模型对象 2. 数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高 3. 数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性,数据库系统管理数据特点,数据具： 安全性（security） 完整性（integrity） 并发控制（concurrency） 恢复功能（recovery）,4. 数据库系统通过DBMS进行数据控制,数据库系统管理数据特点, 数据的安全性（security）控制指保护数据库，以防 止不合法的使用造成的数据泄漏、破坏和更改。 数据的完整性（integrity）控制指为保证数据的正确性、有效性和相容性，防止不符合语义的数据输入或输出所采用的控制机制。,数据库系统通过DBMS进行数据控制,数据的并发控制指排除由于数据共享， 即用户并行使用数据库中的数据时，所造成的数据不完整和系统运行错误问题。 数据恢复通过记录数据库的日志文件和定期做数据备份，保证数据在受到破坏时，能够及时使数据库恢复到正确状态。,数据库系统通过DBMS进行数据控制,模式内模式映象,数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。数据模式是数据库的框架。 数据库有三级数据模式： 外模式（子模式，External Schema） 模式（逻辑模式，Logical Schema） 内模式（物理模式 Physical Schema）,数据库系统的三级数据模式结构,模式内模式映象,模式/内模式映像,数据独立性：,应用程序和数据的组织和存储是分离的. 数据的逻辑独立性: 保护数据不受逻辑结构改变的影响. 数据的物理独立性：保护数据不受数据物理结构改变的影响 Q: 为什么数据独立性对DBMS是非常重要的？,因为数据库和其应用系统是长期应用的（persist）.,2. 数据库系统的二级映象技术及作用,三级模式是对数据的三个抽象级别 二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换 外模式模式映像 模式内模式映像,一、外模式模式映象,模式：描述的是数据的全局逻辑结构 外模式：描述的是数据的局部逻辑结构 同一个模式可以有任意多个外模式 每一个外模式，数据库系统都有一个外模式模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系 映象定义通常包含在各自外模式的描述中,外模式模式映象（续）,保证数据的逻辑独立性 当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变 应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。,二、模式内模式映象,模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。 例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的 数据库中模式内模式映象是唯一的 该映象定义通常包含在模式描述中,模式内模式映象（续）,保证数据的物理独立性 当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式内模式映象，使模式保持不变 应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。,第2章 数据模型与概念模型,2.1 信息的三种世界及其描述 2.2 概念模型及其表示(Conceptual Model) 2.2.1 概念模型的基本概念 2.2.2 概念模型的表示方法 2.3 常见的数据模型(Data Model) 2.3.1 数据模型概述 2.3.2 层次数据模型（Hierarchical Model） 2.3.3 网状数据模型(Network Model) 2.3.4 关系数据模型（Relational Model） 2.3.5 面向对象数据模型（Object-Oriented Model) 2.3.6 对象关系数据模型(Object-Relational Model）,现实世界、信息世界和计算机世界的关系,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 信息模型 数据化 数据模型,.现实世界、信息世界和计算机世界的关系,客观对象的抽象过程-两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。,概念模型及其表示,概念模型是对信息世界的管理对象、属性及联系等信息的描述形式。概念模型不依赖计算机及DBMS，它是现实世界的真实全面反映。,概念模型的表示方法,实体联系方法(E-R方法) 用E-R图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为E-R模型,数据模型概述,数据模型的组成要素,数据结构 数据操作 完整性约束条件,一、 数据结构,什么是数据结构 描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系 描述的内容 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 数据结构是对系统静态特性的描述,二、数据操作,数据操作 数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作集合 数据操作的类型 查询 更新(包括插入、删除、修改),数据操作(续),数据模型必须对全部数据操作定义 操作的确切含义 操作符号 操作规则（如优先级） 实现操作的语言 数据操作是对系统动态特性的描述,三、数据的完整性约束条件,数据的完整性约束条件 一组完整性规则的集合。 完整性规则：给定的数据模型中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。,关系模型与以往的模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的。在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,属性,元组,1. 关系模型的数据结构 (1) 关系模型中的主要术语 1) 关系（Relation）：一个关系对应 通常所说的一张二维表 (table)。 2) 元组（Tuple）：表中的一行(row) 称为一个元组。 3) 属性（Attribute）：表中的一列 (column)称为一个属性。,1.关系模型的数据结构 (1) 关系模型中的主要术语 4) 主码（Primary Key）：表中的某个 属性或属性组，值可以惟一 地确定一个元组，且属性组 中不含多余的属性。 5) 域（Domain）：属性的取值范围称 为域。 6) 分量（Element）：元组中的一个属 性值称为分量。,关系必须是规范化的，满足一定的规范条件 最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项, 不允许表中还有表 图1.27中工资和扣除是可分的数据项 ,不符合关系模型要求,关系操作 数据查询 数据插入 数据删除 数据修改 关系中的数据操作是集合操作。 关系操作语言都是高度非过程的语言, 存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”,关系数据模型的关系操作,关系的完整性约束条件包括三类： 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性。,关系数据模型的完整性约束条件,关系数据模型的存储结构,实体及实体间的联系都用表来表示 表以文件形式存储 有的DBMS一个表对应一个操作系统文件 有的DBMS自己设计文件结构,优缺点： 1封装(encapsulation)：提高数据的独立性，程序的可靠性，但影响了数据查询功能 2继承性(inheritance)：是对现实的简明而精确的描述，利于建模；提供了信息的重用机制 3滞后联编(late binding): 编译时不把操作名联编到程序上，运行时视对象类型和操作选相应的程序 4对象嵌套更准确地反映了现实世界,面向对象数据模型,52,第3章 数据库系统的设计方法,3.1 数据库系统设计概述 3.2 系统需求分析 3.3 数据库概念结构的设计 3.4 数据库逻辑结构的设计 3.5 数据库物理结构的设计 3.6 数据库的实施和维护 3.7 数据库应用系统的设计,53,1. 数据库的结构特性设计-静态设计 1.分E-R图 2.汇总分E-R图 概念结构模型 3.概念结构模型 逻辑结构模型,54,2. 数据库的行为特性设计 - 应用软件设计 1. 数据流程图和数据字典，并详细描述 其中的数据操作要求（即操作对象、 方法、频度和实时性要求） 2. 系统的层次结构 3. 系统的功能模块结构 4. 数据库的子模式 5. 确定系统数据流程图,55,数据库系统设计如下6个阶段： 1. 需求分析 2. 概念结构设计 3. 逻辑结构设计 4. 物理结构设计 5. 数据库实施 6. 数据库运行和维护,3.1.3 数据库系统设计方法,56,需求分析的重点,调查的重点是“数据”和“处理”，获得用户对数据库的要求 信息要求：数据库中需存储哪些数据，包括 处理要求：完成什么数据处理功能；响应时 间；数据处理的工作方式 安全性与完整性要求,57,进一步分析和表达用户需求（续）,1首先把任何一个系统都抽象为：,58,需求分析过程,需求分析过程,59,概念结构的特点及设计方法,60,数据抽象,抽象是对实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种概念精确地加以描述。 概念结构是对现实世界的一种抽象,61,数据抽象（续）,三种常用抽象 1. 分类（Classification） 定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型 抽象了对象值和型之间的“is a member of”的语义 实体集就是分类抽象,62,数据抽象（续）,63,数据抽象（续）,2. 聚集（Aggregation） 定义某一类型的组成部分 抽象了对象内部类型和成分之间“is part of”的语义,64,数据抽象（续）,聚集,65,数据抽象（续）,复杂的聚集，某一类型的成分仍是一个聚集,更复杂的聚集,66,数据抽象（续）,3. 概括（Generalization） 定义类型之间的一种子集联系 抽象了类型之间的“is a subset of”的语义 继承性,67,数据抽象（续）,概括,68,局部视图设计,设计分E-R图的步骤: 选择局部应用 逐一设计分E-R图,69,选择局部应用（续）,设计分E-R图的出发点,70,逐一设计分E-R图（续）,两条准则： （1）属性不能再具有需要描述的性质。即属性必须是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成 （2）属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间,71,概念结构设计小结,集成局部视图 1.合并分E-R图，生成初步E-R图 消除冲突 属性冲突 命名冲突 结构冲突 2. 修改与重构 消除不必要的冗余，设计生成基本E-R图 分析方法 规范化理论,72,视图的集成（续）,视图集成,3.4 数据库逻辑结构设计,逻辑结构设计时的3个步骤,3.4.2 概念模型向关系模型的转换,实体集的转换规则 一个实体集 一个关系 实体的属性 关系的属性 实体的码 关系的码， 关系的结构是关系模式。,E-R图向关系模型的转换原则 一个实体型转换为一个关系模式：实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。 一个联系转换为一个关系模式：与该联系相连的各实体的码以及联系的属性转换为该关系的属性。该关系的码有四种情况： 若联系是1:1：则每个实体的码均是该关系的候选码。 若联系是1:n：则关系的码是n端实体的码。 若联系是m:n：则关系的码是参加联系的诸实体的码的集合。 若联系是三个或三个以上的实体的一个m:n:p元联系，该联系转换为一个关系，关系的码的各实体码的组合。 具有相同码的关系模式可以合并。,关系模式的优化,通常以规范化理论为指导。 注意： 并不是规范程度越高的关系就越 优，应根据需要权衡而定,3.5 数据库的物理设计,数据库的物理设计 为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程，就是数据库的物理设计,数据库的物理设计(续),数据库的物理设计的内容