数据库原理-王珊-萨师煊电子教案 PPT课件

1 第一章绪论 数据库原理 2 数据库考试大纲 一 数据库概论掌握数据库 数据库管理系统 数据库系统概念 了解数据库管理技术的发展的三个阶段 掌握概念模型的基本概念和表示方法 数据模型的组成要素 掌握数据库管理系统的任务和功能 掌握数据库系统的三级模式结构和二级映象 掌握数据库系统的组成 二 关系数据库及SQL语言了解关系的基本术语 关系的定义及关系的性质 掌握关系的三类完整性及规则 掌握应用关系代数对关系进行查询操作 掌握应用SQL语言的SELECT语句进行查询操作 了解SQL中的数据更新操作 三 关系数据库理论 数据库设计与保护掌握函数依赖 部分函数依赖 传递函数依赖的概念 掌握前三个范式的概念及应用前三个范式进行模式分解 掌握数据库设计的基本步骤及主要工作 数据库原理 3 四 FOXPRO数据库的概念及基本操作了解FOXPRO的常用文件类型 主要技术指标 工作方式 掌握FOXPRO的数据类型 了解FOXPRO数据库的结构 掌握FOXPRO数据库的建立及结构的编辑方法 掌握FOXPRO数据库文件的建立 打开 修改和关闭命令的应用 掌握FOXPRO的LIST和DISPLAY命令的应用 掌握FOXPRO的记录定位 插入 删除与恢复命令的应用 掌握数组与数据库文件间的数据传递 掌握FOXPRO数据库的排序 索引 检索及数据统计命令的应用 五 FOXPRO程序设计掌握FOXPRO程序文件的建立 修改与运行操作及命令使用 掌握FOXPRO的键盘输入命令 掌握FOXPRO的运行控制命令 掌握FOXPRO程序设计的基本控制语句及结构嵌套 了解子程序 过程与过程文件和自定义函数 数据库原理 4 对数据的管理涉及 信息存储结构的定义信息操作机制的提供信息的安全性保证并发控制 设计数据库系统的目的是什么 是为了管理大量信息 数据库原理 5 具有代表性的数据库系统应用 银行业用于存储客户的信息 帐户 贷款以及交易记录 数据库原理 6 学校用于存储学生的信息 课程信息和成绩信息 数据库原理 7 销售业用于存储客户信息 产品信息和购买信息 数据库原理 8 人力资源用于存储员工 工资 所得税和津贴的信息 数据库原理 9 金融业用于存储股票 债券等票据的持有 出售和买入的信息 数据库原理 10 数据库原理 11 1 1数据库系统概述 1 1 1四个基本概念 一 数据 Data 数据的形式本身并不能完全表达其内容 需要经过语义解释 例 白色 30 45 50 数据实际上就是描述事物的符号记录 数据与其语义是不可分的 如 文字 图形 图象 声音 学生的档案记录 数据库原理 12 二 数据库 DataBase 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 数据库中的数据按一定的数据模型组织 描述和储存 具有较小冗余度 较高的数据独立性和易扩展性 并可为各种用户共享 数据库原理 13 三 数据库管理系统 DatabaseManagementSystem 简称DBMS 数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 由一个互相关联的数据的集合和一组用以访问这些数据的程序组成 它的主要功能包括以下几个方面 1 数据定义功能 DBMS提供数据定义语言 DataDefinitionLanguage 简称DDL 用户通过它可以方便的对数据库中的数据对象进行定义 数据库原理 14 2 数据操纵功能 DBMS提供数据操纵语言 DataManipulationLanguage 简称DML 用户可以使用DML操纵数据 实现对数据库的基本操作 如查询 插入 删除和修改等 3 数据库的运行管理 数据库在建立 运用和维护时由数据库管理系统统一管理 统一控制 以保证数据的安全性 完整性 多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复 4 数据库的建立和维护功能 包括数据库初始数据的输入 转换功能 数据库的转储 恢复功能 数据库的重组织功能和性能监视 分析功能等 这些功能通常由一些实用程序完成 数据库原理 15 四 数据库系统 DataBaseSystem 简称DBS 数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统 一般由数据库 数据库管理系统 及其开发工具 应用系统 数据库管理员 DataBaseAdministrator 简称DBA 和用户构成 数据库原理 16 数据库系统的构成 数据库原理 17 数据处理是指对各种数据进行收集 存储 加工和传播的一系列活动的总和 数据管理则是指对数据进行分类 组织 编码 存储 检索和维护 它是数据处理的中心问题 数据管理技术经历了人工管理 文件系统 数据库系统三个阶段 1 1 2数据管理技术的产生和发展 数据库原理 18 一 人工管理阶段 20世纪50年代中期以前 此时期特点 计算机主要用于科学计算 没有磁盘 只有汇编语言 没有操作系统 没有管理数据的软件 数据处理方式是批处理 此时期数据管理特点 1 数据不保存 2 应用程序管理数据 3 数据不共享 4 数据不具有独立性 数据库原理 19 人工管理阶段应用程序与数据之间的关系 数据库原理 20 二 文件系统阶段 20世纪50年代后期60年代中期 此时期特点 由了磁盘 磁鼓等直接存储设备 出现高级语言和操作系统 有专门的数据管理软件 有批处理 也能联机实时处理 此时期数据管理特点 1 数据可以长期保存 2 由文件系统管理数据 缺点 1 数据共享性差 冗余度大 2 数据独立性差 数据库原理 21 例 某单位购置一台计算机 各部门均在计算机中建立了文件 如 职工档案文件 职工工资文件和职工保健文件 职工工资文件 职工档案文件 职工保健文件 文件系统中的文件 数据库原理 22 三 数据库系统阶段 20世纪60年代后期以来 此时期特点 有大容量磁盘 出现统一管理数据的软件系统 数据库管理系统 处理方式以联机实时处理为主 并开始提出和考虑分布处理 职工工资文件 职工档案文件 职工保健文件 数据库中的文件 数据库原理 23 1 1 3数据库技术的产生 数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪60年代末的三件大事 IBM公司研制的的IMS InformationManagementSystem 系统是一个典型的层次数据库系统 CODASYL是美国数据系统语言协会 ConferenceOnDataSystemsLanguages 的缩写 该组织有两大贡献 一是在1960年提出COBOL语言 二是在1969年提出DBTG报告 CODASYL组织在1967年成立了一个DBTG DataBaseTaskGroup 小组 专门研究数据库语言 依据这份报告实现的系统为网状数据库系统 1 IMS系统 1968年 2 DBTG报告 1969年 数据库原理 24 3 E F Codd的文章 1970年 第一次提出关系模型的文章是E F Codd于1970年在美国计算机学会通信杂志 CACM 上发表的 ARelationalModelofDataforLargeSharedDataBanks 一文 这篇文章奠定了关系数据库的理论基础 使关系数据库从一开始就建立在集合论和谓词演算的基础上 数据库原理 25 1 1 4数据库系统的特点 一 数据结构化 传统文件记录 数据库记录 数据库原理 26 二 数据的共享性高 冗余度低 易扩充 数据不再面向某个应用而是面向整个系统 数据共享可以减少数据冗余 节约存储空间 三 数据独立性高 物理独立性是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的 逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的 包括数据的物理独立性和数据的逻辑独立性 数据库原理 27 四 数据由DBMS统一管理和控制 数据库的共享是并发的 Concurrency 共享 即多个用户可以同时存取数据库中的数据甚至可以同时存取数据库中同一个数据 DBMS的数据控制功能 1 数据的安全性 Security 保护 2 数据的完整性 Integrity 检查 3 并发 Concurrency 控制 4 数据库恢复 Recovery 数据库原理 28 1 2数据模型 模型是现实世界特征的模拟和抽象 数据模型是对现实世界数据特征的抽象 要求 1 能比较真实的模拟现实世界 2 容易为人所理解 3 便于在计算机上实现 数据库原理 29 数据模型的分类 1 概念数据模型 信息模型 2 逻辑数据模型 现实世界中客观对象的抽象过程 数据库原理 30 1 2 1数据模型的组成要素 一 数据结构 数据结构是所研究的对象类型的集合 数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面 数据结构是对系统静态特性的描述 二 数据操作 数据操作是指对数据库的检索和更新两类操作 数据操作是对系统动态特性的描述 三 数据的约束条件 数据的约束条件是一组完整性规则的集合 数据库原理 31 1 2 2概念数据模型 一 基本概念 1 实体 Entity 客观存在并可以相互区别的事物称为实体 具体 抽象 2 属性 Attribute 实体所具有的某一特性 3 码 Key 键唯一表示实体的属性集 4 域 Domain 属性的取值范围 例 02001 刘成海 男 20 土木建筑 数据库原理 32 学生 学号 姓名 性别 年龄 系别 02001 刘成海 男 20 土木建筑 5 实体型 EntitySet 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体 称为实体型 6 实体集 EntitySet 同型实体的集合 7 联系 Relationship 实体内部的联系和实体之间的联系 实体内部的联系通常指组成实体的各属性之间的联系 实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系 实体型 值 数据库原理 33 两个实体型之间的联系 二元联系 可以分为三类 1 一对一联系 1 1 2 一对多联系 1 n 3 多对多联系 m n 班级 班长 班级 学生 学生 课程 两个以上实体型之间的联系 学生 课程 教师 数据库原理 34 二 概念数据模型的表示方法 实体 联系模型 Entity RelationshipModel 简称E R模型 实体型 用矩形表示 属性 用椭圆形表示 并用无向边与实体连接 学生 数据库原理 35 联系 用菱形表示 菱形框内写明联系名 并用无向边分别与有关实体连接起来 同时在无向边旁标上联系的类型 1 1 1 n或m n 联系本身也是一种实体型 也可以有属性 数据库原理 36 某工厂物资管理的概念模型 仓库 仓库号 面积 电话号码 零件 零件号 名称 规格 单价 描述 供应商 供应商号 姓名 地址 电话号码 帐号 项目 项目号 预算 开工日期 职工 职工号 姓名 年龄 职称 1 物资管理所涉及的实体 数据库原理 37 2 实体之间的联系 一个仓库可以存放多种零件 一种零件可以存放在多个仓库中 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 职工之间具有领导 被领导关系 供应商 项目 零件三者之间具有多对多的联系 数据库原理 38 工厂物资管理的E R图 数据库原理 39 数据库原理 40 工厂物资管理的E R图 数据库原理 41 1 2 3最常用的数据模型 层次模型 网状模型 关系模型 面向对象模型 数据库原理 42 1 2 4层次模型 典型代表 IBM公司于1968年推出的大型商用数据库管理系统IMS 一 层次数据模型的数据结构 在数据库中定义满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型 1 有且只有一个结点没有双亲结点 2 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点 数据库原理 43 例 教师学生层次数据库 数据库原理 44 教师学生层次数据库的一个值 数据库原理 45 层次模型的特点 任何一个给定的记录值只有按其路径查看时才有意义 没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在 插入 删除操作有约束 数据库原理 46 二 层次模型的存储结构 1 邻接法 数据库原理 47 2 链接法 子女 兄弟链接法 层次序列链接法 数据库原理 48 三 层次模型的优缺点 优点 记录之间的联系是通过指针来实现 查询效率较高 用户和设计者面对的是逻辑数据 不必考虑数据的物理细节 逻辑数据和物理数据之间的转化由DBMS完成 缺点 只能表示1 N联系 应用程序的编写比较复杂 数据库原理 49 1 2 5网状模型 典型代表 1969年 CODASYL组织提出的DBTG报告中的数据模型 一 网状数据结构的数据结构 在数据库中 把满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型 1 允许一个以上的结点无双亲 2 一个结点可以有多于一个的双亲 数据库原理 50 网状模型的例子 学生选课数据库 数据库原理 51 二 网状模型的存储结构 数据库原理 52 四 网状模型的优缺点 优点 记录之间通过指针实现 M N也容易实现 一个M N联系可拆成两个1 N联系 查询效率较高 缺点 数据结构比较复杂 编程复杂 数据库原理 53 1 2 6关系模型 一 关系数据模型的数据结构 术语 关系 Relation 元组 Tuple 属性 Attribute 主码 Key 域 Domain 分量 关系模式 关系名 属性1 属性2 属性n 学生 学号 姓名 性别 年龄 数据库原理 54 C S SC 学生 课程数据库 数据库原理 55 二 关系数据模型的操纵与完整性约束 关系数据模型的操纵主要包括查询 插入 删除和修改 关系的完整性约束条件包括三大类 实体完整性参照完整性用户定义的完整性 关系模型中的数据操作是集合操作 操作对象和操作结果都是关系 即若干元组的集合 关系模型把存取路径向用户隐蔽 关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项 在关系模型中 实体以及实体间的联系都是用关系来表示 数据库原理 56 三 关系数据模型的存储结构 关系数据模型中 实体及实体间的联系都用表来表示 在数据库的物理组织中 表以文件形式存储 每一个表通常对应一种文件结构 四 关系数据模型的优缺点 优点 关系模型是建立在严格的数学概念的基础上的 概念单一 数据结构简单 清晰 关系模型的存取路径对用户隐蔽 缺点 查询效率往往不如非关系数据模型 为了提高性能 必须对用户的查询请求进行优化 数据库原理 57 1 3数据库系统结构 1 3 1数据库系统的模式结构 模式 Schema 是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述 它仅仅涉及到型的描述 不涉及到具体的值 模式的一个具体值称为模式的一个实例 instance 模式反映的是数据的结构及其关系 而实例反映的是数据库某一时刻的状态 模式不变 而实例变化 从数据库管理系统角度看 数据库系统通常分为三级模式结构 从数据库最终用户角度看 数据库系统的结构分为集中式结构 又可有单用户结构 主从式结构 分布式结构 客户 服务器结构和并行结构 数据库原理 58 1 模式 Schema 模式也称逻辑模式 是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述 是所有用户的公共数据视图 模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图 数据库模式以某一种数据模型为基础 DBMS提供模式描述语言 模式DDL 来严格定义模式 一 数据库系统的三级模式结构 数据库原理 59 2 外模式 ExternalSchema 外模式也称子模式或用户模式 它是数据库用户 包括应用程序员和最终用户 看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述 是数据库用户的数据视图 是与某一应用有关的数据的逻辑表示 DBMS提供子模式描述语言 子模式DDL 来严格定义子模式 数据库原理 60 3 内模式 InternalSchema 内模式也称存储模式 它是数据物理结构和存储结构的描述 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 DBMS提供内模式描述语言 内模式DDL 或者存储模式DDL 来严格地定义内模式 数据库原理 61 二 数据库的二级映象功能与数据独立性 用于定义每一个外模式与模式之间的对应关系 包含在各自外模式的描述中 当模式改变时 由数据库管理员对各个外模式 模式的映象作相应改变 可以使外模式保持不变 从而应用程序不必修改 保证了数据的逻辑独立性 1 外模式 模式映象 数据库原理 62 2 模式 内模式映象 用于定义数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系 该映象定义通常包含在模式描述中 当数据库的存储结构改变了 例如采用了更先进的存储结构 由数据库管理员对模式 内模式映象作相应改变 可以使模式保持不变 从而保证了数据的物理独立性 只有一个内模式 数据库原理 63 数据库系统的三级模式结构 数据库原理 64 1 3 2数据库系统的体系结构 整个数据库系统 包括应用程序 DBMS 数据 都装在一台计算机上 为一个用户独占 不同机器之间不能共享数据 指一个主机带多个终端的多用户结构 在这种结构中 数据库系统 包括应用程序 DBMS 数据 都集中存放在主机上 所有处理任务都由主机来完成 各个用户通过主机的终端并发地存取数据库 共享数据资源 优点 数据易于管理与维护 缺点 主机的任务会过分繁重 从而使系统性能大幅度下降 当主机出现故障时 整个系统都不能使用 因此系统的可靠性不高 1 单用户数据库系统 2 主从式结构的数据库系统 数据库原理 65 3 分布式结构的数据库系统 分布式结构的数据库系统是指数据库中的数据在逻辑上是一个整体 但物理地分布在计算机网络的不同结点上 网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据 执行局部应用