-数据库系统与数据库概念设计PPT课件

20 04 2020 1 数据库技术的应用领域 公司 人事管理系统 工资管理系统学校 学生管理系统 教务管理系统财务 财务管理系统 银行管理系统仓储 仓库管理系统 运输管理系统交通 民航管理系统 联网售票系统信息 信息查询系统 客户关系系统图书管理系统 20 04 2020 2 数据库应用系统需解决哪些问题 保存数据 添加数据 修改数据 删除数据 查询数据 数据处理 数据完整性 20 04 2020 3 本课程将学习的内容 图1 1 第一章数据库系统与数据库概念设计第二章关系模型与数据库逻辑设计第三章SQLServer2005的安装与配置第四章数据库的创建与管理第五章表和索引的创建与管理第六章SELECT查询语句 20 04 2020 4 本课程将学习的内容 图1 1 第七章视图的创建与管理第八章T SQL编程与应用第九章存储过程 触发器与用户定义函数第十章数据库的安全性管理第十一章数据库的恢复与传输 20 04 2020 5 第1章 数据库系统与数据库概念设计 20 04 2020 6 本章学习目标 了解数据管理技术的发展 数据库系统的体系结构 数据模型的基本概念 了解数据库设计的方法和步骤 概念设计的方法和步骤 20 04 2020 7 1 1数据管理技术的产生和发展 1 1 1数据库基本概念数据 Data 数据是描述现实世界事物特性的符号记录 是用物理符号记录的可以鉴别的信息 包括 数字 文字 图形 图像 声音等 信息 Information 信息是指数据经过加工处理后获得的有用知识 数据处理 DataProcessing 对数据进行各种加工的过程 即将数据转化为信息的过程 包括数据收集 存储 加工的过程 P2的C程序就是一个数据处理程序 20 04 2020 8 数据和信息的关系 数据信息 数据处理 20 04 2020 9 数据库的概念 数据库 DataBase 简记为DB 数据库是长期存储在计算机内 有组织的 可共享的相关数据的集合 这种集合具有如下特点 最小的冗余度应用程序对数据资源共享数据独立性高统一管理和控制数据库管理系统 DataBaseManagementSystem 简记为DBMS 20 04 2020 10 数据管理技术经历了如下三个阶段 人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段 1 人工管理阶段这一阶段是指20世纪50年代中期以前 计算机主要用于科学计算 当时的计算机硬件状况是 外存只有磁带 卡片 纸带 没有磁盘等直接存取的存储设备 软件状况是 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 1 1 2数据管理技术的发展 20 04 2020 11 人工管理阶段的特点 数据不保存 数据无专门软件进行管理 数据不共享 数据不具有独立性 数据无结构 20 04 2020 12 2 文件系统阶段这一阶段从20世纪50年代后期到60年代中期 计算机硬件和软件都有了一定的发展 计算机不仅用于科学计算 还大量用于管理 这时硬件方面已经有了磁盘 磁鼓等直接存取的存储设备 在软件方面 出现了操作系统 其中包含文件处理功能 一般称为文件系统 处理方式上不仅有了文件批处理 而且能够联机实时处理 1 1 2数据管理技术的发展 20 04 2020 13 P3的C程序说明由程序本身来组织 管理数据 数据文件依赖于程序 数据不具有独立性 不能共享 数据文件有OS来管理 20 04 2020 14 应用程序1 应用程序2 应用程序n 数据集n 数据集2 数据集1 图1 2文件管理阶段 文件系统 20 04 2020 15 文件阶段的数据管理特点 数据可以长期保存由文件系统管理数据程序与数据有一定的独立性数据冗余大 共享性差数据独立性差记录内部有结构 但数据文件之间没有联系 没有整体结构 20 04 2020 16 3 数据库系统阶段从20世纪60年代后期以来 计算机硬件和软件技术得到了飞速发展 为了解决多用户 多应用共享数据 使数据为尽可能多的应用服务 文件系统已不能满足应用需求 一种新的数据管理技术 数据库技术应运而生 P5的数据库和应用程序具有独立性 数据共享 20 04 2020 17 应用程序1 应用程序2 应用程序n 图1 3数据库管理阶段 DBMS DB 20 04 2020 18 数据库系统的特点 数据库系统阶段具有以下的特点 数据结构化在描述数据时不仅描述数据本身 还描述数据之间的联系 数据共享性高 冗余度小 易扩充数据可以被多个应用共享 这不仅大大减小了数据的冗余度 节约存储空间 减少存取时间 而且可以避免数据之间的不相容性和不一致性 20 04 2020 19 数据独立性高 程序与数据相对独立数据独立性包括物理独立性和逻辑独立性 数据的物理独立性是指当数据的物理存储改变时 应用程序不用改变 数据的逻辑独立性是指当数据的逻辑结构改变时 用户应用程序不用改变 数据粒度小 数据操作的最小单位是数据项 数据处理速度快 处理方便 数据库系统的特点 20 04 2020 20 统一的数据管理和控制数据库对系统中的用户是共享资源 计算机的共享一般是并发的 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 因此 数据库管理系统必须提供以下几个方面的数据控制保护功能 数据的安全性 security 保护数据的完整性 integrity 控制数据库恢复 recovery 并发 concurrency 控制 数据库系统的特点 20 04 2020 21 数据管理技术的新发展 随着计算机硬件 数据库应用及互联网技术的发展 多种技术的相互渗透和结合 出现了一批新的数据库技术 如 Web数据库技术并行数据库技术数据仓库与联机分析数据挖掘与商务智能技术内容管理技术海量数据管理技术等 20 04 2020 22 1 2数据库系统概述 1 2 1数据库系统构成1 数据库系统 DataBaseSystem 简记为DBS 数据库系统指在电脑系统中引入数据库后构成的系统 即 计算机系统 数据库技术 数据库系统数据库系统一般由硬件 数据库 操作系统 数据库管理系统 及其开发工具 应用系统 数据库管理员 DBA 和用户构成 20 04 2020 23 数据库用户 用户是使用数据库的人员 用户可分为 P6 7数据库分析师应用程序员数据库管理员终端用户 20 04 2020 24 DBAS DBAS开发工具 BDMS OS 图1 4数据库系统构成 DB 硬件 20 04 2020 25 三级模式之间的关系 模式是内模式的逻辑表示 内模式是模式的物理实现 外模式则是模式的部分抽取 三个模式反映了对DB的三种不同观点 模式表示了概念级DB 体现了对DB的总体观 内模式表示了物理级DB 体现了对DB的存储观 外模式表示了用户级DB 体现了对DB的用户观 20 04 2020 26 2 数据库系统的体系结构 集中式系统个人计算机系统分布式系统客户 服务器系统 C S 浏览器 服务器系统 B S 20 04 2020 27 集中式系统DBMS和应用程序以及与用户终端进行通信的软件等都运行在一台宿主计算机上 所有的数据处理都是在宿主计算机中进行 宿主计算机一般是大型机 中型机或小型机 应用程序和DBMS之间通过操作系统管理的共享内存或应用任务区来进行通信 DBMS利用操作系统提供的服务来访问数据库 终端通常是非智能的 本身没有处理能力 集中式系统 20 04 2020 28 集中系统的主要优点是 具有集中的安全控制 以及处理大量数据和支持大量并发用户的能力 集中系统的主要缺点是 购买和维持这样的系统一次性投资太大 并且不适合分布处理 集中式系统 20 04 2020 29 个人计算机系统 与大型系统不同 通常个人计算机 微机 上的DBMS功能和数据库应用功能是结合在一个PC机中的 这类DBMS 如FoxPro Acssce 的功能灵活 系统结构简洁 运行速度快 但这类DBMS的数据共享性 安全性 完整性等控制功能比较薄弱 20 04 2020 30 分布式系统 一个分布式数据系统由一个逻辑数据库组成 整个逻辑数据库的数据 存储在分布于网络中的多个结点上的物理数据库中 在当今的客户 服务器结构的数据库系统中 服务器的数目可以是一个或多个 当系统中存在多个数据库服务器时就形成了分布系统 20 04 2020 31 在两层客户 服务器 Client Server 简记为C S 结构的数据库系统中 数据处理任务被划分为两部分 一部分运行在客户端 另一部分运行在服务器端 客户端负责应用处理 数据库服务器完成DBMS的核心功能 这种模型中 客户机上都必须安装应用程序和工具 使客户端过于庞大 负担太重 而且系统安装 维护 升级和发布困难 从而影响效率 胖客户端 客户 服务器系统 C S 20 04 2020 32 客户 服务器 C S 体系结构 数据库服务器 响应和提供数据 应用程序 数据库 操作和查询 图1 5C S体系结构 20 04 2020 33 三层客户机 服务器系统 随着Internet的迅速普及 出现了三层客户机 服务器模型 客户机 应用服务器 数据库服务器 这种系统将客户端的应用程序和工具移到应用服务器 使得客户端比较简单 这种系统称为瘦客户端 20 04 2020 34 三层客户机 服务器系统 数据库服务器 响应和提供数据 客户机 数据库 操作和查询 应用服务器 返回结果 操作请求 图1 6三层C S体系结构 20 04 2020 35 浏览器 服务器 B S 系统 浏览器 服务器 Browser Server 简记为B S 系统 是三层C S结构在web上应用的特例 B S体系结构与C S体系结构相比 不仅具有C S体系结构的优点 而且有开放的标准 开发和维护成本低 使用简单 界面友好 系统安全等 客户端只需要使用通用浏览器 如IE 来显示从服务器端返回的结果即可 20 04 2020 36 浏览器 服务器 B S 系统 在B S结构中 中间层web服务器很重要 负责事务处理 生成和发布动态数据 目前支持动态web的主要技术有CGI ASP NET JSP Servlet等 本书要学习的SQLServer2005是基于B S模式的DBMS 20 04 2020 37 浏览器 服务器 B S 系统 数据库服务器 响应和提供数据 浏览器 数据库 操作和查询 Web服务器 返回网页 操作请求 图1 7B S体系结构 20 04 2020 38 Web服务器作用 接受请求找到动态网页根据程序代码生成静态网页4 发送网页 web服务器 操作请求 返回网页 浏览器 20 04 2020 39 1 2 2数据库的体系结构 三级模式从DBMS方面考虑 数据库系统通常采用三级模式结构 这是DBMS内部的系统结构 模式 schema 模式也称为逻辑结构或全局模式 是数据库中全体数据的逻辑结构和特征描述 是所有用户的公共数据视图 一个数据库只有一个模式 DBMS提供模式描述语言 模式DDL 来严格定义模式 CREATETABLE 20 04 2020 40 外模式 externalschema 外模式也称为子模式 局部模式或用户模式 它是数据库用户能够看到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 外模式通常是模式的子集 一个数据库可以有多个外模式 外模式是保证数据库安全性的一个有力措施 每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据 数据库中其余数据是不可见的 DBMS提供子模式描述语言 子模式DDL 来严格定义子模式 CREATEVIEW 20 04 2020 41 内模式也称为存储模式 storageshcema 或物理模式 一个数据库只有一个内模式 它是数据物理结构和存储方式的描述 是数据在数据库内部的表示方式 DBMS提供内模式描述语言 内模式DDL 来严格定义内模式 CREATEDATABASE 内模式 internalshcema 20 04 2020 42 应用1 应用2 应用3 应用n 外模式1 外模式2 外模式3 内模式 模式 数据库 图1 8数据库体系结构 模式 外模式映象 模式 内模式映象 视图CREATEVIEW 基本表CREATETABLE 数据库文件CREATEDATABASE 20 04 2020 43 两级映射和数据的独立性 数据库三级模式是数据库三个不同级别的抽象 三个抽象层次间的联系和转换 数据库系统提供了三级模式间的两种映射 模式 外模式映射 模式 内模式映射模式 外模式映射定义某个外模式和模式的对应关系 当模式发生改变时 只要改变其映射 而无需改动外模式 从而保证了数据 与程序 的逻辑独立性 模式 内模式映射定义内模式和模式的对应关系 当内模式发生改变时 只要改变其映射 而无需改动模式 从而保证了数据 与程序 的物理独立性 20 04 2020 44 数据库管理系统 DBMS 数据库管理系统是帮助用户建立 使用 管理和维护数据库的一组软件 它的基本功能包括以下几个方面 数据定义功能用户通过数据定义语言 DDL DataDefinitionLanguage 方便地对数据库中的数据对象进行定义 如创建表 视图 数据操纵功能用户可以使用数据操纵语言 DML DataManipulationLanguage 操纵数据 实现对数据的基本操作 如查询 插入 删除和修改 20 04 2020 45 数据库管理系统 DBMS 数据库的控制功能DBMS提供数据控制语言 DCL 数据库在建立 运行和维护时由DBMS进行管理 以保证数据的安全性 完整性 并发控制和发生故障后对系统的恢复等 数据库的建立和维护功能它包括数据库的建立 数据转换 数据库的转储及恢复功能 还包括数据库的组织和分析功能等 20 04 2020 46 数据库管理系统 DBMS 数据字典 DD DD 有关数据结构描述的数据 DD中保存数据库三级结构的定义 完整性约束 用户的操作信息等 数据字典包括 数据项 数据结构 数据流 数据存储和处理过程等五个部分 20 04 2020 47 1 3数据模型 1 3 1数据模型及其组成要素数据模型是数据库中数据与数据之间的联系 决定数据的结构和操作的方式 数据模型通常都是由数据结构 数据操作和完整性约束3个要素组成 20 04 2020 48 数据结构 数据结构数据结构研究数据元素之间的组织形式 存储形式等 数据结构用于描述系统的静态特性 在数据库系统中 通常按照其数据结构的类型来命名数据模型 例如层次结构 网状结构 关系结构的数据模型分别命名为层次模型 网状模型和关系模型 20 04 2020 49 数据操作数据操作用于描述系统的动态特性 数据操作是指对数据库中的各种对象的实例允许执行的操作的集合 包括操作及有关的操作规则 数据库主要有检索 查询 和更新 增删改 两大类操作 20 04 2020 50 数据完整性约束 数据完整性约束是一组完整性规则的集合 完整性规则是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 有效和相容 数据模型是数据库技术的关键 它的3个要素完整地描述了一个数据模型 20 04 2020 51 三个世界 为了将现实世界中的具体事务抽象 组织为某种DBMS支持的数据模型 人们常常先把现实世界转化成为信息世界 然后将信息世界转化为某一个特定DBMS支持的数据模型 20 04 2020 52 数据库 现实世界 信息世界 机器世界 概念模型 E R图 逻辑模型 关系模型 客观事物及其联系 20 04 2020 53 三个世界的概念 现实世界 客观存在的事物及联系 信息世界 是对现实世界的认识和抽象描述 按用户的观点对数据和信息进行呢建模 不考虑在计算机和DBMS上的具体实现 所以称之为概念数据模型 常采用实体 联系方法的构成的E R图来描述 机器世界 数据模型 建立在计算机上的数据模型 用具体的DBMS来实现 20 04 2020 54 1 3 3逻辑数据模型 常用的逻辑数据模型有 层次模型网状模型关系模型面向对象的模型 20 04 2020 55 图1 9层次模型示意图 层次模型 20 04 2020 56 层次模型举例 家族关系 族谱学校的行政组织关系各企事业单位的行政组织 20 04 2020 57 自然界中实体型间的联系更多的是非层次关系 用层次模型难以描述非树形结构关系 网状模型则可以解决这一问题 用网状结构表示实体类型及实体之间联系的数据模型称为网状模型 在网状模型中 一个子结点可以有多个父结点 在两个结点之间可以有一种或多种联系 网状模型 20 04 2020 58 网状模型 图1 10网状模型示意图 20 04 2020 59 网状模型举例 学生与学生之间的关系人与人之间的关系课程与课程之间的关系单位与单位之间的关系国家与国家之间的关系 20 04 2020 60 关系模型 关系模型是目前最重要的一种模型 美国IBM公司的研究员E F Codd于1970年首次提出了数据库系统的关系模型 20世纪80年代以来 电脑厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型 非关系系统的产品也都加上了关系接口 关系模型 方便数据的组织 操作和管理 所以很快流行起来 20 04 2020 61 关系模型 relationalmodel 关系模型是目前最常用的一种数据模型 关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式 在关系模型中 数据在用户观点下的逻辑结构就是一张二维表 每一张二维表称为一个关系 relation 关系模型 20 04 2020 62 关系的一个例子 20 04 2020 63 1 4数据库设计步骤 需求分析阶段概念结构设计逻辑结构设计物理结构设计数据库实施阶段数据库运行和维护阶段 20 04 2020 64 数据库设计步骤 20 04 2020 65 实体 entity 客观存在并可相互区别的事物称为实体 实体可以是具体的人 事 物 见下页 也可以是抽象的概念 零件 实体型 entitytype 具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质 用实体名及其属性名集合来抽象和描述同类实体 称为实体型 模具 例如 学生 学号 姓名 性别 出生年份 系 入学时间 就是一个实体型 1 5 1概念结构的有关术语 1 3 2节 20 04 2020 66 实体集 entityset 同型实体的集合称为实体集 一批零件 例如 全体学生就是一个实体集 图书馆的图书也是一个实体集 1 5 2概念结构的有关术语 20 04 2020 67 这些客观存在的 可以被描述事物都是 实体 实体也可以是抽象的事物 如订单 考试 会议的等 20 04 2020 68 属性 attribute 实体所具有的某一特性称为属性 一个实体可以由若干个属性来描述 主码 primarykey 用来惟一地标识实体的属性或属性集称为主码 候选码 例如 学生号是学生实体的主码 职工号是职工实体的主码 1 5 2概念结构的有关术语 20 04 2020 69 域 domain 属性的取值范围称为该属性的域 例如 职工性别的域为 男 女 姓名的域为字母字符串集合 年龄的域为小于150的整数 职工号的域为5位数字组成的字符串等 联系 relationship 在现实世界中 事物内部以及事物之间是有联系的 实体间的对应关系成为实体之间的联系 1 5 2概念结构的有关术语 20 04 2020 70 一对一 XXXX YYYY XXXX YYYY 一对多 XXXX YYY 多对一 XXXX YYYY 多对多 联系种类 20 04 2020 71 一对一联系 1 1 如果对于实体集A中的每一个实体 实体集B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 例如 一个宾馆 每个客房都对应着一个房间号 一个房间号也惟一的对应这一间客房 所以 客房和房间号之间具有一对一联系 又如 确定部门实体和经理实体之间存在一对一联系 意味着一个部门只能有一个经理管理 而一个经理只管理一个部门 联系种类 20 04 2020 72 一对多联系 1 n 如果对于实体集A中的每一个实体 实体集B中有n个实体与之联系 n 0 反之 对于实体集B中的每一个实体 实体集A中至多有一个实体与之联系 则称实体集A与实体集B具有一对多联系 记为1 n 例如 一个部门中有若干名职工 而每个职工只能在一个部门工作 则部门与职工之间具有一对多联系 联系种类 20 04 2020 73 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个实体与之联系 n 0 反之 对于实体集B中的每一个实体 实体集A中也有m个实体与之联系 m 0 则称实体集A与实体集B具有多对多联系 记为m n 联系种类 20 04 2020 74 1 5 2数据库概念设计方法 1 概念设计的一般步骤 定义实体定义联系定义主码定义属性定义其他对象和规则 20 04 2020 75 2 设计E R图的过程 设计局部E R图综合成初步E R图 消除冲突 优化成基本E R图 消除冗余 20 04 2020 76 1 5 3概念模型的表示方法 E R图概念模型是对信息世界建模 所以概念模型应该能够方便 准确地表示信息世界中的常用概念 概念模型的表示方法很多 其中最为常用的是P P S Chen于1976年提出的实体 联系方法 Entity RelationshipApproach 简记为E R表示法 该方法用E R图来描述现实世界的概念模型 称为实体 联系模型 简称E R模型 E R图中各图形的含义及图示见表1 1 需要注意的是 联系本身也可以有属性 如果一个联系具有属性 则这些属性也要用无向边与该联系连接起来 20 04 2020 77 表1 1E R图中各图形的含义 20 04 2020 78 例1 1 在授课系统中 对于课程 教师2个实体型 如果一门课程可以有若干个教师讲授 而每一个教师只讲授一门课程 则课程与教师 课程之间的联系是一对多的 课程 教师 讲授 1 n 20 04 2020 79 例1 2 学生选课数据库中 一个学生可以选学多门课程 而一门课程可以被多个学生选修 所以学生和课程之间联系是多对多联系 学生 选修 m n 课程 20 04 2020 80 例1 3 课程与学生之间具有多对多联系 将有关的属性也标注出来 20 04 2020 81 例1 4 图书借阅系统概念模型设计 该系统中有读者 图书两个实体集 实体集之间通过借阅建立联系 假定一位读者可以借阅多本图书 一本图书可以经多位读者借阅 一本图书一位读者可以借阅多次 不同时间 20 04 2020 82 局部E R图 20 04 2020 83 局部E R图 20 04