数据库系统一PPT课件

1 南京工业大学测绘学院Tel 025 83587712 ThePrinciplesandApplicatiosofDataBase 董有福dongyoufu 数据库原理及应用 2 数据库技术的主要研究问题如何科学地组织和储存数据 如何高效地获取和处理数据 数据库系统原理 3 数据库管理系统软件 DBMS 的研制扩大功能 提高性能和可用性 提高生产率网络版 ORACLE INFORMIX SYSBASE SQLSERVER等单机版 ACCESS DBASE FOXPRO等数据库设计方法及工具的研究利用数据库技术开发实际应用系统数据库理论的研究理论基础可以更好地推动数据库技术的发展使管理系统的研制更科学化 严密化 数据库技术主要研究方向 4 数据库的由来与早期发展标志数据管理技术进入数据库阶段的三件大事1968年IBM推出层次模型的IMS1969年CODASYL关于网状模型的DBTG报告1970年IBM的E F Codd提出关系模型新一代数据库技术的研究和发展数据模型的发展 面向对象技术 与其它相关技术结合 分布式 并行式 知识库 多媒体数据库 面向应用领域数据库新技术 数据仓库 工程 统计 SDB 数据库技术的发展 5 第一章绪论 1 1数据库系统概述 1 2数据模型 1 3数据库系统结构 1 4数据库管理系统 6 一 数据和信息数据 描述事物性质特征的符号记录 是信息的符号表示举例 描述5个人可以用5 五 伍 正 101 five 等信息 是数据的内涵 是对数据的语义解释举例 黑板 黑色 矩形 3m 1 2m 1 1数据库概述 基本概念 7 二 数据处理和数据管理数据处理由已知数据推导加工出新数据产生新信息 涉及到数据的收集 管理 加工利用乃至信息输出全过程 数据管理指数据的收集 整理 组织 存储 维护 检索 传送等操作 是数据处理的基本环节 1 1数据库概述 基本概念 8 三 数据库相关概念数据库数据库管理系统数据库系统 1 1数据库概述 基本概念 9 存放数据的仓库 存放载有数据的存储介质的仓库 数据库 1 1数据库概述 基本概念 10 数据库 1 1数据库概述 基本概念 长期储存在计算机内的 有组织的 可共享的 互相关联的数据集合 数据 元数据 索引 11 相互关联的数据的集合 数据库中的数据不是孤立的 数据与数据之间是相互关联的 也就是说 在数据库中不仅要能够表示数据本身 还要能够表示数据与数据之间的联系 学生 课程 数据库 1 1数据库概述 基本概念 12 数据库能够根据不同的需要按不同的方法组织数据 顺序 索引 聚簇 用综合的方法组织数据 1 1数据库概述 基本概念 数据库 13 文件系统时 教育子系统 人事子系统 低冗余与数据共享 数据库 1 1数据库概述 基本概念 14 数据库系统时 教育子系统 人事子系统 低冗余与数据共享 数据库 1 1数据库概述 基本概念 15 数据独立性是指数据的组织和存储方法与应用程序互不依赖 彼此独立的特性 数据具有较高的独立性 数据库 1 1数据库概述 基本概念 16 数据库技术要能够保证数据库中的数据是安全 可靠的 有效地防止数据库中的数据被非法使用或非法修改 数据遭到破坏时能立刻将数据完全恢复 安全机制 备份恢复 保证数据的安全 可靠 数据库 1 1数据库概述 基本概念 17 数据完整性是指在数据库中保证数据正确的特性 学生的年龄 200岁 最大限度地保证数据的正确性 数据库 1 1数据库概述 基本概念 18 在多个用户同时使用数据库时 能够保证不产生冲突和矛盾 保证数据的一致性和正确性 数据可以并发使用 并能同时保证数据的一致性 数据库 1 1数据库概述 基本概念 19 500元 500 300 800 500 168 332 332元 800元 500元 500元 并发应用和控制 数据库 1 1数据库概述 基本概念 20 数据库是相互关联的数据的集合 并且它应该具有如下性质 用综合的方法组织数据 具有较小的数据冗余 可供多个用户共享 具有较高的数据独立性 具有安全控制机制 能够保证数据的安全 可靠 允许并发地使用数据库 能有效 及时地处理数据 并能保证数据的一致性和完整性 问题 什么是数据库 数据库 1 1数据库概述 基本概念 21 数据库管理系统DBMS DataBaseManagementSystem系统软件 一组用以管理 维护 访问数据库的程序 数据库系统中对数据进行管理的软件系统基本目标 提供可以方便地 有效地存取数据库信息的方法和环境 DB的建立 查询和更新等数据操作基本功能 数据定义 数据操纵 运行管理和维护 1 1数据库概述 基本概念 22 数据库系统 DataBaseSystem DBS采用了数据库技术的计算机系统是实现有组织地 动态地存储大量关联数据 方便多用户访问的计算机软件 硬件 数据资源和用户组成的系统 1 1数据库概述 基本概念 23 数据库系统 构成 硬件平台及数据库足够大的内存 足够大的磁盘 较高的通道能力 软件DBMS 支持DBMS的OS 高级语言及其编译系统 以DBMS为核心的应用开发工具 人员数据库管理员 DBA 系统分析员和数据库设计人员应用程序员和最终用户 1 1数据库概述 基本概念 24 1 1数据库概述 基本概念 25 数据库管理员 DBADBA负责全面管理和控制数据库系统DBA职责 决定数据库中的信息内容和结构决定数据库的存储结构和存取策略定义数据的安全性要求和完整性约束条件控制数据库的使用和运行数据库的改组和重组重构 1 1数据库概述 基本概念 26 数据库数据库管理系统数据库系统 数据软件系统 1 1数据库概述 基本概念 27 1 1数据库概述 基本概念 1 1数据库概述 数据管理技术的发展 29 人工管理阶段 20世纪50年代中期以前 1 1数据库概述 数据管理技术的发展 数据不保存没有管理数据的软件 应用程序管理数据 数据不共享数据不具有独立性 程序依赖于数据的表示 人工管理阶段数据和程序之间的关系 应用程序A1 应用程序A2 应用程序An 数据集S1 数据集S2 数据集Sn 30 数据独立性的含义物理独立性 用户的应用程序不会因为数据物理表示和访问技术的改变而改变 逻辑独立性 用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的 也就是说 数据的逻辑结构改变了 用户程序也可以不变 1 1数据库概述 数据管理技术的发展 数据物理组织 逻辑组织差异示例 31 文件管理阶段 文件管理阶段数据和程序之间的关系 1 1数据库概述 数据管理技术的发展 特点 数据可以长期保存由文件系统管理数据 按文件名访问 按记录进行存取 数据共享性差 冗余度大 易产生不一致 数据联系差 数据独立性差 20世纪50年代后期 60年代中期 32 1 1数据库概述 数据管理技术的发展 学校教师的三个记录 33 1 1数据库概述 数据管理技术的发展 举例 教师信息的文件管理方式 文件管理系统 人事文件 业务文件 总务文件 人事处理程序 业务处理程序 总务处理程序 人事处 师资处 后勤处 34 数据库管理阶段 20世纪60年代后期以来 数据结构化 面向全系统 具有整体结构化 数据的共享性高 冗余度低 易扩充数据独立性高 物理独立性 逻辑独立性 数据由DBMS统一管理和控制 数据库管理阶段数据和程序之间的关系 1 1数据库概述 数据管理技术的发展 DBMS 应用程序A1 应用程序A2 应用程序An 逻辑文件A1 逻辑文件A2 逻辑文件A1 文件A1 文件A2 文件An DB 1 1数据库概述 数据管理技术的发展 组合后的数据结构 36 认识抽象命名分类 转换 现实世界 信息世界 机器世界计算机世界 存在于人们头脑之外的客观世界 现实世界在人们头脑中的反映 人们把它用文字和符号记载下来 信息世界的信息在机器世界中以数据形式 二进制数 存储和表示 1 2数据模型 数据描述 37 现实世界 信息世界 计算机世界 1 2数据模型 数据描述 38 1 2数据模型 基本概念 数据模型 L 表示记录类型之间联系的集合 R 表示记录类型的集合 数据库不仅存放数据 而且还要存放数据和数据之间的联系 定义 数据库中表示数据和数据之间联系的方法 数据结构 通常数据模型 逻辑结构 可以表示为这样两个集合组成 DM R L 39 1 2数据模型 组成要素 数据结构 静态特性 记录类型 记录类型间的联系数据操作 动态特性 定义在数据上的操作 检索和更新数据约束条件数据及其联系所具有的制约和依存规则 40 数据模型的层次 类型 应用目的 概念数据模型 DBMS无关 用户观点 主要用于DB的设计逻辑数据模型 DBMS相关 计算机系统观点 主要用于DBMS的实现 1 2数据模型 要求和层次 认识抽象 信息世界 计算机世界 转换 概念模型 信息模型 DBMS相关的逻辑数据模型 它是按用户的观点来对数据和信息建模 主要用于数据库设计 不依赖于具体的计算机系统 它是按计算机的观点对数据进行建模 主要用于DBMS的实现 有网状 层次 关系 面向对象等 1 2数据模型 数据模型的联系 42 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 1 概念数据模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间世界层次用于信息世界的建模语义模型 力图用语义去表达数据的意义是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具2 表示方法实体 联系模型 ER Entity RelationshipModel 43 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 3 实体联系模型 E R模型 设计方法 实体联系模型反映的是现实世界中的事物及其相互联系 实体 Entity 描述客观事物的概念 实体名称 表示方法 矩形 表示方法 椭圆 属性名称 属性 Attribute 指实体具有的某种特性 44 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 3 实体联系模型 E R模型 设计方法 实体名称 属性1 属性2 属性n 联系 现实世界的事物总是存在着这样或那样的联系 联系 表示方法 菱形 实体1 实体2 联系 45 联系的概念 类型一对一 A中的一个实体至多同B中的一个实体相联系 B中的一个实体也至多同A中的一个实体相联系 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 Eg 如班级与班长 46 一对多 多对一 A中的一个实体可以同B中的任意数目的实体相联系 而B中的一个实体至多同A中的一个实体相联系Eg 如班级与学生 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 47 多对多A中的一个实体可以同B中的任意数目的实体相联系 而B中的一个实体也可以同A中任意数目的实体相联系Eg 如学生选课程 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 48 同一实体型之间的联系 PART SUBPART N M 职工 领导 同一实体集内的各实体之间可以有某种联系 n 1 同一实体集内一对多联系 同一实体集内多对多联系 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 49 多于两个实体型之间的联系 课程 教员 参考书 讲授 1 m n 供应商 项目 零件 供应 p m n 三个实体型之间的一对多关系 三个实体型之间的多对多关系 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 50 码 键 的类型 超码 SuperKey 一个或多个属性的组合 可唯一地标识 区别一个实体可能有多余的属性 如 学号 学号 姓名 候选码 CandicateKey 从超码中去除多余的属性 其任意真子集不具有码的性质的超码一个实体集可能有多个候选码 如学号 身份证号 主码 PrimaryKey 被设计者选中的候选码 一个实体集中只有一个主码 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 51 E R图设计方法 要素 矩形 实体集 椭圆 属性 菱形 联系集 线段 将属性连接到实体集 将实体集连接到联系集下划线 参与主码的属性 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 52 图书 作者 写作 出版社 类别 页数 ISBN 书名 姓名 籍贯 身份证号 定稿时间 价格 m n ER图实例 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 53 学生 选课 课程 年龄 性别 学号 姓名 课程号 课程名 学分 m n 成绩 ER图实例 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 54 E R图设计过程 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 首先确定实体类型 确定实体间的联系和联系的类型 把实体类型和联系类型组合成E R图 确定实体类型和联系类型的属性 确定实体类型的键 在E R图中属于键的属性名下画横线 55 E R模型设计举例为仓库管理设计一个ER模型 该仓库主要管理零件的入库 出库和采购等事项 仓库根据需要向外面厂家订购零件 而许多工程项目需要仓库供应零件 建立ER图的过程如下 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 56 确定实体类型仓库 属性有仓库号 仓库面积 电话号码 零件 属性有零件号 名称 规格 单价 描述 供应商 属性有供应商号 姓名 地址 电话号 帐号 项目 属性有项目号 预算 开工日期 职工 属性有职工号 姓名 年龄 职称 E R模型设计举例 设计过程 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 57 确定联系类型 仓库和零件之间是M N的存放联系 仓库和职工之间是1 N工作联系 职工内部是1 N的领导联系 供应商 项目和零件之间具有多对多的联系 把实体类型和联系类型组合成ER图确定实体类型和联系类型的属性确定实体类型的键 在属于键的属性名下划一横线 1 2数据模型 概念模型 E R图 3 E R模型设计举例 设计过程 58 如果某个部门的概念模型中涉及的实体和实体属性较多 可以把实体及其属性在另一个图上画出 仓库 仓库号 面积 电话号 实体及其属性图 E R模型设计举例 设计过程 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 库存量 供应商 项目 零件 供应 供应量 库存 仓库 职工 领导 工作 m n p m n 1 n 1 n 实体及其联系图 E R模型设计举例 设计结果 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 61 E R图设计原则 真实性 设计必须以现实世界为唯一依据避免冗余 即 一事一地 原则 现实世界中的一个事物 在一个数据库中只表达一次 尽量简单 属性 实体集和联系能不用就不用 能合并就合并选择合适的事物类型 仅当现实世界一个事物需要进一步刻划它的特性时 才选择实体集表示该事物 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 62 接近于人的思维 容易理解与计算机无关 用户容易接受 在实际问题中 一般总是先设计一个ER模型 然后再把ER模型转换成计算机能实现的数据模型 ER模型的优点 1 2数据模型 概念模型 概念与表示方法 63 1 2数据模型 常用数据模型 数据模型的分类 应用目的 概念模型 信息模型 用户的观点 主要用于DB的设计数据模型 计算机系统的观点 主要用于DBMS的实现网状模型层次模型关系模型面向对象模型 关系模型中实体间联系的表示 65 1 3数据模型 关系模型 1 概念 用二维表格结构来表示实体类型及实体之间联系 仓库 器件 66 1 2数据模型 关系模型 2 关系模型数据结构 怎样用关系表示实体怎样用关系表示实体间的联系 所有的关系框架构成了关系数据模型所有的关系构成了关系数据库 67 3 特点 概念单一 实体或实体之间的联系都用关系表示用户的观点里 数据的逻辑结构就是表 关系必须是规范化关系 在数据库的物理组织中 表以文件形式存储 1 2数据模型 关系模型 68 模式数据库的总体结构 称作数据库模式型 一般很少发生变化 实例特定时刻存储在数据库中的信息的集合值 随着用户操作不断变化 1 3数据库系统结构 模式结构 69 绝大多数DBS在总的体系结构上都具有三级模式结构特征模式 使用语言描述来规定其数据结构 能为计算机接受三级模式是对数据的三个抽象级别 外模式 用户模式 模式 逻辑模式 内模式 存储模式 1 3数据库系统结构 模式结构 为了实现三个抽象层次的联系和转换 DBS在这三级模式中提供了两层映象功能 外模式 模式映像模式 内模式映像 转换 转换 转换 用户数据库 概念数据库 物理数据库 三种数据层次间关系 71 1 3数据库系统结构 模式结构 三级模式结构 72 1 3数据库系统结构 模式结构 三级模式都是处理数据的结构框架 数据库框架 73 1 3数据库系统结构 模式结构 1 模式 概念模式 数据库中全部数据的逻辑结构和特性的描述 所有用户的数据视图 模式不仅要描述概念记录类型 还要描述记录间的联系 操作及数据的完整性和安全性 74 1 3数据库系统结构 模式结构 2 外模式 是数据库用户看到的数据视图 即与某一应用有关的数据的逻辑表