数据库基础PPT课件

精品课件,1,前言：VisualFoxPro课程介绍,VisualFoxPro课程目标课程特点和一些说明课程学时安排和教学方式,精品课件,2,一、VisualFoxPro课程目标,掌握基于Windows平台的可视化编程方法；熟练掌握关系型数据库的设计和操作方法了解开发数据管理类软件的过程，基本掌握设计软件的方法。达到计算机基础知识和应用能力中级水平（二级考试的语言部分）,精品课件,3,二、课程特点和一些说明,课程特点1）概念多、新2）课程容量大、进度快3）理论和操作并重所须基础熟练掌握一种汉字输入法计算机的基础知识,学习要点1)课前预习，上课记笔记，但当听与记矛盾时以听为主；2)多上机练习，上机操作要有的放矢，及时消化新知识3)多做题（参考VisualFoxPro程序设计上机实验指导）,精品课件,4,三、课程学时安排和教学方式,课程学时安排：40理论课16实验课计算机综合训练：实验：20教学方式多媒体教学+上机操作实验联系方式精品课件,5,第1章数据库基础,1.1数据管理技术及其发展1.2数据库系统的组成1.3数据模型1.4关系数据库模型1.5VisualFoxpro概述思考题,精品课件,6,1.1数据管理技术及其发展,1.信息与数据2.数据处理3.数据管理,精品课件,7,1.信息与数据,信息是对客观事物的抽象描述，是对客观事物的反映。现实世界是信息的世界，是信息的来源地。为了认识世界，交流信息，人们需要描述事物。数据是信息的符号化表示。就计算机信息处理而言，数据是一切计算机可以接受并能够处理的符号序列，这些符号系列可以完整地用来表示数字、文字、声音、图像等。两者的关系:数据反映信息，信息依据数据来表达。,精品课件,8,2.数据处理,数据处理是指对各种形式的数据进行收集、组织、存储、分类、排序、检索、加工、传播等一系列活动的总和。数据处理的目的是要获取需要的信息，从中提取有用的数据作为决策的依据。早期的数据处理主要是手工或机械处理方式。计算机在数据处理中的应用使数据处理跨入电子数据处理阶段，数据库技术的发展也使数据处理迈上新的台阶。,精品课件,9,3.数据管理,数据管理是数据处理的核心，是指对数据的组织、存储、检索和维护等工作。随着计算机技术的发展，数据管理技术也得到迅速的发展。根据数据的独立性、数据的冗余度、数据间的相互联系及数据的安全性、完整性等，我们把数据管理技术的发展划分为三个阶段：(1)手工管理阶段(2)文件管理阶段(3)数据库管理阶段,精品课件,10,(1)手工管理阶段,时间：20世纪60年代以前背景：计算机功能比较简单，主要用于科学计算。计算机外存储设备只有磁带和卡片等，计算机软件系统方面，还没有操作系统，也没有数据库系统等专门的数据管理软件，只有汇编语言。特点：数据不存储不具有数据独立性数据不能共享数据大量冗余,精品课件,11,(2)文件管理阶段,时间：20世纪60年代早期到20世纪60年代后期背景：计算机开始大量用于非数值计算，磁盘、磁鼓等存储设备的出现大大增强了计算机的存取能力。软件方面，出现了操作系统，数据以文件的形式由操作系统的文件管理系统进行统一管理。特点：数据以文件的形式长期保存在计算机中数据的独立性有一定的提高文件的组织形式多样化但数据还存在大量的冗余、缺乏数据的逻辑独立性、文件之间无法实现相互联系,精品课件,12,(3)数据库管理阶段,时间：20世纪60年代后期至今背景：磁盘存储技术取得重要进展，计算机更广泛地应用于管理，出现了统一管理数据的专门软件系统数据库管理系统。特点：数据结构化数据独立性高实现数据的共享与最小冗余具有统一的数据管理和控制功能,精品课件,13,精品课件,14,1.2数据库系统的组成,广义的数据库系统不仅是一个计算机系统，而且是一个人机结合的系统，它是由数据库、数据库管理系统、数据库应用系统及相关人员组成的一个整体。1.2.1数据库及其特点1.2.2数据库管理系统1.2.3数据库应用系统1.2.4数据库系统,精品课件,15,1.2.1数据库及其特点,数据库(DatabaseDB)是以一定的方式组织并存储在计算机存储设备上、能够为不同用户所共享的、与应用程序彼此独立的相互关联的数据的集合。在数据库中不仅要存储数据本身，还要存储数据与数据之间的联系。特点：用综合的方法组织数据，具有统一的数据结构数据库中的数据可以为多用户共享，具有较小的数据冗余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、及时地处理数据能保证数据的致性和完整性,精品课件,16,1.2.2数据库管理系统,数据库管理系统(DataBaseManagementSystem-DBMS)是专门用来创建、操纵、管理、维护和监控数据库的大型软件系统，它对数据库提供安全访问机制和操纵、管理机制，它是数据库系统的核心或基石。数据库管理系统具备的功能有以下几点：数据库定义功能:提供数据定义语言（DataDefinitionLanguage-DDL）,定义库文件结构，建立数据库,数据库中数据之间的联系、数据的完整性约束和保证完整性的触发机制等。数据库操纵功能：提供数据操作语言（DataManipulationLanguage-DML），对数据库中数据进行插入、删除、修改、查询和存储、重新组织数据库结构、数据库备份和恢复操作，数据库查询功能：提供方便灵活的查询功能数据库控制功能：提供对数据库的安全、完整性、多用户并发控制等。数据库通讯功能：在分布式环境或网络数据库系统中为不同的数据库之间提供通信功能。,精品课件,17,1.2.3数据库应用系统,数据库应用系统（DatabaseApplicationSystem，简称DBAS）是数据库系统开发人员根据用户的需求，在DBMS的支持下，以数据库为基础和核心，面向某一类实际应用问题而开发的应用软件。以DBMS为支撑环境的数据库应用系统的开发过程一般分为两个步骤：1设计并创建数据库2开发应用程序,精品课件,18,1.2.4数据库系统,数据库系统（DataBaseSystem-DBS）是指在计算机系统引入数据库后的系统组成，包括计算机、数据库、操作系统、数据库管理系统、数据库开发工具、应用系统、数据库管理员和用户。（组成结构图）概括说来，数据库系统主要由硬件、数据、软件和用户四部分构成。1数据：数据是数据库系统中存储的信息，它是数据库系统的操作对象。2硬件：是数据库系统的物理支撑。3软件：包括系统软件与应用软件，其中系统软件包括操作系统和数据库管理系统；而应用软件是在DBMS的基础上根据实际需要自行开发的应用程序。4用户：指使用数据库的人员。主要有：终端用户、应用程序员和数据库管理员三类用户组成。,精品课件,19,1.3数据模型,数据模型就是客观世界的信息与计算机数据之间的联系，按计算机系统的观点建立数据模型的过程，反映了现实世界的客观实体如何经过一系列的转换与处理，最终成为计算机数据的过程。1.3.1信息的三种世界1.3.2数据模型的定义与组成要素1.3.3数据模型的两个级别：概念模型和实施模型,精品课件,20,1.3.1信息的三种世界及其描述,信息从现实生活经过我们的认识、理解、整理、规范和加工等一系列处理过程，最后形成数据库经历三个阶段：现实世界、信息世界和机器世界。这三个阶段也称为数据的三种范畴。1现实世界：客观世界2信息世界：又称概念世界，是指现实世界的客观事物经人脑的综合分析后，在人们的头脑中形成的印象与概念。3数据世界：又称机器世界，数据管理进入计算机管理范畴，指的是计算机对数据的表示与存储。三个世界之间的转换关系如图1.5所示数据管理三个世界的术语对应关系表如表1.1,精品课件,21,图1.5：数据管理的三个范畴间的关系,精品课件,22,表1-1数据管理三个范畴的术语对应关系,精品课件,23,1.3.2数据模型的定义与组成要素(1),通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。在数据库中，数据模型就是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式框架。数据模型通常是由数据结构、数据操作和数据完整性约束三个要素组成。数据结构:用于描述系统的静态特性，是所研究的对象类型的集合。这些对象是数据库的组成部分，它包括用于表示数据类型、内容、性质的对象，以及表示数据之间联系的对象。,精品课件,24,1.3.2数据模型的定义与组成要素(2),数据操作:用于描述系统的动态特性，是指对数据库中各种对象及实例允许执行的操作的集合及操作规则。数据的完整性约束:是为了保证数据的正确性、有效性和相容性，预先规定的一些规则条件，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化。数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。人们通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。,精品课件,25,1.3.3数据模型的两个级别,数据库系统中，把现实世界的事物抽象转化为机器世界的数据库的过程就是数据建模的过程。在这个过程中，信息要经过三个世界，进行了两个转换过程，如图1.6所示。图中信息的两个转换过程的实现是通过以下两类不同的数据模型实现的，他们是数据建模过程中数据模型的两个级别或层次。1、概念模型2、实施模型,精品课件,26,1、概念模型,概念模型也称信息模型，是按用户的观点对数据和信息建模，实现数据从现实世界到信息世界的转换。是现实世界到信息世界的第一层抽象。（1）概念模型中的一些基本概念（2）概念模型的设计方法E-R模型(略参见p11),精品课件,27,（1）概念模型中的一些基本概念(1),实体（Entity）：信息世界中，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，也可以是抽象的概念或联系。属性(Attribute)：是实体特征的抽象描述，是实体所具有的特征或性质。一个实体是通过其若干个属性来刻画。属性值(AttributeValue)：属性的具体取值。实体记录（EntityRecord）：由若干个属性的属性值组成的集合，用来表征一个具体的实体。实体类型（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刻画同类实体，称为实体类型。,精品课件,28,（1）概念模型中的一些基本概念(2),实体集（EntitySet）：同类实体的实体记录的集合。域（Domain）：域为属性的取值范围，因此也称属性的域。码(key)：唯一标识实体记录的属性或属性组，也称为关键字。在进行数据库应用开发时选定或使用的标识码称为主码（PrimaryKey），其余的标识码称为候选码（CandidateKey）。,精品课件,29,（1）概念模型中的一些基本概念(3),联系（Relationship）：表示数据之间的对应关系。联系分为两类：实体内部的联系反映现实世界中事物内部的联系，通常是指组成实体的各属性之间的联系，如学号决定其他属性。实体之间的联系反映事物与事物之间的联系，指的是不同的实体类型之间的联系，它反映了一类事物与另一类事物之间的关系，可以分为以下三类：,精品课件,30,（1）概念模型中的一些基本概念(4),一对一联系（1：1联系）：如学校与校长的联系(一个学校只能有一个校长,反之一个校长只能属于一个学校)一对多联系（1：N联系）：如班级与学生之间的联系(一个班级有多个学生,反之一个学生只能属于一个班级)多对多联系（M：N联系）：如学生与课程之间的联系(一个学生可以选多门课程,反之一门课程可以由多个学生选),精品课件,31,（2）概念模型的设计方法E-R模型(1),概念模型是对信息世界建模，所以它应该能够方便、准确地表示出信息世界中上述的常用概念。概念模型的设计与表示方法很多，其中最为常用的是实体联系方法(EntityRelationshipapproach)。该方法用ER图来描述现实世界的概念模型。用E-R方法设计概念模型一般分两步：,精品课件,32,（2）概念模型的设计方法E-R模型(2),步骤1：用ER图描述现实世界，具体方法如下：实体类型：用矩形框表示，框内标明实体类型名。属性：用椭圆形表示，椭圆内标明类型名，并用无向边将其与所属的实体连接起来。联系：用菱形框表示，菱形内标明联系名，并用无向边分别与相关实体连接起来，同时在无向边旁边标上联系的类型(1：1，1：N或M：N)。,精品课件,33,（2）概念模型的设计方法E-R模型(3),步骤2：由ER图转换成相应的数据库模型，过程如下：把图中的每个实体转换成一个关系，关系名就是实体类型名，字段名对应实体属性名。把图中实体与实体之间的联系也转换成一个关系，关系名就是联系名，字段名对应联系属性名。但是把联系转换为关系时，除了联系本身的属性外，与该联系所对应的两个实体中的关键字属性也应转换为字段，包含在由该联系所生成的关系中。确定每个关系的主关键字,精品课件,34,公司,总经理,任职,1,职工,部门,工作,1,N,学生,课程,选修,M,N,1,成绩,两实体的1:1联系,两实体的1:n联系,两实体的m:n联系,1.3.2.2概念模型的表示方法,1,N,课程,教师,教学,参考书,M,三个实体间的联系,精品课件,35,2、实施模型,实施模型也称数据模型，是按计算机系统的观点对数据建模，实现数据从信息世界到机器世界的转换。是数据在计算机中的存储与组织方式。按数据结构的不同，实施模型主要包括以下三种：层次模型网状模型关系模型,精品课件,36,（1）层次模型（1）,层次模型是最早的数据库模型，它是用树形结构来表示实体以及实体之间的联系。现实生活中的许多实体之间的联系都很自然地体现出了这种层次关系，如学校。层次模型具有以下特点：有且只有一个父结点，这个结点就是树的根，称为根结点。除根结点以外，其他结点有且只有一个父结点。,精品课件,37,（1）层次模型（2）,学校,精品课件,38,（1）层次模型（3）,在树型结构中，每一个结点都表示一个实体类型。,优点：层次清晰、构造简单、易于实现。可以方便的表示出一对一和一对多的实体联系，但不能直接表示出多对多的实体联系，对于多对多的实体联系必须先分解为几个一对多联系。因此对于复杂的数据关系，实现起来较为麻烦,精品课件,39,（2）网状模型(1),网状模型是用网状结构来表示实体及实体之间联系的模型。网状模型是一种比层次模型更具有普遍性的结构，它克服了层次模型的缺点。它可以更直接地来描述现实世界。,从本质上讲，层次模型是网状的一个特例。网状模型的主要特点如下：可以有一个以上的结点无父结点。至少有一个结点有多于一个的父结点。可以很灵活地表现出实体间的“多对多”联系，但是这种灵活性是建立在复杂的结构基础之上的。数据的更新实现起来比较复杂。在数据的组织实现方面常用链接方法,精品课件,40,（2）网状模型(2),学号,姓名,出生年月,性别,课程号,课程名,学时数,学生,教师,课程,学号,课程号,成绩,学习成绩,姓名,出生年月,职称,数据的网状模型,精品课件,41,（3）关系模型(1),关系模型是目前最重要的一种数据模型。关系模型是由E.F.Codd在1970年首次提出，由于E.F.Codd为关系模型数据库技术奠定了理论基础，他在1981年获得了计算机界“诺贝尔”奖之称的ACM图灵奖。关系模型的最重要特点是用二维表（关系）数据结构来表示实体及实体之间的联系，它的运算对象和结果都是二维表（关系）。,精品课件,42,1.4关系数据库模型,关系方法是以表格的形式组织数据，以关系的数学理论为基础的一种数据库方法。关系是关系模型的核心，因此，我们首先了解关系的一些基本概念与特点。1.4.1关系及其概念1.4.2关系的基本性质1.4.3关系模型的三种基本操作,精品课件,43,1.4.1关系及其概念,关系是一个数学概念，引入到数据库中，关系用于描述关系数据模型的数据结构，通俗的理解，一个关系就是一张由行与列组成的二维表格，如果表格有n列，则称该关系是n元关系。在关系数据模型中，实体本身以及实体与实体之间的联系都用关系来表示，实体之间的联系不再通过指针来实现，实现了数据结构的单一化。1关系模型中的基本概念。2关系模型中实体及其联系的表示。,精品课件,44,1关系模型中的基本概念(1),关系：对应一张由行和列组成的二维表格。每个关系有一个名字，称为关系名或表名。一个关系对应一个实体集或实体集之间的联系。元组：关系对应的二维表格中的每一行称为关系的一个元组，它对应实体集中的一个实体，在数据库中也称为记录。属性：表中的每一列称为关系的一个属性。关系的每个属性（字段）都必须有一个属性名（字段名）和一个特定的数据类型。值域：每个属性的取值范围称为它的值域，关系的每一个属性必须对应一个值域，不同属性的值域可能相同或不同。,精品课件,45,1关系模型中的基本概念(2),主码：能够唯一定义或标识关系中的一个元组的属性或属性的组合称为主码。构成主码的各个属性称为主属性。关系中主码不能取空值（NULL）。外码：在关系模型中，为了实现表与表之间的联系，通常将一个表中的主码放到另一个表中，作为两张表（两个关系）联系的纽带，这个起联系作用的属性称为外码。通俗的理解，在一个表中是主码，在另外一个表中不是主码的属性或属性的组合称为外码。一般地，一个关系（或关系模式）可表示为：关系名（属性名1，属性名2，属性名n）如:成绩(学号,课程号,成绩),精品课件,46,2关系模型中实体及其联系的表示,关系数据库以二维表（关系）数据结构作为它的实施模型。因此在关系数据库中，用二维表（关系）来表示实体及实体之间的联系。（1）用关系表示实体：例如学籍管理系统中的学生实体、课程实体与教师实体分别用学生表、课程表和教师表来表示，如表1.2、1.3和1.4所示。（2）用关系表示实体间的联系：例如学籍管理系统中的学生实体与课程实体之间的选修关系，教师实体与课程实体间任课关系，分别用选修表和任课表来表示，如表1.5和1.6所示。,精品课件,47,（1）用关系表示实体,表1.2学生表,表1.3课程表,表1.4教师表,精品课件,48,（2）用关系表示实体间的联系,表1.5选修表,表1.6任课表,这两个表格中要联系必须包含课程号,精品课件,49,1.4.2关系的基本性质,关系具有以下基本性质，这些性质可以看成是对关系（表）基本概念的另一种解释：关系中不允许存在两个完全相同的元组，即各行相异，不允许出现相同的行。元组（行）的顺序无关紧要。关系中的每一列上，属性值（字段值）应取自同一个值域。关系（表）表中的每一列都是不可再分的基本数据项关系中的各列的名字不能相同。列的顺序无关紧要，但不能重复。,精品课件,50,1.4.3关系模型的三种基本操作(1),1选择（Selection）:根据给定的条件，从一个关系（表）中选出一个或多个元组（行）。被选出的元组（行）组成一个新的关系，这个新的关系是原关系的一个子集。选择运算是关于行的运算，它是关系中最基本、最重要的运算。,2.投影（Projection）:从一个关系（表）中选择某一些特定的属性（列）,重新排列组成一个新的关系，投影后新关系中的属性比原关系少，新关系中可能有一些相同的重复行，则重复的行将被删除，仅保留一行，因此，投影运算是关于列的运算。,精品课件,51,1.4.3关系模型的三种基本操作(2),3连接（Join）:从两个或多个关系中(表)选取属性间满足一定条件的元组(记录)，形成一个新的关系(表)。连接操作主要用于表与表之间的关联。,精品课件,52,1.4.3关系的完整性约束,完整性通常包括：实体完整性:实体完整性指关系的主关键字不能取“空值”在关系模式中，以主关键字作为唯一性标识，而主关键字中的属性值不能取空值，否则，表明关系模式中存在着不可标识的实体(因空值是“不确定”的)，这样的实体就不是一个完整实体按实体完整性规则要求，主属性不得取空值，若主关键字是多个属性的组合，则所有主属性均不得取空值参照完整性:参照完整性是定义建立关系之间联系的主关键字与外部关键字引用的约束条件(关系数据库中通常都包含多个存在相互联系的关系，关系与关系之间的联系是通过公共属性来实现的)实体完整性和参照完整性，是关系模型必须满足的完整性约束条件,