数据库基本原理部分PPT课件

数据库原理及应用,主讲：秦金磊院系：信息与网络管理中心,教材：,数据库原理及应用张锋奇等中国电力出版社,学时：22上课+10上机考核方式：开卷上机卷面成绩(约80%)+考勤和实验成绩(约20%),电话：(752)2474点：一校区综合楼网管中心103室网络：HTTP:/5教务信息网络教学平台,答疑：,也可到图书馆借阅相关书籍,课程内容简介,一、数据库基础理论二、SQLSevere数据库的使用三、使用VB开发数据库应用程序,总体要求,一、理解基础理论二、掌握SQLSevere数据库使用三、能够独立开发数据库应用程序,学习方法,多阅读，勇实践，勤思考，善总结。,数据库系统概述数据模型关系数据库关系的规范化数据库设计,一、数据库基础理论,主要内容:,第一章数据库系统概述,1.1信息、数据与数据处理1.2数据管理技术的发展1.3数据库系统的组成与结构1.4数据库管理系统,主要内容：,1.1信息、数据与数据处理,学生姓名、学号、性别、出生年月、所在系、专业,（张三，20110200130，男，1989.5，动力系，热动）,数据,张三是11级动力系(02)热动(00)专业01班的男生，1989年5月出生。,语义,.数据与语义,描述事物的符号称为数据,是反映客观事物属性的记录。数据的含义是数据的语义。,.信息,是客观事物属性的反映，是数据经过加工处理并对人类客观行为产生影响的表现行式。,信息,同一信息可以由不同的数据表示，同一数据可以有不同的解释。,.信息与数据关系,在许多场合下，对它们不做严格区分，可互换使用。例如通常说，“信息处理”与“数据处理”具有同义性。,数据是信息的载体，而信息是数据的内涵。,如何提高数据管理水平，是数据处理的核心环节。,.数据处理,在数据处理过程中，数据采集、存储、分类传输是基本操作，称之为数据管理；而数据加工、计算、输出随着业务不同，处理方法也不同。,由已知信息出发，参照相关数据进行加工计算，得到新的数据。新的数据又表示了新的信息，可以此作为决策的依据。该过程叫数据处理。,1.1信息、数据与数据处理,发展过程,人工管理阶段,文件系统阶段,数据库系统阶段,1.2数据管理技术的发展,时间：20世纪50年代中期以前应用：以科学计算为目的硬件：只有卡片、纸带、磁带等存储设备软件：没有操作系统，没有进行数据管理的软件特点：程序和数据放在一起数据不能共享,.人工管理阶段,人工管理阶段数据管理示例,例：两个C语言程序，分别求10个数据之和和最大值。程序与数据放在一起，数据没有能够共享。,1.2数据管理技术的发展,.文件系统阶段,时间：20世纪60年代中期应用：不仅用于科学计算，还用于数据管理硬件：磁带、磁盘等大容量存储设备软件：有了操作系统特点：程序与数据分离数据有一定的独立性实现了以文件为单位的数据共享,1.2数据管理技术的发展,文件系统阶段数据管理示例,上例用文件实现,1.2数据管理技术的发展,3.数据库系统阶段,时间：20世纪60年代后期应用：各个方面硬件：出现了大容量且价格低廉的磁盘软件：有了数据库管理系统DBMS特点：数据结构化(二维表结构)数据共享性高，冗余小数据独立性高数据由DBMS统一管理控制为用户提供了友好的接口,1.2数据管理技术的发展,数据库系统阶段数据管理示例,上例用数据库实现,求和：SELECTSum(Num)FROMData求最大值：SELECTMax(Num)FROMData,1.2数据管理技术的发展,数据库应用系统的简称，是指在计算机系统中引入数据库后，用于组织和存取数据的管理系统。主要由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（DBA）和用户构成。,数据库系统(DBS，DatabaseSystem),1.3数据库系统的组成与结构,数据库（Database）,长期保存在计算机外存上的、有结构的、可共享的数据集合。,数据库管理系统(DatabaseManagementSystem，DBMS),数据库系统的核心软件，负责数据库存取、维护和管理。,应用系统,介于用户和数据库管理系统之间，完成用户操作的程序。,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,终端用户,对整个数据库系统进行总体控制和维护。,系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明；数据库设计人员负责数据库的设计。,负责设计和编写程序模块，并进行调试和安装。,主要用户：,1.3数据库系统的组成与结构,使用计算机终端存取数据的人员。,数据库系统开发过程及其工具,应用程序,数据库管理系统,SQL命令,数据库引挚,数据库,1.3数据库系统的组成与结构,数据库系统及地位,硬件,统,操,作,系,统,编,译,系,S,D,B,M,统,应,用,系,发,应,用,开,具,工,组成：计算机系统、数据库、数据库管理系统、应用系统、用户。,1.3数据库系统的组成与结构,处于核心地位,数据库的体系结构-SPARC分级结构,模式：（学号，姓名，性别，班号）实例1：（200701000131，张三，男，101）实例2：（200702000101，李四，男，102）,模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征描述，模式只是对实体的描述，而与具体的值无关。模式的具体值称为实例（Instance），实例可以有多个。,数据库产品多，类型和规模相差很大，但体系结构大致相同。ANSI-SPARCArchitecture(AmericanNationalStandardsInstitute,StandardsPlanningAndRequirementsCommittee：美国国家标准协会的标准计划与需求委员会)：是一种数据库的标准体系结构。即三级模式结构。包括外模式（externallevel），内模式（internallevel）,概念模式（conceptuallevel）；,1.3数据库系统的组成与结构,具体描述了数据如何组织存储在存储介质上，一个数据库只有一个内模式。,是对数据库的整体逻辑结构和特征的描述，并不涉及数据的物理存储细节和硬件环境。,是数据库用户能够看到和使用的局部数据结构和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。,1.3数据库系统的组成与结构,SPARC结构三级模式,内模式是真正存储数据，而概念模式和外模式只是一种逻辑表示，利用DBMS的映象功能，可以放心使用它们。为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库管理系统在这三级模式之间提供了两层映象：,外模式/概念模式映象，概念模式改变，由DBA对该各个映象作相应改变，使外模式保持不变。应用程序是按照外模式编写，从而不用修改应用程序，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。,1.3数据库系统的组成与结构,SPARC结构两层映像,概念模式/内模式映象，数据库的存储结构改变，由DBA对该映象作相应改变，使概念模式保持不变。从而应用程序也不必改变，保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。,1.3数据库系统的组成与结构,该映像是唯一的,每一个外模式对应一个映像,DBMS是位于用户与操作系统之间的一个数据管理核心软件，是一个帮助用户建立、使用和管理数据库的软件系统，是数据库与用户之间的接口。具有下述功能：,1.4数据库管理系统(DBMS),数据定义功能,数据操纵功能,数据库的运行管理,数据库的建立和维护功能,通过数据定义语言(DDL)对数据库中的数据对象进行定义。,通过数据操纵语言(DML)实现对数据库的基本操作。,保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用而引起的并发性等。,初始数据库的装入、转存、恢复等，由DBMS完成。,DBMS是由许多“系统程序”所组成的一个集合。每个程序都有自己的功能，一个或几个程序一起完成DBMS的一件或几件工作。由以下几个部分组成：,1.4数据库管理系统(DBMS),语言编译处理程序,系统运行控制程序,系统的建立、维护程序,数据字典,如数据定义语言翻译程序，数据操纵语言处理程序等。,如系统总控程序，存取控制程序，并发控制程序等。,如数据装入程序，数据库系统恢复程序等。,是一系列二维表，它存储着数据库中有关信息的当前描述。也称为数据目录或系统目录。,第一章小结,信息、数据、数据处理、数据管理的基本概念。数据管理的三个发展阶段。DB、DBS、DBMS、DBA的含义。DBS开发过程和工具，及其在计算机系统中的位置。三级模式、两层映射、独立性的概念。DBMS的功能及组成。,作业：,教材P10，练习题11.单选题：要求写清题号、题目、正确答案(不得用字母代替)，不得打印。(14题的DDL改为DML)2.简答题：要求同上。,数据库系统概述数据模型关系数据库关系的规范化数据库设计,一、数据库基础理论,主要内容:,第二章数据模型,2.1现实世界的抽象过程2.2概念模型2.3数据模型及组成要素,主要内容：,2.1现实世界的抽象过程,现实世界是指存在人们头脑之外的、有着千丝万缕联系的客观世界，须抽象才能将其存储在计算机中。所谓的抽象即删繁就简，挑出重点，反映本质。其过程包括：现实世界信息世界机器世界,现实世界,认识抽象,信息世界（形成概念）,机器世界,加工转换,各种事物之间存在着相互联系，是数据库中最原始的信息,经过抽象形成概念，不依赖具体计算机，从人的角度看世界,将信息世界中的内容加工转换为在计算机上可以实现的形式,如何描述？,2.2概念模型,实体(Entity),客观存在并可相互区别的事物。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系。,如，一个职工、一个学生、一门课、一个部门、学生的一次选课、部门的一次定货等都是实体。,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刻画。,例如，学生实体可以由学号、姓名、性别、出生年份、系、入学时间等属性组成。,便于数据库的设计，及数据库设计人员和用户之间的交流。包含如下概念：,1.基本概念,码(Key),惟一标识实体的属性集称为码。可以是一个属性或几个属性的组合。,例如，学号是学生实体的码。,实体型(EntityType),具有相同属性的实体必然具有共同的特性和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。,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。,实体集(EntitySet),同型实体的集合称为实体集。,例如，全体学生就是一个集合，即实体集。,2.2概念模型,域(Domain),属性的取值范围称为该属性的域。,例如，性别的域为(男，女)，学号的域为8位整数，年龄的域为小于35的整数。,现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，在信息世界中反映为实体(型)内部的联系和实体(型)之间的联系。实体内部的联系是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。,一对一联系(1:1),一对多联系(1:n),多对多联系(m:n),2.2概念模型,2.联系方式,两个实体集之间的联系可分为如下三种方式:,如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个（也可以没有）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.,如：一个班级只有一个班长一个班长只在一个班中任职,2.2概念模型,一对一联系(1:1),对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系，记为1:n.,一对多联系(1:n),如：一个班中有若干学生，每个学生只在一个班中学习,多对多联系（m:n）,实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，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（m0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系，记为m:n。,如课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程,2.2概念模型,对于多个实体之间的联系，可以按照两两实体进行分析即可。实际事物中还存在实体内部的联系，也可按此进行分析。,概念模型的表示方法,概念模型是对信息世界建模，所以概念模型应该能够方便、准确地表示出信息世界中的常用概念。概念模型的表示方法中最为常用的是P.P.S.Chen于1976年提出的实体联系方法(Entity-RelationshipApproach)。该方法用ER图来描述现实世界的概念模型，ER方法也称为ER模型。,实体型,用矩形表示，矩形框内写明实体名。,教师,2.2概念模型,属性,用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。,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）。,2.2概念模型,如：学生和课程之间的联系,为了清晰起见，在E-R图中通常省略属性。,实体内部的联系,如职工实体型:某一职工“领导”若干名职工一个职工仅被另一职工直接“领导”,2.2概念模型,多个实体型间的联系,如课程、教师与参考书三个实体型：一门课程可以有若干教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用。,课程,讲授,教师,1,m,n,参考书,教师与参考书之间并未说明，或者是无关。,使用,1,如供应商、项目、零件三个实体型：一个供应商可以供给多个项目多种零件，每个项目可以使用多个供应商供应的零件，每种零件可由不同供应商供给。,2.2概念模型,也可简化如下所示,在一个E-R图中，多处出现的同一个实体可以合并简化。,2.2概念模型,例：用E-R图表示某工厂物资管理的概念模型,物资管理涉及的实体有：,仓库属性有仓库号、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、电话号码、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,（1）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。,（2）一个仓库有多个保管员，一个保管员只能在一个仓库工作。,（3）仓库主任领导若干保管员。,（4）一个供应商可以供给若干项目多种零件，每个项目可以使用不同供应商供应的零件，每种零件可由不同供应商供给。,2.2概念模型,2.2概念模型,供应商,供应,项目,m,n,p,零件,库存量,仓库,仓库,m,n,工作,1,n,职工,领导,1,n,库存量,2.2概念模型,根据大学业务规则,设计初步E-R模型(1)学校有多个学院,每个学院有若干系,每个系属于一个学院,学院与系的关系为一对多。(2)每个系有多个班级,每个班级属于一个系,系与班级的关系为一对多(3)每个系聘任多个教师,每个教师属于一个系,系与教师,的关系为一对多(4)每个班有多名学生,每个学生属于系,学生与班级的关系为一对多(5)每个学期学校要安排统一的课程表,每门课有多名教师将,一个教师可讲授多门课,教师与课程的关系为多对多(6)每个学生选修多门课,每门课有多名学生选,学生与课程关系为多对多,2.2概念模型,m,m,m,m,m,m,1,1,1,1,n,n,班级,有,有,学生,选修,聘任,教师,讲授,课程,1,1,1,m,m,m,m,h,i,k,g,请同学参考教材P16页例2.1自学。,1,2.3数据模型及组成要素,1、组成要素,数据结构是用于描述概念世界中数据的静态特性。包括两类：实体、实体之间的联系。如在关系模型中，用二维表来表示实体及实体之间的联系等。,数据操作描述数据的动态特性，是数据允许操作的集合，包括操作和操作规则，如对数据的检索和更新操作等。,数据约束条件描述对数据的约束，是完整性规则的集合，用以限定符合数据模型的数据库状态，以及状态的变化，保证数据正确有效等。,要在计算机上实现数据的存储，概念模型只有转化为一定的数据模型。数据模型是严格定义的一组概念的集合。,由数据结构、数据操作和数据的完整性约束条件组成。,层次型,2.3数据模型及组成要素,依据数据模型的组成要素内容不同可分为三种：层次、网状和关系。,2.三种数据模型,以树形结构来表示实体及其之间的联系1968年美国IBM公司推出的层次模型的IMS数据库管理系统。,学校组织结构图,多用于表示1:n,网状型,共同存在问题:难以实现系统扩充，插入或删除数据时，操作复杂，限制太多，不利于用户掌握。,2.3数据模型及组成要素,以网状结构表示