数据库原理及应用

1、数据库原理及应用第1章 数据库概述2021年10月17日3时39分1课程要求课程要求o授课学时授课学时n 2424o上机学时上机学时n 8 8o考试形式：考试形式：n 开卷开卷2021年10月17日3时39分2o考试成绩考试成绩n 期末试卷：期末试卷：8080n 平时作业：平时作业：1010n 上机习题：上机习题：1010授课教师o 姓名：谷葆春o 部门：计算机学院计算机科学与技术系o Email：为什么要学习数据库为什么要学习数据库? ?2021年10月17日3时39分4什么是数据库？什么是数据库？o数据库是研究如何数据库是研究如何对数据进行科学的对数据进行科学的管理，为人们提供管理，为人们

2、提供可共享的、安全的、可共享的、安全的、可靠的数据的技术。可靠的数据的技术。2021年10月17日3时39分5第第1 1章章 数据库概述数据库概述o概述概述o一些基本概念一些基本概念o数据管理技术的发展数据管理技术的发展o数据独立性数据独立性o数据库系统的组成数据库系统的组成2021年10月17日3时39分1.1 1.1 概述概述o 随着信息管理水平的不断提高，随着信息管理水平的不断提高， 应用范应用范围的日益扩大，信息已成为企业的重要财围的日益扩大，信息已成为企业的重要财富和资源富和资源。o 作为管理信息的数据库技术也得到了很大作为管理信息的数据库技术也得到了很大的发展，其应用领域也越来越广

3、泛。的发展，其应用领域也越来越广泛。o 飞机、火车订票系统、商场的进货与销售飞机、火车订票系统、商场的进货与销售、图书馆对书籍及借阅的管理等、图书馆对书籍及借阅的管理等。2021年10月17日3时39分7数据库技术数据库技术o数据库是数据管理的最新技术数据库是数据管理的最新技术o主要研究内容是如何对数据进行科学主要研究内容是如何对数据进行科学的管理，以提供可共享、安全、可靠的管理，以提供可共享、安全、可靠的数据。的数据。o数据库技术一般包含数据库技术一般包含数据管理数据管理和和数据数据处理处理两部分两部分。2021年10月17日3时39分8数据库系统数据库系统o本质上是一个用计算机存储数据的系

4、统本质上是一个用计算机存储数据的系统o可以可以将将数据库看数据库看成成是一个电子文件柜是一个电子文件柜 o除除保存数据保存数据外外，还提供对数据进行各种，还提供对数据进行各种管理和处理管理和处理：n 安全管理安全管理n 数据共享数据共享n 数据查询数据查询2021年10月17日3时39分91.2 1.2 一些基本概念一些基本概念o数据是数据库中存储的基本对象。数据是数据库中存储的基本对象。o文本、图形、图像、音频、视频、商文本、图形、图像、音频、视频、商品销售情况等都是数据品销售情况等都是数据。o可以将数据定义为：可以将数据定义为：数据是描述事物数据是描述事物的符号记录的符号记录。o数据有多种

5、表现形式，可以经过数字数据有多种表现形式，可以经过数字化后保存在计算机中。化后保存在计算机中。2021年10月17日3时39分10数据数据o数据需要经过解释才能明确其表达的数据需要经过解释才能明确其表达的含义含义。2020n 当解释其代表人的年龄时就是当解释其代表人的年龄时就是2020岁岁。n 当解释其代表商品价格时，就是当解释其代表商品价格时，就是2020元元。o数据和解释不可分。数据和解释不可分。n 数据的解释是对数据的说明数据的解释是对数据的说明。n 数据的含义称为数据的语义。数据的含义称为数据的语义。2021年10月17日3时39分11事物的描述事物的描述o在日常生活中，一般直接用自然

6、语言在日常生活中，一般直接用自然语言来描述事物来描述事物。o如描述一门课程的信息：如描述一门课程的信息：n 数据库系统基础课程，数据库系统基础课程，4 4个学分，第个学分，第5 5学期开设。学期开设。o但在计算机中经常按如下形式描述：但在计算机中经常按如下形式描述：n （数据库系统基础，（数据库系统基础，4 4，5 5）记录2021年10月17日3时39分12数据库（数据库（DatabaseDatabase）o是存放数据的仓库。是存放数据的仓库。o永久永久存储存储在计算机存储设备上。在计算机存储设备上。o按一定的格式存储。按一定的格式存储。o是是有组织有组织的、的、可共享可共享的大量数据的集的

7、大量数据的集合。合。2021年10月17日3时39分13数据库管理系统数据库管理系统oDatabase Management SystemDatabase Management System DBMS DBMSo是一个专门用于实现对数据进行管理是一个专门用于实现对数据进行管理和维护的和维护的系统软件系统软件。操作系统2021年10月17日3时39分14数据库管理系统主要功能数据库管理系统主要功能o数据库的建立与维护数据库的建立与维护o数据定义数据定义o数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理o数据操作数据操作o事务的管理和运行事务的管理和运行2021年10月17日3时39分15数据库系统数据库

8、系统o一般由数据库、数据库管理系统（及一般由数据库、数据库管理系统（及相关实用工具）、应用程序、数据库相关实用工具）、应用程序、数据库管理员组成。管理员组成。2021年10月17日3时39分DBMS实用工具应用程序应用程序DBA161.3 1.3 数据管理技术的发展数据管理技术的发展o文件管理系统文件管理系统 o数据库管理系统数据库管理系统2021年10月17日3时39分17文件管理操作模式文件管理操作模式2021年10月17日3时39分18文件管理示例文件管理示例2021年10月17日3时39分应用程序应用程序A2应用程序应用程序A1学生基本信息管理学生基本信息管理学生选课管理学生选课管理学

9、生信息学生信息文件文件F1F1课程信息课程信息文件文件F2F2学生选课信学生选课信息文件息文件F3F3（学号，姓名，系，专业学号，姓名，系，专业，性别，性别， 通讯地址，联系电话，民族）通讯地址，联系电话，民族）（学号，姓名，系，专业学号，姓名，系，专业， 课程号，学分，成绩）课程号，学分，成绩）19文件方式管理数据的缺点文件方式管理数据的缺点o编写应用程序不方便编写应用程序不方便 o数据冗余不可避免数据冗余不可避免o应用程序依赖性应用程序依赖性 o不支持对文件的并发访问不支持对文件的并发访问 o数据间联系弱数据间联系弱 o难以按用户视图表示数据难以按用户视图表示数据 o无安全控制功能无安全控

10、制功能 2021年10月17日3时39分20编写应用程序不方便编写应用程序不方便o应用程序编写者必须清楚地了解所用应用程序编写者必须清楚地了解所用文件的逻辑及物理结构，文件的逻辑及物理结构，n 如文件中包含多少个字段，如文件中包含多少个字段，n 每个字段的数据类型，每个字段的数据类型，n 采用何种逻辑结构和物理存储结构。采用何种逻辑结构和物理存储结构。o对文件的查询、修改等处理都必须在对文件的查询、修改等处理都必须在应用程序中编程实现。应用程序中编程实现。2021年10月17日3时39分21数据冗余不可避免数据冗余不可避免o数据冗余所带来的问题不仅仅是存储数据冗余所带来的问题不仅仅是存储空间的

11、浪费，更为严重的是造成了数空间的浪费，更为严重的是造成了数据的据的不一致不一致（inconsistencyinconsistency）。）。o如：如：某学生所学的专业发生了变化，某学生所学的专业发生了变化，如果只在如果只在F1F1文件中进行修改，而忘记文件中进行修改，而忘记在在F3F3中应做同样的修改。中应做同样的修改。则会则会造成同造成同一名学生在一名学生在两个两个文件中的文件中的“专业专业”不不一样一样。2021年10月17日3时39分22应用程序依赖性应用程序依赖性o应用程序对数据的操作依赖于存储数应用程序对数据的操作依赖于存储数据的文件的结构。据的文件的结构。o文件和记录的结构通常是应

12、用程序代文件和记录的结构通常是应用程序代码的一部分，如码的一部分，如C C程序的程序的structstruct。o文件结构的每一次修改，都将导致应文件结构的每一次修改，都将导致应用程序的修改。用程序的修改。2021年10月17日3时39分23不支持对文件的并发访问不支持对文件的并发访问o文件最初是作为程序的附属数据出现文件最初是作为程序的附属数据出现的，它一般不支持多个应用程序同时的，它一般不支持多个应用程序同时对同一个文件进行访问对同一个文件进行访问。o例如：例如：某用户打开了一个某用户打开了一个ExcelExcel文件文件，当第二个用户在第一个用户未关闭，当第二个用户在第一个用户未关闭此文

13、件前打开此文件时，只能以只读此文件前打开此文件时，只能以只读方式打开此文件，而不能对此文件进方式打开此文件，而不能对此文件进行修改行修改。2021年10月17日3时39分24数据间联系弱数据间联系弱o文件与文件之间是彼此独立、毫不相干的文件与文件之间是彼此独立、毫不相干的，文件之间的联系必须通过程序来实现。，文件之间的联系必须通过程序来实现。o比如比如F3F3文件中的学号、姓名等学生的基本文件中的学号、姓名等学生的基本信息必须是信息必须是F1F1文件中已存在的文件中已存在的（即选课学即选课学生必须是已存在的学生生必须是已存在的学生）o数据之间的联系是实际应用当中所要求，数据之间的联系是实际应用

14、当中所要求，但文件本身不具备自动实现这些联系的功但文件本身不具备自动实现这些联系的功能能。2021年10月17日3时39分25难以满足不同对数据用户的需求难以满足不同对数据用户的需求o不同的用户关注的数据往往不同。不同的用户关注的数据往往不同。o例如，对于学生基本信息，例如，对于学生基本信息，n 分配学生宿舍的部门可能只关心学生分配学生宿舍的部门可能只关心学生的学号、姓名、性别和班号的学号、姓名、性别和班号。n 教务部门可能关心的是学号、姓名、教务部门可能关心的是学号、姓名、所在系、专业和班号。所在系、专业和班号。o需要为每个用户建立一个文件，这势需要为每个用户建立一个文件，这势必造成很多的数

15、据冗余必造成很多的数据冗余。2021年10月17日3时39分26无安全控制功能无安全控制功能o在文件管理方式中，很难控制某个人在文件管理方式中，很难控制某个人对文件能够进行的操作对文件能够进行的操作。如如：n 只允许某个人查询和修改数据，但不只允许某个人查询和修改数据，但不能删除数据，能删除数据，n 或者对文件中的某个或者某些字段不或者对文件中的某个或者某些字段不能修改等。能修改等。o在实际应用中，数据的安全性是非常在实际应用中，数据的安全性是非常重要且不可忽视的重要且不可忽视的。2021年10月17日3时39分27数据库操作模式数据库操作模式2021年10月17日3时39分数据库管理系统数据

16、库管理系统28数据库管理示例数据库管理示例2021年10月17日3时39分各学院各学院程序程序学生基本信息管理学生基本信息管理学生有学生有关的数关的数据库据库教务部门教务部门程序程序学生选课管理学生选课管理数据库数据库管理系统管理系统29数据库管理的优点数据库管理的优点o相互关联的数据的集合相互关联的数据的集合 o较少的数据冗余较少的数据冗余 o程序与数据相互独立程序与数据相互独立o保证数据的安全、可靠保证数据的安全、可靠o最大限度地保证数据的正确性最大限度地保证数据的正确性o数据可以并发使用并能保证一致性数据可以并发使用并能保证一致性2021年10月17日3时39分30相互关联的数据的集合相

17、互关联的数据的集合o 数据库中的数据不是孤立的，数据与数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。能够表示数据与数据之间的联系。2021年10月17日3时39分31较少的数据冗余较少的数据冗余 数据库中的数据被统一管理，合理组数据库中的数据被统一管理，合理组织，任何对数据的操作都由数据库管织，任何对数据的操作都由数据库管理系统理系统DBMSDBMS完成。完成。DBMS2021年10月17日3时39分32数据具有较高的独立性数据具有较高的独

18、立性o数据独立性是指数据的组织和存储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、彼此独方法与应用程序互不依赖、彼此独立的特性。立的特性。2021年10月17日3时39分33保证数据的安全、可靠保证数据的安全、可靠 数据库技术数据库技术要能够保证要能够保证数据库中的数据库中的数据是安全、数据是安全、可靠的。可靠的。 有效地防止有效地防止数据库中的数数据库中的数据被非法使用据被非法使用或非法修改或非法修改 2021年10月17日3时39分34最大限度地保证数据的正确性最大限度地保证数据的正确性 保证数据正保证数据正确的特性在确的特性在数据库中称数据库中称之为之为数据完数据完整性整性。20

19、0岁2021年10月17日3时39分35数据可以并发使用数据可以并发使用并能保证数据的一致性并能保证数据的一致性o 在多个用户同时使用数据库时，能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，保证数据够保证不产生冲突和矛盾，保证数据的一致性和正确性。的一致性和正确性。2021年10月17日3时39分36并发操作示例并发操作示例10张票张票订订8张票：张票：10-8=2订订4张票：张票：10-6=44210102021年10月17日3时39分371.4 1.4 数据独立性数据独立性o指应用程序不会因数据的物理表示方指应用程序不会因数据的物理表示方式和访问技术的改变而改变，式和访问技术的改

20、变而改变，o即应用程序不依赖于任何特定的物理即应用程序不依赖于任何特定的物理表示方式和访问技术，表示方式和访问技术，o包含两个方面：包含两个方面：n 逻辑独立性逻辑独立性n 物理独立性物理独立性2021年10月17日3时39分38物理独立性物理独立性o指当数据的存储位置或存储结构发生指当数据的存储位置或存储结构发生变化时，不影响应用程序的特性变化时，不影响应用程序的特性。2021年10月17日3时39分应用程序D:xE:a学生数据库学生数据库 D:xF:b学生数据库学生数据库 39逻辑独立性逻辑独立性o指当表达现实世界的信息内容发生变指当表达现实世界的信息内容发生变化时，化时，如：如：n 增加

21、增加信息信息n 删除无用删除无用信息信息等等o不影响应用程序的特性不影响应用程序的特性。2021年10月17日3时39分应用程序学生数据库学生数据库 学生数据库学生数据库 40示例示例2021年10月17日3时39分学号学号姓名姓名性别性别所在系所在系S01张三男计算机S02李四女计算机S03王五女信息S04陈六男信息学号学号姓名姓名性别性别 所在系所在系专业专业S01张三男计算机软件S02李四女计算机应用S03王五女信息管理S04陈六男信息管理应用程序学号学号 姓名姓名 性别性别S01S01张三张三 男男S02S02李四李四 女女S03S03王五王五 女女S04S04陈六陈六 男男41非独立

22、性非独立性o在使用文件管理数据时，应用程序常在使用文件管理数据时，应用程序常常是数据依赖的，常是数据依赖的，o也就是说数据的物理表示方式和有关也就是说数据的物理表示方式和有关的存取技术都要在应用程序中考虑，的存取技术都要在应用程序中考虑，o而且，有关物理表示的知识和访问技而且，有关物理表示的知识和访问技术直接体现在应用程序的代码中术直接体现在应用程序的代码中。2021年10月17日3时39分42非独立性示例非独立性示例oOpenfileOpenfile（“D:datafile1”D:datafile1”）2021年10月17日3时39分file1D:datafile1file1F:datafi

23、le1oOpenfileOpenfile（“F F:datafile1”:datafile1”）431.5 1.5 数据库系统的组成数据库系统的组成2021年10月17日3时39分44数据库系统的组成数据库系统的组成o数据库数据库是数据的汇集，它以一定的组织是数据的汇集，它以一定的组织形式保存在存储介质上形式保存在存储介质上o数据库管理系统数据库管理系统是管理数据库的系统软是管理数据库的系统软件，它可以实现数据库系统的各种功能件，它可以实现数据库系统的各种功能o应用程序应用程序专指以数据库数据为基础的程专指以数据库数据为基础的程序序o数据库管理员数据库管理员负责整个数据库系统的正负责整个数据库

24、系统的正常运行。常运行。2021年10月17日3时39分45硬件硬件o 由于数据库中的数据量一般都比较大，而且由于数据库中的数据量一般都比较大，而且DBMSDBMS自身的规模也自身的规模也比较比较大（大（如：如：SQL Server SQL Server 20052005的完整安装大的完整安装大约约需需700MB700MB以上的硬盘空间和以上的硬盘空间和至少至少512MB512MB以上的内存），以上的内存），o 必须要有足够大的必须要有足够大的内存内存，来存放操作系统、数，来存放操作系统、数据库管理系统、数据缓冲区和应用程序，而且据库管理系统、数据缓冲区和应用程序，而且还要有足够大的硬盘空间来

25、存放数据库数据，还要有足够大的硬盘空间来存放数据库数据，最好还有足够的存放备份数据的磁带、磁盘或最好还有足够的存放备份数据的磁带、磁盘或光盘光盘。2021年10月17日3时39分46软件软件o数据库管理系统数据库管理系统。是整个数据库系统的。是整个数据库系统的核心，是建立、使用和维护数据库的系核心，是建立、使用和维护数据库的系统软件。统软件。o支持数据库管理系统运行的支持数据库管理系统运行的操作系统操作系统。o具有数据库访问接口的具有数据库访问接口的高级语言高级语言及其及其编编程环境程环境，以便于开发应用程序，以便于开发应用程序。o实用工具实用工具。一般是数据库厂商提供的随一般是数据库厂商提供

26、的随数据库管理系统软件一起发行数据库管理系统软件一起发行。2021年10月17日3时39分47人员人员o数据库管理员数据库管理员o系统分析人员系统分析人员o数据库设计人员数据库设计人员o应用程序编程人员应用程序编程人员o最终用户最终用户2021年10月17日3时39分48本章作业本章作业o 思考：思考：n P37 1，2，3n P38 232021年10月17日3时39分49建议的参考书建议的参考书o 数据库系统概念、设计及应用数据库系统概念、设计及应用（Database Database Systems Concepts, Design and ApplicationsSystems Con

27、cepts, Design and Applications），）， 印印 S.K.SinghS.K.Singh著，机械工业出版社，著，机械工业出版社，20102010年年1 1月月。（内容全）（内容全）o 数据库原理、编程与性能数据库原理、编程与性能（Database Database Principles,ProgrammingPrinciples,Programming and Performance and Performance），），Patrick Patrick O ONeil,ElizabethNeil,Elizabeth O ONeilNeil，机械工业出版，机械工业出版社。

28、（社。（SQLSQL语句，查询处理）语句，查询处理）o 数据库系统导论数据库系统导论（An Introduction to An Introduction to Database SystemsDatabase Systems），），C.J.DateC.J.Date，机械工业出版社。，机械工业出版社。（与课本较一致）（与课本较一致）2021年10月17日3时39分50建议的参考书（续）建议的参考书（续）o 数据库系统实现数据库系统实现（Database System Database System ImplementationImplementation），），Hector Garcia-Mo

29、linaHector Garcia-Molina等，等，机械工业出版社。（数据存储）机械工业出版社。（数据存储）o 数据库设计教程数据库设计教程（Database SolutionsDatabase Solutions）（第（第2 2版），版），Tomas Tomas M.ConnollyM.Connolly等，机械工业出等，机械工业出版社，版社，20052005年。（数据库设计全过程）年。（数据库设计全过程）o 设计有效的数据库系统设计有效的数据库系统（DesingingDesinging Effective Database SystemsEffective Database System

30、s），），Rebecca Rebecca M.RiordanM.Riordan，机械工业出版社，机械工业出版社，20062006年。（数据年。（数据库设计各阶段应考虑的问题）库设计各阶段应考虑的问题）2021年10月17日3时39分51拓展：数据库知识体系拓展：数据库知识体系o数据库数据的应用数据库数据的应用n 数据查询与统计数据查询与统计n 数据报表数据报表n 数据分析（多维分析、联机分析）数据分析（多维分析、联机分析）n 数据挖掘数据挖掘o我们要学习的课程我们要学习的课程2021年10月17日3时39分52数据库数据的应用数据库数据的应用o 查询统计查询统计 日常应用日常应用o 数据报表数

31、据报表 汇总数据汇总数据o 数据分析数据分析 多角度分析多角度分析o 数据挖掘数据挖掘 深层探索深层探索数据报表数据报表数据分析数据分析数据挖掘数据挖掘基础应用高级应用目的：辅助制定决策目的：辅助制定决策2021年10月17日3时39分53数据查询数据查询o查询选了查询选了1 1号课程的学生的学号及成绩号课程的学生的学号及成绩，查询结果按成绩降序排列。，查询结果按成绩降序排列。SnoGrade9812029098210385981201802021年10月17日3时39分54数据统计数据统计o计算计算1 1号课程的平均成绩号课程的平均成绩。2021年10月17日3时39分55数据报表数据报表2021年10月17日3时39分56数据分析数据分析2021年10月17日3时39分57数据分析的展示形式数据分析的展示形式表格式表格式2021年10月17日3时39分58数据分析的展示形式数据分析的展示形式图形式图形式2021年10月17日3时39分59数据分析的展示形式数据分析的展示形式表格加表格加图形式图形式2021年10月17日3时