CIMS基本知识与支撑技术-网络数据库ppt课件

1、专题一：专题一：CIMSCIMS基本知识与支撑技基本知识与支撑技术术( (下下) )现代集成制造系统现代集成制造系统;22021-12-25上次课小结上次课小结1. 1. 制造业发展简史制造业发展简史2. CIMS2. CIMS的产生和发展的产生和发展3. CIMS3. CIMS的组成的组成4. CIMS4. CIMS的特征和内涵的特征和内涵5. CIMS5. CIMS在我国的发展在我国的发展你了解哪些网络技术？你了解哪些网络技术？基于网络的企业应用架构有哪几种？基于网络的企业应用架构有哪几种？据你所知，哪些系统用到了数据库技据你所知，哪些系统用到了数据库技术？术？数据库在数据库在CIMSCI

2、MS中主要用来做什么？中主要用来做什么？请思考：请思考：;42021-12-25第一部分：网络技术简介第一部分：网络技术简介n计算机网络概述n计算机网络的分类n计算机网络的参考模型nInternet;52021-12-251957 Arpa is created by the DoD (Department of 1957 Arpa is created by the DoD (Department of Defense), a project to create an indestructible Defense), a project to create an indestructible

3、 communications systemcommunications system1990 Arpanet becomes the Internet1990 Arpanet becomes the Internet1991 World Wide Web is born (Tim Berners-Lee)1991 World Wide Web is born (Tim Berners-Lee)2019 10 million hosts - the Internet covers the globe2019 10 million hosts - the Internet covers the

4、globe2019 Internet 2 backbone deploys IPv62019 Internet 2 backbone deploys IPv62019 The number of Internet hosts exceeds 110 2019 The number of Internet hosts exceeds 110 million exponential growthmillion exponential growth1.2.1 1.2.1 计算机网络概述计算机网络概述 ;62021-12-25n从体系结构来观察，其发展可分为三个阶段三代网络）从体系结构来观察，其发展可

5、分为三个阶段三代网络）n以主机为中心的联机终端系统以主机为中心的联机终端系统n以通信子网为中心的主机互连以通信子网为中心的主机互连n具有层次化体系结构的标准化网络具有层次化体系结构的标准化网络1.2.1 1.2.1 计算机网络概述计算机网络概述 ;72021-12-251 1） 早期的早期的“单机工作模式单机工作模式”;82021-12-25IBM AS/400中心主机多重线路控制器电电话话网网P PS ST TN NModem终端Modem终端ModemModemModemModem终端2 2） 具有通信功能的单机系统具有通信功能的单机系统;92021-12-253 3具有统一体系结构、国际

6、化标准协议的计算机网络具有统一体系结构、国际化标准协议的计算机网络 ;102021-12-25两层网络的概念结构两层网络的概念结构C CC CC CHHH资源子网资源子网通信子网通信子网在通信子网上可有多个资源子网，共享通信子网的服务HH;112021-12-251.2.2 1.2.2 计算机网络的分类计算机网络的分类n按地域范围分类按地域范围分类n局域网局域网(Local Area Network (Local Area Network ， LAN) LAN)n范围：小，范围：小，20KM20KMn传输技术：基带，传输技术：基带，10-1000Mbps10-1000Mbps，延迟低，出错率低

7、，延迟低，出错率低10-1110-11）n拓扑结构：总线，环拓扑结构：总线，环n城域网城域网(Metropolitan Area Network (Metropolitan Area Network ， MAN) MAN)n范围：中等，范围：中等，100KM100KMn传输技术：宽带传输技术：宽带/ /基带基带n拓扑结构：总线拓扑结构：总线n广域网广域网(Wide Area Network (Wide Area Network ， WAN) WAN)n范围：大，范围：大，100KM100KMn传输技术：宽带，延迟大，出错率高传输技术：宽带，延迟大，出错率高n拓扑结构：不规则，点到点拓扑结构：不

8、规则，点到点;122021-12-25n按拓扑结构分类按拓扑结构分类n总线型结构总线型结构n星型结构星型结构n环型结构环型结构n树型结构树型结构n网型结构网型结构n复合型结构复合型结构1.2.2 1.2.2 计算机网络的分类计算机网络的分类;132021-12-25优点：优点： 结构简单，安装方便。结构简单，安装方便。缺陷：传输信息容易发生冲突。缺陷：传输信息容易发生冲突。线状连接，共用线状连接，共用一条共用总线。一条共用总线。总线型拓扑结构总线型拓扑结构;142021-12-25采用非集中控制方采用非集中控制方式，各节点之间关式，各节点之间关系对等。系对等。优点：优点：简化了路径选择控制；当

9、某节点出现故障时，可采用简化了路径选择控制；当某节点出现故障时，可采用旁路环的方法，提高传输可靠性；路中任一节点发出旁路环的方法，提高传输可靠性；路中任一节点发出的信息，其他节点均可接收，传输速度快。的信息，其他节点均可接收，传输速度快。环型拓扑结构闭合的总线型环型拓扑结构闭合的总线型;152021-12-25优点：优点：结构简单，便于控制和管结构简单，便于控制和管理，建网容易，传输错误理，建网容易，传输错误率低。率低。中心节点是主节点，它中心节点是主节点，它接受各分散节点的信息接受各分散节点的信息再转发给其他相应节点。再转发给其他相应节点。采用集中控制方式。采用集中控制方式。缺陷：缺陷：可靠

10、性较低，一旦中央节可靠性较低，一旦中央节点出现故障，必将全网瘫点出现故障，必将全网瘫痪。痪。星型拓扑结构星型拓扑结构;162021-12-25采用分层结构，适用于分级管理和控制优点：线路总长度短，优点：线路总长度短，成本低，易于维护和扩成本低，易于维护和扩展。展。缺陷：结构相对复缺陷：结构相对复杂。杂。树型拓扑结构树型拓扑结构;172021-12-25任意两个节点之间的任意两个节点之间的通信线路不是唯一的通信线路不是唯一的优点：当某个节点出现故障时，可绕道其他通路传递信息，可靠性好。优点：当某个节点出现故障时，可绕道其他通路传递信息，可靠性好。缺陷：建网成本高，只能用于特殊场合。缺陷：建网成本

11、高，只能用于特殊场合。网型拓扑结构不规则型或全互联型网型拓扑结构不规则型或全互联型;182021-12-25将多种拓扑结构连将多种拓扑结构连在一起，可兼顾在一起，可兼顾 不不同拓扑结构的优点。同拓扑结构的优点。复合型拓扑结构复合型拓扑结构;192021-12-251.2.3 1.2.3 计算机网络的参考模型计算机网络的参考模型1 1ISO OSIISO OSI参考模型参考模型2 2TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型3 3TCP/IPTCP/IP与与OSIOSI的对比的对比;202021-12-25n ISO ISO国际标准化组织国际标准化组织nInternational Organiza

12、tion for StandardizationInternational Organization for StandardizationnOSIOSI开放系统互连开放系统互连nOpen Systems InterconnectionOpen Systems Interconnectionn功能上相对独立的七层结构功能上相对独立的七层结构n指定每层应干什么，但没有具体定义协议指定每层应干什么，但没有具体定义协议1 1ISO OSIISO OSI参考模型参考模型;212021-12-25OSIOSI参考模型示意图参考模型示意图物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层

13、表示层表示层应用层应用层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层分组帧位流TPDUSPDUPPDUAPDU应用协议表示协议会话协议传输协议网络协议数据链路协议物理协议端到端端到端点到点点到点;222021-12-25OSIOSI各层的功能与特性自学）各层的功能与特性自学）;232021-12-252 2TCP/IPTCP/IPnTCP/IPTCP/IP协议的基本事实协议的基本事实nTCP/IPTCP/IP协议的分层模型协议的分层模型nTCP/IPTCP/IP模型与模型与ISO/OSIISO/OSI模

14、型的对比模型的对比nTCP/IPTCP/IP模型的两个重要分界线模型的两个重要分界线nTCP/IPTCP/IP的数据流的数据流nTCP/IPTCP/IP网络体系结构网络体系结构;242021-12-25TCP/IPTCP/IP协议的基本事实协议的基本事实n设计目标：能经受打击，结构灵活设计目标：能经受打击，结构灵活nUNIXUNIX操作系统的标准通信模块操作系统的标准通信模块n通用的、可使异种机相互通信的网络互连软件通用的、可使异种机相互通信的网络互连软件n计算机通信协议族计算机通信协议族n因特网采用的协议标准因特网采用的协议标准n既成事实的工业标准既成事实的工业标准;252021-12-25

15、设备驱动程序设备驱动程序如如LANLAN的接口网卡驱动程序）的接口网卡驱动程序）自身包含网络协议自身包含网络协议如如X.25X.25、ATMATM等等应用层应用层传输层传输层网际层网际层数据链路层数据链路层TCP/IPTCP/IP协议的分层协议的分层;262021-12-25 IPIP ICMPICMP ARPARP RARPRARP应用层应用层传输层传输层网际层网际层数据链路层数据链路层网际层的主要协议网际层的主要协议IPIP。本层提供无连接的传输服务不保证送达，不保序）。本层的主要本层提供无连接的传输服务不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。功能是寻找

16、一条能够把数据报送到目的地的路径。TCP/IPTCP/IP协议的分层协议的分层;272021-12-25 TCPTCP UDPUDP应用层应用层传输层传输层网际层网际层数据链路层数据链路层TCP/IPTCP/IP协议的分层协议的分层;282021-12-25文件传输文件传输 FTPFTP、TFTPTFTP、NFSNFS电子邮件电子邮件 SMTPSMTP、POP3POP3WWWWWW应用应用 远程登录远程登录 TelnetTelnet、rloginrlogin网络管理网络管理 SNMPSNMP域名系统域名系统 DNS DNS 应用层应用层网际层网际层数据链路层数据链路层传输层传输层TCP/IPT

17、CP/IP协议的分层协议的分层;292021-12-25NetworkLayerRouting ProtocolsPIMOSPFRIPApplicationLayerData LinkLayerIPARPEthernetNetworkInterfaceTransportLayerTCPUDPSNMPFTPDNSHTTPICMPIGMPpingapplicationTelnetDHCPTCP/IPTCP/IP协议族协议族;302021-12-25TCP/IPTCP/IP协议族协议族举例：HTTP访问;312021-12-25n在源端进行数据封装在源端进行数据封装n在宿端进行数据解封在宿端进行数据

18、解封n封装：封装： Encapsulation EncapsulationTCP/IPTCP/IP数据封装数据封装;322021-12-25数据封装数据封装运用运用TCPTCPIPIP以太网以太网驱动程序驱动程序用户数据用户数据用户数据用户数据AppApp头头TCPTCP头头TCPTCP头头IPIP头头TCPTCP头头IPIP头头EthEth头头EthEth尾尾应用数据应用数据( (块块) )TCPTCP分节分节IPIP分组分组以太网帧以太网帧以太网电缆以太网电缆发送方发送方AppApp头头AppApp头头AppApp头头用户数据用户数据用户数据用户数据用户数据用户数据;332021-12-2

19、5应用数据块）应用数据块）运用运用TCPTCPIPIP以太网以太网驱动程序驱动程序用户数据用户数据用户数据用户数据AppApp头头TCPTCP头头IPIP分组分组 EthEth头头EthEth尾尾以太网帧以太网帧以太网电缆以太网电缆接收方接收方IPIP头头TCP TCP 分节分节IPIP分组分组TCPTCP分节分节应用数据应用数据( (块块) )数据解封装数据解封装;342021-12-25应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层7 76 65 54 43 32 21 1OSIOSI参考模型参考模型应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口(

20、(数据链路层数据链路层+ +物理层物理层) )网络层网络层TCP/IPTCP/IP概念层次概念层次Ethernet,802.3,Ethernet,802.3,802.5,FDDI802.5,FDDI等等等等TCP/IPTCP/IP支持支持所有标准的数所有标准的数据链路层和物据链路层和物理层协议理层协议TCP/IPTCP/IP与与OSIOSI参考模型对比参考模型对比;Any Question?Any Question?352021-12-25;362021-12-25第二部分：数据库技术简介第二部分：数据库技术简介n数据库技术概述数据库技术概述n实体联系方法实体联系方法n关系数据库的基本理论关系

21、数据库的基本理论n数据库设计的规范化与数据库范式数据库设计的规范化与数据库范式nSQLSQL概述概述;372021-12-25学习数据库技术的重要性学习数据库技术的重要性在计算机的三大应用科学计算、数据处理与过程控制中，数据处理所占在计算机的三大应用科学计算、数据处理与过程控制中，数据处理所占比重约为比重约为70%70%左右。在左右。在6060年代末，数据库技术就是作为数据处理中的一门技术年代末，数据库技术就是作为数据处理中的一门技术发展起来的。数据库技术是计算机软件领域的一个重要分支，已形成相当规模的发展起来的。数据库技术是计算机软件领域的一个重要分支，已形成相当规模的理论体系和实用技术。理

22、论体系和实用技术。随着计算机技术飞速发展及其应用领域的扩大，特别是计算机网络和随着计算机技术飞速发展及其应用领域的扩大，特别是计算机网络和InternetInternet的发展，基于计算机网络和数据库技术的信息管理系统、应用系统得到的发展，基于计算机网络和数据库技术的信息管理系统、应用系统得到了突飞猛进的发展。如事物处理系统、地理信息系统了突飞猛进的发展。如事物处理系统、地理信息系统GISGIS）、联机分析系统、）、联机分析系统、决策支持系统、企业资源规划决策支持系统、企业资源规划ERPERP）、客户关系管理）、客户关系管理CRMCRM）、数据仓库和）、数据仓库和数据挖掘等系统都是以数据库技术

23、作为重要的支撑的。数据挖掘等系统都是以数据库技术作为重要的支撑的。可以说，只要有计算机存在，就存在着数据库技术。因此，数据库技术的基可以说，只要有计算机存在，就存在着数据库技术。因此，数据库技术的基本知识和基本技能已成为工程相关专业的必修内容。本知识和基本技能已成为工程相关专业的必修内容。;382021-12-25数据库数据库DataBase ,DBDataBase ,DB顾名思义就是存放数据的仓库，但所顾名思义就是存放数据的仓库，但所有存放的数据相互是有联系并按某种存储模式组织管理的。严格意义有存放的数据相互是有联系并按某种存储模式组织管理的。严格意义上讲，所谓数据库就是以一定的组织方式存储

24、在计算机介质中互相关上讲，所谓数据库就是以一定的组织方式存储在计算机介质中互相关联数据的集合。它能以最佳方式、最少重复、最大独立性为多种应用联数据的集合。它能以最佳方式、最少重复、最大独立性为多种应用提供共享服务。提供共享服务。DBDB是统一管理的相关数据的集合。是统一管理的相关数据的集合。DBDB能为各种用户共享，具有能为各种用户共享，具有最小冗余度、数据间联系密切、而又有较高对程序的独立性等特点。最小冗余度、数据间联系密切、而又有较高对程序的独立性等特点。数据库数据库;DBMS应用程序应用程序1应用程序应用程序2数据库数据库数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 392021-12-2

25、5数据库管理系统数据库管理系统;402021-12-25人工管理阶段人工管理阶段 文件系统阶段文件系统阶段 数据库系统阶段数据库系统阶段 人工管理阶段人工管理阶段文件系统阶段文件系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段1.数据不保存 2.没有文件的概念 3.一组数据对应一个程序 4.没有形成完整的数据管理的概念1.数据可长期.反复使用 2.程序和数据之间有了一定的独立性 3.文件形式多样化 4.数据存储结构和程序之间的依赖关系并未根本改变 5.数据存取以记录为单位优优点点1.数据结构化 2.共享性好，冗余度低 3.数据独立性高 4.数据由DBMS统一管理和控制1.数据冗余大 2.数据不一致性 3.

26、程序和数据之间独立性差 4.数据联系弱缺缺点点数据库技术的发展数据库技术的发展;n在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。数据模型就是现实世界的模拟。据和信息。数据模型就是现实世界的模拟。n数据模型应满足三方面要求数据模型应满足三方面要求n能比较真实地模拟现实世界能比较真实地模拟现实世界n容易为人所理解容易为人所理解n便于在计算机上实现便于在计算机上实现对数据的描述对数据的描述 数据模型数据模型412021-12-25;422021-12-25在数据处理中数据描述将涉及不同的范畴。从事物的特性到计算机在数

27、据处理中数据描述将涉及不同的范畴。从事物的特性到计算机中的具体表示，实际上经历了三个领域或称数据的三个范畴）中的具体表示，实际上经历了三个领域或称数据的三个范畴）现现实世界、信息世界和计算机世界。实世界、信息世界和计算机世界。对数据的描述对数据的描述n现实世界信息世界机器世界现实世界信息世界机器世界现实世界、信息世界和计算机世界三者关系现实世界、信息世界和计算机世界三者关系现实世界现实世界 信息世界信息世界(E-R(E-R表示表示) ) 计算机世界计算机世界(DBMS(DBMS支持的支持的数据模型数据模型) ) 搜集、分类搜集、分类和抽象和抽象 加工转换加工转换 客观对象的抽象过程客观对象的抽

28、象过程-两步抽象两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一把概念模型转换为某一DBMSDBMS支持的数据模型。支持的数据模型。;n数据模型分为两类分属两个不同的层次）数据模型分为两类分属两个不同的层次）n(1) (1) 概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。，用于数据库设计。 n(2) (2) 数据模型数据模型 两大类数据模型两大类数据模型2021-12-25机器世界和信息世界的术语对应关系机器世界和信息世界的术语对应关系机器世界机器世界信息世

29、界信息世界记录记录实体实体字段或数据项）字段或数据项）属性属性实体集实体集文件文件记录键记录键实体键实体键;442021-12-25 数据模型是对客观事物及其联系的数据描述，是实体联系模型的数据模型是对客观事物及其联系的数据描述，是实体联系模型的数据化。它是数据库系统的核心，它的数据结构严重影响到系统的其他数据化。它是数据库系统的核心，它的数据结构严重影响到系统的其他部分，它也是数据定义和数据操纵语言的基础。部分，它也是数据定义和数据操纵语言的基础。层次模型层次模型 发展最早，但由于其结构不符合大多数客观世界实际问题发展最早，但由于其结构不符合大多数客观世界实际问题 中数据间的联系，渐被淘汰中

30、数据间的联系，渐被淘汰网状模型网状模型 开发也较早，而且有一定优点，当前网状数据库系统的用开发也较早，而且有一定优点，当前网状数据库系统的用户仍较多户仍较多关系模型关系模型 开发相对较晚，但有一系列优点，具有很强的生命力，被开发相对较晚，但有一系列优点，具有很强的生命力，被广泛使用广泛使用数据库基本模型数据库基本模型;452021-12-25 关系数据库是目前应用最广泛，也是最重要、最流行的数据库。关系数据库是目前应用最广泛，也是最重要、最流行的数据库。以下介绍关系数据库的一些基本理论，包括关系数据结构、关系的以下介绍关系数据库的一些基本理论，包括关系数据结构、关系的完整性、关系代数、关系数据

31、库管理系统及关系数据库标准语言。完整性、关系代数、关系数据库管理系统及关系数据库标准语言。 关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件。关系的完整关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件。关系的完整性约束条件包括三大类：实体完整性，参照完整性和用户定义的完性约束条件包括三大类：实体完整性，参照完整性和用户定义的完整性。整性。关系数据库的基本概念关系数据库的基本概念;462021-12-251 1实体完整性实体完整性Entity IntegrityEntity Integrity）实体完整性是指主关系键的值不能为空或部分为空实体完整性是指主关系键的值不能为空或部分为空在任何关系的任何一个元组中

32、，主键的任一分量都不允许为空值，在任何关系的任何一个元组中，主键的任一分量都不允许为空值，即若属性即若属性 A A是基本关系是基本关系 R R的主属性，则属性的主属性，则属性 A A不能取空值，也即要求关不能取空值，也即要求关系中元组在组成主键的属性上不能有空值。系中元组在组成主键的属性上不能有空值。例如，在学生关系例如，在学生关系 “ “ 学生自然情况学号，班级号，姓名，性别，学生自然情况学号，班级号，姓名，性别，出生年月，入学成绩）出生年月，入学成绩）”中，中，“ “ 学号学号 ” ”为主键，那么为主键，那么“学号这个属学号这个属性不能取空值。性不能取空值。;472021-12-252 2

33、参照完整性参照完整性Referential IntegrityReferential Integrity）现实世界中的实体之间往往存在某种联系，在关系模型自然存在着现实世界中的实体之间往往存在某种联系，在关系模型自然存在着关系与关系间的引用。即关系与关系间的引用。即“外键外键” ” 。例：有两个基本关系为例：有两个基本关系为学生表学号，班级号，姓名，性别，出生年月，入学成绩）学生表学号，班级号，姓名，性别，出生年月，入学成绩）班级表班级号，班级名称，所属系部，入学时间，系别）班级表班级号，班级名称，所属系部，入学时间，系别）学生表的主码为学号，而班级表的主码为班级号，因而班级号是学学生表的主码

34、为学号，而班级表的主码为班级号，因而班级号是学生表的外键。生表的外键。按照参照完整性，学生表中的外键即班级号的取值有两种可能：按照参照完整性，学生表中的外键即班级号的取值有两种可能： 取空值，表明该学生尚未分配到任何班级取空值，表明该学生尚未分配到任何班级 若取非空值，则它必须是参照关系班级表中某个元组中的班若取非空值，则它必须是参照关系班级表中某个元组中的班 级号的值，因为该学生不能属于一个不存在的班级级号的值，因为该学生不能属于一个不存在的班级;482021-12-253 3 用户定义的完整性用户定义的完整性User-defined IntegrityUser-defined Integr

35、ity）任何关系数据库系统都应该支持实体完整性和参照完整性。除此之外，不任何关系数据库系统都应该支持实体完整性和参照完整性。除此之外，不同的关系数据库系统根据其应用环境的不同，往往还需要一些特殊的约束同的关系数据库系统根据其应用环境的不同，往往还需要一些特殊的约束条件，用户定义的完整性就是针对某一具体关系数据库的约束条件由应用条件，用户定义的完整性就是针对某一具体关系数据库的约束条件由应用环境决定的。它反映一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。环境决定的。它反映一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。例如例如: :某个属性必须取惟一值，某些属性值之间应满足一定的函数关系，学某个属性必须取

36、惟一值，某些属性值之间应满足一定的函数关系，学生的年龄定义为两位整数，且范围在生的年龄定义为两位整数，且范围在15 3015 30之间，性别只接受之间，性别只接受“男或男或“女等等。女等等。系统提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统方法处理它们，系统提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统方法处理它们，而不再由应用程序承担这项工作。而不再由应用程序承担这项工作。在关系的完整性规则中，实体完整性和用户定义的完整性是关系模型必须在关系的完整性规则中，实体完整性和用户定义的完整性是关系模型必须满足的完整性的约束条件，被称做是关系的两个关系不变性，应由关系系满足的完整性的约束条件，被

37、称做是关系的两个关系不变性，应由关系系统自动支持。统自动支持。;492021-12-25 关系代数是一种抽象的查询语言，是关系数据操纵语言的一种关系代数是一种抽象的查询语言，是关系数据操纵语言的一种传统表达式，它是用对关系的运算来表达查询的。传统表达式，它是用对关系的运算来表达查询的。 任何一种运算都是将一定的运算操作应用于一定的运算对象上，任何一种运算都是将一定的运算操作应用于一定的运算对象上，得到预期的运算结果。所以运算对象、运算符、运算结果是运算的三得到预期的运算结果。所以运算对象、运算符、运算结果是运算的三大要素。大要素。关系代数的运算对象是关系，运算结果亦为关系。关系代数的运算对象是

38、关系，运算结果亦为关系。 关系代数的运算符包括四类：集合运算符、专门的关系运算符、关系代数的运算符包括四类：集合运算符、专门的关系运算符、比较运算符和逻辑运算符比较运算符和逻辑运算符 关系代数的运算按运算符的不同可分为传统的集合运算和专门关系代数的运算按运算符的不同可分为传统的集合运算和专门的关系运算两类。其中传统的集合运算将关系看成元组的集合，其运的关系运算两类。其中传统的集合运算将关系看成元组的集合，其运算是从关系的算是从关系的“程度方向即行的角度来进行的。而专门的关系运算程度方向即行的角度来进行的。而专门的关系运算不仅涉及行而且涉及列。比较运算符和逻辑运算符是用来辅助专门的不仅涉及行而且

39、涉及列。比较运算符和逻辑运算符是用来辅助专门的关系运算符进行操作的。关系运算符进行操作的。 关系代数关系代数;502021-12-25运算符分类运算符分类运算符运算符含义含义集合运算符集合运算符并运算并运算差运算差运算交运算交运算专门的关系运算符专门的关系运算符笛卡儿积笛卡儿积选择运算选择运算投影运算投影运算连接运算连接运算除法运算除法运算比较运算符比较运算符大于大于大于等于大于等于小于小于小于等于小于等于等于等于不等于不等于逻辑运算符逻辑运算符非运算非运算与运算与运算或运算或运算关系代数的运算符关系代数的运算符;512021-12-25定义定义 设关系设关系R R和关系和关系S S具有相同的

40、关系模式即两个关系都有相同的属性），具有相同的关系模式即两个关系都有相同的属性）， 且相应的属性取自同一个域，则关系且相应的属性取自同一个域，则关系R R和关系和关系S S的并是由属于关系的并是由属于关系R R或或 关系关系S S的元组构成的集合，即的元组构成的集合，即R R和和S S的所有元组合并，删去重复元组，的所有元组合并，删去重复元组， 组成一个新关系，其结果仍为组成一个新关系，其结果仍为n n目关系。目关系。 记为记为RS=t|tRtSRS=t|tRtS 其中其中t t是元组变量，关系是元组变量，关系R R和关系和关系S S的元数相同。的元数相同。 对于关系数据库，记录的插入和添加可

41、通过并运算实现。对于关系数据库，记录的插入和添加可通过并运算实现。 （1 1并并UnionUnion）定义定义 设关系设关系R R和关系和关系S S具有相同的关系模式，具有相同的关系模式，R R和和 S S的差是由属于的差是由属于 R R但不属但不属于于S S 的所有元组构成的集合，即的所有元组构成的集合，即 R R中删去与中删去与 S S中相同的元组，组成一个新关中相同的元组，组成一个新关系，其结果仍为系，其结果仍为n n目关系。目关系。 记为记为R-S=t|tRtSR-S=t|tRtS，R R和和S S元数相同。元数相同。 通过差运算，可实现关系数据库记录的删除。通过差运算，可实现关系数据

42、库记录的删除。 （2 2差差DifferenceDifference）传统的集合运算传统的集合运算;522021-12-25例：设有两个关系例：设有两个关系R R和和S S，且，且R R和和S S具有相同的关系模式，则关系具有相同的关系模式，则关系R R和关和关系系S S的并、差如下图所示。的并、差如下图所示。 ABCabcdgfxyzABCbeadgfABCabcdgfxyzbeaABCabcxyz关系关系R R关系关系S S关系关系RSRS关系关系R-SR-S;532021-12-25定义定义 设关系设关系R R和关系和关系S S具有相同的关系模式，具有相同的关系模式，R R和和S S的交

43、是由属于的交是由属于R R又属于又属于S S 的元组构成的集合。的元组构成的集合。 记为记为RS=t|tRtSRS=t|tRtS 如果两个关系没有相同的元组，那么他们的交为空。如果两个关系没有相同的元组，那么他们的交为空。 两个关系的并和差运算为基本运算即不能用其他运算表达），而两个关系的并和差运算为基本运算即不能用其他运算表达），而交交 运算为非基本运算，交运算可以用差运算来表示。运算为非基本运算，交运算可以用差运算来表示。 RS= R- RS= R-（R-SR-S） （3 3交交IntersectionIntersection）（4 4笛卡儿积笛卡儿积Cartesian ProductCa

44、rtesian Product）定义定义 设关系设关系R R和关系和关系S S的元数分别为的元数分别为 m m和和 n n。定义。定义 R R和和 S S的笛卡儿积是一的笛卡儿积是一个个（m+ nm+ n元的元组集合，每个元组的前元的元组集合，每个元组的前 m m个分量属性值来自个分量属性值来自R R的的一个元组，后一个元组，后 n n个分量自个分量自 S S的一个元组。的一个元组。记为记为R RS S t|t t|t（tm,tn) tmRtnStm,tn) tmRtnS若若R R有有k1k1个元组，个元组，S S有有k2k2个元组，则个元组，则R RS S有有k1k1k2k2个元组。个元组。

45、 ;542021-12-25例：仍以关系例：仍以关系R R和和S S为例，且为例，且R R和和S S具有相同的关系模式，关系具有相同的关系模式，关系R R和关系和关系S S的交和笛卡儿积如下图所示。的交和笛卡儿积如下图所示。 ABCabcdgfxyzABCbeadgfABCdgfABCABCabcbeaabcdgfdgfbeadgfdgfxyzbeaxyzdgf关系关系R R关系关系S S关系关系RSRS关系关系R RS S;552021-12-25 由于传统的集合运算，只是从行的角度进行，而要灵活地实由于传统的集合运算，只是从行的角度进行，而要灵活地实现关系数据库多样的查询操作，必须引入专门

46、的关系运算。现关系数据库多样的查询操作，必须引入专门的关系运算。（1 1选择选择selectionselection） )(|)(真tFRttRF定义定义 选择操作是根据某些条件对关系进行水平分割，即在关系选择操作是根据某些条件对关系进行水平分割，即在关系 R R选选取符合条件的元组。取符合条件的元组。 记作记作其中其中F F表示选择条件，它是一个逻辑表达式，取逻辑值表示选择条件，它是一个逻辑表达式，取逻辑值真真或或假假 逻辑表达式逻辑表达式F F的基本形式为的基本形式为X1 Y1X2 Y2X1 Y1X2 Y2，其中，其中， 为为比较运算符，它可以是，比较运算符，它可以是，或，或。X1X1，Y

47、1Y1等是属性等是属性名、常量或简单函数。属性名也可以用它的列序号来代替。名、常量或简单函数。属性名也可以用它的列序号来代替。 表示逻表示逻辑运算符，它可以是辑运算符，它可以是，或或。 表示可选项，即表示可选项，即 中的部分可中的部分可以省略。因此选择运算实际上是关系以省略。因此选择运算实际上是关系R R中选取使逻辑表达式中选取使逻辑表达式F F为真的为真的元组。这是从行的角度进行的运算。元组。这是从行的角度进行的运算。 专门的关系运算专门的关系运算;562021-12-25为了说明选择关系运算，这里假设有学生关系为了说明选择关系运算，这里假设有学生关系studentstudent，如下表所，

48、如下表所示示 学号学号姓名姓名性别性别出生年月出生年月入学成绩入学成绩981001981001姜英奇姜英奇男男77-6-2677-6-26512512991001991001张丹张丹女女78-1-378-1-3419419991002991002雷拓雷拓男男78-8-2878-8-28579579201902201902苏湘婷苏湘婷女女80-1-1080-1-10558558201903201903萧易寒萧易寒男男81-10-981-10-9520520例：从学生关系例：从学生关系studentstudent中查询入学成绩大于中查询入学成绩大于520520分的学生信息。分的学生信息。)(520

49、5)(520studentstudent或入学成绩运算式为运算式为运算结果如下表所示运算结果如下表所示学号学号姓名姓名性别性别出生年月出生年月入学成绩入学成绩991002991002雷拓雷拓男男78-8-2878-8-28579579201902201902苏湘婷苏湘婷女女80-1-1080-1-10558558;572021-12-25（2 2投影投影ProjectionProjection） |)(RtAtRA定义定义 关系关系R R上的投影操作是从上的投影操作是从R R中选择出若干属性列组成新的关系。中选择出若干属性列组成新的关系。 记作记作 其中其中 A A为为 R R中的属性列投影操

50、作是从列的角度进行的运算，即对中的属性列投影操作是从列的角度进行的运算，即对 关系关系R R进行垂直分割，消去某些列，并重新安排列的顺序，再删进行垂直分割，消去某些列，并重新安排列的顺序，再删 去重复的元组。去重复的元组。 例：从学生关系例：从学生关系studentstudent中查询学生姓名和入学成绩两个属性信息。中查询学生姓名和入学成绩两个属性信息。)()(5 . 2,studentstudent或入学成绩姓名运算式为运算式为运算结果如右表所示运算结果如右表所示姓名姓名入学成绩入学成绩姜英奇姜英奇512512张丹张丹419419雷拓雷拓579579苏湘婷苏湘婷558558萧易寒萧易寒520

51、520;582021-12-25（3 3衔接衔接JoinJoin）|BtAtStRtttSRsrsrsrBA定义定义 连接是指从两个关系的笛卡儿积中选取属性值满足一定条件的连接是指从两个关系的笛卡儿积中选取属性值满足一定条件的 元组。记作元组。记作 其中其中A A，B B分别为分别为 R R和和 S S上可比的属性组，上可比的属性组， 是比较运算符。连是比较运算符。连 接运算从接运算从R R和和S S的笛卡儿积的笛卡儿积R RS S中选取中选取R R关系在关系在A A属性组上的值属性组上的值 与与S S关系在关系在B B属性组上值满足比较关系的属性组上值满足比较关系的 元组。元组。;59202

52、1-12-25连接运算中两种最为连接运算中两种最为重要最为常用的连接重要最为常用的连接等值连接等值连接自然连接自然连接|BtAtStRtttSRsrsrsrBA 为为“=”“=”的连接运算称为等值连接。它是从关系的连接运算称为等值连接。它是从关系R R和和S S的笛卡儿积的笛卡儿积中选取中选取A A，B B属性值相等的那些元组。属性值相等的那些元组。即等值连接为即等值连接为|BtAtStRtrsSRsrsrtt自然连接是一种特殊的等值连接，它要求两个关系中进行比较的分自然连接是一种特殊的等值连接，它要求两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且要在结果中把重复的属性去掉。即若量必须是相同

53、的属性组，并且要在结果中把重复的属性去掉。即若R R和和S S具有相同的属性组具有相同的属性组B B。则自然连接可记作则自然连接可记作一般的连接操作是从行的角度进行运算。但自然连接还需要取消一般的连接操作是从行的角度进行运算。但自然连接还需要取消重复列，所以是同时从行和列的角度进行运算。重复列，所以是同时从行和列的角度进行运算。;602021-12-25例：设有关系例：设有关系R R和关系和关系S S如下表如下表学号学号姓名姓名 性别性别出生年月出生年月971101 张宾张宾男男78-9-9971102 王雷王雷女女78-8-10981102 许宁许宁男男79-2-17992101 姜江姜江女

54、女80-11-14学号学号 入学成绩入学成绩971101532971102512981102489992101520R.学号学号 姓名姓名 性别性别出生年月出生年月 S.学号学号 入学成绩入学成绩971101 张宾张宾男男78-9-9971101532971102 王雷王雷女女78-8-10 971102512981102 许宁许宁男男79-2-17 981102489992101 姜江姜江女女80-11-14 992101520关系关系 R R关系关系 S SRS|R.学号=S.学号的等值连接 的自然连接的自然连接SR R.学号学号 姓名姓名 性别性别出生年月出生年月入学成绩入学成绩9711

55、01 张宾张宾男男78-9-9532971102 王雷王雷女女78-8-10512981102 许宁许宁男男79-2姜江姜江女女80-11-14520求求 和和 的值。求解结果见下图。的值。求解结果见下图。学号学号.|SRSR= =SR ;612021-12-25 关系数据库的规范化理论主要包括三个方面的内容：函数依赖、范关系数据库的规范化理论主要包括三个方面的内容：函数依赖、范式式Normal FormNormal Form和模式设计。其中函数依赖起着核心作用，是模式和模式设计。其中函数依赖起着核心作用，是模式分解和模式设计的基础，范式是模式分解的标准。分解和模式设

56、计的基础，范式是模式分解的标准。关系数据库的设计理论关系数据库的设计理论为什么需要规范化？为什么需要规范化？;622021-12-25 数据库的逻辑设计为什么要遵循一定的规范化理论？数据库的逻辑设计为什么要遵循一定的规范化理论？ 什么是好的关系模式？什么是好的关系模式？ 某些不好的关系模式可能导致哪些问题？某些不好的关系模式可能导致哪些问题？下面通过例子对这些问题进行分析。下面通过例子对这些问题进行分析。 例例 要求设计教学管理数据库，其关系模式，要求设计教学管理数据库，其关系模式，SCDSCD如下：如下： SCD SCDSNOSNO，SNSN，AGEAGE，DEPTDEPT，DEANDEAN

57、，CNOCNO，SCORESCORE）其中其中SNOSNO表示学生学号表示学生学号SNSN表示学生姓名表示学生姓名AGEAGE表示学生年龄表示学生年龄DEPTDEPT表示学生所在系别表示学生所在系别MNMN表示系主任姓名表示系主任姓名CNOCNO表示课程号表示课程号SCORESCORE表示成绩。表示成绩。 ;632021-12-25（1 1） 一个系有若干个学生，但一个学生只属于一个系；一个系有若干个学生，但一个学生只属于一个系；（2 2） 一个系只有一名系主任，但一个系主任可以同时兼几个系的系主任；一个系只有一名系主任，但一个系主任可以同时兼几个系的系主任；（3 3） 一个学生可以选修多门功

58、课，每门课程可被若干个学生选修；一个学生可以选修多门功课，每门课程可被若干个学生选修；（4 4） 每个学生学习的课程有一个成绩。每个学生学习的课程有一个成绩。 在此关系模式中填入一部分具体的数据，则可得到在此关系模式中填入一部分具体的数据，则可得到SCDSCD关系模式的关系模式的实例，即一个教学管理数据库，如下图所示。实例，即一个教学管理数据库，如下图所示。 SNOSNOSNSNAGEAGEDEPTDEPTDEANDEANCNOCNOSCORESCORES1S1赵军赵军1717计算机计算机刘军航刘军航C1C19090S1S1赵军赵军1717计算机计算机刘军航刘军航C2C28585S2S2钱进钱

59、进1818信息信息王平王平C5C55757S2S2钱进钱进1818信息信息王平王平C6C68080S2S2钱进钱进1818信息信息王平王平C7C7 S2S2钱进钱进1818信息信息王平王平C5C57070S3S3张伟张伟2020信息信息王平王平C1C10 0S3S3张伟张伟2020信息信息王平王平C2C27070S3S3张伟张伟2020信息信息王平王平C4C48585S4S4李平李平2020自动化自动化刘军航刘军航C1C19393根据实际情况，这些数据有以下语义规定：根据实际情况，这些数据有以下语义规定：;642021-12-25根据上述的语义规定并分析以上关系中的数据，我们可以看出，（根据上

60、述的语义规定并分析以上关系中的数据，我们可以看出，（SCOSCO，CNOCNO属性的组合能唯一标识一个元组，所以属性的组合能唯一标识一个元组，所以SCOSCO，CNOCNO是该关系模式是该关系模式的主关键。但在进行数据库的操作时，会出现以下几方面的问题。的主关键。但在进行数据库的操作时，会出现以下几方面的问题。（1 1数据冗余。每个系名和系主任的名字存储的次数等于该系的学生人数乘以每数据冗余。每个系名和系主任的名字存储的次数等于该系的学生人数乘以每个学生选修的课程，同时学生的姓名、年龄也都要重复存储多次，数据的冗余度个学生选修的课程，同时学生的姓名、年龄也都要重复存储多次，数据的冗余度很大，浪