大学计算机基础_09数据库基础

1、9.1数据库系统的基本概念9. 2 数据模型 9.3 关系代数9.4 数据库设计习 题第9章 数据库基础 2022-6-421 数据数据 数据数据（Data）实际上就是描述事物的符号记录。）实际上就是描述事物的符号记录。 2 数据库数据库 数据库数据库（Database ，简称，简称DB）是数据的集合，它）是数据的集合，它具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内，是具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内，是多种应用数据的集成，并可被各个应用程序所共享。多种应用数据的集成，并可被各个应用程序所共享。 9.19.1数据库系统的基本概念数据库系统的基本概念9.1.19.1.1数据、数据库、数据

2、库管理系统数据、数据库、数据库管理系统 第9章 数据库基础 2022-6-433 数据库管理系统数据库管理系统 数据库管理系统数据库管理系统（Database Management System ，简称，简称DBMS）是数据库的机构，它是一种系）是数据库的机构，它是一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等。维护、控制及保护和数据服务等。 数据库管理系统是数据库系统的核心数据库管理系统是数据库系统的核心。第9章 数据库基础 2022-6-44 数据库管理系统提供：数据库管理系统提供： 数据定义语言数据定义语言（

3、Data Definition Language 简称简称DDL）。）。该语言负责数据的模式定义与数据的物理存取构建。该语言负责数据的模式定义与数据的物理存取构建。 数据操纵语言数据操纵语言（Data Manipulations Language 简称简称DML）。该语言负责数据的操纵，包括查询及增、）。该语言负责数据的操纵，包括查询及增、删、改等操作。删、改等操作。 数据控制语言数据控制语言（Data Control Language 。简称。简称DCL）。）。该语言负责数据完整性、安全性的定义与检查以及该语言负责数据完整性、安全性的定义与检查以及并发控制、故障恢复等功能。并发控制、故障恢复

4、等功能。 第9章 数据库基础 2022-6-454 数据库管理员数据库管理员 由于数据库的共享性，因此对数据库的规划、设计、由于数据库的共享性，因此对数据库的规划、设计、维护、监视等需要有专人管理，称他们为维护、监视等需要有专人管理，称他们为数据库管理数据库管理员员（Database Administrator 简称简称DBA）。）。 5 数据库系统数据库系统 数据库系统数据库系统（Database System 简称简称DBS）由如下）由如下几部分组成：几部分组成：数据库（数据）、数据库管理系统（软数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、数据库管理员（人员）、系统平台之一件）、数据库管理员（

5、人员）、系统平台之一 硬硬件平台（硬件）、系统平台之二件平台（硬件）、系统平台之二 软件平台（软软件平台（软件）件）。这五个部分构成了一个以数据库为核心的完整。这五个部分构成了一个以数据库为核心的完整的运行实体，称为数据库系统。的运行实体，称为数据库系统。第9章 数据库基础 2022-6-466 数据库应用系统（数据库应用系统（Database Application System 简称简称DBAS ) 利用数据库系统进行应用开发可构成一个数据库应用系利用数据库系统进行应用开发可构成一个数据库应用系统，统，数据库应用系统是数据库系统再加上应用软件及数据库应用系统是数据库系统再加上应用软件及应用

6、界面应用界面这三者所组成，具体包括：数据库、数据库这三者所组成，具体包括：数据库、数据库管理系统、数据库管理员，硬件平台、软件平台、应管理系统、数据库管理员，硬件平台、软件平台、应用软件、应用界面。用软件、应用界面。 第9章 数据库基础 2022-6-47数据管理经历了三个阶段：数据管理经历了三个阶段：人工管理阶段人工管理阶段：硬件无磁盘，直接存取硬件无磁盘，直接存取 。文件系统阶段文件系统阶段：简单的数据共享与数据管理能力简单的数据共享与数据管理能力 。数据库系统阶段数据库系统阶段：统一管理与共享数据统一管理与共享数据 。 9.1.2 数据库系统的发展数据库系统的发展第9章 数据库基础 20

7、22-6-489.1.39.1.3数据库系统的基本特点数据库系统的基本特点 1 1 数据的集成性数据的集成性：在数据库系统中按照多个应用的需要：在数据库系统中按照多个应用的需要组织全局的统一的数据结构（即数据模式）。组织全局的统一的数据结构（即数据模式）。2 2 数据的高共享性与低冗余性数据的高共享性与低冗余性。3 3 数据独立性数据独立性： （1 1）物理独立性）物理独立性 （2 2）逻辑独立性）逻辑独立性 第9章 数据库基础 2022-6-494 数据统一管理与控制数据统一管理与控制：包含以下三个方面：包含以下三个方面：（l l）数据的完整性检查）数据的完整性检查: : 数据的正确性；数据

8、的正确性；（2 2）数据的安全性保护：）数据的安全性保护： 防止非法访问；防止非法访问；（3 3）并发控制：）并发控制： 控制多个程序同时访问。控制多个程序同时访问。第9章 数据库基础 2022-6-410 9.1.4 9.1.4数据库系统的内部结构体系数据库系统的内部结构体系三级模式：三级模式： 外部级模式；外部级模式； 概念级模式；概念级模式； 内部级模式。内部级模式。 二级映射：二级映射： 外部级到概念级的映射；外部级到概念级的映射； 概念级到内部级的映射。概念级到内部级的映射。 第9章 数据库基础 2022-6-411应用外模式（用户数据库）应用外模式（用户数据库）应用外模式（用户数据

9、库）概念模式（概念数据库）内模式（物理数据库）数据库外模式概念模式映射概念模式内模式映射DBA视图用户视图系统程序员视图第9章 数据库基础 2022-6-4129. 2 数据模型数据模型 9.2.1数据模型的基本概念数据模型的基本概念 数据模型是数据特征的抽象，数据模型可将现实世界要求反映数据模型是数据特征的抽象，数据模型可将现实世界要求反映到数据库中的物理结构上。到数据库中的物理结构上。 现实世界：需用数据库实现部分需求。现实世界：需用数据库实现部分需求。信息世界：对现实世界进行抽象所构成的逻辑模型。信息世界：对现实世界进行抽象所构成的逻辑模型。 计算机世界计算机世界 ：将信息世界描述转化成

10、计算机物理结构上的描：将信息世界描述转化成计算机物理结构上的描述，从而形成物理模型。述，从而形成物理模型。 第9章 数据库基础 2022-6-413数据模型所描述的内容有三个部分，它们是数据结构、数据模型所描述的内容有三个部分，它们是数据结构、数据操作与数据约束。数据操作与数据约束。（1）数据结构：主要描述数据的类型、内容、性质以及）数据结构：主要描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系等。数据间的联系等。（2）数据操作：主要描述在相应数据结构上的操作类型）数据操作：主要描述在相应数据结构上的操作类型与操作方式。与操作方式。（3）数据约束：主要描述数据结构内数据间的语法、语）数据约束：主要描

11、述数据结构内数据间的语法、语义联系，它们之间的制约与依存关系。义联系，它们之间的制约与依存关系。第9章 数据库基础 2022-6-414 数据模型按不同的应用层次分成三种类型：数据模型按不同的应用层次分成三种类型： 概念数据模型概念数据模型（概念模型）：（概念模型）： 面向用户，与具面向用户，与具体的数据库管理系统无关。体的数据库管理系统无关。 逻辑数据模型逻辑数据模型（数据模型）（数据模型）: : 面向数据库系统。面向数据库系统。 物理数据模型物理数据模型（物理模型）：面向计算机物理表（物理模型）：面向计算机物理表示。示。 第9章 数据库基础 2022-6-4159.2.2 E-R9.2.2

12、 E-R模型模型 E-RE-R模型模型（entity-relationship model entity-relationship model ） （实体联系模型）（实体联系模型） 1. E-R 1. E-R 模型的基本概念模型的基本概念（l l）实体）实体实体是概念世界中的基本单位，它们是客观存在的且又实体是概念世界中的基本单位，它们是客观存在的且又能相互区别的事物。能相互区别的事物。实体集（实体集（entity setentity set）：有共性的实体组成的集合。）：有共性的实体组成的集合。第9章 数据库基础 2022-6-416（2 2）属性）属性属性刻画了实体的特征。属性刻画了实体的

13、特征。（3 3）联系）联系实体集间关系。有下面几种：实体集间关系。有下面几种：一对一一对一的联系（的联系（1 1：1 1）；）；一对多一对多或或多对一多对一联系（联系（1 1：M M 或或 M:1M:1）；）；多对多多对多联系（联系（M: NM: N）。）。第9章 数据库基础 2022-6-4172 . E-R 2 . E-R 模型三个基本概念之间的联接关系模型三个基本概念之间的联接关系E-R E-R 模型由上面三个基本概念组成。由实体、联系、属模型由上面三个基本概念组成。由实体、联系、属性三者结合起来才能表示现实世界。性三者结合起来才能表示现实世界。第9章 数据库基础 2022-6-4183

14、 . E-R 3 . E-R 模型的图示法模型的图示法 E-R E-R 模型可用图表示，这种图称为模型可用图表示，这种图称为E-RE-R图。图。（1 1）实体集表示法：）实体集表示法： 用矩形表示实体集。用矩形表示实体集。 （2 2）属性表示法：用椭圆形表示属性。）属性表示法：用椭圆形表示属性。（3 3）联系表示法：）联系表示法： 菱形表示联系。菱形表示联系。2 . E-R 2 . E-R 模型三个基本概念之间的联接关系模型三个基本概念之间的联接关系由实体、联系、属性三者结合起来才能表示现实世界。由实体、联系、属性三者结合起来才能表示现实世界。第9章 数据库基础 2022-6-419举例：假设

15、在教学中有三个实体：举例：假设在教学中有三个实体：n学生（学生（学号学号，姓名，专业，年龄，性别），姓名，专业，年龄，性别）n教师（教师（职工号职工号，姓名，职称，年龄），姓名，职称，年龄）n课程（课程（课程号课程号，课程名，学分，学时），课程名，学分，学时）两个联系：两个联系：u选课（学号，课程号）选课（学号，课程号）u教课（职工号，课程号）教课（职工号，课程号）第9章 数据库基础 2022-6-4209.2.3层次模型层次模型层次模型是最早发展起来的数据库模型。层次模型是最早发展起来的数据库模型。第9章 数据库基础 2022-6-4219.2.4网状模型网状模型 网状模型的出现略晚于层次模

16、型，网状模型的出现略晚于层次模型，第9章 数据库基础 2022-6-4229.2.5 关系模型关系模型 1 关系的数据结构关系的数据结构关系模型采用二维表来表示，简称表。二维表由表框架及表关系模型采用二维表来表示，简称表。二维表由表框架及表的元组组成。的元组组成。表框架由表框架由n 个命名的属性组成，个命名的属性组成，n 称为属性元数。每个属性称为属性元数。每个属性有一个取值范围称为值域。有一个取值范围称为值域。一个元组是由一个元组是由n个元组分量所组成。一个表框架可以存放个元组分量所组成。一个表框架可以存放m 个元组，个元组，m 称为表的基数。称为表的基数。 上述二维表称为关系（上述二维表称

17、为关系（Relation) Relation) ，以二维表为基本结构所，以二维表为基本结构所建立的模型称为关系模型。建立的模型称为关系模型。学号姓名性别出生日期籍贯民族0403101张平男02/18/86辽宁汉0403102王芳女10/25/86陕西汉0403103刘岩男08/16/87吉林朝0403104高丽女06/10/85广西壮第9章 数据库基础 2022-6-423二维表的性质：二维表的性质： 元组个数有限性。元组个数有限性。 元组的惟一性。元组的惟一性。 元组的次序无关性。元组的次序无关性。 元组分量的原子性。元组分量的原子性。 属性名惟一性。属性名惟一性。属性的次序无关性。属性的次

18、序无关性。 分量值域的同一性。分量值域的同一性。学号姓名性别出生日期籍贯民族0403101张平男02/18/86辽宁汉0403102王芳女10/25/86陕西汉0403103刘岩男08/16/87吉林朝0403104高丽女06/10/85广西壮第9章 数据库基础 2022-6-424在二维表中凡能惟一标识元组的最小属性集称为该表的键（主键）或码（主码）。表R中的某属性集是某表S的键，则称该属性集为R的外键或外码 。关系框架与关系元组构成了一个关系。一个语义相关的关系集合构成一个关系数据库。关系的框架称为关系模式，而语义相关的关系模式集合构成了关系数据库模式。 关系模式支持子模式，关系子模式对应

19、用户数据库称视图。 第9章 数据库基础 2022-6-4252 关系操纵关系操纵 关系模型的数据操纵即是建立在关系上的数据操纵，关系模型的数据操纵即是建立在关系上的数据操纵，一般有查询、增加、删除及修改四种操作。一般有查询、增加、删除及修改四种操作。 3 关系中的数据约束关系中的数据约束 （l）实体完整性约束；）实体完整性约束； （2）参照完整性约束；）参照完整性约束； （3）用户定义的完整性约束。）用户定义的完整性约束。 第9章 数据库基础 2022-6-4269.3.1 9.3.1 关系模型的基本操作关系模型的基本操作设设n n元关系元关系R R 有有n n 个域个域: D: D1 1,D

20、,D2 2， ，D Dn n 其笛卡尔积是：其笛卡尔积是：D D1 1D D2 2 D Dn n 该集合的元素为：该集合的元素为： ( d( d1 1,d,d2 2， ，d dn n）d di iDDi i该集合与该集合与n n 元关系元关系R R 有如下联系：有如下联系： ABC100276.388.1100388.255.0100498.578.0关系模型有插入、删除、修改和查询四种操作 9.3 关系代数关系代数第9章 数据库基础 2022-6-4279.3.2 9.3.2 关系模型的基本运算关系模型的基本运算 ABC100243100354100444ABC100243100555（1

21、1）插入）插入设有关系设有关系R R 需插入的元组为需插入的元组为R R则插入可用集合并运算表示为：则插入可用集合并运算表示为： R U RR U R R（2 2）删除）删除设有关系设有关系R R 需删除的元组为需删除的元组为R R则删除可用集合差运算表示为：则删除可用集合差运算表示为： R - RR - R 第9章 数据库基础 2022-6-428（3 3）修改）修改要修改关系要修改关系R R 内的元组可用下面的内的元组可用下面的方法实现：方法实现： 设要修改的元组构成关系设要修改的元组构成关系R R，则先做删除得：则先做删除得： R RRR 设修改后的元组构成关系设修改后的元组构成关系 R

22、R，此时将其插入即得到结果：此时将其插入即得到结果： （R RR)RR)RABC100243100354100444ABC100243RABC100255第9章 数据库基础 2022-6-429用于查询的一些操作无法用传统的集合运算表示，用于查询的一些操作无法用传统的集合运算表示，需要引入一些新的运算。需要引入一些新的运算。 投影（投影（Projection Projection ）运算）运算 关系关系 RABC100235100323100456AB100231003210045第9章 数据库基础 2022-6-430 选择（选择（selectionselection）运算）运算 关系关系

23、RABC100235100323100456ABC100235100456第9章 数据库基础 2022-6-431 笛卡尔积（笛卡尔积（Cartesian Product ）运算）运算 XY2332ABCXY100213152310021315321003121323100312133210041516231004151632SRSABC100213151003121310041516则则R 与与S的笛卡尔积的笛卡尔积RS是一个是一个n + m 元关系，元关系，元组个数是元组个数是pq 。R设设n 元关系元关系R有有p 个元组，个元组， m 元关系元关系S 有有q 个元组，个元组，第9章 数据

24、库基础 2022-6-4329.3.3 关系代数中的扩充运算关系代数中的扩充运算扩充运算有交、除、连接及自然连接等。扩充运算有交、除、连接及自然连接等。 这些运算可由基本运算导出。这些运算可由基本运算导出。1. 交运算交运算关系关系R与与S的交运算为的交运算为RS 。注：注： RS =R-(R-S)AB100241003510044RAB1002410055SAB10024 第9章 数据库基础 2022-6-4332. 除（除（division）运算）运算当关系当关系TRS 时，时，则可将除运算写成为：则可将除运算写成为：TR = S 或或T/R = S S称为称为T 除以除以R的商（的商（q

25、uotient ）。）。XY2332ABCXY100213152310021315321003121323100312133210041516231004151632ST=RSABC100213151003121310041516R第9章 数据库基础 2022-6-4343. 连接（连接（join）与自然连接（）与自然连接（natural join）运算）运算 设有关系设有关系R 、S 以及比较式以及比较式ij ，则则R 、S 的的连接记为：连接记为： R S ij 其含义为：其含义为： R S = ij(RS) ij AB100241003510044RCD1002310055SABCD10

26、035100231004410023 第9章 数据库基础 2022-6-435自然连接自然连接： 两关系间有公共域；两关系间有公共域； 通过公共域的通过公共域的相等相等进行连接。进行连接。AB100241003510044RCD1002310055SABD100243 第9章 数据库基础 2022-6-4369.4 数据库设计数据库设计9.4.1数据库设计概述数据库设计概述 第9章 数据库基础 2022-6-4379.4.29.4.2数据库设计的需求分析数据库设计的需求分析 信息要求。信息要求。指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质。指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质。 处理要求。处理

27、要求。指用户要完成什么处理功能。指用户要完成什么处理功能。 安全性和完整性的要求。安全性和完整性的要求。 第9章 数据库基础 2022-6-4389.4.39.4.3数据库概念设计数据库概念设计 1.1.数据库概念设计数据库概念设计概述概述目的：目的： 分析数据间内在语义的关联，在此基础上建立一个数分析数据间内在语义的关联，在此基础上建立一个数据的抽象模型。据的抽象模型。方法：方法： （l l）集中式模式设计法）集中式模式设计法 （2 2）视图集成设计法）视图集成设计法第9章 数据库基础 2022-6-4392 2 数据库概念设计的过程数据库概念设计的过程使用使用E-R E-R 模型与视图集成

28、法进行设计时，需要按以下模型与视图集成法进行设计时，需要按以下步骤进行：步骤进行：(1) (1) 选择局部应用：由数据流图，设计选择局部应用：由数据流图，设计E-RE-R图图(2) (2) 视图设计：（三种形式）视图设计：（三种形式） 自顶向下自顶向下 由底向上由底向上 由内向外由内向外(3) (3) 视图集成视图集成第9章 数据库基础 2022-6-4409.4.49.4.4数据库的逻辑设计数据库的逻辑设计 1 1 从从E-R E-R 图向关系模式转换图向关系模式转换 数据库的逻辑设计主要工作是将数据库的逻辑设计主要工作是将E-R E-R 图转换成指定图转换成指定RDBMSRDBMS中的关系

29、模式。中的关系模式。 实体（实体集）与联系可表示成关系，实体（实体集）与联系可表示成关系， 属性可表示成关系中的属性。属性可表示成关系中的属性。如图所示：如图所示：第9章 数据库基础 2022-6-441学号姓名专业年龄性别选课职工号 姓名职称年龄教课第9章 数据库基础 2022-6-4422 2 逻辑模式规范化及调整、实现逻辑模式规范化及调整、实现3 3 关系视图设计（外模式设计）关系视图设计（外模式设计）第9章 数据库基础 2022-6-4439.4.59.4.5数据库的物理设计数据库的物理设计数据库物理设计的主要目标是对数据库内部物理结构作调数据库物理设计的主要目标是对数据库内部物理结构

30、作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度及整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度及有效利用存储空间。有效利用存储空间。第9章 数据库基础 2022-6-4449.4.69.4.6数据库的建立与维护数据库的建立与维护 1 1 数据库的建立数据库的建立2 2 数据库的运行和维护数据库的运行和维护第9章 数据库基础 2022-6-445选择题 1数据库系统的核心是（ ）。A ）数据库 B ）数据库管理系统C ）数据模型 D ）软件工具答案：B 第9章 数据库基础 2022-6-446选择题 2下列有关数据库的描述，正确的是（ ）。A) 数据库是一个DBF文件B) 数据库是一个关系C)

31、数据库是一个结构化的数据集合D) 数据库是一组文件答案：C 第9章 数据库基础 2022-6-447选择题 3下列叙述中，不属于数据库系统的是（ ）。A) 数据库 B) 数据库管理系统 C) 数据库管理员 D) 数据库应用系统答案：D第9章 数据库基础 2022-6-448选择题 4在数据管理技术的发展过程中，经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。其中数据独立性最高的阶段是（ ）。A）人工管理阶段 B）文件系统阶段C）数据库系统阶段 D）以上皆是答案：C第9章 数据库基础 2022-6-449选择题 5下述关于数据库系统的叙述中正确的是（ ）。A ）数据库系统减少了数据冗余B ）数

32、据库系统避免了一切冗余C ）数据库系统中数据的一致性是指数据类型一致D ）数据库系统比文件系统能管理更多的数据答案：A 第9章 数据库基础 2022-6-450选择题 6应用数据库的主要目的是（ ）。A) 解决数据保密问题B) 解决数据完整性问题C) 解决数据共享问题D) 解决数据量大的问题答案：C 第9章 数据库基础 2022-6-451选择题 7数据库管理系统DBMS中用来定义模式、内模式和外模式的语言为（ ）。 A) C B) Basic C) DDL D) DML答案：C 第9章 数据库基础 2022-6-452选择题 8公司中有多个部门和多名职员，每个职员只能属于一个部门，一个部门可

33、以有多名职员，从职员到部门的联系类型是（ ）。A) 多对多B) 一对一 C) 多对一 D) 一对多答案：C 第9章 数据库基础 2022-6-453选择题 9用树形结构来表示实体之间联系的模型称为（ ）。A ）关系模型 B ）层次模型 C ）网状模型 D ）数据模型答案：B第9章 数据库基础 2022-6-454选择题 10关系表中的每一横行称为一个（ ）。A ）元组 B ）字段 C ）属性 D ）码答案：A第9章 数据库基础 2022-6-455选择题 11按条件f 对关系R 进行选择，其关系代数表达式是（ ）。A ) RR B ) R R C ) f(R) D ）f(R) 答案：C 第9章 数据库基础 2022-6-456选择题 12关系数据库管理系统能实现的专门关系运算包括（ ）。A ）排序、索引、统计 B ）选择、投影、连接C ）关联、更新、排序 D ）显示、打印、制表答案：B 第9章 数据库基础 2022-6-457选择题 13在关系数据库中，用来表示实体之间联系的是（ ）。A ）树结构