数据库应用基础讲义tw

1、数据库应用基础 数据库的基本概念 数据库系统的组成及特点 数据模型 关系数据库的基本概念 及基本操作 本章知识要点第一页，共八十四页。5.1 数据库概述 5.1.1 数据库应用实例 5.1.2 数据库的基本术语 5.1.3 数据库技术的发展本节内容第二页，共八十四页。 5.1.1 数据库应用实例 超市销售系统 铁路售票系统 图书馆管理系统 银行业务系统 学校教学管理系统 能列出哪些管理需要大批量数据吗 ？第三页，共八十四页。简单地说，数据库是相关信息的集合。为了实现计算机的信息管理和处理，必须科学合理地建立数据库，要有相应系统软件的支持，而且要开发出相应业务的应用软件。 第四页，共八十四页。5

2、.1.2 数据库的基本术语 数据(Data)是用来记录信息的可识别的符号，是数据库中存储的基本对象。 数 据 245.78礼貌aBkWG第五页，共八十四页。5.1.2 数据库的基本术语数据库(DataBase，DB)是长期存放在计算机外存上、有结构的、可共享的相关数据的集合。 数 据 库第六页，共八十四页。5.1.2 数据库的基本术语数据库管理系统（DBMS）是用于建立、使用和维护数据库的系统软件数据库管理系统 数据库管理系统是位于操作系统之上的一层系统软件。第七页，共八十四页。5.1.3 数据库技术的发展1第一阶段人工管理阶段第二阶段文件系统阶段第三阶段数据库系统阶段第八页，共八十四页。特点

3、: 数据不保存在计算机内。 没有专用的软件对数据进行管理。 只有程序的概念，没有文件的概念。 一组数据对应一个程序。人工管理阶段学生处教务处人事处学生信息数据集课程信息数据集教师信息数据集应用程序1应用程序2应用程序n数据组1数据组2数据组n第九页，共八十四页。应用程序1应用程序2应用程序n学生数据文件课程数据文件教师数据文件文件管理阶段（50后期-60中期）文件系统缺点：共享性差，数据冗余度大 第十页，共八十四页。文件系统中，数据为什么难以共享呢？1005张三7006151800设计所职工号 姓名 出生日期 工资 部门 1005 张三 700615 1800 设计所文件系统中，数据的含义不明

4、显第十一页，共八十四页。定义数据时，能把数据的含义也定义进去；存储数据时，能一起存储数据的含义；显示数据时，能同时显示数据的含义，成为改进文件系统的关键。从而出现了数据管理的新方式数据库系统。在数据库系统中，数据以一种全新的方式 数据库存储；管理数据库的生成、修改、使用的是一种新的管理数据的软件数据库管理系统。第十二页，共八十四页。应用程序1应用程序2应用程序n数据库 数据库管理系统数据库管理阶段（60后期-）第十三页，共八十四页。5.2 数据库系统 5.2.1 数据库系统的组成 5.2.2 数据库系统的三级模式结构 5.2.3 数据库管理系统简介 本节内容 5.2.4 数据库系统的特点 第十

5、四页，共八十四页。数据库系统(DataBase System，DBS) 是指在计算机系统中引入了数据库技术后的系统，它包括硬件、软件和人员等部分。第十五页，共八十四页。数据库DB强调的是数据数据库管理系统DBMS 是系统软件数据库系统DBS强调的是整个 应用系统第十六页，共八十四页。5.2.1 数据库系统的组成 用户1用户2用户3数据库管理员数据库图5.3 数据库系统组成示意图应用系统应用开发工具数据库管理系统操作系统第十七页，共八十四页。DBS 组成图示用户用户用户应用系统应用开发工具数据库管理系统数据库数据库管理员DBMS硬件DS操统BM编译系统应 用软件工具开发应系用统作系DBA第十八页

6、，共八十四页。数据库系统的组成数据库(DB)：有组织的相关数据的集合数据库管理系统（DBMS）：DBMS是数据库系统的核心，其主要任务是管理数据库，为用户提供访问数据库的方法。应用系统：为满足用户需要而开发的数据库应用软件应用开发工具：为开发数据库应用系统而采用的各种开发工具。 人员：与数据库系统打交道的人。最终用户、应用程序开发人员、数据库管理员第十九页，共八十四页。5.2.2 数据库系统的三级模式结构最终用户-外部视图-外模式应用系统开发人员-概念视图-模式数据库管理员-内部视图-内模式第二十页，共八十四页。5.2.2 数据库系统的三级模式结构 模式又称为逻辑模式，是数据库中全体数据的全局

7、逻辑结构和特征的描述。 外模式又被称为用户模式，是根据用户的需要从模 式中导出的子模式，是用户最后看到的数据的局部逻辑结构，是与某应用程序有关的整个数据库中部分数据的描述。 外模式 模式 内模式又称为存储模式，是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在存储介质上的保存方式。 内模式 第二十一页，共八十四页。第二十二页，共八十四页。5.2.2 数据库系统的三级模式结构（续） 模式/内模式映像定义了模式和内模式之间的对应关系，是数据的全局逻辑结构和数据的存储结构之间的对应关系。 模式/内模式映像 外模式/模式映像定义了外模式和模式之间的对应关系，是数据的全局逻辑结构和数据的局部逻辑结构之间的对应关系

8、。 外模式/模式映像 第二十三页，共八十四页。模式/内模式映象内模式数据库模式外模式/模式映象B外模式/模式映象A数据库管理系统外模式A外模式B应用程序1应用程序2应用程序3应用程序4应用程序5OS数据库系统三级模式结构第二十四页，共八十四页。数据库管理系统（DBMS）的功能 数据库定义功能 数据操纵功能 数据库的建立和维护功能 数据库的运行管理功能 数据通信功能 数据字典第二十五页，共八十四页。常见的数据库管理系统Microsoft AccessVisual FoxProOracleMicrosoft SQL Server 第二十六页，共八十四页。 常见的数据库管理系统 大型常用的数据库管理

9、系统： Oracle 数据库管理系统 Sybase 数据库管理系统（铁路系统）DB2 Microsoft SQL Server 数据库管理系统小型常用的数据库管理系统： Microsoft Access 数据库管理系统 Visual FoxPro 数据库管理系统第二十七页，共八十四页。5.2.4 数据库系统的特点 数据的结构性强 1. 数据的共享性好，冗余度低 2. 数据的独立性高 3. 数据控制功能强 4.第二十八页，共八十四页。5.3 数据模型 5.3.1 三个世界的概念 5.3.2 概念模型 5.3.3 数据模型 本节内容第二十九页，共八十四页。 5.3.1 三个世界的概念 人们管理的事

10、物存在现实世界中，事物与事物之间存在着联系。 概念世界是现实世界中的事物在人们头脑中的反映，是对客观事物及其联系的抽象描述。 概念世界 现实世界 是在概念世界抽象描述的基础上，进一步抽象为便于计算机处理的数据形式。 数据世界（计算机世界 ） 第三十页，共八十四页。 数据描述 数据从现实世界到计算机数据库里的具体表现要经历3个阶段现 实 世 界概 念 世 界数据世界（DBMS支持的数据模型）对信息进行收集、分类和抽象对信息进行加工转换（事物、事物性质）（实体、实体属性）（记录、数据项） 抽象化数据化概念模型描述 数据模型描述 第三十一页，共八十四页。 5.3.2 概念模型 概念模型是人们对现实世

11、界客观事物及其联系的一种抽象描述，是人们对现实世界抽象出来的模型。 概念模型是现实世界到计算机世界而构建的一个中间层次，是数据库设计的基础。第三十二页，共八十四页。 实 体 ：把客观存在并且可以相互区分的事物称为实体，例如一名学生 。 属 性：描述实体的特性称为属性。 实体集：同一类型实体的集合称为实体集。 实体型：对同类实体的描述称为实体型。它由实体名与其属性名共同构成。概念模型的基本概念和术语第三十三页，共八十四页。 关键字：能够唯一标识实体集中每个实体的某一属性或属性组称为关键字，它的值能够唯一区分不同的实体。 联系：在概念模型中将实体集之间的对应关系称为联系。通过联系反映现实世界事物之

12、间的相互关联。 概念模型的基本概念和术语第三十四页，共八十四页。部门医生护士1m组成n工作医生护士执行mnp一对多 多对多 一对一 、一对多 、 多对多两个实体集的联系有三种类型：第三十五页，共八十四页。例如：在足球世界杯比赛中，球队集与场上队长集之间对于代表关系来说，具有一对一的联系；主教练集与队员集之间对于指导关系来说，具有一对多的联系；裁判集与队员集之间对于执法关系来说，具有多对多的联系。 第三十六页，共八十四页。5.3.3 数据模型数据模型是计算机世界按数据库的观点，对概念世界的数据抽象表示的工具。 在数据库系统中DBMS支持的常见的数模型有三种：层次模型、网状模型和关系模型第三十七页

13、，共八十四页。层次模型用树状结构表示实体与实体间联系的数据模型特点仅有一个结点（根结点）；其他结点有且仅有一个父结点；记录之间的联系通过指针来实现，查询效率较高；缺点由于层次顺序的严格和复杂，引起数据的查询和更新操作很复杂，因此应用程序的编写也比较复杂。第三十八页，共八十四页。层次模型举例: 学校的系所教课程的层次模型系编号 系名室编号 室名课程号 课程名 学时数姓名 性别 职称 年龄其中系是根结点，树状结构反映的是实体型之间的结构，该模型实际存储的数据通过链接指针体现的这种联系。第三十九页，共八十四页。网状模型用网状结构表示实体与实体间联系的数据模型 特点 允许结点有多于一个的父结点； 可以

14、有一个以上的结点没有父结点； 记录之间联系通过指针实现。 缺点： 数据结构复杂和编程复杂第四十页，共八十四页。教 师课 程学 生教室例如：某学校教学管理的简单的网状模型 一名学生可以选修多门课程 一名教师可以开多门课程 一门课程可以由多名教师教 一门课程可以在多个教室上 一个教室可以上多门课程第四十一页，共八十四页。关系模型 用二维表来表示实体与实体之间联系的数据模型。关系模型是将同一类实体的数据组织成二维表的形式。每个二维表称为一个关系。 第四十二页，共八十四页。学号姓名性别年龄专业20070001李红女19计算机20070002王晓平男18自动化20070005赵胜利男19计算机20070

15、003张灵女20化工20070004杨中华女18化工关系student（学生基本情况表） 第四十三页，共八十四页。关 系： 一个关系对应一张二维表。每个关系 必须有一个关系名。例如，关系名student 。属 性：表中的一列为一个属性。每个属性都有一个名称，称为属性名。记 录：表中的一行数据称为一条记录。也被称为元组。关键字：表中某一属性或属性组，它的值能够唯一标识一条记录，则把这一属性或属性组称为关键字。关系模型的基本概念和术语第四十四页，共八十四页。关系模型的逻辑结构是一张二维表，由行和列组成。关系学号姓名性别系别年龄籍贯95001950029500395004 95700李勇刘成王明张力

16、杨晓东男女女男男计科信息数学计科物理2019181921江苏山东北京北京 山西学 生 登 记 表 关系名关键字属性（列）属性名元组（行）第四十五页，共八十四页。 值 域：属性的取值范围称为值域。 关系模式：是对关系的描述，它主要包括关系名，组成该关系的各属性名、值域和关键字。 关系模式的一般形式为： 关系名(属性名1，属性名2，,属性名n)关系模型的基本概念和术语第四十六页，共八十四页。关系模式的一般形式示例1：关系student的关系模式是： student(学号，姓名，性别，年龄，专业) 其中属性“学号”带有下划线，表示是关键字。 示例2：关系success的关系模式是： success(

17、学号，课程编号，成绩)其中属性“学号”和“课程编号”带有下划线，表示关键字是由属性“学号” 和“课程编号”的组合。第四十七页，共八十四页。5.4 关系数据库及其应用 5.4.1 关系数据库 5.4.2 关系模型的三级模式结构 5.4.3 关系模型的完整性规则本节内容 5.4.5 结构化查询语言SQL 5.4.4 关系操作第四十八页，共八十四页。5.4.1 关系数据库 采用关系模型作为数据的组织方式的数据库称为关系数据库。 关系数据库是若干个关系的集合（由若干张相关的二维表组成） 每个关系必须有一个关键字，由表中某一属性或属性组构成，它的值能够唯一确定一条记录。 第四十九页，共八十四页。 在关系

18、数据库中，两个关系的联系一般是通过相同的属性建立的，其中，将一个关系称为主表，另一个关系称为从表。 主表中的关键字称为主键；而从表中某个属性或属性组不是该关系的关键字，但它是主表的关键字，则把这个属性或属性组称为外键。 表与表之间的联系是通过主键和外键为纽带建立的。在两个关系中，以外键作为主键的表称为主表，外键所在的表称为从表。第五十页，共八十四页。学号姓名性别年龄专业20070001李红女19计算机20070002王晓平男18自动化20070005赵胜利男19计算机20070003张灵女20化工20070004杨中华女18化工关系student（学生基本情况表） 从表主表外键主键第五十一页，

19、共八十四页。关系模型的数据结构学号姓名性别年龄系号原校9301011张力女2201北京四中9303021林宏叶男2310上海中学9210081王朝男2410人大附中9201291陈婷婷女2301北大附中9301161李一明男3001科大附中系号系名办公室主任电话01计算机教209张立30102物理教501李记欣27603数学教410王鸣利34604化学教306高明417外语教701陈刚628学生登记表系信息表属性(列)和属性名元组（行）主键外键关系名从表主表第五十二页，共八十四页。5.4.2 关系模型的三级模式结构关系模型基本遵循数据库系统的三级模式结构在关系模型中： 模式是关系模式的集合 外

20、模式是关系子模式的集合 内模式是存储模式的集合。 第五十三页，共八十四页。5.4.2 关系模型的三级模式结构关系模式是对关系的描述。三个关系的关系模式分别是：student(学号,姓名,性别,年龄,专业)success(学号,课程编号,成绩)course(课程编号,课程名称,学时,学分) 关系模式 第五十四页，共八十四页。5.4.2 关系模型的三级模式结构 关系子模式（外模式）是用户所需要的数据描述，其数据是从若干个关系模式中按给定的条件选取出来的。 关系子模式 例如:关系子模式success1(姓名,专业, 课程编号, 成绩)关系子模式success2(姓名, 专业, 课程名称, 成绩)第五

21、十五页，共八十四页。5.4.2 关系模型的三级模式结构(内模式)是关系在物理存储设备上 存储方式的描述，是数据库所采用 的物理模型。 关系存储时的基本组织方式是记录存储模式 第五十六页，共八十四页。5.4.3 关系模型的完整性规则实体完整性是对关系中记录唯一性，即关键字的约束。 （关键字的值不能为空且不能有相同的值）参照完整性是对关系数据库建立联系的关系之间数据参照引用的约束，也就是对外键的约束。（从表中外键的值必须是主表主键的有效值或是空） 用户定义的完整性是根据应用环境的不同，针对某一具体数据的约束条件。 关系模型的完整性规则是对数据的约束。 第五十七页，共八十四页。5.4.4 关系操作在

22、关系数据库中，对关系的操作主要是指对一张表或者两张表中相应行（记录）、列（属性）内容的操作。关系操作主要包括选择、投影和连接等三种。 第五十八页，共八十四页。选择操作是指在一个关系中选择出满足给定条件的记录(也称为行或元组)组成新关系1选择操作 例如：在关系student(学生基本情况表)中找出女学生的数据。给定的条件应该是性别为“女”。在操作时按照给定的条件对表中每一条记录进行筛选，将选择出来的记录组成一个新关系（结果）。 第五十九页，共八十四页。投影操作是指在一个关系的所有属性中选取 指定属性列组成新关系。2投影操作 例如：在关系student（学生基本情况表）中找出所有学生的姓名、年龄和

23、专业。操作时，在所有属性列中选取姓名、年龄和专业三个属性列组成新关系。 第六十页，共八十四页。3连接操作 连接操作一般是将两个关系通过连接条件组成一个新关系。 在新关系中包含原有两个关系的所有属性，其中属性名表示方法是属性名前加上原有关系名。 新关系中的记录是通过连接原有关系的记录得到的。第六十一页，共八十四页。 例题1：在两个关系student和success进行连接操作，连接的条件是student的学号等于success学号第六十二页，共八十四页。第六十三页，共八十四页。例题2： 两个关系student和success进行连接操作连接的条件是student的学号等于 success的学号，

24、要求连接后新关系中只包括女学生的姓名、 专业、课程编号和成绩。在这个例子中首先完成连接操作， 然后再进行选择和投影操作。 第六十四页，共八十四页。第六十五页，共八十四页。5.4.5 结构化查询语言SQL(1) 基本表：是实际存储在数据库中的表（即关系）。(2) 视图：是从已有的若干个关系导出的关系，它的数据是基于基本表的数据，实际并不存在（虚表）。用户可以通过视图使用数据库中基本表的数据。(3) 存储文件：是外存储器的一个物理文件。一个存储文件可以存放一个或多个基本表。实际上，一个存储文件对应一个数据库。基本表是数据库的主要对象，大多数数据库由多个基本表组成，而表与表之间通过主键和外键建立联系

25、。 1SQL的基本结构 第六十六页，共八十四页。5.4.5 结构化查询语言SQL数据定义功能：定义基本表、定义视图和定义索引。(2) 数据操纵功能：查询和更新。更新主要包括增加、删除和修改等操作。实现查询和更新的语句有SELECT、INSERT、DELETE和UPDATE。(3) 数据控制功能：控制用户对数据的操作权限。 2SQL语言的主要功能 第六十七页，共八十四页。5.4.5 结构化查询语言SQL(1) SELECT语句的基本格式SELECT *allcolumn1, column2, FROM table1, table2, WHERE condition SELECT：关键字。 *al

26、lcolumn1, column2, ：目标列。其中“”表示“或者” ；*和all表示所有列；column1, column2, 表示指定列。 FROM 子句：查询的基本表名。（不能确省） WHERE子句：查询的条件，其中condition表示查询表达式（可以确省）。常用比较运算符有： 、=、=、3SQL的数据查询语句 第六十八页，共八十四页。5.4.5 结构化查询语言SQL(1) SELECT语句的基本格式SELECT *allcolumn1, column2, FROM table1, table2, WHERE condition(2) SELECT语句的功能 从FROM 子句指明的基本

27、表中，首先找出符合WHERE子句中查询条件的元组；再根据目标列形成结果表。如果确省WHERE子句，则查询出所有的元组。 3SQL的数据查询语句 第六十九页，共八十四页。例5.1 查询出student表中所有学生的信息。 SELECT * FROM student；例5.2 查询出student表中所有学生的姓名和年龄 SELECT 姓名，年龄 FROM student；例5.3 查询出student表中女学生的信息。 SELECT * FROM student WHERE 性别=女；例5.4 查询出student表中年龄为19岁的学生学号、姓名和专业。 SELECT 学号，姓名，专业 FROM

28、 student WHERE年龄=19；3SQL的数据查询语句 第七十页，共八十四页。例5.5 查询出success表中成绩大于（含等于）90分的学生信息。SELECT * FROM success WHERE 成绩=90；例5.6 查询出所有学生的学号、姓名、课程编号和成绩。 SELECT student.学号，student.姓名， success.课程编号，success.成绩 FROM student，success WHERE student.学号 = success.学号；第七十一页，共八十四页。例5.7 查询出所有学生的学号、姓名、课程名称和成绩。 SELECT student.

29、学号，student.姓名， course.课程名称，success.成绩 FROM student，success，course WHERE student.学号 = success.学号， success.课程编号= course.课程编号； 第七十二页，共八十四页。55 关系数据库设计 5.5.1 数据库设计步骤 5.5.2 数据库设计案例本节内容第七十三页，共八十四页。5.5.1 数据库设计步骤1用户需求分析在设计数据库之前要对用户的需求进行调研，确定应用系统的功能，收集现实中需要处理的数据。2概念模型设计概念模型设计是确定有哪些实体、每个实体由哪些属性以及实体集之间的联系类型等。将设

30、计的概念模型用E-R图描述出来。3第七十四页，共八十四页。5.5.1 数据库设计步骤3逻辑模型设计：将概念模型表示为计算机中DBMS支持的数据模型。在关系数据库设计中，将E-R图表示为关系模型（关系模式以及关系表）。 在关系数据库设计中，对关系模式以及关系表要适当调整关系的结构，尽量减少关系中的数据冗余，方便操作和管理。4物理模型设计：将逻辑模型转换为计算机存储设备的存储结构（将关系名转换为文件名，将属性名转换为字段名，确定字段的数据类型、长度和有效性规则等）。 3第七十五页，共八十四页。5.5.2 数据库设计案例5.1节实例中“学生考试成绩管理系统”关系数据库设计的大致过程。1用户需求分析

31、通过与用户的交流和用户需求的分析，确定学生成绩管理系统应该具备的基本功能： (1) 录入和维护学生的各门课程的成绩。 (2) 方便查询和浏览学生的成绩。 (3) 对成绩进行统计。 (4) 能够打印输出各种表格。3第七十六页，共八十四页。5.5.2 数据库设计案例2. 概念模型设计 确定实体、每个实体的属性以及实体集之间的联系类型等。(1) 数据库中主要包括的实体有：学生、成绩和课程。(2) 确定每个实体的属性 学生实体的属性：学号、姓名、性别、年龄和专业 成绩实体的属性：学号、课程编号和成绩 课程实体的属性：课程编号、课程名称、学时和学分。(3) 画出E-R图第七十七页，共八十四页。5.5.2 数据库设计案例3逻辑模型设计将学生、成绩和课程