数据库应用01 数据库系统概述

第一章数据库系统概论数据库技术数据模型关系数据库数据库系统应用模式本章概要数据库系统的功能关系数据库的核心概念（主、外键）数据库模式的概念关系数据库的概念建模（E-R模型）关系操作关系完整性约束(实体完整性、参照完整性)1.1数据库技术信息与数据数据处理数据库系统1.1.1信息与数据数据：记录现实世界中各种信息并可以识别的物理符号，是信息的载体，是信息的具体表现形式。数据含义的广义性：字符(文字和符号)、图表(图形、图像和表格)及声音等。信息与数据如：“一匹马”这个信息，可以表示为数据

1或者数据有两方面的特征：数据的形式（符号）。（语法）（“1”）数据的内容（含义）。（语义）（“一匹马”）1.1.2数据处理（1）计算机四大应用数据处理：工资系统、人口管理、学籍管理等等，占计算机应用的95%。科学计算：有限元分析、建筑结构力学计算等。过程控制：炉窑自动温度控制等。辅助设计：家装CAD、CIMS（计算机集成制造系统）等等。1.1.2数据处理（2）数据处理：指利用计算机对各种形式的数据进行一系列的存储、加工、计算、分类、检索、传输等处理。1.1.2数据处理（3）主要技术：数据库技术数据库技术：关系数据库关系数据库：多种类型数据库企业（大型）级：DB2(IBM)、ORACLE(ORACLE)工作组级：SQLSERVER(MS)、MySQL个人（桌面）级：Access、VFoxPro、SQLite31.1.3数据库系统数据库的概念数据库的发展数据库的特征数据库的构成1.数据库的概念(1)数据库(Database或DataBase,简称DB)是存放在外存上并通过数据库管理系统(DatabaseManagementSystem，简称DBMS)来存取和访问、管理的数据集中地。DB文件…101010101……010101010…1.数据库的概念(2)DBS=DB+DBMS+DBADBSDB文件DBMS1.数据库的概念（3）DB：以一定的组织形式存放在计算机存储介质上的相互关联的数据的集合。DBMS：DBS的核心。为数据库的建立、使用、维护的软件。DBMS提供用户对DB进行操作的各种命令：（DB的建立、记录的输入、修改、检索、显示、删除和统计等）DBA：数据库管理员(Administrator)数据库角色2.数据库的发展人工管理阶段文件管理系统阶段数据库系统阶段2.数据库的发展－人工管理阶(1)时间：20世纪50年代中期以前背景：计算机主要用于科学计算特点：数据不保存；数据冗余度大；数据与程序之间依赖性大2.数据库的发展－人工管理阶(2)应用程序1应用程序2应用程序n数据集1数据集2数据集n……2.数据库的发展－文件管理系(1)时间：20世纪50年代后期至60年代中后期背景：计算机已大量用于管理（数据处理）特点：数据冗余度大；易造成数据的不一致性；程序与数据相互依赖（数据依赖）。2.数据库的发展－文件管理系(2)应用程序1应用程序2应用程序n文件1文件2文件n文件系统……2.数据库的发展－数据库系统(1)时间：20世纪60年代后期背景：计算机应用于社会各个领域特点：数据共享性高；数据冗余度小数据与程序的独立性高2.数据库的发展－数据库系统(2)DBMSDB应用程序1应用程序2应用程序n…3.数据库的特征数据结构化实现数据共享减少数据冗余度数据独立性统一的数据安全保护4.数据库的构成数据库：核心和管理对象物理存储设备：大容量的存储器数据库软件：核心是数据库管理系统（DBMS）1.2数据模型（1）人类思维的方式抽象：忽略不必要的细节、突出主要的问题，建立易于理解的模型来描述。分治：将大、复杂的问题分解为小、简单的问题，分而制之。通过组合来解决问题。数据模型是数据库系统中用于提供信息表示和操作手段的形式构架（模型）。1.2数据模型（2）二种数据模型概念模型：用来描述某一特定范围内人们所关心的信息结构面向人，按用户的观点对数据和信息建模，主要用于数据库设计不涉及信息在计算机中如何表示，独立于计算机之外的模型，如实体—联系（E-R）模型。1.2数据模型（3）基本数据模型：直接面向计算机的，按计算机系统的观点对数据进行建模，主要用于DBMS的实现。基本数据模型有网状模型、层次模型和关系模型。1.2数据模型（4）数据抽象过程1.2.1数据模型的三要素数据结构数据操作数据的约束条件1.2.1数据模型的三要素

数据结构数据结构是所研究对象和对象具有的特性、对象间的联系的集合，它是对数据静态特性的描述。这些对象是数据库的组成部分。如关系模型中的域、属性、关系等。在数据库系统中，通常按照数据结构的类型来命名数据模型，如层次结构、网状结构和关系结构的模型分别命名为层次模型、网状模型和关系模型。1.2.1数据模型的三要素

数据操作数据操作：指对数据库中各种对象允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。有检索和更新(包括插入、删除和修改)两大类操作这些操作反映了数据的动态特性现实世界中的实体及实体间的联系是不断变化的，数据模型应能反映出这种变化1.2.1数据模型的三要素

数据的约束条件数据的约束条件是完整性规则的集合。完整性规则：指数据模型中数据及其联系必须满足给定的要求。1.2.2概念模型与实体-联系方法信息世界中的基本概念概念模型表示方法信息世界中的基本概念实体(Entity)实体集(EntitySet)实体型(EntityType)属性(Attribute)关键字(Key)域(Domain)联系(Relationship)联系的三种类型1）实体(Entity)客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系。例如，一个具体学生、一门具体课等都是实体。2）实体集(EntitySet)性质相同的同类实体的集合称为“实体集”，也称为实体整体。如所有的（全体）学生、所有的汽车、所有的学校、所有的课程、所有的零件都称为实体集。3）属性(Attribute)实体所具有的某一特性称为属性一个实体可由若干个属性刻画。如学生实体可由学号、姓名、性别、出生年份、系、入学时间等属性组成。属性有“型”和“值”的区分学生实体属性的名称：姓名、性别、年龄等是属性的型属性的值是其型的具体内容，如王源、男、18分别是姓名、性别、年龄的值。4）实体型(EntityType)具有相同属性的实体具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象同类实体，称为实体型。事物的若干属性值的集合可表征为一个实体若干个属性型所组成的集合可表征一个实体的类型，简称为“实体型”。同类型的实体集合组成实体集。问题：上述三个概念的同异的地方？答：概念的范畴不同

实体是个体；

实体集是集合；

实体型是相同实体的抽象例如：学生是实体型，而王滨是一个具体的学生（为实体）问题：实体和属性同样为名词，如何区分它们？没有唯一的标准，取决于如何建立模型的对同一个名词，在一处地方解释为属性，其它地方必须解释为属性，否则自相矛盾。属性不可以再细分5）关键字(Key)唯一标识实体的属性（或属性组合）称为关键字(或码)例如学号是学生实体的关键字(码)。本书将混用关键字和码这两个概念。6）域(Domain)属性的取值范围称为该属性的域。例如，学号的域为8位数字符号年龄的域为小于128的整数性别的域为(男，女)7）联系(Relationship)在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系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。实体内部的联系通常指组成实体的各属性之间的联系。实体之间的联系通常指不同实体集之间的联系。8）联系的三种类型一对一联系(1:1)一对多联系(1:n)多对多联系(m:n)一对一的联系(1:1)实体集A中的一个实体至多与实体B中的一个实体相对应，反之亦然。如一个学校只能有一个校长，一个校长也只能在一个学校任职，则学校与校长的联系即为一对一的联系班长与班、学生与座位之间也都是一对一的联系。一对多联系(1:n)实体集A中的一个实体与实体B中的多个实体相对应，反之亦然。如一个班级可有多个学生，一个学生只在一个班级，班级与学生的联系为一对多的联系。一对一是一对多联系的特例，一对多是多对多联系的特例多对多联系(m:n)实体集A中的一个实体至多与实体B中的一个实体相对应，实体集B中的一个实体至多与实体A中的一个实体相对应。如一门课程可有多个学生选修，而一个学生同时可以选修多门课程，课程与学生的联系即为多对多的联系2.概念模型的表示方法（1）实体联系模型(Entity-RelationshipModel)。E-R图提供了实体、属性与联系的方法。E-R使用的符号如下2.概念模型的表示方法（2）E-R模型例子(1)11学校校长管理1n班级学生组成nm学生课程选修多对多模型

一对一模型

一对多模型E-R模型例子(2)

班级、学生和课程对应的E-R图（省略了部分属性）1.2.3数据模型层次模型(HierarchicalModel)网状模型(NetworkModel)关系模型(RelationalModel)面向对象模型(ObjectOrientedModel)层次模型（1）层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。每个结点表示一个记录类型，记录（类型）间的联系用结点之间的连线表示。层次数据库只能处理一对多的实体联系。R1R2R3R4R5一个层次模型示例层次模型（2）优点：模型本身比较简单适用于实体间联系是固定且预先定义好的应用系统提供良好的完整性支持缺点：不便于表示多对多的联系对插入和删除操作的限制多查询子女结点必须通过双亲结点结构严密，层次命令趋于程序化网状模型（1）网状模型中每个结点表示一个记录类型（实体），每个记录类型可包含若干个字段（属性），结点间的连线表示记录类型之间一对多的父子联系。网状模型可以更直接地描述现实世界，层次模型是网状模型的一个特例。学号姓名…课程号课程名…学号课程名成绩学生课程选课学生-选课学生/选课课程的网状数据库模式网状模型（2）优点：能够更为直接地描述现实世界存取效率高缺点：结构复杂，不利于最终用户掌握其数据定义语言，数据操纵语言复杂，不易使用用户需了解系统结构细节，加重编写应用程序的负担面向对象模型对象是现实世界实体的模型化。每个对象都把对象的数据（属性的集合）和操作（程序）封装在一起，并有一个惟一的标识符。1.3关系数据库关系模型关系完整性约束1.3.1关系模型关系的基本特点关系的操作关系模型的优点1.关系模型的基本概念（1）关系数据库系统是支持关系数据模型的数据库系统。免费的关系数据库系统MySQL/SQLite/学习Access理由：简单、易学习。具备关系数据库系统的基本概念。缺点：商业版权的桌面级数据库1.关系模型的基本概念（2）(1)关系一个关系就是一张二维表，通常将一个没有重复行、重复列的二维表看成一个关系，每个关系都有一个关系名。学号姓名性别出生

日期成绩民族籍贯班号贷款否简历照片S0102590刘嘉美女1991-8-10670汉族北京会计学101YesS0082581石茂麟男1991-6-20670汉族浏阳会计学081NoS0100574王莉莉女1992-2-2642汉族龙岩与技术101NoS0102589郭玉坤男1991-2-17642壮族百色会计学101NoS0082580吴静婷女1990-3-11642汉族南昌会计学081YesS0080594叶志威男1990-1-13642汉族喀什计算机081NoS0092514张小东男1991-7-25623汉族长春会计学091No………………………本书使用的关系模型待解释关系模型关键词关系名属性主键外键本书使用的关系表本教案的数据表，“班级表”、“学生表”、“课程表”和“成绩表”问题：此模式中成绩表设计有悖于我们通常的理解数据库模式设计需要复杂的数学知识，称为数据库范式理论(NormalFormulaTheory)。如同博客中95%的看客，5%的写客一样，数据库模式的设计为专业人员工作。只需会使用即可。班级表班号学院专业年级人数班主任会计学081会计学院会计学2008会计学091会计学院会计学2009会计学101会计学院会计学2010计算机科学与技术081信息管理学院计算机科学与技术2008计算机科学与技术091信息管理学院计算机科学与技术2009计算机科学与技术101信息管理学院计算机科学与技术2010学生表学号姓名性别出生

日期成绩民族籍贯班号贷款否简历照片S0102590刘嘉美女1991-8-10670汉族北京会计学101YesS0082581石茂麟男1991-6-20670汉族湖南浏阳会计学081NoS0100574王莉莉女1992-2-2642汉族福建龙岩计算机101NoS0102589郭玉坤男1991-2-17642壮族广西百色会计学101NoS0082580吴静婷女1990-3-11642汉族江西南昌会计学081YesS0080594叶志威男1990-1-13642汉族新疆喀什计算机081NoS0092514张小东男1991-7-25623汉族吉林长春会计学091No………………………课程表课程号课程名简称学分课时课程简介A0101计算机引论jsjyl532A0301数据结构sjjg464A0501Java程序设计javacxsj464B0101基础会计jckj448B0301会计电算化kjdsh464B0501税法sf464C0101大学英语IdxyyI664C0301线性代数xxds464C0501高等数学IIIgdsxIII664成绩表学号课程号成绩S0080521A050163S0080521C050174S0080567A050178S0080567C050170S0080568A050170S0080568C050174S0080594A050175S0080594C050174S0080596A050167………班级表属性数据类型属性的数据类型功能确定具有的运算其常量的表示方法学生表属性数据类型课程表属性数据类型成绩表属性数据类型1.关系模型的基本概念（3）(2)元组二维表的每一行在关系中称为元组在Access中，一个元组对应表中一个记录。(3)属性二维表的每一列称为属性，每个属性都有一个属性名，属性值则是各个元组属性的取值在Access中，一个属性对应表中一个字段，属性名对应字段名，属性值对应于各个记录的字段值。1.关系模型的基本概念（4）(4)域属性的取值范围称为域域作为属性值的集合，其类型与范围由属性的性质及其所表示的意义具体确定同一属性只能在相同域中取值1.关系模型的基本概念（5）(5)关键字关系中能唯一区分、确定不同元组的属性或属性组合，称为该关系的一个关键字单个属性组成的关键字称为单关键字多个属性组合的关键字称为组合关键字关键字的属性值不能取“空值”空值就是“不知道”或“不确定”的值，空值无法唯一地区分、确定元组1.关系模型的基本概念（6）(6)候选关键字关系中能够成为关键字的属性或属性组合可能不是唯一的。凡在关系中能够唯一区分、确定不同元组的属性或属性组合，称为候选关键字。(7)主关键字(PrimaryKey--PK)在候选关键字中选定一个作为关键字，称为该关系的主关键字。关系中主关键字是唯一的。1.关系模型的基本概念（7）(8)外部关键字(ForeignKey--FK)关系中某个属性或属性组合并非关键字，但却是另一个关系的主关键字，称此属性或属性组合为本关系的外部关键字关系之间的联系是通过外部关键字实现的外键功能用来实现表间约束(9)关系模式对关系的描述称为关系模式，其格式为：关系名(属性名1，属性名2，…，属性名n)2.关系的基本特点（1）在关系模型中，关系具有以下基本特点：(1)关系必须规范化，属性不可再分割。规范化指关系模型中每个关系模式都必须满足一定的要求最基本的要求是关系必须是一张二维表，每个属性值必须是不可分割的最小数据单元，即表中不能包含表(2)在同一关系中不允许出现相同的属性名Access不允许同一个表中有相同的字段名。2.关系的基本特点（2）(3)关系中不允许有完全相同的元组。(4)在同一关系中元组的次序无关紧要任意交换两行的位置不影响数据的实际含义(5)在同一关系中属性的次序无关紧要任意交换两列的位置也不影响数据的实际含义3.关系的操作（1）和算术运算一样。如：1+2=3中

1、2为操作数，+为操作符。结果为操作数。关系运算中，关系作为操作数，关系运算符作为操作符。关系运算的结果是一个新的关系。关系作为一张二维表，其可进行的操作包括：选择、投影、自然联接。3.关系的操作（2）关系操作根据参与操作的数据表分为：一元操作符：仅一个数据表参与操作二元操作符：有二个数据表参与操作3.关系的操作（3）选择操作和投影操是一元操作符1.选择操作给定一个关系，从中筛选出满足某种条件的记录(或元组)的过程称为选择。下图的选择操作是所有少数民族的学生2.投影操作给定一个关系，从中只检索期望得到的字段(或属性)的过程称为投影。下图的投影操作是从学生表得到只有三个字段(学号、姓名、入学成绩)的关系3.关系的操作（3）自然联接操作要求二个关系参与运算，即为二元操作符。前提条件通常这二个关系中，有一个公共的属性（称为联接属性）在一个关系（称为一表）中它是主键，在另一个关系（称为多表）中它是外键如“班级表”中主键是班级号，而班级号在“学生表”中是外键3.关系的操作（4）自然联接操作的结果：在属性上是二个参与运算关系的属性叠加；在元组上是在多表元组的记录基础上，扩展联接属性3.关系的操作（5）自然联接的结果前提条件：二个表间存在一个外键约束。学生表姓名性别出生日期少数民族否班级号籍贯入学成绩简历照片班级表班级号专业名称年级班主任姓名所在学院班级人数3.关系的操作（6）自然的等值联接的结果集仍是一个关系该关系的属性（字段）是两个关系的叠加；该关系的元组（记录）是以多表为准。班级表班级号专业名称年级班主任姓名所在学院班级人数学生表姓名性别出生日期少数民族否班级号籍贯入学成绩简历照片专业名称年级班主任姓名所在学院班级人数4.关系模型的优点关系模型与非关系模型不同，它建立在严格的数学概念的基础上的。关系模型的概念单一，无论实体还是实体之间的联系都用关系表示。对数据的检索结果也是关系。其数据结构简单、清晰，用户易懂易用。关系模型的存取路径对用户透明(用户无需关心数据存放路径)，具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作1.3.2关系完整性约束实体完整性参照完整性域完整性用户定义完整性1.实体完整性实体完整性：指一个关系中不能存在两个完全相同的记录。一个关系对应现实世界中一个实体集。实体完整性是通过关系的主关键字(PK)来实现的。主关键字（主属性）不能取“空值”否则，表明关系中存在不可标识的实体(因空值是“不确定”的)，这与“唯一性标识”相矛盾。2.参照完整性参照完整性设F是关系r的一个属性(或属性集)，Ks