数据库基础知识课件

《数据库技术》数据库基础知识《数据库技术》数据库基础知识目标理解数据库、DBMS的作用和意义了解数据库管理系统的发展过程理解三种数据模型理解数据库相关的基本概念理解与关系型数据库相关的基本概念主键和实体完整性外键和引用完整性关系和度域约束了解SQL及分类基于计算机信息系统的组成2023/9/32目标理解数据库、DBMS的作用和意义2023/7/292数据库的含义数据库即存放数据的仓库。数据库在计算机存储设备上，如硬盘等。数据库中的数据是按一定格式(记录)存放的。数据库是指长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。2023/9/33数据库的含义数据库即存放数据的仓库。2023/7/293应用角度的数据库数据表存储过程视图….数据库是数据表及相关操作对象的集合数据表由一个或多个相关的数据项组成…

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记录2023/9/34应用角度的数据库数据表数据库是数据表及相关操作对象的集合数据为什么使用数据库？条理分明检索方便维护容易减少错误信息挖掘名姓聘任时间KarlaJablonski1994-03-11MartineRance1992-02-05MargaretSmith1988-09-29GaryThomas1988-08-092023/9/35为什么使用数据库？条理分明名姓聘任时间KarlaJablon数据管理技术的发展阶段人工管理阶段计算机数据文件阶段数据库管理阶段2023/9/36数据管理技术的发展阶段人工管理阶段2023/7/296人工管理阶段在数据库出现之前，人们用书面文档（文件）来存储数据，即人工管理数据。时间：20世纪50年代中期前。计算机应用：科学计算。硬件：外存中只有卡片、纸带、磁带，没有磁盘等直接存取的存储设备。软件：没有OA，没有管理数据的软件。数据处理方式：批处理。2023/9/37人工管理阶段在数据库出现之前，人们用书面文档（文件）来存储数人工管理阶段的特点特点：数据不保存。应用程序管理数据：数据需要应用程序自己管理，没有相应的软件系统负责数据的管理工作。数据不共享。一组数据只对应一个程序。数据不具有独立性。数据的逻辑结构或物理结构发生变化后，必须对应用程序做修改。2023/9/38人工管理阶段的特点特点：2023/7/298计算机数据文件

操作、修改、查找数据1磁盘计算机系统进行数据处理2传送信息磁带可以以不同的文件格式进行数据保存今天，人们依然采用文件方式保存一些数据2023/9/39计算机数据文件操作、修改、查找数据1磁盘计算机系统进行数据计算机数据文件管理阶段时间：20世纪50年代后期到60年代中期。计算机应用：科学计算和管理。硬件：有了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。软件：专门的数据管理软件(文件系统)。数据处理方式：批处理、联机实时处理。2023/9/310计算机数据文件管理阶段时间：20世纪50年代后期到60年代中计算机数据文件管理阶段的特点特点：数据可长期保存。由文件系统管理数据：按文件名访问，按记录存取。数据共享性差，冗余度大。一个文件基本对应一个应用程序。数据独立性差。文件是为某一特定应用服务的，系统不容易扩充。2023/9/311计算机数据文件管理阶段的特点特点：2023/7/2911计算机数据文件管理阶段

人、程序、数据的关系人们关注的中心问题是系统功能的设计程序设计处于主导地位数据起着服从程序设计需要的作用输入程序输出数据文件数据文件2023/9/312计算机数据文件管理阶段

人、程序、数据的关系人们关注的中心问数据库系统阶段时间：20世纪60年代后期以来。计算机应用：用于管理的规模越来越大、范围越来越广，出现多用户、多应用共享的需求。硬件：大容量磁盘。软件：价格上升、编程成本高数据处理方式：批处理、联机实时处理、分布处理。2023/9/313数据库系统阶段时间：20世纪60年代后期以来。2023/7/数据库系统阶段的特点特点：数据结构化数据的共享性高、冗余度低数据易扩充数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制为用户提供了方便的使用接口2023/9/314数据库系统阶段的特点特点：2023/7/2914数据库系统阶段信息处理方式处理方式的特征：数据处理中心位置数据结构的设计成为信息系统首先关心的问题利用数据的应用程序设计退居到以既定的数据结构为基础的外围地位数据库输入应用程序输出报表生成程序查询应用程序输入应用程序输出要求报表终端2023/9/315数据库系统阶段信息处理方式处理方式的特征：数输入应用程序输出计算机化数据库的好处降低存储数据的冗余度更高的数据一致性存储的数据可以共享可以建立和遵循某些标准便于维护数据完整性能够实现数据的安全性2023/9/316计算机化数据库的好处降低存储数据的冗余度2023/7/291结构化数据结构化、半结构、非结构化数据数据的结构化：学号姓名性别系别年龄政治面貌家庭出身家庭成员奖惩情况籍贯2023/9/317结构化数据结构化、半结构、非结构化数据学号姓名性别系别年龄政用数据文件管理数据在数据结构化方面的缺陷文件系统中，相互独立文件中记录内部是有结构的：但实践中有时需要如下的数据结构：学号姓名性别系别年龄政治面貌家庭出身家庭成员奖惩情况籍贯学号姓名性别系别年龄政治面貌家庭出身与本人关系籍贯学号详细情况姓名家庭成员记录奖罚条目学号日期奖惩情况记录学分学号课程号选课记录学时课程名课程号考分毕业日期地点学历学号学校学籍管理课程管理2023/9/318用数据文件管理数据在数据结构化方面的缺陷文件系统中，相互独立数据文件与数据库

在数据结构化方面的比较文件系统中，相互独立的记录内部是有结构的，但很难实现不同文件间记录的数据结构化。实际上即是说它们有一定的语义，但无法完全符合实际的需要。在实际应用中，对结构化要求，不仅是局部的，而且是整体的；描述数据时，不仅要描述数据本身，而且还要描述数据之间的联系。而这些，恰是文件系统无法实现而数据库系统所能做到的。所以说，数据结构化是非常重要的，它是数据库与文件系统的根本区别。2023/9/319数据文件与数据库

在数据结构化方面的比较文件系统中，相互独立文件系统的局限性

数据库系统的优势文件系统的局限性：结构上的灵活性中只是针对一个应用而言。但事实上一个系统具有很多应用。记录之间的联系很难建立。最小存取单位是记录而非数据项。数据库系统的优势：实现整体数据的结构化；实现数据之间、记录之间的联系；数据不再针对某一应用，而是面向全组织，具有整体结构化。不仅数据是结构化的，而且存取数据的方式也很灵活，可以存取数据库中一个(组)数据项(记录)。2023/9/320文件系统的局限性

数据库系统的优势文件系统的局限性：2023数据库系统与数据库管理系统数据库系统是一个基于计算机的记录保存系统，它最主要的用途是记录和维护信息。数据库管理系统(DBMS)包括一组相关的记录以及一组用来访问和操作这些记录的程序。2023/9/321数据库系统与数据库管理系统数据库系统是一个基于计算机的记录保DBMS的含义BrianA004AllenA003RickyA008ShaneA007数据库检索数据插入数据更新数据删除数据数据库管理系统—DBMS2023/9/322DBMS的含义BrianA004AllenA003RickyDBMS与计算机系统间的层次关系DBMS是位于用户和OS之间的数据管理软件：硬件应用开发工具应用系统DBMS操作系统

DBMS2023/9/323DBMS与计算机系统间的层次关系DBMS是位于用户和OS之间数据库中数据由DBMS统一管理的意义数据库的本质特征是数据的共享。而数据共享如不是并发的(concurrency)则失去了共享的实际意义。所谓并发共享，即由多个用户同时存取数据库中同一个数据。数据并发共享对DBMS的数据管理与控制提出了一定的要求。2023/9/324数据库中数据由DBMS统一管理的意义数据库的本质特征是数据的DBMS对数据统一管理和控制的具体体现DBMS需要提供以下4方面数据管理控制功能：数据的安全性(security)保护：保护数据以防止不合法的使用造成数据的泄密和破坏，使每个用户只能按规定，对某些数据以某些方式进行使用和处理。数据的完整性(integrity)检查：完整性即数据的正确性、有效性和相容性。完整性检查将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。并发(concurrency)控制：保证在多个用户同时使用数据库时，不发生相互干扰而使其完整性遭到破坏。数据库恢复(recovery)：在数据库被破坏或数据不可靠时，系统有能力把数据库恢复到最近某个时刻的正确状态。2023/9/325DBMS对数据统一管理和控制的具体体现DBMS需要提供以下4DBMS为用户提供了使用接口DBMS为用户提供了方便的用户接口。用户可以使用查询语言或终端命令操作数据库，也可以使用程序方式操作数据库。2023/9/326DBMS为用户提供了使用接口DBMS为用户提供了方便的用户接数据库管理系统(DBMS)的主要功能数据定义功能：DBMS提供数据定义语言(DataDefinitionLanguage,DDL)。用户通过DDL可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。数据操纵功能：DBMS提供数据操纵语言(DataManipulationLanguage,DML)用户通过DML操纵数据，实现对数据库的查询、插入、删除和修改等基本操作。数据库运行管理：数据库在建立、运用和维护时由DBMS统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复。数据库的建立和维护功能：数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能监视、分析功能等。这些功能一般由一些实用程序完成。2023/9/327数据库管理系统(DBMS)的主要功能数据定义功能：DBMS提集中式DBMS数据库

Internet

Intranet

多个用户访问公用数据库数据存储在一个公用的中央位置2023/9/328集中式DBMS数据库多个用户访问公用数据库数据存储在一个公分布式DBMS其他数据源允许相互进行数据交换和数据访问远程数据库连接主数据库本地数据库远程数据库远程数据库2023/9/329分布式DBMS其他数据源允许相互进行数据交换和数据访问远程数模型及数据模型模型是对不能直接观察的事物进行形象的描述和模拟(《韦伯斯特词典》)。模型是对客观世界中复杂对象的抽象描述。在数据库领域中，用数据模型来描述数据的结构和语义、数据的性质、数据之间的联系、完整性约束条件，以及某些数据变换规则。是现实世界数据特征的抽象。现有的数据库系统均是基于某种数据模型的。所以了解数据模型的基本概念是学习数据库的基础。2023/9/330模型及数据模型模型是对不能直接观察的事物进行形象的描述和模拟数据模型应满足的要求数据模型应满足三方面的要求比较真实地模拟现实世界；容易为人所理解；便于在计算机上实现。一种数据模型很好满足这三方面的要求很困难，要针对不同的对象和目的，采用不同的数据模型。2023/9/331数据模型应满足的要求数据模型应满足三方面的要求2023/7/数据模型的两个层次不同的数据模型实际上是模型化数据和信息的不同工具。根据模型应用的不同目的，可将模型划分为两类，分属于两个不同的层次：概念数据模型，也称概念模型、信息模型，是按用户的观点来数据和信息建模。主要用于数据库设计。逻辑数据模型，也称逻辑模型、数据模型。包括网状模型、层次模型、关系模型等，是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现。它是数据库系统的核心和基础，各种DBMS都是基于某种数据模型的。2023/9/332数据模型的两个层次不同的数据模型实际上是模型化数据和信息的不数据抽象过程图现实世界认识抽象认识选择命名分类机器世界DBMS支持的逻辑模型记录：相关数据项的集合转换信息世界概念模型实体：相关属性的集合2023/9/333数据抽象过程图现实认识机器世界转信息世界2023/7/293概念数据模型独立于计算机系统的数据模型，完全不涉及信息在计算机中的表示，只是用来描述某个特写组织所关心的信息结构。按用户的观念对数据建模，强调其语义表达能力，概念应该简单、清晰、易于用户理解。对现实世界的第一层，是用户和数据库设计人员之间进行交流的工具。2023/9/334概念数据模型独立于计算机系统的数据模型，完全不涉及信息在计算逻辑数据模型对现实世界的第二层抽象，直接与DBMS有关。可分为层次、网状、关系、面向对象等模型。有严格的形式化定义，以便于在计算机系统中实现。通常有一组严格定义的无二义性语法和语义的数据库语言，人们可通过这种语言来定义、操纵数据库中的数据。2023/9/335逻辑数据模型对现实世界的第二层抽象，直接与DBMS有关。20数据模型即逻辑数据模型这里谈的数据模型都是逻辑数据模型，即是用户眼中看到的数据范围。逻辑数据模型是能用某种语言来描述，使计算机能理解，被数据库系统支持的数据视图。逻辑数据模型以一定的方式存储于数据库系统中，这属于DBMS的功能，是DBMS的存储模型。2023/9/336数据模型即逻辑数据模型这里谈的数据模型都是逻辑数据模型，即是（逻辑）数据模型的组成逻辑数据模型应包含数据结构、数据操作和数据完整性约束三个部分：数据结构是指对实体类型和实体间联系的表达和实现；数据操作是指对数据库的检索和更新(包括插入、删除和修改)两类操作；数据完整性约束给出数据及其联系应具有的制约和依赖规则。2023/9/337（逻辑）数据模型的组成逻辑数据模型应包含数据结构、数据操作和最常用的数据模型最常用的数据模型有四种：层次模型(hierarchicalmodel)网状模型(networkmodel)关系模型(relationalmodel)面向对象模型(objectorientedmodel)层次模型和网状模型统称为非关系模型。2023/9/338最常用的数据模型最常用的数据模型有四种：2023/7/293非关系型DBMS非关系模型的DBMS在20世纪70年代至80年代初非常流行。现已被RDBMS取代。较为有名的非关系型DBMS有：1968年，IBM，层次，IMSCullinetSoftware，网状，IDMSUnivac，网状，DMS1100Honeywell，网状，IDS/2HP，网状，IMAGE2023/9/339非关系型DBMS非关系模型的DBMS在20世纪70年代至80数据模型与数据库数据模型是数据库系统的核心和基础；任何DBMS都支持一种数据模型。2023/9/340数据模型与数据库数据模型是数据库系统的核心和基础；2023/层次模型2-1层次数据模型模拟现实生活中的各种分层组织。资源管理器可以被认为是按照层次模型来组织的2023/9/341层次模型2-1层次数据模型模拟现实生活中的各种分层组织层次模型2-2一个使用层次模型实现的数据库结构：2023/9/342层次模型2-2一个使用层次模型实现的数据库结构：202网状模型2-1网状模型使用“记录类型”来表示“表”的概念不同的相关的信息组成一个“网状”的模型“顾客”记录类型顾客信息付款信息记录地址发票信息记录地址2023/9/343网状模型2-1网状模型使用“记录类型”来表示“表”的概网状模型2-2销售代表顾客产品发票付款记录发票物品项一个使用网状模型实现的数据库结构：2023/9/344网状模型2-2销售代表顾客产品发票付款记录发票物品项一关系模型记录和记录之间通过属性之间的关系来进行连接保证数据独立性，并形成数据集之间的关系753862981成绩学号刘三阳3李东2张明1姓名学号刘三阳753姓名成绩学号2023/9/345关系模型记录和记录之间通过属性之间的关系来进行连接7538数据和信息数据8Paradorn10MaratSafin15CarlosMoya20LleytonHewitt联赛获胜场次运动员信息联赛最佳运动员LleytonHewitt2023/9/346数据和信息数据8Paradorn10MaratSa关系数据库的一些常用术语元组课程编号课程名称学时学期平均成绩J001数据库基础36178J003C语言60181Z004操作系统44267X001编译原理40266属性行（记录）列表、记录、行列关系2023/9/347关系数据库的一些常用术语元组课程编号课程名称学时学期平均成关系数据库的术语比较在计算机中的关系数据库元素的术语，同数学领域和日常数据处理领域中的通俗术语之间有一些区别。但有时也混合使用：关系数据库数学领域日常数据处理领域表(Table)关系(Relation)文件(File)行(Row)元组(Tuple)记录(Record)列(Column)属性(Attribute)字段(Field)2023/9/348关系数据库的术语比较在计算机中的关系数据库元素的术语，同数学数据的完整性数据完整性包括：实体完整性、引用完整性、用户定义完整性学号姓名1张明2王东3李健3赵彬失去了数据完整性学号必须唯一学号姓名1张明2王东3李健4赵彬学号成绩姓名189张明276王东380李健467赵彬存在数据冗余2023/9/349数据的完整性数据完整性包括：实体完整性、引用完整性、用户定义实体完整性3-1姓名课程成绩趋势张明化学89升王东物理76降张明历史80降赵彬物理67降学号001002003004主键——主键是指一列或一组列，它的值唯一标识一行。唯一的学号进行实体标识不能进行区分主键2023/9/350实体完整性3-1姓名课程成绩趋势张明化学89升王实体完整性3-2班级姓名成绩趋势S183张明89升S183王东76降S183赵彬80降S184张明67降候选键组合键（主键）候选键：有做主键资格的键2023/9/351实体完整性3-2班级姓名成绩趋势S183张明89升S1实体完整性3-3姓名课程成绩趋势张明化学89升王东物理76降张文武历史80降赵彬物理67降学号001002004主键实施实体完整性。每个表必有且仅有一个主键。每个主键值必须唯一，且不允许NULL或重复。主键为空，失去实体完整性主键2023/9/352实体完整性3-3姓名课程成绩趋势张明化学89升王引用完整性2-1姓名学号张明1王东2李健3赵彬4钱雯5孙胜6周盈7学号成绩265490687789外键：表R中含有与另一个表S的主键相对应的列组，那么该列组称为外键。关系数据库中，表之间的联系通过相容(或相同)的属性或属性组来表示。如果两个表中具有相容(或相同)的属性或属性组，则这个属性或属性组被称为这两个表的公共键。如果公共键是其中一个表的主键，那么这个公共键在另一个表中就称为外键。外键主键2023/9/353引用完整性2-1姓名学号张明1王东2李健3赵彬4钱雯5引用完整性2-2引用完整性姓名学号张明1王东2李健3赵彬4钱雯5孙胜6周盈7学号成绩265490987789外键主键失去引用完整性2023/9/354引用完整性2-2引用完整性姓名学号张明1王东2李健3赵域完整性和域约束

姓名性别身份证号码张明男432940198404ASD刘鹃亮男104320198502349956域（字段）类型约束：姓名必须是字符型数据；范围约束：性别必须是“男”或者“女”；格式约束：身份证号码必须是18位数字失去了域完整性2023/9/355域完整性和域约束

姓名性别身份证号码张明男432940198关系的联系(关联)和度简称国家货币单位CHN中国人民币（元）FRN法国法郎国家首都中国北京法国巴黎联系度2023/9/356关系的联系(关联)和度简称国家货币单位CHN中国人民币（元）SQL的分类结构化查询语言SQL(StructuredQueryLanguage)SQL分类:数据查询语言(DQL,DataQueryLanguage)：Select*FROMABC数据操作语言(DML,DataManipulationLanguage)：UpdateABCSETA=“CH”数据控制语言(DCL,DataControlLanguage)：RevokeCreateTableFROMU1数据定义语言(DDL,DataDefinitionLanguage)：CreateTableABC通用命令语言(CCL,CommonCommandLanguage)：DeclareCSCursorFor…2023/9/357SQL的分类结构化查询语言SQL(StructuredQ基于计算机的信息系统的组成硬件平台及软件平台数据库相关软件应用软件各类人员2023/9/358基于计算机的信息系统的组成硬件平台及软件平台2023/7/2硬件平台及软件平台研究平台：由于DBMS数据量大，DBMS功能丰富、自身规模大，所以对硬件有较高要求：足够大的内存足够大的磁盘空间系统有较高的通道能力，数据传输率高软件平台：操作系统、网络软件、通讯软件等2023/9/359硬件平台及软件平台研究平台：由于DBMS数据量大，DBMS功数据库相关软件DBMS：为数据库的建立、使用和维护配置的软件。与数据库接口的高级语言及编译系统，便于开发应用程序。以DBMS为核心的应用开发工具：为应用开发人员和最终用户提供的高效率、多功能的应用生成器、第四代语言等各种软件工具。它们为数据库系统的开发和应用提供了良好的环境。为特定应用环境开发的数据库应用系统。2023/9/360数据库相关软件DBMS：为数据库的建立、使用和维护配置的软件人员开发、管理和使用数据库系统的人员主要有：数据库管理员系统分析和数据库设计人员应用程序员用户不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据视图2023/9/361人员开发、管理和使用数据库系统的人员主要有：2023/7/2不同类型用户与系统的关系与数据库相关的各类系统或人员有：DBA、用户、操作系统、DBMS、应用开发工具、应用系统：用户应用系统应用开发工具DBMS操作系统数据库数据库管理员用户用户2023/9/362不同类型用户与系统的关系与数据库相关的各类系统或人员有：DB各种人员的数据视图DBMS数据库数据抽象级别操作系统模式应用系统数据表示外模式内模式软件系统层次用户DBA系统分析员应用程序员2023/9/363各种人员的数据视图DBMS数据库数据抽象级别操作系统模式数据库管理员(DBA)数据库系统环境下，有两类共享资源：数据库数据库管理系统软件需要有专门的管理机构监督和管理数据库系统。DBA是这个机构的一个(组)人员，负责全面管理和控制数据库系统。DBA职责是：决定数据库中的信息内容和结构决定数据库的存储结构和存取策略定义数据的安全性要求和完整性约束条件监控数据库的使用和运行