数据基础与应用 2

常玉慧欢迎进入数据库世界《数据库原理与应用》学时安排教学内容讲课实验合计第一讲数据库系统概论2

2第二讲关系数据库基础4

4第三讲建立表和定义完整性约束2

2第四讲数据库设计8

8第五讲关系数据库标准语言SQL4

4第六讲数据库的编程基础2

2第七讲数据库管理10

10实验1数据库设计概念数据模型设计

22数据库设计

22实验2使用SQL语句对数据表操纵建立表和定义完整性约束

22数据操作及体验完整性约束

22数据查询

22实验3视图、存储过程、触发器的设计与使用视图的建立和应用

22游标的设计和使用

22存储过程的设计和使用

22DML触发器的设计和应用

22实验4数据库管理用户管理和权限管理

22并发事务控制

22数据恢复

22

合计322456课程考核作业：10%实验：20%阶段性测试：20%期终考试：50%课程目标

1.理解与掌握数据库基础知识、数据库设计的方法、数据库规范化理论、数据库管理知识，并能灵活运用这些知识，为解决计算机复杂工程问题打下良好基础；具备在实际环境中，能够针对复杂软件工程问题，根据具体的信息描述和特定的需求，制订优化的数据库设计方案，设计合理的数据库管理方案，包括数据库安全性保护方案、数据库完整性保护方案、数据库并发保护方案和数据库恢复方案。2.掌握SQL语句，并能熟练利用SQL语言进行数据库系统的开发及实施。能够根据特定的需求，合理设计数据库中的表、视图、索引、存储过程、触发器等各类对象，并能够结合相关高级语言开发软件系统的相关模块。3.掌握一种数据库建模工具并能在数据库设计的过程中正确的使用。能够针对复杂软件工程问题，在进行数据库设计的过程中，正确使用PowerDesigner创建数据库的概念模型、逻辑模型和物理模型。绪论与项目案例介绍第1章2026数据库原理与应用教材第1页本章知识要点第1章【知识要点】教材第1页02/58数据库系统定义、重要性与基本组成三级模式二级映像关系、作用与数据独立性数据模型概念、组成与分类关系模型特点与优势数据库的角色在应用系统中的作用以上五项为教材列出的本章知识要点。数据库在外卖点餐系统中的作用第1章【场景】教材第1页03/58教材原文数据库的定义：数据库是存储、管理和检索大量点餐数据的核心组件，对于确保系统高效运行与用户体验至关重要。存储保存点餐系统中的大量数据管理支撑数据的组织与维护检索为业务操作提供数据访问第一章的教材结构第1章内容结构教材第1—20页04/581.1数据库系统概述数据管理、发展历史与基本组成1.2三级模式二级映像数据抽象、三级模式与数据独立性1.3数据模型模型层次、三个世界与E-R图1.4外卖点餐系统案例功能、规则、非功能与数据需求1.5章节结语回顾概念并衔接后续章节教材项目的主要功能范围1.4数据库系统应用教材第17页05/58餐饮分类浏览商家选择商品选购订单管理地址管理教材项目主要实现以上功能，并支持用户注册登录和历史订单追溯。数据库系统概述1.12026数据库原理与应用教材第1—9页1.1.1数据：定义与基本形式1.1.1数据与数据管理教材第1页07/58教材原文数据的定义：描述事物的符号记录称为数据，能够被计算机所识别、存储和处理。数值数据数值形式的符号记录文本数据文字形式的符号记录音频、视频数据声音与影像形式的符号记录数据的四个基本特征1.1.1数据与数据管理教材第2页08/58类型和值商家名称为字符型，其值为“张三麻辣烫”等。类型和取值范围约束订单状态为整数类型，正常取值范围在0—1之间。定性数据和定量数据饮品分量可用“大杯/中杯/小杯”，也可用“1L/500ML/250ML”。多种表示形式用户性别可用“男/女”表示，也可用0或1表示。数据与信息：加工结果及其相对性1.1.1数据与数据管理教材第2页09/58教材原文信息的定义：经过进一步加工后具有新的事实知识的数据称为信息。信息是对数据加工、处理的结果，对接收者有意义，并对决策具有价值。销售总管日销售额或月销售额仍是原始数据；还需按地区、商店分析并规划市场策略。本地商店销售人员同一销售额可看作信息，用于规划下一步促销行动。教材结论数据与信息类似原料与成品的关系，同时又具有相对性。数据处理与数据管理1.1.1数据与数据管理教材第2页10/58数据管理收集信息、表示数据、组织和保存数据数据加工对数据进行变换、抽取和运算数据传播在空间或时间上以各种形式传播信息，不改变数据的结构、性质和内容数据处理是将数据转换成信息的过程；数据管理是数据处理的中心问题。1.1.2数据库技术的发展历史1.1.2数据库技术的发展历史教材第3—4页11/58阶段一人工管理20世纪50年代中期以前阶段二文件系统20世纪50年代后期至60年代中期阶段三数据库系统20世纪60年代后期开始发展标志：存储冗余不断减小、数据独立性不断增强、数据操作更加简单方便。人工管理阶段：三个主要特点1.1.2数据库技术的发展历史教材第3页12/58数据不能保存计算结束后，数据空间随程序空间一起被释放。数据不能独立数据与程序不可分割；修改数据必须修改程序。数据面向程序一组数据对应一个程序，冗余高且不能共享。图1-1人工管理阶段程序与数据的关系文件系统阶段：三个主要特点1.1.2数据库技术的发展历史教材第3页13/58数据长期保留数据可在外存上反复查询、修改和删除。具有一定独立性文件逻辑结构与物理存储结构由系统转换。支持实时处理可采用顺序批处理或实时处理，存取单位为记录。图1-2文件管理阶段程序与数据的关系数据库系统阶段：DBMS实现统一管理1.1.2数据库技术的发展历史教材第4—5页14/58统一管理软件出现数据库管理系统DBMS。面向全组织数据不再只针对某一个特定应用。共享数据库相关数据按统一数据模型汇集并供各应用使用。图1-3数据库系统阶段程序与数据的关系数据库系统的主要特点（一）1.1.2数据库技术的发展历史教材第4页15/58（1）数据结构化数据面向全组织；不仅内部结构化，整体也结构化，数据之间具有联系。（2）共享性高、冗余度低、易扩充多个用户和应用共享数据，减少冗余，避免同一数据不同副本不一致。整体结构化是数据库的主要特征之一，也是数据库管理系统与文件系统的本质区别。数据库系统的主要特点（二）1.1.2数据库技术的发展历史教材第5页16/58（3）数据独立性高数据的使用与数据的组织结构、存储方式分离，包括逻辑独立性和物理独立性。（4）由DBMS统一管理和控制提供数据安全性保护、完整性检查、并发控制和数据库恢复。数据定义从程序中分离，数据存取由DBMS负责，可简化程序编制和维护。表1-1数据管理三个阶段的比较1.1.2数据库技术的发展历史教材第6页17/58比较项目手工管理文件管理数据库管理数据管理者用户（程序员）文件系统数据库系统数据针对者特定应用程序面向某一应用面向整体应用共享性无共享共享差、冗余大共享好、冗余小独立性无独立性独立性差独立性好结构化无结构记录有结构，整体无结构整体结构化控制能力应用程序自己控制应用程序自己控制DBMS提供安全、完整性、并发控制和恢复1.1.3数据库：定义与特性1.1.3数据库系统的基本组成教材第7页18/58教材原文数据库的定义：数据库是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合，也是现实世界中相互关联的大量数据及数据间关系的集合。逻辑关系和确定意义逻辑上无关的数据集合不能称为数据库。明确的应用目标数据库为一组用户及其应用程序服务。现实世界的“小世界”数据库应随其所表示的小世界的改变而改变。数据库管理系统：定义与主要功能1.1.3数据库系统的基本组成教材第7—8页19/58教材原文数据库管理系统（DBMS）的定义：数据库管理系统（DBMS）是位于用户和操作系统之间的数据管理软件，由一组计算机程序构成。数据定义提供DDL，定义数据对象的逻辑结构数据操纵查询、插入、删除和修改数据运行管理保证安全、完整、并发控制与恢复建立和维护输入转换、转储恢复、重组织与性能监视数据库系统：组成与目标1.1.3数据库系统的基本组成教材第8页20/58数据库系统（DBS）采用数据库技术的人机系统，目标是存储信息并支持用户检索和更新。系统组成应用系统、应用开发工具、DBMS、操作系统、数据库、用户。图1-4数据库系统的组成相互关联的数据的集合

数据库中的数据不是孤立的，数据与数据之间是相互关联的。也就是说，在数据库中不仅要能够表示数据本身，还要能够表示数据与数据之间的联系。学生课程学生与课程之间的联系在概念数据模型中将深入讨论数据之间的联系用综合的方法组织数据

数据库能够根据不同的需要按不同的方法组织数据顺序索引聚簇后续将涉及存储管理低冗余与数据共享数据库中的数据可以共享但是是可控制、受约束的教务文件后勤文件……数据具有较高的独立性

数据独立性是指数据的组织和存储方法与应用程序互不依赖、彼此独立的特性。数据库的三层模式结构可以保证数据的正确性

保证数据正确的特性在数据库中称之为数据完整性。考试成绩899关系模型的完整性约束保证数据的安全、可靠

数据库技术要能够保证数据库中的数据是安全、可靠的。

有效地防止数据库中的数据被非法使用或非法修改

数据遭到破坏时能立刻将数据完全恢复主动安全被动安全安全机制备份恢复数据库安全、备份与恢复数据可以并发使用

并能同时保证数据的一致性

在多个用户同时使用数据库时，能够保证不产生冲突和矛盾，保证数据的一致性和正确性。200元200+1000=1200200-200=00元1200元200元200元？并发应用事务管理与并发控制数据库三级模式二级映像1.22026数据库原理与应用教材第9页1.2.1数据抽象：三个级别1.2.1数据抽象教材第9页22/58视图级抽象把现实世界抽象为数据库的外模式；面向用户的数据视图。概念级抽象把所有外模式视图综合为数据库整体逻辑结构。物理级抽象把概念模式抽象为内模式，描述物理存储访问细节。数据抽象为用户提供数据的抽象视图，并隐藏存储结构和存取方法等细节。1.2.2数据库的三级模式结构1.2.2数据库的三级模式结构教材第9—10页23/58外模式用户视图概念模式全局逻辑结构内模式存储结构图1-5数据库系统结构——三级模式概念模式：数据库的全局逻辑结构1.2.2数据库的三级模式结构教材第10页24/58教材原文概念模式的定义：概念模式又称数据库模式，是数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述。全局性一个数据库只有一个概念模式。独立于应用程序一般与具体应用程序无关。不涉及存储细节不描述硬件环境与物理存储方法。外模式：面向用户的数据视图1.2.2数据库的三级模式结构教材第10页25/58教材原文外模式的定义：外模式又称用户模式或子模式，通常由概念模式导出，是概念模式的子集。面向用户定义允许用户操作的数据库数据。多个外模式不同用户需求、使用内容与保密要求不同。逻辑表示描述某一用户或程序所涉及数据的逻辑结构和特征。内模式：数据的物理结构与存储结构1.2.2数据库的三级模式结构教材第10页26/58教材原文内模式的定义：内模式又称存储模式，是数据物理结构和存储结构的描述；一个数据库只有一个内模式。记录存储方式顺序存储、B树结构或HASH方法等索引组织索引按照什么方式组织存储细节是否压缩、是否加密及存储记录结构1.2.3数据库的二级映像功能1.2.3二级映像与数据独立性教材第11页27/58外模式／模式映像定义每个外模式与概念模式之间的对应关系。模式改变时，调整映像，使外模式保持不变。模式／内模式映像定义全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。存储结构改变时，调整映像，使模式保持不变。两个映像在三级模式之间建立联系，并保证数据的独立性。外模式／模式映像与逻辑独立性1.2.3二级映像与数据独立性教材第11页28/58教材原文逻辑独立性的定义：模式改变时，由数据库管理员调整外模式／模式映像，使外模式保持不变，从而应用程序不必修改。教材示例商家信息表增加起送费和配送费字段。保持不变查询商家地址时，不需要改变应用程序。模式／内模式映像与物理独立性1.2.3二级映像与数据独立性教材第11页29/58教材原文物理独立性的定义：存储结构改变时，由数据库管理员调整模式／内模式映像，使模式保持不变。发生变化数据库的物理存储结构。保持不变数据库的全局逻辑结构与应用程序。三级模式结构的四点好处1.2.3二级映像与数据独立性教材第11页30/58保证数据独立性概念模式与内模式分开；外模式与概念模式分开。简化用户接口用户按外模式编写应用程序，无需了解实际存储。有利于数据共享不同外模式由统一概念模式导出，减少冗余。有利于安全保密用户只能操作属于自己的外模式数据视图。数据模型1.32026数据库原理与应用教材第11—16页数据模型的定义与三个组成部分1.3.1数据模型及数据建模教材第11页32/58教材原文数据模型的定义：数据模型是描述数据结构、数据操作以及数据约束的数学形式体系，是数据库系统的核心和基础。数据结构刻画数据、数据语义及数据之间的联系数据操作允许执行的操作及其规则的集合数据约束对结构和操作的一致性、完整性约束概念、逻辑和物理数据模型1.3.1数据模型及数据建模教材第11—12页33/58概念数据模型面向数据库用户的现实世界模型；与具体DBMS无关。逻辑数据模型具体DBMS所支持的模型；既面向用户又面向系统。物理数据模型描述数据在存储介质上的组织结构；与DBMS、操作系统和硬件有关。1.3.2信息的三种世界1.3.2信息的三种世界教材第12页34/58现实世界中的事物及联系，经过系统分析进入信息世界，再经过数据库设计形成计算机世界的数据模型。图1-6信息的三个世界的联系和转换过程信息世界的四个基本概念1.3.2信息的三种世界教材第12页35/58实体（Entity）现实世界中可以相互区分的事物或概念。属性（Attribute）实体所具有的某些特性。实体集（EntitySet）具有相同特征或能用同样特征描述的实体集合。联系（Relation）事物内部及事物之间的联系在信息世界中的反映。计算机世界的四个基本概念1.3.2信息的三种世界教材第13页36/58数据项（Item）又叫字段，是对象属性的数据表示。记录（Record）实例的数据表示；记录有型和值之分。文件（File）对象的数据表示，是同类记录的集合。数据模型（DataModel）现实世界中的事物和相互联系数据化的结果。概念模型及其基本概念1.3.3概念模型与E-R图教材第13页37/58对象和实例商家是对象；“快乐麻辣烫”是商家的实例。属性用户实体可由用户编号、密码、用户名称、用户性别等属性描述。主码（PrimaryKey）能够唯一标识一个实体。域（Domain）属性的取值范围。概念模型是对信息世界中的管理对象、属性及联系等信息的描述形式，不依赖计算机及DBMS。两个实体集之间的三类联系1.3.3概念模型与E-R图教材第13—14页38/58两个实体集之间的联系分为一对一（1∶1）、一对多（1∶n）和多对多（m∶n）。图1-7两个实体型之间的三类联系多实体集之间的联系1.3.3概念模型与E-R图教材第14页39/58多实体集间的一对多联系一门课程可由若干教师讲授，一个教师只讲授一门课程。多实体集间的多对多联系科研成果、教师和项目三个实体之间形成多对多联系。图1-8多元实体型之间的联系E-R图的表示方法1.3.3概念模型与E-R图教材第15页40/58实体用长方形表示，长方形内写明实体名。属性用椭圆形表示，并用无向边与相应实体连接。联系用菱形表示，菱形内写联系名；通常使用动词标注。E-R方法由P.P.Chen于1976年提出，用E-R图描述现实世界的概念模型。例1.1网上选课系统E-R图1.3.3概念模型与E-R图教材第13—14页41/58【例1.1】一个学生可选多门课程，一门课程可有多个学生选修；一个教师至多讲3门课程，一门课程至多由一个教师讲授。图1-9网上选课系统中实体联系模型E-R图层次数据模型1.3.4常见的逻辑数据模型教材第15页42/58层次模型满足两个条件：①有且仅有一个节点无双亲，该节点称为根节点；②其他节点有且仅有一个双亲。图1-10简单的层次数据模型网状数据模型1.3.4常见的逻辑数据模型教材第16页43/58网状模型满足两个条件：①允许一个以上的节点无双亲；②一个节点可以有多于一个的双亲。图1-11外卖订单的简单网状数据模型关系模型1.3.4常见的逻辑数据模型教材第16页44/58教材原文关系模型的定义：关系模型是用二维表的形式表示实体和实体间联系的数据模型，以集合论中的关系概念为基础。关系即表实际关系数据库中的关系也称为表。数据库组成一个关系数据库由若干个表组成。三部分关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束。面向对象模型1.3.4常见的逻辑数据模型教材第15—16页45/58对象与消息对象是对一组信息及其操作的描述；对象之间通过发送和执行消息交互。对象标识符OID由系统在对象创建时赋予，系统内唯一，生存期间不改变。继承与包含继承是“isa”联系；包含是“ispartof”联系。教材列出的四类逻辑数据模型1.3.4常见的逻辑数据模型教材第15—16页46/58层次模型用树型结构表示实体及联系；适合一对多层次关系。网状模型用有向图表示实体及联系；节点可有多个双亲。关系模型用二维表表示实体和实体间联系。面向对象模型将实体抽象为对象，并使用对象标识、消息、继承与包含。教材原题：E-R图用于哪类模型设计？1.3.4常见的逻辑数据模型教材第18页47/58教材原题E-R图是（）的设计工具。A.概念数据模型B.关系数据模型C.逻辑数据模型D.物理数据模型数据库系统应用以外卖点餐系统为例1.42026数据库原理与应用教材第17页项目背景、定位与教学目标1.4数据库系统应用教材第17页49/58教材原文项目说明：外卖点餐系统是连接消费者、商家和配送员的重要桥梁，本书选取实际产业项目中的部分功能进行讲解。在线餐饮订购平台面向用户提供高效、便捷、全面的在线点餐服务。主要功能餐饮分类浏览、商家选择、商品选购、订单管理、地址管理。教学目标结合学校教学资源和企业实践经验，提供真实项目实践环境。1.4.1功能需求：用户管理1.4.1功能需求教材第17页50/58用户注册填写账号密码等信息；输入用户名、密码、联系方式；校验合法性并创建用户档案。用户登录通过凭证验证访问系统；输入用户名/手机号和密码；验证身份并建立会话连接。1.4.1功能需求：用户管理模块核心业务流程：商家浏览与选择1.4.1功能需求教材第17页51/58分类展示以树状结构呈现餐饮分类，如中式、西式、快餐等。商家列表按分类展示评分、配送时间、起送价等商家信息。商家详情展示商家资质、促销活动和菜品目录。核心业务流程：购物车管理1.4.1功能需求教材第18页52