数据库原理与应用

1、2020/6/18,1,数据库原理与应用大连理工大学管理科学与工程学院信息管理与信息系统研究所仲秋雁zhongq2020/6/18,2,学时：72（讲课48，上机24）学分：4课程类别：专业必修课教材：数据库系统概论（第四版）王珊、萨师煊，高等教育出版社课件网址：5/=teach=/,数据库原理与应用,2020/6/18,3,教材,2020/6/18,4,2020/6/18,4,课程考核方式,期末考试（笔试/闭卷）平时考勤+作业完成情况课程大作业完成情况助教：赵彬youcan1202,2020/6/18,5,培养体系,2020/6

2、/18,6,专业知识结构,2020/6/18,7,课程体系,2020/6/18,8,学分分配结构,2020/6/18,9,第一章绪论,第一节数据库系统概述一、计算机系统应用科学计算弹道分析、地震、气象预测过程控制数控机床、电厂控制、生产自动线数字通信互联网、数字电话、文字处理排版系统、文字编辑、辅助管理管理信息系统（MIS）其他远程教育、娱乐、,2020/6/18,10,2020/6/18,10,1.学生成绩管理系统示例,学校综合教务系统系统用户：学生、教师、教学管理人员系统演示（教师）,2020/6/18,11,2020/6/18,11,综合教务系统演示教师登陆,2020/6/18,12,2

3、020/6/18,12,综合教务系统演示,2020/6/18,13,2020/6/18,13,综合教务系统演示课表查询,2020/6/18,14,2020/6/18,14,综合教务系统演示选课学生列表,2020/6/18,15,2020/6/18,15,综合教务系统演示教学记录表,2020/6/18,16,2020/6/18,16,系统中需包含的数据,有哪些学生？学生的基本信息包含什么？开设了哪些课程？课程的基本信息是什么？学生选课情况：每个学生选了哪些课程？每门课程哪些学生选？学习情况怎样？成绩统计分析成绩表课程成绩分布（试卷分析）每个学生修读学分核算学习成绩排名，,2020/6/18,17

4、,2020/6/18,17,学习成绩管理系统架构,2020/6/18,18,2020/6/18,18,学习成绩管理系统中数据模型,2020/6/18,19,2020/6/18,19,2.销售管理系统示例,超市POS系统系统用户：收银员、顾客、管理人员,2020/6/18,20,2020/6/18,20,超市收银终端界面,2020/6/18,21,2020/6/18,21,购物小票（水单）,2020/6/18,22,2020/6/18,22,系统中需包含的数据,有哪些商品？商品的基本信息包含什么？有哪些顾客（会员）？顾客的基本信息是什么？销售结算？顾客买了哪些商品？共花了多少钱？获得多少积分？经

5、营情况怎样？销售统计分析每种商品销量、销售收入、库存情况本月总销售收入、利润，,2020/6/18,23,2020/6/18,23,超市POS系统架构,2020/6/18,24,2020/6/18,24,销售管理系统中数据模型,2020/6/18,25,3.其他应用系统,订票系统银行柜员系统图书自动检索系统进销存管理系统办公自动化系统工资管理系统企业管理信息系统财务管理系统，库存管理系统，销售管理系统，ERP，,2020/6/18,26,4.对数据管理技术的要求,大容量数据，长期保存数据实时处理基本数据操作：查询，更新（增删改）基于大容量存储数据、实时操作面向多用户：数据共享、并发访问保证数据

6、的完整性保证数据的安全性数据故障恢复,2020/6/18,27,2020/6/18,27,二、信息系统的建立,为什么要建立管理信息系统？方便操作，提高效率，提高管理和服务水平，辅助决策，根本目的：获得竞争优势,2020/6/18,28,2020/6/18,28,相关问题,数据如何组织？反应需求现实世界对象、对象之间的关系数据如何使用（访问）？有哪些操作？增、删、改、查询、统计分析操作如何实现？效率如何保证？如何管理和控制？角色、权限安全性数据是不是正确、有效完整性多人使用共享、并发访问故障恢复,2020/6/18,29,*学习的主要内容,数据库设计解决数据如何组织的问题数据库操作解决数据如何使

7、用的问题数据库的管理和控制解决如何管理和控制的问题,2020/6/18,30,三、数据管理技术的演变,发展：技术本身的发展拉动实际需求的要求推动数据管理技术的演变经历了三个阶段：人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段,2020/6/18,31,1.人工管理阶段,20世纪50年代中期以前没有磁盘等直接存取的存储设备没有专门管理数据的软件数据处理方式是批处理-数据不保存-由应用程序管理数据-数据不共享-数据不具独立性,2020/6/18,32,2.文件系统阶段,20世纪50年代后期60年代中期有了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备有专门管理数据的软件文件系统处理方式是批处理+实时处理-数据可以长期保存

8、-由文件系统管理数据按文件名访问，按记录进行存取-数据共享性差、冗余度大仅实现以文件为单位的数据共享-数据独立性差,2020/6/18,33,3.数据库系统阶段,20世纪60年代后期出现了大容量的磁盘硬件价格下降，软件价格上升处理方式对实时处理要求更多-数据高度共享，冗余度低，易扩充-数据独立性高-数据由DBMS统一管理和控制安全性、完整性、并发控制、数据库恢复-数据结构化（面向整体组织数据）,2020/6/18,34,传统的文件系统,2020/6/18,35,数据库管理系统(DBMS),ProductionIDAmountTime,2020/6/18,36,四、从数据到数据库系统,1.数据示

9、例：学生、课程、教师对象描述对象：对象的特征现实世界：用自然语言描述。计算机中：用有结构的数据描述。记录（特征集合）数据（Data）是数据库中存储的基本单元，它是描述事物特征的符号记载。,2020/6/18,37,2.数据库,数据库（DataBase，DB），长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较低冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。特点：永久存储、有组织、可共享,2020/6/18,38,3.数据库管理系统,如何科学地组织和存储数据？如何高效地获取和维护数据？数据库管理系统（DataBaseManage

10、mentSystem，DBMS）是位于用户和操作系统之间的一组数据管理软件。,2020/6/18,39,数据库管理系统的功能,(1)数据定义功能(2)数据组织、存储和管理(3)数据操纵功能(4)数据库的事务管理和运行管理(5)数据库的建立和维护功能(6)其他功能,2020/6/18,40,4.数据库系统,数据库系统（DataBaseSystem，DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统及其开发工具、应用系统、数据库管理员、用户构成。,2020/6/18,41,数据库系统,应用系统,硬件,2020/6/18,42,数据库系统,硬件,OS,DBMS,应用开发工具,

11、编译系统,2020/6/18,43,五、理解数据库系统,图书书卡书架/书库（数据数据模型数据库）完善的分类编目办法（书卡）图书有组织地存放在书库中规定借阅权限建立周密的借阅管理制度图书管理员,2020/6/18,44,理解数据库系统,2020/6/18,45,数据库与图书馆的比较,2020/6/18,46,第二节数据模型,数据模型是数据库的核心和基础。数据模型是现实世界对象特征的抽象描述，就是现实世界的模拟。它应满足三方面的要求：-能比较真实地模拟现实世界-容易为人们所理解-便于在计算机中实现,2020/6/18,47,一、数据库中的数据模型,2020/6/18,48,数据库中的数据模型,1.

12、概念模型：概念模型也称信息模型，是按用户的观点对数据和信息建模，主要用于数据库设计。2.逻辑模型：是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DMBS的实现。3.物理模型：描述数据在系统内部的表示方法和存储方法，在存储介质上的存储方式和存取方法，是面向计算机系统的。,2020/6/18,49,二、数据模型的三要素,数据模型是严格定义的一组概念的集合，这些概念精确地描述了系统数据结构、数据操作和完整性约束条件三部分组成。,2020/6/18,50,1.数据结构,数据结构描述数据库的组成对象以及对象之间的联系，它是对系统静态特性的描述，包括：-数据对象（数据类型、内容、性质）-数据之间、数据对象之间的

13、关系例如：学生成绩管理系统-学生、课程、-学生与课程之间联系：多对多,2020/6/18,51,2.数据操作,数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。它是对系统动态特性的描述。包括：-明确操作内容：查询、更新（增删改）-定义操作含义、操作符号、操作规则-实现操作语言,2020/6/18,52,3.数据的完整性约束条件,数据的完整性约束条件是一组完整性规则的集合，即给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。包括：-实体完整性-参照完整性-用户定义完整性,

14、2020/6/18,53,三、概念模型,概念模型是现实世界的抽象描述。反映现实世界所涉及的对象及对象间的联系。1.基本术语实体：客观存在并可相互区别的事物。人、事、物、抽象的概念属性：实体所具有的某一特性。一个实体可以由若干个属性来刻画。码：唯一标识实体的属性集。,2020/6/18,54,三、概念模型,域：一组具有相同数据类型的值的集合。属性的取值范围来自某个域。实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画的同类实体。例如：学生（学号，姓名，性别，生日，）实体集：同一类型实体的集合。联系：实体集之间的联系。,2020/6/18,55,2.联系的类型,二元联系：两个实体集间的联系。一对一联系（1

15、:1）一对多联系（1:n）/多对一联系（n:1）多对多联系（m:n）多元联系：三个及以上实体集间的联系。如三个实体供应商:项目:零件一元联系：同一个实体集中各实体间的联系。如“职工”实体集，领导与被领导的联系,2020/6/18,56,(1)一对一联系,如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个（也可以没有）实体与之关联，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系，记为1:1。例如：班级:班长班级:班主任,2020/6/18,57,(2)一对多联系,如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n（n0）个实体与之关联；反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与

16、之关联，则称实体集A与实体集B具有一对多联系，记为1:n。例如，班级:学生学院:研究所研究所:教师,2020/6/18,58,(3)多对多联系,如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n（n0）个实体与之关联；反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中有m（m0）个实体与之关联；则称实体集A与实体集B具有多对多联系，记为m:n。例如，课程:学生商品:供应商,2020/6/18,59,3.E-R图（实体联系图）,1976年P.P.S.Chen提出的实体-联系方法描述概念模型，即用实体-联系图(Entity-Relationship,E-R图)。,2020/6/18,60,联系的E-R图表示

17、,2020/6/18,61,示例,2020/6/18,62,4.E-R图画法,甄别实体确定属性选择码分析联系,2020/6/18,63,5.实例学校教学情况,教：一个教师可教授多门课程每门课程只能有一个教师讲授学：每个学生可以学习若干门课程每个课程有若个学生学习,2020/6/18,64,5.实例学校教学情况,三个实体学生、课程、教师两个联系学生：课程，m:n教师：课程，1:m,2020/6/18,65,6.关于概念模型,(1)避免冗余(2)码的构造每个关系都必须至少有一个码唯一标识它的元组关系的性质(3)属性的相对性(产品)生产厂实体?属性?(4)联系的属性在多对多联系中可能存在,2020/

18、6/18,66,四、数据逻辑模型,在数据库系统中，数据库设计的核心问题就是设计一个好的数据模型，数据模型的好坏直接影响数据库的性能。到目前为止，在数据库系统中使用的数据模型主要有三种：层次模型、网状模型和关系模型。,2020/6/18,67,1.层次模型,层次模型用树形结构表示各类实体以及实体间的联系。它满足以下两个条件：根唯一：每棵树有且仅有一个结点无双亲，该结点称为根结点；父唯一：根以外的结点有且仅有一个双亲。结点是一个记录类型，描述的是实体，结点间的连线表示联系，这种联系是父子结点间一对多的联系。,2020/6/18,68,层次模型示例,2020/6/18,69,2.网状模型,网状模型用

19、以记录为结点的网状结构表示各类实体以及实体间的联系。它满足以下两个条件：多根：允许一个以上的结点无双亲；多父：一个结点可以有一个以上的双亲；此外允许两个结点间有多种联系。结点是一个记录类型，描述的是实体，结点间的有向边描述的是联系，这种联系是结点间多对多的联系。,2020/6/18,70,网状模型示例,团队,部门,教师,课题,2020/6/18,71,3.关系模型,关系数据模型是把现实世界信息需求的数据逻辑结构归结为满足一定条件的二维表的模型。一个二维表就是一个关系，描述问题的所有二维表的集合就构成了一个关系数据库。日常工作和生活中的各种报表，如工资表、学生成绩表、人事档案表、产品库存表、生产

20、报表等都具有二维表的结构，可以很方便地表示成关系数据模型中的一个关系。,2020/6/18,72,关系模型中的术语,关系：一个关系对应一张二维表。元组：表中的一行即为一个元组，或叫记录。属性：表中的一列即为一个属性，每个属性应有一个名称即属性名。码：也称为键。表中的某个属性组，它可以唯一地确定一个元组。域：属性的取值范围。分量：元组中的一个属性值。关系模式：对关系的描述，一般表示为关系名（属性1，属性2，属性3，）,2020/6/18,73,关系模型示例,2020/6/18,74,五、从概念模型到关系模型,转换的基本方法：实体：一个实体一个关系实体的属性：关系的属性联系：对关系进行扩展,202

21、0/6/18,75,联系的转换,假设两个实体：R1#为主码R2#为主码R1(R1#,)R2(R2#,),2020/6/18,76,联系的转换,(1)1:1联系：在任意对应实体关系中扩展R1(R1#,R2#)或R2(R2#,R1#)(2)1:n联系：在多值一方对应实体关系中扩展R2(R2#,R1#)(3)m:n联系：构造新的关系R12(R1#,R2#,联系的属性),2020/6/18,77,示例：学校教学情况,第一步：实体关系学生实体Student(Sno,Name,Gender,Birthday,Address)课程实体Course(Cno,Subject,Time,Credit)教师实体Te

22、acher(Tno,Name,Gender,Birthday,Title),2020/6/18,78,第二步：联系的转换,Teacher(Tno,Name,Gender,Birthday,Title)Course(Cno,Subject,Time,Credit,Tno)教师对课程的一对多联系Student(Sno,Name,Gender,Birthday,Address)Study(Sno,Cno,Score)学生对课程的多对多联系,2020/6/18,79,第三步：分析码,2020/6/18,80,数据库设计练习一,建立一个关于每日产品生产加工情况的关系数据库。请画出E-R图，给出关系模式，

23、指出各关系模式的主码、外码。其中：描述车间的信息有：车间编号、车间名称、电话、负责人、加工产品。描述设备的信息有：设备编号、设备名称、型号、原价。描述产品的信息有：产品编号、产品名称、规格、型号、加工车间、加工设备、加工工时有关语义如下：同一种产品可以在不同的车间由不同的设备加工，加工工时可能不同；每一车间有多台设备，可以加工多种产品；同一种类型的设备有多台，分别归不同的车间所有使用。,2020/6/18,81,分析,(1)甄别实体(2)确定属性(3)选择实体的码,车间、设备、产品,2020/6/18,82,(4)分析联系,合成E-R图:,2020/6/18,83,(5)转换为关系模型,车间（

24、车间编号，车间名称，电话，负责人）主码：车间编号外码：无设备（设备编号，设备名称，型号，原价，车间编号）主码：设备编号外码：车间编号产品（产品编号，产品名称，规格，型号）主码：产品编号外码：无加工（日期，产品编号，设备编号，加工数量，加工工时）主码：（日期，产品编号，设备编号）外码：产品编号，设备编号,2020/6/18,84,数据库设计练习,练习二,练习三,2020/6/18,85,小结,实体、属性、联系要分别命名命名要恰当联系命名动词不同实体、联系不同名属性实体的特性自然属性联系的属性仅在多对多联系中可能存在一对多联系方向性只描述直接联系，不描述间接联系,2020/6/18,86,第三节数

25、据库系统结构,一、数据模型中的型与值型：是指对某一类数据的结构和属性的说明。值：是型的一个具体赋值。学生记录的型：（学号，姓名，性别，专业，）学生记录的值：（201201001，张三，男，计算机科学，）,2020/6/18,87,一、模式的概念,模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。它仅仅涉及型的描述，不涉及具体值。模式的一个具体值称为模式的一个实例。同一个模式可以有很多实例。模式是相对稳定的，实例是动态变动的。,2020/6/18,88,二、数据库系统的三级模式结构,2020/6/18,89,1.模式,模式又称逻辑模式，是数据库中全体数据的整体逻辑结构和特征的描述。是所有用户的公共数

26、据视图。它包含数据的逻辑结构（数据项及其名字、类型、取值范围）、数据间联系、数据的完整性和安全性等要求。它不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用程序、所使用的开发工具无关。,2020/6/18,90,2.外模式,外模式又称子模式或用户模式，是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式。同一外模式可以为某个用户的多个应用系统使用。一个应用程序只能使用一个外模式。,2020/6/18,91,3.内模式,内模式又称存储模式，是数据物理结构和存储方式的描述。是数据在数

27、据库内部的表示方式。它定义所有内部记录存储方式、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节。一个数据库只有一个内模式。,2020/6/18,92,三、数据库系统的二级映像,数据按外模式的描述提供给用户，按内模式的描述存储在磁盘中，而模式提供了连接外模式和内模式这两级的相对稳定的中间描述，并使得两级中任何一级的改变都不受另一级的牵制。,2020/6/18,93,三级模式及二级映像,用户局部逻辑结构数据库的整体逻辑结构数据库的物理结构,外部级(用户视图)概念级(全局视图)内部级(存储视图),外模式/模式映像,模式/内模式映像,2020/6/18,94,1.外模式/模式映像,一个数据库有多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映像