第1讲 数据库基本知识.ppt

1、数据库系统原理与应用,关系数据库与SQL语言,数据库系统原理与应用,第1章数据库基本知识,1.1 信息、数据与数据处理 1.2 数据库系统 1.3 数据模型,数据库系统原理与应用,1.1 信息、数据与数据处理,1.1.1 数据与信息 1.1.2 数据处理 1.1.3 数据处理的发展,返回首页,数据库系统原理与应用,数据(Data)是数据库中存储的基本对象 数据的定义 描述事物的符号记录 数据的种类 文字、图形、图象、声音,1.1.1 数据与信息,数据库系统原理与应用,数据举例,学生档案中的学生记录 （李明，男，1972，江苏，计算机系，1990） 数据的形式不能完全表达其内容 数据的解释 语义

2、：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间 解释：李明是个大学生，1972年出生，江苏人，1990年考入计算机系,数据库系统原理与应用,信息是指数据经过加工处理后所获取的有用知识。信息是以某种数据形式表现的。 信息=数据+数据处理 1.1.2 数据处理 数据处理是指将数据转换成信息的过程。 数据 处理 信息 数据处理任务的矛盾焦点不是计算，而是把数据管理好。 数据是信息的具体表现形式,信息是数据有意义的表现.,1.1.1 数据与信息,数据库系统原理与应用,1.1.3 数据处理的发展,什么是数据管理 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题 数据管理技术的发展

3、过程 人工管理阶段(40年代中-50年代中) 文件系统阶段(50年代末-60年代中) 数据库系统阶段(60年代末-现在),数据库系统原理与应用,一、人工管理,时间： 50年代中期以前 背景：计算机主要用于科学计算 硬件：磁带、卡片、纸带，没有磁盘 软件：没有操作系统，没有管理数据的软件。只有汇编语言。 特点： 1数据不保存在机器中（算时输入，算后输出） 2没有软件系统对数据进行管理 3只有程序概念，没有文件的概念 4一组数据对应一个程序，数据是面向应用的,数据库系统原理与应用,应用程序与数据的对应关系(人工管理),数据库系统原理与应用,二、文件系统,时间：50年代后期到60年代中期 背景：计算

4、机不仅用于科学计算，而且用于数据处理 硬件：磁盘、磁鼓 软件：操作系统中已经有了专门的管理数据的软件(即文件系统),数据库系统原理与应用,文件系统阶段(续),特点 数据的管理者：文件系统，数据可长期保存 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大 数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改 变必须修改应用程序 数据控制能力：应用程序自己控制,数据库系统原理与应用,文件系统有数据冗余、数据不一致和数据联系弱三个缺点。,工号：123；职工姓名：张三；职工电话：67890123 工号：124；职工姓名：李四；职工电话：67543210 工号：125；职工姓名：张三；职工电话：65

5、467890,工号：123；职工工资：2230元；职工电话：62345000 工号：124；职工工资：3500元；职工电话：67543210 工号：125；职工工资：2400元；职工电话：65467890,职工档案文件,职工工资文件,冗余，且可能不一致,原因：文件中数据没有联系,eg:,数据库系统原理与应用,应用程序与数据的对应关系(文件系统),数据库系统原理与应用,三、数据库阶段,时间：60年代后期 - 背景：数据管理规模更为庞大，应用更广泛，数据量剧增，共享要求(多种应用、多种语言互相覆盖地共享数据集合)更强 硬件：有了大容量和快速存取磁盘 指导思想：对所有的数据实行统一的、集中的、独立的

6、管理，使数据存储独立于使用数据的程序，实现数据共享。,数据库系统原理与应用,应用程序与数据的对应关系(数据库系统),数据库系统原理与应用,1.2 数据库系统,1.2.1 数据库系统的组成 1.2.2 数据库系统体系结构 1.2.3 数据库管理系统的功能 1.2.4 数据库管理系统的组成 1.2.5 数据库系统的特点,返回首页,数据库系统原理与应用,三个基本概念,数据库(Database) 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS),1.2.1 数据库系统的组成,数据库系统原理与应用,数据库,数据库的定义 数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据

7、集合,数据库系统原理与应用,数据库（举例）,数据库系统原理与应用,数据库管理系统,什么是DBMS 数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 即指数据库系统中管理数据的软件系统。 用户使用的各种数据库的命令及应用程序的执行，都要通过DBMS。 如：SQL server 2000,数据库系统原理与应用,1.2.1 数据库系统的组成,什么是数据库系统 数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。 在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。 数据库系统的构

8、成 1计算机硬件 2数据库管理系统 3数据库 4应用程序 5数据库用户,数据库系统原理与应用,数据库系统原理与应用,1.2.2 数据库系统体系结构,数据库系统的三级模式结构 数据库的二级映象功能与数据独立性,数据库系统原理与应用,数据库系统的三级模式结构,数据库系统原理与应用,1内模式 内模式也称为存储模式，它是数据库在物理存储器上具体实现的描述，它描述了数据在存储介质上的存储形式和物理结构。一个数据库只有一个内模式。 2模式 模式也称为逻辑模式或概念模式，是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库系统模式结构的中间层。一个数据库只有一个模式。,数据库系统原理与应用,3外模式 外模式

9、也称为子模式或用户模式，它是数据和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，是数据和用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。 外模式一般是模式的子集。一个模式可以有多个外模式。一个应用程序只能使用一个外模式。 外模式是保证数据库安全性的一个有力措施。,应用程序使用外模式1,一个三级模式的实例,多方位介绍甜辣椒育苗技术，以育苗各阶段 分类描述各项育苗技术，大量育苗过程图片 ，以及提供决策推理功能。,应用程序使用外模式2,概念模式 users(ID,用户名，密码，系统名，注册时间， 系统说明，联系方式，picture,sys_type),内模式,数据库系统原理与应用,三级模式与

10、二级映象,三级模式是对数据的三个抽象级别 二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换,数据库系统原理与应用,数据库系统的三级模式结构,数据库系统原理与应用,1外模式模式映象,定义外模式与模式之间的对应关系 每一个外模式都对应一个外模式模式映象 映象定义通常包含在各自外模式的描述中,数据库系统原理与应用,外模式模式映象的用途,保证数据的逻辑独立性 当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变 应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。,数据库系统原理与应用,2模式内模式映象,模式内模式映象定义了数

11、据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的 数据库中模式内模式映象是唯一的 该映象定义通常包含在模式描述中,数据库系统原理与应用,模式内模式映象的用途,保证数据的物理独立性 当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式内模式映象，使模式保持不变 应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。,数据库系统原理与应用,习题,在数据库的三个模式中（ ）。 A.内模式只有一个，而模式和外模式可以有多个 B.模式只有一个，而模式和外模式可以有多个 C.模式和内模式只有一个，而外模式可以有多个 D.模式、内模式和

12、外模式均只有一个,数据库系统原理与应用,1.2.3 数据库管理系统的功能,1数据库定义（描述）功能 2数据库操纵功能 3数据库运行管理功能 4数据组织、存储和管理 5数据库的建立和维护 6通信功能,返回本节,数据库系统原理与应用,1.2.4 数据库管理系统的组成,1数据定义语言及其编译处理程序 2数据操作语言及其编译程序 3数据库运行控制程序 4实用程序,返回本节,数据库系统原理与应用,1.2.5 数据库系统的特点,1数据共享 2减少数据冗余 3具有较高的数据独立性 （1）物理数据独立： （2）逻辑数据独立： 4增强了数据安全性和完整性保护,返回本节,数据库系统原理与应用,1.3 数据模型,1

13、.3.1 现实世界的数据描述 1.3.2 数据模型 1.3.3 关系的基本概念及其特点,返回首页,数据库系统原理与应用,1.3.1 现实世界的数据描述,1.信息处理的三个层次： （1）现实世界。 （2）信息世界。 （3）数据世界。,数据库系统原理与应用,信息处理的三个层次：,信息处理三层次,数据库系统原理与应用,概念模型,概念模型用于将客观事物转化为实体及实体间的联系。 是现实世界到机器世界的一个中间层次。 是数据库设计的有力工具。 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言。,数据库系统原理与应用,2. 信息世界中的基本概念,(1) 实体 客观存在并可相互区别的事物称为实体。 可以是具体的人、事

14、、物或抽象的概念。 如：一个人，一个学校，一个账户 (2) 属性 实体所具有的某一特性称为属性。 一个实体可以由若干个属性来刻画。 如：学生有如下的属性（学号，姓名，性别，出生年月等等）,数据库系统原理与应用,信息世界中的基本概念(续),(3) 域 属性的取值范围称为该属性的域。 如：性别的域为：（男，女） 成绩的域为：大于等于且小于等于100,数据库系统原理与应用,(4) 实体型和实体值 实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画，是实体结构的描述。 如：学生（学号，姓名，性别，专业，出生年月） 实体值：是属性值的集合。 如：（26001，李一，女，计算机，1984年12月27）,信息世界中

15、的基本概念(续),数据库系统原理与应用,信息世界中的基本概念(续),(5) 联系：建立实体模型的主要任务 两个实体型之间的联系可分为三类： 1对1联系(1:1) 1对多联系(1:n) 多对多联系(m:n),数据库系统原理与应用,两个实体型间的联系,一对一联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，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。 实例 班级与班长之间的联系： 一个班级只有一个正班长 一个班长只在一个班中任职,数据库系统原理与应用,两个实体型间的联系 (续),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个实体（n0）与之联系，

16、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之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系 记为1:n 实例 班级与学生之间的联系： 一个班级中有若干名学生， 每个学生只在一个班级中学习,数据库系统原理与应用,两个实体型间的联系 (续),多对多联系（m:n） 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n 实例 课程与学生之间的联系： 一门课程同时有若干个学生选修 一个学生可以同时选修多门课程,数据库系统原理与应用,3. 概念模型的表示方

17、法,概念模型的表示方法很多 实体联系方法(E-R方法) 用E-R图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为E-R模型,数据库系统原理与应用,联系的表示方法示例,数据库系统原理与应用,习题：,1、学生社团可以接纳多名学生参加，但每个学生只能参加一个社团，从社团到学生之间的联系类型是( ) A.多对多 B.一对一 C.多对一 D.一对多 2、储蓄所有多个储户，一个储户可以在多个储蓄所存取款，储蓄所和储户之间的联系类型是： A.多对多 B.一对一 C.多对一 D.一对多,答案：1、D 2、A,数据库系统原理与应用,1.3.2 数据模型,数据模型的用途：数据库中数据与数据之间的关系 解决的问题：将信

18、息世界的实体及实体间的联系信息数据化,数据库系统原理与应用,1.3.2 数据模型,常用数据模型 层次模型 网状模型 关系模型,数据库系统原理与应用,一、 层次模型,用树形结构表示实体和实体间联系的数据模型称为层次模型。,数据库系统原理与应用,层次模型举例,在一个学校中，每个系分为若干个专业，而每个专业只属于一个系。系与教师，专业与学生，专业与课程之间也是一对多的联系。,数据库系统原理与应用,1. 层次数据模型的数据结构(有向树),层次模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。 1. 有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点 2. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点,数据库

19、系统原理与应用,二、 网状模型 网状模型用网状结构表示实体及其之间的联系，网中结点之间的联系不受层次限制，可以任意发生联系。,数据库系统原理与应用,网状模型的数据结构(有向图),网状模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。 1. 允许一个以上的结点无双亲； 2. 一个结点可以有多于一个的双亲。 能表示实体之间的多种复杂联系,数据库系统原理与应用,三、 关系模型,用二维表表示实体和实体间联系的数据模型称为关系模型。,数据库系统原理与应用,关系模型,最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型 1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd提出 本课程的

20、重点,数据库系统原理与应用,关系数据模型的数据结构(二维表),在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,数据库系统原理与应用,关系数据模型的数据结构(续）,实体及实体间的联系的表示方法 实体型：直接用关系（表）表示。 属性：用属性名表示。 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 多对多联系：直接用关系表示。,数据库系统原理与应用,关系数据模型的数据结构(续）,例1 学生、系、系与学生之间的一对多联系： 学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级） 系 (系号，系名，办公地点) 例2 系、系主任、系与系主任间的一对一联系 联系隐含在关

21、系内部： 系(系号，系名，办公地点) 系主任(教师编号，姓名，年龄，性别，所在系号),数据库系统原理与应用,学生表,系主任表,系表,一对一联系,一对多联系,数据库系统原理与应用,关系数据模型的数据结构(续）,例3 学生、课程、学生与课程之间的多对多联系： 学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级） 课程（课程号，课程名，学分） 选修（学号，课程号，成绩）,用一个新的关系来表表示实体间多对多的联系,数据库系统原理与应用,学生表,课程（课程号，课程名，学分） 选修（学号，课程号，成绩）,选修表,课程表,数据库系统原理与应用,典型的关系数据库系统,ORACLE SYBASE INFORMIX DB/

22、2 COBASE PBASE EasyBase Microsoft SQL Server (Transact_SQL),数据库系统原理与应用,1.3.3 关系的基本概念及其特点,1关系的基本概念 （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。 （2）元组：二维表的每一行在关系中称为元组。 （3）属性：二维表的每一列在关系中称为属性，每个属性都有一个属性名，属性值则是各个元组在该属性上的取值。 （4）域：属性的取值范围称为域。,数据库系统原理与应用,2关系模型的主要优点 关系模型具有如下优点： （1）数据结构单一。关系模型中，不管是

23、实体还是实体之间的联系，都用关系来表示，而关系都对应一张二维数据表，数据结构简单、清晰。 （2）关系规范化，并建立在严格的理论基础上。关系中每个属性不可再分割，构成关系的基本规范。 （3）概念简单，操作方便。,返回本节,关系的数据结构 关系模型的相关概念,1.4关系模型,实体 属性 域 关键字(码) 实体型 实体集,概念模型,关系模型,关系 属性 域 候选键(码) 关系模式 关系实例,属性值,元组(行),关系模式,记录,字段值,字段,属性,记录类型,关系,文件,关系数据库的术语,数据库系统原理与应用,关系名：学生登记表 关系模式：学生(学号，姓名，年龄，性别，系，年级),关系模型的基本概念(续

24、),关系,属性值,1，2，3，4，5,域,整数,属性名,元组,表1工资表 编号 姓名 基本工资 工龄工资 扣除 实发工资 101 刘安 1520.00 532.00 545.00 1507.00 102 陈林 1426.00 524.00 530.50 1420.50 103 赵刚 1388.00 525.00 540.50 1373.50 201 刘达 1388.00 515.00 533.00 1370.00 202 陆海 1476.00 512.00 522.50 1466.50 203 李万 1698.00 527.00 560.00 1665.00,关系模型中最基本的概念是关系。给出

25、的工资表就是一个关系。但并非任何一个二维表都是一个关系。,我们说这个二维表是一个关系，是因为它有以下几个特征： 只有具有以下性质的二维表，才称为一个关系。这种二维表称为规范化的二维表。本篇中提到的二维表均指这种规范化的二维表。,关系的性质（续）,1.关系的性质 1). 属性是关系中不可分割的最小数据单元 ; 2). 同一个关系中, 元组 (记录) 不能有完全相同的; 3). 同一个关系中, 属性和元组的顺序可以任意排列;,表2信息中心专门人才基本情况一览表,表3信息中心专门人才基本情况一览表,2、 属性 关系中不同列可以对应相同的域，为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性。 n目关系必有

26、n个属性。,3、 关键码 ） 候选键 ：若关系中的某一属性或属性组的值能唯一地标识该关系的元组，而其真子集不行。 ）主键：若一个关系有多个候选码，则选定其中一个 为主码。 主码的诸属性称为主属性。 不包含在任何侯选键中的属性称为非主属性。 每个关系都必定有且只有一个主键 对于一个关系,主键一经选定,通常是不能随意改变的,码(续) ） 外键 如果关系R2的一个或一组属性不是R2的主键，而是另一关系R1的主键，则该属性或属性组成为关系R2的外键。,外键举例：,外键定义：如果关系R2的一个或一组属性不是R2的主键，而是另一关系R1的主键，则该属性或属性组成为关系R2的外键。系号为关系S的外键，为DEPT的主键,练习,1、现有关系表：学生（宿舍编号，宿舍地址，学号，姓名，性别，专业）的主键为： A宿舍编号 B学号 C宿舍地址，姓名 D宿舍编号，学号 2、现有关系表：医疗（患者编号，医生编号，医生姓名，诊断日期，诊断结果，恢复情况）的主键是： A患者编号，医生编号，诊断日期 B医生编号 C诊断日期 D患者编号,答案：1、B 2、A,练习：,1、现有如下关系： 职工（职工号、姓名、性别、职务、部门编号） 部门（部门编号、部门名称、姓名、部门地址、电话） 其中，职工关系中的外键是（） A部门编号 B姓