數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課件：第一章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1、數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課時(shí)安排： 1平時(shí)作業(yè)、出勤：10%2上機(jī)實(shí)踐：20%3期末考試：70%計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 1科學(xué)計(jì)算（或稱為數(shù)值計(jì)算）2過程檢測與控制3信息管理（數(shù)據(jù)處理）4計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) 1. 學(xué)校的教學(xué)管理系統(tǒng) 2. 圖書館的圖書借閱系統(tǒng) 3. 車站及航空公司的售票系統(tǒng) 4. 在互聯(lián)網(wǎng)上，使用搜索引擎、在線購物甚至是訪問網(wǎng)站地址都與數(shù)據(jù)庫有關(guān)。 數(shù)據(jù)庫在我們生活中無處不在，例如：目錄第一章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 第三章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論 第四章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言SQL 第五章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)ACCESS 第六章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 第一章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述基本概念（什么是數(shù)據(jù)庫）數(shù)

2、據(jù)庫管理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)模型 1.1 基本概念數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫定義：長期存儲在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有結(jié)構(gòu)的、大量的、可共享的數(shù)據(jù)集合。 J.Martin定義：數(shù)據(jù)庫是存儲在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，這些數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，無有害的或不必要的冗余，并為多種應(yīng)用服務(wù)；數(shù)據(jù)的存儲獨(dú)立于使用它的程序；對數(shù)據(jù)庫插入新數(shù)據(jù)，修改和檢索原有數(shù)據(jù)均能按一種公用的和可控制的方式進(jìn)行。2.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBase Management System，簡稱DBMS） ：為了方便數(shù)據(jù)庫的建立、運(yùn)用和維護(hù)，人們研制的一種數(shù)據(jù)管理軟件（DB2，Oracle，A

3、ccess, Microsoft SQL Server ，Sybase等）。 3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 基于數(shù)據(jù)庫的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)庫管理員; 系統(tǒng)分析員；應(yīng)用程序員; 終端用戶。學(xué)號姓名性別年齡001張建華男21002李德文男20003劉建國男19004王丹萍女20軟件1.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS) （DB2，Oracle，Access,SQL Server,SYbase）2.支持DBMS運(yùn)行的操作系統(tǒng)3.應(yīng)用開發(fā)工具（Delphi，VB等）4.為特定應(yīng)用開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件（OA） 硬件舉例：吉林大學(xué)珠海學(xué)院教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫：教務(wù)數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)：Windows 2000 Windows xp

4、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：oracle數(shù)據(jù)庫管理員：教務(wù)處XXX開發(fā)工具：JAVA1.2數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展三個(gè)階段：人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段人工管理階段的特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)不保存在計(jì)算機(jī)中。（2）沒有專用的軟件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由應(yīng)用程序自己管理。（3）數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，不具有獨(dú)立性。（4）數(shù)據(jù)不共享，冗余量大。 人工管理階段數(shù)據(jù)和程序的關(guān)系 文件系統(tǒng)階段的特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)可長期保存在磁盤上。（2）數(shù)據(jù)由文件系統(tǒng)管理，文件系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)與程序之間的存取方法，文件形式多樣化。（3）數(shù)據(jù)共享性差、冗余大。（4）數(shù)據(jù)仍然是面向應(yīng)用的，數(shù)據(jù)缺乏獨(dú)立性。（5）程序有了一定的獨(dú)立性。（6）文件之間缺乏

5、聯(lián)系，相互孤立，仍然不能反映現(xiàn)實(shí)世界各種事物之間錯綜復(fù)雜的聯(lián)系。文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)和程序的關(guān)系 數(shù)據(jù)庫發(fā)展史1. 1961年 ，Charles Bachman ，第一個(gè)網(wǎng)狀 DBMS 集成數(shù)據(jù)存儲（Integrated DataStore IDS）；2. ARPA(1963,1965) Development and Management of a Computer-Centered DatabaseARPA是英文Advanced Research Projects Agency的縮寫，代表美國國防部高級研究計(jì)劃署。 3. 1968年, IBM, IMS 4. 1969年, CODASYL, D

6、BTG系統(tǒng)。5. 1970年, E.F.Code, “A Relation Model of Data for Large Shared Data Banks” 論文。 數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言會議（Conference on Data Systems Languages, CODASYL）是1959年,美國國防部召開的一個(gè)有政府機(jī)關(guān)、企業(yè)、計(jì)算機(jī)廠商參加的會議。會上大家認(rèn)為有必要設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)處理專用的語言。這就是著名的數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言會議CODASYL(Congference on Data Systems Languages)。 Database Task Group，數(shù)據(jù)庫任務(wù)組。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)(系統(tǒng))的

7、特點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。 數(shù)據(jù)共享性高、冗余度低。數(shù)據(jù)獨(dú)立性高。數(shù)據(jù)存取粒度小 (數(shù)據(jù)存取粒度可以小到記錄中的一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。)數(shù)據(jù)由DBMS集中管理方便的用戶接口 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系 1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)1.3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構(gòu)1.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級模式結(jié)構(gòu)。外模式、模式和內(nèi)模式外模式外模式也稱子模式或用戶模式，是數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。 模式模式也稱概念模式，是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)

8、在邏輯級上的視圖，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。它通常以某一數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，定義數(shù)據(jù)庫全部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。 內(nèi)模式內(nèi)模式也稱存儲模式。它既定義了數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，還定義了數(shù)據(jù)的存儲方法、存取策略等。 三級模式結(jié)構(gòu)用戶A1用戶A2用戶B1用戶B2外視圖A外視圖B概念視圖 存儲數(shù)據(jù)庫 （內(nèi)視圖）DBMS外模式A外模式B概念模式（模式）存儲結(jié)構(gòu)定義 （內(nèi)模式）由數(shù)據(jù)庫管理員建立和維護(hù)的模式1.3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外部體系結(jié)構(gòu)1集中式數(shù)據(jù)庫 集中式數(shù)據(jù)庫是指數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)存儲都集中在一臺計(jì)算機(jī)上，與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不進(jìn)行交互。 2分布式數(shù)據(jù)庫 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由一個(gè)邏輯

9、數(shù)據(jù)庫組成，這個(gè)邏輯數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲在一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的物理數(shù)據(jù)庫上，由系統(tǒng)統(tǒng)一管理，并且提供透明的數(shù)據(jù)訪問和事務(wù)管理功能。 1.4 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型主要是指數(shù)據(jù)的表示方法和組織方法，即如何存放數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，確定獲取需要信息的方法與途徑，是對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象的工具。 1.4.1 數(shù)據(jù)模型的分類：按照不同的應(yīng)用目的可將數(shù)據(jù)模型分兩類：1.概念數(shù)據(jù)模型，它是按用戶的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模，是用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員之間交流的工具。概念數(shù)據(jù)模型不涉及信息在計(jì)算機(jī)中的表示和實(shí)現(xiàn)。2.邏輯數(shù)據(jù)模型，它是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模，是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，如關(guān)系數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、層次數(shù)

10、據(jù)模型等等。邏輯數(shù)據(jù)模型既要面向用戶，又要面向系統(tǒng)。 客觀世界概念數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型1.4.3 概念數(shù)據(jù)模型概念模型是對真實(shí)世界中問題域內(nèi)的事物的描述，不是對軟件設(shè)計(jì)的描述。構(gòu)建概念模型，需要從場景中提取各種“對系統(tǒng)目標(biāo)有用”的概念。通常的方法是通過識別主要的領(lǐng)域詞匯，或者通過已有的概念目錄檢查表來查找。一般來說，構(gòu)建概念模型的過程與程序員的關(guān)系并不大。最適合進(jìn)行這項(xiàng)活動的人，應(yīng)該是那些有較深資歷的領(lǐng)域?qū)＜?，極端一點(diǎn)，甚至可以就是最為熟悉自身業(yè)務(wù)流程的客戶代表。概念模型基本概念 客觀事物在信息世界中稱為實(shí)體。實(shí)體可以是具體的，如一個(gè)學(xué)生，一本書，也可以是抽象的事件，如一場足球比賽。實(shí)體用類型

11、(Type)和值(Value)表示，例如學(xué)生是一個(gè)實(shí)體，而具體的學(xué)生鄭大錢是實(shí)體值。實(shí)體（entity）屬性(Attribute)實(shí)體有許多特性，每一特性在信息世界中都稱為屬性。每個(gè)屬性都有一個(gè)值，值的類型可以是整數(shù)、實(shí)數(shù)或字符型。屬性用類型和值表示，例如學(xué)號、姓名、年齡是屬性的類型，而具體的數(shù)值01010101、李拜天、19是屬性值。概念模型中，每一個(gè)實(shí)體在它的屬性取值上都是有限的。一個(gè)屬性的取值范圍就是這個(gè)屬性的域（Domain）。例如：學(xué)號的域是8位整數(shù)。姓名的域是4個(gè)漢字組成的字符串。域（Domain）實(shí)體型（Entity Type）實(shí)體名及其所有屬性名的集合稱為實(shí)體型（Entity

12、Type）。例如：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，系院編碼，成績）是一個(gè)實(shí)體型。 關(guān)鍵字或碼（Key） 在一個(gè)實(shí)體集中，根據(jù)一個(gè)或幾個(gè)屬性的值可唯一的確定實(shí)體。這一個(gè)或多個(gè)屬性就成為關(guān)鍵字或碼（Key）。實(shí)體之間的聯(lián)系一對一聯(lián)系（1：1）一對多聯(lián)系（1：n）多對一聯(lián)系（n：1）多對多聯(lián)系（m：n）一對一聯(lián)系（1：1）實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，若實(shí)體集B中只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實(shí)體集A與B是一對一的聯(lián)系，記作1:1。 一對多聯(lián)系（1：n）實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，若實(shí)體集B中有n(n=0)個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系；反之，實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與B是一對多聯(lián)系

13、，記作1:n。 多對多聯(lián)系（m：n）實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，若實(shí)體集B中有n(n=0)個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，反之，實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中有m(m=0)個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與B是多對多聯(lián)系，記作n:m。 例如：籃球比賽中球隊(duì)與場上隊(duì)長之間具有一對一的聯(lián)系；隊(duì)長與隊(duì)員之間具有一對多的聯(lián)系；隊(duì)員與裁判之間為多對多的聯(lián)系。概念模型的表示（E-R模型 ）概念模型的常用表示方法是實(shí)體-聯(lián)系（Entity-Relationship Approach），即E-R模型。它是由P.P.S Chen于1976年首先提出來的。 設(shè)計(jì)概念模型 確定概念模型的范圍 定義實(shí)體 定義聯(lián)系 確定屬性 畫出E-R圖

14、，并附以相應(yīng)的說明在E-R圖中，其構(gòu)成成分是實(shí)體集、屬性和聯(lián)系集。橢圓形表示屬性，并用無向邊把實(shí)體與其屬性連接起來。用長方形表示實(shí)體菱形表示實(shí)體間的聯(lián)系，用無向邊把菱形與有關(guān)實(shí)體連接起來并在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型，1：1或1：n或n：1或m：n；若聯(lián)系具有屬性，則也把屬性與菱形用無向邊連接。例如：以學(xué)生管理系統(tǒng)為例，用E-R圖描述其概念模型。 通過分析可知，該系統(tǒng)中所涉及實(shí)體類型有學(xué)生、課程、班級、系院和教師。假設(shè)各實(shí)體分別具有以下屬性：（1）學(xué)生：學(xué)號、姓名、性別、年齡、系院編碼（2）課程：課程編號、課程名、任課教師、學(xué)分（3）班級：班級名稱、輔導(dǎo)員（4）系院：系院編碼、系院名稱、系主任、聯(lián)

15、系方式（5）教師：教師編號、教師姓名、性別、年齡、職稱1.4.4 邏輯數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型描述了數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)內(nèi)容及其聯(lián)系方式，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。不同的數(shù)據(jù)模型就是用不同的數(shù)據(jù)組織形式來表達(dá)實(shí)體及其聯(lián)系。 邏輯數(shù)據(jù)模型的組成一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二數(shù)據(jù)操作三數(shù)據(jù)的完整性約束條件一.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型及其邏輯關(guān)系的集合，這些對象就是數(shù)據(jù)庫的組成部分。（層次結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和關(guān)系結(jié)構(gòu)）網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄，關(guān)系模型中的屬性、關(guān)系等都屬于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。二.數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及相關(guān)的操

16、作規(guī)則。數(shù)據(jù)庫主要涉及檢索和更新（包括插入、刪除、修改）兩類操作。三.數(shù)據(jù)的完整性約束條件數(shù)據(jù)的完整性約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。1.層次模型層次模型是將數(shù)據(jù)組織成有向有序的樹結(jié)構(gòu)，也叫樹形結(jié)構(gòu)。 (反映數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系)層次模型是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中發(fā)展最早、技術(shù)上比較成熟的一種數(shù)據(jù)模型。2.網(wǎng)狀模型 現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體集間的聯(lián)系更多的是非層次關(guān)系，層次模型難以直觀的表現(xiàn)這種聯(lián)系樹的集合，網(wǎng)狀模型克服了它的局限性，可以清晰靈活地表示這種非層次關(guān)系。3.關(guān)系模

17、型關(guān)系模型是用二維表格數(shù)據(jù)來表示實(shí)體及實(shí)體之間聯(lián)系的模型。一個(gè)表就是一個(gè)關(guān)系。一張表格中的一列稱為一個(gè)“屬性”，相當(dāng)于記錄中的一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)（或稱為字段），屬性的取值范圍稱為域。 關(guān)系表涉及關(guān)系模型的幾個(gè)概念：元組：表中的一行稱為一個(gè)元組。屬性和屬性名：表中每一列稱為一個(gè)屬性。每個(gè)屬性都有一個(gè)屬性名。分量：一個(gè)元組在一個(gè)屬性上的值稱為該元組在此屬性上的分量。關(guān)系模型對二維表有以下的約束：每一列是不能再分的最小基本項(xiàng)。每一列不能有兩個(gè)屬性具有相同的屬性名。各行必須不同，即不允許重復(fù)的元組。行（元組）、列（屬性）間次序無關(guān)。S（學(xué)生關(guān)系） T（教師關(guān)系）學(xué)號姓名性別年齡系別教師編號教師姓名性別年齡職稱060101何文男18050510張燁男27助教060102王明男17050511許桓男35副教授060308張欣女18070703劉松林女46教授061014劉莉女19090908吳濤男30講師C（課程關(guān)系） D（系院關(guān)系）課程編號課程名課時(shí)學(xué)分系院編號系院名稱系主任聯(lián)系方式A01大學(xué)語文48301電子系高志輝1111111B03圖形學(xué)36305計(jì)算機(jī)系孫東2222222C02C程序設(shè)計(jì)68407中文系王怡3333333S01管理學(xué)32209工商系劉強(qiáng)4444444