数据库原理及应用.ppt

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1、1,数据库原理及应用,2,数据库系统概论,王珊 萨师煊 编著 高等教育出版社,3,段丁凡，苏斌 数据库基础及应用 王珊，陈红数据库系统原理教程 汤庸，叶小平等数据库理论及应用基础 陶宏才 数据库原理及设计 李俊山 数据库系统原理与设计 SQL Server 2000的相关辅导书籍,4,掌握数据库管理系统的基本原理 作为系统管理员管理数据库系统 设计开发数据库应用系统,5,数据库相关的一些基本概念 关系数据库和关系运算 关系数据库标准语言SQL的使用 关系数据库规范化理论 数据库的恢复技术、并发控制、安全性和完整性 数据库设计的基本概念和方法,6,学习要求 理解数据库的基本概念 了解数据管理技术

2、的发展 理解数据模型的基本概念 掌握数据库系统的结构,7,数据库的地位 数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。 数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。 数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。,8,数据 数据库 数据库管理系统 数据库系统,9,数据(Data)： 数据库中存储的基本对象，是描述事物的符号记录，如:数字、文字、图形、图像、声音等，数据与其语义是不可分的。 如学生档案中的学生记录(李明,男,1972,江苏,计算机系,1990),10,数据库(Database

3、，DB) ： 是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合。其特征是： 数据按一定的数据模型组织、描述和储存。 可为各种用户共享。 冗余度较小。 数据独立性较高、易扩展。,11,数据库管理系统(Database Management System，DBMS)：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。DBMS的主要功能有： 数据管理功能:数据定义功能，数据组织、存储和管理，数据操纵功能，数据库的事物管理和运行管理，数据库的建立和维护功能，其他功能 提供数据库的用户接口,Oracle ， Sybase ，Informix，SQL Server， MySQL，Access,12,数据库系

4、统(Database System，DBS)：是指在计算机系统中引入数据库后的系统 “DB+DBMS+应用系统+数据库管理员（DataBase Administration, DBA ）”,在不引起混淆时常常把数据库系统简称为数据库。,13,14,数据库系统环境示意图,数据库在计算机系统中的地位,15,人工管理阶段,文件系统阶段,数据库系统阶段,16,人工管理阶段(40年代中-50年代中),应用需求：科学计算 硬 件：无直接存取存储设备 软 件：无通用的操作系统 处理方式：批处理,17,数据库技术的产生与发展人工管理阶段,数据管理者：应用程序，数据不保存。 数据面向的对象：某一应用程序。 数据

5、共享程度：无共享、冗余度极大。 数据独立性：不独立，完全依赖于程序。 数据结构化：无结构。 数据控制能力：应用程序自己控制。,18,人工管理阶段应用程序与数据的对应关系,数据库技术的产生与发展人工管理阶段,19,文件系统阶段(50年代末-60年代中),应用需求：科学计算、数据处理 硬 件：出现磁盘、磁鼓等 软 件：操作系统、高级语言 处理方式：批处理、共享的实时处理方式,20,数据管理者：文件系统，数据长期保存。 数据面向的对象：某一应用程序。 数据共享程度：共享性差、冗余度大。 数据结构化：记录内有结构,整体无结构。 数据独立性：逻辑结构改变须修改应用程序。 数据控制能力：应用程序自己控制。

6、,21,文件管理阶段应用程序与数据的对应关系,22,数据库系统阶段(60年代末以来),应用需求：大规模管理 硬 件：出现大容量磁盘、磁盘阵列 软 件：数据库管理系统 处理方式：联机实时处理、分布处理和批处理,23,数据管理者：DBMS 数据面向的对象：整个系统 数据高度结构化：数据库与文件系统的根本区别 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据的独立性高：物理独立性和逻辑独立性 数据控制能力：由DBMS统一管理和控制,24,数据库管理阶段应用程序与数据的对应关系,25,数据结构化 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 数据独立性高 数据由DBMS统一管理和控制,26,数据库系统：实现整体数据的结构话

7、，这是数据库系统与文件系统的本质区别。 文件系统：文件由记录组成，文件内部有结构，文件之间无结构。 数据库系统：数据之间整体有结构，是一个有机的整体。,27,学生文件student的记录结构,课程文件course的记录结构,学生选课文件sc的记录结构,28,学生基本记录,学生学籍记录,奖惩情况记录,家庭成员记录,学生选课记录,课程记录,29,数据共享性高，冗余度低，容易扩充 数据库系统从整体角度来组织存储数据，数据不只是面向某一个应用，而是面向整个系统，因此具有很高的共享性。 共享数据带来了低冗余性，也能避免数据之间的不相容性和不一致性。 数据共享使得应用可以应需要而增加，容易扩充,30,物理

8、独立性：是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中的数据时相互独立的。数据的物理存储由DBMS负责，应用程序不必了解，只需要处理数据的逻辑结构。这样当数据库的物理结构改变时，应用程序不用改变。 逻辑独立性：直指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的，数据库的逻辑结构改变了，用户程序可以不予改变。 数据与程序的独立，把数据的定义和存储从程序中分离出去，而存取数据的方法由DBMS提供，从而大大简化了应用程序的编制，减少了应用程序的维护和修改。,31,数据库系统的特点数据由DBMS统一管理和控制,数据的安全性保护：保护数据不被不合法应用，不合法用户破坏。 数据的完整性检查：包括检查数据的正确性

9、，有效性和相容性。 并发控制：多个进程并发存取或修改数据库时的控制。 数据库恢复：计算机系统的硬件故障，软件故障，操作员的操作错误或者故意破坏导致数据库丢失或破坏时，由DBMS提供的功能让数据库恢复到正确状态。,数据库中的数据是共享的，多个应用，多个用户可以同时存取数据库的数据，甚至同时存取统一数据，那么，DBMS必须具有以下的基本功能：,32,数据模型就是对现实世界数据特征的抽象，是现实世界的模拟描述或表示。数据模型应满足的三个要求：,比较真实地描述现实世界 易为用户所理解 易于在计算机上实现,模型是所研究的系统、过程、事物或概念的一种表达形式，也可指根据实验、图样放大或缩小而制作的样品，一

10、般用于展览或实验或铸造机器零件等用的模子。,数据（data）是描述事物的符号记录。模型（Model)是现实世界的抽象。,33,按照建立数据模型的目的不同，可以分为两类：,按照用户的观点建模,按照计算机系统的观点建模,网状模型 层次模型 关系模型,概念模型（信息模型）,逻辑模型和物理模型,用于设计数据库,用于数据库的逻辑实现和物理实现,34,数据结构系统的静态特性 数据结构不仅要描述数据库组成对象，还要描述对象之间的联系。通常所说的层状、网状和关系模型，就是按照此处的数据结构来进行划分的。,数据操作系统的动态特性 是指对数据库中的各种对象运行执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。数据库的操

11、作包括查询和更新。,数据的完整性约束条件一组完整性规则的集合 完整性规则是数据模型中数据及其联系所具有的约束规则，用来限定数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确。,35,数据结构系统的静态特性,数据操作系统的动态特性,数据的完整性约束条件一组完整性规则的集合 同时数据模型还必须提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。,例如，在全国英语等级考试中规定，要先考过四级才能考六级；四级要达到520分，才能参加口语考试。,36,概念 从用户的角度出发，将具体的现实世界抽象为一个具有某种信息结构的信息世界，这种信息结构只反映现实世界，与具体的DMBS无关。

12、,作用 对信息世界进行建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是用户和数据库设计者进行交流的语言。最后将概念模型转换为计算机上某一DBMS支持的数据模型，建立数据库。,37,实体(Entity)：客观存在并可相互区别的事物。 属性(Attribute)：实体所具有的某一特性。 码(Key)：能唯一标识实体的属性集。 域(Domain)：属性的取值范围。 实体型(Entity Type):实体名和属性集表达的同类实体。 实体集(Entity Set):同型实体的集合。,38,信息世界中的基本概念,联系(Relationship):实体内部的联系和实体间的联系,一对一联系（one-to-one ，

13、1:1） 一对多联系（one-to-many，1:N） 多对多联系（many-to-many， M:N）,定义：设联系型R关联实体型A和B。若对应A中的每个实体，B中有且仅有一个实体与之关联，则称R是一对一联系型。若对应A中的每个实体，B中有n个实体(n0)与之关联，则称R是一对多联系型。若对应A中的每个实体，B中有n个实体(n 0)与之关联，对应B中的每个实体，A中有m个实体(m 0)与之关联，则称R是多对多联系型。,39,返回,40,返回,41,42,实体联系方法(E-R方法)，也称E-R模型。,实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名；实体的属性用椭圆形表示，以无向边将其与相应的实体连接起

14、来。,联系：联系本身用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型(1:1、1:n、m:n)，联系的属性也要用无向边与该联系连接 。,43,44,两个以上的实体型之间的联系,单个实体型之间一对多的联系,45,(1)一个员工可以是多个部门的经理，而一个部门最多只能有一个经理，则该管理联系为1:N联系。 (2)一个员工可以在多个部门工作，而一个部门有多个员工，则该工作联系为M:N联系。,联系实例,N,46,联系实例工厂物资管理的概念模型,实体及其属性图,实体及其联系图,47,联系实例工厂物资管理的概念模型,完整的实体联系图,48,根据数据结构形式的不

15、同，数据模型分为：,层状模型 网状模型 关系模型 面向对象的关系模型,49,用树形结构表示各类实体以及实体之间的联系,按树的定义层次模型有以下两个限制： 有且仅有一个结点无双亲根结点 其它结点有且仅有一个双亲,50,优点： 简单，只需很少命令就可以操作数据库 性能优于关系模型，不低于网状模型。 提供了良好的完整性支持。,缺点： 难以描述现实世界中的复杂联系。 对插入和删除操作的限制多。 查询子女结点必须通过双亲结点。,51,去掉了层次模型的两个限制： 可以有一个以上的结点无双亲 至少有一个结点有多于一个的双亲,52,优点： 能更为直接地描述现实世界 具有良好的性能，存取效率较高。,缺点： 结构

16、比较复杂 数据独立性差。,53,层状模型和网状模型在实际当中几乎不再使用，而几乎所有的DBMS都支持关系模型，即使不支持的，也加上了关系模型的接口。,数据结构 数据操作 完整性约束,54,逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,张文斌,21,女,法律学,2006,55,关系：描述数据本身、数据之间联系，一个关系对应一张二维表。 列：有时也称“字段” 、“属性” 行：有时也称“元组” 、 “记录” 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n)，即R（A1, A2, , An）。 如学生(学号,姓名,年龄,性别,系别,年级)。 域：属性的取值范围。,56,分量：元组中的一个

17、属性值。 主码：一个唯一识别关系实例的最小字段集合。 关系必须是规范化的，满足一定的规范条件。最基本的规范条件是关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。,57,数据操作 关系数据操作是集合操作 关系模型将操作中的存取路径对用户屏蔽,完整性约束 实体完整性、参照完整性、用户自定义完整性,58,优点： 建立在严格的数学概念的基础上 概念单一，实体和联系都用关系表示，数据操作结果为关系 数据的存取路径对用户是透明的。,缺点： 由于存取路径透明，使得数据存取的效率不如非关系模型,59,用面向对象观点来描述现实世界实体（对象）的逻辑组织、对象间联系等的模型。,对象：现实世界中实体的模型化，每一个对象都

18、有它唯一的标识。 类：所有具有相同属性和方法集的对象构成一个对象类。任何一个对象都是某一对象类的一个实例。,60,从数据库管理系统角度看数据库系统内部的模式结构。 三级模式结构：外模式、模式 、内模式 从数据库最终用户角度看数据库系统外部的体系结构。 单用户模式、主/从模式 、分布模式、C/S模式,61,型(Type)：对某一类数据的结构和属性的说明。 值(Value)：是型的一个具体赋值。 例如：学生记录 记录型：(学号,姓名,性别,系别,年龄,籍贯) 该记录型的一个记录值： (900201,李明,男,计算机,22,江苏),62,模式(Schema)：数据中全体数据逻辑结构和特征的描述。 模

19、式只涉及型，不涉及具体的值。,例如：学生选课数据库，型包括学生记录、课程记录和学生选课记录几个关系的模式，是相对稳定的，而里面的数据是动态的，2010年某一刻的数据和2009年某一刻的数据是不同的两个值。,63,外模式/模式映象,内模式/模式映象,64,模式（逻辑模式） 是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求。 一个数据库只有一个模式。 模式是数据库系统模式结构的中间层，与数据的物理存储细节和硬件环境无关，与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关。,数据库系统的三级模式结构,65,学生数据库模式结构,学生（学号，姓名，性别，班级，系）

20、课程（课号，课名，学分，任课教师，上课地点，上课时间） 选课（学号，课号，成绩）,学生数据库外模式结构,电科学生（学号，姓名，性别，班级） 数据库课程（数据库课号，数据库，学分，任课教师，上课地点，上课时间） 电科数据库选课（学号，课号，成绩）,66,外模式（子模式或用户模式） 数据库用户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一用户的多个应用系统所使用。 外模式是保证数据库安全性的一个有力措施,数据库系统的三级模式结构,67,内模式（存储模式） 数据物理结构和存储方

21、式的描述，是数据在数据库内部的存储方式 一个数据库只能有一个内模式,数据库系统的三级模式结构,68,三级模式是对数据库中数据的三个抽象级别，两级映象是在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换。 外模式/模式 模式/内模式,外模式,模式,内模式,69,定义了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。 保证了数据的逻辑独立性,外模式模式映象,70,定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系，数据库中模式内模式映象是唯一的。 保证了数据的物理独立性,模式内模式映象,71,数据库系统的结构,72,数据库系统的结构,小结,在数据库的三级模式中，数据库模式即全局逻辑结构是数

22、据库的中心和关键，它独立于数据库的其他模式， 数据库的内模式依赖于它的全局逻辑结构，但是独立于数据库的用户视图及外模式，也独立于具体的存储设备。 数据库的外模式面向具体的应用程序，它定义在逻辑模式之上，独立于存储模式和存储设备。 通过DBMS的两级映像，保证了应用程序的稳定性和数据库中数据的物理独立性，从而便于进行数据库的独立管理和应用程序的开发和维护。,73,单用户数据库系统,整个数据库系统，包括应用程序、DBMS和数据，都装在同一台计算机上，由一个用户独占，不同用户之间不能共享数据。 缺点：数据不能共享，存在大量的数据冗余,74,主从式数据库系统,指一个主机带多个终端的多用户结构。整个数据

23、库系统，包括应用程序、DBMS和数据，都装在主机上，所有处理任务都由主机来完成，各个用户并发地存取数据库，数据可共享。,缺点：当终端数增加到一定程度后，主机任务过于繁重，系统性能大幅度下降。,75,分布式数据库系统逻辑上是一个整体数据库，各个场地数据有相同部分，有不同部分。由分布式数据库管理系统统一管理控制，数据存储对用户透明。,76,客户/服务器（C/S）式数据库系统,用一个专门的主机来执行DBMS功能，管理数据，称为数据库服务器，而其他结点计算机安装应用程序，用于访问服务器上的数据库，称为客户机。,77,客户端,网 络,服务器,请求,结果,结果先在数据库服务器上进行处理，再传回给客户机，可

24、以减少网络上的数据量。,数据库更加开放。客户和服务器可以在多种不同的软硬件平台上运行，具有较强的可移植性。,78,三层C/S结构,79,按照服务器在地理位置上的分布，分为集中的服务器结构和分布式的服务器结构。,集中的服务器结构,瓶颈,分布式的服务器结构,分布式,80,浏览器/服务器（B/S）式数据库系统,81,数据库系统：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,一、硬件平台,二、软件,三、人员,82,最终用户：具体操作应用系统，看不到数据库的模式结构。 应用程序员：根据外模式编制应用程序，数据库的两级映像功能保证了他们不必了解具体的存储细节。 系统分析员：负责系统需求分

25、析和规范说明，从总体上设计系统，与最终用户和DBA一起，完成系统软硬件配置，参与各级模式的概要设计。,系统分析员+数据库管理员+数据库设计人员+应用程序员+最终用户,83,数据库设计员：负责数据库中数据的确定，数据库各级模式结构的设计。必须参加用户需求调查和系统分析，然后进行数据库设计。很多情况下，数据库设计员由数据库管理员担任。,数据库管理员+系统分析员+数据库设计人员+应用程序员+最终用户,84,数据库管理员（DBA）的主要职责是负责全面管理和控制数据库系统，包括：,决定数据库中的信息内容与结构 决定数据库的存储结构和存取策略 定义数据的安全性和完整性约束条件 监控数据库的使用和运行（例如定义和实施备份和恢复策略） 数据库的改进与重组重构,与用户，应用程序员和系统分析员密切结合，概念模式、模式和内模式,85,小结,数据库的基本概念 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统 数据管理技术的发展 人工管理、文件系统、数据库系统 数据库系统的特点 数据的结构化、共享性、独立性、由DBMS统一管理,86,数据模型的三要素 概念模型的ER图表示 数据模型 层次模型、网状模型、关系模型 数据库系统的三级模式结构 数据库的二级映象功能,