第10章 数据库技术基础

ffffffffff,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,10,章 数据库设计基础,数据库的基本概念,数据模型,关系代数,数据库设计与管理,Access,数据库及其应用,本章重点：,数据库基本概念：数据库，数据库管理系统，数据库系统,数据模型,:E-R,模型、层次、网状、关系模型,关系代数运算,:,包括集合运算及选择、投影、连接运算,Access,数据库及其使用,数据库应用系统示例,超市销售系统,铁路售票系统,图书馆系统,银行业务系统,学校教学管理系统,问题：日常生活中，数据库技术应用在哪些方面？,数据（,Data,）：,描述客观事物的物理符号。,信息,（,Information):,数据所包含的意义，加工处理后的数据。,数据处理（,Data Processing,）：,活动总和：收集、存储、加工、传播。,数据库,（,Database,，,DB,）,数据库管理系统,（,Database Management System,，,DBMS,），它是,系统软件,。,数据库管理员（,Database Administrator,，,DBA,）,数据库系统,（,Database System,，,DBS,）,管理数据库，如,故障恢复,。,由,5,部分组成：,数据库（,DB,）,数据库管理系统（,DBMS,）,数据库管理员（,DBA,）应用程序用户,10.1,数据库的基本概念,结构化的数据集合,，是长期存储在计算机内的,有组织的,、,可共享的,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，且具有,一小三性,的特点（,冗余度小，共享性、独立性、完整性,）。,1.,数据库系统的基本概念,(,包括,10.1.2,中的概念,),长沙：明天阵雨，,10,14,10.1.1,数据库管理技术,位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件。负责数据,组织、操纵、维护、控制、保护和数据服务,。,是数据库系统的核心,信息,是经过加工的数据，是对决策者,有用的数据,。,数据：,未加工的资料,信息：,加工后的结果,数据处理：对各种形式的数据进行,收集,、,存储,、,加工,和,传播,的一系列活动的总和,学生考试成绩,试卷分布及,难易度分析报告,按不同的题型得分进行分类统计,数据库系统的组成,相互有关联关系的数据的集合，具有一小三性的特点,DB,DBMS,管理数据库的系统软件,DBA,完成某一功能的应用程序,1,应用程序,2,应用程序,n,DBAP 1,DBAP 2,DBAP n,Computer System,用户,用户,2.,数据管理技术的发展,随,计算机硬件、软件、应用范围的发展而发展,从,保存,、,管理,、,特点,（共享性、独立性、冗余性、一致性）,3,个方面进行比较,应用程序和数据之间的对应关系,人工管理阶段,应用程序,1,应用程序,2,应用程序,n,数据,1,数据,2,数据,n,.,.,.,.,.,.,.,.,程序中要用到的数据直接写在程序代码里,或即输即用,数据无共享，不具备独立性,文件系统阶段,应用程序,1,应用程序,2,应用程序,n,文件,系统,文件,1,文件,2,文件,n,.,.,.,.,.,.,.,.,应用程序和数据之间的对应关系,特点：,数据可以长期保存,有专门的软件即文件系统对数据进行管理,数据共享性差，数据冗余大，容易造成数据不一致,数据的独立性低,数据库系统阶段,应用程序,1,应用程序,2,应用程序,n,数据库,管理系统,DBMS,数据库,.,.,.,.,应用程序和数据之间的对应关系,特点：,1.,数据结构化，按一定的数据模型组织。,2.,高共享性和低冗余性,共享,是数据库追求的目标；,减少了数据冗余,3.,独立性。有物理独立性和逻辑独立性，是,数据独立性最高的阶段。,4.,数据的统一管理与控制,完整性（关系数据库三个完整性约束条件：,实体、参照、用户自定义完整性,）、安全性、并发控制检查,数据库不仅描述数据本身，而且还描述数据之间的联系,数据库系统从整个系统的角度描述数据，使得同一组记录可以被多个应用程序共享使用，从而降低冗余,指数据和应用程序之间彼此独立，不存在相互依赖的关系,2.,数据库系统的基本功能,数据定义功能（数据定义语言,DDL,（,Data Definition Language,数据库，表，索引,),数据操纵功能（数据操纵语言,DML,(Data Manipulation Language),为用户和数据库系统提供接口的语言,。查询、插入、删除、修改）,数据库运行控制功能（并发控制、安全性检查、完整性约束条件、数据库内部维护）,数据库的建立和维护功能（输入转换，转储、恢复，重组织等功能）,10.1.2,数据库系统,1.,数据库系统的组成,(,如前所述,5,部分,),3.,数据库系统的基本特点,数据的结构化（与文件系统的根本区别）,数据的高共享性和低冗余性（避免数据的不相容性和不一致性，节约存储空间）,数据的独立性高（数据库系统的两级映像，使数据具有物理独立性和逻辑独立性）,数据的统一管理与控制（完整性检查、数据的安全性检查和并发控制）,存储模式,，是数据在数据库内部的表示，是物理结构和存储结构的描述。,概念模式,/,内模式映像,外模式,/,概念模式映像,保证物理独立性,保证逻辑独立性,子模式、用户模式，,是概念模式的逻辑子集，也称,子模式,或,用户模式,，用户用到的那部分数据的逻辑表示（,单个用户视图,），有,多个,外模式。,模式,，是数据库中全部数据整体逻辑结构的表示（,公共数据视图,）。只有,一个,。,（单个用户的数据视图）,（全局,/,公共数据视图）,（物理存储数据视图）,存储模式,，是数据在数据库内部的表示，是物理结构和存储结构的描述。,4.,数据库系统的内部结构体系,三级模式二级映射,对概念模式的修改尽量不影响外模式，当然对于应用程序的影响就更小,对内模式的修改尽量不影响概念模式，当然对于外模式和应用程序的影响更小,10.2,数据模型,计算机不能直接处理现实世界中的具体事物,人们必须把它转换为计算机能够处理的数据,.,因此用数据模型这个工具来抽象、表示和处理显示世界中的数据和信息。,模型分类：,概念模型,：信息世界的数据模型，设计数据库时与用户交流时使用。常用的是,E,R,模型,数据模型,：,用户从数据库能看到的模型。常用的,有层次,、,网状,、,关系,模型（,3,类型）其中层次和网状又称为非关系型。,10.2.1,概念模型,几个概念,实体：现实世界客观存在、可以相互区别的事物。如一个教师。,属性与域,：实体特征的描述。如教师的编号、姓名等。属性的取值范围称为域，如性别为“男”或“女”，月份为,1,12,等。,关键字：唯一标识实体的属性集称为关键字，也称码。如教师编号，学生学号。,实体型,实体名与其属性名的集合共同构成实体型。例如，学生（学号、姓名、年龄、性别、院系、年级）就构成一个实体型。,实体间的联系,实体之间的相互关系。,3,种：一对一（,1:1)(,学校和校长）；一对多,(1:n),（学校和学生）；多对多,(,m:n,),（读者和图书）,现实世界到机器世界的一个中间层次。,现实世界,信息世界,概念模型,机器世界,数据模型,第二级,抽象,认识抽象,转换,？飞机和座位；学生和课程；车间和职工之间的联系,E-R,模型,定义,：,直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间的联系，然后用,E_R,（,Entity-Relationship),图表示。,学生,编号,院系,N,1,班主任,表示：,实体,联系,属性,常用的三种逻辑数据模型,层次,、,网状,和,关系,层次模型,将现实世界中的实体抽象成一种自上而下的关系。用,树型结构,表示。如学校的组织情况。,数据模型（,data model,）,是表示,实体,类型及实体之间,联系,的模型,网状模型,如教师、学生、开设课程问题。,教师,课程,特点,:(1),关键码导航；（,2),数据库操作简单，,SQL,结构化查询语言（,Alter,Create,Update,Insert),必须进行查询优化。（,3),有坚实的理论基础。,关系模型,表达数据之间关联性的最常用和最直观的方法是制作格式各样的表格。即,二维表,。每一个二维表称为一个,关系,。,学号,姓名,性别,出生年月,1,吴迪,男,02-28-80,2,张杨,男,06-01-87,元,组,（不能,重复,）,字段（是不可再分的,最小,数据项）,10.3,关系代数,关系代数：,是一种抽象的查询语，它是用对关系的运算来表达查询的。,两类运算：,集合运算：并，差，交，广义笛卡尔积,(,从行的角度进行）,关系运算：,选择,、,投影,、,连接,（从,行、列,的角度进行）,传统的集合运算,并（,Union),由属于,R,或,S,的元组组成，去掉重复记录,差（,Difference,）,由,属于,R,不属于,S,的元组组成,交（,Intersection,）,由属于,R,且,属于,S,的元组组成,广义笛卡尔积,是一个（,n+m),列的元组的集合,关系,R,和,S,及其三种传统的集合运算（如下图）,A,B,C,a1,a1,a2,b1,b2,b2,c1,c2,c1,A,B,C,a1,a1,a2,b2,b3,b2,c2,c2,c1,A,B,C,a1,a1,a2,a1,b1,b2,b2,b3,c1,c2,c1,c2,A,B,C,a1,b1,c1,A,B,C,a1,a2,b2,b2,c2,c1,关系,R,关系,S,RS,RS,R-S,专门的关系运算,选择运算：,选取满足一定条件的元组子集,。,（行）,记做：,学号,姓名,班级,s1,s2,S3,s4,李燕,吴迪,贝宁,赵冰,99881,04651,04263,02471,性别,女,男,男,女,学号,姓名,班级,S1,s4,李燕,赵冰,99881,02471,性别,女,女,如：,性别女（,R),投影（,Projection,）,运算,：,选取所需要的列组成一个新关系,。,（列）,记做：,A,（,R,）,tA tR,如：,姓名，班级,（,R),专门的关系运算,学号,姓名,班级,s1,s2,s3,李燕,吴迪,贝宁,99881,04651,04263,性别,女,男,男,姓名,班级,李燕,吴迪,贝宁,99881,04651,04263,专门的关系运算,连接（,Join,）,运算：,选取,属性间,满足一定连接条件,的元组集合,自然连接,：,同名属性值相等的连接，并去掉重复属性（行、列）,A,B,C,a1,a1,a2,a3,b1,b2,b2,b1,3,5,2,8,B,C,D,b1,b2,b2,b1,3,4,2,8,d1,d2,d1,d2,A,B,D,a1,a2,a3,b1,b2,b1,d1,d1,d2,C,3,2,8,10.3.3,关系的完整性约束,实体完整性,参照完整性,用户定义完整性,关系完整性是为保证数据库中数据的正确性、有效性和相容性，对关系模型提出的某种约束条件或规则。,1,、记录中关键字的字段不能为空,2,、关键字字段值唯一,不引用不存在的实体,，如选课表和学生表通过学号建立联系，选课表中的学号必须是学生表中存在的学号,记录、字段有效性 约束，如得分等级只取,A,、,B,、,C,、,D,、,E,的值,党员，院系，出生年月，助学金，照片）,得分等级,）,10.4,数据库设计与管理,数据库及其应用系统的,设计步骤：,需求分析,概念结构设计,逻辑结构设计,物理结构设计,数据库实施,数据库运行和维护,对系统的整个应用情况进行全面、详细的调查，确定用户需求（信息、处理、安全完整性需求）,用户需求抽象为概念模型,E-R,图,将,E-R,图转换为关系模型。其中实体和联系都可以表示成关系,关系模型在实际物理设备上的存储结构和存取方法,DDL,和程序将逻辑设计、物理设计实现,故障排除、备份、恢复、安全性、完整性等，由,DBA,完成。,10.5 Access,数据库及应用,与,Word,、,Excel,、,PowerPoint,一样。作为,Microsoft Off