计算机软件开发(第10讲数据库技术).ppt

第 5 章 计算机软件开发 (第10讲) 讲授讲授：黄瑞兴黄瑞兴 *1 第 5 章 计算机软件开发 5.1 5.1 算法与数据结构算法与数据结构 5.2 5.2 程序设计的基本概念程序设计的基本概念 5.3 5.3 结构化程序设计结构化程序设计 5.4 5.4 面向对象程序设计面向对象程序设计 5.5 5.5 软件工程软件工程 5.6 5.6 数据库系统概述数据库系统概述 Date2 5.6 数据库系统概述 vv数据库系统的基本概念数据库系统的基本概念 vv数据模型数据模型 vv数据库管理系统数据库管理系统 vv结构化查询语言结构化查询语言SQLSQL vv常用关系式数据库管理系统常用关系式数据库管理系统 vvODBCODBC vv信息系统信息系统 Date3 5.6.1 数据库系统的基本概念 vv信息信息就是客观世界在人们头脑中的反映。就是客观世界在人们头脑中的反映。 是对客观事物是对客观事物状态状态和和特征特征的描述，按其存在的描述，按其存在 形式的不同，可以分为形式的不同，可以分为现实世界现实世界、观念世界观念世界 和和数据世界数据世界三种。比如说三种。比如说“一个软件基地的一个软件基地的 学生学生”这种描述就是一条信息。这种描述就是一条信息。 vv数据数据就是记录信息的物理符号，它是一种就是记录信息的物理符号，它是一种 物理符号序列，泛指一切可以被计算机处理物理符号序列，泛指一切可以被计算机处理 的符号及符号组合，是信息的一种的符号及符号组合，是信息的一种量化量化表示表示 。 Date4 5.6.1 数据库系统的基本概念 vv信息特性信息特性 可干扰性可干扰性 可处理性可处理性 可传播性可传播性 依存性依存性 动态性、动态性、相对性相对性 普遍性、无限性普遍性、无限性 表征性表征性 Date5 5.6.1 数据库系统的基本概念 vv数据的特征数据的特征 数据的形式数据的形式 （记录信息的符号）（记录信息的符号） 数据的内容数据的内容 （反映客体的属性）（反映客体的属性） Date6 5.6.1 数据库系统的基本概念 vv数据与信息的关系数据与信息的关系 互相联系、互相依赖，互相区别。互相联系、互相依赖，互相区别。 信息以数据为载体，数据则是表示信信息以数据为载体，数据则是表示信 息的一种手段。同一信息可以有不同息的一种手段。同一信息可以有不同 的数据表示方式，在计算机数据处理的数据表示方式，在计算机数据处理 中数据的格式往往与具体的计算机系中数据的格式往往与具体的计算机系 统有关。统有关。 Date7 5.6.1 数据库系统的基本概念 vv数据处理数据处理是对是对数据数据的的加工加工和和整理整理，即，即 对各种类型的数据进行对各种类型的数据进行收集收集、分类分类、 存储存储、检索检索和和传输传输等一系列的等一系列的加工加工和和 整理整理过程。就处理设备而言经历了过程。就处理设备而言经历了手手 工处理工处理、机械处理机械处理和和计算机处理计算机处理三个三个 阶段。阶段。 vv数据处理技术数据处理技术的发展过程大致经历了的发展过程大致经历了 人工管理人工管理、文件管理文件管理、数据库管理数据库管理及及 高级数据库系统高级数据库系统等四个阶段。等四个阶段。 Date8 5.6.1 数据库系统的基本概念 vv高级数据库系统高级数据库系统 分布式数据库管理分布式数据库管理 面向对象数据库技术面向对象数据库技术 智能数据库智能数据库 vv演绎数据库演绎数据库 vv主动数据库主动数据库 vv数据仓库数据仓库Data WarehouseData Warehouse vv数据挖掘数据挖掘Data MiningData Mining Date9 5.6.1 数据库系统的基本概念 vv专用术语专用术语 vv字段字段/ /数据项数据项(Field)(Field)：标记实体属性的命名标记实体属性的命名 单位单位。 vv记录记录(Record)(Record)：字段的有序集合字段的有序集合 vv表表(Table)(Table)：同一类记录的汇集称为表同一类记录的汇集称为表 vv文件文件(File)(File)：多个表及其索引、视图、查询：多个表及其索引、视图、查询 、存储过程、数据完整性定义等的、存储过程、数据完整性定义等的汇集汇集称为称为 文件或数据库文件文件或数据库文件 vv键键(Key)(Key)：能：能惟一标识惟一标识文件中每个记录的字文件中每个记录的字 段或字段集。段或字段集。 Date10 5.6.2 数据模型 vv模型模型 是指对不能直接观察的事物进行形象的描述是指对不能直接观察的事物进行形象的描述 和模拟，是和模拟，是对客观对客观世界中复杂世界中复杂对象对象的的抽象描抽象描 述述。 vv数据模型数据模型 数据模型是指数据模型是指实体模型实体模型的的数据化数据化。 vv数据模型三要素数据模型三要素 数据结构数据结构、数据操作数据操作和和完整性约束条件完整性约束条件。 Date11 5.6.2 数据模型 v实体-联系(E-R)模型 病人病人 治疗治疗 N N MM ( (c c) ) N N: :MM 医生医生 医生医生 所属所属 1 1 N N ( (b b) ) 1 1: :N N 病区病区 病区病区 负责负责 1 1 1 1 ( (a a) ) 1 1: :1 1 科室主任科室主任 Date12 5.6.2 数据模型 vv层次型层次型( (树树) )数据库系统数据库系统 vv有且仅有一个结点有且仅有一个结点( (根结点根结点) )无双亲。无双亲。 vv其他结点有且仅有一个双亲结点。其他结点有且仅有一个双亲结点。 学校人员学校人员 行政人员行政人员 学生群体学生群体 教研室教研室实验室实验室06web106web106web206web206web406web406web306web3 教师群体教师群体 Date13 5.6.2 数据模型 vv网状型网状型( (图图) )数据库系统数据库系统 vv有一个以上的数据元素没有上层联系；有一个以上的数据元素没有上层联系； vv至少有一个以上结点有多于一个的上层结点至少有一个以上结点有多于一个的上层结点 课程课程 学生学生 教师教师 Date14 5.6.2 数据模型 vv关系型关系型( (表表) )数据库系统数据库系统RDBSRDBS 一个关系数据库是由若干一个关系数据库是由若干相互关联相互关联的的表表组组 成。成。 关系关系是一个是一个二维二维表，表中的表，表中的一行一行成为关系成为关系 的一个的一个元组元组，表中的，表中的一列一列也称为关系的一也称为关系的一 个个属性属性。表中的一列包含该。表中的一列包含该属性的所有数属性的所有数 据据。 关系模型是由关系模型是由关系数据结构关系数据结构、关系数据操关系数据操 作作和和关系数据的完整性约束条件关系数据的完整性约束条件三部分组三部分组 成。在关系模型中，成。在关系模型中，客观世界的实体客观世界的实体以及以及 实体之间的各种联系实体之间的各种联系均用均用关系关系来表示。来表示。 Date15 关系型(表)数据库系统RDBS vv关系数据库设计的基本思想：关系数据库设计的基本思想：每个关系都应每个关系都应 满足一定的规范，才能使关系模式设计合理，达满足一定的规范，才能使关系模式设计合理，达 到减少冗余，提高查询效率的目的。到减少冗余，提高查询效率的目的。 vv规范化的基本要求有以下几点规范化的基本要求有以下几点： 数据项数据项不可再分不可再分( (即不可表中套表即不可表中套表) ) 关系中的列是同性质的，称为关系中的列是同性质的，称为属性属性。属性之间。属性之间不不 能重名能重名； 关系中关系中不能不能出现出现相同相同的记录，记录的的记录，记录的顺序无所谓顺序无所谓 每个关系都有一个每个关系都有一个主键主键，它能，它能惟一地标识惟一地标识关系中关系中 的一个记录；的一个记录； 关系中关系中列列的的顺序不重要顺序不重要。 Date16 5.6.2 数据模型 vv关系规范化等级的划分关系规范化等级的划分( (范式范式) )： 1NF1NF：如果一个表：如果一个表R R的每一个字段都是的每一个字段都是不不 可再分可再分的，则称表的，则称表R R为第为第一一范式。范式。 2NF2NF：若表：若表R R是是1NF1NF，而且它的每一非主，而且它的每一非主 键字段键字段完全依赖完全依赖于主键，则表于主键，则表R R是第是第二二范范 式。式。 3NF3NF：若表：若表R R是是2NF2NF，而且它的每一非主，而且它的每一非主 键字段不传递键字段不传递依赖依赖于主键，则表于主键，则表R R是第是第三三 范式范式 Date17 5.6.2 数据模型 vv面向对象数据库系统面向对象数据库系统OODBS OODBS ( (Object Object Oriented Oriented DataBaseDataBase System System) ) 是是数数 据库技术据库技术与与面向对象程序设计方法面向对象程序设计方法结结 合的产物合的产物。 Date18 5.6.2 数据模型 vvOOOO数据模型和面向对象数据库系统的数据模型和面向对象数据库系统的 研究在数据库研究领域沿着三条路线研究在数据库研究领域沿着三条路线 展开展开： 以关系数据库和以关系数据库和SQLSQL为基础的为基础的扩展关系扩展关系模模 型。型。 以面向对象的程序设计语言为基础，研究以面向对象的程序设计语言为基础，研究 持久的程序设计语言持久的程序设计语言，支持支持OOOO模型模型。 建立新的建立新的面向对象数据库系统面向对象数据库系统，支持，支持OOOO 数据模型。数据模型。 Date19 5.6.2 数据模型 vv面向对象数据库语言面向对象数据库语言 OODBOODB语言用于语言用于描述面向对象数据库描述面向对象数据库模式模式 ，说明并操纵，说明并操纵类定义类定义与与对象实例对象实例 OODBOODB语言主要包括语言主要包括对象定义语言对象定义语言( (ODLODL) ) 和和对象操纵语言对象操纵语言( (OMLOML) )，对象操纵语言中，对象操纵语言中 一个重要一个重要子集子集是是对象查询语言对象查询语言( (OQLOQL) )。 Date20 5.6.3 数据库管理系统 v数据库是什么？ 数据库是数据的仓库。是以一定的组织 方式存储在一起的、能为多个用户所 共享的、与应用程序彼此独立的相互 关联的数据集合。在计算机中，数据 库是存储在由一个或多个文件中的数 据及相关的辅助文件所组成的。 Date21 数据库系统与图书馆的比较 数据库数据库 数据数据 外存外存 用户用户 数据模型数据模型 数据库管理系统数据库管理系统 数据的物理组织方法数据的物理组织方法 用户对数据库的操作用户对数据库的操作 ( (使用数据操纵语言对数使用数据操纵语言对数 据检索、插入、删除据检索、插入、删除 、修改、修改） 图书馆图书馆 图书图书 书库书库 读者读者 书卡格式书卡格式 图书馆管理员图书馆管理员 图书馆图书存放方图书馆图书存放方 法法 读者对图书馆的访读者对图书馆的访 问问 ( (用普通语言借书用普通语言借书 、还书等、还书等) ) Date22 数据库管理员数据库管理员 应用程序集合应用程序集合 数据库管理程序数据库管理程序 数据库数据库 5.6.3 数据库管理系统 v数据库系统组成 计算机系统计算机系统 Date23 5.6.3 数据库管理系统 vv数据库系统的数据库系统的4 4个特点个特点 有统一的数据控制功能有统一的数据控制功能 具有较高的数据独立性具有较高的数据独立性 采用特定的数据模型采用特定的数据模型 实现数据共享，减少数据冗余实现数据共享，减少数据冗余 Date24 5.6.3 数据库管理系统 vvDBMSDBMS的功能和组成的功能和组成 元数据元数据 学生学生 课程课程 成绩成绩 数据数据 结构结构 用户用户 数据数据 数据库管理数据库管理 系统系统DBMSDBMS 数据库管理员数据库管理员 应用应用1 1 应用应用2 2 应用应用n n Date25 数据库设计的基本步骤 需求收集需求收集和和分析分析 ( (需求分析需求分析阶段阶段) ) 使用维护数据库使用维护数据库 ( (运行维护运行维护阶段阶段) ) 设计概念结构设计概念结构 ( (概念设计概念设计阶段阶段) ) 试验型运行试验型运行 ( (数据库实施数据库实施阶段阶段) ) 设计逻辑结构设计逻辑结构 ( (逻辑逻辑设计阶段设计阶段) ) 数据模型数据模型优化优化 ( (逻辑逻辑设计阶段设计阶段) ) 设计物理结构设计物理结构 ( (物理物理设计阶段设计阶段) ) 阶段评价阶段评价, ,性能预测性能预测 ( (物理物理设计阶段设计阶段) ) 物理实现物理实现 ( (数据库实施数据库实施阶段阶段) ) 应用需求应用需求 ：数据处数据处 理理 转换规则转换规则 、DBMSDBMS功功 能能、优化优化 方法方法 应用需求应用需求 、 DBMS DBMS 详细特征详细特征 不满意不满意 不满意不满意 不满意不满意 Date26 实例：学生表、课程表、成绩表 SnoSnoSnameSnameSsexSsexSageSageSwherefromSwherefrom 9600196001 9600296002 9600396003 9600496004 李勇李勇 刘晨刘晨 王名王名 张张立立 男男 女女 女女 男男 2020 1919 1818 1919 湖南湖南 湖北湖北 福建福建 河南河南 学学 生生 情情 况况 基基 本本 表表 Date27 示例：课程表、成绩表 课课 程程 表表 课课 程程 成成 绩绩 表表 CnoCnoCnameCnameCtypeCtypeChourChour 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 数据数据库库 数学数学 信息系信息系统统 操作系操作系统统 数据数据结结构构 数据数据处处理理 A A B B C C A A A A A A 4 4 2 2 4 4 3 3 4 4 2 2 SnoSnoCnoCno Score 9600196001 9600196001 9600196001 9600296002 9600296002 1 2 3 2 3 92 85 88 90 80 注：注：学生表学生表和和成成 绩表绩表是一对多的是一对多的 关系；关系； 课程表课程表和和成绩表成绩表 也是一对多的关也是一对多的关 系。系。 Date28 5.6.4 结构化查询语言SQL vv结构化查询语言结构化查询语言(Structured Query (Structured Query LanguageLanguage，SQL)SQL)是是操纵数据库的标操纵数据库的标 准语言准语言，它包括，它包括查询查询、定义定义、操纵操纵、 控制控制4 4部分，而部分，而查询是查询是其中其中最重要最重要、最最 常用常用的一个功能的一个功能 vvSQLSQL语法非常简单，但功能非常强大语法非常简单，但功能非常强大 ，可以进行复杂的数据操作，可以进行复杂的数据操作 vv目前几乎各种数据库系统都支持目前几乎各种数据库系统都支持SQLSQL 。 Date29 5.6.4 结构化查询语言SQL vvSQLSQL语言使用三种表语言使用三种表 vv基本表基本表：它是数据库实际存在的表。：它是数据库实际存在的表。 一个基本表可以一个基本表可以附带附带若干个若干个索引表索引表。 vv查询表查询表：用于存放查询结果：用于存放查询结果( (包括中间包括中间 结果结果) )的表。的表。( (临时表，包括结构临时表，包括结构) ) vv视图表视图表( (简称视图简称视图) )：它是由基本表或者：它是由基本表或者 其他视图表其他视图表导出来导出来的表。它是的表。它是虚虚表。表。 一个一个视图视图本身本身没有独立存在没有独立存在的数据。的数据。 Date30 5.6.4 结构化查询语言SQL vv视图视图的作用的作用 vv简化查询命令；简化查询命令； vv可以限定某些用户的查询范围。可以限定某些用户的查询范围。 vv索引索引的作用的作用 vv能够加快给定属性值的查询。当频繁能够加快给定属性值的查询。当频繁 执行这种查询时，作用更明显。执行这种查询时，作用更明显。 vv建立和维护索引表，会增大数据更新建立和维护索引表，会增大数据更新 操作的系统开销。操作的系统开销。 Date31 5.6.4 结构化查询语言SQL vv定义基本表的语法为：定义基本表的语法为： CREATE TABLE CREATE TABLE (列完整性约束列完整性约束 ，列完列完 整性约束整性约束)，) vv数据插入表中的语法为：数据插入表中的语法为： INSERT INTO INSERT INTO 表名表名 ( (字段名字段名1 1，字段名，字段名2) 2) VALUE (VALUE (数据数据1 1，数据，数据2 2，) Date32 5.6.4 结构化查询语言SQL vv删除表的语法为：删除表的语法为： DROP TABLE DROP TABLE 表名表名 例如：删除表例如：删除表StudentsStudents。 DROP TABLE StudentsDROP TABLE Students vv修改表的语法为：修改表的语法为： ALTER TABLE ADD 列完整性约束列完整性约束 DROPDROP | Date33 5.6.4 结构化查询语言SQL vvSQLSQL查询语句的基本结构：查询语句的基本结构： SELECT SELECT 目标列表达式目标列表达式 FROM FROM 表表1 1，表，表2 2， . WHERE . WHERE 条件表达式条件表达式 GROUP BY GROUP BY 分分 组列名组列名HAVINGHAVING组选择条件表达式组选择条件表达式 ORDER BYORDER BY排序项排序项 序序. 例例：查：查0303级、高等数学课程的考试最高分。级、高等数学课程的考试最高分。 SELECT SELECT MAX(GradeMAX(Grade) FROM Score ) FROM Score WHERE(SnoWHERE(Sno LIKE03 LIKE03 ) AND () AND (CnameCname= 高等数学高等数学 ) ) Date34 5.6.5 常用关系式数据库管理系统 SybaseSybase DB2DB2 OracleOracle MS SQL ServerMS SQL Server Visual FoxproVisual Foxpro AccessAccess Date35 5.6.6 ODBC vv开放式数据库链接开放式数据库链接ODBCODBC ODBCODBC能在不同的数据库环境中为客能在不同的数据库环境中为客 户机户机/ /服务器结构的客户提供访问服务器结构的客户提供访问异异 构构数据库数据库( (如如OracleOracle、SybaseSybase等等) )接接 口口。 ODBCODBC提供了一个提供了一个开放的开放的和和标准的标准的能能 访问访问计算机、工作站、小型机和大型计算机、工作站、小型机和大型 机数据库的机数据库的方法，方法，使用使用ODBCODBC接口的接口的 编程者可以不用深入了解编程者可以不用深入了解所访问的所访问的数数 据库系统据库系统，只需知道，只需知道数据库数据库、表表和和有有 关字段关字段即可。即可。 Date36 5.6.6 ODBC vvODBCODBC基于基于SQLSQL，并把它作为访问数，并把它作为访问数 据库的据库的接口接口标准。标准。 vv接口接口提供了提供了最大限度的相互可操作性最大限度的相互可操作性 ：一个应用程序可以通过一组通用的：一个应用程序可以通过一组通用的 代码访问不同的数据库管理系统。代码访问不同的数据库管理系统。 vv目前在市面上最流行的两种数据库接目前在市面上最流行的两种数据库接 口是口是ODBCODBC和和JDBCJDBC。MicrosoftMicrosoft推出推出 的的ODBCODBC是最早的整合是最早的整合异质异质数据库的数数据库的数 据库接口。据库接口。 Date37 5.6.7 数据库技术的应用 vv信息管理系统信息管理系统 vv决策支持管理系统决策支持管理系统 vv电子商务电子商务 vvERP/CRMERP/CRM Date38 5.6.7 数据库技术的应用 vv数据仓库系统的一般体系结构数据仓库系统的一般体系结构 即席查询即席查询 即席查询即席查询 即席查询即席查询 企业数据模型、多为数据模型企业数据模型、