计算机导论 第七章 数据库技术

第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 计算机导论 扬州职业大学 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 第七章 数据库技术 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 学习目标 了解数据库的基本概念 理解数据库的体系结构和数据模型 熟悉数据库的设计方法 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 任务 1：了解数据库的基本概念 数据管理技术的发展 数据管理随着计算机硬件和软件的发展经历了以下三个阶段：人工管理阶段 、 文件系统阶段 、 数据库系统阶段 。 人工管理阶段 这个时期数据管理的特点是： 数据不保存。 数据管理没有统一的数据管理软件。 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据是面向应用程序的。 应用程序依赖于数据，不具有数据独立性，如果数据结构发生变化，应用程序常要做相应的修改。 文件系统阶段 这个时期数据管理的特点是： 数据可以长期保存。 由文件系统管理数据。 数据共享性差，冗余度大。 数据独立性差。 任务 1：了解数据库的基本概念 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据库系统阶段 与人工管理和文件系统相比，数据库系统的特点主要如下： 数据结构化。数据结构化是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。 数据独立性高。数据独立性包括数据的物理独立性和逻辑独立性； 数据由数据管理系统统一管理和控制。 任务 1：了解数据库的基本概念 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 几个与数据库有关的概念 数据 (数据是数据库中存储的基本对象。数据可以定义为，描述现实世界中事物的符号记录。 数据库（ 称 数据库，通俗地说就是存放数据的仓库。是一组相互联系的若干文件的集合。 任务 1：了解数据库的基本概念 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据库通常包含两个部分的内容： 按一定的数据模型组织并实际存储的所有应用需要的数据，这是用户直接使用的； 有关数据库定义的数据，用于描述数据的结构、类型、格式、关系、完整性约束、使用权限等等。 数据库管理系统（ 称 数据库管理系统是为数据库的建立，使用和维护而配置的软件，是专门用于数据管理的软件。 任务 1：了解数据库的基本概念 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据库管理系统还必须提供以下几个方面的数据控制功能： 数据的安全性保护。 数据的完整性检查。 并发控制。 数据库恢复。 任务 1：了解数据库的基本概念 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据库系统（ 称 数据库系统是指具有管理和控制数据库功能的计算机应用系统。其基本组成包括数据库、数据库管理系统、支持数据库运行的软硬件环境、应用程序和数据库管理员等。 数据库管理员（ 称 数据库管理员是管理、维护数据库系统的人员 。 任务 1：了解数据库的基本概念 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 数据库体系结构 数据库系统的三级模式由内模式 、 概念模式和外模式组成 ， 它们分别对应三级层次结构的内部层 、 概念层和外部层 。 （ 如下图 ） 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 概念模式 概念模式也称为逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描述，是所有用户的公共视图。 外模式 外模式也称为子模式或用户模式，是数据库用户看到的数据视图。在一般的 模式 内模式 内模式也称为存储模式，具体描述数据在外部存储器上如何组织存储，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 三级模式之间的映射 三个模式之间有着两种映射，概念模式 /外模式、概念模式 /内模式映射。 通过这两种映射，换来用户使用数据库的方便，最终把用户对数据库的逻辑操作转换成数据库的物理操作。用户不必关心数据库全局，更不必关心物理数据库，它们之间的映射是有 户看到的只是外模式。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据模型 数据模型是计算机世界中对数据的描述 。 这种描述是一个逐步转化的过程 ， 它分为两个阶段：首先是现实世界中客观对象抽象为信息世界 ， 然后将信息世界转换为计算机世界 。 数据库发展过程中 ， 出现的数据模型主要有： 层次模型 、 网状模型 、 关系模型和面向对象数据模型 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 概念模型中涉及的主要概念 实体（ 实体是客观存在并可以相互区分的事物叫实体。 属性（ 属性是实体所具有的特征，一个实体可以用多个属性来刻画。 联系（ 联系是实体集之间关系的抽象表示。 一般联系有两种：一是实体内部的联系；一是实体之间的联系。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 实体集之间的联系可以分为三类： 一对一联系（ 1： 1） 若对于实体集 体集 之亦然，则称实体集 具有一对一的联系，记为 1： 1。 一对多联系（ 1： n） 若对于实体集 体集 n0）与之联系，反之，对于实体集 体集 称实体集 有一对多的联系，记为 1： n。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 多对多联系（ m： n） 若对于实体集 A 中的每一个实体，实体集 n0）与之联系，反之，对于实体集 体集 m0）与之联系，则称实体集 具有多对多联系，记为 m： n。 E E 是直接表示概念模型的有力工具。 实体集表示 在 矩形内写上该实体集的名字 。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 属性表示 在 椭圆形内写上该属性的名称 。 联系表示 在 菱形内写上关联的名称。 关系模型 关系模型用二维表表示实体集，通过外部关键字来表示实体之间的联系。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 关系模型一般由三个部分组成： 数据结构：数据库中给所有数据及其相互联系都被组织成关系的形式。 数据操作：提供一组完备的关系运算（包括关系代数和关系演算），以及支持对数据库的各种操作。 完整性规则：包括域完整性规则、实体完整性规则、参照完整性规则和用户定义的完整性规则。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 有关关系模型术语： 关系 ： 一个关系对应一张二维表 元组： 表中的一行称为一个元组 属性： 表中的一列称为一个属性 关键字：能够唯一标识一个元组的属性或最小属性组 分量： 元组中的一个属性值 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 关键字 超关键字 二维表中能够唯一确定记录的一个字段（即属性）或几个字段的组合被称为“超关键字”。超关键字可以唯一确定记录但是它所包含的字段可能是多余的。 候选关键字 若一个超关键字中去掉任何一个字段后不能再唯一确定记录，则称它为“候选关键字”。一个关系可以有多个候选关键字。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 主关键字：从候选关键字中可以选出一个作为主关键字，一个关系只有一个主关键字，主关键字的值不能为空。 外部关键字：当一个二维表（ 主关键字被包含到另一个二维表（ 时，该主关键字称为 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 关系规范化 关系模型是采用二维表来表示的，二维表必须满足一些基本性质才可以称为关系： 二维表中的元组个数是有限的； 二维表中不允许出现相同的元组； 二维表中元组的分量是不可分割的基本数据项； 二维表中各个属性的名必须唯一； 二维表属性的分量具有与该属性相同的值域； 二维表中元组、属性的次序可以任意交换。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 关系运算 关系的基本运算有两类： 是传统的集合运算 （ 交 、 并 、 差 ） 交 两个具有相同结构的关系 经过交运算后所得到的关系由那些既在 内的元组组成，记为 RS。 并 两个具有相同结构的关系 经过并运算后所得到的关系由同时属于 关系的元组组成，记作 R S。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 差 两个具有相同结构的关系 经过差运算后所得到的关系有属于 的元组构成的集合，记作 专门的关系运算 选择 选择是单目运算，也就是说对一个关系施加的运算。按照给定的条件从关系中挑选出满足条件的元组，这些元组构成一个新的关系。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 投影 投影也是单目运算。它是从关系中选出制定的属性，由这些属性形成一个新的关系。它所包含的属性个数通常比原有关系少，或者属性的排列顺序不同 。 连接 连接是双目运算。连接运算将两个关系拼接成一个更宽的关系模式，生成的新关系中包含满足连接条件的元组。 自然连接 自然连接是连接中的一个重要的特例。自然连接要求被连接的两个关系有若干相同的属性名。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 关系数据库标准语言 系数据库语言是一种非过程语言 。 是一种基于关系代数和关系演算的语言 。 一体化 、 高度非过程化 、 两种使用方式以及统一的语法结构 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 关系模式定义了数据库系统装填数据的框架。 其语法格式如下： 属性名 数据类型（宽度） ,属性名 数据类型 (宽度 ) ） 说明： 在命令格式中的 表示该子句是可选项，所谓可选项就是该子句可以根据世纪定义要求而定，可能有也可能没有。 命令格式中的 的含义于此处相同，不再重复 。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据类型的选择要合适，宽度的给定根据具体需要适当给定，不要太大也不要太小。 如果有 则可以为空。 行对数据的检索和更新两部分的功能。 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 （ 1）查询语句 语法格式如下： 性名 1，属性名 2 名 ,表名 件表达式 性名 性名 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 说明： 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 （ 2）插入语句 插入语句可将一个记录插入到指定的表中，其语法格式如下： ( ,， ) ， ， ) 说明： 表达式与对应属性名的类型要一致 对于未指明属性名的那些列，在对应的记录中取空值 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 （ 3）更新语句 更新语句可以对表中已有的数据进行修改，并可以批量的修改数据，其语法格式如下： ， 说明： 该语句对满足条件表达式的记录进行相应修改，若条件表达式缺省，则对表中所有记录进行修改 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 （ 4）删除语句 删除语句可以将表中满足条件的记录删除，其语法格式如下： 说明： 与 将表中所有记录删除 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据控制语句用于设置用户对数据中数据资源的访问权限。如 任务 2：理解数据库体系结构与数据模型 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 任务 3：数据库设计 数据库设计概述 数据结构特性的设计是指确定数据库的数据模型 ， 反映现实世界中的数据以及数据之间的联系 ， 要求在满足应用需要的前提下 ， 尽可能地减少数据冗余 ， 实现数据共享 。 它体现的是用户对信息的需求 。 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 根据用户需求的侧重点不同，数据库设计也有不同的方法： 一种以信息需求为主，兼顾处理需求，称为面向数据的设计方法 ,也称为数据驱动的设计方法。 另一种以处理需求为主，兼顾信息需求，称为面向过程的设计方法，也称为面向功能的设计方法。 任务 3：数据库设计 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据库设计步骤 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 数据库物理设计 数据库实施 数据库运行和维护 需求分析 需求分析术数据库设计的第一个阶段。这个阶段的任务是设计者进行调查研究，详细地了解现实世界要处理的对象，以及用户的各种需求，明确待解决问题在功能和性能上的要求，而后在此基础上确定新系统的功能。 需求分析的基础是用户调查，调查的重点是 “ 数据 ” 和 “ 处理” 任务 3：数据库设计 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 通过调查要获得用户对数据库的以下要求： 信息的要求。用户将从数据库中获得信息的内容、性质。由信息需求中导出数据要求。 处理的要求。用户要完成什么样的处理功能，处理的方式是什么，响应时间的要求是什么。 安全性和完整性的要求。 任务 3：数据库设计 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 在需求分析中，结构化分析方法（ 称 一种简单实用的方法。 逐层分解的方法分析系统。常用数据流图或数据字典描述系统。 数据流图（ 称 表达了数据和处理过程的关系。 数据字典（ 称 则是对系统中数据的详尽描述，是各类数据属性的清单。 任务 3：数据库设计 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据字典包括 5个部分： 数据项，是数据的最小单位。 数据结构，术若干数据项有意义的集合。 数据流，可以是数据项，也可以是数据结构。表示某一处理过程的输入或输出。 数据存储，处理过程中存取的数据。常常是手工凭证、手工文档或计算机文件 处理过程。 任务 3：数据库设计 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 数据库概念设计 概念结构设计 :对需求分析得到的用户需求进行综合和归纳，并抽象成概念模型的过程就是概念结构设计 。 主要特点是： 能够充分地反映现实世界，包括实体和实体之间的联系，能满足用户对数据处理的要求，是现实世界的一个真实模型。 简单、清晰，易于用户理解，易于用户和数据库设计人员之间的交流。 易于更动，当现实世界改变时容易修改和扩充。 易于向各种数据模型转换。 概念结构的有力工具是 任务 3：数据库设计 第七章 数据库技术 面向职业 体现系统 重视实践 强化应用 设计概念结构的策略以下几种： 自顶向下。首先从抽象级别高而且普遍性强的对象开始逐步细化、具体化、特殊化。也就是说先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化。 自底向上。首先定义各个局部应用 ,然后将其集成，得到全局概念结构。 由内向外。首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充。 混合策略。将自顶向下和自底向上的方法向结合。 任务 3：数据库设计 第七章 数据库技术 面向职业