第1章-数据库概论课件(绪论).ppt

数据库实用教程 SQLServer2008 本书组织 基础篇第1章绪论第2章关系数据库理论第3章关系数据库设计应用篇第4章SQLServer2008概述第5章SQLServer2008数据库管理第6章SQLServer2008数据表管理第7章数据查询第8章视图第9章索引 本书组织 续 提高篇第10章T SQL编程基础第11章事务和游标第12章存储过程和触发器第13章数据库备份和恢复第14章系统安全管理实验篇附录A样本数据库student表结构附录B样本数据库student表数据SQLServer2008实验 课程学习目标 通过本课程的学习 学生应能利用SQLServer2008设计和开发一个实际的数据库系统 并对其进行有效的管理和维护 第1章绪论 1 1数据库系统概述1 2概念模型1 3数据模型1 4数据库系统的模式结构1 5本章小结 1 1数据库系统概述 信息当今社会的核心资源 对信息的开发利用 可有效降低社会的运营成本 使各种社会资源得到最大限度的节约和合理运用 信息系统对信息进行有效的管理和利用 MIS ERP CRM DSS GIS 数据库对信息进行有效的组织和管理 为信息系统的正常运行和作用发挥提供最基础的数据支持 是信息系统赖以成功的重要保障 Oracle DB2 SQLServer ACCESS 1 1数据库系统概述 续 数据库为我们提供了前所未有的便利在图书馆浩如烟海的图书中 读者可以轻松地找到想要的图书及其存放位置 在超市纷繁复杂的商品及其销售记录中 超市管理员可以轻松地发现哪些商品近期畅销 而哪些商品又库存不足 在学生众多的选课成绩中 班主任可以快速地统计出每名学生的学位课总学分 专业课不及格门次 平均学分成绩等 网上购物 异地订票 甚至互联网的正常运作都离不开后台数据库的支持 1 1 1数据库系统的基本概念 数据信息的具体表示形式 即载体 98 2009 300 张三 1988 河南财经学院 给定了不同的解释 一个数据就可以表达不同的语义 即信息 数据库 Database 简称DB 长期存储在计算机内的 可供不同用户共享的 按一定结构组织在一起的相关数据的集合 例如 图书馆数据库图书表 表1 1 读者表 表1 2 借阅表 表1 3 有名读者需要查询清华大学出版社在2009年出版的 书名包含 数据库 的图书 查询结果如表1 4所示 1 1 1数据库系统的基本概念 续 数据库管理系统 DatabaseManagementSystem 简称DBMS 一个对数据库进行统一管理和统一控制的系统软件 用户对数据库的任何操作都是通过它来完成的 因此也被称为数据平台 作为用户和数据库之间的桥梁 数据库管理系统在整个数据库系统中处于核心地位 Oracle SQLServer DB2 ACCESS 主要功能数据定义功能数据操纵功能数据库的运行管理数据库的建立和维护功能 1 1 1数据库系统的基本概念 续 数据库系统 DatabaseSystem 简称DBS 在计算机系统中引入数据库后的一个人 机系统 一般由数据库 计算机硬件 操作系统 数据库管理系统 及其开发工具 应用系统 数据库管理员和用户构成 如图1 1所示 工作过程 1 1 2数据管理技术的发展 三阶段人工管理 文件系统 数据库系统文件系统将应用程序所需的大量数据组织成一个个文件 可长期保存在存储设备上 利用操作系统中的文件系统可实现按名存取 例如 用文件系统管理学生数据 1 1 2数据管理技术的发展 续 文件系统存在的问题数据是分离的数据冗余度大 共享性差 难以扩充数据独立性差数据的结构化不强 1 1 2数据管理技术的发展 续 数据库系统将整个系统 包括每一个部门及其应用程序 涉及的所有数据按一定的结构集中存放在数据库中 由数据库管理系统负责统一的数据管理和数据控制 用户或应用程序通过数据库管理系统操作数据库 存取其中的数据 例如 用数据库系统管理学生数据 1 1 2数据管理技术的发展 续 和文件系统相比 数据库系统主要有以下特点数据的整体结构化数据的统一管理和统一控制数据的安全保护数据的完整性控制并发控制数据库的恢复数据的共享性高 冗余度低 易扩充数据的独立性高 1 1 2数据管理技术的发展 续 综上所述 数据库是长期存储在计算机内的 可供不同用户共享的 按一定结构组织在一起的相关数据的集合 它具有最低的数据冗余度和较高的数据独立性 由数据库管理系统负责统一管理和统一控制 可保证数据的安全性和完整性 并在多用户同时使用数据库时进行并发控制 在发生故障时对数据库进行恢复 1 1 2数据管理技术的发展 续 数据库系统的出现使信息系统的开发从以加工数据的应用程序为中心转向以共享的数据库为中心的新阶段 这和数据在各行各业的基础地位是相符合的 这样既便于数据的集中管理 又有利于应用程序的研制和维护 不但提高了数据的利用率 更重要地 还提高了数据的安全性 正确性和可靠性 从而提高了决策的科学性 第1章绪论 1 1数据库系统概述1 2概念模型1 3数据模型1 4数据库系统的模式结构1 5本章小结 1 2概念模型 由于计算机不能直接处理现实世界中的客观对象 所以人们首先必须对其进行抽象 将其转换为计算机能够处理的数据 为此 数据库用数据模型 DataModel 来对现实世界进行抽象和模拟 并且按照数据模型对数据进行组织 通俗地讲 数据模型就是现实世界的抽象和模拟 现有的数据库系统均是基于某种数据模型的 数据模型不同 数据库中数据的组织方式以及由此引发的操作方式不同 数据库的类型就有所不同 因此 理解数据模型是学习数据库的基础 1 2 1客观对象的抽象过程 1 2 2概念模型的基本内容 概念模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次 是数据库设计人员和用户之间交流的工具 通过它可以确保随后转换得到的数据模型能够符合用户的要求 概念模型应具有以下特点较强的语义表达能力 概念模型应能方便 直接地表达现实世界中的各种语义知识 如客观对象及其联系 这是对概念模型最起码的要求 简单 清晰 易于用户理解 1 2 2概念模型的基本内容 续 概念模型涉及的基本概念实体 Entity 一名学生 一个部门 一门课程 一本图书 属性 Attribute 课程实体的属性有 课程号 课程名 学分 码 Key 学生实体的码是学号 而不是姓名 超码 候选码 域 Domain 性别的域为 男 女 实体型 EntityType 和实体集 EntitySet 课程 课程号 课程名 学分 是一个实体型 所有课程实体组成了一个实体集 型和值的关系 1 2 2概念模型的基本内容 续 联系 Relationship 最常见的联系是两个实体型之间的联系 可分为以下三类 一对一联系 1 1 例如 学生和借书证之间具有一对一联系 一对多联系 1 n 例如 系和学生之间具有一对多联系 多对多联系 m n 例如 学生和课程之间具有多对多联系 1 2 2概念模型的基本内容 续 同样 两个以上的实体型之间也可能存在如上三类联系 例如 供应商 项目和零件之间具有多对多联系 除此之外 同一个实体型内部各实体之间也可能存在如上三类联系 例如 职工实体集内部就存在一个领导联系 该领导联系是一个一对多联系 注意 实体之间具有什么样的联系依赖于人们对现实世界具体情况的具体分析 或者人们到底关心哪些内容 1 2 3E R模型和E R图 概念模型的表示方法很多 其中最著名 也最常用的表示方法是由美籍华人陈平山 PeterChen 于1976年提出来的实体 联系 Entity Relationship 简称E R 方法 该方法用E R图来描述概念模型 即E R模型 1 2 3E R模型和E R图 续 实体型 1 2 3E R模型和E R图 续 联系 1 2 3E R模型和E R图 续 联系 续 1 2 3E R模型和E R图 续 联系 续 1 2 3E R模型和E R图 续 例如 某工厂的物资库存管理该系统涉及的实体有 仓库属性有仓库号 面积 位置 电话号码 零件属性有零件号 名称 规格 单价 描述 产品属性有产品号 名称 生产日期 单价 描述 职工属性有职工号 姓名 性别 年龄 职称 1 2 3E R模型和E R图 续 这些实体之间存在如下联系 一个仓库可以存放多种零件 一种零件也可以存放在多个仓库中 某个仓库存放某种零件会有一个库存量 一个仓库可以存放多种产品 一种产品也可以存放在多个仓库中 某个仓库存放某种产品会有一个存放量 一种零件可以用在多种产品上 一种产品也由多种零件制造而成 某种产品使用某种零件会有一个使用量 一个仓库有多名职工 但一名职工只能在一个仓库工作 在这些职工中 除仓库主任外 其他职工都被自己所在仓库的仓库主任直接领导 1 2 3E R模型和E R图 续 该系统的E R图 1 2 3E R模型和E R图 续 该系统的E R图 续 1 2 3E R模型和E R图 续 E R图能很好地抽象和模拟现实世界 也非常容易理解 因此被广泛采用 后来人们又对E R图作了多方面的扩展以表达更为复杂的情况 用E R图表达的概念模型独立于具体的数据库管理系统 比数据模型更接近于现实世界 是各种数据模型的共同基础 第1章绪论 1 1数据库系统概述1 2概念模型1 3数据模型1 4数据库系统的模式结构1 5本章小结 1 3数据模型 概念模型虽然能很好地模拟现实世界 但却独立于具体的数据库管理系统 因此 数据库的计算机实现还需要将概念模型进一步转换为某一数据库管理系统支持的数据模型 如不作特殊说明 后面提到的数据模型均指逻辑模型 然后据此来创建数据库 数据模型应具有以下特点能比较真实地模拟现实世界 和概念模型一样 这也是对数据模型最起码的要求 容易为人所理解 这里的人不仅包括一般用户 而且还包括程序员等 便于在计算机上实现 这是概念模型所不具有的 1 3 1数据模型的组成要素 为了精确地描述数据赖以计算机实现的逻辑结构 数据模型提供了一组严格定义的概念 这些概念精确地描述了数据的静态特性 动态特性和完整性约束条件 数据结构对数据的组织方式及其类型 即静态特性的描述 数据操作对数据动态特性的描述 主要包括查询和更新 包括插入 删除和修改 两大类 完整性约束条件为了使数据能够符合现实世界的要求 保证数据的正确性 有效性和相容性而设定的一组完整性规则的集合 1 3 2常见的数据模型 层次模型 HierarchicalModel 网状模型 NetworkModel 关系模型 RelationalModel 对象 关系模型 Object RelationalModel 面向对象模型 Object OrientedModel 1 3 2常见的数据模型 续 层次模型树型结构 1 3 2常见的数据模型 续 层次模型 续 1 3 2常见的数据模型 续 层次模型的特点层次模型只能直接表示一对多 包括一对一 联系 而无法直接表示实体间的多对多联系 为了能表示多对多联系 进而真实地模拟现实世界 需要将其分解成两个一对多联系 冗余节点法虚拟节点法对于任何一个给定的记录值 表示一个具体的实体 只有按其路径查看时 才能获得它的全部含义 1 3 2常见的数据模型 续 网状模型图结构 1 3 2常见的数据模型 续 网状模型 续 1 3 2常见的数据模型 续 网状模型的特点网状模型表示多对多联系的方法要比层次模型更简单 更直观 和层次模型一样 网状模型的数据访问也采用 导航式 即需要详细指明数据访问的存取路径 按路径对数据进行访问 数据独立性较差 1 3 2常见的数据模型 续 关系模型关系在用户的眼中 一个关实体完整性 参照完整性 用户自定义的完整性系就是一张二维表 元组 属性 候选码 主码 关系模式对关系的结构及其特征的抽象描述 一般表示为 关系名 属性1 属性n 例如 读者 借阅证号 姓名 单位 联系电话 规范条件最基本的规范条件 关系的每一列都不可再分完整性约束条件实体完整性 参照完整性 用户自定义的完整性关系数据操作高度非过程化以文件的形式存储 1 3 2常见的数据模型 续 面向对象模型和对象 关系模型为了表达现实世界中更为复杂的客观对象及其联系 人们将诸如C 和Java等面向对象编程语言所具有的面向对象功能和数据库功能结合起来 从而形成了面向对象模型和面向对象数据库 面向对象模型具有以下几个核心概念 对象属性方法消息类多态性封装性继承 1 3 2常见的数据模型 续 面向对象模型和对象 关系模型 续 然而 纯粹的面向对象数据库系统并不支持SQL语言 在通用性方面丢失了关系数据库的优势 对象 关系模型将面向对象方法引入到关系模型中 在以下几个方面对关系模型进行了扩展 允许用户扩充基本数据类型支持对复杂对象的处理 支持子类对超类的继承和函数重载等面向对象的核心概念 提供强大而通用的规则系统 并与其它的对象 关系能力集成为一体 第1章绪论 1 1数据库系统概述1 2概念模型1 3数据模型1 4数据库系统的模式结构1 5本章小结 1 4数据库系统的模式结构 数据独立性模式 Schema 数据库中全体数据的逻辑结构及其特征的抽象描述 不涉及数据的具体取值 因此 模式是相对稳定的 模式的实例 Instance 数据库系统的三级模式结构模式外模式内模式 1 4 1数据库系统的三级模式结构 1 4 1数据库系统的三级模式结构 续 模式 Schema 又称逻辑模式 是数据库中全体数据的逻辑结构及其特征的抽象描述 综合考虑了所有用户的需求 是所有用户的公共数据视图 一个数据库只有一个模式 模式就是数据库在逻辑级上的视图 位于三级模式结构的中间层 既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境 也与具体的应用程序和所使用的应用开发工具无关 在设计数据库的模式结构时首先应确定数据库的模式 1 4 1数据库系统的三级模式结构 续 外模式 ExternalSchema 又称用户模式 UserSchema 子模式 Subschema 是数据库用户或应用程序使用的那部分数据的局部逻辑结构及其特征的抽象描述 是与某一应用有关的数据的局部逻辑表示 外模式定义在模式的基础之上 面向具体的用户或应用程序 独立于数据的物理存储细节和硬件环境 一个数据库可以有多个外模式 一个外模式可以供多个用户或应用程序所共享 但一个用户或应用程序却只能使用一个外模式 保证数据安全性的一个有力措施 1 4 2数据库系统的两级映像功能 为了实现这三级模式之间的联系和转换 保证数据的独立性 数据库管理系统在这三级模式之间提供了两级映像功能 外模式 模式映像模式 内模式映像正是这两级映像功能保证了数据库中的数据具有较高的逻辑独立性和物理独立性 1 4 2数据库系统的两级映像功能 续 外模式 模式映像一个数据库只有一个模式 却可以有多个外模式 分别面向具有不同数据需求的用户或应用程序 对于每一个外模式 数据库系统都会相应地存在一个外模式 模式映像 用来定义该外模式和模式之间的对应关系 包含在该外模式的定义之中 保证数据的逻辑独立性 1 4 2数据库系统的两级映像功能 续 模式 内模式映像一个数据库只有一个模式 也只有一个内模式 因此 模式和内模式之间的对应关系是惟一的 这就是模式 内模式映像 该映像通常包含在模式的定义之中 保证数据的物理独立性 1 4 2数据库系统的两级映像功能 续 应用程序从数据库中读取数据的步骤应用程序向数据库管理系统发出读数据的命令 数据库管理系统对该命令进行语法和语义检查 并调用该应用程序对应的外模式 检查该应用程序对将要读取的数据拥有什么样的存取权限 决定是否执行该命令 如果拒绝执行 则返回错误信息 在决定执行该命令后 数据库管理系统调用模式 根据外模式 模式映像 确定应该读取模式中的哪些数据记录 数据库管理系统调用内模式 根据模式 内模式映像 确定应该从哪些文件 采用什么样的存取方法 读取哪些物理记录 数据库管理系统向操作系统发出读物理记录的命令 操作系统执行读物理记录的有关操作 将物理记录送至缓冲区 数据库管理系统根据子模式 模式映像 导出应用程序所要读取的记录格式 返回给应用程序 1 4 3实例 为简单起见 假设数据库的模式中存在学生表 stu info stu id name birthday sex sdept 有两个用户共享该学生表 用户 应用1处理的是学生的学号 stu id 姓名 name 和性别 sex 数据 用户 应用2处理的是学生的学号 stu id 姓名 name 和所在系 sdept 数据 由于这两个用户 应用习惯处理中文列名 因此分别为其定义外模式 花名册1 学号 姓名 性别 花名册2 学号 姓名 所在系 该学生表以链表的结构进行存储 1