数据库基础教程

1、整理课件1 第一章第一章 数据库概览数据库概览 1.1 数据管理技术的进展数据管理技术的进展 1.2 理解数据库系统理解数据库系统 1.3 数据库系统结构数据库系统结构 1.4 数据模型数据模型 1.5 数据库系统的发展数据库系统的发展 实例、概念与认识实例、概念与认识 整理课件2 1.1 数据管理技术的进展数据管理技术的进展 1.1.1 1.1.1 人工管理阶段人工管理阶段 1.1.2 1.1.2 文件系统阶段文件系统阶段 1.1.3 1.1.3 数据库系统阶段数据库系统阶段 整理课件3 1.1.1 人工管理阶段 特点：特点： （1）数据不长期保存在计算机 中。 （2）应用程序管理数据，数据

2、 与程序结合在一起；若数据的逻 辑结构或物理结构发生变化，则 必须对程序进行修改；这种特性 称为数据与程序不具有独立性。 （3）数据是面向应用的，一组 数据对应一个程序，数据不共享。 当多个应用程序涉及相同数据时， 必须各自定义。 整理课件4 1.1.2 文件系统阶段 优点：优点： （1）数据能够长期保存，可以反复对 其进行查询、修改等操作。 （2）由专门软件对数据进行管理，应 用程序与数据之间由文件系统所提供的 存取方法进行转换，程序与数据之间有 了一定的独立性。 缺点：缺点： （1）数据共享性差，冗余度大。 （2）数据独立性差。 整理课件5 1.1.3 数据库系统阶段 特点：特点： （1）

3、数据结构化）数据结构化 （2）数据共享性高、冗余度低、易于扩充）数据共享性高、冗余度低、易于扩充 （3）数据独立性高）数据独立性高 （4）数据统一管理与控制）数据统一管理与控制 整理课件6 1.2 理解数据库系统理解数据库系统 1.2.1 1.2.1 实例实例商品订购管理系统商品订购管理系统 1.2.2 1.2.2 什么是数据库系统什么是数据库系统 整理课件7 1.2.1 实例商品订购管理系统 本书设计了一个简化的“商品订 购管理系统”作为全书的主线实 例。 左图为系统的主界面。 主界面包含了系统功能的导航菜 单。 系统主要功能包括客户数据维护 （包括增、删、改）、商品数据 维护（包括增、删、

4、改）、订单 数据录入、订单数据修改与删除、 订单数据查询。商品、客户和订 单数据均被存储于数据库系统中。 整理课件8 1.2.1 实例商品订购管理系统 单击“订单数据”“订单数据查询”菜单命令，则应用程序向数据 库管理系统发出数据查询请求，由数据库管理系统从商品订购数据库 中检索出符合条件的数据，并返回给应用程序，应用程序再以特定的 形式显示给用户，如上图所示。 整理课件9 1.2.1 实例商品订购管理系统 上图为客户数据维护界面。可实现客户数据的增加、修改 和删除。 整理课件10 1.2.1 实例商品订购管理系统 用户对数据库中数据的访问路径为：用户操作命令应用 程序DBMS数据库 整理课件

5、11 1.2.2 什么是数据库系统 在计算机系统上引入数据库技术就构成一个数据库系统数据库系统 （DataBase System，DBS）。 数据库系统是指带有数据库并利用数据库技术进行数据管 理的计算机系统。 DBS有两个基本要素有两个基本要素：一是DBS首先是一个计算机系统； 二是该系统的目标是存储数据并支持用户查询和更新所需 要的数据。 整理课件12 1.2.2 什么是数据库系统 数据库系统的组成：数据库系统的组成： 数据库 数据库管理系统（及其 开发工具） 数据库管理员 (DataBase Administrator, DBA) 数据库应用系统 用户 整理课件13 1.3 数据库系统结

6、构数据库系统结构 1.3.1 1.3.1 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 1.3.2 1.3.2 数据库系统的二级映像数据库系统的二级映像 1.3.3 1.3.3 数据库管理系统数据库管理系统 1.3.4 1.3.4 数据库系统所需人员数据库系统所需人员 整理课件14 1.3.1 数据库系统的三级模式 结构 数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由外模式、数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由外模式、 模式和内模式三级构成。模式和内模式三级构成。 整理课件15 模式（Schema） 模式也称逻辑模式或概念模式，它是数据库中全模式也称逻辑模式或概念模式，它是数据库中全 体

7、数据的逻辑结构和特征的描述。模式是面向所体数据的逻辑结构和特征的描述。模式是面向所 有用户的公共数据视图，是数据库的全局视图。有用户的公共数据视图，是数据库的全局视图。 一个数据库只有一个模式，它既不涉及物理存储一个数据库只有一个模式，它既不涉及物理存储 细节、也不涉及应用程序和程序设计语言。定义细节、也不涉及应用程序和程序设计语言。定义 模式时，不仅要定义数据的逻辑结构，而且要定模式时，不仅要定义数据的逻辑结构，而且要定 义数据之间的联系，以及与数据有关的安全性、义数据之间的联系，以及与数据有关的安全性、 完整性要求。完整性要求。 整理课件16 外模式（External Schema） 外模

8、式也称子模式或用户模式，它是模式的子集。外模式也称子模式或用户模式，它是模式的子集。 外模式是具体面向应用的，是数据库用户（包括外模式是具体面向应用的，是数据库用户（包括 应用程序员和最终用户）所能使用的局部数据的应用程序员和最终用户）所能使用的局部数据的 逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视 图。由于不同的应用有不同的外模式，因此一个图。由于不同的应用有不同的外模式，因此一个 数据库可以有多个外模式。数据库可以有多个外模式。 整理课件17 内模式（Internal Schema） 内模式也称存储模式，它是数据库的物理结构，内模式也称存储模式，它

9、是数据库的物理结构， 是数据库在存储介质上的存储结构。内模式主要是数据库在存储介质上的存储结构。内模式主要 描述数据的物理结构和存储方式，例如，记录是描述数据的物理结构和存储方式，例如，记录是 按按B树结构还是按树结构还是按Hash方式存储，索引如何组织、方式存储，索引如何组织、 数据是否加密等。一个数据库只有一个内模式。数据是否加密等。一个数据库只有一个内模式。 整理课件18 1.3.2 数据库系统的二级映像 数据库系统的二级映像（数据库系统的二级映像（mapping）是指外模式与模式）是指外模式与模式 之间、模式与内模式之间的映像关系之间、模式与内模式之间的映像关系 。 整理课件19 外模

10、式/模式映像 对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/ 模式映像，它定义了该外模式与模式的对应关系。模式映像，它定义了该外模式与模式的对应关系。 外模式外模式/模式映像的描述通常包含在外模式中。外模式映像的描述通常包含在外模式中。外 模式模式/模式映像保证了数据的逻辑独立性。当模式模式映像保证了数据的逻辑独立性。当模式 发生改变时（如增加新的数据类型或数据项），发生改变时（如增加新的数据类型或数据项）， 只要对各外模式只要对各外模式/模式映像作相应修改，就可以使模式映像作相应修改，就可以使 外模式保持不变，从而不必修改应用程序。外模式保持不变，从而

11、不必修改应用程序。 整理课件20 模式/内模式映像 数据库系统的模式数据库系统的模式/内模式映像是唯一的，它定义内模式映像是唯一的，它定义 了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关 系，其描述通常包含在模式定义中。模式系，其描述通常包含在模式定义中。模式/内模式内模式 映像保证了数据库的物理独立性。当数据库的存映像保证了数据库的物理独立性。当数据库的存 储结构发生改变时，对模式储结构发生改变时，对模式/内模式映像作相应的内模式映像作相应的 修改，就可以使模式保持不变，从而应用程序也修改，就可以使模式保持不变，从而应用程序也 不必修改。不必修改。 整理

12、课件21 数据库系统的三级模式与二级映像具有以下优点 保证数据独立性。将外模式与模式分开，保证了数据的保证数据独立性。将外模式与模式分开，保证了数据的 逻辑独立性；将内模式与模式分开，保证了数据的物理独逻辑独立性；将内模式与模式分开，保证了数据的物理独 立性。立性。 有利于数据共享，减少数据冗余。有利于数据共享，减少数据冗余。 有利于数据的安全性。不同的用户在各自的外模式下根有利于数据的安全性。不同的用户在各自的外模式下根 据要求操作数据，只能对限定的数据进行操作。据要求操作数据，只能对限定的数据进行操作。 简化了用户接口。用户按照外模式编写应用程序或输入简化了用户接口。用户按照外模式编写应用

13、程序或输入 命令，而无须了解数据库全局逻辑结构和内部存储结构，命令，而无须了解数据库全局逻辑结构和内部存储结构， 方便用户使用。方便用户使用。 整理课件22 1.3.3 数据库管理系统 数据库管理系统数据库管理系统（数据库管理系统数据库管理系统（DBMS）是对数据进行）是对数据进行 统一管理与控制的专门系统软件。统一管理与控制的专门系统软件。 整理课件23 数据库管理系统的功能 有效地组织、存取和维护数据。有效地组织、存取和维护数据。 数据定义功能。数据定义功能。DBMS通过数据定义语言（通过数据定义语言（Data Definition Language，DDL）定义数据库的各类数据对象，包括

14、数据的结构、）定义数据库的各类数据对象，包括数据的结构、 数据约束条件等。数据约束条件等。 数据操纵功能。数据操纵功能。DBMS提供数据操纵语言（提供数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML），用户使用），用户使用DML实现对数据库中的数据进行查询、实现对数据库中的数据进行查询、 增加、删除和修改等操作。增加、删除和修改等操作。 数据库的事务管理和运行管理。数据库的事务管理和运行管理。DBMS提供数据控制语言（提供数据控制语言（Data Control Language，DCL），数据库管理员使用），数据库管理员使用DCL实现对数据库实现对数据库 的安全性保护

15、、完整性检查、并发控制、数据库恢复等数据库控制功的安全性保护、完整性检查、并发控制、数据库恢复等数据库控制功 能。能。 数据库的建立和维护功能。数据库的建立和维护功能。 其他功能。包括：数据库初始数据输入与转换、数据库转储、数据库其他功能。包括：数据库初始数据输入与转换、数据库转储、数据库 重组、数据库性能监视与分析、数据通信等，这些功能通常由重组、数据库性能监视与分析、数据通信等，这些功能通常由DBMS 提供的实用程序或管理工具完成。提供的实用程序或管理工具完成。 整理课件24 1.3.4 数据库系统所需人员 开发、管理和使用数据库系统的人员主要开发、管理和使用数据库系统的人员主要 包括：包

16、括： 数据库管理员数据库管理员 系统分析员和数据库设计人员系统分析员和数据库设计人员 应用程序员应用程序员 最终用户最终用户 整理课件25 数据库管理员 DBA是指对数据库和是指对数据库和DBMS进行管理的一个或一组进行管理的一个或一组 人员，负责全面管理和控制数据库系统。其具体人员，负责全面管理和控制数据库系统。其具体 职责包括：职责包括： （1）参与数据库设计。）参与数据库设计。 （2）数据完整性和安全性管理。）数据完整性和安全性管理。 （3）数据库运行维护和性能评价。）数据库运行维护和性能评价。 （4）数据库改进和重构。）数据库改进和重构。 整理课件26 系统分析员和数据库设计人员 系统

17、分析员负责应用系统的需求分析和规格说明，系统分析员负责应用系统的需求分析和规格说明， 要和用户及要和用户及DBA协商，确定系统的软协商，确定系统的软/硬件配置，硬件配置， 并参与数据库系统的概要设计。并参与数据库系统的概要设计。 数据库设计人员是数据库设计的核心人员，负责数据库设计人员是数据库设计的核心人员，负责 数据库中数据内容及结构的确定、数据库各级模数据库中数据内容及结构的确定、数据库各级模 式的设计。数据库设计人员必须参加用户需求调式的设计。数据库设计人员必须参加用户需求调 研和系统分析，然后进行数据库设计。通常情况研和系统分析，然后进行数据库设计。通常情况 下，数据库设计人员是由下，

18、数据库设计人员是由DBA或系统分析员担任或系统分析员担任 的。的。 整理课件27 应用程序员 应用程序员负责设计和开发数据库应用程序，并应用程序员负责设计和开发数据库应用程序，并 负责进行调试和安装。负责进行调试和安装。 整理课件28 最终用户(End User) 最终用户通过应用程序的用户接口使用数据库。最终用户通过应用程序的用户接口使用数据库。 常用的接口方式有菜单驱动、表格操作、图形显常用的接口方式有菜单驱动、表格操作、图形显 示等。示等。 整理课件29 1.4 数据模型数据模型 1.4.1 1.4.1 数据模型的概念数据模型的概念 1.4.2 1.4.2 概念数据模型概念数据模型 1.

19、4.3 1.4.3 逻辑数据模型逻辑数据模型 整理课件30 1.4.1 数据模型的概念 在数据库中用数据模型这个工具来在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理抽象、表示和处理 现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现 实世界的模拟。例如：实世界的模拟。例如：地图、航模飞机。地图、航模飞机。 数据模型应满足三方面要求数据模型应满足三方面要求 能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界 容容易易为人所为人所理解理解 便于在计算机上便于在计算机上实现实现 整理课件31 数据抽象过程 客观对象的抽象过程客观对象的抽象过程-两步抽象两步抽象

20、 现实世界中的客观对象抽象为概念模型；现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 把概念模型转换为某一把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。 整理课件32 数据模型的层次 （1）概念数据模型概念数据模型（Conceptual Data Model），也称概），也称概 念模型或信息模型。它是面向用户的模型，是现实世界念模型或信息模型。它是面向用户的模型，是现实世界 到机器世界的一个中间层次。其基本特征是按用户观点到机器世界的一个中间层次。其基本特征是按用户观点 对信息进行建模，与具体对信息进行建模，与具体DBMS无关。无关。 （2）逻辑数据模型逻辑数据模型（Logical Dat

21、a Model），也称结构数），也称结构数 据模型，其特征是按计算机系统的观点对数据建模，服据模型，其特征是按计算机系统的观点对数据建模，服 务于务于DBMS的应用实现。结构化数据模型包括：层次模的应用实现。结构化数据模型包括：层次模 型、网状模型、关系模型等。型、网状模型、关系模型等。 （3）物理数据模型物理数据模型（Physical Data Model），用于描述），用于描述 数据在存储介质上的组织结构，它与具体数据在存储介质上的组织结构，它与具体DBMS有关，有关， 也与操作系统和硬件有关，是物理层次上的数据模型。也与操作系统和硬件有关，是物理层次上的数据模型。 整理课件33 1.4.

22、2 概念数据模型 概念模型的用途概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模概念模型用于信息世界的建模 是现实世界到机器世界的一个中间层次是现实世界到机器世界的一个中间层次 是数据库设计的有力工具是数据库设计的有力工具 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言数据库设计人员和用户之间进行交流的语言 对概念模型的基本要求对概念模型的基本要求 较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用 中的各种语义知识中的各种语义知识 简单、清晰、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解。 整理课件34 概念模型的表示方法 概念模型的表示方法很多 实体联系方法实体联系方法(E

23、-R方法方法) 用用E-R图来描述现实世界的概念模型图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为方法也称为E-R模型模型 整理课件35 E-R模型的三要素 （1）实体实体（Entity）。实体是指客观存在并可相互区别）。实体是指客观存在并可相互区别 的事物。实体可以是人、事或物，也可以是抽象的概的事物。实体可以是人、事或物，也可以是抽象的概 念。如一件商品、一个客户、一份订单等都是实体。念。如一件商品、一个客户、一份订单等都是实体。 （2）属性属性（Attribute）。实体通常有若干特征，每个特）。实体通常有若干特征，每个特 征称为实体的一个属性。属性刻画了实体在某方面的征称为实体的一个属性

24、。属性刻画了实体在某方面的 特性。例如，商品实体的属性可以有商品编号、商品特性。例如，商品实体的属性可以有商品编号、商品 类别、商品名称、生产商等。类别、商品名称、生产商等。 （3）联系联系（Relationship）。现实世界中事物之间的联）。现实世界中事物之间的联 系反映在系反映在E-R模型中就是实体间的联系。例如，订单就模型中就是实体间的联系。例如，订单就 是客户和商品之间的联系。是客户和商品之间的联系。 整理课件36 实体型和实体值 实体型实体型（Entity Type）是指对某一类数据结构）是指对某一类数据结构 和特征的描述。通常实体型由实体名和属性名和特征的描述。通常实体型由实体名

25、和属性名 的集合来抽象和刻画同类实体。的集合来抽象和刻画同类实体。 例如例如，商品，商品(商品编号，商品类别，商品名称，生产商品编号，商品类别，商品名称，生产 商，单价，库存量，保质期商，单价，库存量，保质期)是一个实体型。是一个实体型。 实体值实体值（Entity Value）是实体型的内容，由描）是实体型的内容，由描 述实体的各个属性值组成。述实体的各个属性值组成。 例如例如，(50020005，体育用品，足球，美好体育用品，体育用品，足球，美好体育用品 公司，公司，120，20，2012-1-1)是实体值。是实体值。 整理课件37 联系的分类 实体型实体型1 联系名联系名 实体型实体型2

26、 1 1 1:1联系联系 实体型实体型1 联系名联系名 实体型实体型2 m n m:n联系联系 实体型实体型1 联系名联系名 实体型实体型2 1 n 1:n联系联系 整理课件38 E-R模型的表示E-R图 实体型的表示实体型的表示 用矩形表示，矩形框内写明实体名。用矩形表示，矩形框内写明实体名。 属性属性 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。 联系联系 联系本身联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无：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向边分别与有关实体连接起来，同时在

27、无向边旁标上联 系的类型（系的类型（1:1、1:n或或m:n）。）。 联系的属性联系的属性：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。 如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该 联系连接起来。联系连接起来。 整理课件39 【例例】 商品实体具有商品编号、商品类别、商商品实体具有商品编号、商品类别、商 品名称、生产商、单价、库存量、保质期等属性，品名称、生产商、单价、库存量、保质期等属性， 用用E-R图表示。图表示。 整理课件40 【例例】客户订购某类商品均有数量，则实体型客户订购某类商品均有数量，则实体

28、型 “客户客户”与实体型与实体型“商品商品”之间的联系就具有属之间的联系就具有属 性性“数量数量”，其，其E-R图表示如下。图表示如下。 整理课件41 1.4.3 逻辑数据模型 逻辑模型三要素逻辑模型三要素 逻辑数据模型是严格定义的一组概念的集合，逻辑数据模型是严格定义的一组概念的集合， 主要由数据结构、数据操作和数据完整性约主要由数据结构、数据操作和数据完整性约 束三部分组成，通常称为逻辑数据模型的三束三部分组成，通常称为逻辑数据模型的三 要素。要素。 整理课件42 数据结构 数据结构是对系统静态特性的描述，主要描述数据结构是对系统静态特性的描述，主要描述 数据库组成对象以及对象之间的联系。

29、数据库组成对象以及对象之间的联系。 数据结构是刻画数据模型最重要的方面。因此数据结构是刻画数据模型最重要的方面。因此 在数据库系统中，通常按照其数据结构的类型在数据库系统中，通常按照其数据结构的类型 来命名数据模型。来命名数据模型。 主要的数据模型有：主要的数据模型有： 层次模型层次模型 网状模型网状模型 关系模型关系模型 整理课件43 数据操作 数据操作指对数据库中各种对象（型）的实例数据操作指对数据库中各种对象（型）的实例 （值）允许执行的操作及有关的操作规则，它（值）允许执行的操作及有关的操作规则，它 是对数据库动态特性的描述。是对数据库动态特性的描述。 数据库中的数据操作主要分为数据库

30、中的数据操作主要分为查询查询、更新更新两大两大 类，其中类，其中数据更新数据更新主要是指对数据记录的增、主要是指对数据记录的增、 删、改。删、改。 数据模型需要定义这些操作的语义、操作符号、数据模型需要定义这些操作的语义、操作符号、 操作规则及实现操作的相关语句。操作规则及实现操作的相关语句。 整理课件44 数据完整性约束 完整性约束是数据的一组完整性规则的集合。完整性约束是数据的一组完整性规则的集合。 完整性规则完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系是给定的数据模型中数据及其联系 所具有的制约和存储规则，用以限定符合数据所具有的制约和存储规则，用以限定符合数据 模型的数据库状态以及状态的变

31、化，保证数据模型的数据库状态以及状态的变化，保证数据 的正确、有效、相容。的正确、有效、相容。 整理课件45 关系模型 （1）数据结构。关系模型中基本的数据结构是表格，关）数据结构。关系模型中基本的数据结构是表格，关 系模型使用二维表来表示实体及其联系。系模型使用二维表来表示实体及其联系。 （2）数据操作。关系模型的数据操作主要包括查询和更）数据操作。关系模型的数据操作主要包括查询和更 新。关系数据操作具有两个显著特点：一是关系操作新。关系数据操作具有两个显著特点：一是关系操作 是集合操作，即操作的对象和结果均为集合；二是关是集合操作，即操作的对象和结果均为集合；二是关 系模型将操作中的存取路

32、径向用户屏蔽起来，用户只系模型将操作中的存取路径向用户屏蔽起来，用户只 要说明做什么，而不必指出怎样做。要说明做什么，而不必指出怎样做。 （3）数据完整性约束。对关系模型中的数据操作必须满）数据完整性约束。对关系模型中的数据操作必须满 足关系完整性约束规则。关系完整性约束规则包括三足关系完整性约束规则。关系完整性约束规则包括三 类：实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。类：实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。 整理课件46 关系模型的特点 （1）关系模型建立在严格的数学理论基础之上。）关系模型建立在严格的数学理论基础之上。 （2）数据结构简单清晰，用户易懂易用。关系）数据结构简单清晰，用

33、户易懂易用。关系 模型的数据结构虽然简单，但却能表达丰富的模型的数据结构虽然简单，但却能表达丰富的 语义，能够较好地描述现实世界的实体以及实语义，能够较好地描述现实世界的实体以及实 体间的各种联系。体间的各种联系。 （3）数据物理存取路径对用户是透明的，有更）数据物理存取路径对用户是透明的，有更 高的数据独立性、更好的数据安全性。高的数据独立性、更好的数据安全性。 整理课件47 1.5 数据库系统的发展数据库系统的发展 1.5.1 1.5.1 数据库系统的发展阶段数据库系统的发展阶段 1.5.2 1.5.2 数据库系统主要研究领域数据库系统主要研究领域 整理课件48 1.5.1 数据库系统的发展阶段数据库系统的发展阶段 数据库技术是计算机科