大学计算机基础 课件 第六章 数据库技术

1、计算机科学与工程系计算机科学与工程系大学计算机基础大学计算机基础( (省精品课程省精品课程) )数据库技术数据库技术( (第六章第六章) )华南农业大学信息学院华南农业大学信息学院计算机科学与工程系计算机科学与工程系 借助数据库技术，可以方便有效地存储和管理借助数据库技术，可以方便有效地存储和管理大量、复杂的数据。从海量数据中挖掘或抽取大量、复杂的数据。从海量数据中挖掘或抽取出知识，是典型的计算思维方法。出知识，是典型的计算思维方法。引言引言计算机科学与工程系计算机科学与工程系了解数据库，产生用数据库技术进行信息处理的意识。了解数据库，产生用数据库技术进行信息处理的意识。关系数据库设计关系数据

2、库设计数据库概念数据库概念数据挖掘数据挖掘数据模型数据模型教学目的教学目的了解数据库系统设计的一般方法，逐步建立对数据的存了解数据库系统设计的一般方法，逐步建立对数据的存 储、维护和查询等问题的兴趣。储、维护和查询等问题的兴趣。第六章第六章 数据库技术数据库技术数据库应用数据库应用计算机科学与工程系计算机科学与工程系 在计算机领域，数据泛指一切能够被输入到计算机中并被在计算机领域，数据泛指一切能够被输入到计算机中并被计算机处理的符号，它们可以是数值、字符、图形、声音等。计算机处理的符号，它们可以是数值、字符、图形、声音等。 (1) 数据数据6.1 数据库技术基本概念数据库技术基本概念 (2)

3、数据处理数据处理数据处理是指利用计算机对各种类型的数据进行收集、存数据处理是指利用计算机对各种类型的数据进行收集、存储、分类、计算或加工、检索、传输、维护的一系列操作。随储、分类、计算或加工、检索、传输、维护的一系列操作。随着计算机软件、硬件技术的发展，数据处理的主要工作已不再着计算机软件、硬件技术的发展，数据处理的主要工作已不再是计算，而是进行管理。是计算，而是进行管理。人工管理阶段人工管理阶段文件系统阶段文件系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段数据库技术发展的三个阶段数据库技术发展的三个阶段 数据库是数据处理技术发展的产物，基本概念主要有数据、数据库是数据处理技术发展的产物，基本概念主要有

4、数据、数据处理、数据库、数据库管理系统以及数据库系统等。数据处理、数据库、数据库管理系统以及数据库系统等。计算机科学与工程系计算机科学与工程系 人工管理阶段人工管理阶段:用户的应用程序与数据相互结合不可分割，用户的应用程序与数据相互结合不可分割，当数据有所变动时程序则随之改变，程序与数据之间不具有当数据有所变动时程序则随之改变，程序与数据之间不具有独立性。独立性。 文件管理阶段文件管理阶段:数据以文件形式长期保存和处理，应用数据以文件形式长期保存和处理，应用程序和数据之间具有了一定的独立性。程序和数据之间具有了一定的独立性。 一个文件可被多个一个文件可被多个应用程序使用，一个应用程序也可使用多

5、个数据文件。数据应用程序使用，一个应用程序也可使用多个数据文件。数据文件之间无关联，同样的数据会在不同文件中出现，数据冗文件之间无关联，同样的数据会在不同文件中出现，数据冗余大。余大。应用程序应用程序1数据集数据集1应用程序应用程序2数据集数据集2数据集数据集3应用程序应用程序3 人工管理阶段人工管理阶段冗冗余余文件组文件组n应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n文件组文件组1文件组文件组2文件系文件系 统统文件系统阶段文件系统阶段计算机科学与工程系计算机科学与工程系 数据库系统阶段：在这一管理方式下，数据被组织到数据库系统阶段：在这一管理方式下，数据被组织到一个结构化的数据库

6、中统一管理，数据之间是有联系的；一个结构化的数据库中统一管理，数据之间是有联系的；数据不再面向某个应用程序而是面向整个系统，所有用户数据不再面向某个应用程序而是面向整个系统，所有用户可同时存取库中的数据；数据与程序之间相互独立。可同时存取库中的数据；数据与程序之间相互独立。 应用程序应用程序1应用程序应用程序2 数数 据据 库库管理系统管理系统数据库系统阶段数据库系统阶段数据库数据库DBMSDB计算机科学与工程系计算机科学与工程系 是指以一定的组织方式将相关的数据组织在一起，长期是指以一定的组织方式将相关的数据组织在一起，长期存放在计算机内，可为多个用户共享。数据库是数据库系统存放在计算机内，

7、可为多个用户共享。数据库是数据库系统的核心，是数据库系统的管理对象。的核心，是数据库系统的管理对象。 (3) 数据库数据库(DB)6.1 数据库技术基本概念数据库技术基本概念 (4) 数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)是管理数据库的软件的集合，是管理数据库的软件的集合，是位于用户是位于用户(或应用程序或应用程序)与操作系与操作系统之间的数据库软件，是用户访统之间的数据库软件，是用户访问数据库的接口。问数据库的接口。 DBMS的组成的组成计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.1 数据库技术基本概念数据库技术基本概念 (5) 数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统(DBS)：是指采用：是

8、指采用了数据库技术的计算机系统。了数据库技术的计算机系统。 数据库系统主要由五部分组成：数据库系统主要由五部分组成： 数据库数据库 DBMS 数据库应用软件数据库应用软件 数据库管理员数据库管理员 用户。用户。数据库系统的组成数据库系统的组成计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.2 数据模型数据模型 当我们面对当我们面对“海量海量”的数据，如何管理和储存它们，这的数据，如何管理和储存它们，这就需要有一个就需要有一个“模型模型” 按照一定的组织方式进行管理。按照一定的组织方式进行管理。 任何一个数据库管理系统都是基于某种数据模型的。常任何一个数据库管理系统都是基于某种数据模型的。常用的支持数据

9、库系统的数据模型有：用的支持数据库系统的数据模型有： 层次模型、网状模型、关系模型层次模型、网状模型、关系模型 数据库的性质是由这些数据模型决定的。如数据库的性质是由这些数据模型决定的。如Access支持支持关系模型，所以由关系模型，所以由Access创建的数据库就为关系数据库。创建的数据库就为关系数据库。计算机科学与工程系计算机科学与工程系 层次模型是最早的数据模型。层次模型是最早的数据模型。该模型像一棵倒置的树，根结点在该模型像一棵倒置的树，根结点在上，层次最高，子结点在下，逐层上，层次最高，子结点在下，逐层排列。其主要特征是：有且只有一排列。其主要特征是：有且只有一个无双亲的根结点；根结

10、点以外的个无双亲的根结点；根结点以外的子结点，向上仅有一个父结点，向子结点，向上仅有一个父结点，向下可以有若干个子结点。下可以有若干个子结点。6.2 数据模型数据模型1. 层次模型层次模型 网状模型是层次模型的扩展。网状模型是层次模型的扩展。其主要特征是：允许有一个以上的其主要特征是：允许有一个以上的结点无双亲结点；至少有一个结点结点无双亲结点；至少有一个结点有多于一个的双亲结点。有多于一个的双亲结点。2. 网状模型网状模型计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.2 数据模型数据模型姓名姓名性别性别年龄年龄王一王一男男2424林二林二女女2222李三李三男男2121陈四陈四女女2323 一般来

11、说，任何数据模型都描述一定事物数据之间的关系。一般来说，任何数据模型都描述一定事物数据之间的关系。层次模型描述数据之间的从属层次关系；网状模型描述数据之层次模型描述数据之间的从属层次关系；网状模型描述数据之间的多种从属的网状关系。而关系模型则用二维表表示事物间间的多种从属的网状关系。而关系模型则用二维表表示事物间的联系。当前主流数据库普遍采用的是关系数据模型。的联系。当前主流数据库普遍采用的是关系数据模型。3. 关系模型关系模型班级班级姓名姓名性别性别年龄年龄0101会计会计王一王一男男24240202网工网工林二林二女女22220303软工软工李三李三男男21210404商务商务陈四陈四女女

12、2323表表6.1 某学校学生信息表某学校学生信息表表表6.2 某学校学生分布情况表某学校学生分布情况表计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.3 数据模型数据模型关系模型的几个基本概念关系模型的几个基本概念 关系：一个关系对应一张二维表，表名即关系名。关系：一个关系对应一张二维表，表名即关系名。元组：表中的一行即为一个元组，又称为行或记录。元组：表中的一行即为一个元组，又称为行或记录。属性：表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。属性：表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。主键：唯一标识关系中的任何一个元组的属性称为该关系模式的主键。主键：唯一标识关系中的任

13、何一个元组的属性称为该关系模式的主键。计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.3 关系数据库设计关系数据库设计关系数据库设计步骤关系数据库设计步骤: (1) 需求分析；需求分析； (2) 概念设计；概念设计； (3) 逻辑设计；逻辑设计； (4) 物理设计；物理设计； (5) 数据库实施；数据库实施； (6) 数据库运行维护。数据库运行维护。开始实施开始实施-施工建造施工建造前期准备前期准备-图纸设计图纸设计提出方案提出方案-小区规划小区规划开始调研开始调研可行性分析可行性分析 业主入住业主入住小区管理小区管理物业维护物业维护建一个居民小区建一个居民小区打个比喻：打个比喻：计算机科学与工程系计

14、算机科学与工程系6.3 关系数据库设计关系数据库设计 需求分析是数据库设计的第一步。该阶段主要是对数据库需求分析是数据库设计的第一步。该阶段主要是对数据库应用系统所要处理的对象进行全面了解，大量收集各类基础数应用系统所要处理的对象进行全面了解，大量收集各类基础数据以及用户对数据库信息和对基础数据进行处理的要求等。据以及用户对数据库信息和对基础数据进行处理的要求等。(1) 需求分析需求分析 信息要求：每个学校是以学院为单位进行管理的，学院又信息要求：每个学校是以学院为单位进行管理的，学院又分为系，系分为教研室，教研室聘请教师，系开设班级，学生分为系，系分为教研室，教研室聘请教师，系开设班级，学生

15、按专业分班。其中涉及到学院、系、教研室、教师、学生、班按专业分班。其中涉及到学院、系、教研室、教师、学生、班级、课程等各方面的信息。级、课程等各方面的信息。 处理要求：对学院、系、教研室、教师、班级、学生、成处理要求：对学院、系、教研室、教师、班级、学生、成绩等进行管理绩等进行管理(包括增加、修改、删除包括增加、修改、删除)；打印学生成绩报表等。；打印学生成绩报表等。例如：例如：计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.3 关系数据库设计关系数据库设计 概念设计的目标是产生反映需求信息的数据库概念结概念设计的目标是产生反映需求信息的数据库概念结构。它与具体的构。它与具体的DBMS无关。无关。 (

16、2) 概念设计概念设计现实世界现实世界概念模型概念模型将现实世界将现实世界客观存在的事物及其相互间联系通客观存在的事物及其相互间联系通过符号记录下来过符号记录下来抽象为信息世界。抽象为信息世界。计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.3 关系数据库设计关系数据库设计学生信息管理系统的学生信息管理系统的E-R模型模型(E-R图图) 概念设计用实体概念设计用实体-联系模型联系模型(简称简称E-R图图) 表示。表示。矩形框：实体矩形框：实体椭圆框：属性椭圆框：属性菱形框：联系菱形框：联系计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.3 关系数据库设计关系数据库设计 逻辑设计的任务是将概念模型转换为特定逻辑

17、设计的任务是将概念模型转换为特定DBMS所支持所支持的数据模型。的数据模型。(3) 逻辑设计逻辑设计 学院学院(学院编号学院编号、学院名称、院长姓名、电话、地址、学院名称、院长姓名、电话、地址) 系系(系编号系编号、系名称、系主任、电话、教研室个数、学院编号、系名称、系主任、电话、教研室个数、学院编号) 教研室教研室(教研室编号教研室编号、教研室名称、教师人数、系编号、教研室名称、教师人数、系编号) 教师教师(教师编号教师编号、姓名、性别、职务、教研室编号、姓名、性别、职务、教研室编号) 班级班级(班级编号班级编号、班级名称、班级人数、班长姓名、专业、系编号、班级名称、班级人数、班长姓名、专业

18、、系编号) 学生学生(学号学号、姓名、性别、出生年月、籍贯、班级编号、姓名、性别、出生年月、籍贯、班级编号) 课程课程(课程编号课程编号、课程名、学时、学分、课程名、学时、学分) 选课选课(学号、课程编号、教师编号学号、课程编号、教师编号、成绩、成绩)概念模型概念模型逻辑模型逻辑模型计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.3 关系数据库设计关系数据库设计 另外，数据库的逻辑结构设计还需要选定数据库管理系统另外，数据库的逻辑结构设计还需要选定数据库管理系统软件，并给出数据库逻辑结构的详细设计。软件，并给出数据库逻辑结构的详细设计。字段名字段名字段类型字段类型字段长度字段长度有效性规则有效性规则索

19、引类型索引类型学号学号文本文本1212主键主键姓名姓名文本文本8 8性别性别文本文本2 2“男”或“女”出生年月出生年月日期日期籍贯籍贯文本文本2020班级编号班级编号文本文本6 6外键外键“学生学生”关系的详细逻辑设计关系的详细逻辑设计计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.3 关系数据库设计关系数据库设计 数据库物理结构设计就是为已设计好的逻辑数据模型选择数据库物理结构设计就是为已设计好的逻辑数据模型选择最适合应用要求的物理结构。数据库的物理结构主要指数据库最适合应用要求的物理结构。数据库的物理结构主要指数据库的存储记录格式、存储记录存放位置安排和存取方法。显然，的存储记录格式、存储记录存

20、放位置安排和存取方法。显然，数据库的物理设计完全依赖于给定的硬件环境和数据库的物理设计完全依赖于给定的硬件环境和DBMS。 (4) 物理设计物理设计逻辑模型逻辑模型物理模型物理模型将信息世界的数据描述成计将信息世界的数据描述成计算机处理的数据形式。算机处理的数据形式。计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.3 关系数据库设计关系数据库设计 数据库实施是根据逻辑设计和物理设计的结果，在计算机数据库实施是根据逻辑设计和物理设计的结果，在计算机上建立起实际数据库结构、装入数据、测试和试运行的过程。上建立起实际数据库结构、装入数据、测试和试运行的过程。 (5) 数据库实施数据库实施 用用SQL语言对语

21、言对“学生学生”表进行设计表进行设计在在Access可视化界面中对可视化界面中对“学生学生”表进行设计表进行设计 数据库系统正式运行，标志着数据库设计与应用开发工作数据库系统正式运行，标志着数据库设计与应用开发工作的结束和维护阶段的开始的结束和维护阶段的开始 。(6) 运行和维护运行和维护计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.4 数据库在管理信息系统中的应用数据库在管理信息系统中的应用 管理信息系统管理信息系统(Management Information System，简称，简称MIS)就是用计算机来执行管理功能的一种信息系统。一般的就是用计算机来执行管理功能的一种信息系统。一般的数据处理

22、系统着重解决一些日常的事务处理问题，而管理信息数据处理系统着重解决一些日常的事务处理问题，而管理信息系统是对企业（单位）内外的信息进行分析处理，最终提出一系统是对企业（单位）内外的信息进行分析处理，最终提出一些决策信息，供企业（单位）的上层高级决策人员参考。些决策信息，供企业（单位）的上层高级决策人员参考。(1) 管理信息系统管理信息系统 正确的决策必须对大量的有关信息进行全面的科学分析，正确的决策必须对大量的有关信息进行全面的科学分析，因此，一个管理信息系统要求能在短期内尽快地处理大量的各因此，一个管理信息系统要求能在短期内尽快地处理大量的各类信息，这样就对系统中大量数据的组织，存储、联系提

23、出了类信息，这样就对系统中大量数据的组织，存储、联系提出了较高的要求。于是，数据库作为一个管理信息系统的核心部分较高的要求。于是，数据库作为一个管理信息系统的核心部分就是必不可少的了。就是必不可少的了。计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.4 数据库在管理信息系统中的应用数据库在管理信息系统中的应用管理信息系统功能结构图管理信息系统功能结构图计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.4 数据库在管理信息系统中的应用数据库在管理信息系统中的应用 数据库是计算机领域中发展最为迅速的重要分支，数据库技术在各数据库是计算机领域中发展最为迅速的重要分支，数据库技术在各行各业中已得到广泛应用。以下是一些数

24、据库应用的经典案例：行各业中已得到广泛应用。以下是一些数据库应用的经典案例： 案例案例1：网上填报高考志愿：网上填报高考志愿访问国家教育部的数据库系统。访问国家教育部的数据库系统。 案例案例2：购买火车票、飞机票：购买火车票、飞机票访问全国铁路、航空数据库系统。访问全国铁路、航空数据库系统。 案例案例3：到银行取钱：到银行取钱访问银行的数据库系统。访问银行的数据库系统。 案例案例4：在学校选课：在学校选课访问学校的学籍管理数据库系统。访问学校的学籍管理数据库系统。 案例案例5：到图书馆借书：到图书馆借书访问图书馆的数据库系统。访问图书馆的数据库系统。 案例案例6：上网浏览、网上购物：上网浏览、

25、网上购物访问网站的后台数据库系统。访问网站的后台数据库系统。 数据库系统是管理信息系统的核心，也是衡量管理信息系统的标准。数据库系统是管理信息系统的核心，也是衡量管理信息系统的标准。可以这么说，数据库系统在管理信息系统中的地位就好像发动机在飞机可以这么说，数据库系统在管理信息系统中的地位就好像发动机在飞机中的地位一样。中的地位一样。计算机科学与工程系计算机科学与工程系Web环境下的数据库访问环境下的数据库访问6.4 数据库在管理信息系统中的应用数据库在管理信息系统中的应用 通常情况下，网站的后台支撑技术是数据库。因为在实际应用中，通常情况下，网站的后台支撑技术是数据库。因为在实际应用中，网站需

26、要保存大量的数据。简单来说，用户只要能够连接到因特网并且网站需要保存大量的数据。简单来说，用户只要能够连接到因特网并且安装了安装了Web浏览器，就能够操作数据库。其过程是：用户向浏览器，就能够操作数据库。其过程是：用户向Web服务器服务器发出数据操作请求；发出数据操作请求；Web服务器收到请求以后，按照特定的方式将请求服务器收到请求以后，按照特定的方式将请求转发给数据库服务器；数据库服务器执行这些请求并将结果数据返回给转发给数据库服务器；数据库服务器执行这些请求并将结果数据返回给Web服务器；服务器；Web服务器则以页面的形式将结果数据返回用户的服务器则以页面的形式将结果数据返回用户的Web浏

27、浏览器；用户通过览器；用户通过Web浏览器查看请求结果。浏览器查看请求结果。计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.5 数据挖掘数据挖掘 数据挖掘是一个与数据库技术紧密相关的正在迅速发展数据挖掘是一个与数据库技术紧密相关的正在迅速发展的新兴交叉应用领域，它在许多领域包括市场营销、库存管的新兴交叉应用领域，它在许多领域包括市场营销、库存管理、质量控制、借贷风险管理、欺诈检测和投资分析等的决理、质量控制、借贷风险管理、欺诈检测和投资分析等的决策支持活动中扮演着越来越重要的角色。策支持活动中扮演着越来越重要的角色。 简单地讲，数据挖掘就是从大量数据中挖掘或抽取出知简单地讲，数据挖掘就是从大量数据中挖

28、掘或抽取出知识。它是一个从大量数据中抽取、挖掘出未知的、有价值的识。它是一个从大量数据中抽取、挖掘出未知的、有价值的模式或规律等知识的复杂过程。数据挖掘涉及人工智能、机模式或规律等知识的复杂过程。数据挖掘涉及人工智能、机器学习、统计学、数据库系统等多领域技术。器学习、统计学、数据库系统等多领域技术。 数据挖掘活动不同于传统的数据库查询，数据挖掘是寻数据挖掘活动不同于传统的数据库查询，数据挖掘是寻找确定以前未知的模式，而数据检索是查找已经存储好的事找确定以前未知的模式，而数据检索是查找已经存储好的事实。实。计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.5 数据挖掘数据挖掘 数据挖掘技术应用的例子在我们

29、的日常生活中随处可见。数据挖掘技术应用的例子在我们的日常生活中随处可见。 “啤酒与尿布啤酒与尿布”的故事是营销界的神话。的故事是营销界的神话。“啤酒啤酒”和和“尿布尿布”两个两个看上去风马牛不相及的商品要放在一起进行销售，并获得了很好的销售看上去风马牛不相及的商品要放在一起进行销售，并获得了很好的销售收益，这看起来像是一个笑话，但实际上这一直被商家所津津乐道的正收益，这看起来像是一个笑话，但实际上这一直被商家所津津乐道的正是发生在美国沃尔玛连锁超市的真实案例。是发生在美国沃尔玛连锁超市的真实案例。 在美国，妇女通常在家照顾孩子，她们经常会嘱咐丈夫在下班回家在美国，妇女通常在家照顾孩子，她们经常

30、会嘱咐丈夫在下班回家路上去超市给孩子买尿布，而丈夫在买尿布的同时又会顺手购买自己爱路上去超市给孩子买尿布，而丈夫在买尿布的同时又会顺手购买自己爱喝的啤酒。发现这个有趣的现象后把两种商品摆放在一起，使尿布和啤喝的啤酒。发现这个有趣的现象后把两种商品摆放在一起，使尿布和啤酒的销量大幅增加。这种现象就是卖场中商品之间的关联性。酒的销量大幅增加。这种现象就是卖场中商品之间的关联性。 按常规思维，尿布与啤酒是很难联系到一起的，若不是借助数据挖按常规思维，尿布与啤酒是很难联系到一起的，若不是借助数据挖掘技术对大量交易数据进行挖掘分析，沃尔玛是不可能发现数据内在这掘技术对大量交易数据进行挖掘分析，沃尔玛是不

31、可能发现数据内在这一有价值的规律的。一有价值的规律的。计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.6 常见的数据库管理系统常见的数据库管理系统1. Access 四种比较常见的数据库管理系统：四种比较常见的数据库管理系统： Access是微软的是微软的Office组件之一，是中小型企业常用的数组件之一，是中小型企业常用的数据库管理系统，适合初学者学习。据库管理系统，适合初学者学习。 2. SQL Server SQL Server是微软在是微软在Windows系列平台上开发的数据库管系列平台上开发的数据库管理系统，具有良好的兼容性和易用性等功能。理系统，具有良好的兼容性和易用性等功能。3. MyS

32、QL MySQL是是广受是是广受Linux用户喜爱的半商业数据库，广泛用户喜爱的半商业数据库，广泛地应用在地应用在Internet上的中小型网站中上的中小型网站中 。4. Oracle Oracle是世界上使用最广的关系型数据库管理系统，功能是世界上使用最广的关系型数据库管理系统，功能强大，具有完整的存储和管理大量数据的能力，在数据库领强大，具有完整的存储和管理大量数据的能力，在数据库领域处于领先地位域处于领先地位 。计算机科学与工程系计算机科学与工程系6.7 计算思维的典型案例计算思维的典型案例 案例案例1： 抽象和分解是计算思维的两个重要特征。设计一个数据库，本身抽象和分解是计算思维的两个重要特征。设计一个数据库，本身就体现了计算思维抽象和分解的过程。就体现了计算思维抽象和分解的过程。 在本章中需要在计算机上建立数据库，需要根据系统的需求，将在本章中需要在计算机上建立数据库，需要根据系统的需求，将客观世界的信息转化成计算机系统中的二进制信息。由于客观世界的客观世界的信息转化成计算机系统中的二进制信息。由于客观世界的复杂性，直接完成这种转换是非常复杂和困难的。因此，在数据库设复杂性，直接完成