关系数据库基础

1、DBDB1 关系数据库基础DBDB2数据库系统构成 数据库系统（数据库系统（DataBase SystemDataBase System，简称为，简称为DBSDBS）是指计）是指计算机系统中引入数据库后的系统，由数据库、软件（操作算机系统中引入数据库后的系统，由数据库、软件（操作系统、数据库管理系统、开发工具、编译系统和应用系统系统、数据库管理系统、开发工具、编译系统和应用系统等）、用户、硬件构成等）、用户、硬件构成。数据库数据库硬件硬件数据库系统数据库系统软件软件操作系统操作系统 OS数据库管理系统数据库管理系统 DBMS高级语言编译系统高级语言编译系统各种各种应用应用开发工具开发工具应用系

2、统应用系统用户用户终端用户终端用户应用程序员应用程序员数据库管理员数据库管理员数据库系统分析与设计人员数据库系统分析与设计人员 DBDB3数据库系统的构成图DatabaseOSDBMS应用开发工具应用开发工具应用程序应用程序DBA用户用户A用户用户C用户用户B应用程序员应用程序员DBDB4数据库系统的构成图2有组织的集成的可共享的数据数据集合 DBDBMSComputer SystemSQLSQLSQLSQLOSDBA完成某一功能的应用程序1应用程序2应用程序nDBAP 1DBAP 2DBAP n应用程序员DBDB5关系数据库实例DBDB6数据库管理系统 数据库管理系统（数据库管理系统（Dat

3、a Base Management Data Base Management SystemSystem，简称，简称DBMSDBMS）是位于用户与操作系统之间）是位于用户与操作系统之间的一种非常复杂的、对数据库进行管理的系统软的一种非常复杂的、对数据库进行管理的系统软件。它在操作系统支持下工作。在确保数据件。它在操作系统支持下工作。在确保数据“安安全可靠全可靠”的同时，提高用户使用的同时，提高用户使用“数据数据”的简明的简明性和方便性。用户对数据的一切操作，包括性和方便性。用户对数据的一切操作，包括数据数据定义定义、查询查询、更新更新及各种及各种控制控制，都是通过，都是通过DBMSDBMS进进行

4、。行。DBDB7DBMS的主要功能p 数据库定义功能数据库定义功能允许用户用一种叫做数据定义语言的专用语言建立新的数据库和指定允许用户用一种叫做数据定义语言的专用语言建立新的数据库和指定它们的逻辑结构（也称为模式）。它们的逻辑结构（也称为模式）。p 数据存取功能数据存取功能使用户能够用适当的语言查询数据和更新（插入、修改和删除）数据。使用户能够用适当的语言查询数据和更新（插入、修改和删除）数据。p 数据控制功能数据控制功能对数据库安全性、完整性和并发性（多用户对数据的并发使用）进行有效的对数据库安全性、完整性和并发性（多用户对数据的并发使用）进行有效的控制和管理，确保数据库中数据正确有效和数据

5、库系统的有效运行。控制和管理，确保数据库中数据正确有效和数据库系统的有效运行。p 数据库的建立维护功能数据库的建立维护功能对数据库转储、恢复、重组织、系统性能监视分析等数据库维护工作。对数据库转储、恢复、重组织、系统性能监视分析等数据库维护工作。DBMSDBMS是由许多是由许多“系统程序系统程序”所组成的一个集合。每个程序都有自己的功能，所组成的一个集合。每个程序都有自己的功能，一个或几个程序一起完成一个或几个程序一起完成DBMSDBMS的一个或几个功能。各种的一个或几个功能。各种DBMSDBMS的组成因系统而的组成因系统而异，一般说来，它由语言编译处理程序；系统运行控制程序；系统建立、维异，

6、一般说来，它由语言编译处理程序；系统运行控制程序；系统建立、维护程序；数据字典等程序组成。护程序；数据字典等程序组成。 DBDB8数据库的用户p终端用户终端用户 p应用程序员应用程序员p数据库管理员数据库管理员 l系统需求分析、数据库设计、系统功能设计与实系统需求分析、数据库设计、系统功能设计与实现。现。l数据库系统软件的安装和维护数据库系统软件的安装和维护l监控监控DBMSDBMS的运行，系统参数的配置与调整的运行，系统参数的配置与调整l权限管理权限管理l日常维护（备份与恢复）日常维护（备份与恢复）lDBDB中的数据进行扩充或重组中的数据进行扩充或重组lDBDB的文档管理的文档管理DBDB9

7、计算机硬件系统p硬件硬件l存储数据库和运行存储数据库和运行DBMSDBMS、OSOS的硬件资源的硬件资源 。p要求要求l需要足够大的内存来存放需要足够大的内存来存放OSOS，DBMSDBMS核心模块、数据库核心模块、数据库数据缓冲区和应用程序数据缓冲区和应用程序l由于数据库中数据庞大，需要足够大的磁盘等直接存由于数据库中数据庞大，需要足够大的磁盘等直接存取设备存储数据取设备存储数据l为安全，需要足够的磁带、光盘等存贮介质做数据库为安全，需要足够的磁带、光盘等存贮介质做数据库的备份的备份l要求具有较高的通道能力，以提高数据传送率要求具有较高的通道能力，以提高数据传送率l要求系统支持联网能力要求系

8、统支持联网能力 DBDB10目前常用的DBMSp目前常用的目前常用的 DBMS lORACLE（甲骨文）lDB2（IBM）lSYBASElMicrosoft SQL Server 2000、2005（MS）lMYSQLlACCESSlxBASE类：Visual FoxPro dBASEp常用的开发工具常用的开发工具lPower BuilderPower BuilderlDelphiDelphilV Visual BASICisual BASIC，Visual Studio .NetVisual Studio .Net等。等。l数据库厂商提供的开发工具。例如，数据库厂商提供的开发工具。例如，OR

9、ACLEORACLE的的Design 2000Design 2000和和SYBASESYBASE的的Power DesignerPower Designer。 DBDB11关系模型概述p关系数据库关系数据库l 使用关系模型的数据库使用关系模型的数据库p关系数据库系统关系数据库系统l 支持关系模型的数据库系统支持关系模型的数据库系统p关系模型关系模型l 关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成分组成1.1.关系数据结构关系数据结构( (二维表二维表) )2.2.关系操作集合关系操作集合3.3.关系完整性约束关系完整性约束关系关系模型模型实

10、体完整性实体完整性参照完整性参照完整性用户定义完整性用户定义完整性DBDB12关系数据模型关系模型是用关系模型是用二维表格结构二维表格结构来表示实体以及实体间联系的模型来表示实体以及实体间联系的模型p 关系模型的数据结构关系模型的数据结构关系模型的数据结构是一个关系模型的数据结构是一个“二维表框架二维表框架”组成的集合，每个二维表组成的集合，每个二维表又可称为关系，因此可以说，关系模型是又可称为关系，因此可以说，关系模型是“关系框架关系框架”组成的集合。组成的集合。p 关系模型使用的术语关系模型使用的术语关系：关系可理解为由关系（二维表）的框架和若干元组构成。关系：关系可理解为由关系（二维表）

11、的框架和若干元组构成。 元组：表中的行。通常称为元组：表中的行。通常称为记录记录。属性：表中的列，通常称为属性：表中的列，通常称为字段字段。关系键：表中的某个属性组，它的值可以唯一确定一个关系键：表中的某个属性组，它的值可以唯一确定一个记录记录。域：属性的取值范围。域：属性的取值范围。分量：分量：记录记录中的一个属性值。中的一个属性值。DBDB13关系数据模型-关系实例学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄籍贯籍贯9901李勇李勇男男20江苏江苏9902刘晨刘晨女女19山东山东9903王明王明女女20北京北京9999张立张立男男18陕西陕西关系名关系名关系关系记录记录(行行)字段字段(列列)关系键关

12、系键男男女女域域分量分量关系模式：字段名字段名DBDB14关系键p关系键的文字定义：关系键的文字定义：在关系中能惟一标识元组的一个属性或不包含有多余属性在关系中能惟一标识元组的一个属性或不包含有多余属性的属性组合称为该关系的关系键。的属性组合称为该关系的关系键。学号课程号成绩9901990199029903C1C2C2C390807080学号姓名年龄性别所在系9901990299039904张三李四王五赵六20181920男女女男计算机计算机计算机计算机DBDB15候选键和主关系键，主属性和非主属性p 候选键、主关系键候选键、主关系键某些关系中会发现具有关系键特性的属性或属性组有多个，那某些关

13、系中会发现具有关系键特性的属性或属性组有多个，那么把他们都称为该关系的候选关系键，或称为候选关键字或候么把他们都称为该关系的候选关系键，或称为候选关键字或候选码。从候选关系键中选择一个作为主关系键（也称为主键、选码。从候选关系键中选择一个作为主关系键（也称为主键、主关键字、主码）。主关键字、主码）。为了惟一地标识表中的每一个记录，保证记录的惟一性，每个为了惟一地标识表中的每一个记录，保证记录的惟一性，每个表都必须选择一个主关系键，而且只能有一个主关系键。对于表都必须选择一个主关系键，而且只能有一个主关系键。对于任意一个表，主关系键一经选定，通常是不能随意改变的。任意一个表，主关系键一经选定，通

14、常是不能随意改变的。p 主属性主属性包含在关系键中的属性包含在关系键中的属性p 非主属性非主属性不包含在关系键中的属性称为非主属性不包含在关系键中的属性称为非主属性DBDB16外部关系键p如果关系如果关系R2的一个或一组属性的一个或一组属性X不是不是R2的关系键，而是另一关的关系键，而是另一关系系R1的关系键，则该属性或属性组的关系键，则该属性或属性组X称为关系称为关系R2的外部关系键的外部关系键(或称外关键字或外部码或称外关键字或外部码)。外部关系键与其相符的另一个表的。外部关系键与其相符的另一个表的键起着两个表的连接和参照作用。外部关系键也称为外部键或键起着两个表的连接和参照作用。外部关系

15、键也称为外部键或外键。外键。 学号学号姓名所在系99019901990299029903990399049904张三李四王五赵六计算机计算机计算机计算机课程号课程号课程名学时数C01C01C02C02C03C03C04C04高等数学数据结构操作系统数据库100708060学号学号课程号课程号成绩9901990199019901990299029904990499049904C01C01C02C02C04C04C04C04C03C039080908570学生关系学生关系课程关系课程关系学习成绩关系学习成绩关系外部关系键外部关系键外部关系键外部关系键主关系键主关系键DBDB17关系模型的完整性约束

16、 关系模型中的操作必须满足关系的完整性约束条关系模型中的操作必须满足关系的完整性约束条件。关系的完整性约束条件包括三大类：件。关系的完整性约束条件包括三大类：l实体完整性实体完整性l参照完整性参照完整性l用户定义的完整性用户定义的完整性 DBDB18实体完整性规则p规则：规则：l主属性（关系键中包括的属性）不能取空值或部分空值的约束条主属性（关系键中包括的属性）不能取空值或部分空值的约束条件称为实体完整性规则。件称为实体完整性规则。p目的：目的：l如果出现空值，那么主键值就起不了唯一标识元组的作用。如果出现空值，那么主键值就起不了唯一标识元组的作用。lDBMS利用主键值来避免元组重复。利用主键

17、值来避免元组重复。p 实例：实例：9080908570C02C04C04C039901990199049904成绩成绩课程号课程号学号学号不能为空不能为空不能为空不能为空主属性DBDB19参照完整性规则p规则规则l 如果关系如果关系R2的外部关系键的外部关系键X与关系与关系R1的（主）关系键相符，那么外部关的（主）关系键相符，那么外部关系键系键X的每个值必须在关系的每个值必须在关系R1中关系键的值中找到，或者取空值。中关系键的值中找到，或者取空值。p目的目的l定义了外部关系键与关系键的引用规则，外部关系键的值要根据参照的定义了外部关系键与关系键的引用规则，外部关系键的值要根据参照的关系键的值进

18、行检查，参照该关系键的列值以确定其合法性，保持数据关系键的值进行检查，参照该关系键的列值以确定其合法性，保持数据的一致性，不引用不存在的实体；外部关系键与关系键对应可实现两个的一致性，不引用不存在的实体；外部关系键与关系键对应可实现两个表的关联。表的关联。 p实例实例职工表职工表(R2)(R2)部门表部门表(R1)(R1)主关系键主关系键外部关系键外部关系键参照参照空值空值李娟 0298039803万名 98029802张山0198019801姓名姓名部门编号部门编号职工编号职工编号公关部0202人事部0101部门名部门名部门编号部门编号DBDB20用户定义完整性p规则：规则： l用户定义的完

19、整性是针对某一具体的实际数据库的约用户定义的完整性是针对某一具体的实际数据库的约束条件，它由应用环境所决定。束条件，它由应用环境所决定。p例如例如:l属性的取值范围约束属性的取值范围约束l数据的输入格式约束数据的输入格式约束l数据类型（类型、长度、精度等）约束数据类型（类型、长度、精度等）约束l空值的约束等空值的约束等关系数据库管理系统应提供定义和检验这类完整性的关系数据库管理系统应提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由应用机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由应用程序承担这一功能。程序承担这一功能。DBDB21完整性约束的作用 p 执行插入操作时检查

20、完整性规则执行插入操作时检查完整性规则执行插入操作时，需要分别检查实体完整性规则、参照完执行插入操作时，需要分别检查实体完整性规则、参照完整性规则和用户定义完整性规则。整性规则和用户定义完整性规则。p 执行删除操作时检查完整性规则执行删除操作时检查完整性规则执行删除操作时，一般只需要检查参照完整性约束规则。执行删除操作时，一般只需要检查参照完整性约束规则。p 执行更新操作时检查完整性规则执行更新操作时检查完整性规则执行更新操作时，分别进行上述两种情况。执行更新操作时，分别进行上述两种情况。 DBDB22关系性质学号姓名性别年龄曾用名99019901张建军张建军男男2020张高升张高升99029

21、902李萌李萌女女1818李招弟李招弟99039903王红军王红军男男1919王小小王小小99049904赵妮赵妮女女2020赵小娟赵小娟99019901张建军张建军男男2020张高升张高升重复的重复的元组元组重复的重复的元组元组! !学号姓名性别年龄99019901 张建军张建军男男202099029902李萌李萌女女181899039903 王红军王红军男男191999049904赵妮赵妮女女2020学号姓名性别年龄99049904赵妮赵妮女女202099019901 张建军张建军男男202099039903 王红军王红军男男191999029902李萌李萌女女1818 1 1、任意两个元

22、组不能全同（不允许有重复的记录）任意两个元组不能全同（不允许有重复的记录） 2 2、行行( (记录记录) )的顺序可以任意交换的顺序可以任意交换DBDB23关系性质 3 3、表中列表中列( (字段字段) )的顺序可以任意交换的顺序可以任意交换学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄曾用名曾用名9901 张建军男20张高升9902李萌女18李招弟9903 王红军男19王小小9904赵妮女20赵小娟学号学号姓名姓名曾用名曾用名性别性别年龄年龄9901 张建军 张高升男209902李萌李招弟女189903 王红军 王小小男199904赵妮赵小娟女20学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄姓名姓名9901张建军男2

23、0张高升9902李萌女18李招弟9903王红军男19王小小9904赵妮女20赵小娟此处的属性名不能使用姓此处的属性名不能使用姓名，属性名重复！可改用名，属性名重复！可改用为为“曾用名曾用名” 4 4、关系中的属性名关系中的属性名( (字段名字段名) )必须唯一必须唯一DBDB24关系性质学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄曾用名曾用名9901张建军男20张高升9902李萌女18李招弟9903王红军119王小小9904赵妮21981/2/28赵小娟 5 5、属性、属性( (字段字段) )名下的诸属性值名下的诸属性值( (同列同列) )是同类型数据，来自同一个域是同类型数据，来自同一个域此处的属性值此

24、处的属性值类型不对！类型不对！父父母母孩孩李男王男丁女肖女李一李二王一父父母母孩孩大大小小李男王男丁女肖女李一王一李二父父母母孩孩李男李男王男丁女丁女肖女李一李二王一父父母母大孩大孩小孩小孩李男王男丁女肖女李一王一李二非规范化关系非规范化关系规范化关系规范化关系 6 6、每一个分量都是不可分的数据项、每一个分量都是不可分的数据项DBDB25关系代数运算p关系代数运算关系代数运算关系代数（关系代数（Relation algebraRelation algebra）是施加于关系上的一组集合代数运算，每是施加于关系上的一组集合代数运算，每个运算都以一个或多个关系作为运算对象，并生成另外一个关系作为该

25、关系个运算都以一个或多个关系作为运算对象，并生成另外一个关系作为该关系运算的结果。运算的结果。p关系代数用到的运算符关系代数用到的运算符l集合运算符集合运算符 (并并) )、一、一( (差差) )、(交交) )、（广义笛卡积）、（广义笛卡积）l专门的关系运算符专门的关系运算符 选择、选择、 ( (投影投影) )、( (连接连接) )、* *( (自然连接自然连接) )、( (除除) )；l算术比较符：算术比较符： ，；l逻辑运算符逻辑运算符 (ANDAND与与) )、(OROR或或) )、(NOTNOT非非) )p分类分类 按运算符的不同分为：传统的集合运算和专门的关系运算按运算符的不同分为：

26、传统的集合运算和专门的关系运算DBDB26传统的集合运算_关系并运算ABCa a2 2c ca a4 4d db b4 4c cAB Ca a4 4d da a6 6d db b4 4c cABCa a2 2c ca a4 4d db b4 4c ca a6 6d dRSRS 关系关系R R和关系和关系S S的并是属于的并是属于R R或属于或属于S S或同时属于或同时属于R R和和S S的元组组成的集合，的元组组成的集合，记为记为RSRS。 形式定义如下：形式定义如下：tRt |tSRS 实例：DBDB27传统的集合运算_关系差运算ABCa a2 2c ca a4 4d db b4 4c cA

27、BCa a4 4d da a6 6d db b4 4c cABCa a2 2c cRSRS 关系关系R R和关系和关系S S的差是由属于的差是由属于R R而不属于而不属于S S的所有元组组成的集合，即在关系的所有元组组成的集合，即在关系R R中删去与中删去与S S关系中相同的元组，组成一个新关系，记为关系中相同的元组，组成一个新关系，记为R-SR-S。 形式定义如下：形式定义如下：tRt |tS-RS 实例：DBDB28传统的集合运算_关系交运算p关系关系R和关系和关系S的交是由既属于的交是由既属于R又属于又属于S的元组组成的集合，即在两的元组组成的集合，即在两个关系个关系R与与S中取相同的元

28、组，组成一个新关系，记为中取相同的元组，组成一个新关系，记为RS。如果两。如果两个关系没有相同的元组，那么它们的交为空。个关系没有相同的元组，那么它们的交为空。R与与S的交运算如图的交运算如图2.5(e)所示。所示。p形式定义如下：形式定义如下：ABCa a2 2c ca a4 4d db b4 4c cABCa a4 4d da a6 6d db b4 4c cABCa a4 4d db b4 4c cRSRStRt |tSRS 实例：DBDB29广义笛卡尔积ABCa a2 2c ca a4 4d db b4 4c cABCa4 4da6 6db4 4cABCDEFa a2 2c ca a4

29、 4d da a2 2c ca a6 6d da a2 2c cb b4 4c ca a4 4d da a4 4d da a4 4d da a6 6d da a4 4d db b4 4c cb b4 4c ca a4 4d db b4 4c ca a6 6d db b4 4c cb b4 4c cRSRS 实例实例： 关系的笛卡尔积称为广义的笛卡尔积，以区别一般的集合关系的笛卡尔积称为广义的笛卡尔积，以区别一般的集合笛卡尔积。笛卡尔积也是属于二目运算，但参加运算的两笛卡尔积。笛卡尔积也是属于二目运算，但参加运算的两个关系不要求是同类关系。个关系不要求是同类关系。 形式定义如下：形式定义如下：t

30、Rt |ttSRsrsrSDBDB30选取运算S#S#SNSNAGEAGESEXSEXDEPDEPS1S1A A2020M MCSCSS2S2B B2121F FCSCSS3S3C C1919M MMAMAS4S4D D1919F FCICIS5S5E E2020F FMAMAS6S6F F2222M MCSCSS#S#SNSNAGEAGESEXSEXDEPDEPS1S1A A2020M MCSCSS2S2B B2121F FCSCSS6S6F F2222M MCSCSSDEP=CS(S) 或 5=CS(S) ？求计算机系？求计算机系( (CS)CS)的学生基本情况的学生基本情况第5列在指定的

31、关系中，按给定的条件选取其中的若干个元组，组成一个新的关系的运在指定的关系中，按给定的条件选取其中的若干个元组，组成一个新的关系的运算。算。形式定义如下：形式定义如下： .)(Rt |t)(tFRF 实例：DBDB31投影运算S#S#SNSNAGEAGESEXSEXDEPDEPS1S1A A2020M MCSCSS2S2B B2121F FCSCSS3S3C C1919M MMAMAS4S4D D1919F FCICIS5S5E E2020F FMAMAS6S6F F2222M MCSCSSNDEPA ACSCSB BCSCSC CMAMAD DCICIE EMAMAF FCSCSDEPCSC

32、SMAMACICIS对学生姓名和所在系属性取投影对学生姓名和所在系属性取投影SN,DEP(S) 或 2,5(S)查询学生关系中都有哪些系查询学生关系中都有哪些系DEP(S) 或 5(S)n设关系设关系R R（X,YX,Y），），X,YX,Y均为属性集合。关系均为属性集合。关系R R在属性在属性X X上的投影是在关系上的投影是在关系R R中选取中选取X X属属性的相应列并删去重复行，组成一个新关系。这是从关系的垂直方向上（列的角度）性的相应列并删去重复行，组成一个新关系。这是从关系的垂直方向上（列的角度）取子集的运算。取子集的运算。n投影结果关系记作：投影结果关系记作：Rt |tA)(RA 实例

33、：DBDB32专门的关系运算_连接运算ABCa1a12 2c ca2a24 4d da3a34 4c cDEd d4 4e e1010ABCDEa1a12 2c cd d4 4a1a12 2c ce e1010a2a24 4d de e1010a3a34 4c ce e1010RSR S BEBEABCDEa1a12 2c cd d4 4a1a12 2c ce e1010a2a24 4d dd d4 4a2a24 4d de e1010a3a34 4c cd d4 4a3a34 4c ce e1010RSn连接运算就是从两个关系的笛卡尔乘积中选取满足连接条件的那些元组。连接运算就是从两个关系的

34、笛卡尔乘积中选取满足连接条件的那些元组。n连接结果记作：连接结果记作：B tAttRt |tt|srsrsrSSRBA 实例：实例：DBDB33专门的关系运算_等值连接运算S SD DSNOSNOSNAMESNAMEDNODNODNODNODEPTDEPTSNOSNOSNAMESNAMEDNODNOD.DNOD.DNODEPTDEPTC1Li0101计算机C1Li0101计算机C2Wang0102信息C2Wang0101计算机C3Jin0203园林C3Jin0202信息C4Zhang03C4Zhang0303园林C5Yang02C5Yang0202信息设有关系设有关系S S和和D D，如下图所

35、示。如下图所示。S S与与D D在在DNODNO属性上的等值连接结果如图所示属性上的等值连接结果如图所示。SRDNODNODBDB34SQL语言概述 pSQL：Structured Query Language，结构化查询语言，结构化查询语言l一种介于关系代数与关系演算之间的语言一种介于关系代数与关系演算之间的语言l美国美国19861986年年1010月正式把月正式把SQLSQL语言作为关系数据库的标准语言作为关系数据库的标准语言，并公布了第一个语言，并公布了第一个SQLSQL语言的标准，即语言的标准，即SQL86SQL86。此。此后不久，国际标准化组织（后不久，国际标准化组织（ISOISO）也于）也于19871987年通过了这年通过了这个标准。个标准。l19891989年，年，ISOISO又公布了又公布了SQL89SQL89标准。标准。l19921992年，年，ISOISO又公布了又公布了SQL92SQL92标准。标准。l目前，新标准目前，新标准SQL3SQL3也正式发表。也正式发表。l关系数据库的标准语