第6章数据库技术基础孟

第6章教案

课程名称：计算机基础适用班级：章节名称第6章数据库技术基础教学目的与要求理解数据库的基本概念掌握数据库系统的结构掌握关系数据库的基本概念掌握关系数据库的基本操作教学内容6.1数据库概述6.2数据库系统的结构6.3关系数据库6.4数据库技术与其他技术的结合重点数据库系统组成数据库系统结构难点数据库系统结构作业P188一、填空题：2、5二、选择题：1、5、7教学过程(组织与方法)问题引入、内容讲解、练习、小结、作业6.1数据库概述一、数据与数据处理数据（Data）是对客观事物属性的描述与记载，是一些物理符号。数据处理是人们对数据进行收集、组织、存储、加工、传播和利用的一系列活动的总和。2023/1/156.1数据库概述数据处理经过了几个阶段：1．人工管理阶段(1946年至20世纪50年代中期)计算机系统不提供对用户数据的管理功能数据与程序是一个整体，数据只为本程序所使用数据重复，存储空间浪费求圆的面积程序求圆的面积程序78.54圆的半径5圆的半径52023/1/156.1数据库概述2．文件系统阶段(50年代后期至60年代中期)数据以“文件”形式保存在磁盘上一个文件对应于一个应用程序数据和程序相互依赖，数据不能共享外存储器数据输入程序数据输入程序数据文件2023/1/156.1数据库概述3．数据库系统阶段(60年代后期至70年代后期)数据面向整个应用系统数据冗余明显减少，实现了数据共享数据与程序分离，独立性高数据和外存之间转换由数据库管理系统实现外存储器2023/1/156.1数据库概述4．分布式数据库系统阶段(80年代初期至今)（补充）数据分散存储在不同地域局部自治与集中控制数据共享外存储器外存储器2023/1/156.1数据库概述二、数据库的基本概念1．数据（Data）是对客观事物属性的描述与记载，是一些物理符号。数据的表现形式数字数值文字图形图像声音2023/1/156.1数据库概述二、数据库的基本概念2．数据库（Database，简称DB）是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库技术研究的问题如何科学地组织和存储数据如何高效地获取和处理数据如何更广泛、更安全地共享数据2023/1/156.1数据库概述二、数据库的基本概念3．数据库管理系统（DBMS，DataBaseManagementSystem）是位于用户和操作系统之间的一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操作、数据维护、控制及保护和数据服务等。数据库管理系统是数据库系统的核心2023/1/156.1数据库概述二、数据库的基本概念3．数据库管理系统（DBMS）主要功能数据定义功能

提供数据定义语言（DDL），对数据库进行定义，

如定义数据库、基本表、视图和索引。数据操纵功能

提供数据操纵语言（DML），对数据库的基本操作，如对数据库中数据的查询、插入、删除和修改。2023/1/156.1数据库概述二、数据库的基本概念3．数据库管理系统（DBMS）主要功能数据控制功能

是DBMS的核心，包括并发控制、安全性检查、完整性约束条件的检查和执行、数据库的故障恢复等。DBMS提供的数据控制语言（DCL）实现这些功能。数据库的建立和维护功能

主要包括数据库初始数据的输入转换功能，数据库的转储与恢复功能，数据库的重新组织功能、系统的性能监测与分析功能等。2023/1/156.1数据库概述二、数据库的基本概念4．数据库管理员（DBA，DataBaseAdministrator）对数据库进行规划、设计、维护、监视主要工作数据数据库设计数据库维护改善系统性能，提高系统效率2023/1/156.1数据库概述二、数据库的基本概念5．数据库系统（DB，DataBaseSystem）指带有数据库的计算机应用系统。组成数据库数据库管理系统（及其开发工具）应用系统数据库管理员用户2023/1/156.1数据库概述二、数据库的基本概念6．数据库应用系统利用数据库系统进行应用开发可构成一个数据库应用系统，数据库应用系统是数据库系统再加上应用软件及应用界面这三者所组成。具体包括数据库数据库管理系统数据库管理员硬件平台2023/1/15软件平台应用软件应用界面6.1数据库概述三、数据库系统的特点与应用示例1．数据库系统的特点（1）数据共享性高、冗余少（2）数据结构化（3）数据独立性高逻辑独立性物理独立性2023/1/156.1数据库概述三、数据库系统的特点与应用示例1．数据库系统的特点（4）有统一的数据控制功能数据的安全性（Security）控制数据的完整性（Integrity）控制并发（Concurrency）控制数据恢复（Recovery）2023/1/15指数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的正确状态。银行数据库帐号、密码和金额验证确认后，将帐号密码、金额发送到数据库服务器帐号、密码正确，有足够金额,则在数据库中填写取款记录和修改余额通知业务员出款6.1数据库概述三、数据库系统的特点与应用示例2．数据库系统应用实例银行营业大厅2023/1/156.1数据库概述四、常用数据库管理系统OracleSQLServerSybaseDB2AccessVisualFoxpro2023/1/15数据库系统结构定义指数据库系统中数据的存储、管理和使用等形式。主要内容数据描述数据模型数据库的三级模式结构6.2数据库系统的结构2023/1/15一、数据描述作用：要使计算机能处理客观事物，必须对事物抽象，提取事物的特征信息；对事物分类、找出联系；再将其数据化存于数据库。经历阶段：现实世界信息世界计算机世界6.2数据库系统的结构2023/1/151．现实世界指客观存在的世界中的事物及其联系。2．信息世界是现实世界在人脑中的反映，是对客观事物及其联系的一种抽象描述。常用概念（1）实体（Entity）客观存在并且可以相互区别的“事物”。6.2数据库系统的结构2023/1/152．信息世界常用概念（2）属性（Attribute）实体的某一特性称为属性。有“型”和“值”之分。6.2数据库系统的结构21030102

张晓伟男汉族1984年6月18日学生实体属性学生实体属性值学号姓名性别民族出生日期2023/1/152．信息世界常用概念（3）实体型（EntityType）若干个属性组成的集合表示的一个实体的类型。6.2数据库系统的结构学号姓名性别民族出生日期学生（学号,姓名,性别,民族,出生日期）学生实体型（4）实体集（EntitySet）同型实体的集合称为实体集。如：所有学生。2023/1/152．信息世界常用概念（5）键（Key）是能唯一标识一个实体的属性或属性集。也称实体标识符、关键字或主码。6.2数据库系统的结构24/32学生(学号,姓名,性别,出生日期，政治面貌，民族)2023/1/152．信息世界常用概念（6）域（Domain）属性值的取值范围称为该属性的域。6.2数据库系统的结构学号限定为8位数字性别限定取1和2两个值2023/1/152．信息世界常用概念（7）联系（Relationship）两个实体型之间的联系有如下三种类型：①一对一联系（1:1）

如：学生与座椅②一对多联系（1:n）

如：班级与学生③多对多联系（m:n）

如：学生与课程6.2数据库系统的结构2023/1/152．信息世界常用概念（8）实体－联系方法使用图形方式描述实体之间的联系。E－R图。6.2数据库系统的结构mn编号课程名学时数专业姓名学号课程学生选课图

学生选课的E－R图矩形：实体椭圆：实体的属性直线：连接各个图形菱形：实体间的联系2023/1/153．计算机世界将信息世界中实体进一步抽象、提取和规范化，成为计算机能处理的数据，最终保存到数据库中。计算机世界概念与信息世界概念转换6.2数据库系统的结构信息世界计算机世界属性字段（Field）/数据项实体记录（Record）键关键字/主码实体集文件（File）2023/1/15二、数据模型定义：用以表示实体与实体之间联系的模型。作用：是数据库的逻辑结构和设计基础。分类：层次模型（HierarchicalModel）网状模型（NetworkModel）关系模型（RelationalModel）6.2数据库系统的结构2023/1/151．层次模型（HierarchicalModel）表示方法：通过树形结构表示实体及联系。6.2数据库系统的结构图公司部门组织结构1个根非根：每个结点有且仅有一个根结点（双亲结点/父结点）2023/1/152．网状模型（NetworkModel）表示方法：通过网状结构表示实体及联系。“网”中每个结点表示一个实体(型)，结点之间箭头表示实体(型)间的联系。6.2数据库系统的结构图网状模型多个根结点结点有多个双亲2023/1/153．关系模型（RelationalModel）表示方法：使用二维表（由行和列构成）表示实体之间的联系，一张二维表就是一个关系。6.2数据库系统的结构

教师关系教师编号姓名性别所在系名00100018李晓华赵锋女男数学物理课程号课程名教师编号上课教室0059l00203高等数学普通物理00100018A－320C－218

课程关系2023/1/153．关系模型（RelationalModel）同类实体间的联系由同表同字段实现；不同实体型之间联系由不同表中相同含义字段实现。6.2数据库系统的结构2023/1/154．数据模型要素（1）数据结构用于描述系统的静态特性。如数据的模型、内容、性质以及数据间的联系等。（2）数据操作用于描述系统的动态特性。主要有检索和更新（包括插入、删除、修改）两类操作。（3）数据的完整性约束条件是一组完整性规则的集合。用来限定基于数据模型的数据库的状态及状态的变化，以保证数据库中数据的正确、有效和相容。如字段的取值范围等。6.2数据库系统的结构2023/1/15三、关系代数暂略，与后面6.3.2关系操作一起。6.2数据库系统的结构2023/1/15四、数据库系统的三级模式结构1.三级模式结构三级模式划分依据：不同人员看待数据库的角度三级模式外模式模式内模式6.2数据库系统的结构2023/1/156.2数据库系统的结构四、数据库系统的三级模式结构（1）模式：又称逻辑模式或概念模式，它是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。一个数据库只有一个模式。（2）外模式：也称为子模式或用户模式，是数据库用户能够看见和使用的局部数据逻辑和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。（3）内模式：又称存储模式，是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式。2023/1/156.2数据库系统的结构四、数据库系统的三级模式结构2.两级映象作用：实现数据库三个抽象层次（三级模式）的转换。种类：外模式/模式映象模式/内模式映象优点：数据独立性逻辑独立性物理独立性2023/1/156.2数据库系统的结构2.两级映象外模式/模式映象模式/内模式映象用户级数据库用户视图概念级数据库DBA视图物理级数据库系统管理员视图2023/1/15关系数据库定义是采用关系模型作为数据的组织方式的数据库。主要内容关系模型设计关系操作结构化查询语言SQL6.3关系数据库2023/1/15一、关系模型设计1.基本概念（1）关系一个二维表就叫做一个关系。（2）属性表中的一列叫做一个属性，有时也叫做一个字段（Field）。（3）域一个属性的取值范围叫做一个域。6.3关系数据库2023/1/15一、关系模型设计1.基本概念（4）元组表中的一行叫做一个元组，有时也叫做一个记录（Record）。6.3关系数据库属性元组关系2023/1/15一、关系模型设计1.基本概念（5）码候选码：关系中能唯一标识一个元组的属性。主码：关系中若有多个候选码，选择其一作为元组的唯一标识，也称主键(关键字/主属性)。6.3关系数据库候选码主码2023/1/15一、关系模型设计1.基本概念（6）分量元组中的一个属性值。6.3关系数据库2023/1/15一、关系模型设计1.基本概念（7）关系模式对关系进行描述，是关系名及其全部属性信息的集合，关系模式描述表结构。格式：<关系名>（全部属性）

例:教师（教师号，姓名，出生日期，性别，职称，在职否，办公电话）6.3关系数据库2023/1/15一、关系模型设计2.关系模型的三级结构关系子模式→外模式关系模式→模式存储模式→内模式3.

关系模型的完整性规则作用：对关系中的数据进行约束。约束类型：实体完整性约束参照完整性约束用户定义的完整性约束6.3关系数据库2023/1/15一、关系模型设计3.

关系模型的完整性规则（1）实体完整性约束指主码的值不能为空或部分为空。（2）参照完整性约束外键：如果两个关系具有相同类型的属性，在该属性上有相同的值，而该属性已为其中一个关系的主键，在另外一个关系中可设置该相同类型属性为外键，用于两个关系的联系。6.3关系数据库2023/1/153.

关系模型的完整性规则（2）参照完整性约束6.3关系数据库学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女180106252008赵强男200306231030郝刚男1903系号系名称办公室01管理教20102机械教40103信息教601表1.Student表2.Department主键主键外键2023/1/15参照完整性约束规则：如果表中存在外键，则外键的值必须与主表中相应的主键值相同，或者外键的值为空。6.3关系数据库学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女180106252008赵强男200306231030郝刚男1903系号系名称办公室01管理教20102机械教40103信息教601表1.Student表2.Department主键主键外键主表从表2023/1/153.

关系模型的完整性规则（3）用户自定义完整性约束是用户针对某一具体关系设置的约束条件。如关系Student中“年龄”字段值不能取负数6.3关系数据库2023/1/152023/1/1551二、关系代数关系代数的分类1.传统的集合运算并、交、差、广义笛卡儿积这类运算涉及的是关系的行2.专门的关系运算选择、投影、连接这类运算不仅涉及行而且涉及列关系代数的运算对象是关系，运算结果也是关系。6.3关系数据库2023/1/15521、传统的集合运算（1）并（Union）关系R和关系S的并记为R∪S，由属于R或属于S的元组组成。6.3关系数据库学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女1801学号姓名性别年龄系号06252008赵强男200306231030郝刚男1903S1∪S2表1.S1表2.S2学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女180106252008赵强男200306231030郝刚男19032023/1/15531、传统的集合运算（2）差（Difference）关系R和关系S的差记为R－S，由属于R而不属于S的元组组成。6.3关系数据库学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女180106252008赵强男200306231030郝刚男1903学号姓名性别年龄系号06252008赵强男200306231030郝刚男1903S1

－S2表1.S1表2.S2学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女18012023/1/15541、传统的集合运算（3）

交（Intersection）关系R和关系S的交记为R∩S，由既属于R又属于S的元组组成。6.3关系数据库学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女180106231030郝刚男1903学号姓名性别年龄系号06252008赵强男200306231030郝刚男1903S1

∩S2表1.S1表2.S2学号姓名性别年龄系号06231030郝刚男19032023/1/15551、传统的集合运算（4）广义笛卡儿积（Extendedcartesianproduct）关系R和关系S的广义笛卡儿积记为R╳S，将两个关系的字段连接，并且将其中一个关系的每个记录和另一个关系的所有记录进行连接6.3关系数据库学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女180106252008赵强男200306231030郝刚男1903表1.Student系号系名称办公室01管理教20102机械教40103信息教601表2.Department2023/1/15566.3关系数据库学号姓名性别年龄系号系号系名称办公室06231001陈雪女180101管理教20106231001陈雪女180102机械教40106231001陈雪女180103计算机教60106252008赵强男200301管理教20106252008赵强男200302机械教40106252008赵强男200303计算机教60106231030郝刚男190301管理教20106231030郝刚男190302机械教40106231030郝刚男190303计算机教601Student╳Department2023/1/15572、专门的关系运算（1）

选择操作（Selection）在关系中选择某些满足条件的元组（行）。例：在学生表中选择性别为“男”的元组。6.3关系数据库学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女180106252008赵强男200306231030郝刚男1903学号姓名性别年龄系号06252008赵强男200306231030郝刚男1903σ性别=‘男’(Student)

表1.Student2023/1/15582、专门的关系运算（2）

投影操作（Projection）在关系中选择某些属性列。例：在学生表中选择学生学号、姓名和年龄字段6.3关系数据库学号姓名性别年龄系号06231001陈雪女180106252008赵强男200306231030郝刚男1903表1.Student学号姓名年龄06231001陈雪1806252008赵强2006231030郝刚19П学号,姓名,年龄（Student）2023/1/15592、专门的关系运算（3）连接操作（Join）从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组，组成一个新的关系。等值连接：连接条件中的运算符为算术比较运算符，当运算符取“=”时，为等值连接。如：Student关系和Department关系在条件“Student.系号=Department.系号”下的等值连接。

6.3关系数据库2023/1/1560学号姓名性别年龄系号系号系名称办公室06231001陈雪女180101管理教20106231001陈雪女180102机械教40106231001陈雪女180103计算机教60106252008赵强男200301管理教20106252008赵强男200302机械教40106252008赵强男200303计算机教60106231030郝刚男190301管理教20106231030郝刚男190302机械教40106231030郝刚男190303计算机教601Student╳Department学号姓名性别年龄系号系号系名称办公室06231001陈雪女180101管理教20106252008赵强男200303计算机教60106231030郝刚男190303计算机教6012023/1/15612、专门的关系运算（3）连接操作（Join）自然连接：在等值连接的结果关系中去掉重复的属性（或属性组），称为自然连接。如：Student关系和Department关系在条件“Student.系号=Department.系号”下的自然连接。

6.3关系数据库学号姓名性别年龄系号系号系名称办公室06231001陈雪女180101管理教20106252008赵强男200303计算机教60106231030郝刚男190303计算机教601三、结构化查询语言SQL1.SQL(StructuredQueryLanguage)SQL不只是一个查询语言，同时也是一种标准数据库语言，可实现对数据库的随机查询和数据库的管理和程序设计。

SQL语言的核心语句是数据库查询语句SELECT。6.3关系数据库2023/1/15三、结构化查询语言SQL2.SQL的查询功能（1）数据库查询语句SELECT一般格式：SELECT〈列名〉[{，〈列名〉}]FROM〈表名或视图名〉[{，〈表名或视图名〉}][WHERE〈检索条件〉][GROUPBY<列名1>[HAVING<条件表达式>]][ORDERBY<列名2>[ASC|DESC]]6.3关系数据库2023/1/15三、结构化查询语言SQL2.SQL的查询功能（1）数据库查询语句SELECT应用举例：例1：查询出学生表中所有学生的信息。SELECT*FROM学生6.3关系数据库学号姓名性别年龄系别20060102李明男20电力20060108刘晨女19电力20060412王名女19机械20060617张立男19机械表1.学生2023/1/15三、结构化查询语言SQL2.SQL的查询功能（1）数据库查询语句SELECT应用举例：例2：查询出学生表中所有学生的学号和姓名。SELECT学号，姓名FROM学生6.3关系数据库学号姓名性别年龄系别20060102李明男20电力20060108刘晨女19电力20060412王名女19机械20060617张立男19机械表1.学生学号姓名20060102李明20060108刘晨20060412王名20060617张立2023/1/15（1）数据库查询语句SELECT应用举例：例3：查询出选课表中成绩在60到80之间的所有记录SELECT*FROM选课WHERE成绩BETWEEN60AND806.3关系数据库表2.选课学号课程号成绩2006010219520060108286200604123942006061726720060102457学号课程号成绩200606172672023/1/15（1）数据库查询语句SELECT应用举例：例4：查询出选课表中成绩为75、85、95的记录SELECT*FROM选课

WHERE成绩IN（75，85，95）6.3关系数据库表2.选课学号课程号成绩2006010219520060108286200604123942006061726720060102457学号课程号成绩200601021952023/1/15借鉴其他新兴技术，将其与传统的数据库技术相结合，以推出新的数据库模型，从而解决传统数据库存在的问题。分布式数据库是一组结构化的数据集合，它们在逻辑上属于同一系统而在物理上分布在计算机网络的不同结点上。多媒体数据库能够支持多种数据模型，能够存储多种类型的多媒体数据，并针对多媒体数据的特点采用数据压缩与解压缩等特殊存储技术；同时，要提供对多媒体数据进行处理的功能，包括查询、播放、编辑等功能，可以将物理存储的信息以多媒体方式向用户表现和支付。6.4数据库技术与其他技术的结合2023/1/15习题一、填空数据的独立性分为逻辑独立性和________独立性。属性值的取值范围称为该属性的____。数据库从逻辑上分为三级，即外模式、模式和________。关系运算所操作的对象是关系，操作的结果仍然为一个________。关系模型的数据操纵即是建立在关