第1章-数据库系统概述

数据库应用技术SQLServer2012主编：屈武江霍艳飞张健新世纪应用型高等教育计算机类课程规划教材SQLSERVER2012SHUJUKUYINGYONGJISHU第一章数据库系统概述1.1数据库概述1.1.1数据库的基本概念（1）信息信息就是对各种事物的存在方式、运动状态和相互联系的一种表达和陈述，是自然界、人类社会和人类思维活动普遍存在的一切物质和事物的属性，它存在于人们的周围。信息是一种有用的数据。1.1数据库概述1.1.1数据库的基本概念（2）数据数据是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式。数据用型和值来表示，数据的型是指数据内容存储在媒体上的具体形式；数据的值是指所描述的客观事物的具体特性。可以使用多种不同的数据形式表示同一信息，信息不随数据形式的不同而改变。如一个人的身高值可以表示为“1.80”或“1点8”，但这两个值的型是不一样的，一个是用数字来描述，而另一个是用字符来描述。数据不仅包括数字、文字，还包括图形、图像、声音、动画、视频等多媒体数据。1.1数据库概述1.1.1数据库的基本概念（3）数据库（DataBase，DB）数据库是长期存放在计算机内，有组织的、可共享的相关数据集合，它将数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，可被各类用户共享等特点，另外强调的是数据库不仅存放数据，而且存放数据之间的联系。1.1数据库概述1.1.1数据库的基本概念（4）数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）数据库管理系统是位于用户与操作系统（OS）之间的数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的创建、查询、更新及各种数据控制，它是数据库系统的核心。数据库管理系统一般由计算机软件公司提供，目前比较流行的DBMS有VisualFoxPro、Access、Sybase、SQLServer和Oracle等。1.1数据库概述1.1.1数据库的基本概念数据库管理系统主要具有以下几个方面的功能：①数据定义功能②数据操纵功能③数据库运行管理④数据库的建立和维护功能1.1数据库概述1.1.1数据库的基本概念（5）数据库应用系统凡使用数据库技术管理其数据的系统都称为数据库应用系统。数据库应用系统广泛用于事务管理、计算机辅助设计、计算机图形分析和处理及人工智能等系统中。如教学管理系统就是典型的数据库应用系统。（6）数据库系统（DataBaseSystem，DBS）数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、数据库管理员（DataBaseAdministrator，DBA）和用户、硬件系统、软件系统构成。1.1数据库概述1.1.2数据库技术的发展1.人工管理阶段20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算，数据处理都是通过手工方式进行。2.文件系统阶段20世纪50年代后期到60年代中后期，磁盘成为计算机的主要外存储器，并在软件方面出现了高级语言和操作系统，计算机不仅用于科学计算，还用于管理。3.数据库系统阶段20世纪60年代后期。数据库技术使数据有了统一的结构，对所有的数据进行统一、集中、独立的管理，以实现数据的共享，保证数据的完整和安全，提高了数据管理效率。1.1数据库概述1.1.3数据库系统的组成数据库系统（DBS）是应用数据库技术的计算机系统，它能够按照数据库的方式存储和维护数据，并且能够向应用程序提供数据。数据库数据库管理系统硬件软件人员数据库系统1.1数据库概述1.1.3数据库系统的组成1.2数据模型1.2.1

信息描述1.信息实体的相关术语（1）实体（2）属性（3）码（4）域（5）实体型（6）实体集1.2数据模型1.2.1

信息描述2．实体之间的联系（1）一对一联系（2）一对多联系（3）多对多联系1.2数据模型1.2.2数据模型及其三要素1.数据结构数据结构用于描述系统的静态特征，是所研究的对象类型的集合，这些对象是数据库的组成部分，包括两个方面：（1）数据本身：数据的类型=内容+性质等。例如关系模型中的域、属性和关系等。（2）数据之间的联系：数据之间是如何相互关联的。例如关系模型中的主码、外码联系等。1.2数据模型1.2.2数据模型及其三要素2.数据操作数据操作是对数据库中各种对象的实例允许执行的操作集合。数据操作包括操作对象及有关的操作规则，主要有检索和操纵两类。数据模型必须对数据库中的全部数据操作进行定义，指明每项数据操作的确切含义、操作对象、操作符号、操作规则以及对操作的语言约束等。数据操作是对系统的动态特征的描述。1.2数据模型1.2.2数据模型及其三要素3.数据约束条件数据约束条件是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定数据模型中的数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态及其状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。1.2数据模型1.2.3三种常见的数据模型1．层次模型用树形结构表示数据和数据之间联系的模型称为层次模型，也称为树状模型。层次模型实例如图1-3所示。层次模型的每个节点必须满足以下两个条件才能构成层次模型：（1）有且仅有一个节点无双亲，这个节点称为根节点。（2）其他节点有且仅有一个双亲。1.2数据模型1.2.3三种常见的数据模型2．网状模型用网络结构表示数据及数据之间联系的模型称为网状模型，也称网络模型。在网状模型中，节点必须满足以下条件：（1）一个节点可以有多个双亲节点。（2）有一个以上的节点没有双亲节点。1.2数据模型1.2.3三种常见的数据模型3．关系模型关系模型是三种数据模型中最重要的一种。数据库领域中当前的研究工作也都是以关系方法为基础的。用二维表来描述实体与实体之间联系的数据模型称为关系模型。1.3关系数据库系统1.3.1关系模式1．关系模式的相关术语一个关系对应于一张二维表，每个关系有一个关系名。在数据库系统中称为“表”。二维表中每一行称为一个元组。在数据库系统中称为“记录”。二维表中每列称为属性。在数据库系统中称为“字段”。二维表中能唯一标识一个元组的属性或者是属性组合称为关键字。在数据库系统中称为“主键”。有两个二维表R和S，其中属性A是R表的主键，但不是S表的主键，在S表中属性A称为外键。在数据库系统中称为“外部关键字”。（1）关系（2）元组（3）属性（4）关键字（5）外键1.3关系数据库系统1.3.1关系模式2．关系模式关系的描述称为关系模式，关系模式可以简记为R（A1，A2，A3，……），其中R为关系名，A1、A2、A3为属性名。1.3关系数据库系统1.3.1关系模式3．关系的性质（1）同一属性的数据具有同质性，即每一列中的分量是同一类型的数据，它们来自同一个域。（2）同一关系的属性名具有不可重复性，即同一关系中不同属性的数据可出自同一个域，但不同的属性要给予不同的属性名。（3）关系中列的位置具有顺序无关性，即列的次序可以任意交换。（4）关系具有元组无冗余性，即关系中的任意两个元组不能完全相同。（5）关系中元组的位置具有顺序无关性，即元组的顺序可以任意交换。（6）关系中每个分量必须取原子值，即每个分量都必须是不可分的数据项。1.3关系数据库系统1.3.2关系运算1．传统的集合运算（1）并（Union）运算（2）交（Intersection）运算（3）差（Difference）运算（4）广义笛卡尔积运算1.3关系数据库系统1.3.2关系运算2．专门的关系运算（1）选择（Selection）运算（2）投影（Projection）运算（3）连接（Join）运算（4）自然连接（NationalJoin）运算1.4

关系数据库的设计理论1.4.1不合理关系存在的问题1．数据冗余太大2．插入异常3．删除异常4．更新异常1.4

关系数据库的设计理论1.4.2函数依赖1．函数依赖的概念定义1.1设R(U)是属性集U上的关系模式，X、Y是U的子集。若对于R(U)的任意可能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性相等，而在属性Y上的属性值不等，则称X函数确定Y或Y依赖于函数X。1.4

关系数据库的设计理论1.4.2函数依赖2．依赖的逻辑蕴涵定义1.2

函数依赖的逻辑蕴涵：设F是关系模式R(U)上已知的函数依赖集，X、Y是R上的属性集合U的子集，如果从F已有的函数依赖中能够推导出X→Y，则称F逻辑蕴涵X→Y，或称X→Y，或称X→Y可以从F导出。1.4

关系数据库的设计理论1.4.2函数依赖3．关键字定义1.3设R（U）为一个关系模式，X、Y是U的一个子集，如果对X给定任何一个值，都有唯一的Y与之对应，并且不存在Y包含X，则称X为R的一个候选键，或称为关键字。1.4

关系数据库的设计理论1.4.2函数依赖3．关键字定义1.4设X是关系模式R中的属性或属性组，且X并非R中的键，而是另一个关系模式T的键，则称X是R的外键。定义1.5在关系模式R(U)中，如果X→Y，且对X中的任一真子集X'使得X'→Y成立，则称Y部分依赖于X，否则，称Y完全依赖于X。定义1.6在关系模式R(U)中，如果X→Y、Y→Z，且满足Y￠X，而不存在Y→X，则称Z对X传递依赖。1.4

关系数据库的设计理论1.4.3

关系数据库的规范化1．第一范式（1NF）定义1.7

在关系模式R中的每一个具体关系r中，如果每个属性值都是不可再分的最小数据单位，则称R是第一范式的关系。2．第二范式（2NF）定义1.8

如果关系范式R满足第一范式，并且它的所有非主关键字属性完全依赖于整个主关键字（也就是说，不存在部分函数依赖），则R满足第二范式。1.4

关系数据库的设计理论1.4.3

关系数据库的规范化3．第三范式（3NF）定义1.9

如果某关系模式R满足第二范式，而且它的任何一个非主属性都不传递依赖于任何关键字，则R满足第三范式。换句话说，如果一个关系模式R不存在部分函数依赖和传递函数依赖，则R满足3NF。1.5数据库设计1.5.1

数据库设计的任务、内容和特点1．数据库设计的任务数据库设计是指根据用户需求研究数据库结构并应用数据库的过程。具体地说，数据库设计是指对于给定的应用环境，构造最优的数据库模式，创建数据库并建立其应用系统，使之能有效地存储数据，满足用户的信息要求和处理要求1.5数据库设计1.5.1

数据库设计的任务、内容和特点2．数据库设计的内容数据库设计的内容包括数据库的结构设计和数据库的行为设计两个方面。数据库的结构设计是指根据给定的应用环境，进行数据库的模式设计或子模式的设计，它包括数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计，即设计数据库框架或数据库结构。数据库是静态的、稳定的，一经形成在通常情况下是不容易也不需要改变的，所以结构设计又称为静态模式设计。数据库的行为设计是指数据库用户的行为和动作。1.5数据库设计1.5.1

数据库设计的任务、内容和特点3．数据库设计的特点数据库设计既是一项涉及多学科的综合性技术，又是一项庞大的工程项目，具有如下特点：（1）数据库设计是硬件、软件的结合。（2）数据库设计应该与应用系统设计相结合。也就是说，整个设计过程要把结构（数据）设计和行为（处理）设计密切结合起来。1.5数据库设计1.5.2

数据库设计的步骤需求分析概念结构设计逻辑结构设计数据库物理设计数据库实施数据库运行与维护1.5数据库设计1.5.3需求分析1．需求分析的任务从数据库设计的角度来看，需求分析的任务是：通过详细调查现实世界处理的对象（如组织、部门、企业等），通过对原系统（手工系统或计算机系统）工作概况的了解，收集支持新系统的基础数据并对其进行处理，在此基础上确定新系统的功能。（1）调查分析用户活动（2）收集和分析需求数据，确定系统边界（3）编写系统分析报告1.5数据库设计1.5.3需求分析2．需求分析的方法1.5数据库设计1.5.3需求分析2．需求分析的方法（1）数据流图1.5数据库设计1.5.3需求分析2．需求分析的方法（2）数据字典数据字典是对系统中数据的详细描述，是各类数据结构和属性的清单。它与数据流图互为注释。数据字典贯穿于数据库需求分析到数据库运行的全过程，在不同的阶段其内容和用途各有区别。在需求分析阶段，它通常包含以下五部分内容。①数据项②数据结构③数据流④数据存储⑤处理过程1.5数据库设计1.5.4概念结构设计1．概念模型概述概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。在概念结构设计阶段设计的数据模型，虽然不能直接在DBMS上实现，但由于它易于被用户所理解，因而它不但用于后续的设计，而且也是与用户交流和数据库移植的重要资料。1.5数据库设计1.5.4概念结构设计（1）概念模型的主要特点①有丰富的语义表达能力。能表达用户的各种需求，包括描述现实世界中各种事物和事物之间的联系，能满足用户对数据的处理要求。②易于交流和理解。概念模型是DBA、应用系统开发人员和用户之间的主要交流工具。③易于变动。概念模型能灵活地加以改变，以反映用户需求和环境的变化。④易于向各种数据模型转换，易于从概念模型导出与DBMS有关的逻辑模型。1.5数据库设计1.5.4概念结构设计（2）设计概念模型的方法①自顶向下。首先定义全局概念结构的框架，再作逐步细化。②自底向上。首先定义每一局部应用的概念结构，然后按一定的规则把它们集成，从而得到全局概念结构。这也是最常用的一种策略。③由里向外。首先定义最重要的核心结构，再逐渐向外扩充。④混合策略。把自顶向下和自底向上结合起来的方法。自顶向下设计一个概念结构的框架，然后以它为骨架再自底向上设计局部概念结构，并把它们集成。1.5数据库设计1.5.4概念结构设计（4）E-R模型的图形描述1.5数据库设计1.5.4概念结构设计（4）E-R模型的图形描述1.5数据库设计1.5.4概念结构设计2．E-R模型的设计过程（1）设计局部概念模型局部概念模型的设计一般分为三步进行：1）首先明确局部应用的范围2）选择实体，确定实体的属性及标识实体的关键字3）确定实体之间的联系，产生局部E-R模型1.5数据库设计1.5.4概念结构设计2．E-R模型的设计过程1.5数据库设计1.5.4概念结构设计2．E-R模型的设计过程1.5数据库设计1.5.4概念结构设计（2）设计全局概念模型各个局部E-R模型设计完成后，需要对它们进行合并，集成为一个全局的概念模型，集成的方式有两种：1）多个局部E-R模型一次性集成。2）逐步集成，即首先集成两个比较关键的分E-R模型，以后每次将一个新的分E-R模型集成进来，直到所有的分E-R模型集成完毕。1.5数据库设计1.5.4概念结构设计（3）概念模型的优化与评审一个好的全局E-R模型除能反映用户功能需求外，还应满足下列条件：①实体类型个数尽可能少。②实体类型所含属性尽可能少。③实体类型间联系无冗余。1.5数据库设计1.5.4概念结构