數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用-第1章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論.ppt

數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用 An Introduction to Database System,教材及參考書(1), 教材 自編講義 薩師煊，王珊：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 高等教育出版社，2009 中國人民大學(xué) A First Course in Database Systems Jeffrey.D.Ullman, Jennifer Widom Dept. Of Computer Science Stanford University,教材及參考書(2), 參考書 微軟SQL SERVER 2005數(shù)據(jù)庫管理員教程 上機(jī)軟件 SQL SERVER2005,課程簡介,隨著科技的發(fā)展，越來越多的企業(yè)使用數(shù)據(jù)庫輔助生產(chǎn)和管理，企業(yè)對數(shù)庫的需求在增加。,課程簡介,基礎(chǔ)銜接性,數(shù)據(jù)庫,管理信息系統(tǒng),會計電算化,ERP,網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計,網(wǎng)站設(shè)計,電子商務(wù),客戶關(guān)系,人力資源,SCM,課程簡介,學(xué)習(xí)目標(biāo)：基本理論 +應(yīng)用的基本技能,深刻了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的有關(guān)概念 發(fā)展等理論知識,掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)的 原則、步驟、方法,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的規(guī)劃、分析、設(shè)計、實施、運(yùn)行管理與評價 系統(tǒng)操作與維護(hù)的能力,內(nèi)容安排(1), 基礎(chǔ)篇 第一章：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 第二章：關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論 第十章：數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計概述 應(yīng)用篇 第三章：SQL Server 2005的安裝與配置 第四章：SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和管理 第五章：SQL Server 2005表的創(chuàng)建與操作,內(nèi)容安排(2), 應(yīng)用篇 第六章： SQL Server 2005 T-SQL數(shù)據(jù)查詢 第七章：SQL Server 2005關(guān)系圖和視圖管理 第八章：T-SQL編程與應(yīng)用 第九章：存儲過程和觸發(fā)器 第十章：數(shù)據(jù)庫設(shè)計,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 An Introduction to Database System 第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論,教學(xué)目標(biāo)：,了解數(shù)據(jù)處理的概念和發(fā)展 掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成和特點 理解數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能 理解數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)的重要概念 理解數(shù)據(jù)模型的組成要素 掌握概念數(shù)據(jù)模型的概念和表示工具E-R圖,第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論,1.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展 1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 1.3 數(shù)據(jù)模型概述,1.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,1.1.1 數(shù)據(jù)處理的基本概念 1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展階段,1.1.1 數(shù)據(jù)處理的基本概念,數(shù)據(jù)（Data）是對客觀事務(wù)及其活動的抽象符號表示或存儲在某一種媒體上可以鑒別的符號資料 。 例如：兩名學(xué)生的考試成績分別為85和59分,1.1.1 數(shù)據(jù)處理的基本概念,信息（Information）是能夠通過文字、圖像、聲音、符號、數(shù)據(jù)等為人類獲知的知識 例如：當(dāng)某學(xué)生看到他的考試成績是85/59分，通過思考他認(rèn)為及格/不及格,1.1.1 數(shù)據(jù)處理的基本概念,數(shù)據(jù)處理（Data Processing）對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工的過程 例如：一個C語言程序分析所輸入的學(xué)生成績是否及格,1.1.1 數(shù)據(jù)處理的基本概念,main() int chj; scanf(“%d”, ,1.1.1 數(shù)據(jù)處理的基本概念,數(shù)據(jù)庫(Database,簡稱DB) 是長期儲存在計算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。 永久存儲、有組織、可共享三個基本特點。,1.1.1 數(shù)據(jù)處理的基本概念,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System,簡稱DBMS）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件 。 其基本功能有,數(shù)據(jù)庫的定義功能 數(shù)據(jù)庫的操縱功 數(shù)據(jù)庫的控制功能 數(shù)據(jù)庫的維護(hù)功能,1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展,人工管理 文件系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),人工管理,人工管理,文件系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng),1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展階段,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點1數(shù)據(jù)共享性高 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，可以被多個用戶、多個應(yīng)用共享使用。還可以減少數(shù)據(jù)冗余，減少更新異常。,數(shù)據(jù),1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展階段,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點2數(shù)據(jù)獨立性強(qiáng) 數(shù)據(jù)獨立性分兩方面，分別是物理獨立性和邏輯獨立性。 物理獨立性 ：指用戶的應(yīng)用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，應(yīng)用程序不用改變。,C：數(shù)據(jù),程序,改變存儲,C：數(shù)據(jù) D：數(shù)據(jù),1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展階段,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點3數(shù)據(jù)獨立性強(qiáng) 數(shù)據(jù)獨立性分兩方面，分別是物理獨立性和邏輯獨立性。 邏輯獨立性：指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨立的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。,程序,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),修改邏輯結(jié)構(gòu),1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成 1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBS（DataBase System，簡稱DBS）是一個實際可運(yùn)行的存儲、維護(hù)和應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，是存儲介質(zhì)、處理對象和管理系統(tǒng)的集合體。,軟件,硬件,人,1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對硬件資源的要求 第一，有足夠大的內(nèi)存 第二，有足夠大的外存 第三，有較高的通道能力,1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成,4,3,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件 1 支持DBMS運(yùn)行的操作系統(tǒng) 2 與數(shù)據(jù)庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng) 3 DBMS 4 以DBMS為核心的應(yīng)用開發(fā)工具 5 為特定應(yīng)用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng),2,1,計算機(jī),1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成,人員 數(shù)據(jù)庫管理員(DBA, Database Administrator)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計、建立、管理和維護(hù)工作。,組織數(shù)據(jù)庫的職責(zé) 整理和重新構(gòu)造數(shù)據(jù)庫的職責(zé) 監(jiān)控職責(zé) 恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的職責(zé),1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成,人員 系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員：具體職責(zé)是熟悉應(yīng)用領(lǐng)域的業(yè)務(wù)，能分析用戶的需求和約束條件，寫出信息系統(tǒng)需求規(guī)格說明書，制定項目開發(fā)計劃，協(xié)調(diào)信息系統(tǒng)開發(fā)與運(yùn)行所涉及的各類人員，能指導(dǎo)制定企業(yè)的戰(zhàn)略數(shù)據(jù)規(guī)劃，組織開發(fā)信息系統(tǒng)，能評估和選用適宜的開發(fā)方法和工具，能按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范寫系統(tǒng)分析、設(shè)計文檔，能對開發(fā)過程進(jìn)行質(zhì)量控制與進(jìn)度控制，能具體指導(dǎo)項目開發(fā)，具有高級工程師的實際工作能力和業(yè)務(wù)水平。,1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成,人員 應(yīng)用程序員：設(shè)計和編寫應(yīng)用系統(tǒng)的程序模塊，進(jìn)行調(diào)試和安裝。 用戶：是指最終用戶（End User）。最終用戶通過應(yīng)用系統(tǒng)的用戶接口使用數(shù)據(jù)庫。用戶也有很多種類，大家課后自己查閱資料。,1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),人們?yōu)閿?shù)據(jù)庫設(shè)計了一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是三級模式結(jié)構(gòu)，它包括外模式、模式和內(nèi)模式。,1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),模式又稱概念模式或邏輯模式，對應(yīng)于概念級。它是由數(shù)據(jù)庫設(shè)計者綜合所有用戶的數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的觀點構(gòu)造的全局邏輯結(jié)構(gòu)，是對數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的總體描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖(全局視圖)。,全局,1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),外模式又稱子模式，對應(yīng)于用戶級。它是某個或某幾個用戶所看到的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。外模式是從模式導(dǎo)出的一個子集，包含模式中允許特定用戶使用的那部分?jǐn)?shù)據(jù)。,1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),內(nèi)模式又稱存儲模式，對應(yīng)于物理級，它是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的內(nèi)部表示或底層描述，是數(shù)據(jù)庫最低一級的邏輯描述，它描述了數(shù)據(jù)在存儲介質(zhì)上的存儲方式物理結(jié)構(gòu)，對應(yīng)著實際存儲在外存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)庫。,存儲,1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),用戶應(yīng)用程序根據(jù)外模式進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，通過外模式一模式映射，定義和建立某個外模式與模式間的對應(yīng)關(guān)系，將外模式與模式聯(lián)系起來，當(dāng)模式發(fā)生改變時，只要改變其映射，就可以使外模式保持不變，對應(yīng)的應(yīng)用程序也可保持不變；,外模式,外模式,模式改變,外模式,1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),邏輯獨立性：當(dāng)數(shù)據(jù)庫的整體邏輯結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過調(diào)整外模式和模式之間的映像，使得外模式中的局部數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)（定義）不變，程序不用修改。,1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),通過模式一內(nèi)模式映射，定義建立數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)(模式)與存儲結(jié)構(gòu)(內(nèi)模式)間的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，只需改變模式一內(nèi)模式映射，就能保持模式不變，因此應(yīng)用程序也可以保持不變。,模式,內(nèi)模式,改變,內(nèi)模式,1.2.2 數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu),物理獨立性：當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過調(diào)整模式和內(nèi)模式之間的映像，使得整體模式不變，當(dāng)然外模式及應(yīng)用程序不用改變。,1.3 數(shù)據(jù)模型概述,1.3.1 基本概念 1.3.2 數(shù)據(jù)模型組成要素 1.3.3 概念模型 1.3.4 數(shù)據(jù)模型的種類,1.3.1 基本概念,數(shù)據(jù)庫是某個企業(yè)、組織或部門所涉及的數(shù)據(jù)的綜合，反映數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)模型用來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息，是現(xiàn)實世界的模擬。,1.3.1 基本概念,為了把現(xiàn)實世界中的具體事物抽象、組織為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，人們常常首先把現(xiàn)實世界抽象為信息世界，然后將信息世界轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界。,事物,信息世界,機(jī)器世界,1.3.1 基本概念,現(xiàn)實世界：客觀存在的事物及聯(lián)系。 例如：學(xué)生，選課，課程,1.3.1 基本概念,概念世界（概念模型）：對現(xiàn)實世界的認(rèn)識和抽象描述，按用戶的觀點對數(shù)據(jù)和信息建模，用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計。 例如：教務(wù)管理中選課的E-R模型。,學(xué)生,課程,選課,1,n,1.3.1 基本概念,機(jī)器世界（數(shù)據(jù)模型）：建立在計算機(jī)上的數(shù)據(jù)模型，按計算機(jī)系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，用于DBMS的實現(xiàn)。 例如：教務(wù)管理中的選課數(shù)據(jù)模型。,1.3.1 基本概念,例如：教務(wù)管理中的選課數(shù)據(jù)模型。 Student(SID,Sname,Sex,Birthday,Specialty) PK:SID Course(CID, Cname,Credit） PK:CID SC(SID, CID,Grade) PK:（SID, CID） FK:SID和 CID,1.3.1 基本概念,1.3.2 數(shù)據(jù)模型組成要素,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：描述數(shù)據(jù)庫的組成對象及對象之間的聯(lián)系。用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述的內(nèi)容包括：對象的類型、內(nèi)容、性質(zhì)；對象之間的聯(lián)系。 解決是什么的問題,1.3.2 數(shù)據(jù)模型組成要素,數(shù)據(jù)操作：指對數(shù)據(jù)庫中各種對象(型)的實例(值)允許執(zhí)行的操作的集合，操作及操作規(guī)則。如操作有檢索、插入、刪除、修改，操作規(guī)則有優(yōu)先級別等。用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。 解決能干什么的問題,1.3.2 數(shù)據(jù)模型組成要素,數(shù)據(jù)完整性約束：是一組完整性規(guī)則的集合。也就是說，對于具體的應(yīng)用必須遵循特定的語義約束條件，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。 解決按照什么規(guī)則去干的問題,1.3.3 概念模型,概念模型是客觀世界到概念（信息）世界的認(rèn)識和抽象，是用戶與數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間進(jìn)行交流的語言，常用表示方法是E-R圖。,1.3.3 概念模型,實體：客觀存在并且可以相互區(qū)別的事物和活動的抽象。 例如：學(xué)生和課程就是實體。 實體集：同一類實體的集合。 例如：一些學(xué)生組成實體集。 實體型：對同類實體的共有特征的抽象定義。 例如：學(xué)生型是學(xué)生集合的抽象定義。 實體值：符合實體型定義的每個具體實體。 例如：（2005216001001，趙成剛，男）簡單描述了一個學(xué)生的情況。,1.3.3 概念模型,聯(lián)系：實體之間的相互關(guān)系。 例如：選課可以描述學(xué)生和課程的相互關(guān)系。 聯(lián)系集：同類聯(lián)系的集合。 例如：每個學(xué)生選各種課。 聯(lián)系型：對同類聯(lián)系共有特征的抽象定義。 例如：選課型就是學(xué)生和課程的聯(lián)系的抽象定義。,1.3.3 概念模型,屬性：描述實體和聯(lián)系的特性。 例如：學(xué)號，姓名，性別等可以描述學(xué)生的特性。 屬性值：屬性的具體取值。 例如：（2005216001001，趙成剛，男）是一個學(xué)生的具體藐視,1.3.3 概念模型,碼或主碼（Primary Key） 能夠惟一標(biāo)識實體集中每個實體的屬性或?qū)傩越M合。 例如：學(xué)號可以唯一的標(biāo)識一個學(xué)生。 外碼（Foreign Key） 不是本實體的主碼，是另一實體的主碼，用于實現(xiàn)聯(lián)系。 例如：選課聯(lián)系中的學(xué)號和課程號。,1.3.3 概念模型,實體集A中每個實體與實體集B中的多少個實體存在聯(lián)系或反之。(也可以來自同一實體集) 一對一聯(lián)系（1：1）例如：公司和總經(jīng)理，學(xué)校和校長。 一對多聯(lián)系（1：n）例如：班級和學(xué)生，家庭和成員，學(xué)生與班長。 多對多聯(lián)系（m：n）例如：學(xué)生和課程，工人和零件，讀者和圖書。,1.3.3 概念模型,實體聯(lián)系模型，實體關(guān)系模型或?qū)嶓w聯(lián)系模式圖(ERD)由美籍華裔計算機(jī)科學(xué)家陳品山（Peter Chen）發(fā)明，是概念數(shù)據(jù)模型的高層描述所使用的數(shù)據(jù)模型或模式圖，它為表述這種實體聯(lián)系模式圖形式的數(shù)據(jù)模型提供了圖形符號。,1.3.3 概念模型,基本構(gòu)件 實體：矩形 聯(lián)系：菱形 屬性：橢圓形 相連關(guān)系：連接線,1.3.3 概念模型,例1：職工實體集內(nèi)部有領(lǐng)導(dǎo)和被領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)系，即某職工為部門領(lǐng)導(dǎo)，領(lǐng)導(dǎo)若干職工，而一名職工僅被另外一名職工（領(lǐng)導(dǎo)）直接領(lǐng)導(dǎo)。,1.3.3 概念模型,1.3.3 概念模型,例2：在圖書借閱系統(tǒng)中，有讀者(讀者編號,姓名,讀者類型,已借數(shù)量)、 圖書(圖書編號,書名,作者,出版社,出版日期,定價) 兩個實體集,1.3.3 概念模型,1.3.3 概念模型,請討論醫(yī)院這個大環(huán)境中有哪些實體，聯(lián)系如何，應(yīng)該如何用ER圖畫出來？,1.3.4 數(shù)據(jù)模型的種類,數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域常用的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。,1.3.4 數(shù)據(jù)模型的種類,關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論出現(xiàn)于60年代末到70年代初。1970年，IBM的研究員E.F.Codd博士發(fā)表大型共享數(shù)據(jù)銀行的關(guān)系模型一文提出了關(guān)系模型的概念。后來Codd又陸續(xù)發(fā)表多篇文章，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。 Codd在70年代初期的論文論述了范式理論和衡量關(guān)系系統(tǒng)的12條標(biāo)準(zhǔn)，用數(shù)學(xué)理論奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。Codd博士也以其對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的卓越貢獻(xiàn)獲得了1983年ACM圖靈獎。,1.3.4 數(shù)據(jù)模型的種類,例如：圖書管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型。 Reader(RID,Rname,TypeID,Lendnum) PK：RID Book (BID,Bname,Author, PubComp, PubDate,Price) PK：BID Borrow (RID, BID,LendDate, ReturnDate) PK：RID, BID,LendDate FK：RID和BID,1.3.4 數(shù)據(jù)模型的種類,關(guān)系模型的具體內(nèi)容我們將在第2章關(guān)系數(shù)據(jù)庫中詳細(xì)介紹。,