1数据库基本知识

第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷1.1数据库技术概述1.2数据模型1.3数据库设计1.4概念模型第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷1.1数据库技术概述1.1.1数据库基本概念数据(Data)数据是描述现实世界事物的符号记录，是用物理符号记录的可以鉴别的信息。数据库(DataBase，简记为DB)数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷这种集合具有如下特点：最小的冗余度应用程序对数据资源共享数据独立性高统一管理和控制第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷数据库管理系统(DataBaseManagementSystem,简记为DBMS)数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一个数据管理软件，它的基本功能包括以下几个方面：第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷数据定义功能用户通过数据定义语言可以方便地对数据库中的数据对象进行定义。数据操纵功能用户可以使用数据操纵语言操纵数据，实现对数据的基本操作。如查询、插入、删除和修改。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷数据库的运行管理功能数据库在建立、运行和维护时由数据库管理系统统一管理和控制，以保证数据的安全性、完整性，对并发操作的控制以及发生故障后的系统恢复等。数据库的建立和维护功能它包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能监视、分析功能等。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷数据库系统(DataBaseSystem，简记为DBS)数据库系统一般由数据库、操作系统、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（DBA）和用户构成。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷1.1.2数据库系统组成第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷1）硬件平台（1）对内存的要求。（2）对外存（磁盘）空间的需求。（3）系统的数据通道能力。不同的数据库，有不同的要求，根据实际情况而定。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷2）软件（1）数据库管理系统DBMS是为数据库的建立、使用和维护所配制的软件系统。（2）支持DBMS和数据库运行的操作系统，例如，Windows、Linux和Unix操作系统。（3）有相关的数据库接口的高级语言和编译系统，例如，C#编程语言和其相关的编译系统。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷3）人员（1）数据库管理员。（2）系统分析员和数据库设计人员。（3）应用程序员。（4）用户。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷1.2数据模型1.2.1数据模型及其组成要素数据库系统的核心是数据库，数据库是根据数据模型建立的，因而数据模型是数据库系统的基础。数据模型通常都是由数据结构、数据操作和完整性约束3个要素组成。数据结构数据结构研究数据元素之间的组织形式、存储形式等。数据结构用于描述系统的静态特性。在数据库系统中，通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。例如层次结构、网状结构、关系结构的数据模型分别命名为层次模型、网状模型和关系模型。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷数据操作数据操作用于描述系统的动态特性。数据操作是指对数据库中的各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。数据库主要有查询和更新两大类操作。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷数据完整性约束数据完整性约束是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。数据模型是数据库技术的关键，它的3个要素完整地描述了一个数据模型。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷1.2.2数据模型的种类目前，数据库领域中，最常用的数据模型有：层次模型、网状模型和关系模型。层次模型层次模型是数据库中最早出现的数据模型，层次数据库系统采用层次模型作为数据的组织方式。用树型结构表示实体类型以及实体间的联系是层次模型的主要特征。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷层次模型的一个最基本的特点是，任何一个给定的记录值(也称为实体)只有按照其路径查看时，才能显出它的全部意义。没有一个子记录值能够脱离双亲记录值而独立存在。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷R1R2R3R4R5R6图1-1层次模型示意图第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷网状模型在现实世界中事物之间的联系更多的是非层次关系的，用层次模型表示非树形结构是很不直接的，网状模型则可以克服这一弊端。用网状结构表示实体类型及实体之间联系的数据模型称为网状模型。在网状模型中，一个子结点可以有多个父结点，在两个结点之间可以有一种或多种联系。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷R1R2R3R4R5图1-2网状模型示意图第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷关系模型(relationalmodel)关系模型是目前最常用的一种数据模型。关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式。在关系模型中，数据在用户观点下的逻辑结构就是一张二维表。每一张二维表称为一个关系（relation）。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷学号姓名性别出生年月班级专业R10001王宏男85/11/121班软件R20002孙萌女86/10/091班软件R30115陈小明男86/07/122班信息管理R40200吴江男86/04/053班信息管理关系模型示意图第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷1.2.3关系模型的相关概念一个关系的逻辑结构是一张二维表，二维表的形式表示实体和实体之间联系的数据模型称为关系数据模型。关系在磁盘上以文件形式存储，每个字段是表中的一列，每个记录是表中的一行。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷医生关系医生编号姓名职称科室编号专长01104李博主任医师01牙科01106刘晓副主任医师0101020王林副主任医师0102100李颦医师0203002王西平主任医师0304005吴星智副主任医师0406007李可茹主任医师06第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷患者关系患者病例号姓名性别年龄200212002李小青男36200306007季平女28200307003王东男12200307006刘戈女40第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷就诊关系序号日期患者病例号医生编号诊断结果12001-10-120021200201104牙龈炎22002-1-920030600701104智齿32002-11-320030700601020牙周炎42003-6-320021200202100皮炎52003-10-720030600701020牙龈炎第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷•术语（1）–关系一个关系就是一张二维表，每个关系有一个关系名。在计算机里，一个关系可以存储为一个数据库文件的表，例如，医生表或患者表。–元组表中的行称为元组。一行是一个元组，对应表中的一个记录。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷•术语（2）–属性表中的列称为属性，每一列有一个属性名，对应数据表中的一个字段，例如医生编号、姓名、职称等字段。–域属性的取值范围，即不同元组对同一个属性的取值所限定的范围。例如，在“患者”表“女”或“男”是性别的取值范围，对应“性别”字段的一个域。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷•术语（3）–关键字属性或属性组合，其值能够唯一地标识一个元组。比如，“医生”表中的“医生编号”字段，“患者”表中的“患者病历号”都唯一地表示一名医生、一名患者，那么它们都可以作为记录的关键字。–候选码一个关系中可能有几个属性都可以惟一表示一个元组，这些属性就是候选码。例如“医生编号”和身份证号码都是候选码。在多个候选码中，选择一个作为主键，主键的属性被称为主属性。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷•术语（4）–外键在关系A中存在一个属性，不是关系的主属性，但与另一个关系B的主键对应，则称其为关系A的外键。比如学生关系中院系代码属性，与院系关系的主键“院系代码”对应，所以是学生关系的外键。–关系模式对关系的描述称为关系模式，其格式为：关系名（属性1，属性2，…，属性N）。一个关系模式对应一个关系的结构。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷关系的完整性1）实体完整性•实体完整性规则：若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值。•实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能取空值，而不仅是主键整体不能取空值。例如学生选课关系“选修（学号，课程号，成绩）”中，“学号，课程号”为主码，则“学号”和“课程号”两个属性都不能取空值第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷2）参照完整性•定义外键与主键之间的引用规则。例如学生实体和专业实体可以同下面的关系表示，其中主码用下划线标识：学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）专业（专业号，专业名）第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷这两个关系之间存在着属性的引用，即学生关系引用了专业关系的主码“专业号”。显然，学生关系中的“专业号”值必须是确实存在的专业的专业号，即专业关系中有该专业的记录。这就是说，学生关系中的某个属性的取值需要参照专业关系的属性取值。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷3）用户定义的完整性–不同的关系数据库系统根据其应用环境的不同，还需要一些特殊的约束条件，用户定义的完整性就是针对某一具体关系数据库的约束条件。例如，学生的成绩的取值必须在0～100之间。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷1.3数据库设计1.3.1数据库设计概述数据库设计的主要内容有数据库的结构特性设计和数据库的行为特性设计。数据库的结构特性设计起着关键作用。数据库的结构特性是静态的，一般情况下不会轻易变动。数据库的行为结构设计是指确定数据库用户的行为和动作。数据库用户的行为和动作是指数据查询和统计、事物处理及表报处理等。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷1.3.2数据库开发的基本步骤考虑数据库及其应用系统开发的全过程，可以将数据库开发过程可分为以下6个阶段。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷需求分析阶段进行数据库应用软件的开发，首先必须准确了解与分析用户需求（包括数据处理）。需求分析是整个开发过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步。作为地基的需求分析是否做的充分与准确，决定了在其上建造数据库大厦的速度与质量。需求分析做的不好，会导致整个数据库应用系统开发返工重做的严重后果。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷概念结构设计阶段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，一般用E-R图表示概念模型。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷逻辑结构设计阶段逻辑结构设计是将概念结构转化为选定的DBMS所支持的数据模型，并使其在功能、性能、完整性约束、一致性和可扩充性等方面均满足用户的需求。第一章数据库基础知识2020/1/17信息工程系张婷婷数据库物理设计阶段数据库的物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。即利用选定的DBMS提供的方法和技术，以合理的存储结构设计一个高效的、可行的数据库