01第一章 数据库理论基础

网络数据库原理及应用盛志伟网络存储密码:12345678电话:[phone]E_mail:[e-mail]2005年9月第2页教学目的了解数据库技术的发展方向。深入理解数据库系统的基本概念。掌握数据库设计的一般方法，能够使用MSSQLServer进行数据库设计。初步具备进行数据库应用系统设计开发的能力。2005年9月第3页应用实例成都信息工程学院教务管理辅系统2005年9月第4页第1章数据库理论基础教学内容：数据库发展简史数据库、数据库管理系统、数据库系统数据库系统的结构数据库设计过程关系数据库设计的规范化和非规范化数据库应用结构2005年9月第5页一、数据库发展简史数据库系统的萌芽出现于60年代。当时计算机开始广泛地应用于数据管理，对数据的共享提出了越来越高的要求。传统的文件系统已经不能满足人们的需求了，能够统一管理和共享数据的数据库管理系统（DBMS）应运而生。2005年9月第6页主要应用：科学计算、数据处理。数据处理：是对数据的收集、记载、存贮（组织、编码）、分类、排序、检索和维护。例如：学生成绩的管理、图书情报管理等。数据处理的发展：手工处理→机械处理→电子（计算机）数据处理。计算机对数据的处理经过了如下三个发展阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段。二、计算机数据管理技术的发展2005年9月第7页（1）人工管理阶段本阶段特点：数据不保存；没有软件系统对数据进行管理；这一时期没有文件的概念，数据的组织必需由程序员自行设计；一组数据对应一个程序，不同程序之间不能相互利用数据。2005年9月第8页人工管理阶段的数据管理模型一组数据程序2005年9月第9页(2)文件系统阶段前提：OS具有了文件管理功能。本阶段特点：数据与程序文件脱离，数据作为独立的文件，可供多个程序使用，但多个文件之间缺乏联系，从而造成数据冗余，占用存贮空间大。2005年9月第10页文件系统阶段的数据管理模型程序1程序2程序3文件3文件2文件1文件管理系统2005年9月第11页例如：文件管理系统图1-1文件管理系统示例玩具基本信息管理应用程序App1购物者购买玩具管理应用程序App2玩具信息文件File1购物者信息文件File2订单信息文件File3购物者购买玩具，先查找文件File2，判断此用户是否合法；如果合法则访问File1，判断有无此玩具；如果有，则将订单信息写到文件File3中2005年9月第12页优点：1、数据能够长期保存在磁盘上。2、有了提供文件与程序之间进行存取方法转换的软件。程序员不必关心数据的物理位置，可以集中精力考虑算法，并且节省了维护程序的工作量。3、文件形式的多样化。由于有了直接存取设备，也就有了索引文件、链接文件、直接存取文件。4、数据存取以记录为单位。2005年9月第13页缺点：1、数据冗余度大。文件系统中的数据还是面向应用的，因此可能有相同的数据在多个应用程序的文件中重复存储。2、不一致性。由于数据有冗余，在进行修改时，同样的数据可能在不同的文件中产生不一致性。3、数据联系弱。4、数据和程序缺乏独立性。数据逻辑结构改变，则必须修改应用程序。2005年9月第14页(3)数据库系统阶段数据库管理技术实质上是一个存储在计算机内的所有相关数据构成的集合（对所有数据实行统一的、集中的、独立的管理，数据独立于程序而存在，并可供给不同的用户而实现共享）。2005年9月第15页数据库阶段的数据管理模型应用1应用2应用n…数据库管理系统(DBMS)数据库(DB)2005年9月第16页特点：数据库中的数据是结构化的。不仅考虑数据项之间的联系，而且考虑记录之间的联系。数据冗余小，易扩充。较高的数据和程序独立性。为用户提供了方便的接口。可以用数据库系统提供的查询语言和交互式命令操纵数据库。最小存取单位是数据项。2005年9月第17页三、信息描述与数据模型模型是现实世界特征的模拟和抽象。根据模型应用的不同目的，可以将模型分为两类或者说两个层次：一是概念模型（也称信息模型）,另一个是数据模型。(1)概念模型：也称为概念模型或信息模型，它是从数据的应用语义视角来抽取模型并按用户的观点来对数据和信息进行建模。这类模型主要用在数据库的设计阶段，它与具体的数据库管理系统无关。（2）数据模型：按计算机系统的观点对数据建模。是数据库系统的核心和基础。分为以下几个模型：层次模型（用树型结构组织数据）。网状模型（用图形结构组织数据）。关系模型（用简单二维表结构组织数据）。对象关系模型（用复杂的表格以及其他结构组织数据）。2005年9月第18页(一）概念层数据模型（概念模型)概念模型是对现实世界的抽象反映，它不依赖于具体的计算机系统，是现实世界到机器世界的一个中间层次。用于信息世界的建模，是面向用户、面向现实世界的数据模型，它与具体的DBMS无关。现实世界中的客观事物的抽象过程现实世界概念模型DBMS支持的数据模型现实世界信息世界计算机世界认识抽象转换2005年9月第20页常用的概念模型是实体——关系（Entity-Relationship，简称E-R）模型。主要涉及三个概念：实体、属性和关系。(一）概念层数据模型（概念模型)2005年9月第21页(一)概念层数据模型1.实体（Entity）实体是具有相同性质并且彼此之间可以相互区分的现实世界对象的集合。在关系数据库中，一般一个实体被映射成一个关系表，表中的一行对应一个可区分的现实世界对象（这些对象组成了实体），称为实体实例（entityinstance）。在E-R图中用矩形框表示具体的实体，把实体名写在框内。2005年9月第22页(一）概念层数据模型2．属性（Attribute）实体所具有的特征称为它的属性。是描述实体或者关系（在下面说明）的性质的数据项。每个实体都有一个标识符（或叫实体的键），标识符是实体中的一个属性或者几个属性的组合，每个实体实例在标识符上具有不同的值。在E-R图中用椭圆表示属性，椭圆内写上属性名。2005年9月第23页（一）概念层数据模型3．关系（Relationship）实体内部的关系组成实体的各属性之间的关系。如“职工”实体中，假设有“职工号”和“部门经理号”。不同实体之间的关系例。“玩具”实体（设有属性：ID号、名称、价格、重量、商标ID）和“商标”实体（设有属性：商标ID、商标名称、商标说明）之间的“商标ID”关系用菱形框表示，框内写上关系名，并用连线将有关的实体连接起来。2005年9月第24页(一)概念层数据模型关系有三种类型:一对一（1:1）一对多（1:n）多对多（m:n）1nn1m管理玩具1部门玩具有购买（a）（b）（c）经理商标购物者2005年9月第25页(一)概念层数据模型pnm顾客玩具购买图1－9多个实体之间的关系示例销售人员2005年9月第26页(一)概念层数据模型用矩形表示实体，矩形框内写上实体名。实体的属性用椭圆表示，椭圆内写上属性名，并用无向边与其实体相连。学生学号姓名性别系入学时间2005年9月第27页(一)概念层数据模型关系（实体间的联系）用菱形表示,关系以适当的含义命名，名字写在菱形框中;用无向连线将参加相应联系的实体矩形框分别与菱形相连;并在连线上标明联系的类型，即1:1,1:N或N:M如联系具有属性，也要用无向边与该联系连接起来教学教师学生姓名工号姓名学号1N2005年9月第28页(一)概念层数据模型E-R图的画法确定系统中的实体确定每个实体的属性确定实体间的关系2005年9月第29页E-R图的画法确定每个实体的属性学生学号姓名性别系入学时间课程课程号课程名称2005年9月第30页E-R图的画法确定实体间的关系学生课程学习MN成绩2005年9月第31页E-R图的画法学生课程学习MN成绩学号姓名性别系入学时间课程号课程名称2005年9月第32页练习用E-R图描述图书信息管理的数据模型每个借书人有姓名、借书证号和单位属性，每个借书人可以借5本书，每本图书有总编号、分类号、书号、作者、定价和位置属性，同一本书可以相继被几个人借阅。总编号分类号书号作者定价位置图书借书人姓名借书证号单位借书mn时间2005年9月第34页（二）数据模型数据模型的三要素是：数据结构。对系统静态特性的描述。存储在数据库中的对象类型的集合。一类是与数据类型、内容、性质有关的对象，比如关系模型中的域、属性和关系等；另一类是与数据之间关系有关的对象，它从数据组织层表达数据记录与字段的结构。2005年9月第35页数据模型的三要素：数据操作。对数据库中各种对象的实例允许执行的操作集合。数据检索：在数据集合中提取用户感兴趣的内容，不改变数据结构与数据值。数据更新：包括插入、删除和修改数据，此类操作改变数据的值。数据完整性约束。是一组完整性规则的集合。用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，保证数据的正确、有效和相容。2005年9月第36页实际数据库系统支持的主要数据模型：层次模型网状模型关系模型2005年9月第37页1、层次模型用树结构表示实体之间联系的模型叫层次模型。树由节点和连线组成，节点代表实体型，连线表示两实体型间的一对多联系。树有以下特性：每棵树有且仅有一个节点无父节点，此节点称为树的根（Root）。树中的其它节点都有且仅有一个父节点2005年9月第38页层次模型示意图大学院系教研室班级教辅一个数据模型可以有多个模型实例，比如某某大学、某某院系2005年9月第39页2、网状模型R1R3R2(a)简单网(一对多关系)R2R1(b)复杂网（多对多关系）是一个满足下列条件的有向图可以有一个以上的节点无父节点。至少有一个节点有多于一个的父节点（排除树结构）。2005年9月第40页网状模型示意图科室医生病房病人2005年9月第41页网状数据库和层次数据库已经很好地解决了数据的集中和共享问题，但数据的独立性和抽象有很大缺陷。用户在对这两种数据库进行存取数据时，仍然需要明确数据的存储结构，指出存取路径。关系数据库能较好地解决了这些问题。1969年E.F.Codd发明了关系数据库。1976年霍尼韦尔（Honeywell）公司开发了第一个商用关系数据库系统——MulticsRelationalDataStore。3、关系模型2005年9月第42页表示实体以及实体之间关系的模型称为关系数据模型用二维表来表示实体及其相互联系姓名学号年龄系别张军09701023男数学系王红09702011女物理系李明09708250男计算机系字段记录2005年9月第43页关系模型中的基本术语关系(表)关系就是二维表，每一列不可再分，属性不能重名，可交换列的前后顺序。元组(行，记录)表中的每一行数据称作是一个元组属性(列，字段)表中的每一列是一个属性值集，列可以命名，称为属性名。2005年9月第44页关系模型中的基本术语主键（PK,关键字，码）用于惟一的确定表中的一个元组。外键（FK，外码）当一个表的主键在另一个表中作为一个属性存在时，它就在另外一个表中被称作是外键，外键是可以重复的。域属性的取值范围就称为域。2005年9月第45页四、数据库系统由数据库（DB）、数据库管理系统（DBMS）、应用系统（Application）、数据管理员（DBA）和用户（USER）组成DB：是集成的、结构化的Data的集合，是DBMS的管理对象DBMS：是DBS的核心软件，负责对DB的使用、控制和管理USER：管理和使用DB的人员DBA：设计、管理和使用DB的人员Application：是应用DB中的Data的一些软件2005年9月第46页1、数据库系统组成数据库(Database)应用程序Application数据库管理系统（DBMS）用户（user）数据库管理员（DBA）用户（user）图1-3数据库系统组成2005年9月第47页（1）数据库数据库(DB)数据库是存放数据的“仓库”,