第5章数据库应用基础讲义(3学时)

第5章数据库应用基础数据库的基本概念数据库系统的组成及特点数据模型关系数据库的基本概念及基本操作本章知识要点第5章数据库应用基础5.1数据库概述5.2数据库系统5.3数据模型5.4关系数据库及其应用5.5关系数据库设计（自学）*不要求的习题本章内容5.1数据库概述5.1.1数据库应用实例5.1.2数据库的基本术语5.1.3数据库技术的发展本节内容5.1.1数据库应用实例简单地说，数据库是相关信息的集合。为了实现计算机的信息管理和处理，必须科学合理地建立数据库，要有相应系统软件的支持，而且要开发出相应业务的应用软件。5.1.2数据库的基本术语数据（Data）是用来记录信息的可识别的符号，是数据库中存储的基本对象。数据库（DB）是长期存放在计算机外存上、有结构的、可共享的相关数据的集合。数据库数据数据库管理系统（DBMS）是用于建立、使用和维护数据库的系统软件。数据库管理系统5.1.3数据库技术的发展（不要求）1第一阶段人工管理阶段第二阶段文件系统阶段第三阶段数据库系统阶段5.2数据库系统5.2.1数据库系统的组成5.2.2数据库系统的三级模式结构（不要求）5.2.3数据库管理系统简介本节内容5.2.4数据库系统的特点5.2.1数据库系统的组成用户1用户2……用户3数据库管理员数据库图5.3数据库系统组成示意图应用系统应用开发工具数据库管理系统操作系统5.2.1数据库系统的组成（续）1.数据库和数据库管理系统：数据库是存储在计算机上的有组织的数据集合。数据库管理系统（DBMS）是位于用户与操作系统之间、在操作系统之上的一层系统软件，是在操作系统的支持下，实现对数据库的各种操作。2.应用系统：是指为满足用户需求，而开发的数据库应用软件。3.应用开发工具：是指为开发数据库应用软件（编制应用程序），而采用的各种开发工具。4.人员：是指与数据库系统打交道的人，主要包括：最终用户、应用系统开发员和数据库管理员。5.2.3数据库管理系统简介数据库定义功能数据操纵功能数据库建立和维护功能数据库运行管理功能通信功能数据字典MicrosoftAccessVisualFoxProOracle数据库管理系统的功能常见的数据库管理系统5.2.4数据库系统的特点数据的结构性强。1.数据的共享性好，冗余度低。2.数据的独立性高。3.数据控制功能强：数据安全性控制、数据完整性控制、并发控制4.5.3数据模型5.3.1三个世界的概念5.3.2概念模型5.3.3数据模型本节内容5.3.1三个世界的概念人们管理的事物存在现实世界中，事物与事物之间存在着联系。概念世界是现实世界中的事物在人们头脑中的反映，是对客观事物及其联系的抽象描述。概念世界现实世界是在概念世界抽象描述的基础上，进一步抽象为便于计算机处理的数据形式。数据世界（计算机世界）5.3.2概念模型1实体：把客观存在并且可以相互区分的事物称为实体。例如一名学生。2属性：描述实体的特性称为属性。在现实世界中区分不同的事物，是由事物的性质和表现特征决定的。在概念模型中，通过属性来描述实体。例如：用“学号、姓名、性别、年龄、专业”等描述学生实体，将它们称为属性。“型”是指属性名，如学号、姓名等“值”是指属性的取值，如20070001、李红等5.3.2概念模型3实体集：同一类型实体的集合称为实体集。4实体型：对同类实体的描述称为实体型。它由实体名与其属性名共同构成。例如:学生(学号,姓名,性别,年龄,专业)（实体型是实体结构的组成形式）5.3.2概念模型(续)5关键字：能够唯一标识实体集中每个实体的某一属性或属性组称为关键字（也称为码或实体标识符），它的值能够唯一区分不同的每个实体。6联系：在概念模型中将实体集之间的联系称为联系。通过联系反映现实世界事物之间的相互关联。6两个实体集的联系有三种类型：①一对一联系（记作1:1）实体集A中的一个实体至多与实体集B中的一个实体相对应；反之亦然。例如：班级与班长班级编号班级名称1001计算机1班1002计算机2班班级编号班长姓名1001李明1002王平6两个实体集的联系有三种类型：②一对多联系（记作1:n）实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应；反之，实体集B中的一个实体至多与实体集A中的一个实体相对应。例如：班级与学生班级编号班级名称1001计算机1班1002计算机2班班级名称姓名计算机1班李明计算机1班赵岩计算机2班王平计算机2班张红6两个实体集的联系有三种类型：③多对多联系（记作m:n）实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应；反之，实体集B中的一个实体与实体集A中的多个实体相对应。例如：教师与学生教师编号教师姓名001王老师002张老师学号姓名2007001李明2007002刘兰2007003王丹2007004张三2007005周五5.3.3数据模型数据模型是计算机世界按数据库的观点，对概念世界的数据抽象表示的工具。在数据库系统中DBMS支持的常见的数模型有三种：层次模型、网状模型和关系模型。5.3.3数据模型用树形结构来表示实体及实体之间联系的模型。其主要特征是：(1)仅有一个无父结点的根结点；(2)根结点以外的子结点，向上仅有一个父结点，向下可以有若干个子结点。网状模型是用网状结构来表示实体及实体之间联系的模型。其主要特征是：(1)可以有一个以上的结点没有父结点；(2)允许结点有多于一个的父结点。层次模型网状模型5.3.3数据模型（续）关系模型是用二维表格来表示实体及实体之间联系的模型。每个二维表称为一个关系。关系模型学号姓名性别年龄专业20070001李红女19计算机20070002王晓平男18自动化20070005赵胜利男19计算机20070003张灵女20化工20070004杨中华女18化工关系student（学生基本情况表）5.3.3数据模型（续）(1)关系一个关系对应一张二维表。每一个关系必须有有一个关系名，例如，关系名student。(2)属性表中的一列为一个属性。每个属性有一个名称，称为属性名。例如，关系student中有5个属性，属性名是：学号、姓名、性别、年龄和专业关系模型的基本术语5.3.3数据模型（续）(3)记录表中的一行数据称为一条记录(也称为元组)。每一条记录是由相应的属性值组成。例如，关系student中有5行数据（5条记录）。(4)关键字表中某一属性或属性组，它的值能够唯一标识一条记录，则把这一属性或属性组称为关键字。例如，在关系student中“学号”是关键字。在关系success中，只有属性组“学号”和“课程编号”能够作为关键字。关系模型的基本术语（续）5.3.3数据模型（续）(5)值域属性的取值范围称为值域。例如，属性“性别”的值域是“男”或者“女”，“成绩”的值域应该是0～100。(6)关系模式关系模式是对关系的描述，它主要包括关系名，各属性名、值域和关键字。关系模式一般形式：关系名(属性名1，属性名2，……,属性名n)关系模型的基本术语（续）5.3.3数据模型（续）示例1：关系student的关系模式是：student(学号，姓名，性别，年龄，专业)其中“学号”带有下划线，表示是关键字。示例2：关系success的关系模式是：success(学号，课程编号，成绩)其中“学号”和“课程编号”带有下划线，表示关键字是由属性“学号”和“课程编号”的组合。关系模式一般形式：关系名(属性名1，属性名2，……,属性名n)5．4关系数据库及其应用5.4.1关系数据库5.4.2关系模型的三级模式结构5.4.3关系模型的完整性规则本节内容5.4.5结构化查询语言SQL5.4.4关系操作5.4.1关系数据库关系数据库是若干个关系的集合(由若干张相关的二维表组成)。每个关系是由若干行和若干列组成的表格。在垂直方向上，每一列为一个属性；在水平方向上，每一行数据为一条记录。关系的结构由关系模式来描述。每个关系必须有一个关键字，由表中某一属性或属性组构成，它的值能够唯一确定一条记录。5.4.1关系数据库在关系数据库中，两个关系的联系一般是通过相同的属性建立的，其中，将一个关系称为主表，另一个关系称为从表。主表中的关键字称为主键；而从表中某个属性或属性组不是该关系的关键字，但它是主表的关键字，则把这个属性或属性组称为外键。表与表之间的联系是通过主键和外键为纽带建立的。5.4.2关系模型的三级模式结构关系模式是对关系的描述。三个关系的关系模式分别是：student(学号，姓名，性别，年龄，专业)success(学号，课程编号，成绩)course(课程编号，课程名称，学时，学分)关系模式在关系模型中：模式是关系模式的集合外模式是关系子模式的集合内模式是存储模式的集合5.4.2关系模型的三级模式结构关系子模式是用户所需要的数据描述，其数据是从若干个关系模式中按给定的条件选取出来的。例如：图5.10的关系数据库系统，关系子模式是:success1(姓名,专业,课程编号,成绩)条件是两个表中的学号字段值相等关系子模式存储模式存储模式是关系在物理存储设备上存储方式的描述，是数据库所采用的物理模型。5.4.3关系模型的完整性规则实体完整性是对关系中记录唯一性，即关键字的约束。(关键字的值不能为空且不能有相同的值)参照完整性是对关系数据库建立联系的关系之间数据参照引用的约束，也就是对外键的约束。(从表中外键的值必须是主表主键的有效值或是空)用户定义的完整性是根据应用环境的不同，针对某一具体数据的约束条件。5.4.4关系操作选择操作是指在一个关系中选择出满足给定条件的记录（也称为行或元组）组成新关系。1．选择操作例如：在关系student中找出女学生的数据。给定条件应该是性别为“女”。在操作时按照条件对表中每一条记录进行筛选，将选择出来的记录组成一个新关系（结果）：学号姓名性别年龄专业20070001李红女19计算机20070003张灵女20化工20070004杨中华女18化工5.4.4关系操作投影操作是指在一个关系的所有属性中选取指定属性列组成新关系。2．投影操作例如，在关系student中找出所有学生的姓名、年龄和专业。操作时，在所有属性列中选取姓名、年龄和专业三个属性列组成新关系：姓名年龄专业李红19计算机王晓平18自动化赵胜利19计算机张灵20化工杨中华18化工5.4.4关系操作连接操作一般是将两个关系通过连接条件组成一个新关系。在新关系中包含原有两个关系的所有属性，其中属性名表示方法是属性名前加上原有关系名。新关系中的记录是通过连接原有关系的记录得到的。3．连接操作例如，在两个关系student和success进行连接操作，连接的条件是student的学号等于success的学号。连接后组成新关系如下：5.4.4关系操作3．连接操作连接后组成新关系如下：Student.学号Student.姓名Student.性别Student.年龄Student.专业Success.学号Success.课程编号Success.成绩20070001李红女19计算机200700010019020070001李红女19计算机200700010029220070001李红女19计算机200700010038920070002王晓平男18自动化200700020018820070005赵胜利男19计算机200700050027620070003张灵女20化工200700030018520070003张灵女20化工20070003004805.4.4关系操作3．连接操作再例如，两个关系student和success进行连接操作，连接的条件是student的学号等于success的学号，要求连接后新关系中只包括女学生的姓名、专业、课程编号和成绩。在这个例子中首先完成连接操作，然后再进行选择和投影操作。连接后组成新关系如下：Student.姓名Student.专业Success.课程编号Success.成绩李红计算机00190李红计算机00292李红计算机00389张灵化工001855.4.5结构化查询语言SQL(1)基本表：是存储在数