《数据库原理及应用》教案

《数据库原理及应用》教案1《数据库原理及应用》教案新乡学院计算机与信息工程学院《数据库原理及应用》教案2第1章数据库技术概论教学目的：本章概述了数据库管理的进展、数据模型和数据库系统构成的一般概念，说明什么是数据库设计以及为什么要发展数据库技术，使学生对数据库系统有一个初步的认识。教学重点：1、数据管理的三个阶段及特点。2、三种主要模型的概念。3、E-R图。4、DBS体系结构。教学难点：E-R图1.1数据库系统概论教学目的：从已有的知识对学生进行启发，认识到DB的重要性以及本课程的任务和目的。教学重点：1、数据管理种计算机化的三个阶段。2、三个阶段的特点。教学难点：数据库系统阶段的特点。教学内容：1.1.1引言1.计算机的应用领域：数值计算数据处理80%以上实时控制人工智能辅助设计2.数据处理指对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播等一系列活动的总和。目的：是从大量、原始的数据中抽取、推导出对人们有价值的信息作为行为决策的依据。方式：借助于计算机科学的保存和管理复杂的大量数据，以便能方便地利用信息资源。《数据库原理及应用》教案33.出现（存在）的问题：(1)大量的数据如何存放。（存储）(2)大量的数据如何组织。（结构）(3)大量的数据如何分类、查找、统计。（处理）(4)大量的数据如何有效使用。（共享、保护）(5)大量的数据如何维护。（维护）正是这些问题的存在，迫使人们去形成一套数据处理的理论、方法、技术。-----数据库技术。4.基本概念(1)数据库技术-----是研究数据库结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科。(2)数据库（DataBase）-----是长期存储在计算机内有组织的、大量的、共享的数据集合，具有最小的冗余和较高的数据独立性，并为各种用户共享。(3)数据库管理系统（DataBaseManagementSystem）-----位于用户和OS之间的一层数据管理软件，包括DB的建立、查询、更新。(4)数据库系统（DataBaseSystem）-----实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便用户访问的计算机软、硬件和数据资源组成的系统。1.1.2数据管理的进展数据处理的中心问题是数据管理数据的分类数据的组织数据的编码数据管理包括数据的存储数据的检索数据的维护依据其使用：技术的不同、设备的不同，数据管理（处理）可分为：人工式：人工处理数据阶段1800年以前，算盘，笔记手工数据处理机械辅助式：机械辅助阶段1800—1890手摇电动计算机机械数据处理机电阶段1890—1946年穿空机、验空机、分类机、卡片机、制表机电子数据处理电子阶段1946年后本书所讲的是电子数据处理发展经过的三个阶段：人工管理电子数据处理文件系统DBS《数据库原理及应用》教案41.人工管理阶段(1)背景50年代中期前，用于科学计算软件：汇编语言没有OS硬件：磁带、卡片等顺序存储设备数据处理方式：批处理(2)特点数据不保存，用完即撤走。（用于科学计算）没有专门的数据管理软件（文件与记录的描述安置在每一个应用程序中，程序员不仅要规定数据的逻辑结构，而且还要在程序中设计物理结构，实质上，也并无逻辑、物理结构之分，数据和程序是一体的。）数据不共享。（数据是面向应用的。一组数据对应一个程序）无控冗余，不一致数据。（存储浪费空间，同一数据有可能出现不一致性）数据缺乏独立性。（程序和数据的任何一方改动，都会引起程序的修改）2.文件系统阶段(1)背景50--60年代计算机不仅用于科学计算，开始处理数据软件：高级语言，OS，文件系统硬件：磁盘、磁鼓等直接存储设备数据处理方式：批处理，联机实时处理(2)特点数据以文件的形式长期保存。由文件系统管理数据，数据与应用程序之间有了一定的独立性。数据冗余度较大，共享性差。应用程序1数据组1应用程序2数据组2应用程序n数据组n《数据库原理及应用》教案53.数据库系阶段(1)背景60年代后期数据量的管理越来越大，共享性的要求高。软件：软件价格上升，编制和维护软件的成本增加，“软件危机”硬件：大容量的磁盘，且价格下降。数据处理方式：批处理，联机实时处理，分布处理。(2)进入DBS的三大标志1968年IBM公司的IMS1969年美国CODASYL（conferenceondatasystemlanguage）下的DBTG报告1970年IBM公司E.F.Codd的关系模型(3)特点数据结构化。(采用复杂的数据模型表示数据结构，数据模型不仅描述数据，还要描述结构，如：学号，C8主键)数据的共享性高，冗余度小，易扩充。数据的最小存储单位是数据项，可以在各种范围上对数据进行操作。（数据不再面向某个应用，而是面向整个系统，因此可以文多个用户、应用共享使用。DB中，并非不要冗余，如：合法检查，为提高效率数据有多个副本，但冗余是受控的，系统预定的。可以在数据项、记录、文件级别）有较高的数据独立性。DBS提供了两级映像。局部逻辑结构逻辑独立性全局逻辑结构物理独立性存储结构数据由DBMS的统一管理和控制。在实际应用中，还要考虑（当DB中的数据有一个、多个用应用程序1文件1应用程序2文件2应用程序n文件n文件系统《数据库原理及应用》教案6户共享时）①数据的安全控制（例：口令，权限）②数据的完整性（正确，相容，有效例：性别男女，年龄0~150）③并发控制（加锁）④恢复（日志，设检查点）aghadbabcdefDB1.1.3高级数据库技术阶段分布式DBS80年代后并行DBS面向对象DBS1.分布式DBS的特点分布性。（多数处理就地完成）逻辑整体性。（各地的计算机由数据通信网络相联系）2．并行DBS的特点并行处理。各节点是完全非独立。通过高速网连接。3．面向对象DBS的特点面向对象的数据模型能完整地描述现实世界的数据结构，能表达数据间的嵌套、递归关系。具有面向对象技术的封装性和继承性，提高了软件的可重用性。应用程序1文件1文件2文件nabcdefghDBMS应用程序2应用程序n《数据库原理及应用》教案7作业：见课后习题1、5《数据库原理及应用》教案81.2数据模型教学目的：使学生掌握数据模型满足的三要素，掌握E-R图；层次模型、网状模型、关系模型的数据结构、数据操纵、存储结构以及约束条件等。教学重点：1、数据模型的三要素。2、E-R图3、层次、网状、关系模型教学难点：E-R图中联系的判断及表达。教学内容：DBS不仅要反映数据本身，还要反映数据间的联系（结构化），如何抽象表示和处理现实世界中的数据和信息呢？人们认识世界的过程：现实世界↓概念模型（例：桌子table）信息世界层次↓数据模型网状计算机世界关系有广义的数据模型和狭义的数据模型。数据模型（DataModel）：是DBS中用于提供信息表示和操作手段的形式框架。（广义）概念模型数据模型数据模型1.2.1数据模型的三要素数据结构数据操作完整性约束条件1、数据结构描述系统的静态特征。数据结构是所研究的对象类型（objecttype）的集合。与数据类型、内容有关的对象。如：数据项名、类型对象类型与数据间联系有关的对象。例：主键、系型在DBS中按数据结构的类型来命名数据模型分：《数据库原理及应用》教案9层次结构层次模型网状结构的模型称为网状模型关系结构关系模型2、数据操作描述系统的动态特性。对DB中各种对象（型）和实例（值）允许执行的操作的集合，要定义这些操作确切含义、操作符号、操作规则以及实现这些操作的语言等数据操作检索更新：增、删、改3、数据的约束条件是一种完整性规则的集合，保证数据的正确、有效。如：性别（男，女）1.2.2概念模型1．信息世界中的基本概念⑴实体（Entity）：客观存在并可相互区分的事物或联系。例：一桌、一学生、学生选课⑵属性（Attribute）:实体所具有的某一特征。例：学生属性由学号、姓名、年龄、⑶码（key）：唯一标出实体的属性集。例：学生（学号，性别，年龄）。选课（学号、课号、分数）。⑷域（Domain）：属性的取值范围。例：性别（男、女），成绩（0～100）⑸实体型（Entitytype）:具有相同属性的实体必须具有共同的特征和性质。用实体名和属性名来抽象刻画同类实体称为实体型例：学生（学号、姓名、年龄、系、性别）⑹实体集（Entityset）：同型实体的集合。例：全体学生⑺联系（Relationship）实体内的联系：例：属性间的联系学号→姓名学号→性别实体间的联系：例：学生和课程本节讨论实体间的联系（1：1，1：m,m:n）①1对1联系（1：1）《数据库原理及应用》教案10E1、E2两实体集。E1中的任一实体在E2中至多有一个与之对应，反之亦然。例：工厂1——1厂长班长1——1班级11M1MN②一对多联系（1：M）E1、E2两实体集，E1中的任一实体在E2中有N个实体（N≥0）与之相对应。反之，E2中的实体在E1中至多有一个与之对应，则E1与E2间为1：M。例：系1——m教师班1——n学生③多对多的联系（M：N）E1、E2两实体集，E1中的任一实体在E2中有N≥0个与之对应，反之亦然，则E1、E2为M：N。例：学生M——N课程一般的：两个以上的实体型间也存在1：1，1：M，M：N的关系•若实体集E1，E2…Eｎ存在联系，Eｉ和Eｊ（E1，E2，…Ei+1，…En）。给出多个实体联系的定义。1对1联系（1：1：1：1）E1、E2……ENN实体集。E1中的任一实体在E2…EN中至多有一个与之对应，E2中的任一实体在E1、E3…EN中至多有一个与之对应，……….则E1、E2……ENN实体集间是1：1：1：…….1。同学们注意：多个实体间可以同时有1：1，1：M，M：N的联系存在，不一定都是1：1：，或1：M……。实体名1联系名实体名2实体名1联系名实体名2实体名1联系名实体名2《数据库原理及应用》教案11例：1MNP====MN1MMN2．概念模型的表示方法是现实世界和信息世界的第一级抽象应简单、方便、准确。1976年P．P．S．chen提出（Entity-RelationshipApproach）实体联系方法。简称E-R模型。有如下规定：实体型：用矩形属性：用椭圆联系：用菱形课程教师参考书讲授供应商项目零件供应零件组成职工领导实体名属性名联系名《数据库原理及应用》教案12MN例：一个仓库可以存放多种零件，一种零件可存放在多个仓库。一个仓库有许多职工，一个职工只在一仓库工作，职工间有领导和被领导关系。供应商可以为多个项目提供多种零件。每个项目可以使用多个供应商的零件，每种零件有由不同的提供商提供不同的项目。MN1PMMN1ME-R图的方法与具体的DBMS支持的数据模型相独立，是各种数据模型的基础，可以转化为任一数据模型。作业：课后习题7、11、12、13学生选修课程姓名学号成绩课程名学分仓库零件职工供应商项目工作领导供应存放《数据库原理及应用》教案13⒈⒉３常用的数据模型三大经典数据模型层次非关系模型网状关系面向对象数据模型·基本层次联系两记录型（非关系模型中）及他们之间1：M（含1：1）的联系，称为基本层次联系。在非关系模型中，数据结构的单位是基本层次联系双亲Lij（对于M：N，它转化多个1：M）子女·三大经典模型的特点面向计算机，能有效的存储和处理数据。而概念模型是面向用户是语义模型。1.2.4层次模型是DBMS中最早出现的数据模型。1968年IBM推出的IBM是最早的RDBMS。用树型结构来表示各类实体及实体间的联系。1．数据结构满足以下两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。⑴有且只有一个结点无父结点，称之为根结点。⑵根结点以外其他结点有且只有一个父结点。•每个结点表示一个记录类型（实体）•记录间的联系用有向线（1：M）仅表示1：M。RiRjR1R2R3R4R5《数据库原理及应用》教案14•层次模型是一棵倒置的树。•层次模型中双亲结点是唯一的，只要指出他的父结点就可以表示层次模型结构。2、M：N在层次模型中的表示及其他(1)冗余结点特点：+M结构清晰、浪费空间N虚拟结点特点：+用指引元代替冗余