04735数据库系统原理-串讲

《数据库系统原理》串讲主讲：王磊第一部分课程说明《数据库系统原理》课程学习目标:数据库是计算机科学的一个重要研究领域，是专门研究数据处理、数据管理和数据分析的技术，从20世纪60年代末开始，经过40多年的发展，已成为计算机软件学科的一个重要分支。《数据库系统原理》课程的主要目的：使同学们了解数据库的基本原理，掌握数据库技术的基本方法和应用技术，能够有效的使用现有的数据库管理系统，掌握数据库结构的设计和数据库应用系统的开发方式，同时能够利用前端开发工具完成企业管理信息系统的开发。《数据库系统原理》课程地位图示B/S结构C/S结构浏览器端：HTML/CSS/JavaScript/VBScript服务器端：ASP(.NET)/PHP/JSPC/S结构：VB/VC/VC#/Delphi/Java/.NET系列数据库支持：SQLServer/Oracle/Sybase/MySQL/Informix/Access两大语法体系：Basic系：VB/VBScript/VBAC系：Java/JavaScript/C++/C#参考教材介绍自学教材《数据库系统原理》，全国高等教育自学考试指导委员会组编，丁宝康主编，经济科学出版社2007年版。本教材共分为9章，详细介绍了数据库系统的基本原理、方法和应用技术。内容包括：数据库系统基本概念（第一章）、数据库的设计和ER模型（第二章）、关系模式设计理论（第三章）、关系运算（第四章）、SQL语言（第五章）、数据库管理（第六章）、SQLServer2000简介及应用（第七章）、PowerBuilder9.0简介及应用（第八章）、数据库的技术的发展（第九章）。第二部分内容串讲我们分章节进行串讲，在串讲每一章前我把本章的考核的目标和重点、难点做简要说明。第一章数据库基础知识学习目的与要求：本章属于基础知识，主要是对一些概念的理解和记忆。没有难点，相对的重点是数据模型的四个层次，数据库管理系统的功能，数据库系统的全局结构。考核知识点与考核要求1.1数据管理技术的发展阶段（识记）1.2数据描述的术语（领会）1.3数据抽象的级别（领会）1.4数据库管理系统(DBMS)(领会)1.5数据库系统（DBS）（领会）1.1数据管理技术的发展几个数据库的基本术语：数据：描述事物的符号记录数据处理:是指从某些已知的数据出发，推导加工出一些新的数据，这些新的数据又表示了新的信息。数据管理:是指数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作，这部分操作是数据处理业务的基本环节，而且是任何数据处理业务中必不可少的共有部分。数据管理技术：对数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作，基本目的就是从大量的，杂乱无章的，难以理解的数据中筛选出有意义的数据。数据处理是与数据管理相联系的，数据管理技术的优劣，将直接影响数据处理的效率。1.1数据管理技术的发展1.人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）１）数据不保存在机器中；２）没有专用软件对数据进行管理；３）只有程序的概念，没有文件的概念；４）数据面向程序。2.文件系统阶段特点与缺陷（20世纪50年代后期至60年代中期）１）数据可长期保存在磁盘上；２）数据的逻辑结构与物理结构有了区别；３）文件组织呈现多样化；４）数据不再属于某个特定程序，可以重复使用；５）对数据的操作以记录为单位。文件系统三个缺陷：１）数据冗余性２）数据不一致性３）数据联系弱3.数据库阶段（20世纪60年代后~至今）数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪60年代末三件大事：１）1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS系统；２）1969年美国CODASYL组织发布了DBTG报告。总结了当时各式各样的数据库，提出网状模型，尔后于1971年4月正式通过。３）1970年美国IBM公司的E.F.Codd连续发表论文，提出关系模型，奠定了关系数据库的理论基础。数据库管理阶段特点：1)采用数据模型表示复杂的数据结构；2)有较高的数据独立性；3)数据库系统为用户提供了方便的用户接口。4)数据库系统提供以下四个方面的数据控制功能：①数据库的恢复；②数据库的并发控制；③数据库的完整性；④数据库的安全性；5)增加了系统的灵活性。增加了系统的灵活性对数据的操作不一定以记录为单位，可以以数据项为单位。数据库技术中的四个名词:DB、DBMS、DBS、数据库技术。其概念是不同的，要分清。DB：数据库（Database)长期存储在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。DBMS：数据库管理系统（DatabaseManagementSystem)，DBMS是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型DBMS。DBS：数据库系统（DatabaseSystem),DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统，即采用了数据库技术的计算机系统。数据库技术：是一门研究数据库结构、存储、管理和使用的一门软件学科。4.高级数据库阶段：１）面向对象的概念建模２）开放数据库互连技术1.2数据描述在数据处理中，数据描述将涉及不同的范畴。从事物的特性到计算机中的具体表示，数据描述经历了三个阶段———概念设计、逻辑设计和物理设计。1.概念设计中的的数据描述１）实体２）实体集３）属性４）实体标识符2.逻辑设计中的数据描述１）字段２）记录３）文件４）关键码3.物理设计中的数据描述物理存储介质层次１）高速缓冲存储器２）主存储器３）快擦写存储器４）磁盘存储器５）光盘存储器６）磁带物理存储中的数据描述位、字节、字、块、桶和卷。4.数据联系的描述联系及元数定义：二元联系有以下三种类型：1：1联系：如果实体集E1中的每个实体最多只能和实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然，好么实体集E1对E2的联系称为“一对一联系”，记为“1：1”。1：N联系：如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1中的一个实体有联系，那么E1对E2的联系是“一对多联系”，记为“1：N”。M：N联系：如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么E1对E2的联系是“多对多联系”，记为“M：N”。1.3数据抽象的级别1.数据抽象的过程根据抽象的级别定义了四种模型：１）概念数据模型２）逻辑数据模型３）外部数据模型４）内部数据模型2.概念模型１）四种模型中，概念模型的抽象级别最高。２）概念模型的特点:(p12)3.逻辑模型逻辑模型的特点:(p13)（1）~（4）逻辑模型的分类：１）层次模型２）网状模型３）关系模型三种逻辑数据模型的比较？如P17图4.外部模型外部模型的特点:(p17)从整个系统考察，外部模型的优点。5.内部模型是数据库最底的抽象，它描述数据在磁盘或磁带上的存储方式、存取设备和存取方法。6.三层模式和两级映象三层模式体系结构１）外模式：是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部分数据的描述。２）逻辑模式：是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。３）内模式：是数据库在物理存储方面的描述，定义所有内部记录类型、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节。两级映象外模式/逻辑模式映象：用于定义概念模式和内模式之间的对应性。一般在内模式中描述。逻辑模式/内模式映象：用于定义外模式和概念模式间的对应性。一般在外模式中描述。7.高度的数据独立性什么叫数据独立性？是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。在修改数据结构时，尽可能不修改应用程序，则称系统达到了数据独立性目标。数据独立性分为物理数据独立性和逻辑数据独立性：物理数据独立性：修改内模式时尽量不影响概念模式及外模式，则达到物理数据独立性。逻辑数据独立性：修改概念模式时尽量不影响外模式和应用程序。1.4数据库管理系统（DBMS）1.DBMS的目标与任务：数据库管理系统的主要任务是完成用户对数据库的存取请求，即检索、插入、更新或删除等操作。DBMS的目标：用户界面友好、功能完善、结构清晰、高效率、开放性2.DBMS的工作模式(p20图)3.DBMS的主要功能：１）数据库的定义功能２）数据库的操纵功能３）数据库的保护功能（数据库恢复、数据库并发控制、数据库完整性和数据库安全性）４）数据库的维护功能５）数据字典1.5数据库系统(DBS)1.DBS由四部分组成：数据库、硬件、软件、数据库管理员。2.数据库管理员定义及职责。(素质+职责)3.DBS的全局结构及DBS的效益。（数据库用户+界面+DBMS+磁盘+DBS的效益）本章结束第二章数据库设计和ER模型学习目的与要求：本章总的目的要求是了解和掌握数据库应用系统设计的全过程。首先掌握ER模型和关系模型的基本概念，然后掌握概念设计中ER模型的设计方法，逻辑设计中ER模型向关系模型转换方法。考核知识点与考核要求2.1数据库系统生存期（领会）2.2ER模型的基本概念（综合应用）2.3关系模型的基本概念（综合应用）2.4ER模型到关系模型的转换规则（综合应用）2.5ER模型实例分析（简单应用）2.6增强ER模型（简单应用）从软件生存期谈起软件生存期：是指从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护、直到它被新的软件所取代而停止使用的整个期间。它包括六个阶段：(规需设编试运维)(1)规划阶段(2)需求分析阶段(3)设计阶段(4)程序编制阶段(5)调试阶段(6)运行维护阶段2.1数据系统生存期1.什么叫数据库系统生存期？我们把数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间，称为数据库系统生存期。2.这个生存期一般可划分成以下七个阶段：规划、需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、实现、运行维护。２.2ER模型的基本概念1.ER模型的基本元素实体、联系和属性2.属性的分类(简单属性和复合属性、单值属性和多值属性、存储属性和派生属性)3.联系的设计4.ER模型的操作（分裂、合并和增删）5.采用ER模型的数据库概念设计步骤采用ER方法进行数据库概念设计分成三步进行：首先设计局部ER模式然后把各局部ER模式综合成全局ER模式最后对全局ER模式进行优化2.3关系模型的基本概念１.关系模型定义：用二维表格结构表示实体集、外键表示实体间联系的数据模型称为关系模型。2.基本术语有：字段(属性)、字段值(属性值)、记录(元组)、二维表格(元组集合、关系或实例)。在这里，括号中的表述为关系模型中的术语。它与表格中术语可以一一对应。还有，关系中属性个数称为元数，元组个数为基数。3.键：由一个或几个属性组成。(注意键不一定是唯一的一个属性)。1)超键：在关系中能唯一标识元组的属性集称为关系模式的超键。(注意，超键也是一个属性集，不一定只是一个属性)2)候选键：不含有多余属性的超键称为候选键。3)主键：用户选作元组标识的一个候选键为主键。4)外键：某个关系的主键相应的属性在另一关系中出现，此时该主键在就是另一关系的外键，如有两个关系S和SC,其中S#是关系S的主键，相应的属性S#在关系SC中也出现，此时S#就是关系SC的外键。４.关系的定义和性质１）关系定义：关系是一个属性数目相同的元组的集合。２）关系性质(p53)5.三类完整性规则１）实体完整性规则：要求关系中组成主键的属性上不能有空值。２）参照完整性规则：要求不引用不存在的实体。３）用户定义完整性规则：由具体应用环境决定，系统提供定义和检验这类完整性的机制。2.4E-R模型向关系模型的转换E-R模型可以向现有的各种数据库模型转换，对不同的数据库模型有不同的转换规则。这里只讨论E-R模型向关系模型的转换方法。1.E-R模型向关系模型的转换规则：（1）实体类型的转换将每个实体类型转换成一个关系模式，实体的属性即为关系的属性，实体标识符即为关系的键。（2）联系类型的转换1)实体间的联系是1:1可以在两个实体类型转换成两个关系模式中的任意一个关