【2017年整理】数据库原理讲稿

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1、1第一章 绪 论【教学目的】 掌握数据库的作用及数据库、数据库管理系统、数据库系统相关概念熟悉数据库管理技术的发展过程掌握数据库体系结构：三级模式/两级映像掌握数据库系统的组成【教学手段】 多媒体讲授【教学内容】数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志.1.1 数据库系统概述1.1.1 数据库的地位数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支数据库技术是信息系统的核心和基础

2、，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业 的渗透。数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。从一般企业管理到计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 、计算机集成制造系统（CIMS） 、办公信息系统（OIS） 、地理信息系统（GIS）等进行应用。1.1.2 四个基本概念1.数据：数据(Data)是数据库中存储的基本对象数据的定义：描述事物的符号记录数据的种类：文字、图形、图象、声音数据的特点：数据与其语义是不可分的举例： 学生档案中的学生记录（李明，男，1972，江苏，计算机系，1990） 数据的形式不能完全表达其内容 数据的解释 语义：学生姓名、性

3、别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间 解释：李明是个大学生，1972 年出生，江苏人，1990 年考入计算机系2.数据库 (DB)：数据库(Database, 简称 DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合。 数据库的特征 数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享 冗余度较小2 数据独立性较高 易扩展3.数据库管理系统(DBMS)数据库管理系统（Database Management System，简称 DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，用户利用 DBMS 可以创建和管理数据库。数据库管理系统功用图 数据库管理系统（ DBMS）的功能数据定

4、义功能。数据操纵功能。数据的安全控制。并发控制。数据库的建立和维护功能。4.数据库系统(DBS)数据库系统（Database System，简称 DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。（在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。 ）构成：由数据库、数据库管理系统（及其开发工具） 、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。DBS = DB + DBMS + APPLICATION + DBA +USERDBS 构成数据库系统应用范例：图书管理信息系统3数据库系统应用案例5.数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统四者关系图示1.1.3 数据管理的发展过程(三过程)1、 手工管理

5、阶段 时期 40 年代中-50 年代中 产生的背景 应用需求 科学计算 硬件水平 无直接存取存储设备 软件水平 没有操作系统 处理方式 批处理 特点 数据的管理者：应用程序，数据不保存。 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序 数据的结构化：无结构 数据控制能力：应用程序自己控制2、文件管理系统 时期 50 年代末-60 年代中 产生的背景 应用需求 科学计算、管理 硬件水平 磁盘、磁鼓 软件水平 有文件系统4 处理方式 联机实时处理、批处理 特点 数据的管理者：文件系统，数据可长期保存 数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程

6、度：共享性差、冗余度大 数据的结构化：记录内有结构,整体无结构 数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序 数据控制能力：应用程序自己控制3、数据库系统 时期 60 年代末以来 产生的背景 应用背景 大规模管理 硬件背景 大容量磁盘 软件背景 有数据库管理系统 处理方式 联机实时处理,分布处理,批处理 特点 数据的管理者：DBMS 数据面向的对象：现实世界 数据的共享程度：共享性高 数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性 数据的结构化：整体结构化 数据控制能力：由 DBMS 统一管理和控制1.2 数据模型在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和

7、信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。 数据模型应满足三方面要求 能比较真实地模拟现实世界 容易为人所理解 便于在计算机上实现 数据模型分成两个不同的层次(1) 概念层模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。 (2) 组织层数据模型 主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。 客观对象的抽象过程-两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 把概念模型转换为某一 DBMS 支持的数据模型。51.2.1 概 念 模 型 概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模 是现实世界到机器世界的一个中间层次 是数据库设计的有力工具 数据库设计人员和用户

8、之间进行交流的语言 对概念模型的基本要求 较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识 简单、清晰、易于用户理解。1.2.1,1 信息世界中的基本概念(1) 实体（Entity） 如：学生、教师、班级客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2) 属性（Attribute） 如: 姓名、年龄实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。 (3) 码（Key） 如: 学号唯一标识实体的属性或属性集称为码。 (4) 域（Domain） （如 性别的域为男 ， 女 ）属性的取值范围称为该属性的域。 (5) 实体型（Entity Type

9、）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型（如：学生（学号，姓名，性别，出生年份）为一个实体型。(6) 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集，如全体学生就是一个实体集。（7）联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。实体型间联系 两个实体型 一对一联系（1:1） 三个实体型 一对多联系（1:n） 一个实体型 多对多联系（m:n） 一对一联系 如果对于实体集 A 中的每一个实体，实体集 B 中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集 A 与实体集 B 具有一对一联系。记为 1:1。

10、实例班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职6 一对多联系 如果对于实体集 A 中的每一个实体，实体集 B 中有 n 个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集 B 中的每一个实体，实体集 A 中至多只有一个实体与之联系，则称实体集 A 与实体集 B 有一对多联系记为 1:n 实例班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习 多对多联系（m:n） 如果对于实体集 A 中的每一个实体，实体集 B 中有 n 个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集 B 中的每一个实体，实体集 A 中也有 m 个实体（m0）与之联系，则称实体集 A 与实体 B

11、具有多对多联系。记为 m:n 实例课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程1.2.1.2 概念模型的表示方法 实体联系方法(E-R 方法) 用 E-R 图来描述现实世界的概念模型 E-R 方法也称为 E-R 模型 实体 用矩形表示，矩形框内写明实体名。 属性 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来 联系 联系本身：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n 或 m:n） 联系的属性：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来

12、 例 1-1：E-R 图实例：某工厂物资管理 E-R 图,涉及的实体有：仓库: 仓库号、面积、电话号码零件: 零件号、名称、规格、单价、描述供应商: 商号、姓名、地址、电话号码、帐号项目：项目号、预算、开工日期职工：职工号、姓名、年龄、职称。相互间的联系是：1、一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中，因此仓库和零件具有多对多的联系。用库存量来表示某种零件在某个仓库中的数量。2、一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作，因此仓库和职工之间是一对多的联系。3、职工之间具有领导-被领导关系。74、供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系。即一个供应商可以供给若干项

13、目多种零件，每个项目可以使用不同供应商供应的零件，每种零件可由不同供应商供给,用供应量来表示每次供应的数量。设计其物资管理 E-R 图如下：工厂物资管理 E-R 图【思考与练习】 根据以下信息建 E-R 图 学生，包括学号，姓名和性别 教师，包括教师编号，姓名和年龄 教材，包括书号，书名和价格 课程，包括课程号和课程名 教师可能教几门课程，使用相同或不同的教材。一门课程可能有多个任课教师。 教师可以带多个学生，一个学生也有多个教师 学生分成组，小组内一个组长指导多个组员 学生可选修几门课程，每门课程都会有成绩。一门课程有许多学生选修1.2.3 组织层数据模型组织层数据模型，是从数据库系统中，数

14、据的组织方式角度来描述信息。81.2.3.1 应用于数据库的三类组织层数据模型层次模型 / 层次数据库网状模型 / 网状数据库关系模型 / 关系数据库1.2.3.2 组织层数据模型的三要素 数据结构 数据操作 数据的约束条件 1.3 关 系 模 型 最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的数据模型 1970 年由美国 IBM 公司 San Jose 研究室的研究员 E.F.Codd 提出1.3.1 关系数据模型的数据结构 在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。 学 生 登 记 表 学 号 姓 名 年 龄 性 别 系 名 年 级 9504 王 小 明 19 女 社

15、会 学 95 9506 黄 大 鹏 20 男 商 品 学 95 9508 张 文 斌 18 女 法 律 学 95 1.3.2 关系模型的基本概念 关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表。 元组（Tuple）表中的一行即为一个元组。 属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。 码（Key）表中的某一个属性或属性组，它可以唯一确定一个元组。 域（Domain）属性的取值范围。 分量元组中的一个属性值。 关系模式对关系的描述关系名（属性 1，属性 2，属性 n）例如：学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）13.3 概念模型向组织层模型的转换设计 实体及实体间的联系的表示方法 实体型：直接用关系模式（表）表示。 属性：用属性名表示。 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。9 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 多对多联系：直接用关系表示。例 1 学生、系、系与学生之间的一对多联系：学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）系 (系号，系名，系主任，办公地点)例 2 系、系主任、系与系主任间的一对一联系系 (系号，