大学计算机基础_09数据库基础讲述

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1、第9章数据库基础 9.1数据库系统的基本概念 9. 2 数据模型 9.3 关系代数 9.4 数据库设计 习 题 * * 1 1 第9章 数据库基础 1 数据 数据（Data）实际上就是描述事物的符号记录。 2 数据库 数据库（Database ，简称DB）是数据的集合， 它具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内 ，是多种应用数据的集成，并可被各个应用程序所 共享。 9.1数据库系统的基本概念 9.1.1数据、数据库、数据库管理系统 Date2 第9章 数据库基础 3 数据库管理系统 数据库管理系统（Database Management System ，简称DBMS）是数据库的机构，它是一

2、种 系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数 据维护、控制及保护和数据服务等。 数据库管理系统是数据库系统的核心。 Date3 第9章 数据库基础 数据库管理系统提供： 数据定义语言（Data Definition Language 简称DDL ）。该语言负责数据的模式定义与数据的物理存取 构建。 数据操纵语言（Data Manipulations Language 简称 DML）。该语言负责数据的操纵，包括查询及增、 删、改等操作。 数据控制语言（Data Control Language 。简称DCL ）。该语言负责数据完整性、安全性的定义与检查 以及并发控制、故障恢复等功能。 Da

3、te4 第9章 数据库基础 4 数据库管理员 由于数据库的共享性，因此对数据库的规划、设 计、维护、监视等需要有专人管理，称他们为数据 库管理员（Database Administrator 简称DBA）。 5 数据库系统 数据库系统（Database System 简称DBS）由如 下几部分组成：数据库（数据）、数据库管理系统 （软件）、数据库管理员（人员）、系统平台之一 硬件平台（硬件）、系统平台之二 软件平 台（软件）。这五个部分构成了一个以数据库为核 心的完整的运行实体，称为数据库系统。 Date5 第9章 数据库基础 6 数据库应用系统（Database Application Sy

4、stem 简称DBAS ) 利用数据库系统进行应用开发可构成一个数据库应用系 统，数据库应用系统是数据库系统再加上应用软件 及应用界面这三者所组成，具体包括：数据库、数 据库管理系统、数据库管理员，硬件平台、软件平 台、应用软件、应用界面。 Date6 第9章 数据库基础 数据管理经历了三个阶段： 人工管理阶段：硬件无磁盘盘，直接存取 。 文件系统阶段：简单简单 的数据共享与数据管理能力 。 数据库系统阶段：统统一管理与共享数据 。 9.1.2 数据库系统的发展 Date7 第9章 数据库基础 9.1.3数据库系统的基本特点 1 数据的集成性：在数据库系统中按照多个应用的需 要组织全局的统一的

5、数据结构（即数据模式）。 2 数据的高共享性与低冗余性。 3 数据独立性： （1）物理独立性 （2）逻辑独立性 Date8 第9章 数据库基础 4 数据统一管理与控制： 包含以下三个方面： （l）数据的完整性检查: 数据的正确性； （2）数据的安全性保护： 防止非法访问； （3）并发控制： 控制多个程序同时访问。 Date9 第9章 数据库基础 9.1.4数据库系统的内部结构体系 三级模式： 外部级模式； 概念级模式； 内部级模式。 二级映射： 外部级到概念级的映射； 概念级到内部级的映射。 Date10 第9章 数据库基础 应用 外模式 （用户数据库） 应用 外模式 （用户数据库） 应用 外

6、模式 （用户数据库） 概念模式 （概念数据库） 内模式 （物理数据库） 数据库 外模式概念模式映射 概念模式内模式映射 DBA视图 用户视图 系统程序员视图 Date11 第9章 数据库基础 9. 2 数据模型 9.2.1数据模型的基本概念 数据模型是数据特征的抽象，数据模型可将现实世界要求反 映到数据库中的物理结构上。 现实世界：需用数据库实现部分需求。 信息世界：对现实世界进行抽象所构成的逻辑模型。 计算机世界 ：将信息世界描述转化成计算机物理结构上的描 述，从而形成物理模型。 Date12 第9章 数据库基础 数据模型所描述的内容有三个部分，它们是数据结构、 数据操作与数据约束。 （1）

7、数据结构：主要描述数据的类型、内容、性质以 及数据间的联系等。 （2）数据操作：主要描述在相应数据结构上的操作类 型与操作方式。 （3）数据约束：主要描述数据结构内数据间的语法、 语义联系，它们之间的制约与依存关系。 Date13 第9章 数据库基础 数据模型按不同的应用层次分成三种类型： 概念数据模型（概念模型）： 面向用户，与具 体的数据库管理系统无关。 逻辑数据模型（数据模型）: 面向数据库系统。 物理数据模型（物理模型）：面向计算机物理表 示。 Date14 第9章 数据库基础 9.2.2 E-R模型 E-R模型（entity-relationship model ） （实体联系模型）

8、 1. E-R 模型的基本概念 （l）实体 实体是概念世界中的基本单位，它们是客观存在的且又 能相互区别的事物。 实体集（entity set）：有共性的实体组成的集合。 Date15 第9章 数据库基础 （2）属性 属性刻画了实体的特征。 （3）联系 实体集间关系。有下面几种： 一对一的联系（1：1）； 一对多或多对一联系（1：M 或 M:1）； 多对多联系（M: N）。 Date16 第9章 数据库基础 2 . E-R 模型三个基本概念之间的联接关系 E-R 模型由上面三个基本概念组成。由实体、联系、属 性三者结合起来才能表示现实世界。 Date17 第9章 数据库基础 3 . E-R 模

9、型的图示法 E-R 模型可用图表示，这种图称为E-R图。 （1）实体集表示法： 用矩形表示实体集。 （2）属性表示法：用椭圆形表示属性。 （3）联系表示法： 菱形表示联系。 2 . E-R 模型三个基本概念之间的联接关系 由实体、联系、属性三者结合起来才能表示现实世界。 Date18 第9章 数据库基础 举例：假设在教学中有三个实体： n学生（学号，姓名，专业，年龄，性别） n教师（职工号，姓名，职称，年龄） n课程（课程号，课程名，学分，学时） 两个联系： u选课（学号，课程号） u教课（职工号，课程号） Date19 第9章 数据库基础 9.2.3层次模型 层次模型是最早发展起来的数据库模

10、型。 Date20 第9章 数据库基础 9.2.4网状模型 网状模型的出现略晚于层次模型， Date21 第9章 数据库基础 9.2.5 关系模型 1 关系的数据结构 关系模型采用二维表来表示，简称表。二维表由表框架及 表的元组组成。 表框架由n 个命名的属性组成，n 称为属性元数。每个属 性有一个取值范围称为值域。 一个元组是由n个元组分量所组成。一个表框架可以存放 m 个元组，m 称为表的基数。 上述二维表称为关系（Relation) ，以二维表为基本结构 所建立的模型称为关系模型。 学号姓名性别出生日期籍贯民族 0403101张平男02/18/86辽宁汉 0403102王芳女10/25/

11、86陕西汉 0403103刘岩男08/16/87吉林朝 0403104高丽女06/10/85广西壮 Date22 第9章 数据库基础 二维表的性质： 元组个数有限性。 元组的惟一性。 元组的次序无关性。 元组分量的原子性。 属性名惟一性。 属性的次序无关性。 分量值域的同一性。 学号姓名性别出生日期籍贯民族 0403101张平男02/18/86辽宁汉 0403102王芳女10/25/86陕西汉 0403103刘岩男08/16/87吉林朝 0403104高丽女06/10/85广西壮 Date23 第9章 数据库基础 在二维表中凡能惟一标识元组的最小属性集称为该表的键 （主键）或码（主码）。 表R

12、中的某属性集是某表S的键，则称该属性集为R的外键 或外码 。 关系框架与关系元组构成了一个关系。 一个语义相关的关系集合构成一个关系数据库。 关系的框架称为关系模式，而语义相关的关系模式集合构 成了关系数据库模式。 关系模式支持子模式，关系子模式对应用户数据库称视图 。 Date24 第9章 数据库基础 2 关系操纵 关系模型的数据操纵即是建立在关系上的数据操纵 ，一般有查询、增加、删除及修改四种操作。 3 关系中的数据约束 （l）实体完整性约束； （2）参照完整性约束； （3）用户定义的完整性约束。 Date25 第9章 数据库基础 9.3.1 关系模型的基本操作 设n元关系R 有n 个域:

13、 D1,D2， ，Dn 其笛卡尔积是：D1D2 Dn 该集合的元素为： ( d1,d2， ，dn）diDi 该集合与n 元关系R 有如下联系： ABC 100276.388.1 100388.255.0 100498.578.0 关系模型有插入、删除、修改和查询四种操作 9.3 关系代数 Date26 第9章 数据库基础 9.3.2 关系模型的基本运算 ABC 100243 100354 100444 ABC 100243 100555 （1）插入 设有关系R 需插入的元组为R 则插入可用集合并运算表示为 ： R U R RR R （2）删除 设有关系R 需删除的元组为R 则删除可用集合差运算

14、表示为 ： R - R Date27 第9章 数据库基础 （3）修改 要修改关系R 内的元组可用下面 的 方法实现： 设要修改的元组构成关系R， 则先做删除得： RR 设修改后的元组构成关系 R“ ， 此时将其插入即得到结果： （RR)R“ ABC 100243 100354 100444 ABC 100243 RR R ABC 100255 R“R“ Date28 第9章 数据库基础 用于查询的一些操作无法用传统的集合运算表示， 需要引入一些新的运算。 投影（Projection ）运算 关系 R ABC 100235 100323 100456 AB 10023 10032 10045 D

15、ate29 第9章 数据库基础 选择（selection）运算 关系 R ABC 100235 100323 100456 ABC 100235 100456 Date30 第9章 数据库基础 笛卡尔积（Cartesian Product ）运算 XY 23 32 ABCXY 1002131523 1002131532 1003121323 1003121332 1004151623 1004151632 S RS ABC 10021315 10031213 10041516 则R 与S的笛卡尔积RS是一个n + m 元关系， 元组个数是pq 。 R 设n 元关系R有p 个元组， m 元关系S

16、 有q 个元组， Date31 第9章 数据库基础 9.3.3 关系代数中的扩充运算 扩充运算有交、除、连接及自然连接等。 这些运算可由基本运算导出。 1. 交运算 关系R与S的交运算为RS 。 注： RS =R-(R-S) AB 10024 10035 10044 R AB 10024 10055 S AB 10024 RSRS Date32 第9章 数据库基础 2. 除（division）运算 当关系TRS 时， 则可将除运算写成为：TR = S 或T/R = S S称为T 除以R的商（quotient ）。 XY 23 32 ABCXY 1002131523 1002131532 1003121323 1003121332 1004151623 100415