数据库原理与应用讲义

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1、数据库原理与应用,课程介绍,1.数据库作为信息处理最先进的技术和最有效的工具，则从一般的大型软件发展成为了现代计算环境的核心技术。数据库是整个社会信息资源开发利用的基础，各行各业均需应用信息系统，而数据库是信息系统的核心。 2.国际互连网络的信息系统和动态网页发布同样离不开数据库技术的支持 3.鉴于数据库技术的重要的学术地位和广泛的实际应用范围，“数据库原理与应用”则成为计算机专业、软件学专业信息专业和电子商务等多个专业的必修课程。,学习目的,通过本课程的学习，能对数据库技术及其应用系统有一个较全面的认识。 掌握数据库系统的基本概念、原理和方法。 学会运用规范化的数据分析方法从实例出发、分析、

2、抽象、设计，最终在一种关系数据库管理系统上实现对数据库的建立及基本操作。,学前准备及学习方法,1.数据库原理及应用课程的先修课程为操作系统、数据结构和编译原理。是一个复杂而综合的软件系统。对于学习者来说，如果能够了解操作系统、数据结构、编译原理等知识对于学习数据库课程是大有好处的 . 2.需要首先了解数据库是什么？能干什么？如何使用等基本问题，然后在“做中学”即选择一个数据库管理系统产品，完成一个简单的、接近于社会或生活实际问题的管理应用系统，在实践过程中领会和加深对数据库原理的理解，并用学到的数据库原理，指导数据库应用系统的设计和实现。,课程重点、难点,数据库技术的应用是三分技术，七分设计，

3、关键的工作是设计合理、好用、效率高的数据库。数据库应用系统的设计者必须灵活地运用数据库理论，根据实际情况决定创建什么样的数据库，库中包括什么信息，信息之间如何联系，以及数据库模式应该达到那个级别的范式等。 数据库原理与应用课程的目的是培养学生具有这样的能力：在事务用户和计算机之间架起桥梁，开发出满足用户使用的、操作简便、功能齐全、运行效率高的应用系统。为达此目的，学生必须深刻领会数据库原理的本质，还要善于从管理的对象中，抽取出有用信息，并建立数据模型。而此能力不是靠知识的记忆，应该是知识的综合利用。,数据库到底有哪一些知识层面呢？,编程：编程相对比较简单，只要索引的使用合法，尽量提高程序的效率

4、，事务完整，没有逻辑错误就差不多了. 数据库结构的设计：数据库设计不是创建几个表那么简单，连一个数据类型都会关系到系统的性能，比如用int型就比char型查找起来快. 数据库设备空间配置：涉及到怎么把数据库设备创建到几个物理硬盘，采用裸设备方式还是采用操作系统文件方式 . 系统调优：包括共享内存参数管理，日志大小、及安全考虑（如采用镜像）、IO配置、CPU配置及页面调配设置等等。,教材和参考书目,教材 高凯等:数据库原理与应用，电子工业出版社,2011年 参考书目 萨师煊，王珊:数据库系统概论(第四版)，高等教育出版社，2006年 Jeffrey.D.Ullman, Jennifer Wido

5、m:A First Course in Database Systems,Dept. Of Computer Science Stanford University,内容安排(1), 基础篇 第一章：绪论 第二章：关系数据库基础 第三章：关系数据库标准语言SQL 第四章：规范化理论 第五章：数据库设计 第六章：关系查询处理和查询优化 第七章：数据库完整性和安全性 第八章：数据库恢复和并发控制,内容安排(2), 实战篇（*） 第九章：数据库应用技术概述 第十章：ADO数据访问技术及操作 第十一章：ADO.NET数据访问技术及操作 第十二章：基于C#的数据库系统开发应用案例 第十三章：基于数据库的

6、Web应用程序开发 第十四章：基于数据库的全文检索技术及其应用,第一章 绪论,Introduction,本章要点,数据管理技术的产生和发展 数据库基本概念 数据模型 数据库系统的结构 数据库管理系统,1.1 数据管理技术的 产生和发展,1.1 数据管理技术的产生和发展(续),数据管理技术的发展过程 人工管理阶段(20世纪50年代中期以前) 文件系统阶段(20世纪50年代末-60年代中) 数据库系统阶段(20世纪60年代末-现在) 数据管理技术的发展动力 应用需求的推动 计算机硬件的发展 计算机软件的发展,1.1.1 人工管理阶段,时间： 20世纪50年代中期以前 应用背景：科学计算 硬件背景：

7、无直接存取存储设备,磁带、卡片、纸带 软件背景：无操作系统,只有汇编语言 数据处理方式：批处理,数据不保存 没有专用的软件对数据进行管理 应用程序管理数据，数据是程序的一部分 数据不共享 数据不具有独立性,DATA SEGMENTX DB -25RESULT DB ? DATA ENDS CODE SEGMENTASSUME S:DATA,CS:CODE START: MOV AX,DATAMOV DS,AX MOV AL,XTEST AL,80HJZ NEXT NEG AL NEXT: MOV RESULT,ALMOV AH,4CHINT 21H CODE ENDS END START,人工

8、管理数据的特点,应用程序与数据的对应关系,举例,1.1.2 文件系统阶段,时间： (20世纪50年代末-60年代中) 应用背景：科学计算、管理 硬件背景：出现直接存取存储设备 （磁盘、磁鼓） 软件背景：操作系统、文件系统 操作系统中已经有了专门的管理数据的软件(即文件系统) 数据处理方式：批处理、联机实时处理,文件系统管理数据的特点,数据可长期保存 由文件系统对数据的存取进行管理 文件组织多样化 程序与数据之间有一定独立性,应用程序与数据的对应关系,应用程序1,文件1,应用程序2,应用程序n,文件2,文件n,文件系统,文件系统阶段存在的问题,数据冗余度大，一致性差 数据联系弱 数据独立性差,举

9、例,1.1.3 数据库系统阶段,时间： (20世纪60年代后) 应用背景：大规模管理 硬件背景：大容量磁盘、价格下降 软件背景：数据库管理系统 数据处理方式：联机实时处理、分布处理,应用程序与数据的对应关系,数据库系统管理数据的特点,数据整体结构化 数据共享性高、冗余少，易扩充 数据独立性高 有统一的数据控制功能,数据整体结构化,例：学生人事记录,数据库系统：,文件系统：,例：学生人事记录实例,数据库系统中对数据的描述不仅要描述数据本身,还要描述各数据记录之间的联系。,例：教师记录,举例,学校管理系统,是指数据库中的数据与应用程序之间不存在依赖关系，而是相互独立的。 包括数据的物理独立性和数据

10、的逻辑独立性： 物理独立性 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。 逻辑独立性 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。 数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的,数据独立性高,数据的安全性（Security）保护 保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。数据的完整性（Integrity）检查 将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。并发（Concurrency）控制 对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。数据库恢复（Reco

11、very） 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。,统一的数据控制功能,1.2 数据库基本概念,四个基本概念,数据(Data) 数据库(DB) 数据库管理系统(DBMS) 数据库系统(DBS),1.2.1 数据 （Data）,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 文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等,数据举例,数据的含义称为数据的语义。 例如 93是一个数据 语义1：学生某门课的成绩 语义2：某人的体重 语义3：计算机系2003级学生人数 语义4：请同学给出。 数据和关于数据的语义是不可分的。,数据举例,学生档案中

12、的学生记录 （081637121，黎明，男，1987-5-11，计算机系） 语义：学生学号、姓名、性别、出生年月、所在院系 解释：黎明是个大学生，学号为081637121 ，1987年5月11日出生，在计算机系学习 请给出另一个解释和语义,1.2.2 数据库（DBDataBase）,数据库是一个长期存储在计算机内、有组织的、可共享的、统一管理的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，可以为各种用户共享。 数据库的基本特征 长期存储 有组织 可共享,1.2.3 数据库管理系统（DBMS）,DBMSDataBase Managemen

13、t System 什么是DBMS 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。 DBMS的用途 数据库在建立、运用和维护时由数据库管理系统统一管理、统一控制 DBMS的功能 定义数据和操纵数据 保证数据的安全性、完整性 多用户对数据的并发使用 发生故障后的系统恢复。,1.2.4 数据库系统,DBSDataBase System 什么是数据库系统 是指在计算机系统中引入数据库后的系统。 数据库系统的构成 数据库 计算机软件系统 计算机硬件系统 用户,数据库系统构成,用户,使用和管理数据库的人 分为三类： 终端用户 应用程序员 数据库管理员 决定数据库的结构和内容 定义数据的安全性和完整性 监督控制

14、数据库的使用和运行 改进和重新构造数据库系统,1.3 数据模型,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,1.3.1 数据模型的组成要素,数据结构 数据操作 数据的约束条件,1. 数据结构 (最重要),什么是数据结构 对象类型的集合 两类对象 与数据类型、内容、性质有关的对象 与数据之间联系有关的对象 数据结构是对系统静态特性的描述,2. 数据操作,数据操作 对数据库中各种对象的实例允许执行的操作及有关的操作规则 数据操作的类型 检

15、索 更新（包括插入、删除、修改） 数据模型对操作的定义 操作的确切含义 操作符号 操作规则（如优先级） 实现操作的语言 数据操作是对系统动态特性的描述。,3. 完整性约束,数据的约束条件 一组完整性规则的集合。 完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。 数据模型对约束条件的定义 反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。 提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。,1.

16、3.2 数据模型分类,根据应用目的，模型分为两个层次： 概念模型：独立于计算机系统，完全不涉及信息在计算机中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构，主要用于数据库设计。 代表：ER模型 结构数据模型：按计算机系统的观点对数据建模，是直接面向数据库的逻辑结构，主要用于数据库系统的实现。 代表：层次、网状、关系,客观对象的抽象过程,1.3.3 概念模型及表示方法,概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模 现实世界到机器世界的一个中间层次 数据库设计的有力工具 数据库设计人员和用户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、概念模型中的基本概念,实体 客观存在并可以相互区别的事物称为实体 例：一个学生、一个学校、一个操作流程 属性 实体所具有的某一特性称为属性 例：（081637121，黎明，男，1987-5-11 ） 码 唯一标识实体的属性集称为码。 例：学生实体的学号属性 域(Domain) 某个(些)属性的取值范围。 例：性别的域为（男，女）,