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1、数据库原理与应用,主编：王立,第一章 数据库应用基础,学籍管理系统案例分析,学习目标：,任务的提出,新学期开始了，学生晓灵被班主任良老师叫到了办公室。良老师说：“晓灵呀！咱们班的同学学习计算机知识有一段时间了。你作为咱们班的班长能不能利用所学到的计算机知识开发一个软件来管理咱们班的学生信息。这样一来，你既提高了专业知识水平和解决实际问题的能力，也更好地管理这咱们班，为同学提供更好地服务！如果这个软件做得好，我们还可以推广到整个年级、整个系乃至整个学院。”晓灵说：“做这个软件非常有意义，我非常愿意做这釿事。但就凭我目前所掌握的那点计算机知识来做这件事难度很大。”,需考虑的问题,要想实现这样的一个
2、系统，你首先应该考虑好以下几个问题： 第一，要确定这个系统的使用者，及其操作计算机的水平、能力和素质。 第二，要确定系统的用户对系统功能要求并且这些功能是否允许分期实现，从而确定系统的边界。 第三，确定系统的使用环境和运行环境。如系统是运行在单机上还是运行在网络中？系统可能在哪些操作系统上运行？ 第四，系统用户对系统的性能、稳定性有哪些要求？”,1.2 数据库系统概述,1.数据库系统的概念：数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统 2.数据库系统的发展,相关知识点,1.2.1 数据库系统的概念 1数据(DATA) 数据是指存储在某一种媒体上能够识别的物理符号。数据的概念包括两个方面：其一是描述
3、事物特性的数据内容；其二是存储在某一种媒体上的数据形式。,2数据库(Data Base，简称DB) 数据库指长期存储在计算机内有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。,3数据处理 数据处理是指对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总和。其目的之一是从大量的、原始的数据中抽取、推导出对人们有价值的信息以作为行动和决策的依据；目的之二是为了借助计算机技术科学地保存和管理复杂的、大量的数据，以便人们能够方便而充分地利用这些宝贵的信息资源,4数据库技术 数据库技术是研究数据库结构、存
4、储、设计、管理和使用的一门软件科学。数据库技术是使数据能按一定格式组织、描述和存储，且具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性，并可为多个用户所共享的技术。,5数据库管理系统(Data Base Management System,DBMS) 数据库管理系统指位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。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。数据库管理系统使用户能方便地定义数据和操纵数据，并能够保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统恢复，它的职能是有效地组织和存储数据、获取和管理数据，接受和完成用户提出的访问数据的各种请求,6数据库系统(Da
5、ta Base System，简称DBS) 数据库系统指在计算机系统中引入数据库后构成的系统，一般由数据库、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。,最终用户 专业用户 数据库管理员,各系统间的关系图,1.2.2 数据库系统的发展,第一代：层次和网状数据库系统 第二代：关系数据库系统 第三代：以面向对象数据模型为主要特征的数据库系统,1.3 信息描述与数据模型,所谓信息是客观事物在人类头脑中的反映。人们可以从现实世界中获得各种各样的信息，从而了解世界并且相互交流。但是信息的多样化特性使得人们在描述和管理这些数据时往往力不从心，因此人们把表示事物的主要特征抽象地用一种形
6、式化的描述表示出来，模型方法就是这种抽象的一种表示。信息领域中采用的模型通常称为数据模型。 根据模型应用的不同目的，可以将模型分为两类或者说两个层次：一是概念数据模型(也称信息模型)，是按用户的观点来对数据和信息建模；一是逻辑数据模型(如网状、层次、关系模型)，是按计算机系统的观点对数据建模,1.3.1 数据模型及其三要素,数据结构 数据结构是对系统静态特性的描述。 数据操作 数据操作是指对数据库中各种对象实例所允许执行操作的集合，包括操作和有关的操作的规则。 数据的完整性约束 数据的约束条件是完整性规则的集合，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、有效和相容。,1
7、.3.2 数据模型的分类,概念数据模型 逻辑数据模型 物理数据模型,1.3.3概念模型及其表示方法,概念模型是对现实世界的抽象反映，它不依赖于具体的计算机系统，是现实世界到数据世界的一个中间层次， 如图1.1所示。,1.信息实体的概念,实体：实体是客观存在并可相互区分的事物。 属性：属性是实体所具有的特性。一个实体可以由若干个属性来描述。 键：能够惟一标识实体的属性集称为键，也叫关键字。 实体集：具有相同属性的实体的集合称为实体集。 联系：现实世界中事物之间的联系必然要在信息世界中加以反映。包括两类联系：一个是实体内部的联系，是指实体各个属性之间的联系；一个是实体之间的联系。,2.实体间的联系
8、,一对一的联系(1:1)：如果实体集E1中的每一个实体至多和实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然，那么实体集E1与E2的联系称为“一对一联系”记为1:1。例如，每个学生都有一个学号，每位学生和学号之间具有一对一联系。,一对多联系(1:M)：如果实体集E1中的每个实体可以与实体集E2中的任意个（零个或多个）实体间有联系；而实体集E2中的每个实体至多与实体集E1中一个实体有联系，那么称实体集E1与实体集E2的联系是“一对多联系”，记为1:M。例如，一个班级内有多名学生，而一名学生只属于一个班。班级与学生之间具有一对多联系。,多对多联系(M: N)。如果实体集E1中的每个实体可以与实体集E2中的任
9、意个（零个或多个）实体间有联系，反之亦然，那么称E1与E2具有多对多联系，记为M: N。例如，学生在选课时，一个学生可以选修多门课程，一门课程也可以被多名学生选修，则学生和课程之间具有M: N联系,3.E-R模型,模型，特别是具体的实物模型，人们并不陌生。例如，一张地图、一组建筑设计沙盘、一架精致的航模飞机，都是具体的模型。一眼望去，就会使人联想到真实生活中的事物。模型是现实世界特征的模拟和抽象。要将现实世界转变为机器能够识别的形式，必须经过两次抽象，即使用某种概念模型为客观事物建立概念级的模型，将现实世界抽象为信息世界，然后再把概念模型转变为计算机上某一DBMS支持的数据模型，将信息世界转变
10、为机器世界,概念模型的表示方法很多，其中最为著名、最为常用的是PPSChen于1976年提出的实体联系方法(Entity-Relationship Aprroach)。该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型，E-R方法也称为E-R概念模型。,实体联系图(ER图)是抽象描述现实世界的有力工具。它通过画图将实体以及实体间的联系刻画出来，为客观事物建立概念模型。下面以某学校计算机系的教学管理为例，说明实体联系图的建立方法。,E-R图表示方法,E-R图设计案例,为了简单起见，假设该计算机系教学管理所涉及的实体有： 1)教师。属性有教师号、姓名、性别、年龄、职称、专业，其中教师号是码。 2)学生。属性
11、有学号、姓名、性别、年龄、籍贯、专业，其中学号是码。 3)课程。属性有课程号、课程名、学时数、学分、教材，其中课程号是码。,假设这些实体之间存在如下联系： 1)一个教师可以讲授多门课程，一门课程可以被多位教师讲授，即教师和课程之间是多对多的联系。该联系也可以表示为一个实体，这里将教师与课程之间的联系命名为授课，假设其属性有教师号和课程号，它们分别是教师实体和课程实体各自的码。,2)一个学生可以选修多门课程，一门课程可以被多位学生选修，即学生和课程之间是多对多的联系。这里将学生与课程之间的联系命名为选课，该联系也可以表示为一个实体。假设其属性有学号、课程号和成绩。学号和课程号组成码。其中学号和课
12、程号分别是学生实体和课程实体各自的码，成绩是该联系特有的属性。,3)在某个时间和地点，一位教师可指导多位学生，但每个学生在某个时间和地点只能被一位教师指导，即教师和学生之间是一对多的联系。这里把教师和学生之间的联系命名为指导，其属性有教师号、时间和地点等,E-R图设计规定,在E-R图中规定： 1)用长方形表示实体，在框内写上实体名。 2)用椭圆形表示实体的属性，并用线段把实体与其属性连接起来。,3)用菱形表示实体之间的联系，菱形内写上联系名。用线段把菱形与有关的实体连接，在线段旁标上联系的类型。若实体之间的联系也有属性(实体以外的属性)，则把属性和菱形也用线段连接起来,教师实体图,学生实体图,
13、课程实体图,实体联系图,关系模型是用规范的二维表结构来表示实体以及实体间联系的模型，由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性规则三部分组成。关系数据结构就是由一组关系结构组成的集合，,1.4关系模型与关系数据库,1.关系模型的数据结构,关系模型的数据结构由规范的二维表结构组成。在关系模型中，将规范的二维表称为关系。每个关系由关系名、关系结构和关系实例组成，对应规范的二维表中的表名、表框架（表头）和表中的行。一个规范的二维表由行和列组成，除第一行（表头）以外，表的每一行称为一个记录（或称为元组）；表中的每一列称为一个字段（或称为属性），每个字段有字段名、字段数据类型和宽度，字段的取值范围称为值域
14、。表头的各列给出了各个字段的名字,2.表（关系）的性质,关系模型要求关系数据库中的表必须具有如下性质： 表中的每个字段值必须是一个值，不能是值的集合。 字段必须是同质的，即同一字段的各个值应是同类型的数据。 在同一个表中不能出现相同的字段名。 表中不允许有完全相同的记录，即每行记录必须是唯一的。 在一个表中记录的次序是任意的。 在一个表中字段的次序是任意的。,3.超键、关系键、候选键和主键,在表中能唯一标识记录的字段组合称为该表的超键。 在表中能唯一标识记录且不包括多余字段的字段组合称为该表的关系键。当某些表中具有关系键特性的最小字段组合有多个，即一个表中有多个关系键时，那么这些关系键都称为该
15、表的候选键。 为了唯一地标识表中的每一个记录，保证记录的唯一性，每个表都必须选择一个候选键作为主键。每个表只能有一个主键。对于任意一个表，主键一经选定，通常是不能随意改变的。主键也称为主关系键、键或主码。,1.4.2 关系模式和关系数据库,1关系模式 关系模式是对关系结构（表结构）的描述；关系则是关系模式在某一时刻存储的值，其值是动态的、随时间不断变化的。 在具体的关系数据库管理系统中，使用关系数据库管理系统提供的SQL 语言的CREATE TABLE语句来定义关系模式的名称、关系中的字段、字段类型、宽度、完整性约束等，将定义的语句称为该关系的关系模式。为了便于讨论和描述，关系模式可以表示为：
16、 关系名（字段名1,字段名2, ,字段名n ) 其中关系键用下画线标出，n是关系的目（也可称为度）。,2关系数据库模式 关系数据库模式是对关系数据库结构的描述，是由一组关系模式组成的集合。一个关系数据库的结构对应一个具体的关系模型。上面给出的学生关系模型中STUDENT、COURSE和GRADE关系的结构的可用下面的一组关系模式表示： STUDENT（学号，姓名，年龄，性别，系名） COURSE（课程号，课程名，学时数，任课教师） GRADE（学号，课程号，成绩）,1.4.3 关系的完整性规则,关系模型的完整性规则是用来约束关系的，以保证数据库中数据的正确性和一致性。关系模型的完整性共有三类：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。数据完整性由实体完整性和参照完整性规则来维护，实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，由关系数据库管理系统自动支持,1. 实体完整性,实体完整性规则：若属性A是基本关系R的主键，则属性A不能取空值。对于实体完整性的说明如下： 一个基本关系对应着一个现实世界的实体集。 现实世界中的实体是可区
