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1、第三篇第三篇 数据库技术数据库技术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第三篇第三篇 数据库技术数据库技术n第一章 数据库概述n第二章 关系数据库n第三章 关系数据库标准语言SQLn第四章 关系数据库设计n第五章 数据库应用系统的设计与实现数据库举例数据库举例例子1 ：Mary Richards 房屋粉刷房屋粉刷n个体户个体户n单用户数据库单用户数据库n3张表张表(顾客顾客, 业务业务, 信源信源)n需要数据需要数据:n记录和跟踪她的业务记录记录和跟踪她的业务记录n记录
2、报价估计记录报价估计n跟踪相关信源跟踪相关信源n提供邮寄标签提供邮寄标签n建立输入窗体建立输入窗体n输出报表输出报表Mary Richards的表的表信源顾客业务数据库举例数据库举例例子例子2 Treble Clef Music（乐器出租店）（乐器出租店）n多用户数据库多用户数据库在局域网（店经理、销售员）在局域网（店经理、销售员）n3张表张表(客户客户, 乐器乐器, 租赁租赁)n需要数据需要数据:n跟踪乐器租赁跟踪乐器租赁n处理多客户同时租赁同一件乐器处理多客户同时租赁同一件乐器客户窗体客户窗体1维护客户数据维护客户数据租赁协议窗体租赁协议窗体2记录租赁情况记录租赁情况乐器窗体乐器窗体3乐器
3、数据及租赁历史乐器数据及租赁历史n使使用者想要到看的是报告用者想要到看的是报告, 窗体和窗体和查询结果查询结果n而不是而不是简单的数据简单的数据。n目标：了解并掌握设计和创建上目标：了解并掌握设计和创建上述类似的数据库和应用程序的基述类似的数据库和应用程序的基本方法。本方法。第一章第一章 数据库概述数据库概述n1.1 数据管理技术的产生和发展n1.2 数据库系统简介n1.3 常用数据模型n1.4 数据库应用结构1.1 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展n什么是数据管理n对对数数据据进进行行分分类类、组组织织、编编码码、存存储储、检检索索和和维维护护，是数据处理的中心问题是数据处理
4、的中心问题n数据管理技术的发展过程n人工管理阶段人工管理阶段(40年代中年代中-50年代中年代中)n文件系统阶段文件系统阶段(50年代末年代末-60年代中年代中)n数据库系统阶段数据库系统阶段(60年代末年代末-现在现在)应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(人工管理人工管理) 应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集n.人工管理人工管理l应用程序，数据不保存l无直接存取存储设备l没有操作系统文件处理系统文件处理系统n数据冗余度大数据冗余度大n数据文件间是独立的数据文件间是独立的n重复的重复的n程序与数据不独立程序与数据不独立n例身份证号
5、位数扩大例身份证号位数扩大n数据的不完整性数据的不完整性应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(文件系统文件系统)n缺乏对数据有效缺乏对数据有效统一的控制统一的控制数据可长期保存应用程序、应用程序、DBMS、DB的对应关系的对应关系(数据库系统数据库系统)数据库系统（数据库系统（DBS）特点：特点：数据是集成的数据是集成的数据冗余少数据冗余少程序程序/数据独立性数据独立性易于提供安全保障易于提供安全保障容易提供符合用户容易提供符合用户不同要求的信息不同要求的信息。高级语言中嵌 入数据库的操作提供数据库语言，完成数据的定义和访问数据库系统的构成数据库系统的构成1.2 数据库系统简介数据
6、库系统简介一、数据库一、数据库n数据库：是自描述的集成记录的集合。n用户数据（用户的表）n元数据（关于结构的描述）n应用元数据（窗体、查询、报表等应用组件）n索引信息用户数据：大多数数据库把用户数据表示为关系。列：属性，行：对应业务环境中实体的记录 元数据：关于结构的描述客户窗体客户窗体1维护客户数据维护客户数据应用元数据：窗体、报表、查询等应用组件二、数据库管理系统（二、数据库管理系统（DMS）n设计工具子系统n产生表、窗体、查询、报表的工具n提供编程语言和对编程语言的接口n运行子系统n处理用设计工具开发的应用组件n例：在运行期打开窗口时，自动将数据从表中提出，并显示在窗体上。nDBMS引擎
7、n从上两个组件接受请求（根据表、行和列声明），并把它们翻译成对操作系统的命令，以便读写物理介质上的数据。三、创建数据库三、创建数据库表：用表存储数据数据库模式定义了数据库的结构、表、关系、域和业务规则。数据库模式是一种设计，数据库和应用正式建立在此基础上的。一个模式的例子：学生学生(学号，姓名，所在系学号，姓名，所在系)系系(所在系，系主任姓名所在系，系主任姓名) 两个表：联系： 系学生 1对多 1：n 域：是一列可以拥有的集合。业务规则：反映在数据库和数据库应用程序中的业务活动的约束 例：学号唯一性。n创建表定义联系四、四、应用组件应用组件（Components of Application
8、s）nForms：用窗体查看、添加和更新表中的数据。 nQueries：用查询查找和检索所需的数据。 nReports：用报表以特定的版式分析或打印数据。 nMenus：用菜单组织应用组件。nApplication Programs：可用特定于DBMS的语言编写（SQL)，也可通过预定义的编程接口的标准语言(如：VB）编写。A Browser Data Entry Form窗体窗体Forms用窗体查看、添加和更新表中的数据。 1. 图形元素（如线条、矩形）存储在窗体的设计中。2. 来自基础记录源中的字段。3. 计算结果来自存储在报表设计中的表达式。4. 说明性文本存储在窗体的设计中。用窗体查看
9、、添加和更新表中的数据。 窗体窗体Forms查询查询QueriesA Query in Microsoft Access用查询查找和检索所需的数据。 报表报表ReportA Report in Microsoft Access用报表以特定的版式分析或打印数据菜单菜单MenuA Menu in Microsoft Access用菜单组织应用组件1.3 数据模型数据模型n在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示抽象、表示和处理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n数据模型应满足三方面要求n能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界n容容易易为人所为人所理解理解n便
10、于在计算机上便于在计算机上实现实现数据模型数据模型(续续)n数据模型分成两个不同的层次(1) 概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。对数据和信息建模。 (2) 数据模型数据模型 主要包括网状模型、层次模型、关系主要包括网状模型、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模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。 数据模型数据模型(续续)n客观对象的抽象过程-两步抽象n现实世界中的客观对象抽象为概念模型；现实世界中的客观对象抽象为概念模型；n把概念模型转换为某一把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。
11、概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。数据模型数据模型(续续)n数据建模：根据用户的数据视图建立系统模型的过程 n常用的数据建模工具：n实体联系（E-R）模型n语义对象模型n数据模型三要素：数据结构数据操作完整性约束1976年提出1988年提出对象数据类型的集合，记录、数据项和类型各种对象的实例数据允许执行的操作的集合完整性规则的集合1.3.1 数据模型数据模型 n非关系模型非关系模型n层次模型（层次模型（Hierarchical Model）n数据结构：树n网状模型网状模型(Network Model )n数据结构：图n关系模型关系模型(Relational Model) n数据结构：
12、表n面向对象模型面向对象模型(Object Oriented Model）n数据结构：对象一、层次模型一、层次模型n层次模型：一棵倒置的树层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构层次模型的优缺点层次模型的优缺点n优点n层层次次数数据据模模型型简简单单，对对具具有有一一对对多多的的层层次次关关系系的的部部门描述自然、直观，容易理解门描述自然、直观，容易理解n性能优于关系模型，不低于网状模型性能优于关系模型，不低于网状模型n层次数据模型提供了良好的完整性支持层次数据模型提供了良好的完整性支持n缺点n多对多联系表示不自然多对多联系表示不自然n对插入和删除操作的限制多对插入和删除操作的限制多n查询
13、子女结点必须通过双亲结点查询子女结点必须通过双亲结点n层次命令趋于程序化层次命令趋于程序化典型的层次数据库系统：典型的层次数据库系统：IMS数据库管理系统n特点：n是一个数据结点有不止一个父结点二、二、网状数据模型网状数据模型网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构网状模型的优缺点网状模型的优缺点n优点n能能够够更更为为直直接接地地描描述述现现实实世世界界，如如一一个个结结点点可可以以有有多个双亲多个双亲n具有良好的性能，存取效率较高具有良好的性能，存取效率较高n缺点n结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终
14、用户掌握的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握nDDL、DML语言复杂，用户不容易使用语言复杂，用户不容易使用典型的网状数据库系统：典型的网状数据库系统：DBTG系统系统n关系模型：关系数据形式上是一个二维表（table），表描述了一类应用对象的实例状态，表中的数据要满足完整性约束要求关系型数据库实例学生花名册三、关系数据模型三、关系数据模型关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构(续）续）n关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。可分的数据项。关系模型的优缺点关系模型的优缺点n优点
15、n建立在严格的数学概念的基础上建立在严格的数学概念的基础上n概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用n实体和各类联系都用关系来表示。实体和各类联系都用关系来表示。n对数据的检索结果也是关系。对数据的检索结果也是关系。n关系模型的存取路径对用户透明关系模型的存取路径对用户透明n具有更高的数据独立性，更好的安全保密性具有更高的数据独立性，更好的安全保密性n简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作n缺点存取路径对用户透明导致存取路径对用户透明导致查询效率查询效率往往不如非关系数据模型往往不如非关系数据模型典型的关系数
16、据库系统典型的关系数据库系统ORACLE 、SYBASE、INFORMIXDB/2、SQL Server、ACESS 四、四、对象模型对象模型n对象模型对象模型:以对象模型组织的数据库叫面向对象数据库以对象模型组织的数据库叫面向对象数据库n对象对象: :封装了数据和操作，子对象继承父对象的数据和操封装了数据和操作，子对象继承父对象的数据和操作，类对象定义封装和继承的形式，每个实例对象作，类对象定义封装和继承的形式，每个实例对象只存储各属性的数据，当向该实例对象发消息时，只存储各属性的数据，当向该实例对象发消息时，根据实例对象查出其类对象，从中找出方法并检查根据实例对象查出其类对象，从中找出方法
17、并检查无误后以实例对象的数据处理该消息。无误后以实例对象的数据处理该消息。n对象式数据库的特性：对象式数据库的特性：检索效率高、自然合理检索效率高、自然合理1.3.2 概念模型概念模型n概念模型的用途n概念模型用于信息世界的建模概念模型用于信息世界的建模n是现实世界到机器世界的一个中间层次是现实世界到机器世界的一个中间层次n是数据库设计的有力工具是数据库设计的有力工具n数据库设计人员和用户之间进行交流的语言数据库设计人员和用户之间进行交流的语言n对概念模型的基本要求n较较强强的的语语义义表表达达能能力力，能能够够方方便便、直直接接地地表表达达应应用用中的各种语义知识中的各种语义知识n简单、清晰
18、、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解。一、信息世界中的基本概念一、信息世界中的基本概念 (1) 实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称客观存在并可相互区别的事物称为实体。为实体。可以是具体的人、事、物或抽象可以是具体的人、事、物或抽象的概念的概念。(2) 属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。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一个实体可以由若干个属性来刻画。画。 (3) 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。唯一标识实体的属性集称为码。(4) 域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域属性的取值范围称为该属性的域。 (5) 实
19、体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻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画。同类实体称为实体型(6) 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集同型实体的集合称为实体集(7) 联系（Relationship） 现实世界中现实世界中事物内部以及事物之间的事物内部以及事物之间的联系联系在信息世界中反映为在信息世界中反映为实体内部的实体内部的联系和实体之间的联系联系和实体之间的联系n 一个课程关系的例子四个属性四个属性六六个个元元 组组候选码候选码主码主码或关键字（Key）或 主码码：唯一标识实体的属性集称为：唯一标识实体的属性集称为关键字
20、。 实体所具有的某一特实体所具有的某一特性称为性称为属性属性n主码是由现实世界的实际情况决定的。n数据库开发者必须通过了解用户的实际情况来决定哪些属性可做主关键字属性主码属性主码主码联系的表示方法示例联系的表示方法示例班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系两个实体型间的联系两个实体型间的联系联系的表示方法示例联系的表示方法示例(续续)职工职工领导领导1n同一实体型内同一实体型内部的部的1:n联系联系课程课程讲授讲授教师教师1m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系参考书参考书n二、二、 概念模
21、型的表示方法概念模型的表示方法n概念模型的表示方法很多n实体联系方法(E-R方法)n用E-R图来描述现实世界的概念模型nE-R方法也称为E-R模型E-R图图n实体型n用矩形表示，矩形框内写明实体名。学生学生教师教师E-R图图(续续)n属性n用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名E-R图图(续续)n联系联系n联系本身：用菱形表示，菱形框内用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（标上联系的类型（1:1、1:n或或m:n） n联系的属性
22、：联系本身也是一种实联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联体型，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系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来向边与该联系连接起来 课程课程选修选修学生学生mn成绩成绩联系属性的表示方法联系属性的表示方法1.4 数据库应用结构数据库应用结构数据库系统外部的体系结构从数据库最终用户角度看n单用户结构n多用户结构n集中式结构n分布式结构n客户/服务器结构（C/S）n浏览器/服务器结构（B/S）一、一、 单用户应用结构单用户应用结构n整个数据库系统(应用程序、DBMS、数据)装在一台计算机上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据
23、。n早期的最简单的数据库系统二、多用户结构二、多用户结构集中式应用结构集中式应用结构n一个主机带多个终端的多用户结构n数据库系统，包括应用程序、DBMS、数据，都集中存放在主机上，所有处理任务都由 主机来完成n各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，共享数据资源三、多用户结构三、多用户结构分布式结构分布式结构n数数据据库库中中的的数数据据在在逻逻辑辑上上是是一一个个整整体体，但但物物理理地分布地分布在计算机网络的不同结点上。在计算机网络的不同结点上。n优点n适适应应了了地地理理上上分分散散的的公公司司、团团体体和和组组织织对对于于数数据据库库应用的需求。应用的需求。n缺点n数数据据的的分分布布
24、存存放放给给数数据据的的处处理理、管管理理与与维维护护带带来来困困难。难。n当当用用户户需需要要经经常常访访问问远远程程数数据据时时，系系统统效效率率会会明明显显地受到网络传输的制约。地受到网络传输的制约。 浏览器浏览器/ /服务器服务器(B/S)(B/S)结构结构n客户机端仅安装通用的浏览器软件实现同用户的输入/输出，而应用程序在服务器端安装和运行。n服务器端，除了有DB服务器保存数据并运行基本的DB操作外，还有称作应用服务器的服务器来处理客户端提交的处理要求。即C/S结构中客户端运行的程序转移到了应用服务器中。n应用服务器充当客户机与DB服务器的中介，架起用户界面同DB之间的桥梁,故也称为
25、三层结构。四、四、多用户结构多用户结构客户服务器（客户服务器（C/SC/S）结）结构构n把DBMS功能和应用分开n服服务务器器：网网络络中中某某个个（些些）结结点点上上的的计计算算机机专专门门用用于执行于执行DBMSDBMS功能，称为功能，称为数据库服务器数据库服务器，简称服务器，简称服务器n客客户户端端：其其他他结结点点上上的的计计算算机机安安装装DBMSDBMS的的外外围围应应用用开发工具，用户的应用系统，称为开发工具，用户的应用系统，称为客户机（客户端）客户机（客户端）请求结果主流的产品主流的产品：SQL Server、Sybase、Oracle、Informix和和IBM的的DB2客户
26、服务器结构的优点客户服务器结构的优点n客客户户端端的的用用户户请请求求被被传传送送到到数数据据库库服服务务器器，数数据据库库服服务务器器进进行行处处理理后后，只只将将结结果果返返回回给给用用户户，从从而而显显著著减少了数据传输量减少了数据传输量n数据库更加开放数据库更加开放n客客户户与与服服务务器器一一般般都都能能在在多多种种不不同同的的硬硬件件和和软软件件平台上运行平台上运行n可以使用不同厂商的数据库应用开发工具可以使用不同厂商的数据库应用开发工具客户服务器结构的缺点客户服务器结构的缺点“胖客户胖客户”问题：问题：n系统安装复杂系统安装复杂，工作量大。，工作量大。n应用维护困难应用维护困难，
27、难于保密，造成，难于保密，造成安全性差安全性差。n相相同同的的应应用用程程序序要要重重复复安安装装在在每每一一台台客客户户机机上，从系统总体来看，大大上，从系统总体来看，大大浪费了系统资源浪费了系统资源。五、五、多用户结构多用户结构浏览器/服务器(B/S)结构浏览器/WWW服务器/数据库服务器结构示意图n实现三层结构的软件：n客户端：客户端：实现同用户的输入/输出（“瘦客户瘦客户”）n例：浏览器 Microsoft IEn应用服务器：应用服务器：应用服务器的服务器来处理客户端提交的处理要求n例：Web服务器有Microsoft的IIS（Internet Information Server）等
28、nDBDB服务器：服务器：保存数据并运行基本的DB操作n例：数据库有Microsoft SQL Server等都可作为服务器端的DBMS小结小结n数据库系统构成数据库系统构成：（DBMS、DB、应用程序、开发及使用人员）n数据库的特点：数据库的特点：（自描述的、集成记录的集合）n模型：模型：（对现实世界的模拟）n数据模型：面向计算机系统（关系、层次、网状、对象）n概念模型：面向用户n数据建模：数据建模：建立概念模型的过程n实体-联系（E-R） 模型、语义对象模型n数据模型三要素：数据模型三要素：n数据结构、数据操作、数据完整性约束n数据库应用结构数据库应用结构n单用户结构、集中式结构、分布式结构、客户/服务器结构（C/S）、浏览器/服务器结构（B/S）
