1、 計算機導論揚州職業大學 第七章 數據庫技術學習目標了解數據庫的基本概念理解數據庫的體系結構和數據模型熟悉數據庫的設計方法任務1：了解數據庫的基本概念數據管理技術的發展 數據管理隨著計算機硬件和軟件的發展經歷了以下三個階段：人工管理階段、文件系統階段、數據庫系統階段。人工管理階段 這個時期數據管理的特點是：數據不保存。數據管理沒有統一的數據管理軟件。數據是面向應用程序的。應用程序依賴于數據，不具有數據獨立性，如果數據結構發生變化，應用程序常要做相應的修改。文件系統階段 這個時期數據管理的特點是：數據可以長期保存。由文件系統管理數據。 數據共享性差，冗余度大。數據獨立性差。 任務1：了解數據庫的

2、基本概念數據庫系統階段 與人工管理和文件系統相比，數據庫系統的特點主要如下：數據結構化。數據結構化是數據庫與文件系統的根本區別；數據的共享性高，冗余度低，易擴充。數據獨立性高。數據獨立性包括數據的物理獨立性和邏輯獨立性；數據由數據管理系統統一管理和控制。 任務1：了解數據庫的基本概念幾個與數據庫有關的概念數據(Data) 數據是數據庫中存儲的基本對象。數據可以定義為，描述現實世界中事物的符號記錄。 數據庫（Database，簡稱DB） 數據庫，通俗地說就是存放數據的倉庫。是一組相互聯系的若干文件的集合。 任務1：了解數據庫的基本概念 數據庫通常包含兩個部分的內容：按一定的數據模型組織并實際存儲

3、的所有應用需要的數據，這是用戶直接使用的；有關數據庫定義的數據，用于描述數據的結構、類型、格式、關系、完整性約束、使用權限等等。數據庫管理系統（Database Management System，簡稱DBMS） 數據庫管理系統是為數據庫的建立，使用和維護而配置的軟件，是專門用于數據管理的軟件。 任務1：了解數據庫的基本概念 數據庫管理系統還必須提供以下幾個方面的數據控制功能：數據的安全性保護。數據的完整性檢查。并發控制。數據庫恢復。 任務1：了解數據庫的基本概念數據庫系統（Database System，簡稱DBS） 數據庫系統是指具有管理和控制數據庫功能的計算機應用系統。其基本組成包括數據

4、庫、數據庫管理系統、支持數據庫運行的軟硬件環境、應用程序和數據庫管理員等。數據庫管理員（Database Administrator，簡稱DBA） 數據庫管理員是管理、維護數據庫系統的人員 。任務1：了解數據庫的基本概念任務2：理解數據庫體系結構與數據模型數據庫體系結構 數據庫系統的三級模式由內模式、概念模式和外模式組成，它們分別對應三級層次結構的內部層、概念層和外部層 。（如下圖）任務2：理解數據庫體系結構與數據模型概念模式 概念模式也稱為邏輯模式，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特性的描述，是所有用戶的公共視圖。外模式 外模式也稱為子模式或用戶模式，是數據庫用戶看到的數據視圖。在一般的DBM

5、S中都提供有相關的外模式描述語言（外模式DDL）。內模式 內模式也稱為存儲模式，具體描述數據在外部存儲器上如何組織存儲，它給出了數據庫物理存儲結構與物理存取方法。 任務2：理解數據庫體系結構與數據模型三級模式之間的映射 三個模式之間有著兩種映射，概念模式/外模式、概念模式/內模式映射。 通過這兩種映射，換來用戶使用數據庫的方便，最終把用戶對數據庫的邏輯操作轉換成數據庫的物理操作。用戶不必關心數據庫全局，更不必關心物理數據庫，它們之間的映射是有DBMS實現的，用戶看到的只是外模式。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型數據模型 數據模型是計算機世界中對數據的描述。 這種描述是一個逐步轉化的過程，它

6、分為兩個階段：首先是現實世界中客觀對象抽象為信息世界，然后將信息世界轉換為計算機世界 。 數據庫發展過程中，出現的數據模型主要有： 層次模型、網狀模型、關系模型和面向對象數據模型任務2：理解數據庫體系結構與數據模型概念模型中涉及的主要概念實體（Entity） 實體是客觀存在并可以相互區分的事物叫實體。屬性（Attribute） 屬性是實體所具有的特征，一個實體可以用多個屬性來刻畫。 聯系（Relationship） 聯系是實體集之間關系的抽象表示。 一般聯系有兩種：一是實體內部的聯系；一是實體之間的聯系。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型實體集之間的聯系可以分為三類： 一對一聯系（1：1）

7、若對于實體集A中的每一個實體，實體集B中之多有一個實體與之聯系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一的聯系，記為1：1。一對多聯系（1：n） 若對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有幾個實體（n0）與之聯系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯系，則稱實體集A與實體集B有一對多的聯系，記為1：n。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型多對多聯系（m：n） 若對于實體集A 中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n0）與之聯系，反之，對于實體集B中每一個實體，實體集A中有m個實體（m0）與之聯系，則稱實體集A與實體集B具有多對多聯系，記為m：n。ER圖（Enti

8、tyRelationship Diagram） ER圖是ER模型的圖形表示法，它是直接表示概念模型的有力工具。 實體集表示 在E-R圖中用矩形表示實體集，在矩形內寫上該實體集的名字 。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型屬性表示 在E-R圖中用橢圓形表示屬性，在橢圓形內寫上該屬性的名稱 。聯系表示 在E-R圖中用菱形表示聯系，在菱形內寫上關聯的名稱。關系模型 關系模型用二維表表示實體集，通過外部關鍵字來表示實體之間的聯系。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型 關系模型一般由三個部分組成：數據結構：數據庫中給所有數據及其相互聯系都被組織成關系的形式。數據操作：提供一組完備的關系運算（包括關系代數

9、和關系演算），以及支持對數據庫的各種操作。完整性規則：包括域完整性規則、實體完整性規則、參照完整性規則和用戶定義的完整性規則。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型有關關系模型術語：關系： 一個關系對應一張二維表元組： 表中的一行稱為一個元組屬性： 表中的一列稱為一個屬性關鍵字：能夠唯一標識一個元組的屬性或最小屬性組分量： 元組中的一個屬性值任務2：理解數據庫體系結構與數據模型關鍵字超關鍵字 二維表中能夠唯一確定記錄的一個字段（即屬性）或幾個字段的組合被稱為“超關鍵字”。超關鍵字可以唯一確定記錄但是它所包含的字段可能是多余的。候選關鍵字 若一個超關鍵字中去掉任何一個字段后不能再唯一確定記錄，則稱

10、它為“候選關鍵字”。一個關系可以有多個候選關鍵字。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型主關鍵字：從候選關鍵字中可以選出一個作為主關鍵字，一個關系只有一個主關鍵字，主關鍵字的值不能為空。外部關鍵字：當一個二維表（A表）的主關鍵字被包含到另一個二維表（B表）中時，該主關鍵字稱為B表的外部關鍵字。 任務2：理解數據庫體系結構與數據模型關系規范化 關系模型是采用二維表來表示的，二維表必須滿足一些基本性質才可以稱為關系：二維表中的元組個數是有限的；二維表中不允許出現相同的元組；二維表中元組的分量是不可分割的基本數據項；二維表中各個屬性的名必須唯一；二維表屬性的分量具有與該屬性相同的值域；二維表中元組、屬

11、性的次序可以任意交換。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型關系運算 關系的基本運算有兩類：是傳統的集合運算（交、并、差）交 兩個具有相同結構的關系R與S經過交運算后所得到的關系由那些既在R內又在S內的元組組成，記為RS。并 兩個具有相同結構的關系R與S經過并運算后所得到的關系由同時屬于R和S關系的元組組成，記作RS。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型差 兩個具有相同結構的關系R與S經過差運算后所得到的關系有屬于R而不屬于S的元組構成的集合，記作R-S。專門的關系運算選擇 選擇是單目運算，也就是說對一個關系施加的運算。按照給定的條件從關系中挑選出滿足條件的元組，這些元組構成一個新的關系。 任務

12、2：理解數據庫體系結構與數據模型投影 投影也是單目運算。它是從關系中選出制定的屬性，由這些屬性形成一個新的關系。它所包含的屬性個數通常比原有關系少，或者屬性的排列順序不同。 連接 連接是雙目運算。連接運算將兩個關系拼接成一個更寬的關系模式，生成的新關系中包含滿足連接條件的元組。 自然連接 自然連接是連接中的一個重要的特例。自然連接要求被連接的兩個關系有若干相同的屬性名。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型關系數據庫標準語言SQL 關系數據庫語言是一種非過程語言。 SQL（Structure Query Language）是一種基于關系代數和關系演算的語言 。 SQL具有幾個突出的優點： 一體化

13、、 高度非過程化、兩種使用方式以及統一的語法結構任務2：理解數據庫體系結構與數據模型SQL的數據定義語句 關系模式定義了數據庫系統裝填數據的框架。 其語法格式如下： Create table （屬性名 數據類型（寬度）not null,屬性名 數據類型(寬度)not null） 說明：在命令格式中的表示該子句是可選項，所謂可選項就是該子句可以根據世紀定義要求而定，可能有也可能沒有。命令格式中的表示比選項，是語句格式中必不可少的部分，后面所介紹的命令中關于的含義于此處相同，不再重復。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型數據類型的選擇要合適，寬度的給定根據具體需要適當給定，不要太大也不要太小。如果

14、有Not null選項表示該屬性的取值不能為空，否則可以為空。 SQL的數據操縱語句 SQL的數據操縱語句包含有select、insert、delete、update，實行對數據的檢索和更新兩部分的功能。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型（1）查詢語句 SQL的核心是數據庫查詢語句，其語法格式如下： Select 屬性名1，屬性名2 From 表名,表名 where 條件表達式 group by 屬性名 order by 屬性名任務2：理解數據庫體系結構與數據模型說明：Select子句給出的屬性名或列表達式用于指定輸出內容From子句指出查詢所涉及的表或視圖Where子句用于對輸出的數據進行

15、篩選Group by子句用于對給定列的值進行分組Order by子句用于對給定列的值進行排序任務2：理解數據庫體系結構與數據模型（2）插入語句 插入語句可將一個記錄插入到指定的表中，其語法格式如下： Insert into ( ,，) values(，) 說明：表達式與對應屬性名的類型要一致對于未指明屬性名的那些列，在對應的記錄中取空值 任務2：理解數據庫體系結構與數據模型（3）更新語句 更新語句可以對表中已有的數據進行修改，并可以批量的修改數據，其語法格式如下： Update Set ，where 說明：該語句對滿足條件表達式的記錄進行相應修改，若條件表達式缺省，則對表中所有記錄進行修改Se

16、t子句給出的表達式的值將替代對應屬性原有的取值任務2：理解數據庫體系結構與數據模型（4）刪除語句 刪除語句可以將表中滿足條件的記錄刪除，其語法格式如下： Delete from where 說明： 與update語句相似，where子句如果缺省，則將表中所有記錄刪除任務2：理解數據庫體系結構與數據模型SQL的數據控制語句 數據控制語句用于設置用戶對數據中數據資源的訪問權限。如Grant語句用于對用戶授權，而Revoke語句用于撤銷用戶權限。任務2：理解數據庫體系結構與數據模型任務3：數據庫設計 數據庫設計概述 數據結構特性的設計是指確定數據庫的數據模型，反映現實世界中的數據以及數據之間的聯系，

17、要求在滿足應用需要的前提下，盡可能地減少數據冗余，實現數據共享。它體現的是用戶對信息的需求。 根據用戶需求的側重點不同，數據庫設計也有不同的方法：一種以信息需求為主，兼顧處理需求，稱為面向數據的設計方法,也稱為數據驅動的設計方法。 另一種以處理需求為主，兼顧信息需求，稱為面向過程的設計方法，也稱為面向功能的設計方法。 任務3：數據庫設計 數據庫設計步驟 需求分析概念結構設計邏輯結構設計數據庫物理設計數據庫實施數據庫運行和維護 需求分析 需求分析術數據庫設計的第一個階段。這個階段的任務是設計者進行調查研究，詳細地了解現實世界要處理的對象，以及用戶的各種需求，明確待解決問題在功能和性能上的要求，而

18、后在此基礎上確定新系統的功能。 需求分析的基礎是用戶調查，調查的重點是“數據”和“處理” 任務3：數據庫設計 通過調查要獲得用戶對數據庫的以下要求：信息的要求。用戶將從數據庫中獲得信息的內容、性質。由信息需求中導出數據要求。處理的要求。用戶要完成什么樣的處理功能，處理的方式是什么，響應時間的要求是什么。安全性和完整性的要求。任務3：數據庫設計 在需求分析中，結構化分析方法（Structure Analysis,簡稱SA方法）是一種簡單實用的方法。 SA方法采用的是自頂向下,逐層分解的方法分析系統。常用數據流圖或數據字典描述系統。 數據流圖（Data Flow Diagram，簡稱DFD）：表達

19、了數據和處理過程的關系。 數據字典（Data Dictionary，簡稱DD）：則是對系統中數據的詳盡描述，是各類數據屬性的清單。 任務3：數據庫設計 數據字典包括5個部分：數據項，是數據的最小單位。數據結構，術若干數據項有意義的集合。數據流，可以是數據項，也可以是數據結構。表示某一處理過程的輸入或輸出。數據存儲，處理過程中存取的數據。常常是手工憑證、手工文檔或計算機文件處理過程。任務3：數據庫設計 數據庫概念設計 概念結構設計:對需求分析得到的用戶需求進行綜合和歸納，并抽象成概念模型的過程就是概念結構設計 。 主要特點是：能夠充分地反映現實世界，包括實體和實體之間的聯系，能滿足用戶對數據處理的要求，是現實世界的一個真實模型。簡單、清晰，易于用戶理解，易于用戶和數據庫設計人員之間的交流。易于更動，當現實世界改變時容易修改和擴充。易于向各種數據模型轉換。概念結構的有力工具是E-R模型。 任務3：數據庫設計 設計概念結構的策略以下幾種：自頂向下。首先從抽象級別高而且普遍性強的對象開始逐步細化、具體化、特殊化。也就是說先定義全局概念結構的框架，然后逐步細化。自底向上。首先定義各個局部應用,然后將其集成，得到全局概念結構。由內向外。首先定義最重要的核心概念結構，然后向外擴充。混合策略。將自頂向下和