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第1页共16页第1章数据库系统概论教学目标理解信息与数据的概念了解数据库发展的历史与基本概念掌握数据库体系和模型掌握关系数据库的原理掌握关系化代数与规范化理论掌握数据库设计的一般过程教学重点理解信息与数据的概念掌握数据库体系和模型掌握关系数据库的原理掌握关系化代数与规范化理论教学过程信息与数据的概念数据库系统的发展与基本概念数据库系统的体系结构与模型关系数据库的基本概念传统的集合运算与关系运算规范化理论数据库设计的定义、特点、方法和步骤1.1数据处理信息与数据：信息与数据是两个密切相关的概念，信息是各种数据所包括的意义，数据则是负载信息的物理符号。数据处理：数据处理是指对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播的一些列活动的总和。1.2数据库历史与基本概念数据库系统的发展史数据库的概念数据库管理系统(DBMS)数据库系统数据库应用系统数据库系统的发展史20世纪50年代至60年代早期，磁带被用于数据存储，磁带(和卡片)都只能顺序读取。20世纪60年代末至20世纪70年代，硬盘可以直接对数据进行访问。20世纪80年代，关系数据库得到发展。20世纪90年代初，许多数据库厂商推出了并行数据库产品。20世纪90年代末至今，数据库支持网络接口，并且比以前有了更加广泛的应用。数据库数据库(Database，DB)是长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的、统一管理的相关数据的集合。按照字面的理解，数据库就是存放数据的仓库。数据库管理系统(DBMS)DBMS的功能：数据库定义功能；数据存取功能；数据库运行管理功能；数据库的建立和维护功能；数据通信功能。DBMS的组成：语言编译处理程序；系统运行控制程序；系统建立、维护程序；数据字典。数据库系统数据库系统的组成数据库系统的特点数据库系统的组成数据：数据是数据库系统的工作对象，它们是某特定应用环境中进行管理和决策所必需的信息。用户：用户是指存储、维护和检索数据库中数据的人员。数据库系统中主要有3类用户：终端用户、应用程序员和数据库管理员。硬件：硬件是指存储数据库和运行数据库管理系统DBMS的硬件资源。软件：软件是指负责数据库存取、维护和管理的软件系统，通常叫做数据库管理系统(DBMS)。数据库系统的特点数据低冗余、共享性高。数据独立性提高。有统一的数据控制功能。数据库应用系统数据库应用系统(DatabaseApplicationSystem，DBAS)，是指在DBMS的基础上，针对一个实际问题开发出来的面向用户的系统。1.3数据库体系和模型数据库系统的体系结构概念模型常用的数据模型数据库系统的体系结构内部体系结构：数据库系统得内部体系结构是三级模式结构，分别为模式、外模式和内模式。外部体系结构：外部体系结构主要有集中式结构、文件服务器结构和客户/服务器结构。概念模型实体与实体集：实体是现实世界中可区别于其他对象的“事件”或物体；实体集是具有相同类型及共享相第2页共16页同性质(属性)的实体集合。属性：实体通过一组属性来表示；属性是实体集中每个成员具有的描述性性质。关键字和域：实体的某一属性或属性组合，其值能惟一标识出某一实体，称为关键字，也称码；每个属性都有一个可取值的集合，称为该属性的域，或者该属性的值集；联系：两个实体之间的联系又可分为一对一联系(1:1)、一对多联系(1:n)和多对多的联系(m:n)。常用的数据模型层次模型网状模型关系模型层次模型层次数据模型是数据库系统最早使用的一种模型，它的数据结构是一颗有向树。层次结构模型具有如下特征：有且仅有一个结点没有双亲，该结点是根结点。其他结点有且仅有一个双亲。网状模型如果取消层次模型的两个限制，即两个或两个以上的结点都可以有多个双亲，则“有向树”就变成了“有向图”。“有向图”结构描述了网状模型。网状模型具有如下特征：可有一个以上的结点没有双亲。至少有一个结点可以有多于一个双亲。关系模型关系模型(RelationalModel)是用二维表格结构来表示实体及实体之间联系的数据模型。关系模型的数据结构是一个“二维表框架”组成的集合，每个二维表又可称为关系，因此可以说，关系模型是“关系框架”组成的集合。关系模型是使用最广泛的数据模型，目前大多数数据库管理系统都是关系型的，如Access就是一种关系数据库管理系统。1.4关系数据库关系模型中的基本术语关系的性质关系数据库中的表之间的关系关系模型的完整性约束关系模型中的基本术语关系：一个关系就是一张二维表。元组：二维表中的每一条记录就是一个元组。属性：二维表中的一列就是一个属性，又称为字段。域：属性的取值范围。分量：元组中的一个属性值。关系模式：对关系的描述。候选关键字：关系中的一个或几个属性的集合，该属性集惟一标识一个元组。关系数据库：对应于一个关系模型的所有关系的集合称为关系数据库。主关键字：一个关系中有多个候选关键字，可以选择其中一个作为主关键字。外部关键字：如果一个属性组不是所在关系的关键字，但它是其他关系的关键字，则该属性组称为外部关键字。主属性：包含在任一候选关键字中的属性称为主属性。关系的性质关系是一个二维表，但并不是所有的二维表都是关系。关系应具有以下性质：每一列中的分量是同一类型的数据。不同的列要给予不同的属性名。列的次序可以任意交换。一个关系中的任意两个元组不能完全相同。行的次序可以任意交换。每一个分量必须是不可分的数据项。关系数据库中的表之间的关系在关系数据库中，可以通过外部关键字实现表与表之间的联系，公共字段是一个表的主键和另一个表的外键。关系模型的完整性约束实体完整性(EntityIntegrity)：若属性（指一个或一组属性）A是基本关系R的主属性，则A不能取空值。所谓空值就是“不知道”或“不存在”的值。参照完整性(ReferentialIntegrity)：若属性（或属性组）F是基本关系R的外键，它与基本关系S的主键Ks相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F上的值必须为空或是等于S中某个元组的主键值。用户定义的完整性(User-definedIntegrity)：用于定义的完整性就是针对某一具体关系数据库的约束条件。1.5关系代数传统的集合运算专门的关系运算传统的集合运算传统的集合运算是二目运算，包括并、差、交、笛卡尔积4种运算。关系R和关系S的并运算记作关系R和关系S的差记作关系R和关系S的交记作第3页共16页两个分别具有n和m个属性的关系R和S的笛卡尔积是一个（n+m）列的元组的集合。元组的前n列是关系R的一个元组，后m列是关系S的一个元组。若R有k1个元组，S有k2个元组，则关系R和关系S的笛卡尔积有k1k2元组。记作专门的关系运算专门的关系运算包括选择、投影、连接、除运算等。选择：从一个关系中选出满足给定条件的记录的操作称为选择或筛选。选择是从行的角度进行的运算，记作：投影：从一个关系中选出若干指定字段的值。投影是从列的角度进行的运算，所得到的字段个数通常比原关系少，或者字段的排列顺序不同。投影操作记作：连接：把两个关系中的记录按一定条件横向结合，生成一个新的关系，记作：除：元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。记作：1.6规范化理论模式规范化的必要性规范化理论的基本概念模式规范化的必要性一般而言，关系数据库设计的目标是生成一组关系模式，使我们既不必存储不必要的重复信息，又可以方便地获取信息。方法之一就是设计满足适当范式的模式。要确定一个关系模式是否属于期望的范式，还需要有关作为数据库建模对象的现实企业的额外信息。规范化理论的基本概念满足一定条件的关系模式称为范式(NormalForm，NF)。第一范式(1NF)：第一范式要求数据表不能存在重复的记录，即存在一个关键字。第二范式(2NF)：如果一个关系属于第一范式(1NF)，且所有的非主关键字段都完全依赖于主关键字，则称之为第二范式。第三范式(3NF)：如果一个关系属于第二范式(2NF)，且每个非关键字不传递依赖于主关键字，这种关系就是第三范式(3NF)。第四范式(4NF)：第四范式的定义用到了多值依赖，多值依赖的定义如下：设R(U)是属性集U上的一个关系模式。X、Y、Z是的U的子集，并且Z=U–X–Y。关系模式R(U)中多值依赖X→→Y成立，当且仅当对R(U)的任一关系r，给定的一对(x，z)值有一组Y的值，这组值仅仅决定于x值而与z值无关。其它范式1.7数据库设计数据库设计的定义数据库设计的特点数据库设计方法数据库设计的步骤数据库设计的定义数据库设计是指对于一个给定的应用系统，构造(设计)优化的数据库逻辑模式和物理结构，并据此建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储和管理数据，满足各种用户的应用需求，包括信息管理要求和数据操作要求。数据库设计的特点数据库建设的基本规律：“三分技术，七分管理，十二分基础数据”是数据库设计的特点之一。数据库设计应该和应用系统相结合。也就是说，整个设计过程中要把数据库结构设计和对数据的处理设计密切结合起来。这是数据库设计的特点之二。数据库设计方法新奥尔良(NewOrleans)方法：该方法把数据库设计分为若干阶段和步骤，并采用一些辅助手段实现每一过程。它运用软件工程的思想，按一定的设计规程用工程化方法设计数据库。新奥尔良方法属于规范化设计法。虽然从本质上看它仍然是手工设计方法，其基本思想是过程迭代和逐步求精。基于E-R模型的数据库设计方法：该方法用E-R模型来设计数据库的概念模型，是数据库概念设计阶段广泛采用的方法。3NF(第三范式)的设计方法：该方法用关系数据理论为指导来设计数据库的逻辑模型，是设计关系数据库时在逻辑阶段可以采用的一种有效方法。ODL(ObjectDefinitionLanguage)方法：这是面向对象的数据库设计方法。该方法用面向对象的概念和术语来说明数据库结构。ODL可以描述面向对象数据库结构设计，可以直接转换为面向对象的数据库。数据库设计的步骤需求分析概念结构设计概念结构设计物理结构设计数据库实施数据库运行和维护第2章SQL语言教学目标第4页共16页掌握SQL的数据定义功能掌握SQL的数据查询功能掌握SQL数据操纵功能教学重点掌握SQL的数据定义功能掌握SQL的数据查询功能掌握SQL数据操纵功能教学过程SQL语言概述掌握SQL的数据定义功能掌握SQL的数据查询功能掌握SQL数据操纵功能2.1SQL语言概述SQL，即结构化查询语言(StructuredQueryLanguage)。ANSI(美国国家标准协会)规定SQL为关系型数据库管理系统的标准语言。SQL语言的主要功能就是同各种数据库建立联系，进行沟通，以达到操纵数据库数据的目的。SQL语句可以用来执行各种各样的操作，例如，更新数据库中的数据、从数据库中检索数据等。目前，绝大多数流行的关系型数据库管理系统，如Oracle、Sybase、MicrosoftSQLServer、Access等，都采用了SQL语言标准。2.2SQL数据定义功能数据类型建立表修改表删除表数据类型建立表使用SQL语言定义数据表的一般语法格式如下：CREATETABLE表名(字段1数据类型[列级完整性约束条件][,字段2数据类型[列级完整性约束条件]]……[，表级完整性约束条件])；修改表SQL语言用ALTERTABLE语句修改基本表，其一般格式如下：ALTERTABLE表名[ADD新列名数据类型[完整性约束]][DROP完整性约束][ALTERCOLUMN列名数据类型];删除表使用SQL语句删除数据表的一般格式如下：DROPTABLE表名[RESTRICT|CASCADE];2.3SQL数据查询功能单表查询使用合计函数连接查询子查询单表查询选择表中的若干列选择表中的若干元组ORDERBY子句GROUPBY子句选择表中的若干列查询指定列：查询表中指定的若干列，例如，以下SQL语句查询全体学生的姓名和年龄SELECTSno,SageFROMStudent;查询全部列，例如SELECT*FROMStudent;查询经过计算的值，例如，以下SQL