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《数据库系统概论》教案授课老师：李艳红玉田函授站2018年第一学期数据库系统概论教案第1页第一次课2018.3.24第一章绪论教学目标：1、结合具体的例子讲述数据库的设计步骤，通过此例子让同学们对本教材各章节所要学习的内容有一个初步的整体了解；2、对照文件系统的数据管理过程，讲述数据库管理系统的数据管理过程，让同学们对数据库管理系统的功能、组成、工作过程有个初步了解，并对数据库的数据模型（主要是关系模型）有比较深入的理解。3、课外布置学生完成一个小的数据库设计课程设计题目，要求学生分组寻找题目并完成设计过程。教学重点：1、举简单例子说明数据库设计过程。2、数据库技术的产生发展过程的文件系统阶段与数据库系统阶段。3、概念模型、数据模型及三要素、数据库系统结构教学难点：数据库系统的三级模式结构；数据库的二级映象功能与数据独立性。教学过程：本章分3次讲述，每次2课时，主要讲述以下内容介绍如下：1、举简单例子说明需求分析及表达、概念结构设计、逻辑结构设计过程。第六章的不少内容前到此处讲述（实际教学过程中本章的学时数增加2学时左右）。对照文件系统的数据管理过程，讲述数据库管理系统的数据管理过程，及相关概念。2、讲述数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统的基本概念；数据库模型（主要是关系模型）；数据库系统结构。1.1引言1.1.1数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统1、数据（data）*高级语言的数据,如PASCAL语言中各种类型数据(常量、变量)：integer，real，char，record，file，……（着重文件类型数据说明）数据库系统概论教案第2页*定义：1）数据是描述事物的符号记录，2）数据与其语义是不可分的，需要经过语义解释。2、数据库（database，简称DB）*定义：数据库是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，并为各种用户共享。（P1）*目前流行数据库的数据模型：关系模型，数据结构为表。*数据库的存储：若干表一个库，一张表一个库（文件系统为一个文件一个库）*对数据库的操作：在数据库管理系统的支持下，可进行数据查询（select）、数据定义(createdropalter)、数据操纵(insertupdatedelete)、数据控制(grantrevoke)3)从定义上数据库与文件比较：对照数据库说明：长期存储在计算机内、有组织的（组织简单）、可共享（共享性差）的数据集合。冗余度大，数据独立性低。3、数据库管理系统（databasemanagementsystem,简称DBMS）（P7）*定义（功能解释）：DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发数据管理的技术的发展（*数据库技术产生：是应数据管理管理任务的需要而产生的。）*数据管理：是指如何对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。*随着计算机硬件和软件的发展，数据管理技术经历了三个发展阶段：人工管理、文件系统、数据库管理系统。1、人工管理阶段的特点：（背景：硬件，没有直接存取的存储设备；软件，没有操作系统及管理数据的软件；数据处理方式为批处理）1）数据不保存2）数据需要由应用程序自己管理，没有相应的软件负责数据的管理工作。应用程序中不仅要规定数据的逻辑结构，而且要设计物理结构（包括存储结构、存取方法、输入方式等）。（PASCAL语言文件处理：应用程序中只考虑逻辑结构）3）数据不共享：数据面向应用，一组数据只能对应一个程序。因此程序与程序之间有大量的冗余数据。4）数据不具有独立性：数据的逻辑结构或物理结构发生变化后，必须对应用程序做相应的修改。2、文件系统阶段的特点：（背景：硬件，已有直接存取的存储设备；软件，操作系统中已经有了专门的数据管理软件，一般成为文件系统；数据处理方式，不仅有了批处理而且能够联机实时处理）1）数据可以长期保存。2）由专门的软件即文件系统进行数据管理。应用程序按名存取数据，大大节省了程序的编写与维护工作量。3、数据库系统阶段产生背景：以文件系统作为数据管理手段已经不能满足应用的需要（多用户、多应用共享数据），于是出现了数据库技术及统一管理数据的专门软件数据库管理系统。特点：1）数据结构化，存取方式灵活数据库系统概论教案第3页数据库系统实现了整体数据的结构化：在描述数据时不仅要描述数据本身，还要描述数据之间的联系。文件系统尽管其记录内部有某种结构，但记录之间没有联系。2）数据共享性好，冗余度低数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据不再面向某个应用而是面向整个系统。这样既可以大大减少数据冗余，节约存储空间，又能避免数据之间不相容与不一致性。1．2数据模型1．2．1数据模型的作用、组成要素、概念1、数据模型的作用：通俗地说是计算机世界对现实世界信息处理的模拟。具体为抽象、表示和处理现实世界的数据和信息。2、数据模型的组成要素：数据结构、数据操作、数据的约束条件。3、文件管理系统支持一种简单（或简陋）的数据模型（通过文件系统支持的简单数据模型来理解数据库系统支持的数据模型，仅仅为了说明问题，通常不称文件系统支持数据模型）4、数据模型的概念任何一种数据模型都是严格定义的概念的集合。这些概念必须能够精确地描述系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。5、任何一种数据库管理系统（DBMS）都基于某种数据模型（或支持某种数据模型）1．2．2现实世界的信息抽象表示为计算机世界某个数据模型数据结构的桥梁---------概念模型1、现实世界的信息转换到机器世界信息的处理过程：1）现时世界到信息世界（概念模型）：*常用E—R图来描述现实世界的概念模型2）信息世界转换为机器世界（概念模型到数据模型的数据结构）2、信息世界的基本概念（结合关系模型考虑）例子：1）实体：客观存在并可相互区别的事物。可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系（如学生的一次选课）。2）属性：实体所具有的某一特性。一个实体由若干个属性来刻画。3）码：唯一标识实体的属性集。4）域：属性的取值范围称为该属性的域。5）实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻划同类实体。学生：学号、姓名、性别、系别、年龄、籍贯病人：病历号、病人姓名、年龄、性别6）实体集：同型实体的集合7）联系：实体内部（实体的各属性间）的联系和实体之间的联系。*两实体型间的联系可以分三类：**一对一联系（1：1），班级与班长：一个班级只有一个班长，一个班长只在一个班级任职。**一对多联系（1：n），班级与学生：一个班级有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习。**多对多联系（m：n）学生与课程：一个学生选修了多门课程，一门课程为多个学生选修数据库系统概论教案第4页*同一实体集内的各实体之间也可以存在三类联系如学生实体集内部：学生的领导被领导关系3、概念模型的表示方法（最常用E—R法）*E—R图提供了表示实体型、属性和联系的方法实体及其属性图实体及其联系图概念模型：实体、属性、联系合一图1．2．3关系数据模型1、关系数据模型的数据结构*关系模式的数据结构是一张二维表，它由行和列组成。*一些概念：关系：表元组：表行属性：表列主码：某个属性组，它可以唯一确定一个元组。域：属性的取值范围分量：元组的一个属性值关系模式：对关系的描述，一般表示为：关系名（属性1、属性2、……、属性n）*关系模型中实体与实体间的联系都是用表（关系）来表示的（与概念模型的实体型及联系对应）学生（）课程（）学生选课（）*关系模型要求关系必须是规范化的，即关系模式必须满足一定的规范条件。最基本一条为每个分量必须是不可分的数据项2、关系数据模型的操纵与完整性约束3、关系数据模型的存储结构*一个表对应一个DBF文件（DBASE，Foxpro等）*多个表放在一个DB文件中(SYBASESQLAnywhere,SQLServer等)1.3数据库系统结构1、关系数据库系统的模式结构模式：也称逻辑模式，是数据库中全体逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。外模式：也称子模式或用户模式，他是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述内模式：内模式也称存储模式，它是数据物理结构和存储结构的描述，是数据在数据库内部的表示方式。数据库系统的模式结构：数据库系统是由外模式、模式、内模式三级构成数据库系统概论教案第5页第二章关系数据库教学目标：介绍关系模型的基本概念，即关系模型的数据结构、关系操作和关系完整性。结合第三章的数据定义介绍数据结构与数据完整性。关系操作主要介绍关系代数。教学重点：1、数据结构：笛卡儿积、关系、关系模式、关系数据库。2、关系完整性：实体、参照、用户自定义。3、关系操作：关系代数，重点是投影、选择、连接、除法操作。教学难点：关系数据库的型和值；关系代数的除法运算。教学过程：本章分3次讲述，每次2学时，每次主要讲述以下内容介绍如下：第一次：介绍数据结构（笛卡儿积、关系、关系模式、关系数据库）。关系完整性（实体、参照、用户自定义）（实际教学过程中将第三章的表定义及对数据库的插入操作部分提前到这里，相当于第三章有2学时多调整到了这里）。第二次：介绍举例关系操作的语义（关系代数，重点是投影、选择、连接、除法操作），并介绍相应的SQL语句表达式（实际教学过程相当于将第三章的相关内容调整到了此处介绍）。关系操作举例，关系数据库管理系统（重点讲述各类系统支持模型的程度）。2．1关系数据库概述1、关系数据库系统：支持关系模型的数据库系统。2、关系模型的组成：关系数据结构、关系操作集合、完整性约束条件三部分。3、关系数据结构表，特点：简单的数据结构表达丰富的语义，描述现实世界的实体以及实体间的联系（例）4、关系操作2．2关系数据结构（关系、关系模式、关系数据库）1、关系例1：有表结构（关系模式）：学生（学号、性别）数据库系统概论教案第6页如果，学号为子界类型D1=[1..100],性别为枚举类型D2=（男，女），学生表的最大取值(最大表)：100*2=200个元组例2：有表结构：学生（学号、姓名、性别、系别、年龄、籍贯）每个列的类型：integer,char(8),bolean,char(8),integer,char(10)最大表元组数：实际应用中的具体表：最大表的有意义的子集1）域：是一组具有相同数据类型值的集合。表中的每列都与一域（表的数据类型）相关连2）笛卡儿积（本质上为最大元组表）3）关系*全码：侯选码为关系的所有属性组*关系的三种类型：基本表（实际存在表）、查询表（查询结果）、视图表（虚表由基本表与其他试图表导出）*基本关系具有6条性质：（见书P40）2、关系模式*定义：关系的描述称为关系模式。它可形式化地表示为R（U，D，DOM，F）。R为关系名U组成该关系的属性名集合D属性组所来自的域DOM属性向域的映象集合F属性间数据的依赖关系集合（第四章专门讨论）3、关系数据库含义：在一个给定的现实世界的领域中，相应于所有实体及实体之间的联系的关系的集合构成一个关系数据库。关系数据库的型和值：型即关系数据库模式，是对关系数据库的描述，它包括若干域的定义以及在这些域上定义的若干关系模式。关系模式的值也称为关系数据库，是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合。关系数据库模式与关系数据库通常称为关系数据库。2．3关系完整性1、实体完整性要点：主属性不能取空值。现实世界的语义要求：一个基本关系通常对应现实世界的一个实体集，现实世界的实体是可以区分的，即它们具有某种唯一标识，在关系模型中以主码作为唯一标识。2、参照完整性*关系与关系之间存在着引用关系：因为现实世界的实体之间存在某种联系，而关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的。*举例：*3、用户自定义完整性*反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。*通常有三类：非空约束（notnull）、唯一约束(unique)、检查约束(check)*2．4