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数据库系统概述数据库系统概述第1页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1 数据库基础知识数据库基础知识 n数据处理技术的发展数据处理技术的发展 n数据库系统的组成数据库系统的组成第2页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.1数据处理技术的发展数据处理技术的发展n一、数据的概念一、数据的概念 数据是存储在某一种媒体上能够识别的数据是存储在某一种媒体上能够识别的物理符号。物理符号。数据的概念包括两个方面：描述事物特性数据的概念包括两个方面：描述事物特性的的数据内容数据内容以及存储在媒体上的以及存储在媒体上的数据形式数据形式。例如例如“2007年年7月月1日日”是一个数据，它可以表示为是一个数据，它可以表示为“2007-07-01”、“01/07/2007”等多种形式。等多种形式。第3页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.1数据处理技术的发展数据处理技术的发展二、数据、信息及数据处理之间的关系二、数据、信息及数据处理之间的关系数据数据信息信息数据处理数据处理第4页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.1数据处理技术的发展数据处理技术的发展三、数据处理技术发展的三个阶段三、数据处理技术发展的三个阶段1人工管理阶段人工管理阶段2文件系统管理阶段文件系统管理阶段3数据库系统管理阶段数据库系统管理阶段第5页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.1数据处理技术的发展数据处理技术的发展1人工管理阶段人工管理阶段 应应用用程程序序完完全全依依赖赖于于数数据据。数数据据的的结结构构、存存取取的的物物理理地地址址或或存存储储设设备备的的变变化化，都都要要修修改改相相应应的的应应用用程程序序。也也就就是是说说，应应用用程程序序和和数数据据一一一一对对应应，数数据据和和处处理理它它的的应应用用程程序序混为一个整体。数据大量重复。混为一个整体。数据大量重复。程序数据完全依赖第6页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.1数据处理技术的发展数据处理技术的发展2文件系统管理阶段文件系统管理阶段 计算机出现了操作系统，包含文件管理系统，程序与计算机出现了操作系统，包含文件管理系统，程序与数据分离，数据被组织在文件中，按名引用，应用程序通数据分离，数据被组织在文件中，按名引用，应用程序通过文件管理系统与数据文件发生联系。过文件管理系统与数据文件发生联系。程序文件程序文件数据文件数据文件依赖依赖为特定的需要而设计，为某一特定的程序而使用第7页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.1数据处理技术的发展数据处理技术的发展3数据库系统管理阶段数据库系统管理阶段 数数据据库库系系统统是是在在文文件件系系统统的的基基础础上上发发展展起起来来的的新新技技术术，它它克克服服了了文文件件系系统统的的缺缺点点，解解决决了了冗冗余余和和数数据据依依赖赖问问题题，提提供供了了更更广广泛泛地地数数据据共共享享，为为应应用用程程序序提提供供了了更更高高的的独独立立性性，保保证证了了数数据据的的完完整整性性和和安安全全性性，并并为为用用户户提提供供了了方便的用户接口。方便的用户接口。程序文件程序文件数据库数据库独立独立多个用户可同时访问数据库中的数据第8页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成n1有关数据库的基本概念有关数据库的基本概念 数据库数据库、数据库管理系统、数据库管理系统、数据库系统数据库系统 n2数据库系统的特点数据库系统的特点第9页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成n(1)数据库数据库(DBDataBase)n 是以一定组织方式存储在一起的是以一定组织方式存储在一起的结构化结构化的的相关数据相关数据的集合，它以最优的方式为一个或的集合，它以最优的方式为一个或多个应用服务。多个应用服务。第10页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成n(2)数据库管理系统数据库管理系统（DBMSDataBase Management System）n 是处理数据库存取和各种管理控制的软件系统，是处理数据库存取和各种管理控制的软件系统，是数据库系统的中心枢纽。用户对数据库进行的各种是数据库系统的中心枢纽。用户对数据库进行的各种操作操作数据库的建立、使用和维护，都是在数据库的建立、使用和维护，都是在DBMS的的统一管理和控制下进行的。统一管理和控制下进行的。nVisual Foxpro便是这样的数据库管理系统。便是这样的数据库管理系统。第11页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成n(3)数据库系统（数据库系统（DBSDataBase System）n 是指计算机系统引入数据库之后组成的系统，是是指计算机系统引入数据库之后组成的系统，是用来组织和存取大量数据的管理系统。用来组织和存取大量数据的管理系统。DBSDBS组成组成计算机系统计算机系统数据库（数据库（DBDB）数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)(DBMS)有关人员有关人员硬件硬件基本软件基本软件数据库管理员数据库管理员应用设计人员应用设计人员最终用户最终用户第12页，共40页，编辑于2022年，星期六1.1.2 数据库系统的组成数据库系统的组成2数据库系统的特点数据库系统的特点n（1）数据共享。）数据共享。n（2）数据独立性。）数据独立性。n（3）减少数据冗余。）减少数据冗余。n（4）数据的结构化。）数据的结构化。n（5）统一的数据保护功能。）统一的数据保护功能。第13页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2 数据模型数据模型 n模型的概念模型的概念 n概念模型概念模型 n数据模型数据模型 第14页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.1模型的概念模型的概念 n 模型模型是对现实世界中某个对象特征的模是对现实世界中某个对象特征的模拟和抽象。拟和抽象。n 模型由现实系统的有关元素组成，能够模型由现实系统的有关元素组成，能够反映这些元素之间的关系，从而反映现实系反映这些元素之间的关系，从而反映现实系统的本质。统的本质。第15页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.2 概念模型概念模型 n一、概念模型定义一、概念模型定义n概念模型概念模型是对现实世界中原始信息结构的是对现实世界中原始信息结构的描述，它不依赖于具体的数据库系统描述，它不依赖于具体的数据库系统 第16页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.2 概念模型概念模型 n二、概念模型涉及的基本术语二、概念模型涉及的基本术语 n1实体实体n客观存在并且可以相互区别的事物称为实体。客观存在并且可以相互区别的事物称为实体。n实体可以是实体可以是实际的事物实际的事物，如学生、职工、单位，如学生、职工、单位等；也可以是等；也可以是抽象的事件抽象的事件，如选课、订货等。，如选课、订货等。n2属性属性n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。n 一个实体可以由若干个属性来刻画。例如学生一个实体可以由若干个属性来刻画。例如学生实体可以用学号，姓名，性别，出生年月，入实体可以用学号，姓名，性别，出生年月，入学时间等属性来描述。学时间等属性来描述。第17页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.2 概念模型概念模型n3码码n唯一标识实体的属性或属性的组合称为码。唯一标识实体的属性或属性的组合称为码。n在在Visual FoxPro中对应的概念是关键字。中对应的概念是关键字。n例如学号是学生实体的码。例如学号是学生实体的码。n4域域n属性的取值范围称为域。属性的取值范围称为域。n不同的属性有不同的取值范围，即不同的域。不同的属性有不同的取值范围，即不同的域。n如成绩的取值范围是如成绩的取值范围是0到到100。第18页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.2 概念模型概念模型n5实体集实体集n同一类型实体的集合称为实体集。同一类型实体的集合称为实体集。n例如某个学校的所有学生的集合可以被定义例如某个学校的所有学生的集合可以被定义为实体集为实体集students。n6实体型实体型n具有相同属性的实体必然具有共同的特征和具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及其属性名集合来抽象和刻性质。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。n例如，学生（学号，姓名，性别，出生年月，例如，学生（学号，姓名，性别，出生年月，入学时间）就是一个实体型。入学时间）就是一个实体型。第19页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.2 概念模型概念模型n7联系联系n实体之间的对应关系称为联系，它反映现实世界事物之间的相互关系。n例如，一位学生可以选修多门课程；一门课程可以有多位学生选修。联系形式联系形式一对一联系一对一联系(班级和正班长之间的联系班级和正班长之间的联系)一对多联系一对多联系(班级和学生之间的联系班级和学生之间的联系)多对多联系多对多联系(学生与课程之间的联系学生与课程之间的联系)第20页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.3 数据模型数据模型n一、数据模型定义一、数据模型定义n数据模型数据模型是将现实世界中的各种事物及其间的联系用数据及数据间的联系来表示的一种方法。n它是人们对客观世界的认识和理解，是对现实世界的抽象描述。数据模型分类数据模型分类层次模型层次模型 网状模型网状模型 关系模型关系模型 第21页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.3 数据模型数据模型n二、层次模型二、层次模型n层次模型用树形结构表示实体及实体间的联系。层次模型用树形结构表示实体及实体间的联系。n树的结点表示实体类型，树枝表示实体间的联系树的结点表示实体类型，树枝表示实体间的联系 n上级结点与下级结点之间为一对多的联系上级结点与下级结点之间为一对多的联系 系编号系编号系名系名地址地址教研窒编号教研窒编号教研室名教研室名学号学号姓名姓名成绩成绩职工号职工号姓名姓名研究方向研究方向系系教研窒教研窒学生学生教员教员结点结点实体实体树枝树枝联系（一对多）联系（一对多）第22页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.3 数据模型数据模型n三、网状模型三、网状模型n网状模型用网状结构表示实体及实体间的联系。网状模型用网状结构表示实体及实体间的联系。n每个结点代表一个实体类型，并且允许结点有多于一个的父每个结点代表一个实体类型，并且允许结点有多于一个的父结点。结点。n每一个联系都代表实体之间一对多的联系。每一个联系都代表实体之间一对多的联系。结点结点实体实体联系（一对多）联系（一对多）系系教研室教研室学生学生课程课程教师教师任课任课选课选课第23页，共40页，编辑于2022年，星期六1.2.3 数据模型数据模型n四、关系模型四、关系模型n关系模型用二维表结构来表示实体及实体间的联系关系模型用二维表结构来表示实体及实体间的联系 n在在关关系系数数据据库库中中，把把关关系系看看成成一一个个文文件件，关关系系中中每每个个元元组组为为一一个个记记录录，即即表表中中的的一一行行。关关系系中中每每一一列列具有相同属性，称为一个字段或一个数据项。具有相同属性，称为一个字段或一个数据项。元组元组实体实体属性名属性名学号学号姓名姓名性别性别成绩成绩2007001韩向东韩向东 男男972007002刘玲玲刘玲玲 女女912007003王兴冬王兴冬 男男862007004田茉莉田茉莉 女女89属性值属性值属性属性第24页，共40页，编辑于2022年，星期六一般的关系数据库元组元组属性名属性名学号学号姓名姓名性别性别成绩成绩2007001韩向东韩向东 男男972007002刘玲玲刘玲玲 女女912007003王兴冬王兴冬 男男862007004田茉莉田茉莉 女女89属性值属性值属性属性记录记录字段名字段名学号学号姓名姓名性别性别成绩成绩2007001韩向东韩向东 男男972007002刘玲玲刘玲玲 女女912007003王兴冬王兴冬 男男862007004田茉莉田茉莉 女女89字段字段值值字段字段具体到VisualFoxPro第25页，共40页，编辑于2022年，星期六1、关系的性质关系的性质 每一列中的数据具有相同的数据类型。每一列中的数据具有相同的数据类型。每一列中的数据具有相同的数据类型。每一列中的数据具有相同的数据类型。不同的列可以有相同的取值集合（域），但必须有不同的名字（属不同的列可以有相同的取值集合（域），但必须有不同的名字（属不同的列可以有相同的取值集合（域），但必须有不同的名字（属不同的列可以有相同的取值集合（域），但必须有不同的名字（属性名）。性名）。性名）。性名）。行和列的排列次序是无关紧要的。行和列的排列次序是无关紧要的。行和列的排列次序是无关紧要的。行和列的排列次序是无关紧要的。关系中的各行是不同的，即任意两个记录不能完全相同。关系中的各行是不同的，即任意两个记录不能完全相同。关系中的各行是不同的，即任意两个记录不能完全相同。关系中的各行是不同的，即任意两个记录不能完全相同。每个数据项是不可再分的数据单位。每个数据项是不可再分的数据单位。每个数据项是不可再分的数据单位。每个数据项是不可再分的数据单位。编号姓名基本工资补贴扣除实发金额粮补副补房租水电编号姓名基本工资粮补副补房租水电实发金额改为改为第26页，共40页，编辑于2022年，星期六2、关系运算、关系运算选择选择n选择运算选择运算-从关系中选取满足一定条件的元组从关系中选取满足一定条件的元组n水平方向选择元组（记录）水平方向选择元组（记录）编编 号号系系 名名姓姓 名名性别性别出生年月出生年月03004计算机系计算机系韩向东韩向东男男1979.10.1003001计算机系计算机系王兴冬王兴冬男男1978.8.703002计算机系计算机系宋江明宋江明男男1981.1.303003计算机系计算机系欧阳青山欧阳青山女女1979.5.4编号编号系名系名姓名姓名性别性别出生年月出生年月03004计算机系计算机系韩向东韩向东男男1979.10.1002001外语系外语系刘玲玲刘玲玲女女1979.8.203001计算机系计算机系王兴冬王兴冬男男1978.8.704001数学系数学系蒋伟青蒋伟青男男1981.6.205001电子工程系电子工程系翁超雷翁超雷男男1980.8.1005002电子工程系电子工程系田茉莉田茉莉女女1976.9.203002计算机系计算机系宋江明宋江明男男1981.1.303003计算机系计算机系欧阳青山欧阳青山女女1979.5.4选择结果选择系名为“计算机系”的记录第27页，共40页，编辑于2022年，星期六2、关系运算、关系运算投影投影n垂直方向选择属性（字段）垂直方向选择属性（字段）编号编号系名系名姓名姓名性别性别出生年月出生年月03004计算机系计算机系韩向东韩向东男男1979.10.1002001外语系外语系刘玲玲刘玲玲女女1979.8.203001计算机系计算机系王兴冬王兴冬男男1978.8.704001数学系数学系蒋伟青蒋伟青男男1981.6.205001电子工程系电子工程系翁超雷翁超雷男男1980.8.1005002电子工程系电子工程系田茉莉田茉莉女女1976.9.203002计算机系计算机系宋江明宋江明男男1981.1.303003计算机系计算机系欧阳青山欧阳青山女女1979.5.4系名系名姓名姓名计算机系计算机系韩向东韩向东外语系外语系刘玲玲刘玲玲计算机系计算机系王兴冬王兴冬数学系数学系蒋伟青蒋伟青电子工程系电子工程系翁超雷翁超雷电子工程系电子工程系田茉莉田茉莉计算机系计算机系宋江明宋江明计算机系计算机系欧阳青山欧阳青山选择编号和系名第28页，共40页，编辑于2022年，星期六2、关系运算、关系运算连接连接n连接运算连接运算-从两个关系中选取满足一定连接条件的元组集合从两个关系中选取满足一定连接条件的元组集合 n将两个数据表中的某些或全部字段，按照关键字段连接生成一个新的数据表文将两个数据表中的某些或全部字段，按照关键字段连接生成一个新的数据表文件件 编编 号号姓姓 名名性别性别课程课程教室教室04001蒋伟青蒋伟青男男C语言语言A30804001蒋伟青蒋伟青男男VFP程序设计程序设计B10205001翁超雷翁超雷男男C语言语言A30805001翁超雷翁超雷男男语音模式识别语音模式识别C40205002田茉莉田茉莉女女操作系统操作系统A20105002田茉莉田茉莉女女数据结构数据结构A504编号编号姓名姓名性别性别04001蒋伟青蒋伟青男男05001翁超雷翁超雷男男05002田茉莉田茉莉女女编编 号号课课 程程教室教室05002操作系统操作系统A20105002数据结构数据结构A50404001C语言语言A30805001C语音语音A30805001语音模式识别语音模式识别 C402 04001VFP程序设计程序设计B102连接连接第29页，共40页，编辑于2022年，星期六3、关系的完整性约束、关系的完整性约束 n 域完整性约束域完整性约束n主要约束一个属性（字段）的取值范围，以及指定是否可以主要约束一个属性（字段）的取值范围，以及指定是否可以取空值（取空值（NULL）。）。n 实体完整性约束实体完整性约束n每个关系应有一个主关键字段，每个记录的主关键字每个关系应有一个主关键字段，每个记录的主关键字段的值是惟一的，而且不能为空值。段的值是惟一的，而且不能为空值。n 参照完整性约束参照完整性约束n简单地说，即设置数据库中两个以上表文件之间对关键字简单地说，即设置数据库中两个以上表文件之间对关键字的一种记录维护关系，如同步修改外部关键字或同步进行的一种记录维护关系，如同步修改外部关键字或同步进行删除，这样即可确保表之间的记录完整性。删除，这样即可确保表之间的记录完整性。n 一般性的完整性约束一般性的完整性约束第30页，共40页，编辑于2022年，星期六1.3 数据库设计数据库设计n目的目的:要设计出满足实际应用需求的实际关系要设计出满足实际应用需求的实际关系模型，使之能够有效地存储和管理数据模型，使之能够有效地存储和管理数据n数据库设计的过程数据库设计的过程:n需求分析需求分析n概念设计概念设计n逻辑设计逻辑设计n物理设计物理设计 第31页，共40页，编辑于2022年，星期六1.3.1 需求分析需求分析n需求分析需求分析是整个设计过程的基础，在这一阶段要准确了解是整个设计过程的基础，在这一阶段要准确了解与分析用户的需求（包括数据与处理）。与分析用户的需求（包括数据与处理）。n用户的需求主要包括三个方面：用户的需求主要包括三个方面：n（1）信息需求。即用户要从数据库中获得的信息内容。）信息需求。即用户要从数据库中获得的信息内容。n（2）处理需求。即需要对数据完成的处理功能及处）处理需求。即需要对数据完成的处理功能及处理方式。理方式。n（3）安全性和完整性要求。）安全性和完整性要求。第32页，共40页，编辑于2022年，星期六1.3.2 概念设计概念设计n概念设计概念设计是整个设计的关键步骤是整个设计的关键步骤，要对用户，要对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体于具体DBMS的概念模型的概念模型 n描述概念模型的有力工具是描述概念模型的有力工具是E-R模型。模型。nE-R模型也称模型也称E-R方法，该方法用方法，该方法用E-R图来描图来描述现实世界的概念模型。述现实世界的概念模型。第33页，共40页，编辑于2022年，星期六1.3.2 概念设计概念设计-E-R图的画法图的画法nE-R图给出了实体型、属性和联系的表示方图给出了实体型、属性和联系的表示方法，首先确定系统所用的实体型、属性和联法，首先确定系统所用的实体型、属性和联系，然后按下列要求画图：系，然后按下列要求画图：n实体型实体型：用：用矩形矩形表示，矩形框内写明实体名表示，矩形框内写明实体名n属性属性：用：用椭圆形椭圆形表示，并用无向边将其与相表示，并用无向边将其与相应的实体型连接起来。应的实体型连接起来。n联系联系：用：用菱形菱形表示，菱形框内写明联系名，表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体型连接起来，同并用无向边分别与有关实体型连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型时在无向边旁标上联系的类型 第34页，共40页，编辑于2022年，星期六1.3.2 概念设计概念设计-E-R图的画法图的画法n学生管理系统的概念模型用学生管理系统的概念模型用E-R图表示如下图表示如下 学生学生课程课程系系系编号系编号系名系名学号学号姓名姓名性别性别系编号系编号课程号课程号课程名课程名选选课课属属于于1mnp成绩成绩实体型实体型属性属性属性属性联系联系第35页，共40页，编辑于2022年，星期六1.3.3 逻辑设计逻辑设计n逻辑设计逻辑设计是将概念设计阶段设计好的是将概念设计阶段设计好的E-R图图转换为某个转换为某个DBMS所支持的数据模型，并对所支持的数据模型，并对其进行优化。其进行优化。第36页，共40页，编辑于2022年，星期六1.3.3 逻辑设计逻辑设计-E-R图转换原则图转换原则 nE-R图转换为关系模型，转换应遵循如下原则图转换为关系模型，转换应遵循如下原则：n（1）一个实体型转换为一个关系模式。）一个实体型转换为一个关系模式。n（2）实体间的联系的转换分以下几种情况：）实体间的联系的转换分以下几种情况：n 一个一个1：1联系可以转换为一个独立的关系模式，也联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。可以与任意一端对应的关系模式合并。n 一个一个1：n联系可以转换为一个独立的关系模式，联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与也可以与n端对应的关系模式合并。端对应的关系模式合并。n 一个一个m：n联系转换为一个关系模式。联系转换为一个关系模式。第37页，共40页，编辑于2022年，星期六1.3.3 逻辑设计逻辑设计-E-R图转换实例图转换实例n学生管理系统学生管理系统E-R图转换为四个关系模式：图转换为四个关系模式：系系（系编号，系名），该关系的码为系编号（系编号，系名），该关系的码为系编号学生学生（学号，姓名，性别，系编号），该关系的码为学号（学号，姓名，性别，系编号），该关系的码为学号课程课程（课程号，课程名），该关系的码为课程号（课程号，课程名），该关系的码为课程号选课选课（学号，课程号，成绩），该关系的码由学号和课（学号，课程号，成绩），该关系的码由学号和课程号组成。程号组成。学生学生课程课程系系系编号系编号系名系名学号学号姓名姓名性别性别系编号系编号课程号课程号课程名课程名选选课课属属于于1mnp成绩成绩第38页，共40页，编辑于2022年，星期六1.3.4 物理设计物理设计n物理设计物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构。的物理结构。n在在Visual FoxPro中进行设计的具体表现就是建立相关的中进行设计的具体表现就是建立相关的数据库和表文件，并存放在磁盘中数据库和表文件，并存放在磁盘中n例如学生管理系统在例如学生管理系统在Visual FoxPro中设计如下：中设计如下：第39页，共40页，编辑于2022年，星期六习题习题第40页，共40页，编辑于2022年，星期六