最新天津大学硕士研究生数据库技术课件PPT课件.ppt
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1、天津大学硕士研究生数据库技天津大学硕士研究生数据库技术课件术课件2.1 2.1 数据库技术的三个阶段数据库技术的三个阶段人工管理阶段人工管理阶段人工管理阶段人工管理阶段 文件系统阶段文件系统阶段文件系统阶段文件系统阶段 数据库系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段时间时间时间时间50505050年代中期以前年代中期以前年代中期以前年代中期以前50505050年代后期年代后期年代后期年代后期60606060年代中期年代中期年代中期年代中期60606060年代后期年代后期年代后期年代后期应用背景应用背景应用背景应用背景科学计算科学计算科学计算科学计算科学计算、管理科学计算、管理科学计算
2、、管理科学计算、管理大规模管理大规模管理大规模管理大规模管理硬件背景硬件背景硬件背景硬件背景无直接存取存储无直接存取存储无直接存取存储无直接存取存储设备设备设备设备磁盘、磁鼓磁盘、磁鼓磁盘、磁鼓磁盘、磁鼓大容量磁盘大容量磁盘大容量磁盘大容量磁盘软件背景软件背景软件背景软件背景没有操作系统没有操作系统没有操作系统没有操作系统有操作系统有操作系统有操作系统有操作系统(文件系统)(文件系统)(文件系统)(文件系统)有有有有DBMSDBMSDBMSDBMS处理方式处理方式处理方式处理方式批处理批处理批处理批处理批处理批处理批处理批处理联机实时处理联机实时处理联机实时处理联机实时处理批处理批处理批处理批
3、处理联机实时处理联机实时处理联机实时处理联机实时处理分布处理分布处理分布处理分布处理三、数据库的数据模型三、数据库的数据模型 1.1.数据模型数据模型 是描述数据及数据间关系的工具。是描述数据及数据间关系的工具。包括三个部分:数据结构;数据操作;完整性约束规则。包括三个部分:数据结构;数据操作;完整性约束规则。2.2.数据模型的类型数据模型的类型概念数据模型概念数据模型:用于将现实世界抽象为信息世:用于将现实世界抽象为信息世界。独立于计算机软件和硬件。如实体界。独立于计算机软件和硬件。如实体-联系模型。联系模型。结构数据模型结构数据模型:将信息世界抽象为计算机世界。:将信息世界抽象为计算机世界
4、。独立于计算机硬件,依赖于计算机软件独立于计算机硬件,依赖于计算机软件(DBMS).(DBMS).现实世界客观事物的抽象过程现实世界客观事物的抽象过程 现实世界信息世界:概念模型机器世界:具体DBMS支持的数据模型转换人的认识抽象三、实体三、实体-联系模型(联系模型(E-RE-R模型)模型)1.1.实体实体 客观存在并相互区别的事物。客观存在并相互区别的事物。如:具体的人、事、物;抽象的学生、选课等。如:具体的人、事、物;抽象的学生、选课等。2.2.实体集实体集 性质相同的同类实体的集合。性质相同的同类实体的集合。如:所有的学生、所有的课程。如:所有的学生、所有的课程。3.3.属性属性 实体所
5、具有的某一特性。实体所具有的某一特性。包含:属性的型:学生的姓名,系别包含:属性的型:学生的姓名,系别 属性的值:张三,计算机系属性的值:张三,计算机系4.4.实体型实体型 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体。例如:学生(学号、姓名、系别例如:学生(学号、姓名、系别)5.5.实体集间的联系实体集间的联系(1)(1)一对一联系(一对一联系(1:11:1)如如:班级与班长班级与班长 部门与经理部门与经理(2)(2)一对多联系(一对多联系(1:n1:n)如如:班级与学生班级与学生 公司与职工公司与职工(3)(3)多对多联系(多对多联系(m:nm:n
6、)如如:学生与课程学生与课程 职工与任务职工与任务学生课程选课mn部门经理领导11公司职工工作1m四、结构数据模型四、结构数据模型 根据描述数据库的根据描述数据库的模式模式所使用的数据模型,可分为层次所使用的数据模型,可分为层次型、网状型、关系型和面向对象型四种型、网状型、关系型和面向对象型四种基本类型基本类型 。1.1.层次型层次型 代表系统:代表系统:IBMIBM的的IMS 20IMS 20世纪世纪6060年代年代 数据结构:树型结构数据结构:树型结构 优点:数据模型简单,能描述优点:数据模型简单,能描述1 1:1 1、1 1:n n联系、存取效联系、存取效率高。率高。缺点:不能描述缺点:
7、不能描述m m:n n联系,必须事先确定存取路径,难联系,必须事先确定存取路径,难以改变实体集间的关系。以改变实体集间的关系。层次数据模型层次数据模型2.2.网状型网状型 代表系统:代表系统:CODASYL CODASYL的的DBTGDBTG 数据结构:图结构数据结构:图结构 优点:能描述优点:能描述m m:n n联系,存取效率高。联系,存取效率高。缺点:必须事先确定存取路径,难以改变实体缺点:必须事先确定存取路径,难以改变实体集间的关系集间的关系 ,难学难用。,难学难用。网状数据模型网状数据模型3.3.关系型关系型 代表系统:代表系统:ISO ISO 关系数据语言关系数据语言SQLSQL 数
8、据结构:关系(可看作规范的二维表)数据结构:关系(可看作规范的二维表)优点:以集合论和数理逻辑作为理论基础,能优点:以集合论和数理逻辑作为理论基础,能描述多对多联系,存取效率较高,结构简单,操作描述多对多联系,存取效率较高,结构简单,操作灵活,易学易用。灵活,易学易用。缺点:难以描述非结构化数据。缺点:难以描述非结构化数据。是目前主流类型。是目前主流类型。关系数据模型关系数据模型学号学号学号学号姓名姓名姓名姓名性别性别性别性别年龄年龄年龄年龄籍贯籍贯籍贯籍贯0101010101010101李勇李勇李勇李勇男男男男20202020江苏江苏江苏江苏0102010201020102刘晨刘晨刘晨刘晨女
9、女女女19191919山东山东山东山东0103010301030103王明王明王明王明女女女女20202020北京北京北京北京0199019901990199张立张立张立张立男男男男18181818陕西陕西陕西陕西学生情况简表学生情况简表学生情况简表学生情况简表3.3.具有较高的数据独立性具有较高的数据独立性 物理数据独立性:内模式改变时,不影响模式、物理数据独立性:内模式改变时,不影响模式、外模式和应用程序。外模式和应用程序。逻辑数据独立性:模式改变时,不影响外模式逻辑数据独立性:模式改变时,不影响外模式和应用程序。和应用程序。四、数据库的基本特征四、数据库的基本特征 与文件系统相比较,数据
10、库有以下基本特征:与文件系统相比较,数据库有以下基本特征:1.1.数据是结构化的:描述数据与数据间的联系,将数据是结构化的:描述数据与数据间的联系,将整个组织的数据结构化成一个数据整体。整个组织的数据结构化成一个数据整体。2.2.数据共享,具有较小的数据冗余度,容易扩充。数据共享,具有较小的数据冗余度,容易扩充。4.4.统一的数据控制和数据恢复功能统一的数据控制和数据恢复功能 数据完整性控制、数据安全性控制、数据并发数据完整性控制、数据安全性控制、数据并发性控制、数据恢复性控制、数据恢复2.2 2.2 关系数据库关系数据库一、基本概念一、基本概念1.1.关系定义关系定义 设有属性设有属性设有属
11、性设有属性A A A A1 1 1 1、A A A A2 2 2 2、A A A An n n n分别在域分别在域分别在域分别在域D D D D1 1 1 1、D D D D2 2 2 2、D D D Dn n n n中取值,则笛卡儿积中取值,则笛卡儿积中取值,则笛卡儿积中取值,则笛卡儿积D D D D1 1 1 1D D D D2 2 2 2 D D D Dn n n n的一个子集,的一个子集,的一个子集,的一个子集,称为域称为域称为域称为域D D D D1 1 1 1、D D D D2 2 2 2、D D D Dn n n n上的一个关系。记为上的一个关系。记为上的一个关系。记为上的一个关
12、系。记为R R R R。例如:例如:姓名姓名张三张三李四李四王五王五性别性别男男女女=张三张三 男男张三张三 女女李四李四 男男李四李四 女女王五王五 男男王五王五 女女关系关系2.2.元组元组 关系中的一个元素。关系中的一个元素。3.3.元数元数 一个关系中的所含属性的个数。一个关系中的所含属性的个数。4.4.关键字关键字 一个关系中能唯一标识每个元组的属性集合。也称为码。一个关系中能唯一标识每个元组的属性集合。也称为码。主关键字:被选中的关键字。候选关键字:未被选中的关键字。主关键字:被选中的关键字。候选关键字:未被选中的关键字。5.5.关系模式关系模式 关系中的所含属性的集合。记为关系中
13、的所含属性的集合。记为R(R(A1,A2,AnA1,A2,An)。如:如:关系模式:学生(学号、姓名、性别、年龄、籍贯)关系模式:学生(学号、姓名、性别、年龄、籍贯)6.6.关系数据库关系数据库 关系模式及其各关系当前值的集合。关系模式及其各关系当前值的集合。7.7.关系的基本性质关系的基本性质1)1)关系中的属性是同质的,一属性的值同类型关系中的属性是同质的,一属性的值同类型2)2)一个关系中的属性名是唯一的一个关系中的属性名是唯一的3)3)属性的次序可任意调换属性的次序可任意调换4)4)关系中的属性是不可再分的数据项关系中的属性是不可再分的数据项5)5)元组的次序可任意调换元组的次序可任意
14、调换6)6)同一关系中无重复元组同一关系中无重复元组,即唯一性即唯一性关系模式 关系的“型”或元组的结构共性 表头表头(关系模式)元组元组属性属性1 1属性属性2 2属性属性n n二、关系模型的完整性二、关系模型的完整性1.1.域完整性域完整性属性值应是域中值或为空。属性值应是域中值或为空。如:职工年龄在如:职工年龄在18601860之间,月份在之间,月份在112112之间之间2.2.实体完整性实体完整性 关系表中的所有的表都必须有主码,而且表中不允关系表中的所有的表都必须有主码,而且表中不允许存在如下的记录:许存在如下的记录:无主码值的记录;无主码值的记录;主码值相同的记录主码值相同的记录
15、如:职工关系中的职工编号如:职工关系中的职工编号3.3.用户定义的完整性用户定义的完整性如:规定职工奖金不得超过该部门平均工资的如:规定职工奖金不得超过该部门平均工资的30%30%二、关系模型的完整性二、关系模型的完整性4.4.参照完整性约束参照完整性约束 外码:取作本表属性之一的外表主码(主码值先在其主表中生成,后在其他表中引用)外码的取值只能是参照表中主码的有效值或空值。外码的取值只能是参照表中主码的有效值或空值。如:职工关系中的部门编号或为空,或一正确值如:职工关系中的部门编号或为空,或一正确值 n 1职工部门(ENO,DNO,ENAME)(DNO,DNAME)三、关系运算三、关系运算1
16、.1.传统的集合运算传统的集合运算1)1)并运算并运算:RS:RS 同类关系同类关系R R、S S的所有元组合并,删去重复的元组的所有元组合并,删去重复的元组c c4 4b bd d4 4a ac c2 2a aC CB BA Ac c4 4b bd d6 6a ad d4 4a aC CB BA Ac c4 4b bc c2 2a ad d6 6a ad d4 4a aC CB BA ARSRSc c4 4b bd d4 4a ac c2 2a aC CB BA Ac c4 4b bd d6 6a ad d4 4a aC CB BA Ac c2 2a aC CB BA ARSRS2)2)差运
17、算:差运算:R RS S 同类关系同类关系R R与与S S的差,由属于的差,由属于R R而不属于而不属于S S的所有元组组成的的所有元组组成的集合构成集合构成c c4 4b bd d4 4a ac c2 2a aC CB BA Ac c4 4b bd d6 6a ad d4 4a aC CB BA Ac c4 4b bd d4 4a aC CB BA ARSRS3)3)交运算:交运算:RS RS 同类关系同类关系R R与与S S的交由既属于的交由既属于R R又属于又属于S S的元组组成的集合构的元组组成的集合构成成RS=R-RS=R-(R-SR-S)c c4 4b bd d4 4a ac c2
18、 2a aC CB BA Ac c4 4b bd d6 6a ad d4 4a aD DC CB BRSRS4)4)笛卡儿积:笛卡儿积:RS RS 关系关系R R、S S不要求同类不要求同类c c4 4b bd d4 4a ad d6 6a ad d4 4a ad d4 4a ad d4 4a ad d4 4a ac c4 4b bc c4 4b bc c4 4b bd d6 6a ac c4 4b bc c4 4b bc c2 2a ac cc c2 22 2a aa ad d6 6a ad d4 4a aR.CR.CR.BR.BR.AR.AS.DS.DS.CS.CS.BS.B2.2.专门的
19、关系运算专门的关系运算1)1)选择运算选择运算CSCSM M2222F FS6S6MAMAF F2020E ES5S5CICIF F1919D DS4S4MAMAM M1919C CS3S3CSCSF F2121B BS2S2CSCSM M2020A AS1S1DEPDEPSEXSEXAGEAGESNSNS#S#CSCSM M2222F FS6S6CSCSF F2121B BS2S2CSCSM M2020A AS1S1DEPDEPSEXSEXAGEAGESNSNS#S#S DEP=CS(S)?求计算机系?求计算机系(CS)的学生基本情况的学生基本情况 F(R)其中:其中:F F是一个条件表达式
20、(逻辑表达式或表达式)是一个条件表达式(逻辑表达式或表达式)CSCSM M2222F FS6S6MAMAF F2020E ES5S5CICIF F1919D DS4S4MAMAM M1919C CS3S3CSCSF F2121B BS2S2CSCSM M2020A AS1S1DEPDEPSEXSEXAGEAGESNSNS#S#按给定的条件选取其中的若干个元组,组成新的关系按给定的条件选取其中的若干个元组,组成新的关系 逻辑运算符:逻辑运算符:布尔运算符:布尔运算符:ANDANDORORNOTNOT2 2)投影运算)投影运算CSCSM M2222F FS6S6MAMAF F2020E ES5S5
21、CICIF F1919D DS4S4MAMAM M1919C CS3S3CSCSF F2121B BS2S2CSCSM M2020A AS1S1DEPDEPSEXSEXAGEAGESNSNS#S#CSCSF FMAMAE ECICID DMAMAC CCSCSB BCSCSA ADEPDEPSNSNCICIMAMACSCSDEPDEPS?对学生姓名和所在系属性取投影?对学生姓名和所在系属性取投影 SN,DEP(S)?查询学生关系中都有哪些系?查询学生关系中都有哪些系 DEP(S)Attr(S)其中:其中:AttrAttr是关系是关系S S的一个属性子集的一个属性子集3 3)连接运算)连接运算c
22、 c4 4a3a3d d4 4a2a2c c2 2a1a1C CB BA A1010e e4 4d dE ED D1010e ec c4 4a3a31010e ed d4 4a2a21010e ec c2 2a1a14 4d dc c2 2a1a1E ED DC CB BA ARS4 4d dc c4 4a3a34 4d dd d4 4a2a21010e ec c4 4a3a31010e ed d4 4a2a21010e ec c2 2a1a14 4d dc c2 2a1a1E ED DC CB BA ARS 其中:其中:F F是一个条件表达式(逻辑表达式或布尔表达式)是一个条件表达式(逻辑表
23、达式或布尔表达式)RFS=F(RS)RB20(S)S#(C#=C2(SC)1.求年龄超过求年龄超过20岁学生的姓名和性别岁学生的姓名和性别2.求选修求选修C2课程的学生学号课程的学生学号3.求选修求选修C2课程的学生学号、姓名课程的学生学号、姓名 S#,SN()SS.S#=SC.S#and C#=C2 SC S#,SN()SS.S#=SC.S#(S#,C#(SC)C#(C)4.求选修了全部课程的学生学号和姓名求选修了全部课程的学生学号和姓名2.3 SQL2.3 SQL语言语言一、一、一、一、SQLSQLSQLSQL概述概述概述概述 SQL-Structured Query Language S
24、QL-Structured Query Language SQL-Structured Query Language SQL-Structured Query Language 1974 1979 1974 1979 1974 1979 1974 1979年,在年,在年,在年,在IBMIBMIBMIBM的的的的System RSystem RSystem RSystem R上实现。上实现。上实现。上实现。1986.10 1986.10 1986.10 1986.10批准为美国标准。不久被接受为国际标准。批准为美国标准。不久被接受为国际标准。批准为美国标准。不久被接受为国际标准。批准为美国标准。
25、不久被接受为国际标准。1989 1989 1989 1989年公布年公布年公布年公布SQL89SQL89SQL89SQL89国际标准。国际标准。国际标准。国际标准。1992 1992 1992 1992年公布年公布年公布年公布SQL92SQL92SQL92SQL92国际标准,常称为国际标准,常称为国际标准,常称为国际标准,常称为SQL2SQL2SQL2SQL2。1999 1999 1999 1999年公布年公布年公布年公布SQL99SQL99SQL99SQL99国际标准,常称为国际标准,常称为国际标准,常称为国际标准,常称为SQL3SQL3SQL3SQL3。SQL SQL SQL SQL具有以
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