计算机基础第四章教案.ppt
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1、第4章数据库与信息系统1学习之前的讲述:数据库与信息系统概念的引出:数据库与信息系统概念的引出:人类的人类的知识与智慧知识与智慧需要不断地需要不断地积累和传承积累和传承。n n 其基础是,以数据的形式进行其基础是,以数据的形式进行有组织地存有组织地存储储;n n 其方法是,对这些数据进行其方法是,对这些数据进行有效地检索、有效地检索、操作和维护操作和维护;n n 其应用是,其应用是,有目的地有目的地对数据进行再对数据进行再加工和加工和利用利用,也称作:信息系统。,也称作:信息系统。如何学习这个章节?如何学习这个章节?24.1 4.1 数据库基础知识数据库基础知识4.1.1 4.1.1 数据与数
2、据库数据与数据库 1 1、数据:、数据:描述事物的符号记录。描述事物的符号记录。数据的种类多种多样数据的种类多种多样:数字、文字、声音、图像等。数字、文字、声音、图像等。在计算机中,各种数据被数字化。在计算机中,各种数据被数字化。数据的概念有两个方面数据的概念有两个方面:描述事物特性的是描述事物特性的是数据内容数据内容;存储在某一种媒体上的是存储在某一种媒体上的是数据形式数据形式。3 2 2、数据库:、数据库:数据的仓库(集合)数据的仓库(集合)数据库中的数据具有:数据库中的数据具有:目的性、组织性、独立性、共享性,目的性、组织性、独立性、共享性,按照一定的按照一定的数据模型数据模型规则地存放
3、。规则地存放。现实世界-信息世界-机器世界(物质)(物质)(精神)(精神)(数据)(数据)4 4.1.3 4.1.3 数据管理技术的演变数据管理技术的演变 三个阶段:三个阶段:n n 人工管理阶段人工管理阶段n n 文件管理阶段文件管理阶段n n 数据库管理阶段数据库管理阶段5n 人工管理阶段(人工管理阶段(5050年代)年代):这个时期,没有磁盘和专门的数据管理软件。这个时期,没有磁盘和专门的数据管理软件。计算机主要用于科学计算,数据量不大。计算机主要用于科学计算,数据量不大。应用程序应用程序1 1应用程序应用程序2 2应用程序应用程序数据集数据集1 1数据集数据集2 2数据集数据集3 3
4、人工管理阶段应用程序与人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系数据之间的对应关系 6人工管理数据的特点:人工管理数据的特点:数据不保存。数据不保存。数据需要由应用程序自己设计、数据需要由应用程序自己设计、说明和管理。没有相应的软件系说明和管理。没有相应的软件系统负责数据的管理工作。统负责数据的管理工作。数据不共享。数据不共享。数据不具有独立性。数据不具有独立性。7n文件系统阶段(文件系统阶段(6060年代)年代)这时期,有了磁盘存储设备,有了操作系统这时期,有了磁盘存储设备,有了操作系统以及文件管理功能。计算机不仅用于计算,以及文件管理功能。计算机不仅用于计算,还有大量的数据处理。还有大量的数
5、据处理。文件系统阶段应用程序与数据之间的关系文件系统阶段应用程序与数据之间的关系 应用程序应用程序1 1应用程序应用程序2 2应用程序应用程序n n文件文件1 1文件文件2 2文件文件n n存存取取方法方法8文件系统管理数据的特点:文件系统管理数据的特点:数据可以长期保存。数据可以长期保存。由专门的软件即文件系统进行数由专门的软件即文件系统进行数据文件的管理。据文件的管理。数据共享性差。数据共享性差。数据独立性低。数据独立性低。9n n 数据库管理阶段数据库管理阶段应用程序应用程序2 2应用程序应用程序1 1应用程序应用程序n n用户用户数据库管数据库管理系统理系统数据库数据库数据库管理系统处
6、理数据方式示意图数据库管理系统处理数据方式示意图 10 数据库管理系统的特点:数据库管理系统的特点:数据结构化数据结构化 利用复杂的数据模型,不仅描述数利用复杂的数据模型,不仅描述数据本身,而且描述数据与数据之间的关据本身,而且描述数据与数据之间的关系。系。数据共享性提高,冗余度降低数据共享性提高,冗余度降低从整体层面描述和建立数据模型,实现从整体层面描述和建立数据模型,实现数据共享,维护数据的一致性。数据共享,维护数据的一致性。数据独立性高数据独立性高借助于数据库管理的中间转换,实借助于数据库管理的中间转换,实现数据逻辑结构和物理结构相分离,保现数据逻辑结构和物理结构相分离,保持数据和应用程
7、序之间相互独立。持数据和应用程序之间相互独立。11数据库系统集中管理数据数据库系统集中管理数据主要包括下面几方面的控制功能,主要包括下面几方面的控制功能,并发性:并发性:允许多用户同时使用数据允许多用户同时使用数据库库 完整性:完整性:通过一些完整性规则,令通过一些完整性规则,令数据库始终包含数据库始终包含正确的正确的数据。数据。可恢复性:可恢复性:遭到破坏时可以最近点遭到破坏时可以最近点恢复恢复 安全性:安全性:安全机制、使用权限设置安全机制、使用权限设置 审计性:审计性:跟踪记录数据操作情况跟踪记录数据操作情况12 数据库管理系统数据库管理系统 1 1、数据库:、数据库:数据库就是数据库就
8、是长期储存长期储存在计算机内的在计算机内的有组有组织织、可共享可共享的数据集合。的数据集合。2 2、数据库管理系统的定义、数据库管理系统的定义:数据库管理系统数据库管理系统(Database Management Database Management SystemsSystems,DBMSDBMS)是数据库系统的核心,是是数据库系统的核心,是为数据库的建立、使用和维护而配置的为数据库的建立、使用和维护而配置的软软件件,由一个,由一个互相关联互相关联的的数据的集合数据的集合和一组和一组用于访问这些数据的用于访问这些数据的程序程序组成。组成。13 3 3、数据库管理系统、数据库管理系统(DBMS
9、)(DBMS)的功能:的功能:pp 数据定义:数据定义:定义数据库结构的模式。定义数据库结构的模式。pp 数据操纵:数据操纵:包括对数据库数据的检索、插入、包括对数据库数据的检索、插入、修改和删除等基本操作。修改和删除等基本操作。pp 数据库运行管理:数据库运行管理:保证数据的安全性、完整保证数据的安全性、完整性、一致性以及多用户对数据的并发使用。性、一致性以及多用户对数据的并发使用。pp 数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理:确定文件结构和存确定文件结构和存取方式取方式 pp 数据库的建立和维护数据库的建立和维护:建立数据库包括数据建立数据库包括数据库初始数据的输入与数据转换等。维护数据
10、库库初始数据的输入与数据转换等。维护数据库包括数据库转储和恢复等。包括数据库转储和恢复等。pp 数据通信接口数据通信接口:14 4 4、数据库管理系统的组成:、数据库管理系统的组成:pp 数据定义语言数据定义语言(DDL)(DDL)及其翻译处理程序:及其翻译处理程序:提供提供数据定义语言数据定义语言,供用户定义数据库的各类模式供用户定义数据库的各类模式和结构等。和结构等。pp 数据操纵语言数据操纵语言(DML)(DML)及其编译(或解释)程序:及其编译(或解释)程序:实现对数据库的检索实现对数据库的检索、插入插入、修改修改、删除等基删除等基本操作。如,存储管理、安全性、一致性、各本操作。如,存
11、储管理、安全性、一致性、各类事物和日志管理等等。类事物和日志管理等等。pp 数据库运行控制程序:数据库运行控制程序:负责数据库运行过程负责数据库运行过程中的控制与管理中的控制与管理。pp 实用程序实用程序:基于应用层面的,基于应用层面的,数据库数据的数据库数据的建立与维护,以及数据格式的转换与通信等。建立与维护,以及数据格式的转换与通信等。pp 良好的用户界面良好的用户界面154.1.4 4.1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成 DBSDBS:带有数据库的计算机应用系统。:带有数据库的计算机应用系统。一般由数据库、数据库管理系统、应用系一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员统
12、、数据库管理员(DataBase Administrator)和最终用户构成。和最终用户构成。DBS=DB+DBMS+APPLACATION+DBA+USERDBS=DB+DBMS+APPLACATION+DBA+USERDBS=DB+DBMS+APPLACATION+DBA+USERDBS=DB+DBMS+APPLACATION+DBA+USER164.2 4.2 数据模型数据模型 数据模型的组成数据模型的组成 三个要素:三个要素:pp 数据结构:数据结构:用于描述系统的静态特性。用于描述系统的静态特性。pp 数据操作:数据操作:用于描述系统的动态特性。用于描述系统的动态特性。pp 数据的约
13、束条件:数据的约束条件:一组完整性规则。一组完整性规则。数据模型应满足三方面要求:数据模型应满足三方面要求:能比较真实地模拟现实世界;能比较真实地模拟现实世界;容易为人所理解;容易为人所理解;便于在计算机上实现。便于在计算机上实现。17 概念模型概念模型概念级的模型把现实世界中的客观对象概念级的模型把现实世界中的客观对象抽抽象象为某一种信息结构,这种信息结构并不依为某一种信息结构,这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统。赖于具体的计算机系统。概念模型实际上是现实世界到机器世界的概念模型实际上是现实世界到机器世界的一个一个中间层次中间层次。信息世界的几个概念:信息世界的几个概念:实体、属性、域、
14、实体、属性、域、码码(key)(key)、实体型、实体型、实体集、联系。实体集、联系。现实世界现实世界信息世界信息世界 概念模型概念模型 机器世界机器世界DBMSDBMS支持的数据模型支持的数据模型18两个实体型之间的联系:两个实体型之间的联系:一对一联系(一对一联系(1:11:1)一一对对多多联联系(系(1:n1:n)多多对对多多联联系(系(m:nm:n)实际上,一对一联系是一对多联实际上,一对一联系是一对多联系的特例,而一对多联系又是多对多的系的特例,而一对多联系又是多对多的特例。特例。19 常用数据模型常用数据模型层次模型:层次模型:表现实体之间一种很自然的层次关系。表现实体之间一种很自
15、然的层次关系。系系教研室教研室学学 生生教教 师师教师和学生的层次模型图教师和学生的层次模型图 20层次模型的特点层次模型的特点:有且只有一个结点没有双亲,该结点就是有且只有一个结点没有双亲,该结点就是根结点;根结点;根以外的其他结点,有且仅有一个双亲结根以外的其他结点,有且仅有一个双亲结点。层次数据库系统只能直接处理一对多点。层次数据库系统只能直接处理一对多的实体关系;的实体关系;任何一个给定的记录值只有按其路径查看任何一个给定的记录值只有按其路径查看时才能显出它的全部意义,没有一个子女时才能显出它的全部意义,没有一个子女记录值能够脱离双亲而独立存在。记录值能够脱离双亲而独立存在。21层次模
16、型的数据操纵与完整性层次模型的数据操纵与完整性:对数据进行删除、插入操作时要注意对数据进行删除、插入操作时要注意层次模型的完整性。即,任何子女结点都层次模型的完整性。即,任何子女结点都不能没有双亲。不能没有双亲。层次模型的优缺点层次模型的优缺点:结构简单、关系清晰。结构简单、关系清晰。不能描述较复杂的关系,查询速度慢。不能描述较复杂的关系,查询速度慢。22网状模型:网状模型:用网络结构表示数据间的多个从属关系用网络结构表示数据间的多个从属关系,可以清晰地表示这种非层次关系。可以清晰地表示这种非层次关系。学生学生1 1学生学生2 2学生学生3 3学生学生4 4课程课程1 1课程课程2 2课程课程
17、3 323网状模型的特点:网状模型的特点:有一个以上的结点没有双亲;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。至少有一个结点可以有多于一个双亲。网状模型允许两个或两个以上的结点为网状模型允许两个或两个以上的结点为根结点,允许某个结点有多个双亲结点。根结点,允许某个结点有多个双亲结点。实际上,层次模型是网状模型的一个特实际上,层次模型是网状模型的一个特例。例。24网状模型的数据操纵与完整性网状模型的数据操纵与完整性:对数据进行删除、插入操作比较随意,对数据进行删除、插入操作比较随意,没有严格的完整性约束条件。即,允许插没有严格的完整性约束条件。即,允许插入尚未确定双亲的子女结点
18、,也允许删除入尚未确定双亲的子女结点,也允许删除双亲而保留子女结点。双亲而保留子女结点。网状模型的优缺点网状模型的优缺点:能描述现实中较复杂的多对多关系,能描述现实中较复杂的多对多关系,存取效率高。存取效率高。描述语言比较复杂,数据独立性较差。描述语言比较复杂,数据独立性较差。25关系模型:关系模型:用一个二维表来表示数据间的关系用一个二维表来表示数据间的关系 “二维表二维表框架框架”组成的集合,每个组成的集合,每个二维表又可称为二维表又可称为关系关系,所以关系模型是,所以关系模型是“关系框架关系框架”的集合。的集合。26表表表表4 4 4 41 1 1 1 学生登记表学生登记表学生登记表学生
19、登记表S S S S学号(学号(SNOSNO)姓姓 名名(SN)(SN)性性 别别(SEX)(SEX)出生年月出生年月系系 别别(DEPT)(DEPT)200510101200510101李李 丽丽女女07/05/198707/05/1987计算机计算机200510102200510102赵赵 勇勇男男02/23/198802/23/1988法法 律律200510103200510103王王 凯凯男男01/19/198701/19/1987管管 理理表表表表4 4 4 42 2 2 2 课程登记表课程登记表课程登记表课程登记表C C C C课程号课程号(CNO)(CNO)课程名称课程名称(CN
20、)(CN)学学 分分(CC)(CC)开课院系开课院系A1012A1012高等数学高等数学5 5数数 学学 系系A2023A2023大学英语大学英语3 3英英 语语 系系C1103C1103计算机导论计算机导论3 3计算机系计算机系表表表表4 4 4 43 3 3 3 成绩登记表成绩登记表成绩登记表成绩登记表G G G G课程号(课程号(CNOCNO)学学 号(号(SNOSNO)成成 绩(绩(SCORESCORE)A1012A10122005101012005101018787A2023A20232005101012005101017575A2023A2023200510102200510102
21、9090C1103C1103200510103200510103686827关系数据库的基本概念和结构:关系数据库的基本概念和结构:关系关系(relation)(relation):每个表表示一种关系。每个表表示一种关系。元组元组(tuple)(tuple):二维表格中的一行(二维表格中的一行(记录记录)属性:属性:二维表格中的一列二维表格中的一列(数据项数据项)码码(key)(key):唯一标识记录的属性(唯一标识记录的属性(关键字关键字)域域(domain)(domain):属性的取值范围。属性的取值范围。例如,性别的域是(男,女)例如,性别的域是(男,女)关系模型:关系模型:对关系的描述
22、,一般表示为:对关系的描述,一般表示为:关系名(属性关系名(属性1 1,属性,属性2 2,,属性属性n n)例如,表例如,表4-14-1的关系可描述为:的关系可描述为:学生学生(学号,姓名,性别,出生年月,系别学号,姓名,性别,出生年月,系别)28关系数据模型的操纵与完整性约束:关系数据模型的操纵与完整性约束:数据操纵:数据操纵:数据查询、插入、删除和更新数据查询、插入、删除和更新 完整性约束:完整性约束:实体完整性:实体完整性:一个关系的主关键字不能一个关系的主关键字不能取空值;取空值;参照完整性:参照完整性:表与表之间的某种联系形表与表之间的某种联系形成参照关系。要求一个表的外码要么取空值
23、,成参照关系。要求一个表的外码要么取空值,要么和被参照关系中对应字段的某个值相同。要么和被参照关系中对应字段的某个值相同。用户自定义的完整性:用户自定义的完整性:根据数据库系统根据数据库系统的应用环境不同,用户设定的约束条件。的应用环境不同,用户设定的约束条件。29关系模型的优缺点:关系模型的优缺点:优点:优点:建立在严格的数学概念基础上。建立在严格的数学概念基础上。概念单一、结构清晰、易懂易用。概念单一、结构清晰、易懂易用。具有更高的数据独立性,安全性好。具有更高的数据独立性,安全性好。缺点:缺点:查询效率不如非关系数据模型。查询效率不如非关系数据模型。30面向对象模型:面向对象模型:对象:
24、现实世界中的实体在问题空间对象:现实世界中的实体在问题空间的抽象,由属性、方法加以描述。的抽象,由属性、方法加以描述。类:具有同一属性和方法集的所有对类:具有同一属性和方法集的所有对象的集合。象的集合。面向对象模型:由若干面向对象模型:由若干类层次类层次组成。组成。特点:特点:可处理除传统数据外的,包括图可处理除传统数据外的,包括图象、声音、动画等多种形式的信息。象、声音、动画等多种形式的信息。314.3.1 SQL4.3.1 SQL概述概述SQL(Structured Query Language)SQL(Structured Query Language)结构结构化查询语言,语言简洁、功能
25、强大,是关化查询语言,语言简洁、功能强大,是关系型数据库的标准语言。系型数据库的标准语言。SQLSQL的功能的功能:查询查询(Query)(Query)、操纵操纵(Manipulation)(Manipulation)、定义定义(Definition)(Definition)、控制控制(Control)(Control)。4.3 SQL 4.3 SQL语言基础语言基础32SQLSQL的特点:的特点:综合统一:综合统一:集数据库定义、数据操纵、集数据库定义、数据操纵、控制等功能于一体,控制等功能于一体,语言风格统一语言风格统一,独立,独立完成数据库生命周期中的全部活动。完成数据库生命周期中的全部
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