第2章 数据库概述.pptx

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1、数据库技术与应用数据库技术与应用 SQL-ServerSQL-Server第二第二章章 数据库设计概述数据库设计概述22.1数据库系统的组成2.2数据库系统的三级模式结构2.3数据库设计概述2.4数据库需求分析2.5数据库的概念设计2.6数据库的逻辑设计2.7数据库的物理设计2.8数据库的实施、运行与维护2.9数据库设计案例第二章第二章 数据库设计概述数据库设计概述32.1 2.1 数据库系统数据库系统的组成的组成1.数据库（DataBase，简称DB）：是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据的集合。2.数据库管理系统:(DatabaseManagemen

2、tSystem，DBMS)组织与存储数据维护与获取数据常用数据库管理系统：Oracle、DB2、Sybase、MySQL、Access、SQLServer等42.1 2.1 数据库系统数据库系统的组成的组成3.数据库应用系统（DatabaseApplicationSystem，DBAS）:是基于数据库所建立的应用；它通常包含一组应用程序。52.1 2.1 数据库系统数据库系统的组成的组成4.数据库系统DBS(DataBaseSystem):组成：数据库数据库管理系统数据库应用系统计算机软硬件设计、实现、使用、维护这些系统的人员数据库系统的组成62.22.2 数据库系统的三级模式结构数据库系统的

3、三级模式结构为了有效地组织和管理数据，提高数据库数据的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，这就是数据库的三级模式结构，即：外模式、模式和内模式。7数据库的三级模式结构应用应用1 1外模式外模式/模式映射模式映射模式模式/内模式映射内模式映射外模式外模式-用户级用户级模式模式-概念级概念级内模式内模式-物理级物理级数据库数据库内模式内模式模模 式式应用应用2 2应用应用n n外模式外模式1 1外模式外模式m m外模式外模式1 1全局视图全局视图存储视图存储视图用户视图用户视图2.2数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构8模式（也称逻辑模式或概念模式）*数据库中

4、全体数据的逻辑结构和特征的描述*所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式概念模式概念模式/逻辑模式逻辑模式/模式模式外模式外模式/子模式子模式/用户模式用户模式外模式（也称子模式或用户模式）*数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述*数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示外模式的地位：介于概念模式与应用之间*概念模式与外模式的关系：一对多*外模式与应用的关系：一对多外模式的用途*保证数据库安全性*每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据内模式内模式/存储模式存储模式内模式（也称存储模式）*是数据物理结构和存储方式的

5、描述*是数据在数据库内部的表示方式一个数据库只有一个内模式11三级模式间的关系DBMS在三级模式之间提供了二级映射功能，保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性与物理独立性。外模式外模式/模式映射模式映射模式模式/内模式映射内模式映射保证了数据与程序间的逻辑独立性保证了数据与程序间的逻辑独立性 确保了数据的物理独立性确保了数据的物理独立性 12三级模式-示例132.32.3 数据库设计概述数据库设计概述数据库设计的方法数据库设计的基本步骤数据建模142.3.1 2.3.1 数据库设计的方法数据库设计的方法新奥尔良方法。基于E-R模型的数据库设计方法。基于3范式（3NF）的数据库设计方法

6、。ODL（ObjectDefinitionLanguage）方法。152.3.2 2.3.2 数据库设计的基本步骤数据库设计的基本步骤数据库设计过程一般包括：(1)需求分析(2)概念设计(3)逻辑设计(4)物理设计(5)实施(6)运行及维护16n现实世界现实世界事物事物特征特征全体全体关联关联n计算机计算机世界世界数据项数据项记录记录文件文件数据模型数据模型n信息世界信息世界实体实体属性属性实体集实体集联系联系概念概念模型模型数据模型数据模型u三个世界-数据处理的三个阶段2.3.3 2.3.3 数据建模数据建模17概念模型对数据进行综合、抽象和归纳，构建信息世界的概念模型数据模型将信息世界的概

7、念模型转换为计算机世界的数据模型。两级抽象的建模过程两级抽象的建模过程u概念模型与数据模型是对客观事物及其联系的两级抽象描述，概念模型是基础，数据模型由概念模型导出18不同阶段所需创建的模型（1）需求分析（2）概念设计-建立概念模型（3）逻辑设计-建立逻辑数据模型（4）物理设计-在此过程中还会建立物理数据模型（5）实施（6）运行及维护192.4 2.4 数据库需求分析数据库需求分析2.4.1需求分析的任务信息要求处理要求安全性要求完整性要求202.4 2.4 数据库需求分析数据库需求分析2.4.2需求分析的方法（1）调查组织机构情况。（2）调查各部门的业务活动情况。（3）在熟悉了业务活动的基础

8、上，协助用户明确各种要求。（4）确定应用系统的边界。212.5 2.5 数据库的概念设计数据库的概念设计n概念模型nE-R图222.5.12.5.1概念模型概念模型实体：客观存在并可相互区分的事物,可为抽象事物。属性：实体或联系所具有的特性。码（关键字）：唯一标识实体的属性（集）。域：某个属性的取值范围。概念模型按用户的观点来对数据和信息建模。描述现实世界的概念化结构。232.5.12.5.1概念模型概念模型实体型和实体值实体型就是实体的结构描述，通常是实体名和性名的集合。学院（学院编号，学院名称，学院电话，学院地址）实体值就是一个具体的实体，它是属性值的集合。（01，生命学院，027-875

9、41111，东11-8楼）实体集:由同一类型的实体构成的集合称为实体集。联系：实体之间及其内部的关联（对应）关系。24n实体间的联系类型常见的有三种：一对一一对一一对一对多多多对多多对多2.5.12.5.1概念模型概念模型25班班长长任职任职班班级级1 11 11:11:12.5.12.5.1概念模型概念模型一对一：一对一：A实体集中的每个实体至多可以和实体集中的每个实体至多可以和B实体集中的一实体集中的一个实体相关联，同样，个实体相关联，同样，B实体实体集中的每个集中的每个实体也至多实体也至多可可以以和和A实体实体集中的一个实体相集中的一个实体相关联，则关联，则A，B之间的关联之间的关联关系

10、为一对一的联系。关系为一对一的联系。湖北湖北湖南湖南河北河北河南河南四川四川长沙长沙郑州郑州武汉武汉济南济南成都成都省份集合省会集合261:n1:n班级班级拥有拥有学生学生2.5.12.5.1概念模型概念模型1 1n n一对多：一对多：A实体集中的每个实体可以和实体集中的每个实体可以和B实体集中的多个实实体集中的多个实体相关联，反过来，体相关联，反过来，B实体实体集中的每个集中的每个实体至多实体至多可以可以和和A实体实体集中的一个实体相集中的一个实体相关联，则关联，则A，B之间的关联关之间的关联关系为一对多的联系。系为一对多的联系。湖北湖北湖南湖南河北河北河南河南四川四川长沙长沙郑州郑州武汉武

11、汉宜昌宜昌成都成都湘潭湘潭省份集合城市集合27学生学生学习学习课程课程m mn nm:nm:n2.5.12.5.1概念模型概念模型多对多：多对多：A实体集中的每个实体可以和实体集中的每个实体可以和B实体集中的多个实实体集中的多个实体相关联，反过来，体相关联，反过来，B实体实体集中的每个集中的每个实体也可以和实体也可以和A实体实体集中集中的多个的多个实体相实体相关联，则关联，则A，B之间的关联关系之间的关联关系为多对多的联系。为多对多的联系。张三张三李四李四王五王五赵六赵六钱七钱七C语言语言网络网络数据库数据库数据结构数据结构VB教师集合课程集合28多元联系：当某个联系涉及到两个以上实体集时，此

12、时的关联关系称为多元联系2.5.12.5.1概念模型概念模型课程课程讲授讲授教师教师参考书参考书1mn供应商供应商提供提供项目项目零件零件mnp29概念模型的表示方法：实体-联系方法(E-R方法)实体型：用矩形表示，框内写明实体名。属性：用椭圆表示，并用无向边和相应实体相连。联系：用菱形表示，框内写明联系名，并用无向边和有关实体相连，在无向边旁标明联系的类型。姓名姓名学习学习学生学生课程课程mmnn2.5.2 E-R2.5.2 E-R图图学号学号性别性别课程编号课程编号课程名称课程名称课程性质课程性质成绩成绩30E-R模型设计过程：根据局部应用设计局部E-R图将各局部E-R图集成对集成后的E-

13、R图进行优化处理（比如：属性、命名、结构等冲突的处理）31学生管理系统数据库部分E-R图2.5.2 E-R2.5.2 E-R图示例图示例入学入学学院学院学院编号学院编号学院名称学院名称学院电话学院电话学院地址学院地址学生学生学号学号姓名姓名性别性别专业班级专业班级1n出生日期出生日期入学时间入学时间学制学制籍贯籍贯322.6 2.6 数据库的逻辑设计数据库的逻辑设计数据模型的三要素层次模型和网状模型简介关系模型E-R模型向关系模型的转换33概念模型转换为数据模型时，需要考虑的问题和内容：第一个问题：概念模型中-实体及联系的属性、属性的数据类型、实体间联系的实现方法？即：数据结构第二个问题：属性

14、取值限制。即：数据的约束条件完整性规则第三个问题：应用中会对数据进行的处理。即：数据操作将数据模型中的数据结构、数据的约束条件和数据操作合称为数据模型三要素。2.6.12.6.1数据模型的三要素数据模型的三要素34数据模型数据模型常见的数据模型：目前成熟的数据模型面向记录的模型层次模型：以“树结构”表示数据之间的联系网状模型：以“图结构”表示数据之间的联系关系模型：以“二维表”表示数据之间的联系面向对象的模型352.6.2 2.6.2 层次层次模型和网状模型简介模型和网状模型简介1.层次模型数据库系统中最早出现的数据模型，以树形结构来表示实体及其之间的联系（1：n）。校部校部学院学院A系系A学

15、院学院B系系B系系C系系D系系E学校组织结构图学校组织结构图362.6.2 2.6.2 层次模型和网状模型简介层次模型和网状模型简介2.网状模型以有向图结构表示实体及其之间的联系(m：n)。课程、学生、选课课程、学生、选课372.6.3 2.6.3 关系模型关系模型关系模型是建立在严格的数学概念的基础上的，主要特征是用二维表格表达实体和实体间的联系学号姓名性别外语语种班级编号0308120301张 彦男英语030812030308120302梁 良男英语030812030308120303徐 婧女英语0308120303081203014赵苹芳女英语03081203382.6.3 2.6.3

16、关系模型关系模型n关系中的术语介绍1.属性；域；元组；关系；关系模式2.候选键；主键；外键；主表；从表3.关系模型的特点n关系术语与表术语的对应n数据完整性约束392.6.3 2.6.3 关系模型关系模型学号姓名性别外语语种班级编号0308120301张 彦男英语030812030308120302梁 良男英语030812030308120303徐 婧女英语0308120303081203014赵苹芳女英语03081203属性属性n属性属性二维表中每一列称为一个属性二维表中每一列称为一个属性每一列有个属性名每一列有个属性名行和列的交叉位置是属性值行和列的交叉位置是属性值n域域属性的取值属性的取

17、值范围范围n关系中属性的个数称为关系中属性的个数称为“度度”或或“目目”或或“元元”402.6.3 2.6.3 关系模型关系模型元组元组学号姓名性别外语语种班级编号0308120301张 彦男英语030812030308120302梁 良男英语030812030308120303徐 婧女英语0308120303081203014赵苹芳女英语03081203n元组元组二维表中每一行称为一个元组二维表中每一行称为一个元组在文件中对应一条在文件中对应一条记录记录n关系中元组的个数称为关系中元组的个数称为“基数基数”41n关系(Relation)：一个关系对应一张二维表n关系模式：对关系的描述关系名(

18、属性1，属性2，属性n)2.6.3 2.6.3 关系模型关系模型关系关系学生学生学生学生(学号，姓名，性别，外语语种，班级学号，姓名，性别，外语语种，班级学号，姓名，性别，外语语种，班级学号，姓名，性别，外语语种，班级编号编号编号编号)学号姓名性别外语语种班级编号0308120301张 彦男英语030812030308120302梁 良男英语030812030308120303徐 婧女英语0308120303081203014赵苹芳女英语03081203学生表422.6.3 2.6.3 关系模型关系模型n关系中的术语介绍1.属性；域；元组；关系；关系模式2.候选键；主键；外键；主表；从表3.关

19、系模型的特点n关系术语与表术语的对应n数据完整性约束43n候选键关系中用来惟一标识一个元组的属性或属性组n主键，也称为主关键字，主码从候选键中指定一个用来标识元组学生关系学生关系学号学号姓名姓名性别性别外语语种外语语种班级编号班级编号主键是我们在设计数据库时，根据情况选定的主键可以包含多个属性。主键主键2.6.3 2.6.3 关系模型关系模型442.6.3 2.6.3 关系模型关系模型n外键如果一个关系中的属性或属性组并非该关系的主键，但它是另一个关系的主键，则称其为该关系的外键学生关系学生关系学号学号 姓名姓名性别性别外语语种外语语种班级编号班级编号专业专业编号编号班级编号班级编号班长班长院

20、系编号院系编号班级关系班级关系外键外键主键主键452.6.3 2.6.3 关系模型关系模型n主表和从表主表:主键为从表外键从表:外键所在的表主表和从表通过外键相关联从表从表从表从表主表主表主表主表学生关系学生关系学号学号姓名姓名性别性别外语语种外语语种班级编号班级编号专业编号专业编号班级编号班级编号班长班长院系编号院系编号班级关系班级关系外键外键主键主键462.6.3 2.6.3 关系模型关系模型n关系模型的特点每一列不可再分同一关系中属性(字段)不允许重名关系中不允许有完全相同的元组关系中交换任意两行的位置不影响数据的实际含义关系中交换任意两列的位置不影响数据的实际含义47关系模型的完整性约

21、束关系模型的完整性约束完整性（Integrity）*完整性是指数据库中数据在逻辑上的一致性、正确性、有效性和相容性。*数据库完整性由各种各样的完整性约束来保证。*3类关系完整性约束-实体完整性-参照完整性-用户自定义的完整性48实体完整性（EntityIntegrity）一个关系中的所有元组都是唯一的，即不能有相同两行，也称为行完整性。实体完整性规则：-属于关键字的属性不能取空值；-不允许两个元组的关键字值相同。课程号课程号课程名课程名学时学时C1程序设计程序设计60C2微机原理微机原理80数字逻辑数字逻辑60学号学号课程号课程号成绩成绩S1C190S1C285S2C7选课关系选课关系课程关系

22、课程关系是是否否允允许许？是是否否允允许许？关系模型的完整性约束关系模型的完整性约束49关系模型的完整性约束关系模型的完整性约束参照完整性（Referentialintegrity）*当一个数据表中有外部关键字时，外部关键字列的所有值，或者为空，或者出现在其所对应的表中。学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄系别系别S1S1赵亦赵亦女女1717计算机计算机S2S2钱尔钱尔男男1818信息信息S11S11王威王威男男1919经济经济S12S12李武李武男男2020学生关系学生关系系别系别地址地址计算机计算机A A楼楼信息信息B B楼楼自动化自动化C C楼楼系别关系系别关系是否允许？是否允许？主主表表从

23、从表表50关系模型的完整性约束关系模型的完整性约束用户定义完整性（User-definedIntegrity）*针对某一具体关系数据库的约束条件。*反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。*成绩属性的取值范围在成绩属性的取值范围在0-1000-100之间之间 *排排片时间必须是当前时间之后的时间片时间必须是当前时间之后的时间*会员积分必须是大于等于会员积分必须是大于等于0 0的整数的整数*性别只能是性别只能是“男男”或或“女女”*影院名称取值不为空影院名称取值不为空*会员的会员的VIPVIP等级等级初始值默认为初始值默认为0 0512.6.4 E-R2.6.4 E-R模型模型向向关系模

24、型的转换关系模型的转换1独立实体到关系模型的转化一个独立实体（型）=一个关系模式,即一张关系表实体码=关系表的关键属性其他属性=关系表的属性。实体属性取值情况=决定关系属性的取值域。E-RE-R模型到关系模型的转化过程模型到关系模型的转化过程E-RE-R模型模型关系模型关系模型对问题进行分析对问题进行分析转化转化52例：对于下图所示的学生实体，请使用关系模式描述其转化为的关系。图中下划线标注的属性表示关键字。学生实体的学生实体的E-RE-R图图学学 生生学学 号号民民 族族籍籍 贯贯姓姓 名名 学生学生(学号学号，姓名，民族，籍贯，姓名，民族，籍贯)53（1）1:1联系到关系模型的转化方法1：

25、将其中一个实体集的键及联系本身的属性加入到另一个实体中方法2：在两个实体关系表中各自增加一个外部关键字1 11 1经经 理理公公 司司领领 导导姓姓 名名住住 址址出生出生年月年月电电 话话民民 族族名名 称称电电 话话类类 型型注册地注册地1:1 1:1 联系到关系模型的转化联系到关系模型的转化2.2.联系的转化联系的转化54对上图E-R模型转化为关系模型：经理经理(姓名姓名,民族民族,住址住址,出生年月出生年月,电话电话,公司名称公司名称)公司公司(名称名称,注册地注册地,类型类型,电话电话)或者：经理经理(姓名姓名,民族民族,住址住址,出生年月出生年月,电话电话)公司公司(名称名称,注册

26、地注册地,类型类型,电话电话,经理姓名经理姓名)外键外键外键外键55（2）1:n联系到关系模型的转化在n方(即1对多关系的多方)实体表中增加一个属性，将对方的关键字作为外部关键字处理。学学 生生班班 级级属属 于于姓姓 名名学学 号号民民 族族出生年月出生年月名名 称称班班 号号系系年年 级级专专 业业学生学生(学号学号,姓名姓名,民族民族,出生年月出生年月,班号班号)班级班级(班号班号,名称名称,年级年级,系系,专业专业)外键外键n n1 156（3）m:n联系到关系模型的转化一个m:n联系要单独建立一个关系模式，分别用两个实体的关键字作为外部关键字。学学 习习m mn n学学 生生学学 号

27、号姓姓 名名出生年月出生年月民民 族族课程号课程号课程名课程名学时数学时数课程课程成绩成绩学生学生(学号学号，姓名，民族，出生年月，姓名，民族，出生年月)课程课程(课程号课程号，课程名，学时数，课程名，学时数)学习学习(学号，课程号学号，课程号，成绩，成绩)57（4）多元联系到关系模型的转化所谓多元联系，即是说该联系涉及两个以上的实体。例如一个排课表，涉及班级、课程、教师、教室等4个实体。转化时，应建立一个单独的关系表，将该联系所涉及的全部实体的关键字作为该关系表的外部关键字，再加上适当的其他属性，得到关系模式如下：排课表排课表(上课时间上课时间，班号班号,课程号课程号,教师号教师号,教室号教

28、室号)582.7 2.7 数据库的物理设计数据库的物理设计1.确定数据库的物理结构（1）确定数据的存储结构。考虑存取时间、存储空间、利用率和维护代价几个方面（2）设计数据的存取路径。确定如何建立索引。（3）确定数据的存放位置。数据易变部分与稳定部分分开存放。经常存取部分和存取频率较低部分分开存放。（4）确定系统配置。通过存储分配参数，对数据库进行物理优化。592.7 2.7 数据库的物理设计数据库的物理设计2.评价物理结构需考虑：时间效率、空间效率、维护代价和各种用户要求。评价方法依赖：所选用的DBMS从定量估算各种方案的存储空间、存取时间和维护代价入手602.8 2.8 数据库的实施、运行与

29、维护数据库的实施、运行与维护1.数据库的实施（1）定义数据库结构（2）数据装载（3）编制与调试应用程序（4）数据库试运行功能测试性能测试612.8 2.8 数据库的实施、运行与维护数据库的实施、运行与维护2.数据库的运行和维护（1）数据库的转储和恢复（2）对数据库性能的监测、分析和改善（3）维持数据库的安全性和完整性（4）数据库的重组和重构622.9 2.9 数据库数据库设计案例设计案例用户用户功能功能教务教务录入学生信息并可查询学生密码。录入教师信息并可查询教师密码。录入课程信息并设置选修课的选课信息。分别对必修课和选修课进行课堂排课。（1）必修课：排课堂的时候，确定教师，并根据专业班级名称

30、选定上课的学生学号。（2）选修课：排课堂的时候，确定教师及选修课最大容纳人数。学生自行选课，教务审核通过后确认选课成功。查看选修课课堂的选修情况并决定是否可开设。以课堂为单位查看课程成绩。教师教师查看个人信息及修改密码。查看自己承担课堂的具体信息，包括课堂信息、班级信息、学生名单等。录入及修改学生成绩。激活课堂成绩。学生学生查看个人信息及修改密码。查看自己的必修课课堂情况。查看选修课堂并选课。查看课程成绩。学生成绩管理系统632.9 2.9 数据库设计案例数据库设计案例实体：学院（学院编号，学院名称，学院电话，学院地址）学生（学号，姓名，性别，籍贯，出生日期，专业班级，密码）教师（教师编号，姓

31、名，性别，出生日期，密码）课程（课程编号，课程名称，学时数，学分数，课程性质，课程介绍）课堂（课堂编号，课堂名称，班级列表，课堂状态，最少开课人数，最多开课人数，成绩激活）642.9 2.9 数据库设计案例数据库设计案例联系：1.学院实体和教师实体之间的聘用联系1:n属性：职称2.学院实体和学生实体之间的入学联系1:n属性：入学时间，学制3.课程实体与课堂实体之间的排课联系1:n属性：开课年份，开课学期4.学生实体与课堂实体之间的上课联系m:n属性：成绩5.教师实体与课堂实体之间的授课联系1:n6.学院实体与课程实体之间的开设联系1:n652.9 2.9 数据库设计案例数据库设计案例学生成绩管理系统的简单E-R示意图662.9 2.9 数据库设计案例数据库设计案例关系模式：p学院表（学院编号，学院名称，学院电话，学院地址）p教师表（教师编号，姓名，性别，出生日期，职称，学院编号，密码）p学生表（学号，姓名，性别，籍贯，出生日期，专业班级，入学时间，学制，学院编号，密码）p课程表（课程编号，课程名称，学时数，学分数，课程性质，课程介绍，学院编号）p课堂表（课堂编号，课堂名称，开课年份，开课学期，教师编号，课程编号，班级列表，课堂状态，最少开课人数，最多开课人数，成绩激活）p选课成绩表（学号，课堂编号，成绩）谢谢 谢！谢！