SQLSEVER数据库原理及应用 数据库基础概述.ppt

数据库原理与应用,李新艳海洋学院信息工程系,2,课程地位：,计算机专业学生必修的一门专业基础课,说大纲,共60学时：30+30,3,教学任务(学习任务)：,能够进行简单的数据库设计,打好坚实的基础,掌握数据库系统基本概念、基本原理,熟练掌握SQL,说大纲,4,笔试成绩（100分，60分合格）：,平时成绩20%：上课情况、试验情况、作业情况期末考试成绩80%（考试内容与学时分配比例相应）,注：两个成绩任一个不及格，都记一科不及格，两个成绩都不及格，就算两科不及格。,笔试和实践两个方面：,实践成绩（100分，60分合格）：课程设计,说考核方法,5,第一章数据库基础概述,6,第一章 数据库基础概述,目前较流行的数据库有：Access、SQL Server、Oracle和MySQL等。SQL Server数据库:是由微软开发的。它是Windows操作系统最为流行的数据库，适合小型、中型或大型应用程序的后台数据库。Oracle数据库:一般比较适合超大型的行业领域，如电信、移动还有邮政部门等就是使用Oracle数据库的。,7,我们这学期的任务是:在学好数据库理论知识的基础上，重点学习sql server2000数据库管理系统。,第一章 数据库基础概述,8,数据库技术：是一门研究数据管理的技术(始于20世纪60年代末)。,数据管理：对数据的组织、存储、维护和使用等。,是计算机软件的一个重要分支。,第一章 数据库基础概述,9,1.数据管理技术的发展(P1-2),1）人工管理阶段（20世纪50年代）,是计算机数据管理技术发展的最新阶段。,2）文件系统阶段（20世纪60年代）,3）数据库系统阶段（20世纪60年代后期开始）,第一章 数据库基础概述,10,2.数据库系统的组成(P2-3),数据库系统：具有管理和控制数据库功能的计算机系统。一般是由数据库、数据库管理系统以及数据库用户组成。,第一章 数据库基础概述,11,1）数据库（Database,DB）:有条理、有组织、合理地存放的数据的集合。,实际上“数据库”就是为了实现一定的目的按某种规则组织起来的“数据”的“集合”。,例如：电话号码本,第一章 数据库基础概述,12,2）数据库管理系统（Database Management System,DBMS）:在操作系统的支持下帮助用户建立、使用和管理数据库的软件系统。,它的主要功能是定义和建立数据库、对数据进行操作和运行控制、提供应用程序开发环境。(详见P2),第一章 数据库基础概述,13,数据系统的组成(P2-3),3）数据库系统的用户:是指使用数据库的人。主要分为：系统程序员、数据库管理员、应用程序员和操作员。,第一章 数据库基础概述,14,数据：是反映客观事物属性的记录，是信息的载体。,数据有什么用呢？,什么是数据？,第一章 数据库基础概述,15,信息：是有价值的消息，它对于我们来说，是有意义的，可以指导我们的行为，或者说，是我们行为的依据。,第一章 数据库基础概述,16,信息是通过数据来传播的，数据是信息的载体，而信息是数据的内涵。-这就是信息和数据的联系。,因为信息是有价值的消息，所以数据如不具有知识性和有用性则不能称为信息。,1，3，5，7，9.是信息4，9，2，7，6，35.不是信息,第一章 数据库基础概述,17,数据：本质上是对信息的一种符号化表示，即用一定的符号表示信息（采用什么符号，完全是人为规定的）。（例如）,由此可见，同一信息可以有不同的数据表示形式，比如可以是数字、文字、符号、图形、图像和声音等等。,第一章 数据库基础概述,18,当然，为了用计算机进行信息处理，就得把信息转换为计算机能够识别的符号，即用0和1两个符号的编码来表示各种各样的信息。,常用的三种：数值型数据（定量记录的符号）；字符型数据（定性记录）；特殊型（形象特征和过程记录）声音、视频、图象等。,数据：一切被计算机处理的对象。,第一章 数据库基础概述,19,模型：就是现实世界特征的模拟和抽象。,数据模型：就是客观事物及其联系的数据描述，它具有描述数据和数据联系两方面的功能。,例如：下面记录学生信息和课程信息的表，就是基于某种数据模型来建立的。,第一章 数据库基础概述,20,第一章 数据库基础概述,课程信息表,成绩信息表,学生信息表,21,任何一个数据库管理系统都是基于某种数据模型的，数据模型是数据库系统的核心和基础。,根据数据模型的功能，可分为概念模型和数据库模型。,第一章 数据库基础概述,22,概念模型，也称信息模型，是面向人的，易于我们的理解，主要用于数据库的设计；而数据模库型(简称数据模型)是面向计算机的，主要用于数据库管理系统的实现。,第一章 数据库基础概述,23,现实世界,信息世界,机器世界,将现实世界的问题用概念模型表示,将概念模型转换为DBMS支持的数据模型,第一章 数据库基础概述,24,概念模型中的一些基本术语：主要是：实体、属性和联系,概念模型是用E-R图来表示的。(P8-9),第一章 数据库基础概述,25,实体：现实世界中客观存在，可以相互区分的事物称为实体。,实体可以是具体的人、事、物,例如：一名职工、一个学生、一本书；,也可以是抽象的概念或联系,例如:一堂课、学生的一次选课、职工的工作关系等。,第一章 数据库基础概述,26,属性：实体所具有的某一特性称为属性，一个实体可以由若干个属性来描述。,例如：学生实体可用学号、姓名、性别、年龄、系等属性来描述。,给上面每个属性赋予一个确定的值，就表示了一个学生实体。,例如：(99001，张立，男，20，计算机)就表示了一个学生实体。,第一章 数据库基础概述,27,第一章 数据库基础概述,实体型：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描述同类实体，称为实体型。,补充两个概念：,例如，学生(学号，姓名，性别，年龄，系)就是一个实体型。,28,第一章 数据库基础概述,实体集：同型实体的集合称为实体集。例如，所有学生就是一个实体集。,29,实体集与实体集之间的联系：,(1)一对一联系(1:1),(2)一对多联系(1:n),(3)多对多联系（m:n）,第一章 数据库基础概述,30,(1)一对一联系(1:1),如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个(也可以没有)实体与之联系，反之亦然，则称为实体集A与实体集B具有一对一的联系，记为1:1。,例如，学校里面，一个班级只有一个正班长，这个正班长只属于这个班，则班级与班长之间具有一对一联系。,第一章 数据库基础概述,31,(2)一对多联系(1:n),如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体(n=0)与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系，记为1:n。,例如，一个班级中有若干名学生，而每个学生只在一个班级中学习，则班级与学生之间具有一对多联系。,第一章 数据库基础概述,32,(3)多对多联系(m:n),如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体(n=0)与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体(m=0)与之联系，则称实体集A与实体集B有多对多联系，记为m:n。,例如，一门课程同时有若干个学生选修，而一个学生可以同时选修多门课程，则课程与学生之间具有多对多联系。,第一章 数据库基础概述,33,E-R图的画法：,用矩形框表示实体，用椭圆表示属性，用菱形表示实体之间的联系。,例如：P9 图1-4和图1-5,注意：一个系统的E-R图不是唯一的，从不同的侧面出发画出的E-R图可能很不同。,第一章 数据库基础概述,34,将现实事物抽象成概念模型并用E-R图表示后，就要将其转换成数据库模型了。？,总体E-R图所表示的实体联系模型，只能说明实体间的联系关系，还需要把它们转换成数据库模型(简称数据模型)才能被实际的DBMS所接受。,第一章 数据库基础概述,35,三种数据库模型：层次型、网状型和关系型。（了解）,基于此三种数据库模型的数据库分别为：层次数据库、网状数据库和关系型数据库。（了解）,关系型数据库解决了层次型数据库的横向关联不足的缺点，也避免了网状数据库关联过于复杂的问题，因此得到广泛应用。,第一章 数据库基础概述,36,关系模型：是目前最流行的数据库模型,关系模型的数据结构是一个”二维表框架”组成的集合,每个二维表又称为关系。,例如：,第一章 数据库基础概述,37,表格中每一行称为一个记录，每个记录由若干数据项组成。每一列称为一个字段，字段表示关系模型中具有某种属性的一列数据，第一行为属性类型的名称，成为字段名。,第一章 数据库基础概述,38,作为关系的二维表必须满足下列条件：,1)表中的每一列具有相同的数据类型；2)表中行、列的排列顺序是无关紧要的，即每一列或每一行的顺序是任意的；3)表中的每列是不可再分的最小数据项；4)表中不允许有相同的字段名，也不允许有相同的记录行。例如，下表就不符合关系模型要求：,第一章 数据库基础概述,39,第一章 数据库基础概述,40,总结：1.在关系模型中基本结构就是二维表。2.记录之间的联系是通过不同关系中的同名属性来体现的（例如）。3.关系模型中的各个关系模式不应当孤立起来，不是随意拼凑的一堆二维表，而是必须经过精心设计的。,第一章 数据库基础概述,41,课程信息表,成绩信息表,学生信息表,第一章 数据库基础概述,42,关系模型的基本概念,关系：一个关系就是一张二维表，每个关系有一个关系名。对应于概念模型中的实体集。,元组：表中的一行称为一个元组，也称为记录。对应于概念模型中的实体。,第一章 数据库基础概述,43,关系模型的基本概念,属性：表中的一列称为属性，给每一列起一个名字即为属性名，属性的个数即为关系的度。,域：一个属性的取值范围叫做域。,第一章 数据库基础概述,44,关系模型的基本概念：,主码：表中的某个属性或属性组，若它们的值唯一的标识一个元组，称该属性(组)为码(或称为候选码)，若一个关系有多个候选码，则选定其中一个作为主码(或称主关键字，简称主键)(例如)。,第一章 数据库基础概述,45,关系数据库规范化理论,R,46,关系模型的基本概念,主属性：包含在主码中的属性称为主属性(例如)。,外码：如果一个关系中的属性或属性组不是该关系的码，但它们是另外一个关系的码，则称其为该关系的外码(或外键)(例如)。,第一章 数据库基础概述,47,课程信息表,成绩信息表,学生信息表,课程表的外码,学生表的外码,第一章 数据库基础概述,48,关系模型的基本概念补充：,关系模式：对关系的描述称为关系模式。格式为：关系名（属性名1，属性名2，属性名n）,第一章 数据库基础概述,对应于概念模型中的实体型。,例如：课程信息表(课程号，课程名，任课教师),49,关系模型的数据完整性,包括实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性,数据完整性：为了保证数据的精确性和可靠性而提出的某种规则或约束。,50,1)实体完整性：实体完整性规则指关系的所有主属性不能取空值。,例如：学生选课关系,选修(学号，课程号，成绩),“学号”+“课程号”为主码，则“学号”和“课程号”两个属性都不能取空值。？,关系模型的数据完整性,51,2)参照完整性：指关系间属性之间的引用参照关系。,例如：学生(学号，姓名，性别，专业号，年龄)专业(专业号，专业名),关系模型的数据完整性,52,3)用户定义的完整性：针对某一具体关系数据库的约束条件，它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。,例如，在销售管理系统中，订货单关系的属性中，要求“订货日期”必须在“发货日期”之前。,关系模型的数据完整性,53,小结：,关系模型的数据完整性,54,关系运算,关系运算：对关系的各种操作。关系运算有两类：传统的集合运算(并、差、交、笛卡儿积等)专门的关系运算(选择、投影、连接、除法)。,关系运算的操作对象是关系，运算结果仍为关系。,下面我们来认识两种简单常用的关系运算：,55,1)选择：选择运算是在关系中选择满足某些条件的元组组成新的关系(即在二维表中选择满足指定条件的行)。,关系运算,56,例如有如下关系S：,关系运算,S,进行运算B=5(S)结果为：,57,学生表,选择运算：年龄为20的学生,所有女学生的信息？,名字叫“甲”学生的信息？,选择运算,58,2)投影：投影运算是在关系中选择某些属性列。,关系运算,59,例如有如下关系R：,关系运算,R,进行运算A,C(R)结果为：,60,学生表,投影运算：显示所有学生的姓名和性别,注：投影运算后可能会产生重复元组(?)。,在关系型数据库管理系统中都支持这些关系运算。,投影运算,61,3)连接：连接运算是从两个关系的笛卡儿积中选取满足一定条件的元组。我们主要学习等值连接。,关系运算,等值连接：从两个关系的笛卡儿积中选取某属性的属性值相等的元组。,62,例如有如下两个关系：,关系运算,R,S,63,等值连接,进行运算 RS 结果为：,3=2,64,自然连接：在等值连接的关系中去掉重复的属性(或属性组)，称为自然连接。,关系运算,例如进行运算 RS，结果为：,65,关系数据库中的每个关系设计的是不是都是合理的呢？我们来看下面的一个表：,关系数据库规范化理论,66,关系数据库规范化理论,R,67,根据实际情况，这些数据的语义规定为：,1)一个系有若干个学生，但一个学生只属于一个系；,2)一个系只有一个系主任，但一个系主任可同时兼几各系的主任；,3)一个学生可以选修多门功课，每门课可以由若干个学生选修；,4)每个学生学习课程有一门成绩。,关系数据库规范化理论,68,接下来我们做如下操作：,1.确定这个关系的主键？,学号+课程号,1）如果机电系连续三年都不招学生了，所有学生也都毕业了，但是这个系仍然有。？,关系数据库规范化理论,实际情况是可以的。但这时就出现问题了。,老生毕业了，信息相应被删除，那么系别，系主任的信息也就没有了。-不该删除的数据也被一起删除了。,69,2）既然不该删除的被删除了，那就把它再添加上就行了。但是，因为没有学生，也就没有学号，即主属性为空，信息则无法录入。-该插入的数据不能被插入。,关系数据库规范化理论,3）相同的信息被反复的存储了。例如：学号和姓名，系别和系主任等等。-浪费了存储空间。,70,总结存在的问题：,1)数据冗余：相同的数据重复存储(浪费空间、不易于维护),2)插入异常：应该插入的数据不能被插入,3)删除异常：不该删除的数据被删除了,关系数据库规范化理论,为什么会出现这样的问题呢？,因为这个关系设计不合理。修改如下：,71,学生表,成绩表,课程表,系别表,关系数据库规范化理论,72,第一个表之所以存在问题，是因为它存在一些不合理的函数依赖关系。,关系数据库规范化理论,函数依赖：用以说明在一个关系中属性之间的相互联系的情况。,数学定义如下：,73,函数依赖,设在关系R中，X,Y为R的两个属性，如果每个X值只有一个Y值与之对应，则称属性Y函数依赖于属性X，或称属性X唯一确定属性Y，记作：XY。,在分析关系的时候，我们主要是看非主属性对主码的依赖关系。,74,通过语义分析，得到七个属性间的函数依赖关系如下：,函数依赖,75,主键：“学号”+“课程号”完全函数依赖：“成绩”对于主键是完全函数依赖。部分函数依赖：其它几个属性对主键都是部分函数依赖。传递函数依赖：“学号”“系别”，“系别”“系主任”，所以“系主任”对于“学号”是传递函数依赖。(P13),函数依赖类型,再看分解后的表，,只有完全函数依赖。,76,关系的规范化,如果一个关系，存在不合理的函数依赖，有时我们就根据需要对其进行分解，这个分解的过程叫做关系的规范化。所依据的标准叫做范式。,77,范式,1)第一范式(1NF)：无重复属性，每个属性不可再分。-这是最低要求。2)第二范式(2NF)：满足第一范式，且非主属性不部分依赖于主键，即完全依赖于主键。3)第三范式(3NF)：满足第二范式，且任何非主属性不传递函数依赖于主键。(例如),78,学生表,成绩表,课程表,系别表,关系数据库规范化理论,四个表均满足3NF，所以是3NF。,79,范式,说明：,1.只要是关系模型中的关系，必定满足1NF；,2.2NF仅用于以两个或多个字段的组合作为数据库表的主键的场合。而且，当一个数据库表属于2NF时，就意味着只要主键值相同，其他非主键值也必然相同。,80,关系数据库的规范化,1.将关系分解为高一级范式的过程叫关系的规范化。,2.关系的规范化过程：,找主键、看依赖、再分解,81,关系数据库的规范化,82,关系数据库的规范化,83,关系数据库的规范化,84,将STUD进行规范化最后得到四个关系。,关系数据库的规范化,85,关系数据库的规范化,说明：并不是规范化程度越高越好。具体规范到第几范式，要看具体问题的需要。一般我们规范化到3NF就可以了。,关系规范化中遵循的原则：,1)无损分解原则2)相互独立原则,86,练习：,1.判断下面关系R为第几范式？是否存在操作异常？若存在，则将其分解为高一级范式。分解后是否可以避免存在的操作异常？,87,练习：,R,88,练习：,答：关系R的主码为工程号+材料号，存在部分函数依赖，所以为1NF；存在操作异常；分解后可以避免存在的操作异常。,直接分解为3NF：工程信息表（工程号，开工日期，完工日期）材料表（材料号，价格）供应表（工程号，材料号，数量）,89,总结回顾：,我们知道关系模型就是关系的集合，即一张张的二维表。这些二维表可以被关系型数据库系统直接的表达。,关系型数据库：依照关系模型设计的数据库，是若干关系的集合，即由若干张关系模型设计的二维表组成。,或者简单的说：,90,关系型数据库,关系型数据库：依照关系模型设计的若干关系的集合。,一个关系即为一个数据表文件，数据表由记录组成，记录由数据项组成。,数据库中的数据表是独立的，靠表文件名来区分，数据库中不允许有重名的数据表（对数据表的访问是靠表文件名来引导的）。,91,关系型数据库,听起来好像挺简单，但是，整个实现过程是要经过一系列的步骤的，里面包含了非常复杂的工作。下面我们就来了解一下数据库的设计过程。,如此以来，现实事物经过一系列的转换，最终就可以用计算机来处理了。,92,数据库设计过程,数据库设计：是建立数据库及其应用系统的技术，是信息系统开发的核心问题。,数据库设计分为以下四个阶段：,1.需求分析 2.概念设计3.实现设计(逻辑设计)4.物理结构设计,93,1.需求分析(一起看P212)：任务：通过详细调查，明确用户的各种需求，确定系统的功能，写成需求分析说明书。,数据库设计过程,94,2.概念设计目标：根据需求说明书，将关于数据的需求，综合为一个统一的概念模型。最终得出系统总体的E-R模型。,数据库设计过程,95,例题：概念模型的设计,概念模型的设计：根据需求分析说明书中对数据需求的描述，画出E-R模型。,例1：某大学选课管理中，有如下信息：学生：学号、姓名、性别、年龄教师：教师号、姓名、性别、职称课程：课程号、课程名其中，学生可根据自己的情况选修课程。每名学生可同时选修多门课程，每门课程可由多位教师讲授，每位教师可讲授多门课程。,96,例题：概念模型的设计,实体集间的联系：都是多对多的联系（m:n）,学生-课程,学生-教师,教师-课程,分析：题目中的实体有：,学生、课程、教师,97,例题：概念模型的设计,1)分别画出各个实体,学生,课程,学号,姓名,年龄,性别,教师,教师号,姓名,职称,性别,课程号,课程名,98,例题：概念模型的设计,2)画出实体间的联系,99,例题：概念模型的设计,3)画出总体E-R模型,100,练习：概念模型的设计,1：某医院病房计算机管理中需如下信息：科室：科名、科地址、科电话、医生姓名病房：病房号、床位数、所属科室名医生：姓名、职称、所属科室名、年龄、工作证号病人：病历号、姓名、性别、诊断医生、病房号其中，一个科室有多个病房、多个医生；一个病房只能属于一个科室；一个医生只属于一个科室，但可负责多个病人的诊治；一个病人的主治医生只有一个。设计E-R图。,101,练习：概念模型的设计,各个实体的属性自己画出,102,3.实现设计(逻辑设计)（熟练掌握）目标：把概念模型转换为某个具体的数据库管理系统所支持的数据库模型。,数据库设计过程,逻辑结构的设计，即概念模型向关系模型的转换，方法如下：,103,1.若实体间的联系是1：1联系，可以在两个实体类型转换成的两个关系中的任意一个关系的属性中，加入另一个关系的主码和联系类型的属性。,逻辑结构的设计,2.若实体间的联系是1：n联系，则在n端实体类型转换成的关系中，加入1端实体类型转换成的关系的主码和联系类型的属性。,104,逻辑结构的设计,3.若实体间的联系是m：n联系，则将联系类型也转换成关系，其属性为两端实体类型的主码加上联系类型的属性，而该主码为两端实体主码的组合。,105,例题：逻辑结构的设计,例如前面学生选课系统的E-R图，转换为关系模型为：,106,练习：逻辑结构的设计,将如图所示的E-R图转换为关系模式：,107,练习：逻辑结构的设计,关系模式为：,供应商（供应商号，供应商名，地址）零件（零件号，零件名，重量）项目（项目编号，项目名称，开工日期）供应（供应商号，项目编号，零件号，零件数）,108,4.物理结构设计（熟练掌握）任务：在计算机的物理设备上确定采取的数据存储结构和存取方法，以及如何分配存储空间等问题。,物理设计的主要工作是由管理系统自动完成的，我们只需用DBMS提供的数据定义语句建立数据库结构即可。,数据库设计过程,109,对于我们来说，在前面的四个步骤中，需要重点掌握的是根据需求分析说明得出概念模型，即E-R图，将E-R图转换为数据库模型，然后能够熟练的在数据库管理系统中实施，即建立数据库和数据表。,数据库设计过程,如下图所示：,110,数据库设计过程,主要掌握：概念模型的设计，由概念模型到逻辑模型的转换，以及物理结构的实施。,1.需求分析 2.概念设计3.实现设计(逻辑设计)4.物理结构设计,掌握的熟练程度,111,数据库设计工作完成后，接下来就是数据库的实施和维护阶段了。（了解）任务包括：1.应用程序设计与编写2.组织数据入库3.应用程序的调试与试运行4.数据库的运行和维护,补充,具体详细实例见P211-215,自己先看看，期末课程设计做参照。,112,物理结构的设计,根据逻辑结构设计确定物理结构，即数据存储结构和存取方法，以及如何分配存储空间等。-大部分工作有数据库管理系统完成。,接下来我们就来学习SQL Server2000数据库管理系统的使用方法。,