第一章数据库基础课件.ppt
Monday,April 3,2023,教学内容,1.1 数据库基础知识1.1.1 计算机数据管理的发展1.1.2 数据库系统1.1.3 数据模型1.2 关系数据库1.2.1 关系模型1.2.2 关系运算1.3 数据库设计基础1.3.1 数据库设计步骤1.3.2 数据库设计过程1.4 Visual FoxPro系统概述,Monday,April 3,2023,目标与重点,学习目标掌握数据库、数据库管理系统、数据库系统概念掌握关系模型相关概念(关系、实体、属性、主键等)掌握ER图的绘制方法掌握关系运算(并、交、差，选择、投影、联接)了解VFP的历史及特点重点与难点关系模型相关概念的理解关系运算ER图的绘制,Monday,April 3,2023,1.1 数据库基础知识,1.1.1计算机数据管理的发展一、信息与数据1信息信息（Information）是人们头脑中对现实世界中客观事物以 及事物之间联系的抽象反映，它向我们提供了关于现实世界实际存在的事物和联系的有用知识。2数据数据是人们用各种物理符号，把信息按一定格式记载下来的有意义符号组合。数据（Data）则是信息的载体，它是信息的具体表现形式。有两个含义：1)描写事物的特性：例某人生日是“1980年12月21日”2)数据在计算机中的表示形式：同一种意义的数据可能用多种不同形式表示,Monday,April 3,2023,1.1 数据库基础知识,3数据与信息的关系 数据是信息的具体的表示形式，信息是各种数据所包括的意义。信息可用不同的数据形式来表现，信息不随数据的表现形式而改变。信息和数据的关系是：数据是信息的载体。,生日是“1980年12月21日”，也可以“1980.12.21”明天天气是“阴有雨”，也可以用图形符号：用数据符号表示信息通常有三种：数值型：如年龄、体重、价格、温度字符型：姓名、单位、地址特殊型：照片（图像）、刮风、下雨（图形符号），还有声音、视频（多媒体数据）,Monday,April 3,2023,二、数据处理及数据管理,1数据处理数据的处理过程包括：数据收集、转换、组织，数据的输入、存储、合并、计算、更新，数据的捡索、输出等一系列活动。信息处理（Information Process）也称为数据处理，它是利用计算机对各种类型的数据进行处理，从而得到有用信息的过程。信息是数据处理的结果。2数据管理计算机数据管理是指计算机对数据的管理方法和手段。数据管理是指对数据的组织、分类、编码、存储、检索和维护。,Monday,April 3,2023,三、数据管理的发展历程,计算机数据管理技术经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库管理系统阶段3个阶段:（1）人工管理阶段20世纪50年代中期以前，硬件没有磁盘，软件没有操作系统，没有管理数据的软件。人工管理阶段数据管理特点：数据不保存没有文件的概念一组数据对应一个程序没有形成完整的数据管理的概念,Monday,April 3,2023,（2）文件系统阶段,20世纪50年代后期60年代中期，硬件上磁盘出现，软件上有操作系统和高级语言，专门用于数据管理的软件文件系统出现文件系统阶段数据管理的特点：数据可长期保存在磁盘上程序和数据之间有一定的独立性文件的形式多样化数据可被多个程序使用数据的存取基本上以记录为单位传统的文件管理阶段问题1.数据冗余性(Data redundancy)2.数据不一致性(Data inconsistency)3.数据联系弱(Data poor relationship)4.数据安全性差(Data poor security)5.缺乏灵活性(Lack of flexibility),Monday,April 3,2023,（3）数据库管理系统阶段,数据库技术的主要目的是有效地管理和存取大量数据资源。包括以下几点：提高数据的共享性，使多个用户能够同时访问数据库中的数据；减小数据的冗余度，以提高数据的一致性和完整性；提供数据与应用程序的独立性，从而减少应用程序的开发和维护代价。以数据库为中心的数据库系统，是当代数据管理的主要方式。现代的数据库管理系统阶段特点1.使用复杂的数据模型表示结构2.具有很高的数据独立性3.为用户提供了方便的接口(SQL)4.提供了完整的数据控制功能5.提高了系统的灵活性,Monday,April 3,2023,标志文件管理数据阶段向现代数据库管理系统阶段转变的三件大事,1.1968年,IBM（International Business Machine,国际商用机器）公司推出了商品化的基于层次模型的IMS系统2.1969年,美国CODASYL(Conference On Data System Language,数据系统语言协商会)组织下属的DBTG(DataBase Task Group,数据库任务组)发布了一系列研究数据库方法的DBTG报告,奠定了网状数据模型基础3.1970年,IBM公司研究人员E.F.Codd提出了关系模型，奠定了关系型数据库管理系统基础,Monday,April 3,2023,数据库技术的发展,分布式数据库系统传统的数据库系统是集中式数据库，整个数据库是存放在一台计算机或服务器上的分布式数据库是一个物理上分布于计算机网络的不同地点、而逻辑上又属于同一系统的数据集合客户/服务器数据库结构Client/Server是一种数据库应用体系结构，强调客户端和服务器端的分工与合作，使整个系统达到最高的效率面向对象数据库系统是面向对象技术和数据库技术相结合的产物，面向对象数据库是指对象的集合、对象的行为、状态和联系是以面向对象数据模型来定义的。面向对象数据库系统是支持定义和操作面向对象数据库的数据库系统。,Monday,April 3,2023,分布式数据库系统,Monday,April 3,2023,1.1.2 数据库系统,一、组成数据库系统的5个主要部分 1数据库 数据库是与应用彼此独立的、以一定的组织方式存储在一起的、彼此相互关联的、具有较少冗余的、能被多个用户共享的数据集合。2数据库管理系统（DBMS）数据库管理系统（Database Management System）,是一种负责数据库的定义、建立、操作、管理和维护的系统管理软件。DBMS位于用户和操作系统之间，负责处理用户和应用程序存取、操纵数据库的各种请求。,Monday,April 3,2023,数据库管理系统的功能,数据定义：定义并管理各种类型的数据项数据处理：数据库存取能力（增加、删除、修改和查询）数据安全：创建用户账号、相应的口令及设置权限数据备份：提供准确、方便的备份功能常用的大型DBMS：SQL Server、Oracle、Sybase、Informix、DB2桌面数据库管理系统Visual FoxPro,Access,Monday,April 3,2023,数据库系统的组成,3数据库管理员（Database Administrator,DBA）数据库管理员是大型数据库系统的一个工作小组。主要负责数据库设计、建立、管理和维护数据库，协调各用户对数据库的要求等。4用户用户是数据库系统的服务对象，是使用数据库系统者数据库系统的用户可以有两类：终端用户、应用程序员。5数据库应用系统应用系统是指在数据库管理系统提供的软件平台上，结合各领域的应用需求开发的软件产品。,Monday,April 3,2023,数据库系统(DataBase System，DBS),是运行数据库系统的计算机系统。包括：DBADBMS 数据库数据库应用系统用户,Monday,April 3,2023,二、数据库系统的特点,1数据的共享性好，冗余度低，易扩充。数据库中的整体数据可以被多个用户，多种应用共享使用；数据共享。2采用特定的数据模型数据库中的数据是有结构的。数据库系统不仅可以表示事物内部各数据项之间的联系，而且可以表示事物与事物之间的联系。3具有较高的数据独立性数据和程序的独立，把数据的定义从程序中分离出来，简化了应用程序的编制，大大减少程序维护的工作量。4有统一的数据控制功能有效地提供了数据的安全性保护、数据的完整性检查、并发控制和数据库恢复等功能。,Monday,April 3,2023,1.1.3 数据模型（Data Model）,实体联系模型（ER模型）1实体联系模型实体联系模型为数据库建模提供了3个基本的语义概念：实体（Entity）、联系（Relationship）、属性（Attributes）。2实体：具有相同属性或特征的客观现实和抽象事物的集合。该集合中的一个元组就是该实体的一个实例(instance)3属性：表示一类客观现实或抽象事物的一种特征或性质。,Monday,April 3,2023,ER模型,4实体型属性值的集合表示一个实体，而属性的集合表示一种实体的类型，称为实体型。5实体联系实体联系是指实体类型之间的联系，它反映了实体类型之间的某种关联。6二元实体（型）间联系的种类：一对一联系(1:1)一对多联系(1:n)多对多联系(m:n),Monday,April 3,2023,二元联系中的联系类型,Monday,April 3,2023,二元联系中的多对多联系,Monday,April 3,2023,实体联系模型,E-R方法：“实体-联系方法”（Entity-Relationship Approach）的简称。它是描述现实世界概念结构模型的有效方法。用E-R方法建立的概念结构模型称为E-R模型，或称为E-R图。E-R方法：是一种用来在数据库设计过程中表示数据库系统结构的方法，又被称为EAR方法或EAR模型 ER图：（Entity Relationship）实体联系图，是一种可视化的图形方法，它基于对现实世界的一种认识，即客观现实世界由一组称为实体的基本对象和这些对象之间的联系组成，是一种语义模型，使用图型模型尽力地表达数据的意义E-R图基本成分包含实体型、属性和联系。E-R图的基本思想就是分别用矩形框、椭圆形框和菱形框表示实体、属性和联系，使用无向边将属性与其相应的实体连接起来，并将联系分别和有关实体相连接，注明联系类型。,Monday,April 3,2023,E-R图的三种元素,E-R图的三种基本元素及其图形的表示方法,属性,Monday,April 3,2023,ER图的绘制步骤,首先确定实体类型确定联系类型（1：1，1：N，M：N）把实体类型和联系类型组合成ER图。确定实体类型和联系类型的属性。确定实体类型的键，在ER图中属于码的属性名下画一条横线。,Monday,April 3,2023,二元实体联系种类,Monday,April 3,2023,学生与课程联系的E-R图,学生与课程联系的完整E-R图,课程名,学生,学号,姓名,性别,出生日期,系别,课程,课程号,学分,n,成绩,m,选修,Monday,April 3,2023,图书借阅ER图,Monday,April 3,2023,ER图设计原则,真实性原则避免冗余原则简单性原则合适性原则：用实体集还是属性合适性原则：用实体集还是联系集。原则：当描述发生在实体集之间的行为时，最好采用联系集。,Monday,April 3,2023,数据模型及其三要素,数据模型的简单定义：能表示实体类型及实体间联系的模型称为“数据模型”。用来表示信息世界中的实体及其联系在数据世界中的抽象描述，它描述的是数据的逻辑结构。逻辑数据模型应包含数据结构、数据操作和数据完整性约束三个部分：数据结构是指对实体类型和实体间联系的表达和实现；数据操作是指对数据库的检索和更新（包括插入、删除和修改）两类操作；数据完整性约束给出数据及其联系应具有的制约和依赖规则。,Monday,April 3,2023,数据库系统模型（数据模型）,（1）结构型（层次型Hierarchical Database）：树状结构用树形结构表示各类实体以及实体间的联系。层次模型数据库系统的典型代表是IBM公司的IMS（Information Management Systems）数据库管理系统。在数据库中，对满足以下两个条件的数据模型称为层次模型。（1）有且仅有一个节点无双亲，这个节点称为“根节点”。（2）其他节点有且仅有一个双亲。优点：数据结构类似于金字塔，不同层次间的关联性直接简单缺点：数据纵向发展，横向关系难以建立,Monday,April 3,2023,结构型（层次型Hierarchical Database）：树状结构,Monday,April 3,2023,（2）网络型（网状型Network Database）,将每条记录当成一个节点，节点与节点之间可以建立关联，形成一个复杂的网状结构。网状数据模型的典型代表是DBTG系统，也称CODASYL系统。在数据库中，对满足以下两个条件的数据模型称为网状模型：（1）允许一个以上的节点无双亲。（2）一个节点可以有多于一个的双亲。优点：避免数据重复性缺点：关联性复杂,Monday,April 3,2023,（2）网络型（网状型Network Database）,Monday,April 3,2023,（3）关系型（Relational Database）,关系模型中基本数据逻辑结构是一张二维表用二维表结构来表示实体以及实体之间联系的模型称为关系模型。在关系模型中：通常把二维表称为关系一个表的结构称为关系模式表中的每一行称为一个元组，相当于通常的一个记录（值）每一列称为一个属性，相当于记录中的一个数据项由若干个关系模式（相当于记录型）组成的集合，就是一个关系模型。,Monday,April 3,2023,1.2关系数据库,学生信息表,学生成绩表,Monday,April 3,2023,1.2.1 关系模型,一、关系术语（1）关系模式(Relational Scheme)。它由一个关系名以及它所有的属性名构成。它对应二维表的表头，是二维表的构成框架（逻辑结构）。其格式为:关系名（属性名1,属性名2，属性名n）在VFP中对应的表结构为:表名（字段名1，字段名2，字段名n）（2）关系(Relation)。每一张表称为该关系模式的一个具体关系。它包括：关系名，表的结构和表的数据（元组）。（3）元组（Tuple）。二维表的一行称为关系的一个元组，对应一个实体的数据。,Monday,April 3,2023,关系术语,（4）属性（Attributes）和分量。二维表中的每一列称为关系的一个属性。列中的每一个元素,该属性的值称为分量。（5）域（Domain）。属性所对应的取值变化范围叫属性的域，（6）主关键字（Primary Key）。能唯一标识关系中不同元组的属性或属性组称为该关系的候选关键字。被选用的候选关键字称为主关键字。（7）外部关键字（Foreign Key）。如果关系R的某一（些）属性A不是R的候选关键字，而是另一关系S的候选关键字，则称A为R的外来关键字。,Monday,April 3,2023,二、关系的特点,1关系必须规范化，分量必须取原子值2不同的列允许出自同一个域3列的顺序无所谓4任意两个元组不能完全相同5行的顺序无所谓,Monday,April 3,2023,实际关系模型,关系StudInfo(StudNo,StudName,StudSex,StudBirthDay,ClassID)ClassInfo(ClassID,ClassName,ClassDesc),字段,一对多的联系(1:M)通过外键实现,元组,字段值,域为男、女,关键字,关键字,外键,Monday,April 3,2023,1.2.2 关系运算,关系的基本运算有两类：传统的集合运算有：并、差、交专门的关系运算有：选择、投影、联接,传统的集合运算举例,Monday,April 3,2023,专门的关系运算,选择：从关系中找出满足给定条件的元组的操作(Where)投影：从关系模式中指定若干个属性组成新的关系联接：将两个关系模式拼接成一个更宽的关系模式，生成的新关系中包含满足联系条件的组合(Inner Join)等值联接：在联接运算中，按照字段值对应相等为条件进行的联接操作称为等值联接。自然联接：去掉重复属性的等值联接,Monday,April 3,2023,选择操作示例,select*from studinfo where StudNo in(99070401,99070405),选 择,Monday,April 3,2023,投影操作示例,Select StudNo,StudName,StudBirthDay From StudInfo,投 影,Monday,April 3,2023,联接操作示例,Select StudNo,StudName,StudSex,ClassInfo.ClassID,ClassName;From StudInfo Inner Join ClassInfo;On StudInfo.ClassID=ClassInfo.ClassID,Monday,April 3,2023,1.3 数据库设计基础,1.3.1 数据库设计步骤设计数据库的目的实质止是设计出满足实际应用需求的实际关系模型1.设计原则关系数据库的设计应遵从概念单一化“一事一地”的原则避免在表之间出现重复字段表中的字段必须上原始数据和基本数据元素用外部关键字保证有关联的表之间的联系,Monday,April 3,2023,2.设计的步骤,需求分析确定需要的表确定所需字段确定联系设计求精,Monday,April 3,2023,1.3.2 数据库设计过程,1.需求分析信息需求处理需求安全性和完整性需求2.确定需要的表遵从概念单一化“一事一地”的原则，即一个表描述一个实体或实体间的一种联系3.确定所需字段每个字段直接和表的实体相关以最小的逻辑单位存储信息表中的字段必须是原始数据确定主关键字字段,Monday,April 3,2023,数据库设计过程,4.确定联系一对多联系把”一方”的主关键字字段添加到“多方”的表中。（外键的实现）在联系中，“一方”用主关键或候选索引关键字，而“多方”使用普通索引关键字多对多联系创建第三个表，把多对多的联系分解成两个一对多的联系。所创建的第三个表包含两个表的主关键字，在两表之间起着纽带的作用，称为“纽带表”一对一联系如果两个表有同样的实体，可在两个表中使用同样的主关键字字段如果两个表有不同的实体及不同的关键字，选择其中一个表，把它的主关键字字段放到另一个表中作为外部关键字字段,Monday,April 3,2023,5.设计求精,用户确认，需检查的几个方面：是否遗忘了字段是否存在保持大量空白字段是否有包含了同样字段的表表中是否带有大量并不属于某实体的字段是否在某个表中重复输入了同样的信息是否为每个表选择了合适的主关键字是否有字段很多而记录却很少的表，而且话多记录中的字段值为空,Monday,April 3,2023,1.4 Visual FoxPro系统概述,Visual FoxPro 6.0(中文版)是Microsoft公司1998年发布的可视化编程语言集成包Visual Studio 6.0中的一员Visual FoxPro 6.0是运行于Windows 95平台以上的32位数据库开发系统是一种用于数据库结构设计和应用程序开发的功能强大的面向对象的微机数据库软件采用可视化的、面向对象的程序设计方法,Monday,April 3,2023,Visual FoxPro 6.0中文版的主要特性,（1）用户界面良好。可像Windows系统一样操作。（2）具有功能强大的面向对象的编程功能。（3）可以通过系统提供的各种工具快速创建应用程序。（4）数据库的操作更方便灵活。（5）可与有些程序实现交互操作。（6）与早期的FoxPro 生成的应用程序兼容。,Monday,April 3,2023,小结,本讲介绍了数据库系统的有关概念，数据库管理系统的功能重点讲解了关系模型的特点和关系运算全面讲述了开发数据库应用系统的数据库设计方法,
