专转本计算机教材ppt课件.ppt
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1、第6 章 信息系统与数据库,本章近年来考题分析 单选 多选 填空 判断 2005年 3分 2分 2分 1分 2006年 1分 1分 1分 1分 2007年 2分 1分 1分 1分 2008年 2分 1分 1分 1分 2009年 2分 1分 1分 1分 2010年 3分 1分 1分 1分 占据比重偏小,四种题型都会覆盖,主要侧重于基本概念。,本章要掌握的知识点(1),计算机信息系统的定义、“信息”和“数据”的概念数据库、数据库管理系统和数据库系统数据库系统的特点数据模型:关系、层次、网状和面向对象E-R概念模型有关术语。实体、属性、主键和联系,本章要掌握的知识点(2),三种基本的联系类型:一对一
2、、一对多、和多对多传统集合的关系操作:并、交、差、(广义笛卡儿积)专门的关系操作:插入、删除、更新、选择、投影和连接关系数据库语言SQL,6.1 计算机信息系统 6.1.1 什么是计算机信息系统 6.1.2 信息系统 的类型,什么是计算机信息系统,计算机信息系统(简称信息系统)是一类以提供信息服务为主要目的的数据密集型、人机交互的计算机应用系统。 4个主要技术特点:, 数据量大, 一般需存放在外存中 数据长久持续有效(持久性) 数据共享使用(共享性) 提供多种信息服务(功能多样性) (管理,检索,统计,分析,决策等)。,信息系统是一种面广量大的计算机应用系统: 教学管理系统 地理信息系统 信息
3、检索系统 医学信息系统 决策支持系统 民航订票系统 电子政务系统 电子商务系统 .,从信息处理的深度来区分信息系统, 基本可分为3大类:,业务处理系统信息检索系统信息分析系统,管理业务系统辅助技术系统办公信息系统(OA),面向操作层次 面向管理层次,CAD(计算机辅助设计) CAM(计算机辅助制造) CAPP(计算机辅助工艺规划),6.2 关系数据库系统 6.2.1 数据管理的需求和数据库系统 6.2.2 关系数据模型 6.2.3 关系操作 6.2.4 关系数据库语言SQL简介 6.2.5 数据库系统及应用新技术,数据库系统的组成,数据库系统(DBS)指具有管理和控制数据库功能的计算机应用系统
4、,它一般由用户应用程序、计算机支持系统、数据库、数据库管理系统和有关人员组成。,数据库系统的特点 数据结构化。 数据可共享高,冗余度低 数据独立于程序 数据的逻辑独立性:应用程序与数据库的逻辑结构相互独立。 数据的物理独立性:应用程序与数据库的存储结构相互独立。 统一管理控制数据,数据模型 由于使用数据库的信息系统是一种计算机软件系统,而计算机是不可能直接处理现实世界中的事物的。所以必须通过以下过程来处理数据:,进一步具体说明:客观对象抽象到数据模式描述的结构,按计算机系统支持的结构,组织数据(数据模式):逻辑结构为二维表存储结构为文件,从概念上描述对象和对象间的关联,经过识别,选择,分类等综
5、合分析,形成“概念结构”(用实体-联系工具E-R图表示。),综上可见: 概念结构是分析过程中的一个中间结果,它将现实世界中的客观对象和对象间的关联,经过识别,选择,分类等综合分析,形成“概念结构”。 (用实体-联系工具E-R图表示) 数据模型是直接面向计算机系统(即数据库)中数据的数据结构(包括逻辑结构和存储结构)。 (用数据模型来描述数据结构),E-R概念模型中的有关术语实体(entity): 客观对象;实体集:具有共性的实体的集合;属性(attribute): 实体的特征;联系(relationship),E-R图实体集矩形框;联系菱形;属性椭圆(圆形);实体集主键加斜杠线(/)的属性;,
6、在常见的数据库系统中,根据实体集之间的不同结构,通常把数据模型分为层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型4种。 层次模型 网状模型 关系模型 面向对象模型,国内DBS普遍采用关系模型(95%以上),课程介绍关系模型。,关系数据模型,关系数据模型描述数据的逻辑结构3要素: 数据结构 数据完整性 数据的操作,关系数据模型 从用户的观点看,用关系数据模型描述的关系数据模式其逻辑结构具有二维表的结构形式,它与人们日常使用的表格类似,由表名、行和列组成。表的每一行称为一个元组,每一列称为一个属性。 关系模型的基本结构是关系,也就是二维表结构。,例如:表1学生登记表(S):,表2 .课程开设表 (C)
7、:,表3. 学生选课成绩表 (SC):,学生登记表(S),课程开设表(C)与学生选课成绩表之间的联系:,关系数据模型,数据库中数据的逻辑结构(二维表)纵观示意图:,存储模式,关系数据模式: 用关系数据模型对一个具体单位中客观对象及其联系的结构描述,称为关系数据模式(简称:关系模式),关系模式的描述形式: 其中:R为关系模式名,即二维表名。 Ai(1in)是二维表中的列名。,R(A1,A2,Ai,An),或者: R =(A1,A2,Ai,An),上述数据对象(S和C)以及数据对象之间的联系(SC)表示成关系模式分别为:,S (SNO,SNAME,DEPART,SEX,BDATE,HEIGHT)
8、C (CNO,CNAME,LHOUR,SEMESTER) SC(SNO,CNO,GRADE),这3个关系模式也可以用汉字定义为:,学生 (学号,姓名,系别,性别,出生日期,身高) 课程 ( 课程号,课程名,学时,开课时间) 选课成绩 (学号,课程号,成绩),关系模式(即二维表)主键: 能够唯一标识二维表中指定元组的属性或者属性组(这组属性的任何真子集无此性质),称为该二维表的候选键。 如果一个关系模式有多个候选键存在,则可从中选一个最常用的作为该关系模式主键,简称主键。,候选键: (学号) (姓名,出生年月)主键:(学号),学生登记表中的学生有下列属性(列):学号,姓名,系别,出生年月等,则学
9、号可作为候选键,用它来标识一个学生。因学生可能有重名,因而姓名不能作为候选键;但若学生的出生年月不同,则也可用属性组(姓名,出生年月)作为候选键,必须再从这两个候选键中选其一(如学号)作为学生登记表的主键。,基本术语的对照: 关系模型中的术语来自关系数学,与程序员和用户的习惯说法是相对应的。,关系模型的存储结构 在关系数据模型中,数据对象和数据对象之间的联系都用二维表来表示。在支持关系模型的数据库物理组织(即存储结构)中,二维表以文件形式存储。在大多数数据库中,二维表与操作系统中的文件相对应。,关系数据模型的特点: 关系模型建立在严格的数学理论基础上 关系数据模型的概念单一 对二维表的操作是“
10、非过程性”,集合论的关系概念,数据对象和联系都是二维表。对二维表的操作结果也是二维表。,存取路径对用户透明,简化了程序员的编程工作;数据独立性和安全性好,E.F.Codd-关系数据库之父亲,关系是一种规范化二维表中行的集合。在关系数据模型中,对每个关系还作了如下限制: 每一个列对应一个域,列名不能相同.。 关系中所有的列是原子数据 (原子数据是不可再分的) 关系中不允许出现相同的行 (即不能出现重复的行) 关系是行的集合,行的次序可以交换。 (按集合的性质) 行中列的顺序可以任意交换。(按集合的性质,但使用按定义顺序),特别提示: 数据模型和模式是有区别的。 数据模型:用一组概念和定义描述数据
11、的手段 数据模式:用某种数据模型对具体情况下相关数据结构的描述。 具体地说,关系模式是以关系数据模型为基础,综合考虑了用户的需求,并将这些需求抽象而得到的逻辑结构。因而不应将关系数据模型和关系模式相混淆。,特别提示: 关系模式:反映了二维表的静态结构,是相对稳定的。 关系:是关系模式在某一时刻的状态,它反映二维表的内容,由于对关系的操作不断更新着二维表中的数据,因此关系是随时间动态变化的。 但在一般表述中,人们常常将关系模式和关系都称为关系,实际上对此二者应加以科学的区分。,关系数据模型的完整性,实体完整性约束关系模型的完整性约束 引用完整性约束 用户定义完整性约束,阅读材料6.4,关系操作,
12、在关系数据库中,通常可以定义一些操作来通过已知的关系(二维表)创建新的关系(二维表)。最常用的关系操作有: 并 插入 交 更新 差 删除 笛卡尔积 选择 除 连接 投影,专门的关系操作,传统集合的关系操作,并 并操作是一个二元操作。它要求参与操作的两个关系有相同的关系模式。其作用是将两个关系组合成一个新的关系。根据集合论的定义,并操作创建的新关系中的每一个元组或者属于第一个关系、或者属于第二个关系,或者在两个关系中皆有。,结果关系表示选课程学生的“60100分成绩表”,交 交操作也是一个二元操作。它对两个具有相同关系模式的关系进行操作,创建一个新关系。根据集合论的定义,交操作所创建新关系中的每
13、一个元组必须是两个原关系中共有的成员。,结果表示选课学生“70分80分成绩表”。,差 差操作也是一个二元操作。它应用于具有相同关系模式的两个关系。生成新关系中的元组是存在于第一个关系而不存在于第二个关系中的元组。 例如,关系SC1与关系SC2进行差操作:,结果关系包括那些在SC1表中而不在SC2表中的成绩信息,即“60 69分成绩表”,差 (续) 在集合操作中,“并”和“交”具有交换律的性质,而“差”操作没有交换律的性质. 例如,关系SC2与关系SC1进行差操作:,SC1SC2=SC2SC1SC1SC2=SC2SC1SC1SC2SC2SC1,专门的关系操作,插入 插入操作是一种一元操作。它应用
14、于一个关系,其操作是在关系中插入新的元组(或另一个具有相同模式的关系). 例如:在课程开设表(C)中插入一个新的课程信息 (CW101,论文写作,30,春)。,删除 删除操作为一元操作。它根据要求删去表中相应的元组。 例如:从课程表(C)中删除课程CC112。,更改 更改操作也是一种一元操作,它应用于一个关系。用来改变关系中指定元组中的部分属性值。 例如:课程开设表(C)中的课程ME234元组的LHOUR值由“40”改为“30”,SEMESTER值由“秋”改为“春”。,选择 选择操作是一元操作。它应用于一个关系并产生另一个新关系。新关系中的元组(行)是原关系中元组的子集。选择操作根据要求从原先
15、关系中选择部分元组。结果关系中的属性(列)与原关系相同(保持不变)。 例如:从学生登记表(S)中,选出性别为“男”的学生元组,组成一个新关系“男学生登记表”。,投影 是一元操作,它作用于一个关系并产生另一个新关系。新关系中的属性(列)是原关系中属性的子集。在一般情况下,虽然新关系中的元组属性减少了,但其元组(行)的数量与原关系保持不变。 例如:需要了解学生选课情况而不关心其成绩时,可对学生选课成绩表(SC)进行相关的投影操作。,其结果的每个元组仅包括学(SNO) 课程号(CNO) 两个属性,连接 是一个二元操作。它基于共有属性把两个关系组合起来。连接操作比较复杂并有较多的变化。 例如:学生登记
16、表(S)和学生选课成绩表(SC)的连接,生成一个信息更全面的关系。,对于已选课程的学生而言,结果关系包含SC表原来的信息,并增加了该学生选修课程号(CNO)和成绩(GRADE)。,关系数据库语言SQL,数学上对关系操作的抽象描述是“关系代数”。关系数据库管理系统必须配置与此相应的语言,使用户可以对数据库进行各式各样的操作,这就构成了用户和数据库的接口。 由于DBMS所提供的语言一般局限于对数据库的操作,不同于计算机的程序设计语言,因而称它为数据库语言。,关系数据库语言SQL特点 是一种“非过程语言”是“结构化语言” 体现关系模型在结构,完整性和操作方面的特征 有命令和嵌入程序两种使用方式 功能
17、齐全,简洁易学,使用方便 为主流DBMS产品(如ORACLE、Sybase、DB2、SQL Server等)所支持,1. SQL数据定义 CREATE TABLE ( 完整性约束条件,)例:按照已确定的关系模式S,定义学生基本表的SQL语句为:,关系数据库语言SQL,CREATE TABALE S (SNO CHAR(4) NOT NULL, (类型为定长字符,不允许取空值) SNAME VARCHAR(8), (类型为变长字符,串长不超过8) DEPART VARCHAR(12), SEX CHAR(2), BDATE DATE, (类型为日期型) HEIGHT DEC(5,2), (类型为
18、5位十进制数,小数点后2位) PRIMARY KEY(SNO); (指明SNO为S的主键),2. SQL的数据查询 数据库查询是数据库的核心操作。 SQL语言提供了SELECT语句进行数据库查询。SELECT查询语句简单的形式为:SELECT A1,A2,An(指出目标表的列名或列表达式序列,做投影操作) FROM R1,R2,Rm (指出基本表或视图序列,做连接操作) WHERE F (F为条件表达式) GROUP BY 列名序列 (结果表分组) ORDER BY 列名排序方向 (结果表排序),3. SQL的数据更新 (1)插入语句( INSERT) 语句格式为: INSERT INTO (
19、,) VALUES(,) (2)修改语句(UPDATE) 语句格式为: UPDATE SET , WHERE ,(3)删除数据(DELETE) 语句的格式为: DELETE FROM WHERE 该语句的功能是从指定表中删除满足WHERE子句条件的记录。 如果省略WHERE子句,则删除表中所有记录。 注意:仅删除表中记录,表的定义仍在数据字典中。,4. SQL的视图 视图是DBMS所提供的一种以用户模式观察数据库中数据的重要机制。视图可由基本表或其他视图导出。视图只是一个虚表,在数据字典中保留其逻辑定义,而不作为一个表实际存储数据。 SQL语言建立视图的一般格式为:CREATE VIEW 视图
20、名 AS SQL-查询语句 视图定义后,用户就可以象对基本表操作一样对视图进行查询。,数据库系统及应用新技术,数据库体系结构的发展 DBS运行在计算机系统之上,其体系结构与计算机体系结构密切相关。因此DBS的系统结构也随着它的硬件和软件支撑环境的变化而不断演变。 集中式数据库系统。早期的DBMS以分时操作系统作为运行环境,采用集中式的数据库系统结构,把数据库建立在本单位的主计算机上,且不与其他计算机系统进行数据交互。在这种系统中,不但数据是集中的,数据的管理也是集中的。, 客户/服务器结构(C/S) 是一种网络处理系统。有多台用作客户机的计算机和一至多台用作服务器的计算机。客户机直接面向用户,
21、接收并处理任务,将需要DB操作的任务委托服务器执行;而服务器只接收这种委托,完成对DB的查询和更新,并把查询结果返回给客户机。C/S结构的DBS虽然处理上是分布的,但数据却是集中的,还是属于集中式数据库系统。, 浏览器/服务器结构(B/S) 由浏览器,Web服务器,数据库服务器3个层次组成。客户端使用一个通用的浏览器代替了各种应用软件。用户操作通过浏览器执行。, 分布式数据库系统 数据共享和数据集中管理是数据库的主要特征。但面对应用规模的扩大和用户地理位置分散的实际情况,如果一个单位的计算机仍用联网式的集中数据库系统,将会产生很多问题: 各个用户结点计算机要通过网络存取数据, 如何解决通信开销
22、太大和延迟的问题? 一旦数据库不能工作还将导致整个系统 的瘫痪,如何保证系统的可用性和可扩性?,在分布式DBS中,把一个单位的数据按其来源和用途,合理分布在系统的多个地理位置不同的计算机结点上(局部数据库),使数据可以就近存取。数据在物理上分布后,由系统统一管理。系统中每个地理位置上的结点实际上是一个独立的DBS,它包括本地结点用户、本地DBMS和应用软件。每个结点上的用户都可以通过网络对其他结点数据库上的数据进行访问,就如同这些数据都存储在自己所在的结点数据库上一样。,DDBMS2,DDBMS1, 并行数据库系统,随着应用领域DB规模的增长,其运行负荷日益加重,对DBS性能要求也越来越高.,
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