数据库原理与应.ppt

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1、数据库原理与应用,一、数据库系统概述,1.1数据管理技术的发展 1.2概念模型和数据模型 1.3数据库系统的三级模式结构,1.1数据管理技术的发展,数据库技术主要研究的问题是如何科学地组织和存储数据，如何高效地获取和处理数据。信息、数据、数据管理定义 信息：现实世界中的客观事物在人类头脑中的抽象反映。数据：是对客观信息的一种描述，它是由能被计算机识别与处理的数值、字符等符号构成的集合，指描述事物的符号记录。数据管理：是指如何对数据分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题。,1.1数据管理技术的发展,数据管理技术主要经历人工管理、文件系统和数据库系统、（高级数据库阶段）三（四）个

2、阶段。,人工管理阶段,在20世纪50年代中期以前.1特点：数据不保存。没有文件概念。数据不共享。没有软件对数据进行管理。程序和数据不具有独立性。,人工管理阶段,2人工数据管理模型：如下图,程序1,数据集1,程序n,数据集n,程序2,数据集2,文件系统阶段,20世纪50年代后期到60年代中期特点：数据能够长期保存在磁盘上。提供了文件与程序之间进行存取方法转换的软件。程序与数据之间有了一定的独立性(3)文件形式的多样化。(4)数据的存取以记录为单位。,文件系统阶段,文件数据管理模型：如下图,程序1,程序n,程序2,文件1,文件1,文件2,文件（管理）系统,文件系统阶段,主要缺陷如下：（1）数据冗余

3、度大。（2）数据联系弱。（3）数据和程序缺乏独立性。,数据库系统阶段,20世纪 60年代末出现了第一代数据库网状数据库、层次数据库，70年代出现了第二代数据库关系数据库。,数据库系统阶段,数据库系统的特点：(1)数据库中的数据是结构化的。(2)数据冗余小，易扩充。(3)较高的数据和程序独立性。(4)数据库为用户提供了方便的接口。(5)数据的最小存取单位是数据项。(6)数据可为多用户共享。,数据库系统阶段,数据库系统数据管理模型:如下图,数据库系统阶段,数据库、数据库管理系统及数据库系统的定义：数据库（database，简称DB）：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、彼此相互关

4、联、具有较少冗余的、能被多个用户共享的数据集合。数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）：是一个通用的软件系统，由一组计算机程序构成。也可这样定义指位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。能对数据库进行有效的管理，包括存储管理、安全性管理、完整性管理等。使用户方便快速建立、维护、存取、处理数据库中的信息。如ACCESSSQL Server Oracle Visual FoxPro IBM DB2,数据库系统（database system，简称DBS）：狭义讲数据库和数据库管理系统构成。广义讲在计算机系统中引入数据库后构成的系统，一般由数据库、硬件

5、、软件（数据库管理系统、操作系统、开发工具、高级语言及编译系统）和人员（数据库管理员、系统分析员、应用程序员和用户）构成。,高级数据库系统阶段,20世纪70年代中期，出现了分布式数据库、面向对象数据库和 智能型知识数据库等，称为高级数据库技术。20世纪80年代后，出现了新的数据库产品.如 UniSQL/X 面向对象采用技术：出现更多采用数据库技术与相关技术结合的结合。,高级数据库系统阶段,常用的三种数据库技术(1)客户机/服务器结构的数据库技术(2)分布式数据库系统。采用分布式数据库技术(3)并行数据库系统。采用并行数据库技术。,1.2概念模型和数据模型,现实世界中的数据要进入到数据库中，需要

6、经过人们的认识、理解、整理、规范和加工。这一过程分成三个主要阶段，即现实世界阶段、信息世界阶段和机器世界阶段。,1.2概念模型和数据模型,现实世界,信息世界 概念模型,认识抽象,机器世界 DBMS支持的数据模型,转换,依赖于具体机器和DBMS,不依赖于具体机器和DBMS,1.2概念模型和数据模型,根据模型应用的不同目的，分两类。概念模型定义:按用户的观点对数据和信息建模，对现实世界的抽象反映.数据模型定义:按计算机系统的观点对数据建模，对现实世界数据特征的模拟和抽象。概念模型数据模型,概念模型,概念模型的主要概念概念模型的表示方法,概念模型的主要概念,1实体：客观存在并可相互区分的事物（及其事

7、物之间的联系）。可以是具体的人或物，也可以是事物与事物间的联系。2属性：实体所具有的特性。一个实体由若干属性刻画.3键（或码）：惟一标识实体的属性集，也称关键字。4实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体.学生(学号,姓名)5实体集：同型实体的集合称为实体集。,概念模型的主要概念,6联系：现实世界中的事物之间通常都是有联系的，这些联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。2个实体型的联系有三种情况：一对一联系，一对多联系，多对多联系。,实体集A,联系名,实体集B,M,N,2个实体集之间的联系,概念模型的主要概念,一对一联系,如果实体集A与实体集B之间存在联系，并且对于实体

8、集A中的任意一个实体，在实体集B中至多只有一个实体与之联系，反之亦然。称实体集A与实体集B存在一对多联系。,概念模型的主要概念,一对多联系（1：M）,如果实体集A与实体集B之间存在联系，并且对于实体集A中的任意一个实体，在实体集B中可以有M个实体与之联系；而对于实体集B中的任意一个实体，在实体集A中至多有一个实体与之联系，称实体集A与实体集B存在一对多联系。,概念模型的主要概念,多对多联系（M:N）,对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有N个实体与之联系；反过来，对于实体集B中的每一个实体，在实体集A中也有M个实体与之对应，称实体集A与实体集B存在多对多联系。,概念模型的表示方法,概念模型表

9、示方法：最常用的是“实体联系方法”(Entity Relationship Approach)，简称E-R方法，用E-R方法描述的概念模型为实体联系模型简称ER模型,即用E-R图来描述现实世界中的数据。E-R模型由实体型、实体属性和实体间的联系来表示。实体型表示建立概念模型的对象。,E-R模型中使用的基本符号如下图,实体型,属性,联系,概念模型的表示方法,班级与 教室的联系班级（名称，班主任，人数）与 学生（，）的联系,数据模型,按计算机观点对数据进行建模的方法为数据模型，描述系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件.数据模型的三要素三种常见的数据模型,数据模型的三要素,数据模型由三个要素组成

10、：数据结构、数据操作和数据的完整性约束。(1)数据结构是对系统的静态特性描述,是研究存储在数据库中的对象类型的集合，这些对象类型是数据库的组成部分。描述数据库的组成对象及对象之间的联系。数据模型按其数据结构分层次模型、网状模型和关系模型。,数据模型的三要素,(2)数据操作 对系统动态特性的描述,对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合。包括操作和有关的操作规则。操作有检索、插入、删除、修改。(3)数据的完整性约束 数据的约束条件是一组完整性规则的集合，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。,三种常见的数据模型,（1）层次模型 是树形结构，每个结点代表

11、一种实体类型。每个结点代表一种实体类型。满足如下条件：有且仅有一个结点无双亲，该结点为根结点；其他结点有且仅有一个双亲。有向树，一对多联系,三种常见的数据模型,（2）网状模型 对复杂实体间的联系描述。对满足以下两个条件的数据模型称为网状模型：有一个以上的结点无双亲；一个结点可以有多于一个的双亲。,三种常见的数据模型,(3)关系模型是目前使用最广泛的数据模型。也是目前最重要的一种模型。把支持关系模型的数据库管理系统称为关系数据库管理系统，简称RDBMS。关系模型的组成：数据结构、关系操作、关系的完整性,三种常见的数据模型,A数据结构 一个关系模型的逻辑结构是一张二维表，即每张二维表称为一个关系.

12、存放实体本身的数据和实体间的联系。,学生信息,三种常见的数据模型,每一行称为一个元组，每一列称为一个字段或属性。分量：元组中的一个属性值。超码：是一个或多个属性的集合，这些属性的组合能在一个实体集中唯一的标识一个实体。候选码：最小超码，即不包含多余的属性。如学号等。主码：若一个关系有多个候选码，选定其中一个为主码（或主关键字）。主码的属性为主属性。域(Domain)：属性的取值范围。关系模式：对关系的描述。用关系名和包含的属性名的集合表示。一般表示为：关系名(属性1，属性2，属性n),三种常见的数据模型,B关系操作关系操作的方式是集合操作，即操作的对象和结果都是集合。,三种常见的数据模型,C关

13、系的完整性 关系模型的完整性规则是用来约束关系的，以保证数据的正确性和一致性。一致性指两张表相同的数据是否保持一致。数据不一致的原因主要有三种：一是由于数据冗余造成的；二是由于并发控制不当造成的；三是由于各种故障、错误造成的。关系模型的完整性主要包括三类：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。,三种常见的数据模型,实体完整性这条规则要求在任何关系的任何一个元组中，主关键字的的任一属性值不能为空。空值包括“不知道”或“无定义”的值。目的：实体是可区分的，有唯一标识，保证数据库表中的每一个元组都是惟一的。,思考：下面的关系是否违反实体完整性规则,学生信息,三种常见的数据模型,参照完整性（引用完

14、整性）是有关关系之间能否正确进行联系的法则，即用于约定两个关系之间的联系。这条规则是对关系外部关键字的规定，要求外部关键字取值必须是客观存在的，即不允许在一个关系中引用另一个关系里不存在的元组。目的：确保相关联的表间的数据保持一致。,关系 关系如：两个实体型学生和院系由以下关系表示：学生（学号，姓名，年龄，性别，院系号）院系（院系号，院系名）“院系”关系中的院系号是学生关系的外码。说明：即要求一个关系中外键的每个值必须在另一个关系中主键的值中可以找到或者是空值。,属性,院系表,学生表,思考：下面的关系是否违反参照完整性规则,三种常见的数据模型,参照完整性定义：设F是基本关系R的一个或一组属性，

15、但不是关系R的主码，如果F与基本关系S的主码Ks相对应，则称F是基本关系R的外码，并称基本关系R为参照关系，基本关系S为被参照关系。,三种常见的数据模型,用户定义的完整性（域完整性）用户定义的完整性则是针对某一具体数据库的约束条件，由用户根据实际情况对数据库中数据的内容进行的规定，即定义表中属性的取值范围。目的：用于保证给定字段中数据的有效性，即保证数据的取值在有效的范围内。,三种常见的数据模型,(4)关系模型优缺点优点：与非关系模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的。概念单一，实体还是实体之间的联系都用关系表示。存取路径对用户透明,具有更高的数据独立性，更好的安全保密性。关系模型中的数

16、据操作是集合操作，即操作的对象和操作的结果都用关系表示。缺点:由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模型。,1.3数据库系统的三级模式结构,(视图1),(基本表1),(存储文件1),1.3数据库系统的三级模式结构,为实现这三个抽象层次的联系和转换，数据库系统在这三级模式中提供了两层映像：外模式模式映像；模式内模式映像。,1.3数据库系统的三级模式结构,(1)模式（全局逻辑结构）也称逻辑模式或概念模式.是数据库的总框，是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公用数据视图（逻辑级上的视图）。一个数据库只有一个模式。模式既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用

17、程序和开发工具无关。,1.3数据库系统的三级模式结构,（2）外模式(用户的局部逻辑结构）也称子模式或用户模式。数据库用户看到的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。一个应用只能启用一个外模式。一个数据库可以有多个外模式。,1.3数据库系统的三级模式结构,（3）内模式也称为存储模式。是全体数据库数据的内部表示或者低层描述，用来定义数据的存储方式和物理结构。一个数据库只有一个内模式。,1.3数据库系统的三级模式结构,（4）二级映像A、外模式/模式的映像:定义某一个外模式和模式之间的对应关系。当模式改变时，该映象不必修改局部的逻辑结构，应用程序不需修改，实现数据的逻辑独立性。,B、模式内模式的

18、映像：定义数据的逻辑结构和存储结构之间的对应关系。当数据库的存储结构改变时，可相应修改模式内模式的映像，从而使模式保持不变。使全局数据独立于物理数据，实现数据的物理独立性。,二、SQL Server 概述,SQL Server 2000是微软公司于2000年8月推出的新一代数据库产品，是一种基于客户/服务器模式的关系数据库管理系统，它采用Transact-SQL语言在客户机和服务器之间传递信息，扮演着后端数据库角色，是数据的汇总与管理中心。SQL Server 2000常见的版本有：企业版（Enterprise Edition）、标准版（Standard Edition）、个人版（Person

19、al Edition）和开发人员版（Developer Edition）。,二、SQL Server 概述,2.1SQL2.2 SQL Server特点及体系结构2.3 SQL Server 2000的管理工具简介2.4SQL Server系统数据库和系统表简介2.5 SQL Server 2000安全性2.6 服务器端操作和客户端操作,2.1SQL,SQL一词是“Structured Query Language（结构式查询语言）”的缩写。美国国家标准协会(ANSI)标准化了SQL,目前SQL-92是数据库的标准主流语言.1功能:数据定义(Definition)、数据操纵(Manipulat

20、ion）、数据管理(Management)、存取保护(Access Protection)、处理控制(Control)，使SQL语言成为一个综合、通用的、功能强大的关系数据库语言。,2.1SQL,2 特点(1)一体化的特点(2)统一的语法结构，多种使用方式SQL语言有两种使用方式：联机交互使用方式，嵌入程序方式，即嵌入某种高级语言。(3)高度非过程化(4)语言简洁,2.1SQL,SQL按其功能可以分为三大部分:,2.1SQL,核心功能,2.1SQL,(5)Client/Server结构,前端(pc端)：交互式查询、报表打印和应用程序,后端(服务器端)：存储和数据管理的数据库引擎,SQL作为前端

21、工具和后端引擎之间通信的桥梁,2.1SQL,(6)支持异类复制：(7)Internet数据库功能的集成：交互式 SQL（Transact SQL，简称T-SQL）是SQL Server 的查询语言，它与 ANSI-92 SQL 标准兼容，并对其进行了扩张。,2.2 SQL Server特点及体系结构,特点 客户机/服务器体系结构,特点,真正的客户机/服务器体系结构。图形化用户界面。丰富的编程接口工具。与Windows NT完全集成。具有很好的伸缩性。对Web技术的支持。SQL Server提供数据仓库功能。,2.2.2 SQL Server体系结构,客户/服务器结构如下图:,2.2.2 SQL

22、 Server体系结构,主要部署方案：两层结构 三层结构 桌面系统,2.2.2 SQL Server体系结构,(1)两层结构,客户机运行处理业务的程序和显示处理结果的程序，这种客户机被称为“胖客户机”（thick client）。,2.2.2 SQL Server体系结构,(2)三层结构,这种结构中的客户机被称为“瘦客户机”（thin client）。,2.2.2 SQL Server体系结构,(3)桌面系统数据库服务器和客户机程序被安装在同一台电脑中，整个系统只有一台电脑，这台电脑既是服务器，也是客户机.,2.2.2 SQL Server体系结构,客户/服务器结构优点(1)数据集中存储。(2

23、)业务逻辑和安全规则可以在服务器上定义一次，而后被所有的客户使用。(3)关系数据库服务器仅返回应用程序所需要的数据，这样可以减少网络流量。(4)节省硬件开销.(5)备份和恢复起来很容易。,2.3 SQL Server 2000的管理工具简介,1 查询分析器2 导入和导出数据3 联机丛书 4 服务管理器5 企业管理器,2.3 SQL Server 2000的管理工具简介,1 SQL 查询分析器用于输入和执行Transaction-SQL语句,以分析和处理数据库中的数据。,2.3 SQL Server 2000的管理工具简介,2导入和导出数据 采用DTC 导入/导出向导来完成。此向导包含了所有的D

24、TC（Data Transformation Services）工具，如数据和对象的导入、导出、验证以及在异类 OLE DB 和 ODBC 数据源之间的转换，即提供了在OLE DB数据源之间复制数据的最简捷的方法。,2.3 SQL Server 2000的管理工具简介,3联机丛书 提供了大量的联机文档，它具有索引和全文搜索能力，可根据关键词来快速查找用户所需信息。4 服务管理器 用于启动、停止和暂停服务器上的SQL Server 2000 组件。,2.3 SQL Server 2000的管理工具简介,5 企业管理器提供了一个微软管理控制台(Microsoft Management Consol

25、e，MMC)的用户界面，配置系统环境，完成数据库管理与维护的大部分工作。所有SQL Server对象的建立与管理也都可以通过它来完成。,2.4SQL Server系统数据库和系统表简介,系统数据库master数据库model数据库msdb数据库 tempdb数据库 Pubs和Northwind数据库,系统数据库,对于master数据库，它控制用户数据库和SQL Server的操作，并保持,用户帐号远程用户帐号与本地有交互的服务器进程可配置的环境变量系统错误信息SQL Server上的数据库各数据库的存储空间可用的磁带和磁盘活动锁,系统数据库,model数据库是所有用户数据库和tempdb数据库

26、的模板数据库.msdb数据库是代理服务数据库，用于为警报、任务调度和记录操作员的操作提供存储空间。,系统数据库,tempdb数据库 是一个临时数据库,用于为所有的临时表、临时存储过程提供存储空间，还用于任何其它的临时存储要求。Pubs和Northwind数据库是两个实例数据库，它们可以作为SQL Server的学习工具。,系统表,1.sysobjects表 2.sysindexes表3.syscolumns表4.sysusers表5.sysdatabases表(只出现在master数据库中),系统表,1.sysobjects表 该表出现在每个数据库中，在数据库内创建的每个对象，在该表中含有一行

27、相应的记录。2.sysindexes表 该表出现在每个数据库中，对于数据库中的每个索引和表在该表中各占一行。3.syscolumns表 该表出现在每个数据库中，对于基表或者视图的每个列和存储过程中的每个参数在该表中各占一行。4.sysusers表 该表出现在每个数据库中，对于数据库中的每个Windows NT用户、Windows NT用户组、SQL Server用户或者SQL Server角色在该表中各占一行。5.sysdatabases表 该表只出现在master数据库中，对于SQL Server系统上的每个系统数据库和用户自定义的数据库在该表含有一行记录。,2.5 SQL Server 2

28、000安全性,使用两层安全机制确认用户有效性：登录认证和根据数据库用户帐户和角色进行权限有效性判定1 登录认证SQL SERVER认证:Windows认证模式混合认证模式：,2.5 SQL Server 2000安全性,2数据库账户和角色用户账户：针对特定数据库授予安全权限角色：将用户组成一个集体授权的单一单元，分为服务器角色和数据库角色。,2.6 服务器端操作和客户端操作,服务器端操作(1)数据库服务器的启动(2)对帐户密码添加修改SQL查询分析器:sp_password old_password,new_password,login id 图形化界面更改密码(3)SQL Server的配置 客户端操作,总结,2.1SQL2.2 SQL Server特点及体系结构2.3 SQL Server 2000的管理工具简介2.4SQL Server系统数据库和系统表简介2.5 SQL Server 2000安全性2.6 服务器端操作和客户端操作,作业:什么是关系模型?简述关系模型的完整性。学校有若干个学院,每个学院有若干个班级和教研室.每个教研室有若干名教师,其中教授和副教授各带若干名研究生;每个班级有若干名学生,每个学生可以选修若干门课程,每门课可由若干名学生选修.用E-R图画出该学校的概念模型.,