sql基本知识大全第二章.ppt

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1、数据库原理,主讲：赵海霞,河南科技大学电信学院,第一章 绪论,数据库系统概述 数据模型 数据库系统结构 数据库系统的组成 数据库技术的研究领域,1.1数据库系统概述,基本概念数据管理技术的产生和发展数据库系统的特点,1.1.1 基本概念,数据与信息 数据库 数据库管理系统 数据库技术 数据库系统 数据库语言,1.1.1.1 数据与信息,现代社会的三大支柱：信息、能源和材料科学在数据处理领域，一般把信息理解为关于现实世界事物存在方式或运动状态的反映。例如，关于黑板的信息，是黑板存在状态的反映。黑板：黑色、矩形、长3米、高1.2米，木制。信息的特征：来源于物质和能量；可感知、可存储；可加工、传递和

2、再生；重要的资源之一。,1.1.1.1 数据与信息,数据，通常指符号记录下来的，可以识别的信息。例如，黑板的信息，可以用一组数据“黑色、矩形、31.2米、木材”表示。这些符号被人们赋予了特定的语义后就具有传递信息的功能数据定义：描述事物的符号记录称为数据描述事物的符号可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等,1.1.1.1 数据与信息,352,？,1.1.1.1 数据与信息,符号352代表什么？,代表*的月基本工资,代表足球比赛中一种阵型,代表分成比率,结论：符号只有赋予了一定语义才能传递信息,1.1.1.1 数据与信息,联系：数据是信息的载体，或是信息的符号表示信息是数据的内涵，是

3、对数据语义的解释,数据与信息 数据库 数据库管理系统 数据库技术 数据库系统 数据库语言,1.1.1 基本概念,1.1.1.2 数据库,数据库(DataBase，DB):长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合特点：数据按一定的数据模型组织、描述和存储 具有较小的冗余度 较高的数据独立性和易扩展性 可为各种用户共享,数据库数据组织举例,数据与信息 数据库 数据库管理系统 数据库技术 数据库系统 数据库语言,1.1.1 基本概念,1.1.1.3 数据库管理系统,数据库管理系统(DataBase Management System，DBMS):是数据库系统中对数据进行管理的软件系统，为用户

4、或应用程序提供访问DB的方法。DBMS主要功能：数据定义功能 数据操纵功能数据库的运行管理数据库的建立和维护功能,The DBMS Marketplace,Relational DBMS companies-Oracle,Informix,Sybase-are among the largest software companies in the world IBM offers its relational DB2 system Microsoft offers SQL-Server,plus Microsoft Access for the cheap DBMS on the deskto

5、p Relational companies also challenged by“object-oriented DB”companies,数据与信息 数据库 数据库管理系统 数据库技术 数据库系统 数据库语言,1.1.1 基本概念,1.1.1.4 数据库技术,是一门研究数据库的结构、存储、管理和使用的软件学科 数据库技术是在操作系统的文件系统基础上发展起来的 数据库不仅用到数据结构的知识，而且丰富了数据结构的内容,数据与信息 数据库 数据库管理系统 数据库技术 数据库系统 数据库语言,1.1.1 基本概念,1.1.1.5 数据库系统,数据库系统(Database System,DBS):采

6、用了数据库技术的计算机系统。是实现有组织地、动态地存储大量关联数据、方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统数据库管理员（DataBase Administrator，DBA）专门从事数据库的建立、使用和维护等工作的专业技术人员。,1.1.1.5 数据库系统,back,数据与信息 数据库 数据库管理系统 数据库技术 数据库系统 数据库语言,1.1.1 基本概念,1.1.1.6 数据库语言,由数据定义语言（Data Definition Language，DDL）和数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML）和(Data Control Languag

7、e，DCL)为用户提供交互式使用数据库的方法,1.1.2数据管理技术的发展,人工管理阶段,文件系统阶段,数 据 库 阶 段,高级数据库技术阶段,20世纪50年代中期,21世纪,20世纪90年代,20世纪60年代,20世纪70年代,20世纪80年代,软件：汇编语言硬件：磁带、卡片、纸带等特点：数据面向应用、无专用软件管理数据。,软件：高级语言、操作系统硬件：磁盘、磁鼓等特点：数据长期保存、数据的逻辑结构与物理结构有区别、文件组织、重复使用,软件：数据库管理系统硬件：大容量、快速存取磁盘特点：数据结构化、数据共享，冗余低，易扩充、数据独立性高、数据由DBMS统一管理控制,软件：分布式数据库、面向对

8、象数据库、多媒体数据库硬件：数据通信网络、光盘特点：面向具有更复杂数据结构的应用,文件技术的主要缺点,数据冗余及潜在的数据不一致性浪费存储空间，相同的数据重复存储修改困难，容易造成数据的不一致性数据和程序缺乏独立性文件结构的设计依赖于应用程序，系统很难扩充数据的逻辑结构改变，必须修改应用程序，反之亦然缺乏对数据操作进行控制的方法安全性、完整性、并发控制和恢复机制,集中式数据库的缺点,随着数据量的增加，系统相当庞大，操作复杂，开销大 数据集中存储，大量通信都通过主机，造成拥挤和瓶颈,1.1.3 数据库系统的特点,数据结构化层次模型 网状模型、关系模型等数据共享性高降低数据的冗余度，节省存储空间避

9、免数据间的不一致性，系统易于扩充数据独立性高数据与程序的无关性，逻辑独立性和物理独立性数据由DBMS统一管理和控制安全性控制、完整性控制、并发控制、DB恢复,1.2 数据模型,数据模型的定义及构成概念模型常用数据模型层次模型网状模型关系模型,1.2.1 数据模型的定义,数据模型(Data Models)是数据库中用于提供信息表示和操作手段的形式框架，它是将现实世界转换为数据世界的桥梁用于描述数据库的结构和语义表示实体类型以及实体间联系的模型严格定义的概念集合，是数据库的基础,1.2.1 数据模型的定义,概念模型（信息模型）按用户的观点对数据和信息建模，它完全不涉及信息在计算机中的表示问题强调语

10、义表达能力，易于为用户理解。是用户与数据库设计人员之间交流的语言。如实体联系模型（E-R模型）数据模型（结构数据模型）按计算机系统的观点对数据建模，它与具体计算机系统密切相关，直接面向数据库中数据的逻辑结构强调形式化定义，同时配有定义、操作的语言，便于机器实现。如层次、网状、关系、面向对象等,数据模型解释,现实世界存在于人们头脑之外的客观世界信息世界现实世界在人们头脑中的反映，人们把它用文字和符号记载下来机器世界信息世界的信息在机器世界中以数据形式存储,数据模型解释,数据模型构成,数据结构对实体类型和实体间联系的表达和实现，描述系统的静态特性；数据操作在数据结构之上允许执行的操作集合，包括对数

11、据库的检索和更新（插入、删除、修改）操作，描述系统的动态特性；数据完整性约束数据及其联系所具有的制约和依赖规则，以保证数据库中数据的正确性、有效性和相容性。,1.2 数据模型,数据模型的定义及构成概念模型常用数据模型层次模型网状模型关系模型,1.2.2概念模型,信息世界的基本术语机器世界的基本术语（补充）概念模型的表示方法（实体-联系模型、E-R模型）,1.2.2.1 信息世界的基本术语,（1）实体(Entity)客观存在并可相互区别的事物实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系（2）属性(Attribute)实体所具有的某一特性 一个实体可以有若干个属性来刻画例：学生实体可以由学

12、号、姓名、性别、出生年份、系、入学时间等属性组成，这些属性组合起来表征了一个学生,1.2.2.1 信息世界的基本术语,（3）码(Key)能唯一标识每个实体的属性或属性集，亦称实体标识符，或键。例：学生的学号。（4）域（Domain）属性的取值范围 例：性别域为（男，女）（5）实体集(Entity Set)性质相同的同类实体的集合。例：全体学生就是一个实体集。（6）实体型：具有相同属性的同类实体的类型。（7）联系,实体的联系,在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，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。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系。两个实体型之间的联

13、系可以分为三类：一对一联系（1:1）一对多联系（1:n）多对多联系（m:n）,实体的联系,如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有（也可能没有）一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。例：在学校里，一个班级只有一个正班长，而一个班长只在一个班中任职，则班级与班长之间具有一对一联系。例：飞机座位和乘客。,一对一联系（1:1）,实体的联系,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（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集B中至多只有（也可能没有）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：一个班级中

14、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。,一对多联系（1:n）,实体的联系,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（n0）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（m0）与之联系，则称实体集A与实体集B具有多对多联系。记为m:n 例：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 一对一联系是一对多联系的特例，而一对多联系又是多对多联系的特例,多对多联系（m:n）,1.2.2.2 机器世界的基本术语,（1）字段(Field)标记实体属性的命名单位称为字段，或数据项。是可以命

15、名的最小信息单位，亦称数据元素、初等项。字段命名往往与属性名相同。例：学生有学号、姓名等字段。（2）记录(Record)一般一个记录描述一个实体，所以记录又可以定义为能完整描述一个实体的字段集。例：学生记录（学号，姓名，年龄，性别）。,1.2.2.2 机器世界的基本术语,（3）文件(File)文件是描述实体集的，定义为描述一个实体集的所有记录集。即同一类纪录的汇集。例：所有的学生记录学生文件。（4）码(Key)能唯一标识文件中每个记录的字段或字段集,也称作键。例：学生的学号可以作为学生记录的键。,机器世界和信息世界的术语对应关系,类型和值,1.2.2.3 实体联系模型（ER模型）,ER模型(E

16、ntity Relationship Model)是P.P.S.Chen于1976年提出的ER模型直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用ER图表示ER图中的四个基本成分矩形框，表示实体类型菱形框，表示联系类型椭圆形框，表示实体类型和联系类型的属性(下划线表示键)直线，联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连接，并在直线端部标上联系的种类(1:1,1:N,M:N),ER图示例(学校课程管理),实体及其属性,ER图示例(学校课程管理),实体及其联系,E-R模型设计举例,为仓库管理设计一个ER模型。该仓库主要管理零件的入库、出库和采购等事项。仓库根据需要向供应商订购零件，而许多工程项目需要

17、仓库供应零件。,E-R模型设计举例,建立ER图的过程如下：确定实体类型工程项目PROJECT,零件PART,供应商SUPPLIER确定联系类型PROJECT和PART之间是M:N联系，定义为P-PPART和SUPPLIER之间也是M:N联系，定义为P-S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，在属于键的属性名下划一横线。,E-R模型设计举例,多于两个实体型之间的联系,如果规定某个工程项目指定需要某个供应商的零件，ER图则变为：,PROJECT,PART,SUPPLIER,P-P-S,M,N,P,同一实体型之间的联系,零件之间的组合关系，可用下图表示：,PA

18、RT,SUBPART,M,N,ER模型的优点,接近于人的思维，容易理解与计算机无关，用户容易接受,在实际问题中，一般总是先设计一个ER模型，然后再把ER模型转换成计算机能实现的数据模型,1.2 数据模型,数据模型的定义及构成概念模型常用数据模型层次模型网状模型关系模型,1.2.3常用数据模型,非关系模型层次模型（Hierarchical Model）网状模型(Network Model)数据结构：以基本层次联系为基本单位基本层次联系：两个记录及它们之间1：n（包括1：1）的联系关系模型面向对象模型,基本层次联系,Ri,Rj,Lij,双亲,子女,1：n（包括1：1）联系名,1.2 数据模型,数据

19、模型的定义及构成概念模型常用数据模型层次模型网状模型关系模型,1.2.4 层次模型,层次模型(Hierarchical Model)的数据结构用树形结构来表示实体及其联系的模型叫层次模型在树形结构中，树的结点是记录类型，非根结点有且只有一个双亲上一层记录类型与下一层记录类型的联系是1:N联系典型代表是IBM公司的IMS系统,层次数据模型示例,教学管理,层次数据库实例,M：N联系在层次模型中的表示,层次模型不能直接表示M：N的联系间接表示的方法：将多对多的联系分解成一对多的联系分解方法：冗余节点法和虚拟节点法 P24 图1.20,层次模型的数据操作与完整性约束,检索插入 没有相应的双亲结点值就不

20、能插入子女结点值删除 删除双亲结点值，相应的子女结点 值也被同时删除修改 修改所有相应记录，保持数据一致性,层次模型的存储结构,邻接法按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次邻接存放，即通过物理空间的位置相邻来体现层次顺序链接法用指引元来反映数据之间的层次联系子女-兄弟链接法层次序列链接法（树的前序遍历）,层次模型的特点,在层次式数据库中查找记录，必须指定存取路径，随机查找效率低不能直接支持M：N的联系插入删除操作限制多，带来良好的完整性支持,1.2 数据模型,数据模型的定义及构成概念模型常用数据模型层次模型网状模型关系模型,1.2.5 网状模型(Network Model),网状模型的数据结

21、构用有向图结构表示实体及实体间联系的数据模型网状数据模型的典型代表是DBTG系统，流行于20世纪70年代,学号,姓名,年龄,性别,课程号,名称,学号,课程号,成绩,学生 s,课程 c,学生成绩单 s-sc,课程成绩单 c-sc,学生选课 sc,网状数据库实例,S1 C1 A,S1 C2 A,S2 C1 A,S2 C3 A,S3 C1 A,S3 C2 A,S4 C1 A,S4 C2 A,S4 C3 A,S1,S2,S3,S4,C1,C2,C3,网状模型的数据约束,支持记录键的概念保证一个联系中双亲记录和子女记录间是1：N的联系可以支持双亲记录和子女记录之间的某些约束条件如学生选课记录值必须是数据

22、库中存在某一学生某一门课的选课记录,链接法单向链接双向链接环状链接向首链接指引元阵列法二进制阵列法索引法,网状数据模型的存储结构,记录之间的联系通过指针实现，M:N联系也容易实现，查询效率较高应用程序的编写比较复杂，程序员必须熟悉数据库的逻辑结构,网状数据模型的特点,1.2 数据模型,数据模型的定义及构成概念模型常用数据模型层次模型网状模型关系模型,1.2.6 关系模型,关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表？怎样用关系表示实体及其联系（举例）关系必须是规范化的属性必须不可再分-必须满足！对关系的操作结果是一新关系,关系模型术语,关系元组属性主码域分量：元组中的一个属性值关系模式关系名（属性1，

23、属性2，属性n）,关系模型的操纵与约束,数据操作主要操作包括：查询、插入、删除和修改数据操作是集合一级操作，操作对象和操作结果都是关系存取路径向用户隐蔽完整性约束数据操作必须满足实体完整性、参照完整性和用户定义完整性（第二章详述）,关系模型的存储结构,实体及实体间的联系都用表来表示在数据库的物理组织中，表以文件形式存储,典型DBMS产品：DB2，Oracle，Sybase，Informix，Foxpro，Access,关系模型的特点,单一简单的结构有较好的数据独立性数学化的模型用键而不是用指针导航数据SQL语言为国际标准存取路径对用户透明，查询效率不如非关系模型，需优化查询，难度增加,1.3

24、数据库系统结构,数据库系统模式的概念数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性,1.3.1数据库系统模式的概念,“型”和“值”的概念型（Type）：对某一类数据的结构和属性的说明值（Value）：是型的一个具体赋值记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）记录值：（900201，李明，男，计算机，22，江苏）,模式（Schema）,模式（Schema）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述是型的描述反映数据的结构及其联系模式是相对稳定的,模式的一个实例（Instance）模式的一个具体值反映数据库某一时刻的状态同一个模式可以有很多实例实例随数据库中的数据的更新而变动,1.3

25、数据库系统结构,数据库系统模式的概念数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性,1.3.2数据库系统三级模式结构,一、模式,模式（也称逻辑模式）-总体观数据库中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地位：是数据库系统模式结构的中间层与数据的物理存储细节和硬件环境无关与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关模式的定义数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）数据之间的联系数据有关的安全性、完整性要求,二、外模式（子模式、用户模式）,子模式是数据库中数据的局部逻辑结构描述-用户观模式与外模式的关系：一对多子模式是

26、模式的子集面向用户，与具体程序设计语言相关外模式与应用的关系：一对多地位：介于模式与应用之间保证数据库安全性的一个有力措施,三、内模式（存储模式）,是数据库中数据的存储结构-存储观一个数据库只有一个内模式,1.3 数据库系统结构,数据库系统模式的概念数据库系统的三级模式结构数据库的二级映象功能与数据独立性,1.3.3二级映象功能与数据独立性,三级模式是对数据的三个抽象级别二级映象在DBMS内部实现这三个抽象层次的联系和转换外模式/模式映象模式/内模式映象,数据独立性,数据的使用者（应用程序）在使用数据时，可以逻辑地抽象地处理数据，不必关心数据在计算机中的具体表示方式与存储方式。物理独立性：当数

27、据的具体存储位置、存储方式发生变化后，应用程序可以不作修改。逻辑独立性：当数据的具体表示方式（如数据名称、长度、组织方式）发生变化后，应用程序可以不作修改。,外模式/模式映象,确定了数据的局部逻辑结构与全局逻辑结构之间的对应关系模式改变时，模式/外模式映象作相应改变，使外模式保持不变，从而应用程序保持不变，保证了数据与程序的逻辑独立性此映象通常在外模式中描述,模式/内模式映象,模式/内模式映象是唯一的确定了数据的全局逻辑结构与物理存储结构之间的对应关系当存储结构改变时，模式/内模式映象有相应变化，使模式保持不变，从而应用程序保持不变，保证了数据与程序的物理独立性此映象通常在内模式中描述,1.4

28、数据库系统的组成,硬件平台及数据库足够大的内存、足够大的磁盘、较高的通道能力软件DBMS、支持DBMS的OS、高级语言及其编译系统、以DBMS为核心的应用开发工具人员数据库管理员、系统分析员、数据库设计人员、应用程序员和最终用户,数据库管理员(DBA),DBA负责全面管理和控制数据库系统DBA职责包括：决定数据库中的信息内容和结构决定数据库的存储结构和存取策略定义数据的安全性要求和完整性约束条件控制数据库的使用和运行数据库的改组和重组重构,数据库系统体系结构,1、单用户数据库系统 整个数据库系统位于单机上，包括应用程序、DBMS、数据；只有一个用户，不同机器之间不能共享数据。特点：数据冗余严重

29、,数据集中、处理集中、单用户,数据库系统体系结构,数据集中、处理集中、多用户,2、主从式结构的数据库系统 一个主机带多个终端 整个数据库系统位于主机上，包括应用程序、DBMS、数据；所有处理任务都由主机完成。各用户通过终端并发地存取数据库，共享数据资源。特点：结构简单、数据易于管理与维护；但用户数受限，且可靠性不高。范围受限。,数据库系统体系结构,3、并行式数据库系统 整个数据库系统逻辑上是一整体，但使用多个CPU和多个磁盘并行操作，以提高数据处理和I/O速度。并行式数据库系统有两个重要的性能指标：吞吐量和响应时间。允许多用户同时使用。特点：适合于数据容量已达“太拉”级（1太拉为1012，记作

30、T）的巨型数据库。,数据分布、处理并行、多用户,数据库系统体系结构,4、分布式结构的数据库系统 整个数据库系统逻辑上是一整体，但地理上分布于网络结点之上。每个结点可以单独处理本地数据库中的数据，执行局部应用；也可存取异地数据库中数据，执行全局应用。允许多用户同时使用。特点：能适用地理上分散的组织对数据库的需求；但数据的管理、维护、处理较难；远程应用受网络交通的制约。,数据分布、处理分布、多用户,数据库系统体系结构,5、客户/服务器结构的数据库系统 DBMS和数据位于服务器上（可以多台），应用程序位于客户机。服务器上有处理能力（DBMS)，同时客户机也可以对数据进行处理(应用程序)。允许多用户同

31、时使用 特点：只传输数据请求与结果数据，网络传输少，系统的吞吐量大、负载能力强。系统的结构灵活、开放。,数据集中、处理分布、多用户,数据库系统体系结构,5、浏览器/服务器结构的数据库系统 客户/服务器结构的一种变形，数据可以分布，处理也是分布的。通过Internet上的浏览器和Web服务器共享数据资源。,数据分布、处理分布、多用户,数据库系统的效益,灵活性简易性面向用户数据控制加快应用系统开发速度程序设计和维护方便标准化,1.5数据库技术的研究领域,自学,小结,掌握数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统的概念；了解数据管理技术的发展过程，比较三种数据管理方法的特点，进而理解数据库系统的特点和功能；掌握数据模型概念、组成要素；能对现实世界进行概念建模，得到E-R图；掌握数据库系统的三级模式、两个独立性，以及获得独立性的原因；,作 业,理解所有概念和相关术语教材第37页，2，11，12、18，22题,