数据库复习概要frev.ppt

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1、“Love is patient,love is kind.It does not envy,it does not boast,it is not proud.It is not rude,it is not self-seeking,it is not easily angered,it keeps no record of wrongs.Love does not delight in evil but rejoices with the truth.It always protects,always trust,always hopes,always perseveres.Love n

2、ever fails.”-from Corinthians 13：4-8,“爱是恒久忍耐，又有恩慈；爱是不嫉妒，爱是不自夸不张狂，不做害羞的事，不求自己的益处，不轻易发怒，不计算人的恶，不喜欢不义，只喜欢真理；凡事包容，凡事相信，凡事盼望，凡事忍耐。爱是永不止息。”-选自“哥林多前书”第13章,第1章 数据库基础知识,掌握的要点：1.掌握什么是数据，数据管理，数据库，数据模型2.了解数据库的发展和数据库应用系统的特点3.分清数据库、数据库管理系统和数据库应用 系统之间的关系,数据的4个特征：1)数据有“型”(Type)和“值”(Value)之分。2)数据受数据类型和取值范围的约束。3)数据有定

3、性(Quality)表示和定量(Quantity)表示之分。4)数据应具有载体和多种表现形式。,数据的特征,组织和保存数据，即将收集到的数据合理地分类组织，将其存储在物理载体上，使数据能够长期地被保存；进行数据维护，即根据需要插入新数据、修改原数据和删除失效数据的操作；提供数据查询和数据统计功能，以便快速地得到需要的正确数据，满足各种使用要求。,数据管理及内容,数据库（DB）是一个按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。,数据库,数据库的主要特征,整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 整体结构化不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系,数

4、据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征。1)数据库中的数据具有数据整体性。2)数据库中的数据具有数据共享性。不同的用户可按各自的用法使用数据库中的数据。多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。,3.数据库及数据库中数据的性质,数据库管理系统（DBMS）是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性、并发性进行控制的功能。,数据库管理系统（Database Management System）,著名的DBMS有Oracle，Informix，Sybase，SQL Server 2000，mySql等。

5、,数据库管理系统,凡使用数据库技术管理数据的系统都称为数据库应用系统。一个数据库应用系统应携带有足够的数据量。数据库应用系统可以被划分为数据传递系统、数据处理系统和管理信息系统。,数据库应用系统,数据库系统特点,一个数据库系统应由计算机硬件、数据库、数据库管理系统、应用软件和数据库管理员等5部分构成。,数据库系统的五个组成部分：,用户,用户,用户,数据库应用系统,数据库应用开发工具,数据库管理系统（DBMS）,操作系统,数据库,数据库管理员（DBA）,计算机硬件,数据库系统的体系结构,数据库系统的软件组成,数据库应用系统、数据库 数据库应用开发工具及软件 DBMS、主语言编译系统 操作系统 计

6、算机硬件,1.2 数据库技术及发展,数据管理技术的发展动力:应用需求的推动计算机硬件的发展计算机软件的发展,三阶段：手工管理，文件管理和数据库技术,人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系,文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系,应用程序与数据的对应关系(数据库系统),数据库技术的发展历程和研究方向,IBM的information Management System，是一个层状结构数据库DBTG 的基于网状结构数据库的概念、方法和技术IBM的E.F.Codd 在大型共享数据库数据的关系模型论文中提出了关系数据库（Relational Database)的理论。,1.数据库设计时面向数据模型对

7、象2.数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高3.数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性,数据库系统管理数据特点,数据具：安全性（security）完整性（integrity）并发控制（concurrency）恢复功能（recovery）,4.数据库系统通过DBMS进行数据控制,数据库系统管理数据特点,数据的安全性（security）控制指保护数据库，以防 止不合法的使用造成的数据泄漏、破坏和更改。数据的完整性（integrity）控制指为保证数据的正确性、有效性和相容性，防止不符合语义的数据输入或输出所采用的控制机制。,数据库系统通过DBMS进行数据控制,数据的并发控制指排除由于数据共享，

8、即用户并行使用数据库中的数据时，所造成的数据不完整和系统运行错误问题。数据恢复通过记录数据库的日志文件和定期做数据备份，保证数据在受到破坏时，能够及时使数据库恢复到正确状态。,数据库系统通过DBMS进行数据控制,模式内模式映象,数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。数据模式是数据库的框架。数据库有三级数据模式：外模式（子模式，External Schema）模式（逻辑模式，Logical Schema）内模式（物理模式 Physical Schema）,数据库系统的三级数据模式结构,模式内模式映象,模式/内模式映像,数据独立性：,应用程序和数据的组织和存储是分离的.数据的逻辑独立性

9、:保护数据不受逻辑结构改变的影响.数据的物理独立性：保护数据不受数据物理结构改变的影响Q:为什么数据独立性对DBMS是非常重要的？,因为数据库和其应用系统是长期应用的（persist）.,2.数据库系统的二级映象技术及作用,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像模式内模式映像,一、外模式模式映象,模式：描述的是数据的全局逻辑结构外模式：描述的是数据的局部逻辑结构 同一个模式可以有任意多个外模式 每一个外模式，数据库系统都有一个外模式模式映象，定义外模式与模式之间的对应关系映象定义通常包含在各自外模式的描述中,外模式模式映象（续）,保证数

10、据的逻辑独立性当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。,二、模式内模式映象,模式内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的数据库中模式内模式映象是唯一的该映象定义通常包含在模式描述中,模式内模式映象（续）,保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式内模式映象，使模式保持不变应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。,第2章

11、数据模型与概念模型,2.1 信息的三种世界及其描述 2.2 概念模型及其表示(Conceptual Model)2.2.1 概念模型的基本概念2.2.2 概念模型的表示方法2.3 常见的数据模型(Data Model)2.3.1 数据模型概述2.3.2 层次数据模型（Hierarchical Model）2.3.3 网状数据模型(Network Model)2.3.4 关系数据模型（Relational Model）2.3.5 面向对象数据模型（Object-Oriented Model)2.3.6 对象关系数据模型(Object-Relational Model）,现实世界、信息世界和计算机

12、世界的关系,现实世界 系统分析 信息世界 数据库设计 计算机世界 事物及联系 信息化 信息模型 数据化 数据模型,.现实世界、信息世界和计算机世界的关系,客观对象的抽象过程-两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。,概念模型及其表示,概念模型是对信息世界的管理对象、属性及联系等信息的描述形式。概念模型不依赖计算机及DBMS，它是现实世界的真实全面反映。,概念模型的表示方法,实体联系方法(E-R方法)用E-R图来描述现实世界的概念模型E-R方法也称为E-R模型,数据模型概述,数据模型的组成要素,数据结构 数据操作 完整性约束条件,一、数据结构,什么

13、是数据结构描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系描述的内容与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象数据结构是对系统静态特性的描述,二、数据操作,数据操作数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的操作集合数据操作的类型查询更新(包括插入、删除、修改),数据操作(续),数据模型必须对全部数据操作定义操作的确切含义操作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述,三、数据的完整性约束条件,数据的完整性约束条件一组完整性规则的集合。完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则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、

14、有效、相容。,关系模型与以往的模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的。在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,属性,元组,1.关系模型的数据结构(1)关系模型中的主要术语 1)关系（Relation）：一个关系对应通常所说的一张二维表(table)。2)元组（Tuple）：表中的一行(row)称为一个元组。3)属性（Attribute）：表中的一列(column)称为一个属性。,1.关系模型的数据结构(1)关系模型中的主要术语 4)主码（Primary Key）：表中的某个属性或属性组，值可以惟一地确定一个元组，且属性组中不含多余的属性。5)域（Domain

15、）：属性的取值范围称为域。6)分量（Element）：元组中的一个属性值称为分量。,关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项,不允许表中还有表图1.27中工资和扣除是可分的数据项,不符合关系模型要求,关系操作数据查询数据插入数据删除数据修改 关系中的数据操作是集合操作。关系操作语言都是高度非过程的语言,存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”,关系数据模型的关系操作,关系的完整性约束条件包括三类：实体完整性参照完整性用户定义的完整性。,关系数据模型的完整性约束条件,关系数据模型的存储结构,实体及实体间的联系都用表

16、来表示表以文件形式存储有的DBMS一个表对应一个操作系统文件有的DBMS自己设计文件结构,优缺点：1封装(encapsulation)：提高数据的独立性，程序的可靠性，但影响了数据查询功能2继承性(inheritance)：是对现实的简明而精确的描述，利于建模；提供了信息的重用机制3滞后联编(late binding):编译时不把操作名联编到程序上，运行时视对象类型和操作选相应的程序4对象嵌套更准确地反映了现实世界,面向对象数据模型,52,第3章 数据库系统的设计方法,3.1 数据库系统设计概述 3.2 系统需求分析 3.3 数据库概念结构的设计3.4 数据库逻辑结构的设计3.5 数据库物理结

17、构的设计3.6 数据库的实施和维护3.7 数据库应用系统的设计,53,1.数据库的结构特性设计-静态设计 1.分E-R图2.汇总分E-R图 概念结构模型3.概念结构模型 逻辑结构模型,54,2.数据库的行为特性设计-应用软件设计 1.数据流程图和数据字典，并详细描述 其中的数据操作要求（即操作对象、方法、频度和实时性要求）2.系统的层次结构3.系统的功能模块结构4.数据库的子模式5.确定系统数据流程图,55,数据库系统设计如下6个阶段：1.需求分析2.概念结构设计3.逻辑结构设计4.物理结构设计5.数据库实施6.数据库运行和维护,3.1.3 数据库系统设计方法,56,需求分析的重点,调查的重点

18、是“数据”和“处理”，获得用户对数据库的要求 信息要求：数据库中需存储哪些数据，包括处理要求：完成什么数据处理功能；响应时 间；数据处理的工作方式安全性与完整性要求,57,进一步分析和表达用户需求（续）,1首先把任何一个系统都抽象为：,58,需求分析过程,需求分析过程,59,概念结构的特点及设计方法,60,数据抽象,抽象是对实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些特性用各种概念精确地加以描述。概念结构是对现实世界的一种抽象,61,数据抽象（续）,三种常用抽象1.分类（Classification）定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型抽象了对象值和型之间的“

19、is a member of”的语义实体集就是分类抽象,62,数据抽象（续）,63,数据抽象（续）,2.聚集（Aggregation）定义某一类型的组成部分抽象了对象内部类型和成分之间“is part of”的语义,64,数据抽象（续）,聚集,65,数据抽象（续）,复杂的聚集，某一类型的成分仍是一个聚集,更复杂的聚集,66,数据抽象（续）,3.概括（Generalization）定义类型之间的一种子集联系抽象了类型之间的“is a subset of”的语义继承性,67,数据抽象（续）,概括,68,局部视图设计,设计分E-R图的步骤:选择局部应用逐一设计分E-R图,69,选择局部应用（续）,设

20、计分E-R图的出发点,70,逐一设计分E-R图（续）,两条准则：（1）属性不能再具有需要描述的性质。即属性必须是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成（2）属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间,71,概念结构设计小结,集成局部视图1.合并分E-R图，生成初步E-R图消除冲突属性冲突命名冲突结构冲突2.修改与重构消除不必要的冗余，设计生成基本E-R图分析方法规范化理论,72,视图的集成（续）,视图集成,3.4 数据库逻辑结构设计,逻辑结构设计时的3个步骤,概念模型向关系模型的转换,实体集的转换规则一个实体集 一个关系 实体的属性 关系的属性 实体的码 关系的码，关系的结构是关系模式。

21、,E-R图向关系模型的转换原则一个实体型转换为一个关系模式：实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。一个联系转换为一个关系模式：与该联系相连的各实体的码以及联系的属性转换为该关系的属性。该关系的码有四种情况：若联系是1:1：则每个实体的码均是该关系的候选码。若联系是1:n：则关系的码是n端实体的码。若联系是m:n：则关系的码是参加联系的诸实体的码的集合。若联系是三个或三个以上的实体的一个m:n:p元联系，该联系转换为一个关系，关系的码的各实体码的组合。具有相同码的关系模式可以合并。,关系模式的优化,通常以规范化理论为指导。注意：并不是规范程度越高的关系就越优，应根据需要权衡而定,3.5

22、 数据库的物理设计,数据库的物理设计为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程，就是数据库的物理设计,数据库的物理设计(续),数据库的物理设计的内容和方法（续）,关系数据库物理设计的内容为关系模式选择存取方法(建立存取路径)设计关系、索引、聚簇、日志、备份等数据库文件的物理存储结构，确定系统配置,如用户数，内存、缓冲区分配参数等,数据库的运行与维护（续）,数据库的重组织和重构造重组织的原因记录的不断增、删、改，会使数据库的物理存储变差，从而降低空间的利用率和数据的存储效率，使数据库性能下降,数据库的运行与维护（续）,数据库的重组织和重构造重组织的形式全部重组织部分重组织只对

23、频繁增、删的表进行重组织重组织的目标提高系统性能,数据库的运行与维护（续）,重组织的内容按原设计要求重新安排存储位置回收垃圾减少指针链数据库的重组织不会改变原设计的数据逻辑结构和物理结构，会涉及大量数据的搬迁,数据库运行与维护（续）,数据库重构造 当增加新的应用或新的实体，取消某些已有应用，根据新环境不得不调整数据库的模式和内模式，DBMS都提供了修改数据库结构的功能。增加新的数据项改变数据项的类型改变数据库的容量增加或删除索引修改完整性约束条件,小结（续）,数据库各级模式的形成数据库的各级模式是在设计过程中逐步形成的需求分析阶段综合各个用户的应用需求（现实世界的需求）概念设计阶段形成独立于机器特点、独立于各个DBMS产品的概念模式（信息世界模型），用E-R图来描述,小结（续）,在逻辑设计阶段将E-R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型如关系模型，形成数据库逻辑模式。然后根据用户处理的要求，安全性的考虑，在基本表的基础上再建立必要的视图（VIEW）形成数据的外模式在物理设计阶段根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，设计索引，形成数据库内模式,数据抽象的过程,综合,