菜鳥要學的數(shù)據(jù)庫基礎知識

1、第一章 數(shù)據(jù)庫基礎知識本章學習任務n1.1 數(shù)據(jù)庫基礎知識n1.2 關系數(shù)據(jù)模型n1.3 數(shù)據(jù)庫設計基礎1.1 數(shù)據(jù)庫基本概念數(shù)據(jù)庫基本概念n數(shù)據(jù)庫：能將大量的數(shù)據(jù)按照一定的方式組織并存儲起來，能夠快速方便的管理與維護數(shù)據(jù)的方法與技術，大大地方便了數(shù)據(jù)共享。111 數(shù)據(jù)庫概述1數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理n數(shù)據(jù)處理并不是計算機特有的概念，計算機沒有引進我們的工作中時，財務部門所處理的單據(jù)、報表等屬于數(shù)據(jù)處理。n計算機中的數(shù)據(jù)是存儲在某一種媒介上能夠識別的物理符號。n有兩個含義：n描寫事物的特性：例某人生日是“1980年12月21日”n數(shù)據(jù)在計算機中的表示形式：同一種意義的數(shù)據(jù)可能用多種不同形式表示例：n生

2、日 是 “ 1 9 8 0 年 1 2 月 2 1 日 ” ， 也 可 以“1980.12.21”n明天天氣是“陰有雨”，也可以用圖形符號：n用數(shù)據(jù)符號表示信息通常有三種：n數(shù)值型：如年齡、體重、價格、溫度n字符型：姓名、單位、地址n特殊型：照片（圖像）、刮風、下雨（圖形符號），還有聲音、視頻（多媒體數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理n也稱信息處理，是利用計算機對各種類型的數(shù)據(jù)進行處理。包括數(shù)據(jù)的采集、整理、存儲、分類、排序、檢索、維護、加工、統(tǒng)計和傳輸?shù)纫幌盗胁僮鬟^程。n數(shù)據(jù)處理的目的是從大量數(shù)據(jù)中，通過分析、歸納、推理等科學方法，利用計算機技術、數(shù)據(jù)庫技術等技術手段，提取有效的信息資源，為進一步分析、

3、管理、決策提供依據(jù)。 原始數(shù)據(jù)編碼表示形式計算機表示形式信息（結果數(shù)據(jù)）搜集輸出編碼轉換數(shù)據(jù)輸入計算機處理用戶2數(shù)據(jù)庫(DataBase，DB)n孤立的數(shù)據(jù)不能代表確切的信息，為反映某一方面的信息往往需要若干數(shù)據(jù)。n例學生基本信息：姓名、性別、出生年月、籍貫、專業(yè)這些數(shù)據(jù)需組織起來。n最初的數(shù)據(jù)以文件形式組織，處理數(shù)據(jù)時，更多的是涉及對文件的操作（讀、寫），帶來了數(shù)據(jù)處理不便、數(shù)據(jù)共享困難等一系列問題。數(shù)據(jù)庫技術的產(chǎn)生有效地克服了這類問題。n數(shù)據(jù)庫是存儲在計算機系統(tǒng)中的存儲介質上，按一定的方式組織起來的相關數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫是結構化的，不僅僅描述數(shù)據(jù)本身，而且數(shù)據(jù)之間的關系進行描述。n數(shù)據(jù)庫中

4、的數(shù)據(jù)具有高度的共享性。數(shù)據(jù)不是面向某一種應用，而是面向多種應用，可以被多個應用程序共享。 3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBase Management System，DBMS)nDBMS是數(shù)據(jù)管理軟件，它需要操作系統(tǒng)的支持，向用戶提供了一系列的數(shù)據(jù)管理功能。n組成：數(shù)據(jù)定義語言、數(shù)據(jù)操縱語言、數(shù)據(jù)庫運行控制程序、實用程序n功能：數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫運行管理、數(shù)據(jù)組織、存儲與管理、數(shù)據(jù)庫的建立與維護、數(shù)據(jù)通信接口。4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DataBase System，DBS)n是運行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)。包括：n計算機硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)環(huán)境 nDBMS n數(shù)據(jù)庫n數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)n用戶數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)

5、數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)硬件硬件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)層次圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)層次圖1.1.2 數(shù)據(jù)管理的發(fā)展歷史 n數(shù)據(jù)管理: 是數(shù)據(jù)處理的中心問題，指如何對數(shù)據(jù) 分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護。n數(shù)據(jù)管理的發(fā)展歷史可以分為四個階段第一階段：人工管理階段n(50年代中期以前)： 人工管理階段n 特點：數(shù)據(jù)與程序不具有獨立性，一組數(shù)據(jù)對應一組程序。程序與程序之間存在大量數(shù)據(jù)冗余。應用程序1應用程序1應用程序1數(shù)據(jù)組1數(shù)據(jù)組1數(shù)據(jù)組1第二階段：文件系統(tǒng)階段n(50年代后期至60年代中期)：n特點：程序和數(shù)據(jù)分開存儲,形成程序文件和數(shù)據(jù)文件，程序可以按名訪問數(shù)據(jù)文件。但是， 同一

6、個數(shù)據(jù)項可能重復出現(xiàn)在多個文件中，導致數(shù)據(jù)冗余度較大，浪費空間，沒有形成數(shù)據(jù)共享，又不易統(tǒng)一修改容易造成數(shù)據(jù)的不一致。第三階段：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段n(60年代后期至今)n 特點：為了解決多用戶、多應用共享數(shù)據(jù)的要求，由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS管理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)共享，減少數(shù)據(jù)冗余，提供數(shù)據(jù)與應用程序獨立， 達到有效的管理和存取大量的數(shù)據(jù)資源。DBDBMS應用程序1應用程序2應用程序3第四階段：分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)n(70年代后期至今) n分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段：與網(wǎng)絡技術緊密結合n特點：合理分布數(shù)據(jù)在系統(tǒng)的相關節(jié)點上，實現(xiàn)節(jié)點共享，邏輯上屬于同一系統(tǒng)，但在物理結構上是

7、分布式，因此用戶不感覺到數(shù)據(jù)的分布。n由若干個節(jié)點集合而成，在通訊網(wǎng)絡中聯(lián)接在一起，每個節(jié)點都是一個獨立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，都擁有各自的數(shù)據(jù)庫、中央處理機、終端以及各自的局部數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。第四階段：分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)n面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：是數(shù)據(jù)庫技術與面向對象程序設計技術結合 n 優(yōu)點：它克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的局限性，能夠自然地存儲復雜的數(shù)據(jù)對象及它們之間的復雜關系，大幅提高了數(shù)據(jù)庫管理效率、降低了用戶使用的復雜性。n書中銀行系統(tǒng)為對象關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.1.3數(shù)據(jù)模型1.三個世界n計算機信息管理的對象是現(xiàn)實生活中的客觀事物，但這些事物是無法直接送入計算機的，必須進一

8、步整理和歸類，進行信息的規(guī)范化，然后才能將規(guī)范信息數(shù)據(jù)化并送入計算機的數(shù)據(jù)庫中保存起來。n這一過程經(jīng)歷了三個領域現(xiàn)實世界、信息世界和數(shù)據(jù)世界。(1)現(xiàn)實世界：存在于人腦之外的客觀世界，包括事物及事物之間的聯(lián)系。(2)信息世界：是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映。(3)數(shù)據(jù)世界：將信息世界中的實體進行數(shù)據(jù)化，事物及事物之間的聯(lián)系用數(shù)據(jù)模型來描述。術語的對照現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界信息世界信息世界數(shù)據(jù)世界數(shù)據(jù)世界（在關系模型理論中）（在關系模型理論中）在關系數(shù)據(jù)庫在關系數(shù)據(jù)庫中中事物類事物類實體集實體集關系關系表表事物事物實體實體元組元組記錄記錄性質性質屬性屬性屬性屬性字段字段例子：學生借閱圖書n現(xiàn)實世界中：學

9、生借閱圖書n在信息世界中將抽象為學生和書籍兩個實體集，兩個實體集間的聯(lián)系為“借閱”。n用關系模型表示為學生、書籍和借閱三個關系。n用ACCESS中建立學生、書籍和借閱三個數(shù)據(jù)表，并為學生和借閱兩個表建立聯(lián)系，為書籍和借閱兩個表建立聯(lián)系。這樣，就完成了從現(xiàn)實世界到數(shù)據(jù)世界的轉換。2.數(shù)據(jù)模型n數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結構形式，叫數(shù)據(jù)模型，它是對數(shù)據(jù)庫如何組織的一種模型化表示。n如果這個模型只能表示存儲什么信息，那么它是簡單的，是文件系統(tǒng)早已解決了的問題，更重要的是要以一定數(shù)據(jù)結構方式表示各種信息的聯(lián)系。n數(shù)據(jù)模型表示的是數(shù)據(jù)庫框架。打個比方，建設一幢樓房，首先要有建筑結構圖，根據(jù)這個結構圖先搭好架子，然后才

10、能堆磚砌瓦，使建筑物符合要求，數(shù)據(jù)模型就相當于這個建筑結構圖，根據(jù)這個結構圖組織裝填數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)模型的形式n概念模型（抽象的）n概念模型是數(shù)據(jù)庫設計人員在認識現(xiàn)實世界中實體與實體間聯(lián)系后進行的一種抽象。n實現(xiàn)模型（具體的）n有三種：層次型、網(wǎng)絡型和關系型概念模型n最常用的描述概念模型的方法，稱為實體聯(lián)系方法(Entity-Relationship Approach)，簡稱E-R方法。n實體：實體：指客觀存在并可相互區(qū)別的物體。實體可以是實在的物體，如學生、圖書等，也可以是抽象的事件，如訂貨、借書等。n屬性屬性:實體具有的某一種特性。如學生實體具有的姓名、性別等屬性。n實體集實體集:性質相同的同

11、類實體的集合稱為。如一個班的學生、圖書館的所有圖書、皇馬球隊的所有場比賽等。n實體型：實體型：屬性的集合，例學生實體型描述為：學生（學號、姓名、性別、出生年月）實體之間的聯(lián)系n一對一：工廠廠長n一對多：系教師n多對多：商店顧客班長班長班級班級11班長班長學生學生1n教師教師學生學生mn（a）（b）（c）n例教師講課ER圖2概念模型（實現(xiàn)模型）概念模型（實現(xiàn)模型）n目前有三種常用的實現(xiàn)模型形式： 層次型-IMS 網(wǎng)狀型-DBTG 關系關系型-Access、vfp、oracle、DB2、sybase等。（1）層次模型l有且僅有一個結點無雙親，稱之為“根”。l除根結點外，其他子結點，有且僅有一個雙親

12、。l各實體型由上向下是一對多關系網(wǎng)絡模型能夠表示實體間的多種復雜聯(lián)系和實體類型之間的對對多的聯(lián)系。網(wǎng)絡模型的特點：l可以有一個以上的結點無父結點；l至少有一個子結點有一個以上的父結點；在兩個結點之間有兩個或兩個以上的聯(lián)系。 學校學校課程教材課程教材教師教師學生學生教室教室（3）關系型數(shù)據(jù)模型 用二維表結構二維表結構來表示實體以及實體之間聯(lián)系的模型稱為關系數(shù)據(jù)模型。 無論實體本身還是實體間的聯(lián)系均用稱為“關系”的二維表來表示。能自然地反映實體間的聯(lián)系。 與前兩者區(qū)別：數(shù)據(jù)描述的一致性，模型概念單一。屬性屬性屬性值屬性值出生日期出生日期04/05/87學號學號姓名姓名性別性別專業(yè)專業(yè)0511011

13、401陳琳陳琳女女國際貿(mào)易國際貿(mào)易01/01/880511011402李蘭蘭李蘭蘭女女國際貿(mào)易國際貿(mào)易0511011403孫陽亮孫陽亮男男國際貿(mào)易國際貿(mào)易02/06/890511011501吳云芳吳云芳女女服裝設計服裝設計09/24/880511011502關溫丹關溫丹男男服裝設計服裝設計0511011601秦春霞秦春霞女女藝術設計藝術設計01/30/87元組元組關系模型舉例 教師關系教師關系1.2關系數(shù)據(jù)庫1.2.1、關系術語n關系關系：一個關系就是一張二維表，每個關系有一個關系名。如：納稅登記（稅號，姓名，聯(lián)系電話） 。n元組元組：一個二維表中，水平方向的一行成為一個元組元組對應表中的一個

14、具體記錄。Access中表示為記錄。n屬性屬性：二維表中垂直方向的列。Access中表示為字段名。n域域：屬性的取值范圍。n關鍵字關鍵字：其值能唯一地標識一個元組的屬性或屬性的組合。n如：教師關系中的“學號”屬性、選課成績關系中的“學號”與“課程號”屬性組合。n外部關鍵字外部關鍵字：如果表中一個字段不是本表的主關鍵字，而是另外一個表的關鍵字和候選關鍵字，這個字段就稱為外關鍵字。通過外部關鍵字使表與表建立聯(lián)系。關系的特點關系的特點n關系必須規(guī)范化關系必須規(guī)范化表中不能再包含表表中不能再包含表課程名學時數(shù)講課 上機計算機基礎6515C語言7020課程名講課時數(shù)上機講課計算機基礎6515C語言702

15、0l在同一個關系中不能出現(xiàn)相同的屬性名。l關系中不允許有完全相同的元組。l在一個關系中元組的次序無關緊要。l在一個關系中列的次序無關緊要。實際關系模型 關系數(shù)據(jù)庫中，基本數(shù)據(jù)結構是二維表，表之間的聯(lián)系通過不同表中的公共字段來體現(xiàn)。各個關系模式不是孤立的，他們不是隨意堆砌在一起的一堆二維表，要正確反映事物及事物之間的聯(lián)系，需要進行仔細的關系數(shù)據(jù)庫設計。1.2.2關系運算一、傳統(tǒng)的集合運算n并：兩個相同結構關系的并是由屬于這兩個關系的元組組成的集合。n差：兩個結構相同的關系R和S 的差是由屬于R但不屬于S的元組組成。n交：兩個結構相同的關系R和S的交是由既屬于R又屬于S的元組組成的二、專門的關系運

16、算1.選擇 從一個關系(表)中按照一定的條件選出若干記錄(行)生成一個新的關系(表)。例如：從表中選出成績在60分以下的人員得到不及格人員成績表。學號姓名性別成績001王男66003李女77004張女25學號姓名性別成績004張女252.投影 從一個關系(表)中選出若干列生成一個新的關系(表)。例如：從表中抽出“學號”“姓名”.“成績”三列得到成績表。學號姓名性別成績001王男66003李女77004張女25學號姓名成績001王66003李77004張25 3. 聯(lián)接 關系的橫向結合，將兩個關系模式拼接成一個更寬的關系模式，生成的新關系中包含滿足聯(lián)接條件的元組。 班級班級學生學生一班一班張三張

17、三一班一班李四李四二班二班王五王五二班二班劉六劉六 班班級級班主班主任任一班一班李老李老師師二班二班王老王老師師學生學生班級班級 班主任班主任張三張三一班一班 李老師李老師李四李四一班一班 李老師李老師王五王五二班二班 王老師王老師劉六劉六二班二班 王老師王老師表1表2表3合并條件：合并條件：表表1.班級班級=表表2.班級班級4.自然聯(lián)接自然聯(lián)接在聯(lián)接運算中，按照字段值對應相等為條件進行的聯(lián)接操作稱為等值聯(lián)接。是去掉重復屬性的等值聯(lián)接。自然聯(lián)接是最常用的聯(lián)接運算。1.3數(shù)據(jù)庫設計基礎1.3.1 數(shù)據(jù)庫設計步驟一、設計原則l概念單一化“一事一地”的原則l避免在表之間出現(xiàn)重復字段l表中的字段必須是

18、原始數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)元素1.用外部關鍵字保證有關聯(lián)的表之間的聯(lián)系二、設計步驟l需求分析l確定需要的表l確定所需字段l確定主鍵l確定聯(lián)系l設計求精與優(yōu)化1.3.2數(shù)據(jù)庫設計過程一、需求分析l信息需求l處理需求1.安全性和完整性需求二、確定需要的表 仔細研究需要從數(shù)據(jù)庫中取出的信息，遵從概念單一化“一事一地”的原則，即一個表描述一個實體或實體間的一種聯(lián)系，并將這些信息分成各種基本實體。 例如：在教學管理數(shù)據(jù)庫中，把教師、學生、課程、選課等每個實體設計成一個獨立的表。三、確定所需字段l每個字段直接和表的實體相關l以最小的邏輯單位存儲信息l表中的字段必須是原始數(shù)據(jù)1.確定主關鍵字字段四、確定聯(lián)系l一對一

19、聯(lián)系l一對多聯(lián)系l多對多聯(lián)系五、設計求精l是否遺忘了字段？l是否存在大量空白字段？l是否有包含了同樣字段的表？l表中是否帶有大量不屬于某實體的字段？l是否在某個表中重復輸入了同樣的信息？l是否為每個表選擇了合適的主關鍵字？1.是否有字段很多而記錄很少的表，并且許多記錄中的字段值為空？1.4 SQL基本命令1.4.1 SQL簡介 SQL(Structure Query Language,結構化查詢語言)是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中應用廣泛的數(shù)據(jù)庫查詢語言，包括了數(shù)據(jù)定義、查詢、操縱和控制4種功能。主要功能：同各類數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，進行溝通。SQL語言中有兩個基本概念：基本表和視圖。1.4.2 SQL基本語句S

20、ELECT語句（使用最頻繁）一般格式：SELECTALL/DISTINCT *| FROM WHEREORDER BYASC|DESC;:表示在實際的語句中要采用實際的內容進行替代 :表示可以根據(jù)需要進行選擇，也可以不選| :表示多項選項只能選其中之一 :表示必選項n如：從教師表中查找所有男教師的信息情況，可用語句nSelect *nFrom 教師nWhere 性別=“男”1.5Access簡介1.5.1Access的發(fā)展過程p201.5.2Access的主要特點和功能p201.5.3Access數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結構對象對象組組表表查詢查詢窗體窗體報表報表數(shù)據(jù)訪問頁數(shù)據(jù)訪問頁宏宏模塊模塊所有對象都

21、存放在同所有對象都存放在同一個數(shù)據(jù)庫文件一個數(shù)據(jù)庫文件*.mdb中，方便了數(shù)中，方便了數(shù)據(jù)庫文件的管理據(jù)庫文件的管理一、表n表是數(shù)據(jù)庫中用來存儲數(shù)據(jù)的對象，是整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎。nAccess允許一個數(shù)據(jù)庫中包含多個表，用戶可以在不同的表中存儲不同類型的數(shù)據(jù)。通過在表之間建立關系，可以將不同表中的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，以便供用戶使用。二、查詢n 查詢是用來操作數(shù)據(jù)庫中的記錄對象，利用它可以按照一定的條件或準則從一個或多個表中篩選出需要操作的字段，并可以將它們集中起來，形成所謂的動態(tài)數(shù)據(jù)集，將用戶希望同時看到的來自一個或多個表中的字段顯示在一個虛擬的數(shù)據(jù)表窗口中。三、窗體n 窗體是Access數(shù)據(jù)庫對象中最具靈活性的一個對象，其數(shù)據(jù)源可以是表或查詢。在窗體中可以顯示數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)，可以將數(shù)據(jù)庫中的表鏈接到窗體中，利用窗體作為輸入記錄的界面。n 窗體是數(shù)據(jù)庫與用戶進行交互操作的最好界面。四、報表n如