第十九課數(shù)據(jù)庫(一)

第十九課：數(shù)據(jù)庫（一）

周甫zoofchow@學習目標了解關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

1熟練應用SQL語言

2

MSSQLServer的基本使用方法3掌握E-R模型的概念和方法

41數(shù)據(jù)庫的基本概念什么是數(shù)據(jù)(Data)?

數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄。可以是數(shù)字、字符、圖形、圖像、聲音等。元數(shù)據(jù)

描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(DB)

數(shù)據(jù)庫長期存放在計算機內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)管理軟件，功能包括：數(shù)據(jù)定義功能，如定義一個表的結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)操縱功能：查詢、插入、刪除、修改數(shù)據(jù)庫的運行管理；保證系統(tǒng)的正常運行數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)

由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫用戶構(gòu)成的系統(tǒng)。2關系數(shù)據(jù)庫的特點什么是關系型數(shù)據(jù)庫？ 關系型數(shù)據(jù)是以關系數(shù)學模型來表示的數(shù)據(jù)。關系數(shù)學模型中以二維表的形式來描述數(shù)據(jù)。 如圖：關系型數(shù)據(jù)庫的特點:采用數(shù)據(jù)模型表示復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)冗余度小有較高的數(shù)據(jù)獨立性提供數(shù)據(jù)控制功能(見下頁)為用戶提供方便的用戶接口數(shù)據(jù)控制功能功能描述措施安全性控制保護數(shù)據(jù)以防止不合法的使用所造成的數(shù)據(jù)泄露和破壞用戶驗證與授權(quán)，存取控制完整性控制數(shù)據(jù)的正確性、有效性、相容性完整性約束條件定義和檢查恢復控制在數(shù)據(jù)庫遭到破壞或數(shù)據(jù)不可靠時，系統(tǒng)有能力把數(shù)據(jù)庫恢復到最近的某個正確的狀態(tài)。備份并發(fā)控制對多用戶的并發(fā)操作加以控制、協(xié)調(diào)，防止其互相干擾而得到錯誤的結(jié)果并使數(shù)據(jù)庫完整性遭到破壞。加鎖3數(shù)據(jù)的描述

概念設計中的數(shù)據(jù)描述

數(shù)據(jù)庫的概念設計是根據(jù)用戶的需求設計數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)，一般有以下幾個部分需要考慮：實體：現(xiàn)實世界中客觀存在的事物。實體集：具有相同屬性的實體的集合。屬性：實體的特征。實體標識符：能夠唯一的確定一個實體的屬性。邏輯設計中的數(shù)據(jù)描述

邏輯設計是根據(jù)概念設計得到的概念結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設計。字段：用于表示實體的屬性，每一個屬性可以對應一個字段。記錄：字段的集合稱為記錄。每一個記錄代表一個實體。文件：同一類記錄的集合組成一個文件。文件用于描述實體集。關鍵碼：能夠唯一標識文件中每一條記錄的字段或字段集。對應于實體標識符。

物理介質(zhì)的數(shù)據(jù)描述 物理介質(zhì)中的數(shù)據(jù)描述指的是數(shù)據(jù)在計算機中的存儲形式，包括以下一些信息： 位（Bit） 字節(jié)（Byte） 字（Word） 塊（Block） 桶（Bucket） 卷（Volume）

4數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述聯(lián)系的定義：聯(lián)系是實體之間的相互關系，與一個聯(lián)系有關的實體集個數(shù)，稱為聯(lián)系的元數(shù)。二元聯(lián)系的三種類型1∶1聯(lián)系——實體集E1中的每一個實體至多和E2中的一個實體有聯(lián)系，反之亦然。1∶N聯(lián)系——實體集E1中的每一個實體與E2中任意個實體有聯(lián)系，而E2中每個實體至多和E1中的一個實體有聯(lián)系。M∶N聯(lián)系——實體集E1中的每一個實體與E2中任意個實體有聯(lián)系，反之亦然。

5數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是能夠表示實體模型和實體之間聯(lián)系的模型。數(shù)據(jù)模型包括兩種：一種是獨立于計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型；另一種是直接面向數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型。

前者最著名的有實體關系（ER）模型；后者有層次模型、網(wǎng)狀模型、關系模型。以及目前正在研究的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型的三要素：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指對實體類型和實體之間聯(lián)系的表達和實現(xiàn)。數(shù)據(jù)操作 數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫的查詢、修改、刪除和插入等操作。數(shù)據(jù)完整性約束 數(shù)據(jù)完整性約束定義了數(shù)據(jù)及其聯(lián)系應該具有的制約和依賴規(guī)則。

概念數(shù)據(jù)模型：實體聯(lián)系模型

實體聯(lián)系模型簡稱為E-R模型，該模型直接從現(xiàn)實世界中抽象出實體類型和實體之間的聯(lián)系，然后用實體聯(lián)系圖（E-R圖）表示數(shù)據(jù)模型。E-R圖由以下一些部分組成：矩形框：表示實體類型。菱形框：表示聯(lián)系類型。橢圓形框：表示實體類型和聯(lián)系類型的屬性。連線：實體與屬性之間，聯(lián)系與屬性之間用直線連接；聯(lián)系類型與其涉及的實體類型用直線連接，并標注聯(lián)系的類型。

年齡讀者借閱圖書姓名讀者號單位歸還日期借閱日期書號出版社結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型：關系模型

關系模型的主要特點是以二維表的形式來表達實體集。它是由若干個關系模式組成的集合。二維表格簡單易懂，用戶只需要使用簡單的查詢語句就可以對數(shù)據(jù)庫進行操作，并不涉及存儲結(jié)構(gòu)、訪問技術等細節(jié)。 對關系的理論和實驗研究集中于20世紀70年代，80年代初形成產(chǎn)品，并很快得到了廣泛的應用和普及，并最終取代基于層次模型、網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)庫而成為商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主流。關系數(shù)據(jù)庫是本課程介紹的主要內(nèi)容。5數(shù)據(jù)庫三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)分成三級：外部級、概念級和內(nèi)部級。外部級 外部級最接近用戶是單個用戶所能看到的數(shù)據(jù)特征，單個用戶使用的數(shù)據(jù)視圖的描述稱為“外模式”。概念級 概念級涉及到所有用戶的數(shù)據(jù)定義，也就是全局性的數(shù)據(jù)視圖，全局數(shù)據(jù)視圖的描述稱為“概念模式”。內(nèi)部級 內(nèi)部級最接近于物理存儲設備，涉及到物理數(shù)據(jù)存儲的結(jié)構(gòu)。物理視圖的描述稱為“內(nèi)模式”。*

三級結(jié)構(gòu)的五個要素概念模式外模式內(nèi)模式模式/內(nèi)模式映像外模式/模式映像*兩級數(shù)據(jù)的獨立性

數(shù)據(jù)的獨立性是指應用程序和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互獨立，不受影響。物理數(shù)據(jù)獨立性（物理獨立性）

數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式的修改盡量不影響概念模式、外模式和應用程序，只需要修改模式/內(nèi)模式映像即可。邏輯數(shù)據(jù)獨立性（邏輯獨立性）

數(shù)據(jù)庫概念模式的修改不影響外模式和應用程序，只需要修改外模式/模式映像即可。

6數(shù)據(jù)庫三個范式關系數(shù)據(jù)庫設計之時是要遵守一定的規(guī)則的。尤其是數(shù)據(jù)庫設計范式現(xiàn)簡單介紹1NF（第一范式），2NF（第二范式），3NF（第三范式）和BCNF.第一范式（1NF）： 在關系模式R中的每一個具體關系r（表）中，如果每個屬性值都是不可再分的最小數(shù)據(jù)單位，則稱R是第一范式的關系。 例：如職工號，姓名，電話號碼組成一個表（一個人可能有一個辦公室電話和一個家里電話號碼）規(guī)范成為1NF有三種方法：

一是重復存儲職工號和姓名。這樣，關鍵字只能是電話號碼。

二是職工號為關鍵字，電話號碼分為單位電話和住宅電話兩個屬性

三是職工號為關鍵字，但強制每條記錄只能有一個電話號碼。

以上三個方法，第一種方法最不可取，按實際情況選取后兩種情況。

第二范式（2NF）：

如果關系模式R（U，F(xiàn)）中的所有非主屬性都完全依賴于任意一個候選關鍵字，則稱關系R是屬于第二范式的。

例：選課關系SCI（SNO，CNO，GRADE，CREDIT）其中SNO為學號，CNO為課程號，GRADEGE為成績，CREDIT為學分。由以上條件，關鍵字為組合關鍵字（SNO，CNO）

在應用中使用以上關系模式有以下問題：

a.數(shù)據(jù)冗余，假設同一門課由40個學生選修，學分就重復40次。

b.更新異常，若調(diào)整了某課程的學分，相應的元組CREDIT值都要更新，有可能會出現(xiàn)同一門課學分不同。

c.插入異常，如計劃開新課，由于沒人選修，沒有學號關鍵字，只能等有人選修才能把課程和學分存入。

d.刪除異常，若學生已經(jīng)結(jié)業(yè)，從當前數(shù)據(jù)庫刪除選修記錄。某些門課程新生尚未選修，則此門課程及學分記錄無法保存。

原因：非關鍵字屬性CREDIT僅函數(shù)依賴于CNO，也就是CREDIT部分依賴組合關鍵字（SNO，CNO）而不是完全依賴。

解決方法：分成兩個關系模式SC1（SNO，CNO，GRADE），C2（CNO，CREDIT）。新關系包括兩個關系模式，它們之間通過SC1中的外關鍵字CNO相聯(lián)系，需要時再進行自然聯(lián)接，恢復了原來的關系第三范式（3NF）：

如果關系模式R（U，F(xiàn)）中的所有非主屬性對任何候選關鍵字都不存在傳遞信賴，則稱關系R是屬于第三范式的。

例：如S1（SNO，SNAME，DNO，DNAME，LOCATION）各屬性分別代表學號，姓名，所在系，系名稱，系地址。 關鍵字SNO決定各個屬性。由于是單個關鍵字，沒有部分依賴的問題，肯定是2NF。但這關系肯定有大量的冗余，有關學生所在的幾個屬性DNO，DNAME，LOCATION將重復存儲，插入，刪除和修改時也將產(chǎn)生類似以上例的情況。

原因：關系中存在傳遞依賴造成的。即SNO->DNO。而DNO->SNO卻不存在，DNO->LOCATION,因此關鍵遼SNO對LOCATION函數(shù)決定是通過傳遞依賴SNO->LOCATION實現(xiàn)的。也就是說，SNO不直接決定非主屬性LOCATION。

解決目地：每個關系模式中不能留有傳遞依賴。

解決方法：分為兩個關系S（SNO，SNAME，DNO），D（DNO，DNAME，LOCATION）

注意：關系S中不能沒有外關鍵字DNO。否則兩個關系之間失去聯(lián)系。*7創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫以SQLSERVER2000為例，在該數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)里面創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫.Step1:首先打開企業(yè)管理器： 然后鼠標放數(shù)據(jù)庫選項上面點右鍵選擇----新建數(shù)據(jù)庫 在名稱里寫上數(shù)據(jù)庫的名字 然后選擇數(shù)據(jù)文件選項—看文件屬性邊框里內(nèi)容選項----選擇文件自動增長 在下面的兩個邊框里可以設置一些參數(shù)-----文件增長和最大文件大小 然后選日志文件選項操作同上

Step2打開創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的界面

輸入名字。如：student然后選擇------數(shù)據(jù)文件選項修改文件屬性

同樣的選擇-------事物日志點擊確定就創(chuàng)建好數(shù)據(jù)庫了。使用查詢分析器創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的操作：打開查詢分析器：上面的SQL代碼如下：--=============================================--BasicCreateDatabaseTemplate--=============================================--IFEXISTS(SELECT*-- FROMmaster..sysdatabases

--- WHEREname=N'<database_name,sysname,test_db>')-- DROPDATABASE<database_name,sysname,test_db>--GO----CREATEDATABASE<database_name,sysname,test_db>--GO---上面是創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的模板IFEXISTS(SELECT* FROMmaster..sysdatabases

WHEREname='javadb') DROPDATABASEjavadbGOCREATEDATABASEjavadbGO創(chuàng)建表下面是用查詢分析器創(chuàng)建表：代碼如下--=============================================--Createtablebasictemplate--=============================================--IFEXISTS(SELECTname-- FROM sysobjects

-- WHEREname=N'<table_name,sysname,test_table>'-- AND type='U')--DROPTABLE<table_name,sysname,test_table>--GO--CREATETABLE<table_name,sysname,test_table>(--<column_1,sysname,c1><datatype_for_column_1,,int>NULL,--<column_2,sysname,c2><datatype_for_column_2,,int>