《Oracle大型數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)開發(fā)教程》（微課視頻版）課件 第1章 數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)

第1章數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述一、數(shù)據(jù)庫基本概念1.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄。一個(gè)事物如果用一個(gè)符號來描述，那么該符號就是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)其特征可以分為：字符、數(shù)值、圖形、聲音、視頻等類型。2.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫（DataBase，DB）是一個(gè)有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合，該集合可以為各種用戶共享，按照一定的數(shù)據(jù)模型組織的。3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，DBMS）是管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)，它是一個(gè)系統(tǒng)軟件，介于用戶和操作系統(tǒng)之間。1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述4.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem，DBS）是計(jì)算機(jī)引入了數(shù)據(jù)庫之后的系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)的硬件、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)和各種用戶等。5.數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫技術(shù)的主要任務(wù)就是數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)管理是指對數(shù)據(jù)的分類組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)。它是數(shù)據(jù)處理的中心問題。二、數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1、人工管理階段數(shù)據(jù)不保存，用完后就刪除。由應(yīng)用程序自己管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)不共享。數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的依賴性高。1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述2、文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)可以長期保存。數(shù)據(jù)由操作系統(tǒng)提供的文件系統(tǒng)功能來管理。數(shù)據(jù)共享性不高。數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的依賴性還是比較高。3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)化和整體結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充。數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的依賴性低。數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制。1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述三、數(shù)據(jù)模型1、概念模型實(shí)體：實(shí)體是客觀存在并可相互區(qū)別的事物。例如，一個(gè)蘋果、一部手機(jī)等都是實(shí)體，人的一次活動(dòng)也是一個(gè)實(shí)體，如學(xué)生的一次選課。屬性：實(shí)體所具有的某一特征。例如，學(xué)生的特征：學(xué)號、姓名、年齡等都是屬性。鍵：鍵是能夠唯一標(biāo)識實(shí)體的屬性或?qū)傩越M合。例如，學(xué)號是學(xué)生實(shí)體的鍵。實(shí)體型：所有的同類實(shí)體的結(jié)構(gòu)是相同的，稱為實(shí)體型。聯(lián)系：聯(lián)系是指事物與事物之間，事物內(nèi)部的存在的相關(guān)聯(lián)系。聯(lián)系分為以下幾類。一對一（1:1）：一對一是兩個(gè)實(shí)體集之間實(shí)體與實(shí)體的一一對應(yīng)的關(guān)系，例如，班長（正職）和班級之間就屬于一對一的聯(lián)系。一個(gè)班長只能管理一個(gè)班級，而一個(gè)班級只能由一個(gè)班長來管理。一對多（1:m）：一對多是兩個(gè)實(shí)體集之間實(shí)體與實(shí)體的一個(gè)對應(yīng)多個(gè)的關(guān)系，例如，班級和學(xué)生之間就屬于一對多的聯(lián)系。一個(gè)班級有多名學(xué)生，而一個(gè)學(xué)生只屬于一個(gè)班級。1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述多對多（m:n）：多對多是兩個(gè)實(shí)體集之間實(shí)體與實(shí)體的多對多的關(guān)系，例如，學(xué)生和課程之間就屬于多對多的聯(lián)系。一個(gè)學(xué)生可以選修多門課程，而一門課程可由多名學(xué)生選修。2、數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是按照計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)來對數(shù)據(jù)建模，根據(jù)其邏輯結(jié)構(gòu)的不同可分為：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、對象關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ?。NoSQL數(shù)據(jù)庫。鍵值數(shù)據(jù)庫：Redis、Memcached、Riak。文檔數(shù)據(jù)庫：Mongodb、CouchDB。簇?cái)?shù)據(jù)庫：Cassandra、Hbase。圖數(shù)據(jù)庫：Neo4j。3、物理模型物理模型是數(shù)據(jù)模型在存儲設(shè)備上存儲結(jié)構(gòu)和存取方法，該模型由DBMS實(shí)現(xiàn)。1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述四、概念模型的表示方法概念模型的表示方法有很多，最常用的表示方法為E-R方法，也叫實(shí)體-聯(lián)系法。實(shí)體型用矩形框表示，矩形框內(nèi)標(biāo)明實(shí)體型的名稱。屬性用橢圓表示，橢圓內(nèi)標(biāo)明屬性的名稱，并用直線與對應(yīng)的實(shí)體相連。聯(lián)系用菱形框表示，菱形框內(nèi)標(biāo)明聯(lián)系的名稱，并用直線與相應(yīng)的實(shí)體相連，最后在直線上標(biāo)明聯(lián)系類型。五、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1、三級模式結(jié)構(gòu)概念模式：概念模式是指數(shù)據(jù)庫全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)特征描述。例如，屬性的命名，屬性數(shù)據(jù)類型、大小長度等描述。一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)概念模式。外模式：外模式是指數(shù)據(jù)庫中局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)特征描述。外模式一般用視圖來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序是根據(jù)外模式來寫的。內(nèi)模式：內(nèi)模式是指數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述。一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式。2、二級映像1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述概念模式/內(nèi)模式映像：當(dāng)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式改變時(shí)，只需要修改概念模式/內(nèi)模式映像就可以保證概念模式不變，概念模式不變，則外模式就不變，外模式不變則應(yīng)用程序不變。外模式/概念模式映像：當(dāng)數(shù)據(jù)庫的概念模式改變時(shí)，只需要修改外模式/概念模式映像就可以保證外模式不變，外模式不變則應(yīng)用程序不變。1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型一、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一張二維表1、關(guān)系一張二維表就是一個(gè)關(guān)系。例如表1-1就是一個(gè)關(guān)系。2、記錄表中的一行為一條記錄或元組，例如，001，張三，21，男，信息科學(xué)與工程學(xué)院。3、屬性表中的一列為一個(gè)屬性，例如，學(xué)號Sno。SnoSnameSageSsexSdept001張三21男信息科學(xué)與工程學(xué)院002李四22女信息科學(xué)與工程學(xué)院003王五20男物流學(xué)院1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型4、候選鍵唯一確定關(guān)系中每一個(gè)記錄的屬性或?qū)傩越M合為候選鍵。5、主鍵如果一個(gè)關(guān)系的候選鍵有多個(gè)則選定其中一個(gè)為主鍵，例如表1-1中選Sno為主鍵。6、主屬性與非主屬性包含在主鍵里屬性為主屬性，不包含在主鍵里的屬性為非主屬性。7、域一組相同類型數(shù)據(jù)值的集合，例如，整數(shù)域，性別域{男，女}等。二、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操作關(guān)系數(shù)據(jù)模型的主要操作是查詢和更新，其中查詢是最主要的操作。關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操作為集合操作即一次一個(gè)集合，操作對象和操作結(jié)果都是集合，而非關(guān)系一次一個(gè)記錄。關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操作語言主要有關(guān)系代數(shù)和SQL兩種。1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型三、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的完整性關(guān)系數(shù)據(jù)模型的完整性分為實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。1、實(shí)體完整性如果一個(gè)屬性是一個(gè)關(guān)系的主屬性，則此屬性不能取空值。例如，表1-1中Sno為主屬性，此屬性不能取空值。2、參照完整性（1）外鍵一個(gè)屬性或一組屬性不是表R的主鍵，但它和另外一個(gè)表S的主鍵相對應(yīng)，則該屬性或?qū)傩越M合為R的外若一個(gè)關(guān)系的外鍵和另一個(gè)表的主鍵相對應(yīng)，則該關(guān)系在外鍵上的取值為：或者取空值（外鍵的每個(gè)屬性值均為空值）。或者等于另外一個(gè)關(guān)系的某個(gè)記錄的主鍵值。鍵。1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型3、用戶自定義的完整性用戶自定義的完整性和某一具體的應(yīng)用相關(guān)，例如，成績規(guī)定在100分以下，學(xué)習(xí)駕駛的年齡在18~70等。四、關(guān)系代數(shù)語言關(guān)系代數(shù)語言包括傳統(tǒng)的集合運(yùn)算和專門的關(guān)系運(yùn)算。傳統(tǒng)的集合運(yùn)算包括并、交、差、笛卡爾積；專門的關(guān)系運(yùn)算包括選擇、投影、連接和除。1、傳統(tǒng)的集合運(yùn)算兩個(gè)關(guān)系在進(jìn)行并、交、差時(shí)要求兩個(gè)關(guān)系必須有相同的列數(shù)，對應(yīng)列的數(shù)據(jù)類型相同。（1）并運(yùn)算符號：R∪S，結(jié)果是屬性個(gè)數(shù)不變，記錄是R和S關(guān)系中的記錄之和并去掉重復(fù)的。1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型（2）交運(yùn)算符號：R∩S，結(jié)果是屬性個(gè)數(shù)不變，記錄是R和S中共有的記錄。（3）差運(yùn)算符號：R-S，結(jié)果是屬性個(gè)數(shù)不變，記錄是R中去掉R和S中共有的記錄后剩余的記錄。（4）笛卡爾積運(yùn)算符號：R×S，笛卡爾積結(jié)果是R和S中所有記錄的串接。列是兩個(gè)關(guān)系的所有列，記錄個(gè)數(shù)是兩個(gè)關(guān)系各自記錄個(gè)數(shù)的乘積。1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型2、關(guān)系運(yùn)算（1）選擇從關(guān)系R中選出滿足條件的記錄，運(yùn)算符號為：σF(R)。其中R為要選擇的關(guān)系，F(xiàn)為選擇的條件。（2）投影從關(guān)系R中選出相應(yīng)的列。運(yùn)算符號為：πA(R)。R是所有投影的關(guān)系，A為投影的屬性列。（3）連接連接是選取兩個(gè)關(guān)系的屬性列滿足比較條件的串接記錄。表示符號為：，R和S是連接的關(guān)系，A是來自R的屬性，B是來自S的屬性，θ是滿足的比條件。AθBR*S1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型連接中最重要的連接為自然連接，進(jìn)行自然連接時(shí)兩表必須有同名列，把結(jié)果中重復(fù)的屬性列去掉。自然連接的表示為：R*S，隱含了兩表的同名列等值比較條件。（4）除除的表示符號為：R÷S，結(jié)果：列為被除關(guān)系R去掉R和S中公共屬性列后剩余的屬性列，行是被除關(guān)系R中去掉公共屬性列后剩余的屬性的值（滿足的條件是：其值在關(guān)系R中對應(yīng)的剩余的屬性值包含S中公共的屬性值）。五、SQLSQL(StructuredQueryLanguage)為結(jié)構(gòu)化查詢語言，集數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)控制于一體。1、數(shù)據(jù)定義語言1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型（1）表：CREATETABLE、ALTERTABLE、DROPTABLE。（2）視圖：CRATEVIEW、DROPVIEW。（3）索引：CREATEINDEX、DROPINDEX。2、數(shù)據(jù)操縱語言SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE。3、數(shù)據(jù)控制語言GRANT、REVOKE等。六、關(guān)系數(shù)據(jù)1.問題提出學(xué)生（學(xué)號，系別，系院長，課程號，成績），假設(shè)該關(guān)系模式有如下記錄，如表所示。該關(guān)系模式在使用過程中有如下問題：1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型（1）數(shù)據(jù)冗余每當(dāng)一個(gè)學(xué)生選修一門課程時(shí)，該學(xué)生系別的系院長都要重復(fù)存儲一次，這種現(xiàn)象稱為數(shù)據(jù)冗余。（2）更新異常當(dāng)某系的系院長換人了，每個(gè)學(xué)生的選課記錄的系院長都必須改名，修改復(fù)雜，修改的過程中還可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致。（3）插入異常當(dāng)新成立了一個(gè)系院，但該系院沒有學(xué)生，此信息無法插入學(xué)生表中，也就是說應(yīng)該插入的數(shù)據(jù)未被插入。（4）刪除異常當(dāng)學(xué)生畢業(yè)了刪除學(xué)生的信息時(shí)，也同時(shí)把系院的信息也刪除了，如果要查詢系院信息就無法查詢了，就是說不應(yīng)該刪除的數(shù)據(jù)刪除了。學(xué)號系別系院長課程號成績0001信息學(xué)院張三1700001信息學(xué)院張三2600002信息學(xué)院張三1801.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型2、函數(shù)依賴定義：設(shè)R(U)是一個(gè)屬性集U上的關(guān)系模式，X和Y是U的子集。如果任給一個(gè)X屬性值對應(yīng)的Y屬性值只有一個(gè)，則稱“X函數(shù)確定Y”或“Y函數(shù)依賴于X”，記作X→Y。例如，表1-14學(xué)生表中，系別→系院長。因?yàn)槊總€(gè)系的系院長只有一個(gè)。函數(shù)依賴分類（1）完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴完全函數(shù)依賴：在R(U)中，如果X→Y，并且對于X的任何一個(gè)真子集X’，X’→Y都不成立，則X→Y是完全函數(shù)依賴。部分函數(shù)依賴：若X→Y，對于X的某一個(gè)真子集X’，有X’→Y，則X→Y是部分函數(shù)依賴。（2）傳遞函數(shù)依賴設(shè)關(guān)系模式R(U)，X，Y，Z為U的子集，如果X→Y，Y不是X的子集，Y→Z，Z不是Y的子集，且Y→X不成立，則Z傳遞函數(shù)依賴于X。1.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型3、

關(guān)系模式的規(guī)范化規(guī)范化是用來改造關(guān)系模式的，用來解決關(guān)系模式存在的數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常、刪除異常等問題的。關(guān)系數(shù)據(jù)庫中每個(gè)關(guān)系都要滿足一定的要求，滿足不同要求的關(guān)系，表示關(guān)系屬于不同的范式。（1）第1范式如果關(guān)系模式R的每個(gè)屬性都是不可再分的，則該關(guān)系模式屬于第1范式。（2）第2范式如果關(guān)系R屬于第1范式，且每個(gè)非主屬性都完全函數(shù)依賴于鍵，則R屬于第2范式。（3）第3范式如果關(guān)系模式R屬于第2范式，且不存在非主屬性對鍵的傳遞依賴，則R屬于第3范式。1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)針對一個(gè)具體的應(yīng)用問題，如何設(shè)計(jì)符合該應(yīng)用問題的數(shù)據(jù)庫模式，在此基礎(chǔ)上建立應(yīng)用系統(tǒng)，并能高效的管理數(shù)據(jù)，這是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的問題。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)一般采用規(guī)范化的設(shè)計(jì)方法，主要分為需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫實(shí)施和數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行與維護(hù)。一、需求分析1、需求分析的任務(wù)信息要求：分析該系統(tǒng)存儲和處理哪些數(shù)據(jù)。處理要求：指對系統(tǒng)進(jìn)行哪些處理功能。安全性完整性要求：指用戶對數(shù)據(jù)有哪些安全性要求，哪些約束條件。2、需求分析的表達(dá)表達(dá)需求分析，一般采用數(shù)據(jù)流程圖和數(shù)據(jù)字典。1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)字典是對數(shù)據(jù)流程圖中所有的元素進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的描述。數(shù)據(jù)字典主要由數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理組成。數(shù)據(jù)項(xiàng)是最基本的不可分的數(shù)據(jù)單位，例如，關(guān)系中的每個(gè)屬性都是數(shù)據(jù)項(xiàng)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的組合關(guān)系。數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的走向。數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)存儲的位置。數(shù)據(jù)處理是對數(shù)據(jù)處理的描述。1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)二、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將需求分析得到的結(jié)果抽象為獨(dú)立于具體DBMS的信息結(jié)構(gòu)的概念模型的過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用E-R圖，根據(jù)需求分析的結(jié)果劃分實(shí)體與屬性。屬性是數(shù)據(jù)項(xiàng)，不能具有再分解的性質(zhì)，且不能與其他實(shí)體有聯(lián)系。2、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法首先設(shè)計(jì)局部的E-R圖，然后進(jìn)行E-R圖的合并，合并時(shí)要處理好屬性沖突、命名沖突、結(jié)構(gòu)沖突。最后消除冗余，合并后消除E-R圖中一些冗余的數(shù)據(jù)和聯(lián)系。三、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將概念模型E-R模型轉(zhuǎn)換成特定的DBMS系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型。當(dāng)前，關(guān)系模型占主導(dǎo)地位，也就是把E-R模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系數(shù)據(jù)模型。1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟（1）將概念模型轉(zhuǎn)化為關(guān)系模型；（2）將關(guān)系模型向特定的DBMS支持的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換；（3）對關(guān)系數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。2、E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（1）1:1聯(lián)系向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換1：1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，屬性是聯(lián)系各端實(shí)體的主鍵，加上聯(lián)系本身的屬性，主鍵是任意一端實(shí)體的主鍵屬性；也可以和任意一端的實(shí)體合并，主鍵是合并端