《數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用2》課件第1章

第1章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)概述1.1數(shù)據(jù)、信息與數(shù)據(jù)處理1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.3數(shù)據(jù)管理的發(fā)展1.4數(shù)據(jù)模型1.5關(guān)系型數(shù)據(jù)庫及其設(shè)計(jì)1.6本章小結(jié)

1.1數(shù)據(jù)、信息與數(shù)據(jù)處理

1.1.1數(shù)據(jù)與信息

對我們每個(gè)人來說，“信息”和“數(shù)據(jù)”是非常重要的東西?！靶畔ⅰ笨梢愿嬖V我們有用的事實(shí)和知識(shí)，“數(shù)據(jù)”可以更有效地表示、存儲(chǔ)和抽取信息。

1．?dāng)?shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是用于承載信息的物理符號(hào)。這就是說，數(shù)據(jù)是信息的一種表現(xiàn)形式，數(shù)據(jù)通過能書寫的信息編碼表示信息。

2．信息

在日常生活中，我們經(jīng)?？梢月牭健靶畔ⅰ边@個(gè)名詞。什么是信息呢？簡單地說，信息就是新的、有用的事實(shí)和知識(shí)，它具有實(shí)效性、有用性和知識(shí)性，是客觀世界的反映。信息具有四個(gè)基本特征：

一是信息的內(nèi)容是關(guān)于客觀事物或思想方面的知識(shí)，即信息的內(nèi)容能反映已存在的客觀事實(shí)，能預(yù)測未發(fā)生事物的狀態(tài)，能用于指揮和控制事物的發(fā)展；

二是信息是有用的，它是人們活動(dòng)的必需知識(shí)，利用信息能夠克服工作中的盲目性，增加主動(dòng)性和科學(xué)性，可以把事情辦得更好；

三是信息能夠在空間和時(shí)間上被傳遞，在空間上傳遞信息稱為信息通信，在時(shí)間上傳遞信息稱為信息存儲(chǔ)；

四是信息需要一定的形式表示，信息與其表現(xiàn)符號(hào)不可分離。1.1.2數(shù)據(jù)處理

圍繞著數(shù)據(jù)所做的工作稱為數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理是指對數(shù)據(jù)的收集、組織、整理、加工、存儲(chǔ)和傳播等工作。

1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

1.2.1數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是以一定的組織方式將相關(guān)數(shù)據(jù)組織在一起，并存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)介質(zhì)上所形成的、能為多個(gè)用戶共享的、與應(yīng)用程序相互獨(dú)立的相關(guān)數(shù)據(jù)集合。1.2.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是以統(tǒng)一的方式管理、維護(hù)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一系列軟件的集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能歸結(jié)起來，主要有以下幾點(diǎn)：

1．?dāng)?shù)據(jù)庫定義(描述)功能

2．?dāng)?shù)據(jù)庫操縱功能

3．?dāng)?shù)據(jù)庫管理功能

4．通信功能

1.2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引進(jìn)數(shù)據(jù)庫后構(gòu)成的系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般由四部分組成：數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和人(數(shù)據(jù)庫管理人員、用戶)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有：

(1)數(shù)據(jù)共享。

(2)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。

(3)可控冗余度。

(4)數(shù)據(jù)的一致性。

(5)數(shù)據(jù)的安全性與完整性。1.2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶

1．系統(tǒng)程序員

2．?dāng)?shù)據(jù)庫管理員

3．應(yīng)用程序員

4．操作員

1.2.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1．大型數(shù)據(jù)庫

2．本地小型數(shù)據(jù)庫

3．分布式數(shù)據(jù)庫

4．客戶機(jī)/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫

1.3數(shù)據(jù)管理的發(fā)展

數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容首先是數(shù)據(jù)的管理。發(fā)明計(jì)算機(jī)以后，人們一直在努力尋求如何用計(jì)算機(jī)更有效地管理數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了從低級(jí)階段發(fā)展到高級(jí)階段的過程，技術(shù)上也越來越成熟。按照一般的文獻(xiàn)劃分，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理的發(fā)展有以下幾個(gè)階段。1.3.1人工管理階段

20世紀(jì)50年代是第一代計(jì)算機(jī)應(yīng)用階段。當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)沒有磁盤這樣能長期保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)備，這個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)管理是用人工方式把數(shù)據(jù)保存在卡片、紙帶這類介質(zhì)上，所以稱為人工管理階段。

(1)數(shù)據(jù)不能獨(dú)立。

(2)數(shù)據(jù)不能長期保存。

(3)數(shù)據(jù)沒有專門的管理軟件。1.3.2文件系統(tǒng)階段

隨著計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)處理要求的不斷提高，人們對數(shù)據(jù)處理的重要性越來越重視。20世紀(jì)50年代末至60年代，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中專門設(shè)置了文件系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)管理進(jìn)入了文件系統(tǒng)階段。這個(gè)階段的主要特征是數(shù)據(jù)文件和處理數(shù)據(jù)的程序文件分離，數(shù)據(jù)文件由文件系統(tǒng)管理，它確立數(shù)據(jù)文件和程序文件的接口，保證文件被正確地調(diào)用。與人工階段相比，文件系統(tǒng)階段有所進(jìn)步，但還是存在以下缺點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)獨(dú)立性差，不能共享數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)據(jù)文件不能集中管理。1.3.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

與文件系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。

(1)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，減少了數(shù)據(jù)冗余度。

(2)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)獨(dú)立。

(3)采用合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的聯(lián)系。

(4)加強(qiáng)了數(shù)據(jù)保護(hù)。與文件圖1-1客戶機(jī)/服務(wù)器模式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

1.4數(shù)據(jù)模型

1.4.1數(shù)據(jù)模型概述

數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象，是用來描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系的一組概念和定義，是數(shù)據(jù)庫的核心內(nèi)容。1.4.2概念數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容是經(jīng)過抽象、收集產(chǎn)生的，用于反映現(xiàn)實(shí)世界中事物及聯(lián)系。現(xiàn)實(shí)世界中的事物反映到人們頭腦中，產(chǎn)生想法、概念是一個(gè)抽象過程，在此抽象過程中所用的方法有豐富的含義，它使人們從現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)入信息世界(概念世界)，由信息世界再經(jīng)過加工，并用一定的方法來表示，使得數(shù)據(jù)、信息能進(jìn)入計(jì)算機(jī)世界(數(shù)據(jù)世界)。數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的三個(gè)世界可用圖1-2來表示。圖1-2數(shù)據(jù)處理的三個(gè)世界

1．實(shí)體與屬性

客觀事物在信息世界中稱為實(shí)體，它是現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在并可以相互區(qū)別的事物。實(shí)體可以是具體的人或物，也可以是抽象概念，如學(xué)生成績管理系統(tǒng)中的實(shí)體就有學(xué)生實(shí)體、課程實(shí)體和成績實(shí)體。

屬性是實(shí)體的特征。一個(gè)實(shí)體總是通過其屬性來描述的。如學(xué)生成績管理系統(tǒng)中學(xué)生實(shí)體的屬性有學(xué)號(hào)、姓名、性別和出生日期等。

實(shí)體集是指同類實(shí)體的集合，即具有同一類屬性的客觀存在的事物的集合。在對管理對象進(jìn)行分析時(shí)，不是針對個(gè)別實(shí)體，而是對實(shí)體集進(jìn)行的。

2．實(shí)體間聯(lián)系

1)一對一聯(lián)系(1:1)

2)一對多聯(lián)系(1:n)

3)多對多聯(lián)系(m:n)

圖1-3實(shí)體間的聯(lián)系模型

3．E-R模型(E-R圖)

使用E-R模型的核心是劃分實(shí)體和屬性，并確定實(shí)體間的聯(lián)系。其表示方法為：①實(shí)體集用矩形框表示，框內(nèi)寫上實(shí)體名；②屬性用橢圓形框表示，框內(nèi)寫上屬性，并用一條無指向線標(biāo)出實(shí)體與屬性的聯(lián)系；③實(shí)體間的聯(lián)系用菱形框表示，框內(nèi)寫上實(shí)體間的聯(lián)系名，并用無指向線將菱形框分別與有關(guān)的實(shí)體相連接。圖1-4學(xué)生實(shí)體E-R圖

圖1-5成績實(shí)體E-R圖圖1-6課程實(shí)體E-R圖圖1-7各實(shí)體之間的關(guān)系E-R圖1.4.3邏輯數(shù)據(jù)模型

1．記錄與數(shù)據(jù)項(xiàng)

在數(shù)據(jù)模型中，用數(shù)據(jù)描述的實(shí)體有對象(客觀世界中的任何事物)與屬性之分。描述對象的數(shù)據(jù)稱為記錄，而描述屬性的數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)項(xiàng)。由于一個(gè)對象具有若干屬性，因此記錄就由若干數(shù)據(jù)項(xiàng)組成。任何數(shù)據(jù)項(xiàng)都包含屬性名、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)長度三個(gè)特征。

2．?dāng)?shù)據(jù)模型

由于數(shù)據(jù)模型描述了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)間的邏輯結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，因此根據(jù)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)之間的關(guān)系的不同，常用的數(shù)據(jù)模型有三種：層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系

模型。

1)層次模型

用樹形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型稱為層次模型，如圖1-8所示。圖1-8層次模型

2)網(wǎng)狀模型

網(wǎng)狀模型是層次模型的拓展，是使用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型，如圖1-9所示。在網(wǎng)狀模型中，允許有一個(gè)或一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)沒有父節(jié)點(diǎn)，至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)的父節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)狀模型可以表示多對多聯(lián)系(m:n)。圖1-9網(wǎng)狀模型

3)關(guān)系模型

用二維表格來表示一組相關(guān)的數(shù)據(jù)，既簡單直觀，又符合人們的習(xí)慣。用二維表格表示實(shí)體及其相互聯(lián)系的模型，稱之為關(guān)系模型。關(guān)系模型與前兩種模型的主要差別在于它們表示實(shí)體聯(lián)系的方法不同。在關(guān)系模型中，用于表示實(shí)體及其相互聯(lián)系的二維表稱為關(guān)系。關(guān)系不但可以表示實(shí)體間一對一聯(lián)系(1∶1)、一對多聯(lián)系(1∶m)，而且通過建立關(guān)系間的關(guān)聯(lián)，還可以表示多對多聯(lián)系(m∶n)。

1.5關(guān)系型數(shù)據(jù)庫及其設(shè)計(jì)

1.5.1關(guān)系型數(shù)據(jù)庫定義

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫概念是由E.F.Codd博士提出的。1976年6月他發(fā)表了《關(guān)于大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關(guān)系模型》的論文，在論文中他闡述了關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型及其原理，并把它用于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。1.5.2關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與表

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是由多個(gè)表和其他數(shù)據(jù)庫對象組成的。表是一種最基本的數(shù)據(jù)庫對象，由行和列組成，類似于電子表格。除第一行(表頭)以外，表中的每一行通常稱為一條記錄，表中的每一列稱為一個(gè)字段，表頭給出了各個(gè)字段的名稱。圖1-10學(xué)生表1.5.3主鍵與外鍵

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)表是由行和列組成的，要求表中的每行記錄都必須是唯一的，而不允許出現(xiàn)完全相同的記錄。在設(shè)計(jì)表時(shí)，可以通過定義主鍵(primarykey)來保證記錄(實(shí)體)的唯一性。圖1-11主鍵和外鍵的關(guān)系1.5.4字段約束

設(shè)計(jì)表時(shí)，可對表中的一個(gè)字段或多個(gè)字段的組合設(shè)置約束條件，讓SQLServer檢查該字段的輸入值是否符合這個(gè)約束條件。約束分為表級(jí)約束和字段級(jí)約束兩種。

1．主鍵(primarykey)

2．外鍵(foreignkey)

3．null與notnull

4．unique

5．check

6．default1.5.5數(shù)據(jù)完整性

數(shù)據(jù)完整性用于保證關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。

1．實(shí)體完整性

2．域完整性

3．參照完整性

4．用戶自定義完整性

1.5.6表的關(guān)聯(lián)

前面已介紹過表是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對象，且一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫可以同時(shí)包含多個(gè)表，但是這些表并不是相互獨(dú)立的，通過建立外鍵可以使不同的表關(guān)聯(lián)起來。表之間的關(guān)聯(lián)方式分為以下3種類型。

1．一對一關(guān)聯(lián)(one-to-one)

設(shè)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中有A、B兩個(gè)表，對于表A中的任何一條記錄，表B中只能有一條記錄與之對應(yīng)，反過來，對于表B中的任何一條記錄，表A中也只能有一條記錄與之對應(yīng)，則稱這兩個(gè)表是一對一關(guān)聯(lián)的。圖1-12學(xué)生表

2．一對多關(guān)聯(lián)(one-to-many)

設(shè)在一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中有A、B兩個(gè)表，對于表A中的任何一條記錄，表B中可能有多條記錄與之對應(yīng)，反過來，對于表B中的任何一條記錄，表A中卻只能有一條記錄與之對應(yīng)，則稱這兩個(gè)表是一對多的關(guān)聯(lián)。圖1-13學(xué)生表、課程表和成績表

3．多對多關(guān)聯(lián)(many-to-many)

設(shè)一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中有A、B兩個(gè)表，對于表A中的任何一條記錄，表B中可能有多條記錄與之對應(yīng)；反過來，對于表B中的任何一條記錄，表A中也有多條記錄與之對應(yīng)，則稱這兩個(gè)表是多對多關(guān)聯(lián)的。例如，在圖1-13中“學(xué)生表”和“課程表”是多對多的關(guān)系，一個(gè)學(xué)生可以學(xué)多門課程，一門課程可以被多名學(xué)生學(xué)習(xí)。1.5.7數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程

1．需求分析階段

2．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段

3．邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段

4．?dāng)?shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)階段

5．?dāng)?shù)據(jù)庫實(shí)施階段

6．?dāng)?shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)階段

1.5.8關(guān)系型數(shù)據(jù)庫規(guī)范化分析

在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)階段，常常使用E.F.Codd的關(guān)系規(guī)范化理論來指導(dǎo)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)。

1．第一范式

如果一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫表中的每一字段值都是單一的，則稱這個(gè)表屬于第一范式。按照第一范式的要求，表中的每個(gè)字段都應(yīng)當(dāng)是不可再分的。換句話說，在同一個(gè)表中，同類字段不允許重復(fù)出現(xiàn)，在一個(gè)字段內(nèi)也不允許放入多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。圖1-14表中同類型字段重復(fù)出現(xiàn)圖1-15一個(gè)字段中存放多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)圖1-16符合1NF的數(shù)據(jù)表

2．第二范式

如果一個(gè)數(shù)據(jù)庫表滿足第一范式的要求，而且它的每個(gè)非主鍵字段完全依賴于主鍵，則稱這個(gè)數(shù)據(jù)表屬于第二范式。圖1-17學(xué)生表圖