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1 1第一章第一章 数据库基础知识数据库基础知识赵赵 丹丹20072007年年1 1月月中国地质大学（武汉）2 2内容第一节第一节第一节第一节 数据库概述数据库概述数据库概述数据库概述 数据管理方法的发展和特点数据管理方法的发展和特点数据管理方法的发展和特点数据管理方法的发展和特点 数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统的发展数据库系统的发展数据库系统的发展数据库系统的发展数据库系统所处的层次数据库系统所处的层次数据库系统所处的层次数据库系统所处的层次三级模式的数据库系统结构三级模式的数据库系统结构三级模式的数据库系统结构三级模式的数据库系统结构数据库系统运行环境的变化数据库系统运行环境的变化数据库系统运行环境的变化数据库系统运行环境的变化第二节第二节第二节第二节 数据库设计数据库设计数据库设计数据库设计 数据库设计流程数据库设计流程数据库设计流程数据库设计流程概念设计常用方法概念设计常用方法概念设计常用方法概念设计常用方法-E-R-E-R-E-R-E-R图图图图设计设计设计设计E-RE-RE-RE-R图图图图概念模型向逻辑模型的转化概念模型向逻辑模型的转化概念模型向逻辑模型的转化概念模型向逻辑模型的转化E-RE-RE-RE-R模型向关系模型的转化模型向关系模型的转化模型向关系模型的转化模型向关系模型的转化 关系模型的规范化设计关系模型的规范化设计关系模型的规范化设计关系模型的规范化设计关系完整性约束关系完整性约束关系完整性约束关系完整性约束关系规范化关系规范化关系规范化关系规范化3 3第一节 数据库概述数据管理方法的发展和特点数据管理方法的发展和特点数据库系统数据库系统数据库系统的发展数据库系统的发展数据库系统的发展数据库系统的发展数据库系统所处的层次数据库系统所处的层次数据库系统所处的层次数据库系统所处的层次三级模式的数据库系统结构三级模式的数据库系统结构三级模式的数据库系统结构三级模式的数据库系统结构数据库系统运行环境的变化数据库系统运行环境的变化数据库系统运行环境的变化数据库系统运行环境的变化4 41.1.1 数据管理方法的发展和特点人工管理阶段（人工管理阶段（人工管理阶段（人工管理阶段（50505050年代中期）年代中期）年代中期）年代中期）计算机主要用于科学计算计算机主要用于科学计算计算机主要用于科学计算计算机主要用于科学计算,此阶段没有统一软件管理此阶段没有统一软件管理此阶段没有统一软件管理此阶段没有统一软件管理数据，程序自带数据。数据，程序自带数据。数据，程序自带数据。数据，程序自带数据。程序依赖于数据，程序不具有独立性。程序依赖于数据，程序不具有独立性。程序依赖于数据，程序不具有独立性。程序依赖于数据，程序不具有独立性。应用程序之间无法共享数据应用程序之间无法共享数据应用程序之间无法共享数据应用程序之间无法共享数据文件系统阶段（文件系统阶段（文件系统阶段（文件系统阶段（50505050年代中期至年代中期至年代中期至年代中期至60606060年代中期）年代中期）年代中期）年代中期）由文件系统统一管理数据。由文件系统统一管理数据。由文件系统统一管理数据。由文件系统统一管理数据。数据可按文件组织，程序与数据分离。数据可按文件组织，程序与数据分离。数据可按文件组织，程序与数据分离。数据可按文件组织，程序与数据分离。数据可共享数据可共享数据可共享数据可共享(以文件为单位共享以文件为单位共享以文件为单位共享以文件为单位共享)编程时，必须针对不同的文件格式，采用不同的存取编程时，必须针对不同的文件格式，采用不同的存取编程时，必须针对不同的文件格式，采用不同的存取编程时，必须针对不同的文件格式，采用不同的存取方法对数据进行转换。方法对数据进行转换。方法对数据进行转换。方法对数据进行转换。5 5数据库系统阶段（数据库系统阶段（6060年代后期至今）年代后期至今）由专门的软件来管理数据，该软件称为数据库由专门的软件来管理数据，该软件称为数据库由专门的软件来管理数据，该软件称为数据库由专门的软件来管理数据，该软件称为数据库管理系统管理系统管理系统管理系统(DBMS)(DBMS)(DBMS)(DBMS)。系统地组织数据，数据冗余度小，支持复杂的系统地组织数据，数据冗余度小，支持复杂的系统地组织数据，数据冗余度小，支持复杂的系统地组织数据，数据冗余度小，支持复杂的数据结构；数据结构；数据结构；数据结构；具有较高的数据和程序的独立性；具有较高的数据和程序的独立性；具有较高的数据和程序的独立性；具有较高的数据和程序的独立性；具有友好的界面，可方便地进行交互和编程；具有友好的界面，可方便地进行交互和编程；具有友好的界面，可方便地进行交互和编程；具有友好的界面，可方便地进行交互和编程；提供安全性、完整性数据控制功能以及并发控提供安全性、完整性数据控制功能以及并发控提供安全性、完整性数据控制功能以及并发控提供安全性、完整性数据控制功能以及并发控制功能；制功能；制功能；制功能；6 61.1.2 数据库系统数据库系统的发展数据库系统的发展第一代数据库系统第一代数据库系统 层次和网状数据库系统层次和网状数据库系统第二代数据库系统第二代数据库系统 关系模型数据库系统关系模型数据库系统第三代数据库系统第三代数据库系统 面向对象模型为主要特征的数据库系统面向对象模型为主要特征的数据库系统7 7层状数据库举例层状数据库举例系号系号系名系名系主任系主任地点地点教研室号教研室号教研室名教研室名教研室主任教研室主任教师号教师号姓名姓名职称职称课程号课程号课程名课程名教师号教师号教研组号教研组号学号学号姓名姓名成绩成绩8 8网状数据库举例网状数据库举例系号系号系名系名系主任系主任地点地点教研室号教研室号教研室名教研室名教研室主任教研室主任教师号教师号姓名姓名职称职称课程号课程号课程名课程名学号学号姓名姓名成绩成绩9 9关系型数据库举例关系型数据库举例系号系名系主任地点教研室号教研室名教研室主任学号姓名成绩教师姓名职称课程号课程名1010编号姓名年龄电话号码家庭住址电话对象电话对象 属性：属性：家庭号码家庭号码 办公室号码办公室号码 手机手机 呼机呼机 操作：操作：给手机发短信给手机发短信 自动呼叫自动呼叫 给电话留言给电话留言 面向对象数据库举例面向对象数据库举例编号姓名年龄家庭电话办公室电话手机呼机家庭住址编号姓名年龄家庭住址001王20武汉编号类型号码001家庭电话001办公室电话001手机001呼机1111数据库系统所处的层次用户用户1用户用户n.数据库管理系统数据库管理系统DBMS数据库管理员数据库管理员DBA数据库数据库(存储数据存储数据)1212三级模式的数据库系统结构用户用户1用户用户2用户用户3外模式外模式B外模式外模式A外模式到模式的映射外模式到模式的映射概念模式概念模式模式到存储的映射模式到存储的映射存储模式存储模式DBMSOS.用户级数据库用户级数据库用户视图用户视图外模式外模式概念级数据库概念级数据库DBA视图视图概念模式概念模式物理级数据库物理级数据库内模式内模式系统程序员视图系统程序员视图1313数据库系统运行环境的变化数据库系统运行环境的变化(A)(A)(A)(A)单用户数据库系统单用户数据库系统单用户数据库系统单用户数据库系统 DBMSDBMS、数据库数据以及应用程序都集中在一台主机上、数据库数据以及应用程序都集中在一台主机上(B)(B)(B)(B)集中式数据库系统集中式数据库系统集中式数据库系统集中式数据库系统 DBMSDBMS、数据库数据以及应用程序都集中在主机上，多、数据库数据以及应用程序都集中在主机上，多用户可通过终端访问数据库用户可通过终端访问数据库(C)(C)(C)(C)客户客户客户客户/服务器数据库系统（服务器数据库系统（服务器数据库系统（服务器数据库系统（C/S DBC/S DBC/S DBC/S DB）实现分布处理，应用软件安装在客户机上；实现分布处理，应用软件安装在客户机上；DBMSDBMS、数、数据库安装在服务器上，提供数据服务据库安装在服务器上，提供数据服务 若多个互连服务器的数据库构成一个逻辑上的若多个互连服务器的数据库构成一个逻辑上的DBDB，该，该系统称为分布式数据库系统。系统称为分布式数据库系统。(D)(D)(D)(D)网络计算模式下数据库系统网络计算模式下数据库系统网络计算模式下数据库系统网络计算模式下数据库系统(95(95(95(95 年开始年开始年开始年开始 )表示层、业务层、存储层分离，分工更加专业化。表示层、业务层、存储层分离，分工更加专业化。多层技术、多层技术、WebWeb技术和技术和DBDB技术相结合的结果。技术相结合的结果。1414（1）单用户数据库系统单用户数据库系统（2）集中式数据库系统集中式数据库系统大型主机和终端相结合大型主机和终端相结合主机主机“低能终端低能终端”1515（）客户机服务器数据库系统（）客户机服务器数据库系统 C/S两层结构两层结构肥客户肥客户SQL结果集结果集DBMS客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机客户机数据库服务器数据库服务器1616(4)B/S三层结构（三层结构（Browser/Web Server+Application Server/Database Service）应用体系结构示意图应用体系结构示意图-瘦客户瘦客户浏览器Web服务器数据库服务器请求请求Internet1717第二节、数据库设计数据库设计流程数据库设计流程概念设计常用方法概念设计常用方法概念设计常用方法概念设计常用方法-E-R-E-R-E-R-E-R图图图图设计设计设计设计E-RE-RE-RE-R图图图图概念模型向逻辑模型的转化概念模型向逻辑模型的转化概念模型向逻辑模型的转化概念模型向逻辑模型的转化E-RE-RE-RE-R模型向关系模型的转化模型向关系模型的转化模型向关系模型的转化模型向关系模型的转化关系模型的规范化设计关系模型的规范化设计关系完整性约束关系完整性约束关系完整性约束关系完整性约束关系规范化关系规范化关系规范化关系规范化18181.2.1 数据库设计流程需求分析和数据分析需求分析和数据分析功能需求功能需求数据需求数据需求性能需求性能需求概念设计概念设计建立概念模型（如建立概念模型（如E-R模型）模型）逻辑结构设计逻辑结构设计将概念模型（如将概念模型（如E-R模型）转模型）转变成为变成为DBMS拥有的逻辑模拥有的逻辑模型（如关系模型），并进行型（如关系模型），并进行规范化设计规范化设计数据库物理设计数据库物理设计生成目标模式，定义数据生成目标模式，定义数据库结构库结构数据库实施数据库实施试运行试运行确定存储结构确定存储结构加载数据，运行应用程序，加载数据，运行应用程序，执行操作，数据库性能测执行操作，数据库性能测试、调整、修改试、调整、修改1919概念设计常用方法-E-R图实体 联系方法(EntityRelationship)ER图表示现实世界中对象的属性特征以及对象集之间联系的特征。ER图图 表示方法表示方法：实体集实体集 用矩形框表示，实体集名写在框中。联系联系 用菱形框表示，联系名写在框中，用无向边与相关实体集连接，并注明联系类型。属性属性 用椭圆表示，属性名写在椭圆中，如果为码属性，其名字带下划线。用无向边将实体集和它的全部属性连接起来。若联系也有属性，把属性和菱形用无向边连起来2020E-R图举例实体实体联系联系属性属性选课选课学生学生课程课程MN学号姓名性别学分课程名课程号成绩2121联系的分类联系的分类（11、1:N、M:N）2222设计E-R图建立E-R图的过程是对企业数据进行归纳、分析、抽象的过程设计原则：先局部，再总体：先确定小范围E-R模型，再将所有局部E-R图合并成一张总体E-R模型，然后进行优化。2323教师教师性别性别职称职称姓名姓名年龄年龄教教课程课程mn学生学生年龄年龄姓名姓名学号学号学学nm成绩成绩课程名课程名课程号课程号学时学时类别类别教员号教员号E-RE-R图设计步骤：图设计步骤：确定实体集确定实体集 确定联系的种类确定联系的种类 确定联系确定联系 确定属性；确定属性；2424教师教师性别性别职称职称姓名姓名年龄年龄教教课程课程mn学生学生年龄年龄姓名姓名学号学号学学nm成绩成绩课程名课程名课程号课程号学时学时概念模型概念模型层层次次型型网网络络型型关关系系型型类别类别教员号教员号逻辑模型逻辑模型概念模型向逻辑模型的转化概念模型向逻辑模型的转化概念模型向逻辑模型的转化概念模型向逻辑模型的转化教教学学系系统统需需求求分分析析和和数数据据分分析析2525教员号E-RE-R模型向关系模型的转化模型向关系模型的转化模型向关系模型的转化模型向关系模型的转化262698601 C6038598601 C6019098601 C6048798601选课关系选课关系学号学号 课程号课程号分数分数C6029098602 C6019098604张张 兵兵20男男98602性别性别学生关系学生关系学号学号姓名姓名 年龄年龄李李 波波23男男98603陈志坚陈志坚21男男98601王晓燕王晓燕20女女98605张张 兵兵21女女课程关系课程关系课程号课程号 课程名课程名学时学时C60230C60385C60140物理物理化学化学体育体育副教授副教授教员关系教员关系姓名姓名年龄年龄职称职称陈华陈华35讲师讲师刘建平刘建平44讲师讲师周周振兴振兴511教员号教员号3教员号教员号课程号课程号C603C602任课关系任课关系C601授课类别授课类别选修选修必修必修必修必修