05-06年第二學期數(shù)據(jù)庫原理教案

1、第一章緒 論知識要點：本章介紹了數(shù)據(jù)庫的基本概念、介紹了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理員、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念。介紹了數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷程。數(shù)據(jù)庫的概念數(shù)據(jù)庫是相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合， 它用綜合的方法組織數(shù)據(jù)， 具有較小的數(shù)據(jù)冗余， 可供多個用戶共享， 具有較高的數(shù)據(jù)獨立性， 具有安全控制機制， 能夠保證數(shù)據(jù)的安全、 可靠，允許并發(fā)地使用數(shù)據(jù)庫， 能有效、及時地處理數(shù)據(jù)，并能保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。 相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是孤立的，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間是相互關(guān)聯(lián)的。也就是說， 在數(shù)據(jù)庫中不僅要能夠表示數(shù)據(jù)本身，還要能夠表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。用綜合的方法組織數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫能夠根據(jù)不同的需要按不同的方

2、法組織數(shù)據(jù)。較小的數(shù)據(jù)冗余與數(shù)據(jù)共享文件系統(tǒng)時：人事子系統(tǒng)教育子系統(tǒng)職工基本情況有關(guān)人事管理的數(shù)據(jù)職工基本情況有關(guān)教育培訓的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時：人事子系統(tǒng)教育子系統(tǒng)有關(guān)人事管理的數(shù)據(jù)職工基本情況有關(guān)教育培訓的數(shù)據(jù)較高的數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)獨立性是指數(shù)據(jù)的組織和存儲方法與應用程序互不依賴、彼此獨立的特性。此特性可以極大地降低應用程序的開發(fā)代價和維護代價。保證數(shù)據(jù)的安全、可靠數(shù)據(jù)庫技術(shù)要能夠保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是安全、可靠的。 數(shù)據(jù)庫主要從兩方面保證數(shù)據(jù)的安全可靠。有效地防止數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)被非法使用或非法修改（通過安全機制實現(xiàn)）數(shù)據(jù)遭到破壞時能立刻將數(shù)據(jù)完全恢復（通過備份恢復機制實現(xiàn)）保證數(shù)據(jù)的正確性保證數(shù)

3、據(jù)正確的特性在數(shù)據(jù)庫中稱之為數(shù)據(jù)完整性。允許并發(fā)地使用數(shù)據(jù)庫并保證數(shù)據(jù)的一致性在多個用戶同時使用數(shù)據(jù)庫時，證不產(chǎn)生沖突和矛盾，保證數(shù)據(jù)的一致性和正確性。（ 舉 例 ）能夠保數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBase Management System 簡稱 DBMS ）DBMS 就是管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件，是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)管理軟件。它的任務就是：對數(shù)據(jù)資源進行管理，并且使之能為多個用戶所共享，同時還能保證數(shù)據(jù)的安全性、可靠性、完整性、一致性，還要保證數(shù)據(jù)庫的高度獨立性。它應該具有如下功能：數(shù)據(jù)庫定義功能、數(shù)據(jù)庫操縱功能、數(shù)據(jù)庫查詢功能、數(shù)據(jù)庫控制功能、數(shù)據(jù)庫通訊功能數(shù)據(jù)庫管理和數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)

4、據(jù)庫管理的重要性把大量的數(shù)據(jù)放在同一個數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)會不會產(chǎn)生沖突？會不會有越權(quán)使用數(shù)據(jù)的現(xiàn)象？重要數(shù)據(jù)會不會丟失？這些問題非常重要，因此需要有一個數(shù)據(jù)庫管理部門來負責和數(shù)據(jù)庫有關(guān)的所有工作。數(shù)據(jù)庫管理員（DataBase Administrator， DBA）:數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理原始負責數(shù)據(jù)庫的建立是和維護的專門人員。1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成，它包括：數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件DBMS支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的計算機硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)環(huán)境管理和使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人方便使用和管理系統(tǒng)的各種技術(shù)說明書和使用說明書。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)據(jù)庫技術(shù)是應數(shù)據(jù)管理的需

5、要產(chǎn)生的。數(shù)據(jù)管理市支隊數(shù)據(jù)進行分類、住址、編碼、存儲、檢索和維護，它是數(shù)據(jù)處理的中心問題。隨著計算機技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，在應用需求的推動下，在計算機硬件、 軟件發(fā)展的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)庫技術(shù)經(jīng)歷了以下三個階段：?人工管理階段（20 世紀 50 年代以前）?文件系統(tǒng)階段（20 世紀 50 年代后期到60 年代中期）?數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段及其發(fā)展過程（20 世紀 60 年代后期開始）數(shù)據(jù)庫的研究領(lǐng)域?數(shù)據(jù)模型：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷?應用領(lǐng)域：政府、企業(yè)、金融、交通、教育、科研等?計算機技術(shù)：分布式技術(shù)、并行技術(shù)、人工智能、多媒體、等數(shù)據(jù)庫技術(shù)的廣泛應用領(lǐng)域和發(fā)展方向?各種基于數(shù)據(jù)管理的

6、信息系統(tǒng)?因特網(wǎng)上的Web 數(shù)據(jù)庫?多媒體數(shù)據(jù)庫?工程數(shù)據(jù)庫?輔助決策支持?人工智能領(lǐng)域的知識庫?第二章數(shù)據(jù)模型和三層模式數(shù)據(jù)庫目標： 掌握E-R方法，熟悉概念數(shù)據(jù)模型和傳統(tǒng)的三大數(shù)據(jù)模型：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型。了解數(shù)據(jù)庫的三層結(jié)構(gòu)及DBMS 的層次結(jié)構(gòu)。信息結(jié)構(gòu)與E-R 方法 1、數(shù)據(jù)的三種范疇數(shù)據(jù)從現(xiàn)實生活進入到數(shù)據(jù)庫實際上經(jīng)歷了三個階段：現(xiàn)實世界階段、信息世界階段、機器世界階段，成為數(shù)據(jù)的三種范疇。數(shù)據(jù)在三種范疇中的概念、術(shù)語有些不同?，F(xiàn)實世界范疇所有客觀對象信息世界范疇條理化的信息機器世界范疇數(shù)據(jù)庫實體集實體記錄集文件實 體實體記錄記錄特 征屬 性字段或數(shù)據(jù)項標識特征標識屬性關(guān)

7、鍵字2、實體聯(lián)系方法（E-R 方法）E-R 方法：描述現(xiàn)實世界的信息結(jié)構(gòu)的方法。E-R 方法的要點：實體的表示方法：在E-R 圖中用矩形框表示實體，把實體名寫在框內(nèi)聯(lián)系的表示方法：實體之間的聯(lián)系用菱形框表示，框內(nèi)寫上聯(lián)系名，并用連線與有關(guān)的實體相連。聯(lián)系的類型有三種： 一對一聯(lián)系（1： 1） 一對多聯(lián)系（1： n） 多對多聯(lián)系（m： n）屬性的表示方法：實體的屬性用橢圓框表示， 框內(nèi)寫上屬性名，并用連線連到相應實體。也可以直接將屬性名寫在實體旁邊。舉例概念數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講，數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬。數(shù)據(jù)模型分成兩個不同的層次

8、：概念模型， 也成信息模型，它是按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模；數(shù)據(jù)模型，主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取Ｋ前从嬎銠C系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展是沿著數(shù)據(jù)模型的主線展開的。概念模型用于信息世界的建模。概念模型不依賴于某一個DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，同時又可以轉(zhuǎn)換為某一DBMS支持的特定的數(shù)據(jù)模型。概念模型的特點：具有較強的寓意白哦大能力，能夠方便、直接地表達應用中的各種語義知識，簡單、清晰、易于用戶理解，是用戶與數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間進行交流的語言。1、概念模型中，實體之間聯(lián)系有三種類型。實體之間的聯(lián)系類型并不取決于實體本身，而是取決于現(xiàn)實世界的管理方法，或者說取決

9、于語義，即同樣兩個實體，如果有不同的語義則可以得到不同的聯(lián)系類型。舉例：倉庫和器件之間的聯(lián)系。如果規(guī)定一個倉庫只能存放一種器件，并且一種器件只能存放在一個倉庫，這時倉庫和器件之間的聯(lián)系是一對一的；如果規(guī)定一個倉庫可以存放多種器件，但是一種器件只能存放在一個倉庫，這時倉庫和器件之間的聯(lián)系是一對多的；如果規(guī)定一個倉庫可以存放多種器件，同時一種器件可以存放在多個倉庫，這時倉庫和器件之間的聯(lián)系是多對多的。討論實體之間聯(lián)系的意義：（通過舉例說明）同樣兩個實體，如果賦予不同的語義則有不同的設(shè)計結(jié)果。也就是說我們在概念模型中討論實體之間的聯(lián)系類型直接影響著目標數(shù)據(jù)庫的設(shè)計結(jié)果和設(shè)計質(zhì)量。2、理解和轉(zhuǎn)換多對多

10、聯(lián)系多對多聯(lián)系是一類比較復雜的聯(lián)系，一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)并不直接支持這類聯(lián)系，或者由于技術(shù)上的原因我們也不直接使用這類聯(lián)系，我們總是把多對多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一對多聯(lián)系。一個多對多的聯(lián)系實際蘊涵了兩個一對多的聯(lián)系，倉庫和器件之間的聯(lián)系是但是多對多的，它們和 “聯(lián)系 ”庫存之間的聯(lián)系都是一對多的。舉例3、連接陷阱所謂連接陷阱就是誤認為不存在聯(lián)系的兩個實體間存在聯(lián)系，誤的信息。4、概念數(shù)據(jù)模型實例研究建立一個庫存訂購數(shù)據(jù)庫。從而通過這種“聯(lián)系”獲取錯首先根據(jù)庫存和定購兩項業(yè)務確定相關(guān)的實體，然后畫出E-R 圖。庫存業(yè)務中涉及三個實體：倉庫、職工、器件。庫存業(yè)務的管理模式語義：在一個倉庫可以存放多種器件，一種

11、器件也可以 存放在多個倉庫中；一個倉庫有多個職工，而一個職工只能在一個倉庫工作；一個職工可以保管一個倉庫中的多種 器件，由于一種器件可以存放在多個倉庫中，當然可以由多名職工保管。由語義，可畫出庫存業(yè)務的局部E-R 圖。訂購業(yè)務中涉及的實體：職工、器件、供應商、定購單。訂購業(yè)務管理模式語義：一名職工可以經(jīng)手多張訂購單，但一張訂購單只能由一名職工經(jīng)手；一個供應商可以接受多張訂購單，但一張訂購單只能發(fā)給一個供應商；一個供應商可以供應多種器件，每種器件也可以由多個供應商供應；一張訂購單可以訂購多種器件，對每種器件的訂購也可以出現(xiàn)在多張訂購單上。有訂購業(yè)務的局部E-R 圖：合并兩個局部E_R 圖后，得到

12、庫存 訂購業(yè)務整體E-R 圖：系特征（屬性）倉庫倉庫號、城市、面積職工職工號、工資工作倉庫號、職工號庫存?zhèn)}庫號、器件號、數(shù)量器件器件號、器件名稱保管職工號、器件號供應供應商號、器件號其中有5 個實體和 7 個聯(lián)系，如下表： 實體或聯(lián)供 應 商供應商號、供應商名、地點訂購訂購單號、行號、器件號、數(shù)量訂 購 單 訂購單號、訂購日期接受訂單 供應商號、訂購單號發(fā)出訂單 職工號、訂購單號5、擴展Bachma 圖n展與擴Bachm圖是anE-圖類似的信息結(jié)構(gòu)和概念模型描述工具，它的要點是：R用矩形框表示實體或文件，實體名寫在矩形框的右下方；字段名寫在矩形框內(nèi)，關(guān)鍵字標以下劃線，輔助關(guān)鍵字標以虛下劃線；用

13、箭頭線表示聯(lián)系并連接相關(guān)實體，箭頭線始于父文件的連接字段（關(guān)鍵字）文件的連接字段（外部關(guān)鍵字），聯(lián)系類型標在箭頭線旁。庫存和訂貨業(yè)務的完整擴展Bachman圖，終于子2.3 傳統(tǒng)的三大數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬。數(shù)據(jù)模型分成兩個層次：概念模型，也稱信息模型，按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模；數(shù)據(jù)模型，主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷龋前从嬎銠C系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展是沿著數(shù)據(jù)模型的主線展開的。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型有三種：層次模型：用樹型結(jié)構(gòu)來表示實體之間聯(lián)系的模型稱為層次模型；網(wǎng)狀模型：用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)來表示實體之間聯(lián)系的模型稱為網(wǎng)狀模型；關(guān)系模型：用關(guān)系來表示實體之間聯(lián)系的模型稱為關(guān)系模型。數(shù)據(jù)獨立性與數(shù)據(jù)庫的三層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)獨立性是指應用程序與存儲數(shù)據(jù)相互獨立的特性。具體說，就是當修改數(shù)據(jù)的組織方法和存儲結(jié)構(gòu)時，應用程序不用修改的特性。更進一步說，數(shù)據(jù)獨立性又可分為存儲數(shù)據(jù)獨立性和概念數(shù)據(jù)獨立性。存儲數(shù)據(jù)獨立性：修改存儲文件的組織方法和結(jié)構(gòu)時應用程序不用修改的特性。實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)獨立性：通過兩層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。好處：大大節(jié)省程序的維護代價！概念數(shù)據(jù)獨立性：修改概念文件的結(jié)構(gòu)時應用程序不用修改的特性。實現(xiàn)概念數(shù)據(jù)獨立性：通過三層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)結(jié)論：