數(shù)據(jù)庫基本知識(shí)

數(shù)據(jù)庫基本知識(shí)第一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311、有M個(gè)人一起去旅游，要住賓館，假設(shè)一個(gè)房間只能住N個(gè)人，請(qǐng)問要開幾個(gè)房間？2、假設(shè)給你3瓶啤酒，商家規(guī)定，2個(gè)空酒瓶可以兌換1瓶啤酒，在不另外掏錢的情況下，最多可以喝到幾瓶啤酒？3、經(jīng)理安排你組織一臺(tái)2小時(shí)的晚會(huì)，請(qǐng)你設(shè)計(jì)出方案。小測(cè)試第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.3關(guān)系型數(shù)據(jù)庫講解提綱第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介思考：全校學(xué)生成績管理系統(tǒng)包括哪些數(shù)據(jù)？應(yīng)該如何保存？數(shù)據(jù)管理：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的中心問題數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程人工管理階段(40年代中--50年代中)文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31一、人工管理時(shí)期40年代中--50年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算 硬件水平 無直接存取存儲(chǔ)設(shè)備 軟件水平 沒有操作系統(tǒng) 處理方式 批處理 主要特點(diǎn)：數(shù)據(jù)包含在程序中，程序員設(shè)計(jì)程序的同時(shí)也要考慮數(shù)據(jù)的存貯第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31人工管理(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)不保存。數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：無共享、冗余度極大數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：不獨(dú)立，完全依賴于程序數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(人工管理)

應(yīng)用程序１數(shù)據(jù)集１應(yīng)用程序２數(shù)據(jù)集２應(yīng)用程序ｎ數(shù)據(jù)集n...…...…第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31二、文件系統(tǒng)時(shí)期50年代末--60年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算、管理 硬件水平 磁盤、磁鼓 軟件水平 有文件系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理 第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31文件系統(tǒng)(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可長期保存數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：共享性差、冗余度大數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu),整體無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：獨(dú)立性差，改變數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)則必須修改應(yīng)用程序數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(文件系統(tǒng))應(yīng)用程序１文件１應(yīng)用程序２文件2應(yīng)用程序ｎ文件n存取方法...…...…第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時(shí)期60年代末以來產(chǎn)生的背景應(yīng)用背景 大規(guī)模管理 硬件背景 大容量磁盤 軟件背景 有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理,分布處理,批處理 第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：現(xiàn)實(shí)世界 數(shù)據(jù)的共享程度：共享性高 數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性 數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：整體結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)控制能力：由DBMS統(tǒng)一管理和控制第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫…第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31數(shù)據(jù)庫階段信息處理方式的演變第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31數(shù)據(jù)的高共享性的好處降低數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)省存儲(chǔ)空間避免數(shù)據(jù)間的不一致性使系統(tǒng)易于擴(kuò)充獨(dú)立性強(qiáng)，數(shù)據(jù)與程序獨(dú)立存放第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31數(shù)據(jù)獨(dú)立性物理獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一。數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的真正結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)模型描述，無需程序定義和解釋。數(shù)據(jù)可以變長。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)（dataitem），也稱為字段（field），列（column）。第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)使每個(gè)用戶只能按指定方式使用和處理指定數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31DBMS對(duì)數(shù)據(jù)的控制功能并發(fā)（Concurrency）控制對(duì)多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果。數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.2.1數(shù)據(jù)庫的定義1.2.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)1.2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.2.1數(shù)據(jù)庫的定義人們收集并抽取出一個(gè)應(yīng)用所需要的大量數(shù)據(jù)之后，應(yīng)將其保存起來以供進(jìn)一步加工處理，進(jìn)一步抽取有用信息數(shù)據(jù)庫的定義數(shù)據(jù)庫(Database,簡稱DB)是長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合、數(shù)據(jù)庫由若干數(shù)據(jù)庫文件和輔助文件組成分類：網(wǎng)狀，層次，關(guān)系，共3類，稱為3種數(shù)據(jù)模型，最重要的是關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫的主要內(nèi)容就是表（table）第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31關(guān)系數(shù)據(jù)庫中最主要的成分是表第二十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.2.1數(shù)據(jù)庫的定義數(shù)據(jù)庫的特征數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存，邏輯性（logic）強(qiáng)共享性（shareable）好冗余度（redundancy）較小數(shù)據(jù)獨(dú)立性（independency）較高易于擴(kuò)充（expansion）第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31數(shù)據(jù)庫的基本模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模型：每個(gè)記錄看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，任何節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間可建立關(guān)聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層次數(shù)據(jù)庫模型：分層管理數(shù)據(jù)，形成單位行政機(jī)構(gòu)、家族式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫模型：以二維表形式組織數(shù)據(jù)，每一行稱為一條記錄，每一列是一個(gè)屬性，稱為一個(gè)字段數(shù)據(jù)庫的分類第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.2.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem-DBMS）在操作系統(tǒng)的支持下，幫助用戶建立、使用和管理數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)。通常包含數(shù)據(jù)描述語言（DDL）、數(shù)據(jù)操作語言（DML）以及管理和控制程序三個(gè)組成部分。

第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31DBMS的組成數(shù)據(jù)描述語言（DML－DataDescriptionLanguage）：用來描述數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，供用戶建立數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)操作語言（DML－DataManipulationLangUage）：供用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢（數(shù)據(jù)的檢索和統(tǒng)計(jì)等）和處理（數(shù)據(jù)的增加、刪除和修改等）等操作。管理和控制程序：包括安全管理、通信控制和工作日志管理等程序。第二十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶，共有4類：系統(tǒng)程序員負(fù)責(zé)整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，根據(jù)用戶的需求安裝數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，建立維護(hù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及相關(guān)軟件的工具，設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)庫及表文件，對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫存取權(quán)限做出規(guī)劃。數(shù)據(jù)庫管理員（DBA－DatabaseAdministrator）DBA是支持?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)人員，決定數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，維護(hù)數(shù)據(jù)，管理帳號(hào)，備份及恢復(fù)數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)效率。第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31應(yīng)用程序員負(fù)責(zé)編寫訪問數(shù)據(jù)庫的面向終端用戶的應(yīng)用程序，是用戶可以友好地使用數(shù)據(jù)庫?？梢允褂肰isualBasic、Java、.net、Delphi、PHP、ASP、JSP等語言訪問數(shù)據(jù)庫。操作員操作應(yīng)用程序軟件來訪問數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)完成日常工作，不關(guān)心數(shù)據(jù)庫的具體格式及其維護(hù)和管理問題。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶(續(xù)）第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.2.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)大型數(shù)據(jù)庫由一臺(tái)性能很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)（稱為主機(jī)或者數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）負(fù)責(zé)處理龐大的數(shù)據(jù)，用戶通過終端機(jī)與大型主機(jī)相連，以存取數(shù)據(jù)。如Oracle，Sybase，IBMDB2，Informix，SQLServer。中小型數(shù)據(jù)庫在用戶較少、數(shù)據(jù)量不大的情況下，可使用本地小型數(shù)據(jù)庫。一般是由個(gè)人建立的個(gè)人數(shù)據(jù)庫。如：Access，F(xiàn)oxpro，MySQL。Excel也可以認(rèn)為是簡單數(shù)據(jù)庫。分布式數(shù)據(jù)庫分布式數(shù)據(jù)庫就是為了解決大型數(shù)據(jù)庫反應(yīng)緩慢的問題而提出的，它是由多臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成，數(shù)據(jù)可來自不同的服務(wù)器。客戶機(jī)/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫

利用網(wǎng)絡(luò)將終端機(jī)（一般為微機(jī)）和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，終端從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中存取數(shù)據(jù)，并分擔(dān)服務(wù)器的部分運(yùn)算任務(wù)，以分散數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，這樣數(shù)據(jù)庫服務(wù)器就不必是價(jià)格昂貴的大型主機(jī)了，采用客戶機(jī)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.3關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

1.3.1關(guān)系型數(shù)據(jù)庫定義1.3.2關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與表1.3.3主鍵與外鍵1.3.4字段約束1.3.5數(shù)據(jù)完整性

1.3.6表的關(guān)聯(lián)

第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.3.1關(guān)系數(shù)據(jù)庫定義關(guān)系型數(shù)據(jù)庫概念是由E．F．Codd1976年6月博士提出的。數(shù)據(jù)庫模型（數(shù)據(jù)模型）分為三種類型：網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫、層次數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。而關(guān)系型數(shù)據(jù)庫之所以能被廣泛的應(yīng)用,是因?yàn)樗鼘⒚總€(gè)具有相同屬性的數(shù)據(jù)獨(dú)立地存儲(chǔ)在一個(gè)表中。它解決了層次型數(shù)據(jù)庫的橫向關(guān)聯(lián)不足的缺點(diǎn)，也避免了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)過于復(fù)雜的問題。我們所看到的數(shù)據(jù)庫都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是指一些相關(guān)的表和其他數(shù)據(jù)庫對(duì)象的集合。第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.3.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫與表

數(shù)據(jù)庫是由多個(gè)表和其他數(shù)據(jù)庫對(duì)象（如約束關(guān)系，用戶，安全性，日志）組成的。在數(shù)據(jù)庫中，表是一種最基本的數(shù)據(jù)庫對(duì)象，類似于電子表格，是由行和列組成的，除第一行(表頭)以外，數(shù)據(jù)庫表中的每一行通常稱為一條記錄（也叫無組），表中的每一列稱為一個(gè)字段，表頭的各列給出了各個(gè)字段的名稱，可以稱為表結(jié)構(gòu)。如下圖所示。第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31關(guān)系數(shù)據(jù)庫與表（續(xù)）第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.3.3主鍵與外鍵關(guān)系模型要求數(shù)據(jù)庫表中的每行記錄都必須是惟一的，而不允許出現(xiàn)完全相同的記錄。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫表時(shí)，可以通過定義主鍵(PrimaryKey)來保證記錄(實(shí)體)的惟一性。每個(gè)數(shù)據(jù)庫表都有且只有一個(gè)主鍵。一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫可能包含多個(gè)表，可以通過外鍵(ForeignKey)使這些表之間關(guān)聯(lián)起來。學(xué)生信息表課程信息表

學(xué)號(hào)姓名性別班級(jí)0901張三男09310902李四女09990890王小二男0808課程號(hào)課程名任課老師課時(shí)B01JAVA劉一72D15英語劉二54F08VB劉三妹68第三十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31主鍵與外鍵（續(xù)）下圖的“成績表”中有兩個(gè)外鍵，一個(gè)是學(xué)號(hào)“student_id”，其詳細(xì)信息存儲(chǔ)在“學(xué)生表”中；另一個(gè)是課程編號(hào)“course_no”，其詳細(xì)信息存儲(chǔ)在“課程表”中。“成績表”和“學(xué)生表”各有一個(gè)“學(xué)號(hào)”字段，該字段在“成績表”中是外鍵，在“學(xué)生表”中則是主鍵，但這兩個(gè)字段的數(shù)據(jù)類型以及字段寬度必須完全一樣，字段的名稱可以相同，也可以不相同。第三十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.3.4字段約束設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫表時(shí)，可對(duì)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。表級(jí)約束是一個(gè)表中幾個(gè)字段的約束，字段級(jí)約束則是對(duì)表中一個(gè)字段的約束。

PRIMARYKEY

即主鍵，用來保證表中每條記錄的唯一性。設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫表時(shí)，可用一個(gè)字段或多個(gè)字段(最多16個(gè)字段)的組合作為這個(gè)表的主鍵。用單個(gè)字段作為主鍵時(shí)，使用字段約束；用字段組合作為主鍵時(shí)，則使用表級(jí)約束。

FOREIGNKEY

外鍵字段與其他表中的主鍵字段或具有唯一性的字段相對(duì)應(yīng)，其值必須在所引用的表中存在，而且所引用的表必須存放在同一數(shù)據(jù)庫中。第三十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31字段約束

NULL與NOTNULL

（空值/非空值）

若在一個(gè)字段中允許不輸入數(shù)據(jù)，則可以將該字段定義為NULL，如果在一個(gè)字段中必須輸入數(shù)據(jù)，則應(yīng)當(dāng)將該字段定義為NOTNULL。NULL值既不等價(jià)于數(shù)值型數(shù)據(jù)中的0，也不等價(jià)于字符型數(shù)據(jù)中的空字符串。UNIQUE（唯一）如果一個(gè)字段值不允許重復(fù)，則應(yīng)當(dāng)對(duì)該字段添加UNIQUE約束。與主鍵不同的是，在UNIQUE字段中允許出現(xiàn)NULL值，但為保持唯一性，最多只能出現(xiàn)一次NULL值。CHECK（檢查）

CHECK約束用于檢查一個(gè)字段或整個(gè)表的輸入值是否滿足指定的檢查條件。DEFAULT（默認(rèn)值）

DEFAULT約束用于指定一個(gè)字段的默認(rèn)值，當(dāng)尚未在該字段中輸入數(shù)據(jù)時(shí)，該字段中將自動(dòng)填入這個(gè)默認(rèn)值。第三十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/311.3.5數(shù)據(jù)完整性實(shí)體完整性(EntityIntegrity)

實(shí)體完整性用于保證數(shù)據(jù)庫表中的每一條記錄都是唯一的，建立主鍵的目的就是為了實(shí)施實(shí)體完整性。一個(gè)表中的主鍵不能取空值，也不能取重復(fù)的值。例如，選擇“學(xué)號(hào)”字段作為“學(xué)生表”中的主鍵時(shí)，每一條記錄中的“學(xué)號(hào)”字段值就應(yīng)輸入一個(gè)非空值，而且必須是各不相同的。域完整性(DomainIntegrity)

域完整性用于保證給定字段中數(shù)據(jù)的有效性，即保證數(shù)據(jù)的取值在有效的范圍內(nèi)。

例如，限制“成績”字段的值是在0到100之間；在“成績表”中“學(xué)號(hào)”字段是一個(gè)外鍵，該字段的值只能是“學(xué)生表”已經(jīng)存在的學(xué)號(hào)，如果在該字段中輸入“學(xué)生表”所沒有的學(xué)號(hào)，也將破壞該字段的域完整性。第三十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期六2023/5/31數(shù)據(jù)完整性參照完整性(ReferentialIntegrity)

參照完整性是用于確保相關(guān)聯(lián)的表間的數(shù)據(jù)保持一致。當(dāng)添加、刪除或修改數(shù)據(jù)庫表中的記錄時(shí)，可以借助于參照完整性來保證相關(guān)聯(lián)