數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫原理與應用分析報告

數(shù)據(jù)庫原理與應用教材和參考書教材：孫建伶、林懷忠編，《數(shù)據(jù)庫原理與應用》（第1版），高等教育出版社，2006年5月。參考教材：薩師煊、王珊，《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》（第三版），高等教育出版社，2004年4月。回顧你們學過或使用過哪些數(shù)據(jù)庫？你們認為數(shù)據(jù)庫是什么?（談談對數(shù)據(jù)庫的認識）為什么要學習數(shù)據(jù)庫？數(shù)據(jù)庫，顧名思義，是存入數(shù)據(jù)的倉庫。只不過這個倉庫是在計算機存儲設備上的，而且數(shù)據(jù)是按一定格式存放的。當年人們把數(shù)據(jù)存放在文件柜中，現(xiàn)在人們借助計算機和數(shù)據(jù)庫科學技術保存大量的數(shù)據(jù)，以便能更好的利用這些數(shù)據(jù)資源?，F(xiàn)在網(wǎng)絡提倡的理念是交互,那么想實現(xiàn)互動就必須用到數(shù)據(jù)庫.課程引言本課程的主要內(nèi)容1、數(shù)據(jù)庫概論2、關系數(shù)據(jù)模型和關系運算3、關系數(shù)據(jù)庫語言SQL4、實體—聯(lián)系方法5、關系數(shù)據(jù)庫的設計6、數(shù)據(jù)存儲與查詢優(yōu)化7、數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)上機實踐第一章

數(shù)據(jù)庫概論本章主要內(nèi)容數(shù)據(jù)庫的應用數(shù)據(jù)庫的基本概念數(shù)據(jù)庫的主要特征數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫用戶和系統(tǒng)管理員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構引言1963年，美國Honeywell公司的IDS（Integrated

Data

Store系統(tǒng)投入運行，揭開了數(shù)據(jù)庫技術的序幕。20世紀70年代是數(shù)據(jù)庫蓬勃發(fā)展的年代，網(wǎng)狀系統(tǒng)和層次系統(tǒng)占據(jù)了整個數(shù)據(jù)庫商用市場，而關系系統(tǒng)僅處于實驗階段。20世紀80年代，關系系統(tǒng)由于使用簡便以及硬件性能的改善，逐步代替網(wǎng)狀系統(tǒng)和層次系統(tǒng)占領了市場。20世紀90年代，關系數(shù)據(jù)庫已成為數(shù)據(jù)庫技術的主流。進入21世紀以后，有人提出對象數(shù)據(jù)庫技術、非關系數(shù)據(jù)庫技術（nosql）問題什么是數(shù)據(jù)？什么是信息？數(shù)據(jù)和信息有什么區(qū)別和聯(lián)系？請舉出數(shù)據(jù)的例子。1.1數(shù)據(jù)和信息這是數(shù)據(jù)嗎？《數(shù)據(jù)庫原理與應用》課程的任課老師是我，有

67名學生選修這門課程；《軟件工程》課程的任課老師是石老師，有57名學生選修這門課程;《互聯(lián)網(wǎng)體系結構》課程的任課老師是王老師，有60名學生選修這門課程；……什么是數(shù)據(jù)？數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象數(shù)據(jù)的定義數(shù)據(jù)是對客觀事物的符號表示，在計算機科學中是指所有能輸入到計算機中并被計算機程序處理的符號的總稱。數(shù)據(jù)的種類文字、圖形、圖像、聲音信息抽象成數(shù)據(jù)課程名稱任課教師選課人數(shù)數(shù)據(jù)庫原理張然67軟件工程石老師57互聯(lián)網(wǎng)體系結構王老師60我是《數(shù)據(jù)庫原理》課程的任課老師，有67名學生選修這門課程；《軟件工程》課程的任課老師是石老師，有57名學生選修這門課程；《互聯(lián)網(wǎng)體系結構》課程的任課老師是王老師，有60名學生選修這門課程；……課程信息表數(shù)據(jù)與其語義是不可分的如：課程信息表中的一條課程記錄（數(shù)據(jù)庫原理，張然，67）數(shù)據(jù)的形式不能完全表達其信息，需要經(jīng)過解釋語義（數(shù)據(jù)含義的說明）：課程名稱、任課教師、選課人數(shù)解釋：《數(shù)據(jù)庫原理》這門課程的任課教師是張然，選修該課程的學生人數(shù)是67人。數(shù)據(jù)與信息之間的關系是什么？信息與數(shù)據(jù)之間存在著固有聯(lián)系：數(shù)據(jù)是信息的符號表示或稱為載體；信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是對數(shù)據(jù)語義的解釋。問題什么是數(shù)據(jù)處理？包括哪些活動？數(shù)據(jù)管理包括哪些工作？數(shù)據(jù)處理是與數(shù)據(jù)管理的關系是什么？數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理什么是數(shù)據(jù)處理?圍繞著數(shù)據(jù)所做的工作都可稱為數(shù)據(jù)處理。即對各種數(shù)據(jù)進行收集、管理、加工和傳播的一系列活動的總和。如：對全班學生信息進行收集、存儲和查詢。數(shù)據(jù)處理包括哪些工作？數(shù)據(jù)管理：收集信息、將信息用數(shù)據(jù)表示并按類別組織保存；收集和整理數(shù)據(jù)；組織和保存數(shù)據(jù)；進行數(shù)據(jù)維護；提供數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。數(shù)據(jù)加工：對數(shù)據(jù)進行變換、抽取和運算；數(shù)據(jù)傳播：在空間或時間上以各種形式傳播信息，而不改變數(shù)據(jù)的結構、性質(zhì)和內(nèi)容；數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)處理的關系是什么？數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理業(yè)務的基本環(huán)節(jié)，而且是任何數(shù)據(jù)處理業(yè)務中必不可少的共有部分。應研制有效的數(shù)據(jù)管理軟件，以減少程序員的負擔。數(shù)據(jù)處理是與數(shù)據(jù)管理相聯(lián)系的，數(shù)據(jù)管理技術的優(yōu)劣，將直接影響數(shù)據(jù)處理的效率。1.2數(shù)據(jù)庫技術的基本術語定義1.1

數(shù)據(jù)庫（Database，簡記為DB）DB是長期存儲在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的、統(tǒng)一管理的相關數(shù)據(jù)的集合。DB的特點：數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存可為各種用戶共享冗余度較小數(shù)據(jù)獨立性較高易擴展學生數(shù)據(jù)庫（舉例）定義1.2

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database

ManagementSystem，簡記為DBMS）DBMS是位于用戶與操作系統(tǒng)（OS）之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它為用戶或應用程序提供訪問DB的方法，包括DB的建立、查詢、更新及各種數(shù)據(jù)控制。層次型、網(wǎng)狀型、關系型、面向?qū)ο笮偷菵BMS

OSDB用途:能夠科學地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護數(shù)據(jù)分類：DBMS總是基于某種數(shù)據(jù)模型，可以分為用戶定義1.3

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database

System，簡記為DBS）DBS是實現(xiàn)有組織地、動態(tài)地存儲大量關聯(lián)數(shù)據(jù)、方便多用戶訪問的計算機硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源組成的系統(tǒng)即它是采用數(shù)據(jù)庫技術的計算機系統(tǒng)。–計算機硬件數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應用軟件數(shù)據(jù)庫管理員定義1.4

數(shù)據(jù)庫技術是研究數(shù)據(jù)庫的結構、存儲、設計管理和使用的一門軟件學科。數(shù)據(jù)庫的由來和發(fā)展數(shù)據(jù)處理和存儲器是什么關系？磁盤容量的發(fā)展變化存儲器的發(fā)展為數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展提供了良好的物資基礎。那么，數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展經(jīng)歷了哪些階段呢？時間（年）19561965197119781981198519952003容量（MB／軸）53010060012005000100001800001.3數(shù)據(jù)庫管理技術的發(fā)展階段數(shù)據(jù)管理技術的發(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–至今)1.3.1

人工管理階段在硬件方面，計算機的運算速度低、內(nèi)存容量小，外設還沒有磁盤等直接存取的存儲設備；在軟件方面，還沒有操作系統(tǒng)，沒有管理數(shù)據(jù)的軟件。這一階段的計算機主要用于科學計算，這個時期數(shù)據(jù)管理的特點是：數(shù)據(jù)不保存。沒有管理數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)?；旧蠜]有文件概念。數(shù)據(jù)是面向應用的。在人工管理階段，上述數(shù)據(jù)與程序關系的特點如圖1-2所示。圖1-2人工管理階段數(shù)據(jù)與程序的關系二者一一對應：不具有數(shù)據(jù)獨立性：數(shù)據(jù)結構發(fā)生變化時，應用程序必須做相應的修改。1.3.2

文件系統(tǒng)階段產(chǎn)生的時期–50年代末--60年代中產(chǎn)生的背景應用需求硬件水平軟件水平處理方式科學計算、信息管理磁盤、磁鼓高級語言和操作系統(tǒng)（有文件系統(tǒng)）聯(lián)機實時處理、批處理文件系統(tǒng)管理階段有以下幾個特點：數(shù)據(jù)存在文件中，文件可長期保存在外存。程序和數(shù)據(jù)有了一定的獨立性。文件已多樣化。數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位。在文件系統(tǒng)階段，數(shù)據(jù)與程序的關系如圖1-3所示。圖1-3文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)與程序的關系在文件系統(tǒng)階段，用戶雖有了一定的方便，但仍有很多缺點。這主要表現(xiàn)在以下兩個方面：數(shù)據(jù)冗余度大。數(shù)據(jù)和程序缺乏獨立性。文件之間是孤立的、不能反映現(xiàn)實世界中事物之間的內(nèi)在聯(lián)系。1.3.3

數(shù)據(jù)庫階段數(shù)據(jù)管理技術進入數(shù)據(jù)庫階段的標志是20世紀60年代末的三件大事

（數(shù)據(jù)模型后面講到）1968年美國IBM公司推出層次模型的IMS系統(tǒng)。1969年美國CODASYL（Conference

on

Data

System

Languages數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)會）組織發(fā)布了DBTG報告，總結了當時各式各樣的數(shù)據(jù)庫，提出了網(wǎng)狀模型。

1970年美國IBM公司的E.F.Codd連續(xù)發(fā)表論文，提出關系模型，奠定了關系數(shù)據(jù)庫的理論基礎。產(chǎn)生的背景應用背景硬件背景軟件背景處理方式大規(guī)模管理大容量磁盤有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)聯(lián)機實時處理,分布處理,批處理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特征在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，由DBMS集中統(tǒng)一管理整個組

織的全部數(shù)據(jù)，統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行。數(shù)據(jù)的結構化數(shù)據(jù)高共享、低冗余和大容量可靠性高提供各種安全性功能具有較高的數(shù)據(jù)和程序獨立性1.4

數(shù)據(jù)獨立性定義 數(shù)據(jù)獨立性（data

independence）是指應用程序和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結構之間相互獨立，不受影響。數(shù)據(jù)獨立性分成物理數(shù)據(jù)獨立性和邏輯數(shù)據(jù)獨立性兩個級別。書本5頁數(shù)據(jù)庫的三級模式結構數(shù)據(jù)庫的體系結構分為三級：外部級（External）概念級（Conceptual）內(nèi)部級（Internal）也稱為“三級模式結構”，或“數(shù)據(jù)抽象的三個級別”。模式結構中的五個要素定義1

概念模式（conceptnal

schema）是數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)整體邏輯結構的描述。定義2

外模式（external

schema）是用戶與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接是用戶用到的那部分數(shù)據(jù)的描述。定義3

內(nèi)模式（internal

schema）是數(shù)據(jù)庫在物理存儲方面描述，定義所有內(nèi)部記錄類型、索引和文件的組織方式，以及數(shù)據(jù)控制方面的細節(jié)。定義4

模式／內(nèi)模式映象存在于概念級和內(nèi)部級之間，用于定義概念模式和內(nèi)模式之間的對應性。定義5

外模式／模式映象存在于外部級和概念級之間，用于定義外模式和概念模式之間的對應性。1.5

數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)化過程：信息世界也叫觀念世界，是現(xiàn)實世界在人腦中的反映?，F(xiàn)實世界中的事物和事物特性在信息世界中分別反映為實體和實體的屬性。人們用概念模型來描述信息世界。數(shù)據(jù)世界是信息世界數(shù)據(jù)化后的產(chǎn)物。信息世界中的實體和屬性在數(shù)據(jù)世界中分別成為記錄和數(shù)據(jù)項。人們用數(shù)據(jù)模型來描述數(shù)據(jù)世界?，F(xiàn)實世界、信息世界和數(shù)據(jù)世界的關系如圖1-1所示。圖1-1三個世界的關系1.5.1數(shù)據(jù)模型的定義模型是對現(xiàn)實世界特征的模擬和抽象，可分為：

概念模型：是按用戶觀點對數(shù)據(jù)建模，是對現(xiàn)實世界的第一層抽象。如：實體—聯(lián)系模型（E—R模型）。

數(shù)據(jù)模型：是直接面向數(shù)據(jù)庫的邏輯結構，是對現(xiàn)實世界的第二層抽象。它應包含數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性約束三個部分。如：層次、網(wǎng)狀、關系、面向?qū)ο蟮饶Ｐ?。?/p>

數(shù)據(jù)結構是指對實體類型和實體間聯(lián)系的表達和實現(xiàn)；②

數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫的檢索和更新（包括插入、刪除和修改）兩類操作；③

數(shù)據(jù)完整性約束給出數(shù)據(jù)及其聯(lián)系應具有的制約和依賴規(guī)則。1.5.2

實體—聯(lián)系模型E—R模型有三個基本成分：①

矩形框，用于表示實體類型（考慮問題的對象）。②

菱形框，用于表示聯(lián)系類型（實體間聯(lián)系）。③

橢圓形框，用于表示實體類型和聯(lián)系類型的屬性。圖1-7教師和課程關系的E-R圖1.5.3

層次模型用樹型（層次）結構表示實體類型及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為層次模型（hierarchical

model）。層次模型的特點是：記錄之間的聯(lián)系通過指針來實現(xiàn)，查詢效率較高。有且只有一個結點沒有雙親結點，這個結點成為跟結點。根以外的其他結點有且只有一個雙親結點圖1-10一個層次模型系編號系名辦公地點系學號姓名成績學生教研室

教研室編號 教研室職工號姓名研究方向教員教員學生數(shù)據(jù)庫模型層次模型有兩個缺點：一是只能表示1:N聯(lián)系，雖然系統(tǒng)有多種輔助手段實現(xiàn)M:N聯(lián)系但較復雜，用戶不易掌握；二是由于層次順序的嚴格和復雜，引起數(shù)據(jù)的查詢和更新操作很復雜，因此應用程序的編寫也比較復雜。1.5.4

網(wǎng)狀模型用有向圖結構表示實體類型及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為網(wǎng)狀模型（network

model）。網(wǎng)狀模型的特點是：記錄之間聯(lián)系通過指針實現(xiàn)，M:N聯(lián)系也容易實現(xiàn)（一個M:N聯(lián)系可拆成兩個1:N聯(lián)系），查詢效率較高。允許一個以上的結點無雙親一個結點可以有多于一個的雙親圖1-11網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型的缺點是：數(shù)據(jù)結構復雜和編程復雜。1.5.5

關系模型關系模型（relational

model）的主要特征是用二維表格表達實體集。與前兩種模型相比，數(shù)據(jù)結構簡單，容易為初學者理解。關系模型是由若干個關系模式組成的集合。關系模式相當于前面提到的記錄類型，它的實例稱為關系，每個關系實際上是一張二維表格。典型的關系DBMS產(chǎn)品有：DB2，Oracle,Sybase,SQL

Server和Foxbase,Access等。例1.7PART模式

(

P#，PNAME，COLOR，WEIGHT

)PROJECT模式

SUPPLIER模式P_P模式

P_S模式（J#，JNAME，DATE）（S#，SNAME，SADDR）（J#，P#，TOTAL）（P#，S#，QUANTITY）學生信息表學號姓名專業(yè)性別出生年月備注001201王敏通信工程男1978-06-10001202王林通信工程男1979-01-29有一門課不及格，待補考001203王玉民通信工程男1980-03-26001204馬琳琳通信工程女1978-02-10001206李計通信工程男1979-09-20001210李紅慶通信工程男1979-05-01已提前修完一門課001216孫祥欣通信工程男1978-03-09001218孫研通信工程男1980-10-09001220吳薇華通信工程女1980-03-18001221劉燕敏通信工程女1979-11-12001241羅林琳通信工程女1980-01-30轉(zhuǎn)專業(yè)學習1.5.6

對象模型對象數(shù)據(jù)庫是面向?qū)ο蟾拍钆c數(shù)據(jù)庫技術相結合的產(chǎn)物對象模型中的兩個基本概念：

對象（object）是現(xiàn)實世界中實體的模型化，與體概念相仿，但遠比實體復雜。

類（class）：將屬性集和方法集相同的所有對象組合在一起，就構成了一個類。對象模型的特點：能夠完整描述現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)結構，表達能力豐富。缺點是：相對復雜，涉及的知識較多。四種邏輯數(shù)據(jù)模型的比較層次模型網(wǎng)狀模型關系模型面向?qū)ο竽Ｐ蛣?chuàng)始1968年IBM公司的IMS系統(tǒng)1969年CODASYL的DBTG報告(71年通過)1970年F.Codd提出關系模型20世紀80年代數(shù)據(jù)結構復雜（樹結構）復雜（有向圖結構）簡單（二維表）復雜（嵌套遞歸）數(shù)據(jù)聯(lián)系通過指針通過指針通過表間的公共屬性通過對象標識查詢語言過程性語言過程性語言非過程性語言面向?qū)ο笳Z言典型產(chǎn)品IMSIDS/ⅡIMAGE/3000IDMSTOTALOracleSybaseDB2SQL

ServerInformixONTOS

DB盛行期20世紀70年代70年代至80年代中期80年代至現(xiàn)在90年代至現(xiàn)在1.6

數(shù)據(jù)庫用戶與系統(tǒng)管理員定義1.6.1

數(shù)據(jù)庫管理員定義1.6.2

數(shù)據(jù)庫用戶

分類書本7頁1.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結構書本8頁程序和數(shù)據(jù)間的聯(lián)系文件系統(tǒng)階段信息處