第1章数据库基础知识课件.ppt

1、课程性质与设置目的课程性质与设置目的性质性质计算机相关所有专业的必修课、专业课计算机相关所有专业的必修课、专业课数据库技术是计算机软件学科的重要分支数据库技术是计算机软件学科的重要分支应用领域广大应用领域广大目的目的掌握数据库的基本原理和方法掌握数据库的基本原理和方法掌握数据库管理系统软件掌握数据库管理系统软件SQL SERVER的基的基本使用方法本使用方法能应用能应用数据库管理软件数据库管理软件和和开发工具开发工具开发数据开发数据库系统库系统课程教材及参考书课程教材及参考书教材教材数据库系统原理及应用教程数据库系统原理及应用教程(机械工业出版社机械工业出版社)自学参考书自学参考书萨师煊，王珊

2、：数据库系统概论萨师煊，王珊：数据库系统概论(高等教育出高等教育出版社）版社）SQL Server 2005相关书籍相关书籍ASP、VB等数据库系统开发相关书籍等数据库系统开发相关书籍课程学习方法课程学习方法理论学习理论学习上课认真听，掌握基本概念上课认真听，掌握基本概念课下看课件、多看例题，多做习题课下看课件、多看例题，多做习题理论指导实践，实践提高认识理论指导实践，实践提高认识实践学习实践学习勤思考，多动手（动笔）勤思考，多动手（动笔）上机发现打游戏一次扣上机发现打游戏一次扣5分分发现拷贝他人作业一次发现拷贝他人作业一次,本次作业不得分，并本次作业不得分，并倒扣一次作业分数倒扣一次作业分数

3、课程考试课程考试考核方式考核方式总成绩总成绩100平时成绩（平时成绩（40%）闭卷考试）闭卷考试（60%）平时成绩：包括书面作业、上机实验、考勤平时成绩：包括书面作业、上机实验、考勤生活中的数据库生活中的数据库举出你用过的三个数据库举出你用过的三个数据库案例案例1 身份证数据库身份证数据库第二代身份证登记信息：第二代身份证登记信息：登记项目（姓名、性别、民族、出生、住址、登记项目（姓名、性别、民族、出生、住址、公民身份号码公民身份号码 公民的政治、经济等权益和事务，比如说办公民的政治、经济等权益和事务，比如说办理个人信贷、入学、就业、办理出国护照、理个人信贷、入学、就业、办理出国护照、参与股票

4、期货交易等内容参与股票期货交易等内容 案例案例2 搜索引擎搜索引擎案例案例3 图书馆图书馆案例案例4 超市购物系统超市购物系统问题：超市购物系统数据库有哪些用处盘点、补充货架、进货盘点、补充货架、进货哪些物品经常被顾客购买？哪些物品经常被顾客购买？一般用户的购买过程中是否存在一定的购买一般用户的购买过程中是否存在一定的购买时间序列？时间序列？同一次购买中，哪些商品经常会被一起购买？同一次购买中，哪些商品经常会被一起购买？啤酒与尿布的故事某大型超市发现每到周末，啤酒与尿布的销量就会同时大增，这是什么原因呢？经过研究人员分析发现，原来家里的太太们让丈夫们去超市给孩子买尿布，而丈夫们在买尿布的时候往

5、往顺便买上几瓶啤酒回去喝。这样就产生了这个比较奇怪的现象。处理：处理：重新布置了货架，啤酒类商品、婴儿尿重新布置了货架，啤酒类商品、婴儿尿布、土豆片之类的佐酒小食品、男士们日常生活布、土豆片之类的佐酒小食品、男士们日常生活用品就近布置。用品就近布置。结果：上述几种商品的销量几乎马上成倍结果：上述几种商品的销量几乎马上成倍增长增长案例案例5 电子商务网站电子商务网站北京市政务网北京市政务网奥运网站奥运网站几乎所有网站几乎所有网站卡拉卡拉OK点歌系统点歌系统案例案例6同学们申请同学们申请QQ的时候，要填写一个个的时候，要填写一个个人的信息人的信息 1.1 数据库的特点及概念数据库的特点及概念 1.

6、1.1 信息与数据信息与数据 1.1.2 数据管理与数据库数据管理与数据库 1.1.3 数据库管理系统与数据库应用系统数据库管理系统与数据库应用系统1.2 数据库系统及发展数据库系统及发展 1.2.1 手工管理数据阶段手工管理数据阶段 1.2.2 文件系统数据管理的特点和缺陷文件系统数据管理的特点和缺陷 1.2.3 数据库系统发展历程和研究方向数据库系统发展历程和研究方向 1.2.4 数据库系统管理数据的特点数据库系统管理数据的特点 1.3 数据库系统的结构数据库系统的结构 1.3.1 数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构 1.3.2 数据库管理系统的功能结构数据库管理系统的功能结构 1.

7、3.3 数据库系统的三级数据模式结构数据库系统的三级数据模式结构第第1章章 数据库基础知识数据库基础知识 1.1.1 信息与数与数据信息信息(Information)(Information)：广义地说，就是人类的一切：广义地说，就是人类的一切生存活动和自然存在所传达出来的信号和消息；是客观生存活动和自然存在所传达出来的信号和消息；是客观存在的事物，是客观事物运动和变化的一种反映。存在的事物，是客观事物运动和变化的一种反映。1.1.1 信息与数与数据文字形态的信息 记忆形态的信息 声像形态的信息 1.1.1 信息与数与数据数据（数据（DataData）：是指人们看到的形象和听）：是指人们看到的

8、形象和听到的事实，是信息的具体表现形式，是一些未到的事实，是信息的具体表现形式，是一些未经组织的事实的集合。经组织的事实的集合。1.1.1 信息与数与数据信息和数据的关系：是两个相互联系、相互依存、又相互区别的概念数据数据：当信息采用数据形式来表示时，数据就是信息的载体。数据具有多种多样的形式，也可以进行转换，但其中包含的信息内容不会改变。信息信息：是经过加工并对人类社会实践和生产经营活动产生决策影响的数据；是对数据的说明和解释；是数据处理的结果。1.1.1 信息与数与数据信息处理：获取原始信息、对其进行加工整理（转换、识别、分类、加工、整理、存储等），使之成为有用信息的过程称为信息处理信息系

9、统（信息系统（Information SystemInformation System，ISIS）：）：基于计算机技术、网络互基于计算机技术、网络互联技术、现代通讯技术和各种软联技术、现代通讯技术和各种软件技术，各种理论和方法于一体，件技术，各种理论和方法于一体，提供信息服务的人机系统提供信息服务的人机系统 输入存储处理输出（采集）（保存）（加工）（传送）q信息系统一般包括：信息系统一般包括：数据处理系统、管数据处理系统、管理信息系统、决策理信息系统、决策支持系统和办公自支持系统和办公自动化系统。动化系统。(1)数据管理数据管理：收集信息、将信息用数据表示并按类：收集信息、将信息用数据表示并按

10、类别组织保存，在需要的时候能够提供数据；别组织保存，在需要的时候能够提供数据；(2)数据加工数据加工：对数据变换、抽取和运算，得到更有：对数据变换、抽取和运算，得到更有用的数据，指导或控制人的行为或事物的变化；用的数据，指导或控制人的行为或事物的变化；(3)数据传播数据传播：在空间或时间上以各种形式传播信息：在空间或时间上以各种形式传播信息，而不改变数据的结构、性质和内容，使更多的人，而不改变数据的结构、性质和内容，使更多的人得到信息。得到信息。1.数据处理及分类数据处理及分类1.1.2 数据管理与数据库数据管理与数据库组织和保存数据，即将收集到的数据合理地分类组织，将其存储在物理载体上，使数

11、据能够长期地被保存；进行数据维护，即根据需要插入新数据、修改原数据和删除失效数据的操作；提供数据查询和数据统计功能，以便快速地得到需要的正确数据，满足各种使用要求。数据管理是其他数据处理的核心和基础。数据管理是其他数据处理的核心和基础。2.数据管理及内容3.数据库及数据库中数据的性质数据库及数据库中数据的性质 数据库就是存放数据的仓库。数据库中的数据并非相互独立的简单归集到一起，而是根据数据之间的固有关系分门别类的存储起来。数据库的定义数据库的定义数据库数据库(Database,简称简称DB)是是长期储存长期储存在计算机在计算机内、内、有组织有组织的、的、可共享可共享的的大量数据大量数据集合。

12、集合。1)1)数据库中的数据具有数据库中的数据具有数据整体性数据整体性。2)2)数据库中的数据具有数据库中的数据具有数据共享性数据共享性。不同的用户可按各自的用法使用数据库中的数据。不同的用户可按各自的用法使用数据库中的数据。多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。数据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征。数据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征。财务处财务处人事处人事处校医院校医院科研处科研处“职工职工”数据库数据库文件系统阶段补贴补贴系别系别姓名姓名学号学号财务处住址住址系别系别性别性别姓名姓名学号学号后勤处学位学位学分学分系别系别姓名姓名学号学

13、号教务处学位学位 出身出身年龄年龄系别系别性别性别姓名姓名学号学号学工处“学生学生”数据库数据库学号姓名性别系别年龄住址出身学位学分补贴教务处后勤处学工部财务处数据库系统的特点数据库系统的特点数据处理的三个阶段数据处理的三个阶段人工管理阶段人工管理阶段(40年代中年代中-50年代中年代中)文件系统阶段文件系统阶段(50年代末年代末-60年代中年代中)数据库系统阶段数据库系统阶段(60年代末年代末-现在现在)1.2 数据库技术及发展数据库技术及发展一、人工管理一、人工管理时期时期40年代中年代中-50年代中年代中产生的背景产生的背景应用需求应用需求科学计算科学计算硬件水平硬件水平无直接存取存储设

14、备无直接存取存储设备软件水平软件水平没有操作系统没有操作系统处理方式处理方式批处理批处理人工管理人工管理(续续)特点特点1数据的管理者：应用程序，数据不保存。数据的管理者：应用程序，数据不保存。人工管理人工管理(续续)特点特点2数据面向的对象：某一应用程序数据面向的对象：某一应用程序 应用程序与数据的对应关系图应用程序与数据的对应关系图应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集应用程序应用程序数据集数据集n.人工管理人工管理(续续)特点特点3数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的独立性：不独立，完全依赖于程序

15、数据的结构化：无结构数据的结构化：无结构数据控制能力：应用程序自己控制数据控制能力：应用程序自己控制二、文件系统二、文件系统时期时期50年代末年代末-60年代中年代中产生的背景产生的背景应用需求应用需求科学计算、管理科学计算、管理硬件水平硬件水平磁盘、磁鼓磁盘、磁鼓软件水平软件水平有文件系统有文件系统处理方式处理方式联机实时处理、批处理联机实时处理、批处理文件系统文件系统(续续)特点特点1数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据的管理者：文件系统，数据可长期保存应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(文件系统文件系统)特点特点2数据面向的对象：某一应用程序数据面向的对象：某一应用程

16、序 应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系应用程序应用程序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件n存取存取方法方法.文件系统文件系统(续续)特点特点3数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的共享程度：共享性差、冗余度大文件系统文件系统(续续)特点特点4数据的结构化：数据的结构化：记录内有结构记录内有结构,整体无结构整体无结构文件系统中数据的结构文件系统中数据的结构记录内有结构记录内有结构 学生人事记录学生人事记录数据的结构是靠程序定义和解释的。数据的结构是靠程序定义和解释的。学号学号姓名姓名性别性别系别系别年龄年龄政治政治面貌面貌家庭家庭出身出身籍贯籍贯家庭家庭成

17、员成员奖惩奖惩情况情况文件系统文件系统(续续)数据一般是定长的。数据一般是定长的。可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。杂了。学生人事主记录学生人事主记录学号学号姓名姓名性别性别系别系别年龄年龄政治政治面貌面貌家庭家庭出身出身籍贯籍贯家庭家庭成员成员奖惩奖惩情况情况姓名姓名与本人关系与本人关系详细情况详细情况日期日期奖惩条目奖惩条目家庭成员记录家庭成员记录奖惩情况记录奖惩情况记录文件系统文件系统(续续)900201李明李明男男计算机计算机24共青团员共青团员工人工人江苏无锡江苏无锡李义山李义山父子父子李平李平兄弟兄弟199

18、1吴玉章奖学金吴玉章奖学金1991一等奖学金一等奖学金张玉张玉母子母子家庭成员记录家庭成员记录奖惩情况记录奖惩情况记录文件间是独立的，因此数据整体无结构。文件间是独立的，因此数据整体无结构。间接实现数据整体的有结构也比较困难。间接实现数据整体的有结构也比较困难。数据的最小存取数据的最小存取单位单位是记录。是记录。文件系统文件系统(续续)特点特点5数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构 改变必须修改应用程序改变必须修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制数据控制能力：应用程序自己控制三、数据库系统三、数据库系统时期时期60年代末以来年代末以来产生的背景产生

19、的背景应用背景应用背景大规模管理大规模管理硬件背景硬件背景大容量磁盘大容量磁盘软件背景软件背景有数据库管理系统有数据库管理系统处理方式处理方式联机实时处理联机实时处理,分布处理分布处理,批处理批处理数据库系统数据库系统(续续)特点特点1数据的管理者：数据的管理者：DBMS数据库系统数据库系统(续续)特点特点2数据面向的对象：现实世界数据面向的对象：现实世界 应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系DBMS应用程序1应用程序2数据库数据库系统数据库系统(续续)特点特点3数据的共享程度：共享性高数据的共享程度：共享性高数据的高共享性的好处数据的高共享性的好处 降低数据的冗余度，节省存储空间

20、降低数据的冗余度，节省存储空间 避免数据间的不一致性避免数据间的不一致性 使系统易于扩充使系统易于扩充数据库系统数据库系统(续续)特点特点4数据的独立性：高度的物理独立性和一定数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性的逻辑独立性数据的物理独立性数据的物理独立性 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。用程序不用改变。数据的逻辑独立性数据的逻辑独立性 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的

21、逻辑结构改变了，用户程序也可以立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。不变。数据库系统数据库系统(续续)特点特点5数据的结构化：整体结构化数据的结构化：整体结构化数据结构化数据结构化 整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。整体数据的结构化是数据库的主要特征之一。数据库中实现的是数据的真正结构化数据库中实现的是数据的真正结构化 数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释。数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释。数据可以变长。数据可以变长。数据的最小存取单位是数据项。数据的最小存取单位是数据项。数据库系统数据库系统(续续)特点特点6 数据控制能力：由数据控制能力：由DBMS统一管

22、理和控统一管理和控制制数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的程序程序为中心为中心转向围绕共享的转向围绕共享的数据库为中心数据库为中心的新阶段。的新阶段。1.3.1 数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构1.3 数据库系统的结构数据库系统的结构 硬件 操作系统 数据库管理系统 数据库应用系统 用户 数据库管理员 DBMS的运行过程系统缓冲区系统缓冲区应用程序应用程序用户工作区用户工作区数据库管理系统数据库管理系统数据字典数据字典数据库数据库操作操作系统系统911121710582，3，6DBMS的运行过程 Step 1 用户向DBMS发出调用数据库数据

23、的命令 Step 2 DBMS对命令进行语法检查、语义检查、存取权限检查，决定是否执行该命令 Step 3 DBMS执行查询优化，把命令转换为一串单记录的存取操作序列 Step 4 执行存取操作序列（反复执行以下各步，直至结束）Step 5 DBMS首先在缓冲区内查找记录，若找到转10，否则转6DBMS的运行过程 Step 6 DBMS查看存储模式，决定从哪个文件存取哪个物理记录 Step 7 DBMS根据6的结果，向操作系统发出读取记录的命令 Step 8 操作系统执行读取数据的命令 Step 9 操作系统将数据从数据库存储区送到系统缓冲区 Step 10 DBMS根据用户命令和数据字典的内

24、容导出用户所要读取的数据格式 Step 11 DBMS将数据记录从系统缓冲区传送到用户工作区 Step 12 DBMS将执行状态信息返回给用户索引数据文件统计数据数据字典事务管理器应用程序目标代码嵌入式DML预编译器DML编译器DDL解释器查询计算引擎应用界面应用程序查询数据库模式初级用户程序设计人员熟练用户数据库管理员数据库管理系统查询处理器存储管理器用户缓冲区管理器文件管理器磁盘存储器数据库系统结构3.数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责那么到底什么是数据库管理系统呢？那么到底什么是数据库管理系统呢？1.3.2 数据库管理系统的功能结构数据库管理

25、系统的功能结构数据库管理系统数据库管理系统 你可以把数据库看成是一个仓库，在仓你可以把数据库看成是一个仓库，在仓库里放着数据，还有一个仓库的保管员，这库里放着数据，还有一个仓库的保管员，这个保管员负责数据的搬进、整理和搬出。这个保管员负责数据的搬进、整理和搬出。这样仓库、数据和保管员就组成了一个样仓库、数据和保管员就组成了一个数据数据库管理系统库管理系统，这里的仓库是，这里的仓库是文件文件，保管，保管员是员是管理软件管理软件。仓库数据就是数据库。仓库数据就是数据库。能够提供数据定义语言（简称能够提供数据定义语言（简称DDL）和）和相应的建库机制。用户利用相应的建库机制。用户利用DDL可以方便地

26、建立数据库。可以方便地建立数据库。实现数据的插入、修改、删除、查询、实现数据的插入、修改、删除、查询、统计等数据存取操作的功能。数据库管理系统通过提供数统计等数据存取操作的功能。数据库管理系统通过提供数据操纵语言（据操纵语言（DML）实现其数据操纵功能。）实现其数据操纵功能。指数据的载入、转储、重组指数据的载入、转储、重组织功能及数据库的恢复功能织功能及数据库的恢复功能;指数据库结构的修改、变更及指数据库结构的修改、变更及扩充功能。扩充功能。包括并发控制、数据的存取控制、包括并发控制、数据的存取控制、数据完整性条件的检查和执行、数据库内部的维护等。数据完整性条件的检查和执行、数据库内部的维护等

27、。数据库管理系统的功能结构数据库管理系统的功能结构 应用应用A 应用应用B 应用应用C 应用应用D 应用应用E 外模式外模式1 外模式外模式2 外模式外模式3 外模式外模式模式映象模式映象 数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构 模式模式 内模式内模式 数据库数据库模式模式内模式映象内模式映象 数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。1.3.3 数据库系统的三级数据模式结构数据库系统的三级数据模式结构外模式外模式(Sub-Schema)Sub-Schema)用户的数据视图是数据的局部逻辑结构，模式的子集模式模式(Schema

28、)Schema)所有用户的公共数据视图是数据库中全体数据的全局逻辑结构和特性的描述内模式内模式(Storage Schema)Storage Schema)又称存储模式是数据的物理结构及存储方式1.数据库的三级模式结构数据库的三级模式结构数据库模式S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE)S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE)S(S#,SNAME,ADDRESS)S(S#,SNAME,ADDRESS)教务处教务处S(S#,SNAME,CREDIT)S(S#,SNAME,CREDIT)后勤处后勤处视图视图视图视图

29、模式模式数据库模式B(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT)B(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT)S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE)S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE)S(S#,SNAME,ADDRESS)S(S#,SNAME,ADDRESS)教务处教务处S(S#,SNAME,CREDIT)S(S#,SNAME,CREDIT)后勤处后勤处M(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DISSERTATION)M(S#,SNA

30、ME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DISSERTATION)视图视图视图视图视图视图模式模式模式模式数据库模式ANSI/X3/SPARC(75,78)提出提出SPARC报告，报告，其其ANSI模型将数据库模式分为外部级、概念模型将数据库模式分为外部级、概念级、内部级级、内部级存储视图存储视图概念视图概念视图用户视图用户视图2 2用户视图用户视图3 3用户视图用户视图1 12.数据库系统的二级映象技术及作用数据库系统的二级映象技术及作用补充说明补充说明数据的高共享性的好处数据的高共享性的好处降低数据的冗余度，节省存储空间降低数据的冗余度，节省存储空间避免数据间的不一致性避免数据

31、间的不一致性使系统易于扩充使系统易于扩充田永诉北京科技大学拒绝颁发毕业证、学位田永诉北京科技大学拒绝颁发毕业证、学位证行政诉讼案证行政诉讼案 原告原告 田永，男，北京科技大学应用科学田永，男，北京科技大学应用科学学院物理化学系学院物理化学系94级学生级学生被告被告 北京科技大学。法定代表人北京科技大学。法定代表人 杨天杨天钧，校长钧，校长 1994年年9月，田永考入北京科技大学，取得本月，田永考入北京科技大学，取得本科生学籍。科生学籍。1996年年2月月29日，田永在参加电磁学课程补考日，田永在参加电磁学课程补考过程中，随身携带写有电磁学公式的纸条，过程中，随身携带写有电磁学公式的纸条，中途去

32、厕所时，纸条掉出，被监考教师发现。中途去厕所时，纸条掉出，被监考教师发现。按照考场纪律，当即停止了田永的考试。按照考场纪律，当即停止了田永的考试。北京科技大学于同年北京科技大学于同年3月月5日按照日按照“068号通知号通知”第三条第五项关于第三条第五项关于“夹带者，包括写在手上等作夹带者，包括写在手上等作弊行为者弊行为者”的规定，认定田永的行为是考试作弊，的规定，认定田永的行为是考试作弊，根据第一条根据第一条“凡考试作弊者，一律按退学处理凡考试作弊者，一律按退学处理”的规定，决定对田永按退学处理，的规定，决定对田永按退学处理，4月月10日填发日填发了学籍变动通知。了学籍变动通知。但是，北京科技大学没有直接向田永宣布处分决但是，北京科技大学没有直接向田永宣布处分决定和送达变更学籍通知，也未给田永办理退学手定和送达变更学籍通知，也未给田永办理退学手续。田永继续在该校以在校大学生的身份参加正续。田永继续在该校以在校大学生的身份参加正常学习及学校组织的活动。常学习及学校组织的活动。