数据库原理及应用教程电子教案1.docx

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数据库原理及应用教程电子教案1

课程导论

一、数据库原理教程最终讲授的内容和目的？

1.内容

1）数据库系统概述

2）关系数据库的各种运算

3）sql语言（重点中的重点）

熟悉掌握select语句的使用。

Java程序设计、donet程序设计都必须使用的。

学生，选课，课程

查询没有选课的学生的学号，姓名和性别。

Select学号,姓名,性别from学生where学号notin（select学号from选课）

嵌套子查询

Select学号,姓名,性别from学生,选课where学生.学号=选课.学号

熟练掌握三种操作语句,insert,update和delete

熟练掌握数据的定义语句：

create、drop和alter

掌握数据控制语句：

grant，revoke，授权和收回授权

4）掌握sqlserver2005系统管理

Sqlserver2005的安装，启动，安全体系的管理，服务的管理等。

2005已经将各种服务放在后台服务管理中。

5）掌握sqlserver2005数据库的管理

创建数据库，修改数据库，删除数据库。

6）掌握sqlserver2005的数据表和视图的管理

使用sqlserver2005的管理工具来创建数据表，修改数据表，数据表的记录的管理，删除数据表以及视图的操作。

7）掌握T-sql语言的使用

各种常量，变量，控制语句，游标的操作。

8）掌握sqlserver2005的存储过程和触发器

9）掌握sqlserver2005的数据库的备份和恢复

10）根据一个应用程序来开发数据库应用软件

2.目的

1）掌握各种sql语言的使用，应用在java，donet等各种程序设计语言中，以实现对数据库的操作。

关键

2）学会维护sqlserver2005服务器

3）综合运用所学知识开发一个完整的应用程序。

第1章数据库系统概述

本章重点：

1.掌握数据管理技术的发展阶段

2.掌握数据库系统的组成

3.数据库系统的相关概念

4.掌握数据库系统的内部体系结构，三级模式和二级映象

5.掌握数据库系统的外部体系结构

6.掌握三种数据模型

7.掌握现实世界、信息世界和计算机世界三个世界的相关术语

1.1数据、信息

一、数据

数据是用来记录信息的可识别的符号，数据是信息的载体，但数据不等同于信息。

数据不仅是指数值数据，而且还包括字符、图形、图片、音频和视频等各种数据。

数据是有型和值之分。

描述一个学生的年龄，23岁,数值型，值是23。

二、信息

信息就是是指有用的数据，信息是从数据中提取出来。

信息的表现形式是数据。

信息源比较多，电视、报纸、互联网。

信息是可存储的、可加工的、可传递的和可再生的。

三、数据处理与数据管理

1.数据处理

数据处理是将数据转换为信息的过程，包括对数据进行收集、管理、加工利用以及信息输出等一系列活动。

信息=数据+数据处理

2.数据管理

是指数据的收集、整理、组织、编码、存储、检索以及传输等操作。

财务管理，手工记账，用友，金蝶等软件来管理。

学生的成绩管理：

1.2数据管理技术的发展阶段

数据管理技术的发展阶段分为三个阶段，人工管理阶段，文件系统阶段和数据库系统阶段

一、人工管理阶段

20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算，当时没有存储设备，没有软件来管理，数据的管理都是使用人工来处理，存储设备卡片。

数据和程序是存放在一起的，即一个程序对应一个数据

特点：

1.数据不能长期保存

2.数据和程序不具有独立性

3.没有专门的软件对数据进行管理

4.数据不能共享，冗余度高（重复数据量大）

二、文件系统阶段

20世纪50年代后期至60年代的中期以前，计算机得到了飞速的发展，出现了磁性存储设置，软件出现了操作系统，有了专门的文件系统，此时数据保存在文件中，通过文件系统来调用。

特点：

1.数据和程序有了一定的独立性，没有真正独立，但仍是一个应用对应一个数据。

2.数据的访问通过文件系统来实现

3.数据不能共享，冗余度高

数据没有结构化。

三、数据库系统阶段

20世纪60年代后期至今。

1.发展史

20世纪60年代后期出现的对数据库管理技术有着奠基作用的三件大事，标志着以数据库系统为基本和段的数据管理新阶段的开始。

1）1968年IBM推出商品化的基于层次模型的信息管理系统IMS。

2）1969年，美国数据系统语言协会，发布了研究数据库方法的DBTG报告，提出了网状数据模型。

3）1970年，美国IBM公司，提出了关系模型，奠定了关系数据库管理系统的理论基础，一直沿用至今。

2.数据库系统阶段的特点

1）数据结构化

数据以一定的组织结构来存储，数据模型，层次模型，网状模型和关系模型。

一行一记录。

2）数据共享性高，冗余度低

数据可共享，多个应用程序可以同时使用一个数据。

共享性高，减少了数据冗余度。

但没有消除数据冗余。

3）数据的独立性高

数据的独立性是指数据库中的数据与应用程序间相互独立，即数据的逻辑结构，存储结构以及存取方式的改变不影响应用程序。

数据库的结构分为局部逻辑结构、整体逻辑结构和物理结构。

分别对应的数据库系统的内部体系结构中的外模式、模式和内模式。

数据的独立性分为两级：

物理独立性和逻辑独立性

数据的物理独立性：

是指当数据物理结构发生改变，通过修改内模式/模式的映象，使数据库的整体逻辑结构不变，从而用户的逻辑结构以及应用程序不用改变。

数据的逻辑独立性：

是指当数据的整体逻辑结构发生改变，通过修改模式/外模式的映象，使数据库的局部逻辑结构不变，从而应用程序不用改变。

4）有统一的数据控制功能

在数据库系统阶段，有专门的软件来管理数据，它是一个系统软件，是数据库管理系统（DBMS）。

数据库管理系统提供了四方面的控制功能：

。

数据的安全性控制

防止不合法使用数据库造成数据的破坏，泄露。

通过口令和存取权限来限制，grant和revoke授权和收回授权。

。

数据的完整性控制

是指通过一些完整性规则，确保数据的正确性、有效性和相容性。

三方面：

实体完整性、域完整性和参照完整性

。

并发控制

一个数据库系统当多个用户同时访问，不能出现数据不一致的现象。

。

数据恢复

1.3数据库系统的组成

一、数据库的相关概念

1.数据库

简称为DB，是指存储在计算机外存储器上，有组织的相关信息的集合，在数据库中，各种数据按照一定的结构（数据模型）来组织、描述和存储。

具有冗余度小、较高的独立性，共享的特点。

数据库不仅存放数据，而且存放数据之间的联系。

2.数据库管理系统

简称为DBMS，是专门用来管理、维护数据库的系统软件，数据库管理系统必须在操作系统的支持下工作。

目前数据库管理系统都是关系模型的。

比较常用的数据库管理系统有：

VisualFoxpro8.0，access数据库、sqlserer2000/2005/2008、oracle10G、Sybase、msql。

3.数据库系统

简称为DBS，是指应用了数据库的计算机系统。

4.数据库应用系统

简称为DBAS，比如财务管理系统，教务管理系统。

综上所述：

DBS包括DB和DBMS，DBMS管理DB。

二、数据库系统的组成

由五个部分构成

1.数据库

2.数据库管理系统

3.硬件系统

4.软件系统

操作系统等支撑软件

5.用户

是指使用数据库的人员，包括维护数据库，存储数据库和种人员，主要分为终端用户、应用程序员、系统分析员、数据库管理员。

1）终端用户

终端用户利用应用软件使用数据库的人员。

比如QQ软件，财务软件，会计记账人员。

2）应用程序员

应用程序员在系统分析员和数据库管理员建立数据库基础上，进行应用软件开发的人员。

软件公司中的程序员。

3）系统分析员

系统分析员就是对应用软件进行需求分析，详细设计、功能设计和参与数据库设计的人员。

通常是指软件公司中的项目经理

4）数据库管理员

简称为DBA，负责应用软件中数据库的设计、建立、管理和维护的人员。

对应用系统的数据库定义安全性、完整性、控制数据库的使用和运行，改进和重组数据库工作。

总结：

1.了解数据、信息、数据处理和数据管理的含义

2.数据管理技术的三个发展阶段

3.数据库系统的相关概念

4.数据库系统的组成

复习：

1.数据管理技术的发展阶段

2.数据库系统的概念

3.数据库系统的组成

1.4数据库系统的模式结构

可以从多种角度考查数据库系统的结构：

从数据库管理系统的角度看，数据库系统通常分为三级模式结构，这是数据库管理系统的内部体系结构。

从数据库最终的用户的角度看，数据库系统的结构分为单用户结构、主从式结构和分布式结构，C/S结构，B/S结构。

这是数据库系统外部体系结构。

一、数据库系统的三级模式结构

1.数据库系统模式的概念

模式：

是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅涉及到型的描述，而不涉及到值的描述。

学生基本情况的数据库模式中，包含了学生基本情况记录。

数据库的实例是变化的，而模式是不变的。

学生（学号,姓名,性别，出生日期）

2.数据库系统的三级模式

美国国家标准学会所属怕标准计划委员会在1975公布的研究报告中，把数据库系统内部的体系结构从逻辑上分为三级，分别是外模式、模式、内模式，对用户而言，对应的就是用户级模式、概念级模式和物理级模式。

1）模式

也称为逻辑模式、概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。

处于三级模式的中间层，注意不涉及到数据的物理存储。

模式就是数据的全局逻辑结构的表示。

如学生（学号，姓名，性别，出生日期）就是一个模式。

对应的sqlserver2005中的数据表。

一个数据库只有一个模式，在此模式下建立的数据库称为概念级数据库。

2）外模式

又称为子模式，或者用户模式，它是数据库用户能看到并允许使用的那部分局部数据的逻辑结构的描述，是数据库的局部逻辑结构，也就是模式的一部分。

它相应于sqlserver2005中视图。

外模式是可变的，外模式在一个数据库中有多个。

在此级上建立的数据库叫用户级数据库。

View1（学号，姓名，性别）

View2（学号,姓名）

View3（学号,姓名，出生日期）

外模式得到的就是对模式的一个投影操作。

3）内模式

存储模式，物理模式，是对数据库存储结构的描述，是数据在数据库内部的表示方式。

一个数据库只有一个内模式。

它相当于sqlserver2005中的数据库文件。

综上所述，数据库系统内部体系结构分为三级模式，分别是外模式，模式，内模式，外模式是局部逻辑结构，模式是全局逻辑结构，内模式是存储结构，外模式有多个，模式只有一个，内模式只有一个，在外模式上建立的数据库叫用户级数据库，在模式上建立的数据库叫概念级数据库，在内模式上建立的数据库叫物理级数据库。

二、数据库系统的二级映象和数据独立性

在数据库系统阶段，数据之所以具有较高的独立性就是由于数据库系统三级模式中的二级映象。

二级映象保证了数据的物理独立性和逻辑独立性。

1.外模式/模式的映象

外模式/模式的映象将模式的改变，通过映象，使之外模式不发生改变，从而应用程序不改变，这就保证了数据库系统的逻辑独立性。

2.模式/内模式映象

模式/内模式的映象将内模式的改变，通过映象，使之模式不生改变，从而外模式不发生改变，应用程序也就不用改变，保证了数据库系统的物理独立性。

三、数据库系统的三级模式和二级映象的优点

1.保证了数据的独立性

2.简化了用户接口

3.有利于数据共享

4.有利于数据的安全保密

1.5数据库系统的外部体系结构

从最终的用户角度来看，数据库系统分为单用户结构、主从结构、分布式结构、C/S结构和B/S结构。

其实这种分法就是应用程序的类型。

1.单用户结构的数据库系统

又称为桌面型数据库系统，就是把应用程序，DBMS，数据库都安装在一台计算机上，由一个用户独使用，计算机之间不允许共享数据。

Foxpro，visualfoxpro，access数据库

2.主从式的数据库系统

文件/服务器结构的数据库系统，简称为F/S结构，它是由一台服务器带多台终端构成，服务器一台性能较高的计算机，终端是指不具有处理的计算机，只有显示器和键盘。

工作原理：

当终端向服务器请求数据时，服务器接收请求，并在服务上处理后，再传送给终端。

服务器的负荷比较重。

3.分布式结构的数据库系统

Oracle数据库、sqlserver2005/2008等数据库管理系统都支持分布式结构。

特点：

1）数据在物理上分布

数据不集中存放在一台服务器上，而是分布在不同的地域上。

每台服务器称为结点。

2）数据在逻辑上是整体的

物理上分布，逻辑上关联。

3）结点上分布存储的数据相对独立

分布式结构是分布式网络与数据库技术相结合的产物。

4.客户/服务器结构的数据库系统

客户服务器结构的数据库系统是由多台数据库服务器和多个具有处理能力的计算机所构成的。

其中分为客户端和服务器端，客户端就是安装了客户端应用程序的计算机，而服务器端就是安装了数据库管理系统的服务器。

数据库服务器。

工作原理：

在服务器上存放数据库管理系统和数据库，而应用程序和开发工具都存放在客户端上，客户端负责用户界面，接收数据，生成数据服务请求，并将服务请求发送给服务器，服务器接收请求，并处理，处理后发送给客户机。

简称为C/S，client/server的简写。

此种结构只适合于在局域网或者是专用网络中以及虚拟网络中实现。

不能在互联网上实现。

此结构维护升级较麻烦，因为在每台客户端都得安装应用程序。

5.浏览器/服务器结构的数据库系统

这种结构简称为B/S结构，是针对 C/S结构的不足而提出。

B/S结构客户端仅安装通用的浏览器软件即可，实现用户的输入和输出，而应用程序不安装在客户机端，而是安装在WEB服务器端。

所以在B/S结构中，通过有三种机器，一种客户端，一种是WEB服务器，一种是数据库服务器。

绝大多数的软件都属于B/S结构的，该结构在internet中得到了广泛的应用。

网易、新浪等网站就是B/S结构的应用程序。

目前比较流行的开发B/S结构的应用程序的开发工具有java和.NET。

1.6数据库管理系统

数据库管理系统简称为DBMS，是对数据进行管理的大型系统软件，它是数据库系统的核心。

用户操作数据库都是通过数据库管理系统实现的。

一、DBMS的主要功能

1.数据定义功能

数据库的模式定义，DBMS提供了数据定义语言，简称为DDL，用于定义模式，外模式和内模式三级模式结构和二级映象，定久各种约束条件。

主键约束、惟一约束、空值约束、检查约束、外键约束

保证数据库的完整性。

相当于sqlserver2005的建立数据库、建立数据库、建立索引、建立视图等。

命令有三个：

create，alter，drop

2.数据操作功能

DBMS提供了数据操作语言，简称为DML，实现对数据库的基本操作，包括检索、更新操作。

针对于sql语言，分别是select、insert、update和delete

对于sql语言，DML分类两类，一类是自主型或自含型的。

比如visualfoxpro。

另一类是宿主型的，表示嵌入到其他的高级语言中。

3.数据库运行管理功能

它是数据库管理系统运行的核心部分。

通过对数据库的控制以确保数据正确有效和正常运行。

四大控制功能

4.数据库的建立和维护功能

包括初始数据的装入与转换。

5.数据通信接口

Sqlserver2005与visualstudio2008连接，sqlserver2005与java如何接口。

数据访问接口：

ODBC（万能），JDBC（JAVA），ADO.NET（.NET接口）

Sqlconnectionconn=newsqlconnection（“server=dbserver;database=stu;uid=sa;pwd=sa”;

Conn.open（）;

Sqldataadapteradp=newsqldataadapter（“select*fromusername1”,conn）;

Datasetds=newdataset（）;

Adp.fill（ds）;

Datagridview1.datasource=ds.tables[0].defaultview;

Datagridview1.databind（）;

6.数据组织、存储和管理

包括对数据字典、用户数据、存取路径等的组织、存储和管理工作。

二、DBMS的组成

1.语言编译处理程序

提供数据定义语言和数据操作语言。

2.系统运行控制程序

包括总控程序、安全性控制程序、完整性控制程序、并发性控制程序、通信程序等。

3.系统建立、维护程序

4.数据字典

1.7数据模型

一、数据模型的概念

数据库用来描述模拟现实世界中的某种应用环境所涉及到的全部数据集合，而且反映数据之间的联系。

数据模型就是用来描述数据的结构、操作和约束的。

二、三个世界的划分

1.三个世界的划分

把现实世界中的具体事物抽象为某一个DBMS支持的数据模型。

将现实世界中的事物进行认识抽象，转换为信息世界中的数据模型，再对信息世界中的概念模型进行转换使之转换为计算机世界DBMS能支持的数据模型。

现实世界，信息世界和计算机世界

2.现实世界

客观存在的世界，在其中存在着各种事物以及它们之间的联系，现实世界中的事物有的是具体的，有的是抽象的。

学生，一台电脑，一辆汽车，是具体的事物。

而一次考试、一次比赛是抽象的事物。

3.信息世界及其有关概念

信息世界就是现实世界在人们头脑中的反映。

是经过分析，整理得到的有用的信息世界。

1）实体

客观存在的并且可以相互区别的“事物”称为实体，实体可以是具体的，也可以是抽象的。

2）属性

用来描述实体的特性叫实体的属性。

总结：

1.数据库系统的内部体系结构，三级模式和二级映象

2.数据库系统的外部体系结构，5种。

3.数据库管理系统的组成和功能

4.数据模型中的三个世界。

2）属性

实体的特征，一个学生，属性有学号、姓名、性别、出生日期等。

任何一个实体的属性都有型和值之分。

属性的型就是属性名称，如学号，姓名等。

属性的值就是属性的具体内容，99001，张一，男

3）实体集

同型实体的集合称为实体集。

所有的学生称为学生实体集，每一个学生称为实体，所有的课程称为课程的实体集，每门课程称为实体。

4）实体型

同类实体的属性的集合。

学生实体的实体型（学号，姓名，性别，出生日期）。

二维表的表头。

5）键

也称为关系键，主键，主码，主关键字。

能在一个实体集中，惟一确定一个实体属性或属性组叫键。

可以是单一属性，也可以是多个属性组合。

学生实体（学号，姓名，性别，出生日期）

学号就是学生实体的键。

单一属性。

选课实体（学号，课程号，成绩）

选课实体的键是学号和课程号。

属性的组合。

课程（课程号，课程名，学分）

课程实体的键就是课程号。

6）域

实体属性的取值范围，叫域。

属性值是有一定的范围的。

有可能规定具体的值，有可能规定具体的类型。

如性别，只能是男或女，月份，只能是1-12，

7）实体间的联系

对于任何一个实体，实体内部各属性之间有一定的联系。

多个实体之间也存在着一定的联系。

事物之间不是独立存在的，事物之间都存在着一定的联系。

在此讨论的是实体间的联系，而在关系的规范化中讨论是实体内部的联系。

班级实体（班号，班名，班导师）

学生实体（学号，姓名，性别，出生日期）

课程实体（课程号，课程名，学分）

一个班级有多名学生，一个学生属于一个班级，一个学生选修多门课程，一门课程有多个学生选修。

实体与实体之间的联系分为三种：

。

一对一联系（1：

1）

即实体集A中的一个实体至多与实体集B中的一个实体对应，反之亦然。

学校实体和校长实体之间就是一对一的联系。

班级实体和班长实体之间就是一对一的联系。

省和省会就是一对一的联系。

。

一对多的联系（1:

N）

即实体集A中的一个实体与实体集B中的多个对应，而实体集B中的一个至多与实体集A中的一个对应。

一方和多方，如班级和学生，班级是一方，学生是多方，班级和学生是一对多的联系。

部门和职工也是一对多的联系。

实验室和电脑就是一对多的联系。

。

多对多联系

即实体集A中的一个实体与实体庥B中的多个对应，反之亦然。

学生和课程就是多对多的联系。

在此位置，注意给定两个实体和语义约定，必须知道实体与实体之间的联系类型。

4.计算机世界及其有关基本概念

信息世界经过数字化转换为计算机世界进行存储。

1）字段

就是实体的属性，也称为数据项，字段名就是属性名。

如学生学号，姓名，性别，出生日期

2）记录

记录就是实体，通常在数据表中用一行的记录表示一个实体。

一个记录由多个字段构成。

3）文件

文件就是同一类记录的集合，也就是用来描述实体集的。

在sqlserver中用数据表来描述实体集。

4）关键字

能惟一标识一个记录的属性或属性组合。

三、数据模型的分类

根据模型的应用不同，将数据模型分为两类。

第一类模型是概念模型，也是信息模型，以用户的观点对数据和信息建模。

概念模型是信息世界中的模型，与任何DBMS无关。

数据库设计时用户和数据库管理员之间交流的工具。

如E-R图就是一个概念模型。

第二类模型是逻辑模型和物理模型。

是属于计算机世界中的模型，是按照计算机的观点来对数据建模的。

与具体的数据库管理系统有关。

数据库系统的逻辑模型主要包括：

层次模型、网状模型和关系模型、面向对象模型。

四、实体联系模型及E-R图

实体联系模型，称为E-R模型，是数据库设计工作中的一种概念模型。

用E-R图来描述实体以及实体之间的联系。

E-R的基本要素：

实体、联系和属性三要素。

在E-R图中分别用以下三种符号表示：

实体：

用矩形来表示。

标注实体名

属性：

用椭圆来表示。

标注属性名

联系：

用菱形来表示。

标注联系名

而实体、属性和联系三者之间用线段联接。

无向的。

五、数据模型的组成要素

是逻辑模型的层次模型、网状模型和关系模型的。

数据模型的三要素分别是数据结构、数据操作和完整性约束

1.数据结构

描述数据库的组成对象以及对象间的联系，通常指的是数据库的结构。

它是静态的。

2.数据操作

是指对数据库中的各种数据允许执行的操作的集合,包括操作及相应的操作规则，它是描述数据库的动态特性。

包括数据查询和数据操作（添加、修改和删除）。

3.数据的完整性约束

是一组完整性规则的集合。

保证数据库的数据必须是正确的、有效的和相容的。

六、三种数据模型

目前，在数据库领域中常用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。

其中层次模型和网状模型是早期的数据模型。

统称为非关系模型。

1.层次模型

典型代码是IBM公司的IMS数据库管理系统。

层次模型用树形数据结构（有向树）描述实体以及实体之间的联系。

层次模型的特点：

1）有且只有一个结点没有双亲，称为根结点

2）除根结点之外，其他结点有且仅有一个双亲结点

层次模型只能描述一对一和一对多的联系。

不能描述多对多的联系。

多对多联系必须转换为一对多的联系。

层次模型的缺点：

1）不能直接表示两个以上的实体型间的复杂联系。

2）对数据插入和删除的操作限制太多。

3）查询下级结点必须通过双亲结点

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