1、1數據庫原理數據庫原理上海工程技術大學上海工程技術大學楊孜茁楊孜茁教材教材 作者：孔麗紅作者：孔麗紅 主編主編 游曉明游曉明 鐘伯成鐘伯成 張瑜張瑜 參編參編 ISBN：97873023988132015.08.012課程教學目的和要求課程教學目的和要求 掌握數據庫系統的基本概念和原理；掌握數據庫系統的基本概念和原理； 掌握結構化查詢語言掌握結構化查詢語言SQL； 了解關系代數和關系演算等數據庫語言；了解關系代數和關系演算等數據庫語言； 學會關系數據庫規范化設計的方法和步驟；學會關系數據庫規范化設計的方法和步驟； 了解數據庫安全保護；了解數據庫安全保護； 掌握掌握SQL SERVER2005平

2、臺平臺 具備使用關系數據庫軟件開發數據庫應用系統的能力具備使用關系數據庫軟件開發數據庫應用系統的能力 。 3課程的學習方法課程的學習方法 勤于思考、善于總結、敢于提問；勤于思考、善于總結、敢于提問； 掌握教材中重要的例題和習題掌握教材中重要的例題和習題; 重視上機實驗重視上機實驗 ; 重視數據庫設計重視數據庫設計 。4課堂教學內容課堂教學內容 第第1章章 數據庫系統概述；數據庫系統概述； 第第2章章 實體聯系模型；實體聯系模型； 第第3章章 關系數據模型與關系運算；關系數據模型與關系運算； 第第4章章 關系數據庫標準語言關系數據庫標準語言SQL； 第第5章章 關系數據庫設計理論；關系數據庫設計

3、理論； 第第6章章 數據庫設計；數據庫設計；5課堂教學內容課堂教學內容 第第7章章 數據庫安全保護；數據庫安全保護； 第第8章章 關系數據庫管理系統關系數據庫管理系統SQLServer2005； 第第9章章 基于基于Visual Basic的關系數據庫應用系統開發；的關系數據庫應用系統開發； 第第10章章 數據庫技術的發展；數據庫技術的發展； 第第11章章 數據庫實驗數據庫實驗6實驗內容和安排實驗內容和安排 實驗一實驗一 數據庫的創建與管理（數據庫的創建與管理（2學時）學時） 實驗二實驗二 表的創建與管理（表的創建與管理（ 2學時）學時） 實驗三實驗三 訪問與修改數據（訪問與修改數據（6-8個

4、學時）個學時） 實驗四實驗四 視圖與索引視圖與索引(2學時學時) 實驗五實驗五 存儲過程與觸發器（存儲過程與觸發器（ 2-4學時）學時） 實驗六實驗六 SQL Server2005的安全與保護的安全與保護(2-4學時學時) 實驗七實驗七 利用利用VB開發圖書管理系統開發圖書管理系統(2-6學時學時)7 教學內容：教學內容： 1.11.1引言；引言； 1.21.2數據庫技術的產生、發展；數據庫技術的產生、發展； 1.31.3數據庫系統的組成和結構數據庫系統的組成和結構 1.4 1.4數據模型數據模型 教學重點：教學重點： 數據庫技術的產生和發展；數據庫系統的組成數據庫技術的產生和發展；數據庫系統

5、的組成和結構；數據模型和結構；數據模型8第第1章章 數據庫系統概述數據庫系統概述教學目的教學目的 了解數據管理技術的發展，理解數據庫系統的基本特點，掌了解數據管理技術的發展，理解數據庫系統的基本特點，掌握數據庫、數據庫系統、數據庫管理系統的基本概念，掌握握數據庫、數據庫系統、數據庫管理系統的基本概念，掌握數據庫管理系統的原理及其基本組成，邏輯數據模型和概念數據庫管理系統的原理及其基本組成，邏輯數據模型和概念數據模型的定義及其類型，掌握數據庫的體系結構，掌握概數據模型的定義及其類型，掌握數據庫的體系結構，掌握概念數據模型和幾種常用的結構數據模型。念數據模型和幾種常用的結構數據模型。91.1 引言

6、引言信息和數據信息和數據 信息信息：是對事物的狀態、特征、運動及變化的描述，是現實是對事物的狀態、特征、運動及變化的描述，是現實世界在人大腦中的抽象反映，是通過人的感覺器官感知出來世界在人大腦中的抽象反映，是通過人的感覺器官感知出來并經過人腦加工而形成的反映現實世界中事物的概念。并經過人腦加工而形成的反映現實世界中事物的概念。 數據：數據：是一切文字、符號、聲音、圖像等有意義的組合。它是一切文字、符號、聲音、圖像等有意義的組合。它是描述現實世界中各種具體事物或抽象概念的可存儲并具有是描述現實世界中各種具體事物或抽象概念的可存儲并具有明確意義的信息。明確意義的信息。10數據具有如下特征數據具有如

7、下特征 1)數據有數據有“型型”和和“值值”之分；之分； 2)數據應具有載體和多種表現形式；數據應具有載體和多種表現形式； 3)數據有定性表示和定量表示之分；數據有定性表示和定量表示之分； 4)數據受數據類型和取值范圍的約束；數據受數據類型和取值范圍的約束；11表表1.1“課程課程”數據數據12課號課號課程名課程名學分學分學時學時任課教師任課教師C1數據庫原理數據庫原理483T1C2操作系統操作系統644T3C3高等數學高等數學644T8：數據、信息區別和聯系數據、信息區別和聯系 數據是對事物狀態和特征的表述符號，是信息的載體，是用數據是對事物狀態和特征的表述符號，是信息的載體，是用于載荷信息

8、的物理符號。于載荷信息的物理符號。 數據是信息的一種表現形式，數據通過能書寫的信息編碼表數據是信息的一種表現形式，數據通過能書寫的信息編碼表示信息。示信息。 信息是以數據的形式來表示的，即它是以數據為載體而表現。信息是以數據的形式來表示的，即它是以數據為載體而表現。 信息是數據的內涵，數據則是表示信息的一種手段。信息是數據的內涵，數據則是表示信息的一種手段。131.2 數據庫技術的產生、發展數據庫技術的產生、發展 1.2.1人工管理階段人工管理階段 1.2.2文件系統階段文件系統階段 1.2.3數據庫系統階段數據庫系統階段141.2.1人工管理階段人工管理階段 (20世紀世紀40年代中年代中5

9、0年代中年代中) -數據管理的特點：數據管理的特點： 計算機中沒有軟件系統對數據進行管理，沒有文件概念；計算機中沒有軟件系統對數據進行管理，沒有文件概念； 數據均由應用程序管理，程序員在程序設計中不僅要規定數據均由應用程序管理，程序員在程序設計中不僅要規定數據的邏輯結構，還要設計其物理結構；數據的邏輯結構，還要設計其物理結構； 數據與程序不獨立，當數據的物理組織或存儲設備改變時，數據與程序不獨立，當數據的物理組織或存儲設備改變時，用戶程序就必須重新編制；用戶程序就必須重新編制； 無法進行數據共享。無法進行數據共享。151.2.1人工管理階段人工管理階段數據與程序關系數據與程序關系161.2.2

10、文件系統階段文件系統階段 (20世紀世紀50年代末年代末60年代中年代中) -數據管理的特點：數據管理的特點： 數據以文件為單位可以長期存儲在外存；數據以文件為單位可以長期存儲在外存； 文件的邏輯結構與物理結構脫鉤，程序和數據分離，使數文件的邏輯結構與物理結構脫鉤，程序和數據分離，使數據與程序有了一定的獨立性；據與程序有了一定的獨立性； 文件形式多樣化；文件形式多樣化； 數據的存取基本上以記錄為單位。數據的存取基本上以記錄為單位。171.2.2文件系統階段文件系統階段數據與程序關系數據與程序關系18文件系統的缺陷文件系統的缺陷 1)數據的組織仍然是面向數據的組織仍然是面向程序程序，存在，存在數

11、據數據的的冗余冗余性、數據不性、數據不一致性、數據聯系弱；一致性、數據聯系弱； 2)缺乏數據與程序獨立性缺乏數據與程序獨立性。191.2.3數據庫系統階段數據庫系統階段 20世紀世紀60年代后期年代后期數據庫系統階段數據管理特點數據庫系統階段數據管理特點 1）采用一定的數據模型，使數據結構化。）采用一定的數據模型，使數據結構化。 2）數據庫系統的數據共享度高、冗余度小。）數據庫系統的數據共享度高、冗余度小。 3）數據庫系統的數據和程序之間具有較高的獨立性。）數據庫系統的數據和程序之間具有較高的獨立性。 4）數據庫中數據的最小存取單位是數據項）數據庫中數據的最小存取單位是數據項 5）數據庫系統提

12、供統一的數據并發控制、恢復、完整性和）數據庫系統提供統一的數據并發控制、恢復、完整性和安全性等數據控制功能。安全性等數據控制功能。 6）數據庫系統為用戶提供了方便的用戶接口。）數據庫系統為用戶提供了方便的用戶接口。20數據庫系統階段應用程序和數據之間的聯系數據庫系統階段應用程序和數據之間的聯系211.3 數據庫系統的組成和結構數據庫系統的組成和結構 1.3.1數據庫、數據庫管理系統和數據庫系統數據庫、數據庫管理系統和數據庫系統 1.3.2數據庫系統的體系結構數據庫系統的體系結構221.3.1數據庫、數據庫管理系統和數據庫系統數據庫、數據庫管理系統和數據庫系統 數據庫數據庫（Database，簡

13、稱，簡稱DB）指的是以一定方式儲存在計）指的是以一定方式儲存在計算機內、能為多個用戶共享、有組織、統一管理的相關數據算機內、能為多個用戶共享、有組織、統一管理的相關數據的集合。的集合。 數據庫的基本特征數據庫的基本特征： 數據按一定的數據模型組織、描述和儲存；數據按一定的數據模型組織、描述和儲存； 可為各種用戶共享；可為各種用戶共享； 冗余度較小；冗余度較小； 數據獨立性較高；數據獨立性較高； 易擴展。易擴展。23數據庫管理系統數據庫管理系統 數據庫管理系統數據庫管理系統(DatabaseManagementSystem，簡稱，簡稱DBMS)，它是位于用戶與操作系統之間的，專門用于管理，它是位

14、于用戶與操作系統之間的，專門用于管理數據庫的一層數據管理軟件，是一個通用的軟件系統。數據庫的一層數據管理軟件，是一個通用的軟件系統。DBMS的基本功能有的基本功能有： 1）數據定義功能）數據定義功能 2）數據操作功能）數據操作功能 3）數據庫維護功能）數據庫維護功能 4）數據庫的保護）數據庫的保護 5）通信）通信24數據庫系統數據庫系統 數據庫系統數據庫系統（DatabaseSystem，簡稱，簡稱DBS）是指在計算機）是指在計算機系統中引入數據庫后的系統構成，由計算機硬件設備、數據系統中引入數據庫后的系統構成，由計算機硬件設備、數據庫及相關的計算機軟件系統、開發管理使用數據庫系統的人庫及相關

15、的計算機軟件系統、開發管理使用數據庫系統的人員三部分組成。員三部分組成。 簡單的說，數據庫系統由硬件、軟件和用戶組成。簡單的說，數據庫系統由硬件、軟件和用戶組成。DBS = DB + OS + DBMS + App + DBA + Users+硬件硬件25數據庫管理員數據庫管理員 數據庫管理員數據庫管理員(DataBaseAdministrator，簡稱，簡稱DBA)是負責是負責全面地管理和控制數據庫系統，承擔著創建、監控和維護整全面地管理和控制數據庫系統，承擔著創建、監控和維護整個數據庫結構的責任。個數據庫結構的責任。26DBA的主要職責有：的主要職責有： 1)在用戶與數據庫開發人員之間進行

16、協調和溝通在用戶與數據庫開發人員之間進行協調和溝通 2)參與數據庫和應用系統設計的全過程，進行數據庫的建立、參與數據庫和應用系統設計的全過程，進行數據庫的建立、配置和管理。配置和管理。 3)數據庫完整性控制、權限設置和安全管理數據庫完整性控制、權限設置和安全管理 4)負責監視和控制數據庫的正常運行，負責系統的維護和數負責監視和控制數據庫的正常運行，負責系統的維護和數據恢復等工作。據恢復等工作。 5)提出數據庫的重構計劃，進行數據庫的改進和重組。提出數據庫的重構計劃，進行數據庫的改進和重組。271.3.2數據庫系統的體系結構數據庫系統的體系結構 體系結構：體系結構：三級模式、兩級映像、兩級數據獨

17、立性三級模式、兩級映像、兩級數據獨立性的結構特的結構特征征28模式模式 又稱又稱邏輯模式或概念模式邏輯模式或概念模式，是數據庫全體數據的全體邏輯結，是數據庫全體數據的全體邏輯結構和特性的描述。是所有用戶的公共數據視圖。構和特性的描述。是所有用戶的公共數據視圖。 一個數據庫系統一個數據庫系統只能有一個模式只能有一個模式，以模式為框架組成的數據，以模式為框架組成的數據庫為概念數據庫。庫為概念數據庫。 在關系數據庫管理系統中，一個數據庫系統的模式由多個關在關系數據庫管理系統中，一個數據庫系統的模式由多個關系模式構成，多個關系模式通過外鍵聯系。系模式構成，多個關系模式通過外鍵聯系。29外模式外模式 又

18、稱又稱子模式或用戶模式子模式或用戶模式，是對各個用戶或程序所涉及到的數，是對各個用戶或程序所涉及到的數據的邏輯結構和數據特征的描述。據的邏輯結構和數據特征的描述。 外模式是模式的子集。外模式是模式的子集。 外模式是完全按用戶自己對數據的需要、站在局部的角度進外模式是完全按用戶自己對數據的需要、站在局部的角度進行設計的。行設計的。 一個數據庫系統可能有一個數據庫系統可能有多個外模式多個外模式。30內模式內模式 又稱又稱存儲模式或物理模式存儲模式或物理模式，對應于物理級，是全體數據庫數，對應于物理級，是全體數據庫數據的內部表示或者低層描述。據的內部表示或者低層描述。 是數據在數據庫內部的表示方式，

19、對應著實際存儲在外存儲是數據在數據庫內部的表示方式，對應著實際存儲在外存儲介質上的數據庫。介質上的數據庫。 在一個數據庫系統只有在一個數據庫系統只有一個內模式一個內模式。31外模式外模式/模式的映像及邏輯數據獨立性模式的映像及邏輯數據獨立性 外模式外模式/模式映像模式映像：定義并保證了外模式與數據模式之間的：定義并保證了外模式與數據模式之間的對應關系。對應關系。 當數據庫系統模式變化時，當數據庫系統模式變化時，DBA可以通過修改外模式可以通過修改外模式/模式模式映像的方法使外模式不變；由于應用程序是根據外模式進行映像的方法使外模式不變；由于應用程序是根據外模式進行設計的，只要外模式不改變，應用

20、程序就不需要修改，因而設計的，只要外模式不改變，應用程序就不需要修改，因而保證了保證了數據的邏輯獨立性數據的邏輯獨立性。32模式模式/內模式的映像及物理數據獨立性內模式的映像及物理數據獨立性 模式模式/內模式映像內模式映像，定義并保證了數據的邏輯模式與內模式，定義并保證了數據的邏輯模式與內模式之間的對應關系之間的對應關系,即定義數據全局邏輯結構和存儲結構之間即定義數據全局邏輯結構和存儲結構之間的對應關系。的對應關系。 當數據庫的存儲結構改變時，當數據庫的存儲結構改變時，DBA可以通過修改模式可以通過修改模式/內模內模式映像，使數據庫模式不變。由于有些用戶或程序是按數據式映像，使數據庫模式不變。

21、由于有些用戶或程序是按數據庫的模式使用數據的，所以只要數據庫模式不變，用戶仍可庫的模式使用數據的，所以只要數據庫模式不變，用戶仍可以按原來的方式使用數據，程序也不需要修改，因而保證了以按原來的方式使用數據，程序也不需要修改，因而保證了數據的物理獨立性數據的物理獨立性。331.4 數據模型數據模型341.4.1概念模型概念模型 (1)實體：實體： (2)屬性：屬性： (3)域：域： (4)實體集：實體集： (5)實體型：實體型： (6)實體標識符實體標識符35概念模型概念模型實體實體-聯系模型聯系模型(簡稱簡稱E-R模型模型) 矩形框矩形框：表示實體類型。：表示實體類型。 菱形框菱形框：表示實體

22、間的聯系類型。：表示實體間的聯系類型。 橢圓形框橢圓形框：表示實體類型和聯系類型的屬性。相應的命名：表示實體類型和聯系類型的屬性。相應的命名均記入各種框中。對于作為實體標識符的屬性，在屬性名下均記入各種框中。對于作為實體標識符的屬性，在屬性名下劃一橫線。劃一橫線。 直線直線：聯系類型與其涉及的實體類型之間以直線連接，并：聯系類型與其涉及的實體類型之間以直線連接，并在直線端部標上聯系的種類在直線端部標上聯系的種類(1：1，1：N，M：N)。36 【例例2-1】 在課程管理系統中在課程管理系統中,涉及到學生涉及到學生,課程課程,教師等實體教師等實體,學生實體集的屬性有學號，姓名，年齡，性別，班級等

23、。課學生實體集的屬性有學號，姓名，年齡，性別，班級等。課程實體集的屬性有課號，課名，學時，學分；教師實體集的程實體集的屬性有課號，課名，學時，學分；教師實體集的屬性有工號，教師名，職稱等。屬性有工號，教師名，職稱等。 假設，假設，一個學生可以選修多門課程一個學生可以選修多門課程，一門課也可以由多個學一門課也可以由多個學生選修，當一個學生選修一門課程時，會有成績生選修，當一個學生選修一門課程時，會有成績。一門課只。一門課只能有一個教師教，一個教師可以教多門課程。能有一個教師教，一個教師可以教多門課程。37課程管理系統的課程管理系統的ER圖圖38層次模型層次模型 用用樹結構樹結構表示實體類型及實體

24、之間聯系的模型。表示實體類型及實體之間聯系的模型。39層次結構模型具有如下特點：層次結構模型具有如下特點： （1）是用樹結構表示實體類型及實體之間聯系的模型。）是用樹結構表示實體類型及實體之間聯系的模型。 （2）記錄之間的聯系都用指針來實現。）記錄之間的聯系都用指針來實現。 優點：優點：數據模型較簡單，使用方便數據模型較簡單，使用方便，描述一對多的層次關系描述一對多的層次關系自然、直觀，易理解。自然、直觀，易理解。 不足：不足：只能表示一對多的聯系，用戶難以掌握只能表示一對多的聯系，用戶難以掌握，應用程序編應用程序編寫困難。寫困難。401.4.2網狀模型網狀模型 用用有向圖結構有向圖結構表示實體類型及實體間聯系的模型稱為網狀模表示實體類型及實體間聯系的模型稱為網狀模型型41網狀