数据库设计基础教学课件学习课件PPT

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1、数据库设计基础周雪敏周雪敏Shafa0899_Shafa0899_数据库设计基础数据库设计基础南昌理工学院周雪敏本章内容v4.1 数据库的基本概念v4.2 数据模型v4.3 关系代数v4.4 数据库设计与管理数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.1 数据库系统的基本概念v1.数据(Data)：实际上就是描述事物的符号记录。数据的特点：有一定的结构，有型与值之分，如整型、实型、字符型等。而数据的值给出了符合定型的值，如整型值15。v2.数据库(DB)：是数据的集合，具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内，是多种应用数据的集成，并可被各个应用程序共享。数据库存放数据是按数据所提供的数据模式存放的

2、，具有集成与共享的特点。数据库设计基础南昌理工学院周雪敏对象对象指具体事物。对象属性对象属性标识对象性质、特征和行为。事件事件由对象识别和响应的某些操作，是一些 特定的预定义活动，可由用户或系统启动。对象方法对象方法指对象可执行的动作。类类是对一种对象的归纳和抽象。子类子类是以其他类定义为起点而某一对象所建立的新类。封装封装是用于说明包含和隐藏对象信息的数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.1 数据库系统的基本概念3、数据库管理系统(DBMS)：一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等，是数据库系统的核心。数据库管理系统功能：（1）数据模式定义：（2）数据

3、存取的物理构建：（3）数据操纵：（4）数据的完整性、安生性定义与检查；（5）数据库的并发控制与故障恢复；（6）数据的服务：数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.1 数据库系统的基本概念v数据库管理系统提供以下的数据语言：（1）数据定义语言：（2）数据操纵语言：（3）数据控制语言：v数据语言使用的两种方式：交互式命令(又称自含型或自主型语言)、宿主型语言（嵌入某些宿主语言中）。数据库设计基础南昌理工学院周雪敏v目前流行的DBMS均为关系数据库系统，比如Oracle、Sybase的PowerBuilder及IBM的DB2、微软的SQLServer等，它们均为严格意义上的DBMS系统。v另外一些小型数

4、据库管理系统，如：Visual FoxPro及Access等，不是严格意义上的DBMS.数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.1 数据库系统的基本概念4.数据库管理员(DBA)：对数据库进行规划、设计、维护、监视等的专业管理人员。5.数据库系统(DBS)：由数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、数据库管理员（人员）、硬件平台（硬件）、软件平台（软件）五个部分构成的运行实体,DBMS是核心。6、数据库应用系统：由数据库系统(DBMS)、应用软件及应用界面三者组成。数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.1 数据库的基本概念7.数据管理的发展:人工管理阶段（40-50年代）;文件系统阶段（50-60年

5、代）;数据库系统阶段（60年代末-现在）数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.1 数据库的基本概念v8.数据库系统的发展v文件系统阶段v层次数据库与网状数据库系统阶段v关系数据库系统阶段数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.1 数据库的基本概念v9.数据库系统的基本特点(标记P89)数据的集成性 数据的高共享性与低冗余性(数据不一致性)数据独立性（物理独立性与逻辑独立性）数据统一管理与控制(完整性/安全性/并发控制)数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.1 数据库的基本概念v10.数据库系统的三级模式(P90图4.3)（1）概念模式：数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，全体用户公共数据视图；（2）外

6、模式：也称子模式与用户模式。是用户的数据视图，也就是用户所见到的数据模式；（3）内模式：又称物理模式，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。(索引等)v数据库系统的两级映射：（1）概念模式到内模式的映射；(物理独立)（2）外模式到概念模式的映射。(逻辑独立)数据库设计基础南昌理工学院周雪敏三级模型、两种映射关系图局部到整体逻辑到物理数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.2 数据模型1、数据模型的基本概念是数据特征的抽象，从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统的信息表与操作提供一个抽象的框架。描述了数据结构、数据操作及数据约束。数据模型根据应用层次分为：概念模型（E

7、-R模型）、逻辑模型（层次、网状、关系等）、物理模型数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.2 数据模型2、实体联系模型（E-R模型图）E-R模型是概念模型。1)E-R模型的三个要素：a.实体：现实世界中的事物。在E-R图中用矩形框表示。b.属性：事物的特性；在E-R图中用椭圆表示。c.联系：现实世界中事物间的关系。在E-R图中用菱形框表示。联系类型有3种：1对1，1对多，多对多。实体名属性名联系名数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.2 数据模型vE-R模型三个基本概念之间的联接关系：实体是概念世界中的基本单位，属性有属性域，每个实体可取属性域内的值。一个实体的所有属性值叫元组。(1)实体与属性的

8、联接表示；(2)实体与联系的联接表示。见书93-95图数据库设计基础南昌理工学院周雪敏studentcouresS#SnSa实体属性sc联系实例：（学生、课程）数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.2 数据模型3、基本逻辑模型有三种：1）层次模型：层次模型的基本结构是树形结构，具有以下特点：每棵树有且仅有一个无双亲结点，称为根；树中除根外所有结点有且仅有一个双亲。2）网状模型：从图论上看，网状模型是一个不加任何条件限制的无向图。3）关系模型：关系模型采用二维表来表示，简称表，由表框架（关系模式）及表的元组组成。满足一定条件的二维表就是一个关系。数据库设计基础南昌理工学院周雪敏实例：层次模型数据库

9、设计基础南昌理工学院周雪敏简化实例：网状模型数据库设计基础南昌理工学院周雪敏实例：关系模型数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.2 数据模型v4、关系的七条基本性质（了解）元组有限性、唯一性、次序无关性、分量原子性、属性名唯一性、属性次序无关性、值域同一性。v5、在二维表中凡能唯一标识元组的最小属性称为键或码。从所有侯选健中选取一个作为用户使用的键称主键。表A中的某属性是某表B的键，则称该属性集为A的外键或外码。v6、主键不允许出现空值。数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.2 数据模型7、关系操纵 包括：插入、查询、更新和删除数据（增查改删）。8、关系中的数据约束：（1）实体完整性约束：约束关系

10、的主键中属性值不能为空值；（2）参照完全性约束：是关系之间的基本约束，外键必须存在于另一个关系中；（3）用户定义的完整性约束：它反映了具体应用中数据的语义要求。（例如：在学生表中年龄不能出现小于0的情况）数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.3 关系代数v关系数据库系统的特点之一是它建立在数据理论的基础之上，有很多数据理论可以表示关系模型的数据操作，其中最为著名的是关系代数与关系演算。v关系模型的基本运算：（增查改删）（1）插入（2）删除(3)修改（4）查询（包括投影、选择、笛卡尔积运算）关系模型的扩充运算：并交差、连接数据库设计基础南昌理工学院周雪敏对相关域的列的操作满足条件的元组系部编号姓名

11、性别1 1王彬王彬男男2 2李珊李珊女女3 3张扬张扬女女关系R系部编号课程成绩1 1C1C195952 2B3B380801 1C2C29090关系S1、对关系R中系部编号、姓名两列做投影：系部编号,姓名(R)2、选择出关系S中系部编号系部编号=1的元组：系部编号=1(S)系部编号姓名1 1王彬王彬2 2李珊李珊3 3张扬张扬系部编号课程成绩1 1C1C195951 1C2C29090查询实例数据库设计基础南昌理工学院周雪敏3、关系R和S的笛卡儿积(RS)：系部编号姓名 性别系部编号课程 成绩1 1王彬王彬 男男1 1C1C195951 1王彬王彬 男男2 2B3B380801 1王彬王彬

12、男男1 1C2C290902 2李珊李珊 女女1 1C1C195952 2李珊李珊 女女2 2B3B380802 2李珊李珊 女女1 1C2C290903 3张扬张扬 女女1 1C1C195953 3张扬张扬 女女2 2B3B380803 3张扬张扬 女女1 1C2C29090查询实例N+M元的关系；元组个数pXq数据库设计基础南昌理工学院周雪敏系部编号姓名性别1 1王彬王彬男男2 2李珊李珊女女3 3张扬张扬女女关系R系部编号姓名性别1 1王彬王彬男男4 4李倩李倩女女5 5张扬张扬女女关系S4、关系RS5、关系RS系部编号姓名性别1 1王彬王彬男男系部编号姓名性别1 1王彬王彬男男2 2李

13、珊李珊女女3 3张扬张扬女女4 4李倩李倩女女5 5张扬张扬女女关系模型的扩充运算：并交差数据库设计基础南昌理工学院周雪敏系部编号姓名性别1 1王彬王彬男男2 2李珊李珊女女3 3张扬张扬女女关系R系部编号姓名性别1 1王彬王彬男男4 4李倩李倩女女5 5张扬张扬女女关系S6、关系R-S7、关系S-R系部编号姓名性别4 4李倩李倩女女5 5张扬张扬女女系部编号姓名性别2 2李珊李珊女女3 3张扬张扬女女关系模型的扩充运算：并交差数据库设计基础南昌理工学院周雪敏ABCD12347856783412561242关系RCD3456关系SAB1278关系T=RS是笛卡尔积的逆运算：理解“在被除的关系中

14、找出满足除数关系中的所有条件的元组”；在实际操作中可用笛卡儿积验算除法：见书上P101-102另举例：P101例4.2数据库设计基础南昌理工学院周雪敏连接可分为三种：内连接、外连接和交叉连接。内连接又分为等值连接、自然连接和不等值连接三种。外连接分为左外连接(LEFT OUTER JOIN或LEFT JOIN)、右外连接(RIGHT OUTER JOIN或RIGHT JOIN)和全外连接。自然连接是一种特殊的等值连接，相连接的表之间存在相同的属性。（见书102）连接“|”：见书上P101-103数据库设计基础南昌理工学院周雪敏R IXI Sij=（R X S）ij“=”等值连接“”小于连接“”

15、大于连接R IXI S 自然连接条件：有相同的域且对相同的域等值连接数据库设计基础南昌理工学院周雪敏实例1连接“|”：见书上P101-103数据库设计基础南昌理工学院周雪敏实例2连接“|”：见书上P101-103条件：有相同的域且相同的域等值连接数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.4 数据库设计与管理v数据库设计是数据库应用的核心。v数据库设计的两种方法：v（1）面向数据：以信息需求为主，兼顾处理需求；v（2）面向过程：以处理需求为主，兼顾信息需求。v数据库的生命周期：需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、编码阶段、测试阶段、运行阶段、进一步修改阶段。数据库设计基础南昌理工学

16、院周雪敏数据库设计四个阶段需求分析概念设计逻辑设计物理设计需求说明书概念数据模型(E-R模型)逻辑数据模型(关系模型)数据库内模式数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.4.2数据库需求分析v需求分析常用结构析方法和面向对象的方法。结构化分析（简称SA）方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。用数据流图表达数据和处理过程的关系。对数据库设计来讲，数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果。v数据字典是各类数据描述的集合，包括5个部分：数据项、数据结构、数据流（可以是数据项，也可以是数据结构）、数据存储、处理过程。P105 数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.4.3数据库概念设计v数据库

17、概念设计的目的是分析数据内在语义关系。设计的方法有两种v（1）集中式模式设计法（适用于小型或并不复杂的单位或部门）；v（2）视图集成设计法。v设计方法：E-R模型与视图集成。v视图设计一般有三种设计次序：自顶向下、由底向上、由内向外。v视图集成的几种冲突：命名冲突、概念冲突、域冲突、约束冲突。v视图集成分两步：消除冲突、消除冗余。数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.4.3数据库概念设计实例1数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.4.3数据库概念设计实例2数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.4.3数据库概念设计实例3数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.4.4 数据库逻辑设计v数据库的逻辑设计：1.

18、E-R图向关系模式转换 2.规范化调整 3.关系视图设计：关系视图的设计又称外模式设计。关系视图的主要作用：（1）提供数据逻辑独立性；（2）能适应用户对数据的不同需求；（3）有一定数据保密功能。数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.4.4 数据库逻辑设计（实例）学号姓名选学课程s001010章子怡语文s001010章子怡数学s001010章子怡英语学生实体数据库设计基础南昌理工学院周雪敏4.4.5 物理设计与库管理v数据库的物理设计主要目标是对数据内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度有效利用存储空间。一般RDBMS中留给用户参与物理设计的内容大致有索引设计、集簇设计和分区设计。v数据库管理的内容：（1）数据库的建立；（2）数据库的调整；（3）数据库的重组；（4）数据库安全性与完整性控制；（5）数据库的故障恢复；（6）数据库监控。数据库设计基础南昌理工学院周雪敏谢谢大家！周雪敏Shafa0899_