数据库原理与设计_第一章

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李建中, 王珊编著. 数据库系统原理. 电子工业出版社, 1999.4
王珊, 陈红编著. 数据库系统原理教程. 清华大学出版社, 1998.7 Ramez Elmasri, Shamkant B. Navathe著.数据库系统基础. 第3 版. 邵佩英, 张坤龙等译. 人民邮电出版社, 2002.11
• DBMS的基本原理在SQL Server中的体现；
• 数据库应用系统的设计与开发。
讲授方式
• 首先讲解数据库系统的整体框架，了解其各部分组 成及地位作用、所涉及的概念及内容；重视英文术 语；
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根据整体框架，分别讲授各个组成部分；
各个部分的讲解，基本上先讲其基本概念及理论， 紧接着将以SQL Server DBMS为例，对应讲解该 理论在实际的DBMS中的运用及体现； 利用上机实验条件和课内外课时，实际上机实习， 加深理论，掌握有代表性的SQL Server DBMS； 教材：陶宏才主编, <<数据库原理及设计>>, 第二 版，清华大学出版社，2007.9
管理应用系统
支持 开发
大容量数据 并发访问 故障恢复 安全性 完整性 数据库管理系统 （DBMS）
文件系统
数据结构，数据文件
数据库
• 抽出五个基本公共功能形成数据库管理系统 • 引起的术语变化：
结构类型 ⇒ 数据模型（data model） 具体的某个结构 ⇒ 数据模式（data schema） 数据文件 ⇒ 数据库
– DBMS利用许多复杂的技术来高效存储和检索数据，
这对存于外部存储设备上的数据相当重要。
• 数据完整性与安全性（Data Integrity and Security）
– DBMS建立完整性约束，如为每个数据项指定数据类型。
– DBMS提供授权子系统，每个用户或用户组被赋予一个通 过口令保护的帐户，不同的帐户有不同的访问权限。
数据库系统的优点
整体数据的结构化 学生记录结构 学号 姓名 性别 年龄 所在系 家庭住址 联系电话
课程记录结构 课程号 课程名 学时 教材名称
选课记录结构 学号 课程号 学期 成绩
数据库系统的优点
• 数据独立性（Data Independence）
– 将数据如何表示的（如：是数组还是整数？）和如何存 储的（如：一个记录的长度）与应用程序分离 – 数据结构和存储方式发生变化不需修改和编译应用程序。 – 数据的逻辑独立性：当模式改变时，数据库管理员修改 有关的外模式/模式映象，使外模式保持不变；应用程序 是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改， 保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立 性。 – 数据的物理独立性：当数据库的存储结构改变了（例如 选用了另一种存储结构)，数据库管理员修改模式/内模 式映象，使模式保持不变；应用程序不受影响。保证了 数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。
– 文件系统必需做很大改进，以满足数据安全的要求， 例如：不同用户的授权问题。
• 数据的完整性（Integrity）
– 同一数据可能会出现在多个数据结构中，同时对应地 出现在多个数据文件中。 – 修改一个文件的一个数据，必须同时修改其他文件中 的相同的数据，否则就会产生数据的不一致。
走向数据库之二：“数据库诞生”
数据库系统的优点
数据的共享性高，冗余度低，易扩充
• 数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据 面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共 享使用。 • 数据共享的好处
– 减少数据冗余，节约存储空间
– 避免数据之间的不相容性与不一致性 – 使系统易于扩充
数据库系统的优点
• 高效数据访问 （Efficient Data Access）
走向数据库之三：“数据库的抽象层次”
• 应用系统开发数据库的抽象过程 – 对应用中的信息（数据）进行计算机化的管理 “数据抽 象”； – 例如:管理计算机系的学生李白(20010311)的“数据库”课程的 成绩 用一定的方式来组织数据,使其具有结构化 “数据 模型”(data model)； – 利用“数据模型”工具完成对具体系统的数据抽取、组织， 得到的结果就是“数据模式”（data schema） • 复杂的应用系统，可分成多个应用子系统。 – 对每个子系统进行数据抽象，得到各自的模式，称为外模式 （external schema） “视图抽象”； – 在外模式的基础上“合零为整”，形成一个全局的数据模式， 是概念上的，唯一的，称为概念模式（conceptual schema） “概念抽象”； – 概念模式转化成计算机可实现的内模式（internal schema）， 落实到计算机的物理实现层面 “物理抽象”；
– 五大功能及相关的任务由DBMS来完成，系统开发的 难度降低，开发时间也缩短了。
• 持久性存储（Persistent Storage）
– 数据库可以为程序对象和数据结构提供持久性存储。
数据库系统的基本功能
• 数据独立性 • 并发控制 • 故障恢复 • 安全性 • 完整性 注意：虽然DBMS有很多优势，但在某些情况下使用 DBMS反而会导致不必要的开销。如： – 苛刻的实时环境（现在有real-time DB）； – 操作少，代码要求精炼时； – 数据是非结构化或半结构化的（如HTML、 XML、MS Word文档），还没有相应的查询语 言支持。
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学习方式
• 好消息: – 课程内容是很多技术的基础 – 非常重要； – 几乎所有计算机应用领域都需要数据库 – 非常有用。 • 警钟： – 要把自己放到虚拟工作环境中，带着问题来学。 – 课程内容多，需要深入理解； – 学习不努力，考试徒伤悲！ • 如何在本课程中获得事半功倍的效果？ – 积极主动地学习； – 记笔记； – 上课时脑细胞要活跃，多问为什么； – 按时、优质地完成作业； – 同学间讨论问题； – 自己动手练习。
struct Course { int nCourseNo; char szCourseName[20]; char szDept[30]; };
nStudNo; nCourseNo; nScore;
注：sz - 数组（Array），n – 整数（Number ），c - 字符（Char）
文件系统实现过程（2）
1. 一个完成数据输入、存储、修改、输出、持
久有效的系统 2. 存储数据 —— 使用一种数据结构 3. 易于修改数据 —— 这种数据结构便于查找 数据和修改数据 4. 持久有效 —— 系统有安全保护措施
走向数据库之一：“史前时期”
• 数据库的“史前时期”是文件系统（File System）时期。 • 文件系统怎样开发管理应用呢？
数据库系统的优点（续）
• 数据管理 – 数据的集中管理可以控制冗余（Redundancy）。
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并发访问与故障恢复
– 多个用户使用数据库，但用户感到好象只有他一个人 在使用似的。 – 数据库在执行某个程序发生故障后，DBMS能把数据 库恢复到这个程序开始执行前的正确状态。
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缩短应用开发时间（ Reduced Application Development Time)
程序运行前，需将数据文件中的数据读出，放入程序中 的对应链表中，以方便数据的操作。 程序结束运行之前，将链表中的数据存入到对应的数据 文件中。
•数据管理操作
最基本的数据操作：增加、删除、修改和查询，简称： 增删改查询。其他操作或功能由这四个基本操作组合而 来
文件系统的缺陷（1）
• 无法处理超大量数据（如GB级，TB级，PB级）
–开发任务 简单学生管理系统，学生注册、选课、学籍和成绩管 理。 –开发工具及环境 程序设计语言如C/C++，Windows下的文件系统。 –数据结构设计 确定管理对象；抽取对象主要特征；将特征组织起来。 利用C/C++语言中的“结构”数据类型存放数据。
文件系统实现过程（1）- 数据结构定义
struct Student { int char char int char }; nStudNo; szStudName[20]; cGender; nAge; szDept[30]; struct Enrollment { int nStudNo; int nWhichTerm; char cEnrolled; char szMem[30]; }; struct Score { int int int };
•构造链表
为了管理学生的信息，常常以班级为单位。
如果对集合数据进行添加、修改、排序等操作，一个办法是构 造链表。在我们的例子中，至少需要构造四个这样的链表。
以学生基本信息链表为例：
StudentInfo StudentInfo StudentInfo Λ
•链表操作 对班级的学生进行增加、删除、修改、查询与排序工作。 相对于链表是对结点进行insert，delete，update，query，sort。
成绩评估方法
• 平时成绩占30％
– 作业占15％ – 课堂讨论，测验占15％（考勤） – 上机（完成并提交上机报告）
• 期末考试成绩占70％
– 内容以课堂讲授及教材为准。
主要参考书
• • • 王珊、萨师煊等编著. 数据库系统概论(第4版) . 高等教育 出版社, 2006 郑阿奇. SQL Server实用教程（第3版）.电子工业出版社， 2013年 施伯乐等编著. 数据库系统教程. 第2版. 高等教育出版社, 2003.8
文件系统实现过程（3) - 用户界面设计
学生学籍管理
学号 姓名 性别 年龄 所属系
20030900001 张三 M 18 计算机
增加
删除
修改
查询
退出
学生学籍管理界面
文件系统实现过程（4）
•创建数据存储文件