大学计计算机基础础 第六章 数据库库技术术 1 第六章 数据库技术 数据库库技术术是目前使用计计算机进进行数据处处理的 主要技术术 借助数据库库技术术 可以方便有效地存储储 和管理大量 复杂杂的数据 从海量数据中挖掘或抽 取出知识识 是典型的计计算思维维方法 本章主要介绍绍与数据库库技术术有关的几个基本概 念 包括什么是数据库库 数据库库管理系统统 数据库库 系统统 数据模型 数据库设计过库设计过 程及数据库库在管理 信息系统统中的应应用等内容 如何把大象放冰箱里 如何把大象放冰箱里 2 6 1 数据库技术基本概念 在计算机领域 数据泛指一切能够被输入到计算机 中并被计算机处理的符号 它们可以是数值 字符 图形 声音等 1 数据 2 数据处处理 数据处处理是指利用计计算机对对各种类类型的数据进进行收集 存 储储 分类类 计计算或加工 检检索 传输传输 维护维护 的一系列操作 随着计计算机软软件 硬件技术术的发发展 数据处处理的主要工作已 不再是计计算 而是进进行管理 人工管理阶阶段 文件系统阶统阶 段 数据库库系统阶统阶 段 数据库库技术发术发 展的三个阶阶段 数据库库是数据处处理技术发术发 展的产产物 基本概念主要有数 据 数据处处理 数据库库 数据库库管理系统统以及数据库库系统统等 3 人工管理阶阶段 用户户的应应用程序与数据相互结结合不可分 割 当数据有所变动时变动时 程序则则随之改变变 程序与数据之间间 不具有独立性 文件管理阶阶段 数据以文件形式长长期保存和处处理 应应用 程序和数据之间间具有了一定的独立性 一个文件可被多个 应应用程序使用 一个应应用程序也可使用多个数据文件 数据 文件之间间无关联联 同样样的数据会在不同文件中出现现 数据 冗余大 应应用程序1数据集1 应应用程序2数据集2 数据集3应应用程序3 人工管理阶阶段 冗 余 文件组组 n 应应用程序1 应应用程序2 应应用程序n 文件组组1 文件组组2 文件系 统统 文件系统阶统阶 段 4 数据库库系统阶统阶 段 在这这一管理方式下 数据被组织组织 到 一个结结构化的数据库库中统统一管理 数据之间间是有联联系的 数据不再面向某个应应用程序而是面向整个系统统 所有用户户 可同时时存取库库中的数据 数据与程序之间间相互独立 应应用程序1 应应用程序2 数 据 库库 管理系统统 数据库库系统阶统阶 段 数据库库 DBMS DB 5 6 1 数据库技术基本概念 是指以一定的组织方式将相关的数据组织在一起 长期存放在计算机内 可为多个用户共享 数据库是数据 库系统的核心 是数据库系统的管理对象 3 数据库库 DB 4 数据库库管理系统统 DBMS 是管理数据库库的软软件的集合 是位于用户户 或应应用程序 与操作系 统统之间间的数据库软库软 件 是用户访户访 问问数据库库的接口 DBMS的组组成 6 6 1 数据库技术基本概念 5 数据库库系统统 数据库库系统统 DBS 是指采用 了数据库库技术术的计计算机系统统 数据库库系统统主要由五部分组组 成 数据库库 DBMS 数据库应库应 用软软件 数据库库管理员员 用户户 数据库库系统统的组组 成 7 6 2 数据模型 当我们面对 海量 的数据 如何管理和储存它们 这就需要有一个 模型 按照一定的组织方式进行管理 任何一个数据库库管理系统统都是基于某种数据模型的 常 用的支持数据库库系统统的数据模型有 层层次模型 网状模型 关系模型 数据库库的性质质是由这这些数据模型决定的 如Access支 持关系模型 所以由Access创创建的数据库库就为为关系数据库库 8 6 2 数据模型 层次模型是最早的数据模 型 该模型像一棵倒置的树 根 结点在上 层次最高 子结点在 下 逐层排列 其主要特征是 有 且只有一个无双亲的根结点 根 结点以外的子结点 向上仅有一 个父结点 向下可以有若干个子结 点 1 层层次模型 网状模型是层层次模型的扩扩展 其主要特征是 允许许有一个以 上的结结点无双亲结亲结 点 至少有一 个结结点有多于一个的双亲结亲结 点 2 网状模型 9 6 2 数据模型 姓名性别别年龄龄 王一男24 林二女22 李三男21 陈陈四女23 班级级姓名性别别年龄龄 01会 计计 王一男24 02网工林二女22 03软软 工 李三男21 04商 务务 陈陈四女23 一般来说 任何数据模型都描述一定事物数据之间的 关系 层次模型描述数据之间的从属层次关系 网状模型描 述数据之间的多种从属的网状关系 而关系模型则用二维表 表示事物间的联系 当前主流数据库普遍采用的是关系数据 模型 3 关系模型 表6 1 某学校学生信息表 表6 2 某学校学生分布情况表 10 6 3 数据模型 关系模型的几个基本概念 关系 一个关系对应对应 一张张二维维表 表名即关系名 元组组 表中的一行即为为一个元组组 又称为为行或记录记录 属性 表中的一列即为为一个属性 给给每一个属性起一个名称即属性名 主键键 唯一标识标识 关系中的任何一个元组组的属性称为该为该 关系模式的主键键 11 6 3 关系数据库设计 关系数据库设计库设计 步骤骤 1 需求分析 2 概念设计设计 3 逻辑设计逻辑设计 4 物理设计设计 5 数据库实库实 施 6 数据库库运行维护维护 开始实实施 施工建造 前期准备备 图纸设计图纸设计 提出方案 小区规规划 开始调调研 可行性分析 业业主入住 小区管理 物业维护业维护 建一个居民小区打个比喻喻 12 6 3 关系数据库设计 需求分析是数据库设计 的第一步 该阶段主要是对 数据库应用系统所要处理的对象进行全面了解 大量收集各 类基础数据以及用户对数据库信息和对基础数据进行处理的 要求等 1 需求分析 信息要求 每个学校是以学院为单为单 位进进行管理的 学院 又分为为系 系分为为教研室 教研室聘请请教师师 系开设设班级级 学生按专业专业 分班 其中涉及到学院 系 教研室 教师师 学 生 班级级 课课程等各方面的信息 处处理要求 对对学院 系 教研室 教师师 班级级 学生 成绩绩等进进行管理 包括增加 修改 删删除 打印学生成绩报绩报 表 等 例如 学生信息管理系学生信息管理系统统统统 13 6 3 关系数据库设计 概念设计的目标是产生反映需求信息的数据库概 念结构 它与具体的DBMS无关 2 概念设计设计 现实现实 世界 概念模型 将现实现实 世界客观观存在的事物及其相互间联间联 系 通过过符号记录记录 下来抽象为为信息世界 14 6 3 关系数据库设计 学生信息管理系统统的E R模型 E R图图 概念设计设计 用实实体 联联系模型 简简称E R图图 表示 矩形框 实实体 椭圆椭圆 框 属性 菱形框 联联系 15 6 3 关系数据库设计 逻辑设计 的任务是将概念模型转换为 特定DBMS所支 持的数据模型 3 逻辑设计逻辑设计 学院 学院编编号 学院名称 院长长姓名 电话电话 地址 系 系编编号 系名称 系主任 电话电话 教研室个数 学院编编号 教研室 教研室编编号 教研室名称 教师师人数 系编编号 教师师 教师编师编 号 姓名 性别别 职务职务 教研室编编号 班级级 班级编级编 号 班级级名称 班级级人数 班长长姓名 专业专业 系编编号 学生 学号 姓名 性别别 出生年月 籍贯贯 班级编级编 号 课课程 课课程编编号 课课程名 学时时 学分 选课选课 学号 课课程编编号 教师编师编 号 成绩绩 概念模型逻辑逻辑 模型 16 6 3 关系数据库设计 另外 数据库的逻辑结 构设计还 需要选定数据库管 理系统软件 并给出数据库逻辑结 构的详细设计 字段名字段类类型字段长长度 有效性规则规则索引类类型 学号文本12 主键键 姓名文本8 性别别文本2 男 或 女 出生年月日期 籍贯贯文本20 班级编级编 号文本6 外键键 学生 关系的详细逻辑设计详细逻辑设计 17 6 3 关系数据库设计 数据库物理结构设计就是为已设计好的逻辑数据模 型选择最适合应用要求的物理结构 数据库的物理结构主要 指数据库的存储记录 格式 存储记录 存放位置安排和存取方 法 显然 数据库的物理设计完全依赖于给定的硬件环境和 DBMS 4 物理设计设计 逻辑逻辑 模 型 物理模型 将信息世界的数据描述成计计 算机处处理的数据形式 18 6 3 关系数据库设计 数据库实施是根据逻辑设计 和物理设计的结果 在 计算机上建立起实际数据库结构 装入数据 测试和试运行 的过程 5 数据库实库实 施 用SQL语语言对对 学生 表进进行设计设计 在Access可视视化界面中对对 学生 表进进行设计设计 数据库库系统统正式运行 标标志着数据库设计库设计 与应应用开发发工 作的结结束和维护阶维护阶 段的开始 6 运行和维护维护 19 6 4 数据库在管理信息系统中的应用 管理信息系统 Management Information System 简称MIS 就是用计算机来执行管理功能的一种信息系统 一 般的数据处理系统着重解决一些日常的事务处理问题 而管 理信息系统是对企业 单位 内外的信息进行分析处理 最 终提出一些决策信息 供企业 单位 的上层高级决策人员 参考 1 管理信息系统统 正确的决策必须对须对 大量的有关信息进进行全面的科学分析 因此 一个管理信息系统统要求能在短期内尽快地处处理大量 的各类类信息 这样这样 就对对系统统中大量数据的组织组织 存储储 联联系 提出了较较高的要求 于是 数据库库作为为一个管理信息系统统的 核心部分就是必不可少的了 20 6 4 数据库在管理信息系统中的应用 管理信息系统统功能结结构图图 21 6 4 数据库在管理信息系统中的应用 数据库库是计计算机领领域中发发展最为为迅速的重要分支 数据库库技术术在 各行各业业中已得到广泛应应用 以下是一些数据库应库应 用的经经典案例 案例1 网上填报报高考志愿 访问访问 国家教育部的数据库库系统统 案例2 购买购买 火车车票 飞飞机票 访问访问 全国铁铁路 航空数据库库系统统 案例3 到银银行取钱钱 访问银访问银 行的数据库库系统统 案例4 在学校选课选课 访问访问 学校的学籍管理数据库库系统统 案例5 到图书馆图书馆 借书书 访问图书馆访问图书馆 的数据库库系统统 案例6 上网浏览浏览 网上购购物 访问访问 网站的后台数据库库系统统 数据库库系统统是管理信息系统统的核心 也是衡量管理信息系统统的标标 准 可以这这么说说 数据库库系统统在管理信息系统统中的地位就好像发动发动 机 在飞飞机中的地位一样样 22 Web环环境下的数据库访问库访问 6 4 数据库在管理信息系统中的应用 通常情况下 网站的后台支撑技术术是数据库库 因为为在实际应实际应 用中 网站需要保存大量的数据 简单简单 来说说 用户户只要能够连够连 接到因特网并且 安装了Web浏览浏览 器 就能够够操作数据库库 其过过程是 用户户向Web服务务 器发发出数据操作请请求 Web服务务器收到请请求以后 按照特定的方式将请请 求转发给转发给 数据库库服务务器 数据库库服务务器执执行这这些请请求并将结结果数据返 回给给Web服务务器 Web服务务器则则以页页面的形式将结结果数据返回用户户的 Web浏览浏览 器 用户户通过过Web浏览浏览 器查查看请请求结结果 23 6 5 数据挖掘 数据挖掘是一个与数据库库技术紧术紧 密相关的正在迅速发发 展的新兴兴交叉应应用领领域 它在许许多领领域包括市场营销场营销 库库 存管理 质质量控制 借贷风险贷风险 管理 欺诈检测诈检测 和投资资分析 等的决策支持活动动中扮演着越来越重要的角色 简单简单 地讲讲 数据挖掘就是从大量数据中挖掘或抽取出知 识识 它是一个从大量数据中抽取 挖掘出未知的 有价值值的 模式或规规律等知识识的复杂过杂过 程 数据挖掘涉及人工智能 机 器学习习 统计统计 学 数据库库系统统等多领领域技术术 数据挖掘活动动不同于传统传统 的数据库查询库查询 数据挖掘是 寻寻找确定以前未知的模式 而数据检检