项目一 数据库基础（课件）-《MySQL数据库》同步教学（电子工业版）

项目一 数据库基础 任务1 数据库概述 任务2 MySQL安装与配置 任务3 数据库设计 任务1 数据库概述 任务引入 小白是一名大三的学生，他想学习有关于数据库的选修课。小白去查询相关资料，决定选修MySQL数据库。那么，什么是数据？什么是数据库？数据库系统都有哪些组成？什么是数据库管理系统？ 知识准备 MySQL 是一个关系型数据库管理系统，由瑞典 MySQL AB 公司开发，目前属于 Oracle 公司。MySQL 是一种关联数据库管理系统，关联数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就增加了速度并提高了灵活性。 一、数据与数据库 1.数据 数据本质上是对信息的一种符号化表示，即用一定的符号表示信息。 2.数据库 数据库（因为Database）就是一个存放数据的仓库，这个仓库是按照一定的数据结构（数据结构是指数据的组织形式或数据之间的联系）来组织、存储的，我们可以通过数据库提供的多种方式来管理数据库里的数据。 二、数据库管理系统 数据库管理系统（DBMS）是数据库系统的关键组成部分。任何数据操作，包括数据库定义、数据查询、数据维护、数据库运行控制等都是在DBMS管理下进行的。DBMS是用户与数据库的接口，应用程序只有通过DBMS才能和数据库打交道。 通常，DBMS的主要功能包括以下几个方面。 1.数据定义：DBMS提供数据定义语言（Data Definition Language，DDL）来定义数据库的三级模式，用概念DDL编写的概念模式称为源概念模式，用外DDL编写的外模式称为源外模式；用内DDL编写的内模式称为源内模式。 2.数据操作：DBMS提供数据操作语言DML（Data Manipulation Language），供用户实现对数据的追加、删除、更新、查询等操作。 3.数据库的运行管理：数据库的运行管理功能是DBMS的运行控制、管理功能，包括多用户环境下的并发控制、安全性检查和存取限制控制、完整性检查和执行、运行日志的组织管理、事务的管理和自动恢复，即保证事务的原子性。 4.数据组织、存储与管理：DBMS要分类组织、存储和管理各种数据，包括数据字典、用户数据、存取路径等，需确定以何种文件结构和存取方式在存储级上组织这些数据，如何实现数据之间的联系。 5.数据库的保护：数据库中的数据是信息社会的战略资源，所以数据的保护至关重要。DBMS对数据库的保护通过4个方面来实现：数据库的恢复、数据库的并发控制、数据库的完整性控制、数据库安全性控制。 6.数据库的建立和维护：包括数据库初始数据的装入，数据库的转储、恢复、重组织，系统性能监视、分析等功能。 7.通信：DBMS具有与操作系统的联机处理、分时系统及远程作业输入的相关接口，负责处理数据的传送。 三、数据库系统 数据库系统DBS（Data Base System，简称DBS）通常由软件、数据库和数据管理员组成。其软件主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程序以及数据库管理系统。数据库由数据库管理系统统一管理，数据的插入、修改和检索均要通过数据库管理系统进行。数据管理员负责创建、监控和维护整个数据库，使数据能被任何有权使用的人有效使用。 数据库系统由数据库、支持数据库运行的软硬件和人员等部分组成。 1.数据库：是指长期存储在计算机内的，有组织，可共享的数据的集合。 2.硬件：硬件是数据库赖以存在的物理设备，包括CPU、存储器和其他外部设备等。 3.软件：包括操作系统、数据库管理系统及应用程序。 4.人员：包括数据库管理员（Data Base Administrator，DBA）和用户。 四、数据模型 数据模型是客观事物及其联系的数据描述，它应具有描述数据和数据联系两方面的功能。组成数据模型的三要素是数据结构、数据操作和数据的约束条件。其中，数据结构是所研究的记录类型的集合，是对系统静态特性的描述；数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合；数据的约束条件是一组完整性规则的集合。所谓完整性规则是指数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态和状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。 目前成熟地应用在数据库系统中的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。它们之间的根本区别在于数据之间联系的表示方式不同（即记录型之间的联系方式不同）。 1.层次模型 层次数据模型是数据库系统最早使用的一种模型，它的数据结构是一棵“有向树”。层次模型的特征是： 有且仅有一个节点（即根节点）没有父节点。 其他节点有且仅有一个父节点。 例如，图所示为一个系教务管理层次数据模型，图（a）是实体之间的联系，图（b）是实体型之间的联系。 图是一个实例。 2.网状模型 用网状结构表示实体及其之间联系的模型称为网状模型。网中的每一个节点代表一个记录类型，联系用链接指针来实现。广义地讲，任何一个连通的基本层次联系的集合都是网状模型。它取消了层次模型的两点限制，网状模型的特征是： 允许节点有多于一个的父节点。 可以有一个以上的节点没有父节点。 图给出了一个简单的网状模型 图表示一个具体实例 3.关系模型 关系模型是用二维表格结构来表示实体和实体之间联系的数据模型。 图给出了一个简单的关系模型 关系模型的特征是： 描述的一致性，不仅用关系描述实体本身，而且也用关系描述实体之间的联系。 可直接表示多对多的联系。 关系必须是规范化的关系，即每个属性是不可分的数据项，不允许表中有表。 关系模型是建立在数学概念基础上的，有较强的理论根据。 五、结构化查询语言SQL 结构化查询语言（Structured Query Language）简称SQL，是一种数据库查询和程序设计语言，用于存取数据以及查询、更新和管理关系数据库系统。 SQL语言是应用于数据库的语言，本身是不能独立存在的。 SQL语言按照用途可以分为如下4类： 1. 数据查询语言（Data Query Language，DQL） 查询是数据库的基本功能，查询操作通过SQL数据查询语言来实现，例如，用SELECT查询表中的内容。 2. 数据定义语言（Data Definition Language，DDL） 在数据库系统中，每一个数据库、数据库中的表、视图和索引等都是对象。 3. 数据操作语言（Data Manipulation Language，DML） 数据操作语言提供插入、修改、删除和检索数据库记录的一系列语句。例如，使用INSERT（插入）、DELETE（删除）和UPDATE（更新）记录等。 4. 数据控制语言（Data Control Language，DCL） 对单个的SQL语句来说，不管执行成功或者失败，都不会影响到其他的SQL语句。 任务2 MySQL安装与配置 任务引入 小白去图书馆查询相关书籍，如果要想使用MySQL进行数据库管理，必须先下载和安装MySQL，然后启动和登录MySQL。那么，怎样下载软件？如何安装软件？如何启动和停止MySQL服务器？如何登录和退出MySQL？ 知识准备 MySQL数据库是一个中小型关系型数据库管理系统，软件开发者为瑞典MySQL AB公司。在2008年1月16号被Sun公司收购，后Sun公司又被oracle公司收购。目前MySQL被广泛地应用在Internet上的大中小型网站中。由于体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，许多大中小型网站为了降低网站总体拥有成本而选择了MySQL作为网站数据库，甚至国内知名的淘宝网页选择弃用ORACLE而更换为更开放的MySQL。 MySQL数据库主要应用范围：互联网领域、大中小型网站，游戏公司，电商平台等等。 一、MySQL下载 （1）打开MySQL官方下载页面，如图所示。 MySQL官方下载页面 （2）单击“Download”按钮，进入开始下载界面，如图所示。 开始下载界面 下载文件 二、MySQL安装 1.配置文件 （1）将下载后的MySQL安装文件解压到指定目录，如图所示。 bin：用于放置一些可执行文件，如 mysql.exe、mysqld.exe、mysqlshow.exe 等。 docs：存放一些文档。 Data：用于放置一些日志文件以及数据库。 Include：用于放置一些头文件，如：mysql.h、mysql_ername.h 等。 lib ：用于放置一系列库文件。 share：用于存放字符集、语言等信息。 （2）在该安装文件中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“新建”→“文本文档”选项，如图所示，新建文档，然后更改名称为my.ini，如图所示。 快捷菜单 新建配置文件 （3）用记事本打开“my.ini”文件，输入MySQL各项配置参数，包含MySQL服务器的端口号、MySQL的安装位置、MySQL数据库文件的存储位置及MySQL数据库的编码配置等。 2.初始化MySQL数据库 （1）选择“开始菜单”→“windows系统”→“命令提示符”，单击鼠标右键，在打开快捷菜单中选择“以管理员身份运行”，打开“管理员：命令提示符”窗口，如图所示。 （2）在窗口中输入盘符d:，然后回车，进入D盘根目录，然后输入“D:\mysql\bin”进入D盘的MySQL系统bin目录，如图所示。 （3）在窗口中，执行mysqld数据库初始化命令。运行后的结果如图所示。 3.安装MySQL服务 选择“开始菜单”→“windows系统”→“命令提示符”，单击鼠标右键，在打开快捷菜单中选择“以管理员身份运行”，打开“管理员：命令提示符”窗口，执行mysqld命令安装。 运行结果如图所示。 4.增加MYSQL的环境变量 “系统属性”对话框 新增系统变量 “编辑环境变量”对话框 三、MySQL服务器的启动和停止 1. 启动MySQL服务器 （1）选择“开始菜单”→“windows系统”→“命令提示符”，单击鼠标右键，在打开快捷菜单中选择“以管理员身份运行”，打开“管理员：命令提示符”窗口。 （2）启动MySQL服务器。 2.停止服务器 四、MySQL的登录和退出 1. 登录MySQL （1）选择“开始菜单”→“windows系统”→“命令提示符”，单击鼠标右键，在打开快捷菜单中选择“以管理员身份运行”，打开“管理员：命令提示符”窗口。 （2）输入登录MySQL命令。 （3）系统提示输入密码，这里输入初始化数据库时产生的随机密码。 （4）登录成功后进入MySQL初始界面，会出现“Welcome to the MySQL monitor”的欢迎语。 启动MySQL服务器 停止MySQL服务器 登录MySQL 2.修改用户密码 修改密码有以下几种方法：登录MySQL 方法一：用SET PASSWORD命令 方法二：用mysqladmin命令 方法三：用UPDATE直接编辑user表 （1）先连接权限数据库：use mysql （2）改密码 （3）刷新权限 3.退出MySQL MySQL的退出命令有三种，分别为exit、quit和\q。 案例——将root用户的密码修改为“root”，并使用新密码登录。 （1）在“命令提示符”窗口中输入“set password for root@localhost=’root’;”，按回车键，修改密码为root。 （2）输入“exit”，按回车键，退出MySQL。 （3）输入登录MySQL命令和密码“mysql -u root -proot”，按回车键，重新登录。 运行结果如图所示。 五、常用图形化管理工具 MySQL本身没有提供非常方便的图形管理工具，日常的开发和维护均在命令符窗口中进行，所以对于初学者来说，上手就略微有点困难，增加了学习成本。 MySQL 图形化管理工具极大地方便了数据库的操作与管理，下面介绍几款常用的MySQL图形化管理工具 1.Navicat for MySQL 是一个强大的 MySQL 数据库服务器管理和开发工具。 2.SQLyog SQLyog是一款易于使用、快速而简洁的mysql数据库图形化管理工具，能够帮助用户轻松管理自己的MySQL数据库。 修改密码并重新登录 3. PhpMyadmin 这款是用PHP编程语言开发的基于web方式的网页版mysql图形化管理工具，支持中文、界面友好、简洁，方便管理，但是对于数据量大的操作容易导致页面请求超时。 4. Workbench Mysql官方的一个图形管理工具，支持数据库的创建、设计、迁移、备份、导出、导入等功能，支持windows、linux、mac主流的操作系统，使用起来非常的棒。 5. MySQLDumper MySQLDumper使用PHP开发的MySQL可视化备份恢复程序，解决了使用PHP进行大数据库备份和恢复的问题，数百兆的数据库都可以方便的备份恢复，不用担心网速太慢导致中间中断的问题，非常方便易用。这个软件是德国人开发的，还没有中文语言包。 案例——Navicat for MySQL连接MySQL数据库 （1）进入Navicat官网，下载并安装Navicat for MySQL软件。 （2）打开Navicat for MySQL软件，单击“connection(连接)”按钮，在打开的下拉列表中选择“MySQL”命令，如图所示。 （3）打开“MySQL -New Connection(MySQL-新建连接)”对话框，在Connection Name(连接名称)中输入名称，输入修改后的MySQL登录密码，其他采用默认设置，如图所示，单击“Test Connect(连接测试)”按钮。 （4）系统打开如图所示的提示对话框，表示连接成功，单击“OK”按钮。 “MySQL -New Connection(MySQL-新建连接)”对话框 提示对话框 任务3 数据库设计 任务引入 小白现在已经掌握数据库中的各个概念，并安装和登录MySQL，想进行数据库设计，可是他却无从下手。那么，数据库设计包括哪些阶段呢？每个阶段都有什么要求呢？ 知识准备 数据库设计是建立数据库及其应用系统的技术，是信息系统开发和建议中的核心技术。由于数据库应用系统的复杂性，为了支持相关应用程序的运行，数据库设计就变得异常复杂，因此最佳设计不可能一蹴而就，而只能是一种“反复探寻，逐步求精”的过程。 数据库设计内容包括结构特性设计和行为特性设计。前者是指数据库总体概念的设计，它应该是具有最小数据冗余的、能反映不同用户数据需求的、能实现数据共享的系统。后者是指实现数据库用户业务活动的应用程序的设计，用户通过应用程序来访问和操作数据库。 按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下6个阶段（见图1-21）： 需要分析阶段 概念结构设计阶段 逻辑结构设计阶段 物理结构设计阶段 数据库实施阶段 数据库运行和维护阶段 数据库设计步骤 一、需求分析 需求分析的任务是通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。 （一）需求分析的步骤 进行需求分析首先是调查清楚用户的实际要求，与用户达成共识，然后分析与表达这些需求。其基本方法是收集和分析用户要求，从分析各个用户需求中提炼出反映用户活动的数据流图，通过确定系统边界归纳出系统数据，这是数据库设计的关键。收集和分析用户要求一般可按以下4步进行。 1. 分析用户活动 分析从要求的处理着手，搞清处理流程。 2. 确定系统范围 不是所有的业务活动内容都适合计算机处理，有些工作即使在计算机环境下仍需人工完成。 3. 分析用户活动所涉及的数据 按照用户活动图所包含的每一种应用，弄清所涉及数据的性质、流向和所需的处理，并用“数据流图”表示出来。 数据流图中有4种基本成分。 （1）数据流 （2）加工（又称为数据处理） （3）数据文件（又称数据存储） （4）数据的源点或终点 4. 分析系统数据 所谓分析系统数据就是对数据流图中的每个数据流名、文件名、加工名都要给出具体定义，都需要用一个条目进行描述。 （二）需求分析的方法 在众多的需求分析方法中，结构化分析（Structured Analysis，SA）方法是一种简单实用的方法。SA方法是面向数据流进行需求分析的方法。它采用自顶向下逐层分解的分析策略，画出应用系统的数据流图。 面对一个复杂的问题，分析人员不可能一开始就考虑到问题的所有方面以及全部细节，采取的策略往往是分解，把一个复杂的处理功能划分成若干子功能，每个子功能还可以继续分解，直到把系统工作过程表示清楚为止。在处理功能逐步分解的同时，它们所用的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图。 画数据流图的一般步骤如下： （1）首先画系统的输入输出，即先画顶层数据流图。 （2）画系统内部，即画下层数据流图。 图书借还系统0层数据流图 图书借还系统1层数据流图 数据字典有以下4类条目：数据流、数据文件、数据项、基本加工。 （1）数据流条目 数据流条目给出了数据流图中数据流的定义，通常列出该数据流的各组成数据项。在定义数据流或数据存储组成时，使用表给出的符号。 （2）数据文件条目 数据文件条目是对数据文件的定义，每个数据文件包括文件名、数据组成和数据组织等。 （3）数据项条目 数据项条目是不可再分解的数据单位，其定义包括数据项的名称、数据类型和长度等。 （4）加工条目 加工条目主要说明加工的功能及处理要求。 案例——对图书管理系统进行需求分析 随着图书馆规模的不断扩大，图书数量的增加，有关图书的各种信息量也增加，面对庞大的信息量，传统的人工管理也不能满足需求。随着计算机的广泛应用，创建一套合理、有效、规范和实用的图书管理系统，对图书资料进行集中管理是非常有必要的。 图书管理系统需要完成的功能主要有： 1.读者基本信息的输入、查询和修改，包括借书证编号、读者姓名、读者性别、读者种类以及登记日期。 2.书籍类别信息的输入、查询和修改，包括类别编号，类型名称。 3.书籍库存信息的输入、查询和修改，包括书籍编号，书籍名称、书籍类型、作者姓名、出版社名称、出版设计以及登记日期等。 4.借书信息的输入、查询和修改，包括所借图书的书号、借书证号、读者姓名、书籍编号和借书日期等。 5.还书信息的输入、查询和修改，包括所还图书的书号、借书证号、读者姓名、书籍编号和还书日期等。 6.超期还书罚款输入，还书超出期限包括超期还书的读者借书证号、书籍编号以及罚款金额等。 二、概念设计 概念设计阶段的目标是产生整体数据库概念结构，即概念模式。概念模式是整个组织各个用户关心的信息结构。描述概念结构的有力工具是E-R模型。 设计概念结构的E-R模型可采用4种策略。 自顶向下：自底向上：由里向外： 混合策略： （一）局部应用E-R模型设计 利用系统需求分析阶段得到的数据流程图和数据字典、系统分析报告，建立对应于每一部门（或应用）的局部E-R模型。这里最关键的问题是如何确定实体（集）和实体属性，换句话说，首先要确定系统中的每一个子系统包含哪些实体，这些实体又包含哪些属性。 调整的原则是： （1）实体和描述它的属性间保持为1∶1或n∶1的联系。 （2）描述实体的属性本身不能再有需要描述的性质。 案例——创建图书管理系统局部E-R模型 根据上一个案例对图书管理系统的需求分析，创建关系模式并创建各个E-R图。 1.书籍类别（类型编号，类型名称），实体E-R图如图所示。 2.读者（借书证编号，读者姓名，读者性别，读者种类，登记日期），实体E-R图如图所示。 3.书籍（书籍编号，书籍名称，书籍类型，书籍作者，出版社名称，出版日期，登记日期），实体E-R图如图所示。 4.借阅（借书证编号，书籍编号，读者借书时间），实体E-R图如图所示。 5.还书（借书证编号，书籍编号，读者还书时间），实体E-R图如图所示。 6.罚款（借书证编号，读者姓名，书籍编号，书籍名称，罚款金额，实际还书时间），实体E-R图如图所示。 （二）总体概念E-R模型设计 综合各部门（或应用）的局部E-R模型，就可以得到系统的总体E-R模型。综合局部E-R模型的方法有两种： 每次综合可分两步： 多个局部E-R图一次综合。 多个局部E-R图逐步综合，用累加的方式一次综合两个E-R图。 （1）合并，解决各局部E-R图之间的冲突问题，生成初步的E-R图。 （2）修改和重构，消除不必要的冗余，生成基本的E-R图。 以下分步介绍。 1. 消除冲突，合并局部E-R图 （1）属性冲突 （2）结构冲突 （3）命名冲突 2. 消除不必要的冗余 在初步的E-R图中，可能存在冗余的数据或冗余的联系。 案例——创建图书管理系统总体E-R图 根据上一个案例对图书管理系统的各个局部E-R图，合并局部E-R图，解决各局部E-R图之间的冲突问题，生成初步的E-R图。修改和重构，消除不必要的冗余，生成总体的E-R图，如图所示。 三、逻辑设计 E-R模型表示的概念模型是用户的模型。它独立于任何一种数据模型，独立于任何一个具体的数据库管理系统，因此，需要把上述概念模型转换为某个具体的数据库管理系统所支持的数据模型。然后建立用户需要的数据库。由于国内目前使用的数据库系统基本上都是关系型的，因此本书讨论将E-R模型转换为关系模型的方法。 1. E-R模型向关系模型的转换 2. 关系规范化 3. 关系模式的优化 四、物理设计 逻辑设计完成后，下一步的任务就是进行系统的物理设计。物理设计是在计算机的物理设备上确定应采取的数据存储结构和存取方法，以及如何分配存储空间等问题。常用的存取方法有三类：1.索引方法，目前主要是B+树索引方法。2.聚簇方法。3.HASH方法。 五、数据库实施 设计人员运营DBMS提供的数据库语言及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制和调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。 六、数据库运行和维护阶段 数据库应用系统经过试运行后，即可投入正式运行，在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价，调整和修改。 项目总结 习题 1. 什么是数据？什么是数据库？ 2. 数据库系统由哪些部分组成？各部分有什么作用？ 3. 某医院病房计算机管理中需如下信息： 科室：科名、科地址、科电话、医生姓名 病房：病房号、床位数、所属科室名 医生：姓名、职称、所属科室名、年龄、工作证号 病人：病历号、姓名、性别、诊断医生、病房号 其中，一个科室有多个病房、多个医生；一个病房只能属于一个科室；一个医生只属于一个科室，但可负责多个病人的诊治；一个病人的主治医生只有一个。设计该管理系统的E-R图。 项目实战 实战一 登录MySQL服务器 （1）选择“开始菜单”→“windows系统”→“命令提示符”，打开“命令提示符”窗口。 （2）进入D盘MySQL的安装路径。 （3）登录MySQL 登录MySQL 实战二 将root用户的密码修改为“root123”，并使用新密码登录。 （1）修改密码并退出 （2）程序登录MySQL 修改密码并退出 运行结果 1 要求 分类 3 还书 管理 2 借书 管理 读者要求 过期罚款单 借书单 还书单 ( 3号图： 2号图： 3.3 还书 处理 3.2 罚款 处理 借书记录 图书文件 借书记录 3.1 还书 查找 借书文件 还书单 借书文件 2.2 借书 登记 借书单 2.1 借书 查找 图书文件 借书单 读者文件 过期罚款单 $$