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1、第四章 数据库设计基础 4.1 数据库系统的基本概念 l数据:实际上就是描述事物的符号记录。 l数据的特点: l有一定的结构 l例如:1001,张三,男,28,False l有型与值之分 l如整型、实型、字符型等。而数据的值给出了 符合类型的值,如整型值15。 l型:工号,姓名,性别,年龄,婚否 l值:1001,张三,男,28,False l数据库: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。 l数据库存放数据是按数据所提供的数据模式存放的,具 有集成与共享的特点。 学号姓名年龄龄专业专业 0240101张张三22药药学 0342
2、303李四20生物技术术 学号科目成绩绩 0240101高数88 0240101英语语90 0342303高数98 科目教师师是否必修课课 物理爱爱因斯坦TRUE l数据库管理系统(DBMS)是一种系统软件,是数据库 (系统)的核心。 l数据库管理员(DBA) l对数据库进行规划、设计、维护、监视等的专业管 理人员。 lDBA的主要工作 l数据库设计,维护,改善系统性能、提高系统效率 l数据库系统(DBS) l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(计算机和网络)、 软件平台(操作系统、数据库系统开发工具和接口软 件)五个部分构成的运行实体。 l数据库应用系
3、统 l由数据库系统(五部分)、应用软件及应用界面三 者组成。 数据库管理系统(DBMS) l数据库管理系统功能: (1)数据模式定义:即为数据库构建其数据框架; (2)数据存取的物理构建:为数据模式的物理存取与构建提供有效的 存取方法与手段; (3)数据操纵:为用户使用数据库的数据提供方便,如查询、插入、 修改、删除等以及简单的算术运算及统计; (4)数据的完整性、安全性定义与检查; (5)数据库的并发控制与故障恢复; (6)数据的服务:如拷贝、转存、重组、性能监测、分析等。 l为完成以上六个功能,数据库管理系统提供以下的数据语言: (1)数据定义语言(DDL):负责数据的模式定义与数据的物理
4、存取 构建; (2)数据操纵语言(DML):负责数据的操纵,如查询与增、删、改 等; (3)数据控制语言(DCL):负责数据完整性、安全性的定义与检查 以及并发控制、故障恢复等。 l数据语言按其使用方式具有两种结构形式:交互式命令(又称自含型或 自主型语言)和宿主型语言(一般可嵌入某些宿主语言中)。 数据管理发展的三个阶段 (1)人工管理阶段 (2)文件系统阶段:提供了简单的数据共 享与数据管理能力,但是它无法提供完整的 、统一的、管理和数据共享的能力。 (3)数据库系统阶段:层次数据库与网状 数据库系统阶段,关系数据库系统阶段 数据库系统的基本特点 l数据的集成性 l数据的高共享性与低冗余性
5、 l数据独立性(物理独立性与逻辑独立性) l数据统一管理与控制(完整性、安全性以 及并发控制) 数据库系统的三级模式和两级映射 (1)外模式: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; (2)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; (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。 l数据库系统的两级映射: (1)外模式到概念模式的映射; (2)概念模式到内模式的映射。 数据库系统的三级模式和两级映射 应用A应用B应用C应用D 外模式3外模式2外模式1 123 概念模式 内模式 DB 一个数据库只有一个模式 外模
6、式/模式映象 模式/内模式映象 也称子模式、用户模式。是 模式的子集。是用户的数据 视图,与某一应用有关。 也称逻辑模式。是所有用户 的公共数据视图。与应用开 发工具、应用无关;与物理 存储、硬件环境无关。 也称存储模式。数据在数据 库内部的表示方式。 只有一个内模式;主要描述存 储方式,如顺序存储、B树存储 ,hash存储;以及如何进行索 引、压缩、加密等。 例1. 下述关于数据库系统的叙述正确的是( ) A.数据库系统减少了数据冗余 B.数据库系统避免了一切冗余 C.数据库系统中数据的一致性是指数据类型一致 D.数据库系统比文件系统能管理更多的数据 例2. 在数据管理技术发展过程中,文件系
7、统与数据库系统的主要区别是数据 库系统具有_。 A. 数据无冗余 B. 数据可共享 C. 专门的数据管理软件 D. 特定的数据模型 例3. 索引属于_。 A. 模式 B. 内模式C. 外模式D. 概念模式 例4. 数据独立性分为逻辑独立性和物理独立性.当数据的存储结构改变时,其 逻辑结构可以不变。因此,基于逻辑结构的应用程序不必修改,称为( ) 4.2 数据模型 l数据模型可以将现实世界经过信息世界反映到计 算机(数据库中的物理)世界。 l数据模型的概念 l数据模型是数据特征的抽象,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 统的信息表示与操作提供一个抽象的框架。 l数
8、据模型描述了数据结构、数据操作及数据约束 。 l数据模型可以分为 l概念模型 l逻辑模型 l物理模型 E-R模型 层次模型 网状模型 关系模型 概念模型E-R模型 lE-R(实体联系)模型的基本概念 (1)实体:现实世界中的事物; (2)属性:事物的特性; (3)联系:现实世界中事物间的关系。 l实体集的关系有一对一、一对多、多对多一对一、一对多、多对多的联系。 l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。 lE-R模型三个基本概念之间的两种联接关系: (1)实体集(联系)与属性的联接关系 (2)实体(集)与联系 E-R模型的图示法 l实
9、体集-矩形 l联系-菱形 l属性-椭圆形 l实体集与属性间的联接关系(直线) l实体集与联系间的联接关系(直线) E-R图的一个实例:学生课程联系的概念模型 逻辑模型(层次模型,网状模型) l层次模型的基本结构是树形结构,具有以下特点: (1)每棵树有且仅有一个无双亲结点,称为根; (2)树中除根外所有结点有且仅有一个双亲。 l从图论上看,网状模型是一个不加任何条件限制的无向 图。 关系模型(重点) l l 关系模型采用二维表来表示,简称表,由表框架及表的关系模型采用二维表来表示,简称表,由表框架及表的 元组组成。一个二维表就是一个关系。元组组成。一个二维表就是一个关系。 l l 在二维表中凡
10、能唯一标识元组的最小属性集称为键或码在二维表中凡能唯一标识元组的最小属性集称为键或码 。从所有侯选健中选取一个作为用户使用的键称主键。表。从所有侯选健中选取一个作为用户使用的键称主键。表 A A中的某属性集是表中的某属性集是表B B的键,则称该属性集为的键,则称该属性集为A A的外键或外的外键或外 码。码。 S#SnSaSd 0240101 张张三22药药学 0342303 李四20生物技术术 S#SG 0240101高数88 0240101英语语90 0342303高数98 外键 主键 学生表 成绩表 关系中的数据约束(完整性): (1)实体完整性约束:约束关系的主键中属性值不能为 空值。
11、(2)参照完整性约束:不允许关系引用不存在的元组。 (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。 S#SnSaSd 0240101 张张三22药药学 0342303 李四20生物技术术 S#SG 0240101高数88 0240101英语语90 0342303高数98 例5. 一个项目具有一个项目主管,一个项目主管可管理多个项目,则实体”项 目主管”与实体”项目”的联系属于( )的联系. 例6. 在关系数据库中,用来表示实体之间联系的是( ) A.树结构 B.网结构 C.线性表 D.二维表 例7. 下列说法错误的是( ) A 实体完整性约束是数据库完整性的最基本要求,参照完
12、全性约束是关系之 间的基本约束 B 关系模型二维表中的元组与属性都具有次序无关性 C 关系模型二维表中的元组个数是有限的(有限性),且均不相同(唯一性 ) D 任何一个二维表都是一个关系 例8. 关系表中的每一横行称为一个( ) A.元组 B.字段 C.属性 D.码 4.3 4.3 关系代数关系代数 l关系数据库系统的特点之一是它建立在数学理论的基础 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关系代数与关系演算。 l关系模型的基本运算: (1)插入(并) (2)删除(差) (3)修改 (4)查询(包括投影、选择、笛卡尔积运算) l关系模型的扩充运算: (1)交运
13、算 (2)除运算 (3)联接与自然联接 (a) 关系R ABC 149 158 367 (b) 关系S ABC 159 158 交运算 RS ABC 158 差运算 R-S ABC 149 367 并运算 RS ABC 149 158 367 159 笛卡儿积积 RS ABCDEF 149101415 149111416 158101415 158111416 367101415 367111416 (a) 关系R ABC 149 158 367 (b) 关系S ABC 159 158 DEF 101415 111416 选择和投影运算 763 851 941 CBA 关系R 763 CBA
14、)( R 6 B= s 73 81 91 CA 选择运算选择运算投影运算投影运算 联接运算 ABCDE 12342 12363 45663 ABC 123 456 789 DE 42 63 关系R 关系SSR | DB 关系R ABC 123 456 789 568 关系S B C D 237 568 233 R | S ABCD 1237 4568 1233 自然联接运算 例9. 按条件f对关系R进行选择,其关系代数表达式是( ) A. R|R B. R|R C. f(R) D. f(R) 例10. 关系数据管理系统能实现的专门关系运算包括( ) A.排序、索引、统计 B.选择、投影、连接
15、C.关联、更新、排序 D.显示、打印、制表 例11. 关系代数中,对两个关系进行( )运算以后,新关 系的属性等于两个关系属性之和,元组数量等于原来关系 元组的乘积。 A.并 B.交 C.连接 D. 笛卡尔积 4.4 数据库设计与管理 l数据库设计是数据库应用的核心。 l数据库设计的两种方法: (1)面向数据:以信息需求为主,兼顾处理需求; (2)面向过程:以处理需求为主,兼顾信息需求。 l数据库设计的生命周期: l需求分析阶段 l概念设计阶段 l逻辑设计阶段 l物理设计阶段 l编码阶段、测试阶段 l运行阶段、进一步修改阶段。 l数据库设计的需求分析常用结构化分析方法和面向对象的方法。 l数据库概念设计的方法有两种: (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); (2)视图集成设计法。 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。 例12. 数据库设计包括两个方面的设计内容,它们是( ) A.概念设计和逻辑设计 B.模式设计和内模式设计 C.内模式设计和物理设计 D.结构特性设计和行为特性设计 例13. 将E-R图转换到关系模式时,实体与联系都可以表示 成( ) A.属性 B.关系 C.键 D.域
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