數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識

1、第01章 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)庫技術(shù)和系統(tǒng)已經(jīng)成為信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為數(shù)據(jù)管理的最有效的手段，極大的促進(jìn)了計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展。本章將介紹數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模型等基礎(chǔ)理論知識，為后面各章的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 教學(xué)重點點與難點點數(shù)據(jù)庫基基本知識識數(shù)據(jù)庫系系統(tǒng)的組組成與分分類數(shù)據(jù)庫管管理系統(tǒng)統(tǒng)的概念念和類型型常用的數(shù)數(shù)據(jù)模型型 1.1數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫簡介介數(shù)據(jù)庫(DataBase)是計計算機(jī)應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)中的一一種專門門管理數(shù)數(shù)據(jù)資源源的系統(tǒng)統(tǒng)。數(shù)據(jù)據(jù)有多種種形式，如文字字、數(shù)碼碼、符號號、圖形形、圖像像以及聲聲音等。數(shù)據(jù)庫的的概念數(shù)據(jù)處理理 數(shù)據(jù)庫就就是數(shù)據(jù)據(jù)的集

2、合合，例如如，日常常生活中中，公司司記錄了了每個員員工的姓姓名、地地址、電電話、學(xué)學(xué)號等信信息，這這個員工工記錄就就是一個個簡單的的“數(shù)據(jù)據(jù)庫”(如下圖圖所示)。每個個員工的的姓名、員工編編號、性性別等信信息就是是這個數(shù)數(shù)據(jù)庫中中的“數(shù)數(shù)據(jù)”，我們可可以在這這個“數(shù)數(shù)據(jù)庫”中添加加新員工工的信息息，也可可以由于于某個員員工的離離職或聯(lián)聯(lián)系方式式變動而而刪除或或修改該該數(shù)據(jù)。1.1.1數(shù)數(shù)據(jù)庫庫的概念念數(shù)據(jù)處理理就是將將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為信信息的過過程，它它包括對對數(shù)據(jù)庫庫中的數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行收集、存儲、傳播、檢索、分類、加工或或計算、打印和和輸出等等操作，如向“員工信信息表”數(shù)據(jù)表表中增加加一條記記錄，

3、或或者從中中查找某某學(xué)生的的出生日日期等都都是數(shù)據(jù)據(jù)處理。1.1.2數(shù)數(shù)據(jù)處處理1.2數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)簡介數(shù)據(jù)庫系系統(tǒng)，從從根本上上說是計計算機(jī)化化的記錄錄保持系系統(tǒng)，它它的目的的是存儲儲和產(chǎn)生生所需要要的有用用信息。這些有有用的信信息可以以是使用用該系統(tǒng)統(tǒng)的個人人或組織織的有意意義的任任何事情情，是對對某個人人或組織織輔助決決策過程程中不可可少的事事情。數(shù)據(jù)庫系系統(tǒng)的概概念數(shù)據(jù)庫系系統(tǒng)的特特點數(shù)據(jù)庫系系統(tǒng)的分分類狹義地講講，數(shù)據(jù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)是由數(shù)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫庫管理系系統(tǒng)和用用戶構(gòu)成成。廣義義地講，數(shù)據(jù)庫庫系統(tǒng)是是指采用用了數(shù)據(jù)據(jù)庫技術(shù)術(shù)的計算算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)，它包包括數(shù)據(jù)據(jù)庫、數(shù)數(shù)據(jù)庫管管理系統(tǒng)統(tǒng)

4、、操作作系統(tǒng)、硬件、應(yīng)用程程序、數(shù)數(shù)據(jù)庫管管理員及及終端用用戶，如如下圖所所示。1.2.1數(shù)數(shù)據(jù)庫庫系統(tǒng)的的概念面向文件件的系統(tǒng)統(tǒng)存在著著嚴(yán)重的的局限性性，隨著著信息需需求的不不斷擴(kuò)大大，克服服這些局局限性就就顯得愈愈加迫切切。下圖圖是傳統(tǒng)統(tǒng)的文件件管理系系統(tǒng)的示示意圖。1.2.2數(shù)數(shù)據(jù)庫庫系統(tǒng)的的特點與傳統(tǒng)的的文件管管理系統(tǒng)統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)庫庫系統(tǒng)具具有以下下優(yōu)點：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲儲靈活數(shù)據(jù)共享享性強(qiáng)數(shù)據(jù)冗余余度低數(shù)據(jù)獨立立性高在信息高高速發(fā)展展的時代代，數(shù)據(jù)據(jù)信息同同樣是寶寶貴的資資產(chǎn)，應(yīng)應(yīng)該妥善善地使用用、管理理并加以以保護(hù)。根據(jù)數(shù)數(shù)據(jù)庫存存放位置置的不同同，數(shù)據(jù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)可以分分為集中

5、中式數(shù)據(jù)據(jù)庫和分分布式數(shù)數(shù)據(jù)庫。集中式數(shù)數(shù)據(jù)庫分布式數(shù)數(shù)據(jù)庫1.2.3數(shù)數(shù)據(jù)庫庫系統(tǒng)的的分類1.3數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫管管理系統(tǒng)統(tǒng)(Database ManagementSystem)是從從圖書館館的管理理方法改改進(jìn)而來來的。人人們將越越來越多多的資料料存入計計算機(jī)中中，并通通過一些些編制好好的計算算機(jī)程序序?qū)@些些資料進(jìn)進(jìn)行管理理，這些些程序后后來就被被稱為“數(shù)據(jù)庫庫管理系系統(tǒng)”，它們可可以幫我我們管理理輸入到到計算機(jī)機(jī)中的大大量數(shù)據(jù)據(jù)，就像像圖書館館的管理理員。數(shù)據(jù)庫管管理系統(tǒng)統(tǒng)的概念念數(shù)據(jù)庫管管理系統(tǒng)統(tǒng)的組成成數(shù)據(jù)庫管管理系統(tǒng)統(tǒng)由一個個互相關(guān)關(guān)聯(lián)的數(shù)數(shù)據(jù)的集集合和一一組訪問問這些數(shù)

6、數(shù)據(jù)的程程序組成成，它負(fù)負(fù)責(zé)對數(shù)數(shù)據(jù)庫的的存儲數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行管理、維護(hù)和和使用，因此，DBMS是一一種非常常復(fù)雜的的、綜合合性的、在數(shù)據(jù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)中對數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行管理的的大型系系統(tǒng)軟件件，它是是數(shù)據(jù)庫庫系統(tǒng)的的核心組組成部分分。1.3.1數(shù)數(shù)據(jù)庫庫管理系系統(tǒng)的概概念DBMS大多是是由許多多系統(tǒng)程程序所組組成的一一個集合合。每個個程序都都有各自自的功能能，一個個或幾個個程序一一起協(xié)調(diào)調(diào)完成DBMS的一件件或幾件件工作任任務(wù)。各各種DBMS的的組成因因系統(tǒng)而而異，一一般來說說，它由由以下幾幾個部分分組成。語言編譯譯處理程程序系統(tǒng)運行行控制程程序系統(tǒng)建立立、維護(hù)護(hù)程序數(shù)據(jù)字典典1.3.2數(shù)數(shù)據(jù)庫庫管理

7、系系統(tǒng)的組組成1.4數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫設(shè)計計的一般般步驟數(shù)據(jù)庫設(shè)設(shè)計是指指對于一一個給定定的應(yīng)用用環(huán)境，構(gòu)造最最優(yōu)的數(shù)數(shù)據(jù)庫模模式，建建立數(shù)據(jù)據(jù)庫及其其應(yīng)用系系統(tǒng)，使使之能夠夠有效地地存儲數(shù)數(shù)據(jù)，滿滿足各種種用戶的的應(yīng)用需需求。需求分析析邏輯設(shè)計計結(jié)構(gòu)物理設(shè)計計結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的的實施數(shù)據(jù)庫的的運行與與維護(hù)整個數(shù)據(jù)據(jù)庫開發(fā)發(fā)活動從從對系統(tǒng)統(tǒng)的需求求分析開開始。系系統(tǒng)需求求包括對對數(shù)據(jù)的的需求和和對應(yīng)用用功能的的需求兩兩方面內(nèi)內(nèi)容。該該階段應(yīng)應(yīng)與系統(tǒng)統(tǒng)用戶相相互交流流，了解解他們對對數(shù)據(jù)的的要求及及已有的的業(yè)務(wù)流流程，并并把這些些信息用用數(shù)據(jù)流流圖或文文字等形形式記錄錄下來，最終獲獲得處理理需求。1.4.1需

8、需求分分析由于邏輯輯設(shè)計與與具體的的數(shù)據(jù)庫庫管理系系統(tǒng)有關(guān)關(guān)。以MicrosoftOffice Access為例例，邏輯輯結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計主要要完成兩兩個任務(wù)務(wù)：按照一定定的原則則將數(shù)據(jù)據(jù)組織成成一個或或多個數(shù)數(shù)據(jù)庫，指明每每個數(shù)據(jù)據(jù)庫中包包含哪幾幾個表，并指出出每個表表包含的的字段。確定表間間關(guān)系。通俗地地說，就就是設(shè)計計一種邏邏輯結(jié)構(gòu)構(gòu)，通過過該邏輯輯結(jié)構(gòu)能能夠?qū)С龀雠c用戶戶需求一一致的結(jié)結(jié)果。如如果不能能達(dá)到用用戶的需需求，就就要反復(fù)復(fù)修正或或重新設(shè)設(shè)計。1.4.2邏邏輯設(shè)設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計同同樣依賴賴于具體體的數(shù)據(jù)據(jù)庫管理理系統(tǒng)。對Access來說說，物理理結(jié)構(gòu)的的設(shè)計過過程通常常包括

9、以以下步驟驟：創(chuàng)建數(shù)據(jù)據(jù)庫創(chuàng)建表創(chuàng)建表之之間的關(guān)關(guān)系1.4.3物物理設(shè)設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)該階段是是建立數(shù)數(shù)據(jù)庫的的實質(zhì)性性階段，需要完完成裝入入數(shù)據(jù)、完成編編碼、進(jìn)進(jìn)行測試試等工作作。完成成以上工工作后，即可投投入試運運行，即即把數(shù)據(jù)據(jù)庫連同同有關(guān)的的應(yīng)用程程序一起起裝入計計算機(jī)，從而考考察他們們在各種種應(yīng)用中中能否達(dá)達(dá)到預(yù)定定的功能能和性能能要求。1.4.4數(shù)數(shù)據(jù)庫庫的實施施完成了部部署數(shù)據(jù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)，用戶戶也開始始使用系系統(tǒng)，但但這并不不標(biāo)志著著數(shù)據(jù)庫庫開發(fā)周周期的結(jié)結(jié)束。要要保持?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)庫持持續(xù)穩(wěn)定定地運行行，需要要數(shù)據(jù)庫庫管理員員具備特特殊的技技能，同同時要付付出更多多的勞動動。而且且，由于于數(shù)

10、據(jù)庫庫環(huán)境是是動態(tài)的的，隨著著時間的的推移，用戶數(shù)數(shù)量和數(shù)數(shù)據(jù)庫事事務(wù)不斷斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)庫庫系統(tǒng)必必然增加加。因此此，數(shù)據(jù)據(jù)庫管理理員必須須持續(xù)關(guān)關(guān)注數(shù)據(jù)據(jù)庫管理理，并在在必要的的時候?qū)?shù)據(jù)庫庫進(jìn)行升升級。1.4.5數(shù)數(shù)據(jù)庫庫的運行行與維護(hù)護(hù)1.5關(guān)關(guān)系系數(shù)據(jù)庫庫關(guān)系模型型是用二二維表格格結(jié)構(gòu)來來表示實實體與實實體之間間聯(lián)系的的數(shù)據(jù)模模型。關(guān)關(guān)系模型型的數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)是是一個二二維表框框架組成成的集合合，而每每個二維維表又可可稱為關(guān)關(guān)系，每每個二維維表都有有一個名名字。目目前大多多數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫管理理系統(tǒng)都都是關(guān)系系型的，如Access就是是一種關(guān)關(guān)系型的的數(shù)據(jù)庫庫管理系系統(tǒng)。在在這一小小節(jié)中，將為讀

11、讀者介紹紹關(guān)系數(shù)數(shù)據(jù)模型型最基本本的術(shù)語語概念和和常見的的關(guān)系運運算。非規(guī)范化化的關(guān)系系第一范式式1NF第二范式式2NF第三范式式3NF一般而言言，關(guān)系系數(shù)據(jù)庫庫設(shè)計的的目標(biāo)是是生成一一組關(guān)系系模式，使我們們既不必必存儲不不必要的的重復(fù)信信息，又又可以方方便地獲獲取信息息。方法法之一就就是設(shè)計計滿足適適當(dāng)范式式的模式式。在學(xué)學(xué)習(xí)范式式前，首首先來了了解非規(guī)規(guī)范化的的表格。當(dāng)一個關(guān)關(guān)系中的的所有字字段都是是不可分分割的數(shù)數(shù)據(jù)項時時，稱該該關(guān)系是是規(guī)范化化的。當(dāng)表格中中含有多多值數(shù)據(jù)據(jù)項時，該表格格同樣為為不規(guī)范范化的表表格。1.5.1非非規(guī)范化化的關(guān)系系如果關(guān)系系模式R的所有有屬性的的值域中中每個值值都是不不可再分分解的值值，則稱稱R是屬屬于第一一范式(1NF)。第第一范式式的模式式要求屬屬性值不不可再分分成更小小的部分分，即屬屬性項不不能是屬屬性組合合或組屬屬性組成成。1.5.2第第一范范式1NF滿足第一一范式并并且關(guān)系系模式R中的所所有非主主屬性都都完全依依賴于任任意一個個候選關(guān)關(guān)鍵字，則稱關(guān)關(guān)