數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)培訓(xùn)教程課件

第1章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.2數(shù)據(jù)模型1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介1.61第1章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們掌握的信息量急劇增加，要充分地開發(fā)和利用這些信息資源，就必須有一種新技術(shù)能對大量的信息進(jìn)行識別、存儲、處理與傳播。隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)60年代末，數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并從70年代起得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要研究如何科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)，如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。對于一個國家來說，數(shù)據(jù)庫的建設(shè)規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度已經(jīng)成為衡量這個國家信息化程度的重要標(biāo)志。2隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們掌握的信息量1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.信息：信息是人腦對現(xiàn)實(shí)世界中的客觀事物以及事物之間聯(lián)系的抽象反映，它向我們提供了關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界實(shí)際存在的事物及其聯(lián)系的有用知識。2.數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)是人們用各種物理符號，把信息按一定格式記載下來的有意義的符號組合。數(shù)據(jù)不僅僅是數(shù)字，還可以是文字、圖象、聲音等各種表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字化后可以存入計算機(jī)中，是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象。數(shù)據(jù)和它的語義是不可分割的。31.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.信息：信息是人腦對現(xiàn)實(shí)世界中的客1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)的形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容。例如：(李明，78)我們可以賦予它一定的語義，它表示李明的期末考試平均成績?yōu)?8分。如果不了解其語義，則無法對其進(jìn)行解釋，甚至解釋為李明的年齡為78。99：8179，7954舅舅：不要吃酒，吃酒誤事1×1＝1一成不變10002＝100×100×100千方百計7／8七上八下7÷2不三不四41.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)的形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容。例如：41.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述3.數(shù)據(jù)處理：指對各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、加工、存儲和傳播的一系列活動的總和。其目的之一是從大量的原始數(shù)據(jù)中提取出對人們有價值的信息，作為行動和決策的依據(jù)；目的之二是為了借助計算機(jī)科學(xué)地保存和管理大量的復(fù)雜的數(shù)據(jù)，以便人們能方便地充分利用這些信息資源。4.數(shù)據(jù)庫(DB)：以一定的方式保存在計算機(jī)存儲設(shè)備上的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合。51.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述3.數(shù)據(jù)處理：指對各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述5.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)

：用于幫助我們管理輸入到計算機(jī)中的大量數(shù)據(jù)。如用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，向數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)據(jù)，修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中提取信息等。一個DBMS應(yīng)具備如下功能：(1)數(shù)據(jù)定義功能(2)數(shù)據(jù)操縱功能(3)數(shù)據(jù)查詢功能(4)數(shù)據(jù)控制功能(5)數(shù)據(jù)庫通信功能61.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述5.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)：1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述6.數(shù)據(jù)庫管理員：數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護(hù)只靠DBMS是不夠的，還需要有專門的人員來完成，這些人員稱為數(shù)據(jù)庫管理員7.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)：在計算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)。除了相關(guān)的硬件之外，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶。71.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述6.數(shù)據(jù)庫管理員：數(shù)據(jù)庫的建立、使用1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展什么是數(shù)據(jù)管理?對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的中心問題。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展動力應(yīng)用需求的推動計算機(jī)硬件的發(fā)展計算機(jī)軟件的發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程人工管理階段(40年代中--50年代中)文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)81.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展什么是數(shù)據(jù)管理?81.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.人工管理階段在計算機(jī)發(fā)展的初級階段，計算機(jī)硬件本身還不具備象磁盤這樣的可直接存取的存儲設(shè)備，因此也無法實(shí)現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的保存，也沒有用來管理數(shù)據(jù)的相應(yīng)軟件，計算機(jī)主要用于科學(xué)計算。這個階段的數(shù)據(jù)管理是以人工管理的方式進(jìn)行的，人們還沒有形成一套數(shù)據(jù)管理的完整的概念。91.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.人工管理階段91.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段的主要特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)不保存。計算機(jī)主要用于科學(xué)計算，計算時輸入數(shù)據(jù)，用完就撤走數(shù)據(jù)。(2)還沒有文件的概念。數(shù)據(jù)由每個程序的程序員自行組織和安排。(3)數(shù)據(jù)不共享：每組數(shù)據(jù)和一個應(yīng)用程序相對應(yīng)，因此可能導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)重復(fù)。(4)沒有形成完整的數(shù)據(jù)管理的概念，更沒有對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)。每個程序都要包括數(shù)據(jù)存取方法、輸入/輸出方法和數(shù)據(jù)組織方法，程序直接面向存儲結(jié)構(gòu)，因此存儲結(jié)構(gòu)的任何修改都將導(dǎo)致程序的修改。程序和數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性。101.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段的主要特點(diǎn)：101.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段的特點(diǎn)可以用下圖來描述：應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集n…………111.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段的特點(diǎn)可以用下圖來描述1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展2.文件系統(tǒng)階段隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，如直接存儲設(shè)備的產(chǎn)生，操作系統(tǒng)、高級語言及數(shù)據(jù)管理軟件的出現(xiàn)，計算機(jī)不僅用于科學(xué)計算，也開始大量用于信息管理。數(shù)據(jù)可以以文件的形式長期獨(dú)立地保存在磁盤上，且可以由多個程序反復(fù)使用；操作系統(tǒng)及高級語言或數(shù)據(jù)管理軟件提供了對數(shù)據(jù)的存取和管理功能，這就是文件系統(tǒng)階段。121.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展2.文件系統(tǒng)階段121.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展文件系統(tǒng)階段的主要特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)可以長期保存在磁盤上，因此可以重復(fù)使用。數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，可以由多個程序反復(fù)使用。(2)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)有了區(qū)別，但較簡單。程序開始通過文件名和數(shù)據(jù)打交道，不必關(guān)心數(shù)據(jù)的物理存放位置，對數(shù)據(jù)的讀/寫方法由文件系統(tǒng)提供。(3)程序和數(shù)據(jù)之間有了一定的獨(dú)立性。應(yīng)用程序通過文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取和加工，程序員不必過多地考慮數(shù)據(jù)的物理存儲細(xì)節(jié)，并且，數(shù)據(jù)在存儲上的改變不一定反映在程序上，節(jié)省了維護(hù)工作。(4)出現(xiàn)了多種文件存儲形式及相應(yīng)的訪問方式；但文件之間是獨(dú)立的，它們之間的聯(lián)系要通過程序去構(gòu)造，文件的共享性也還比較差。數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位。131.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展文件系統(tǒng)階段的主要特點(diǎn)：131.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展文件系統(tǒng)階段程序和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可以用下圖來描述：應(yīng)用程序1文件1應(yīng)用程序2文件2應(yīng)用程序n文件n…………文件系統(tǒng)141.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展文件系統(tǒng)階段程序和數(shù)據(jù)之間1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展雖然文件系統(tǒng)比人工管理有了長足的進(jìn)步，但是文件系統(tǒng)所能提供的數(shù)據(jù)存取方法和操作數(shù)據(jù)的手段還是非常的有限。數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)和程序之間的依賴關(guān)系并未根本改變；數(shù)據(jù)冗余大；數(shù)據(jù)的重復(fù)以及數(shù)據(jù)之間沒有建立起相互聯(lián)系還會造成數(shù)據(jù)的不一致性。隨著信息時代的到來，人們要處理的信息量急劇增加，對數(shù)據(jù)的處理要求也越來越復(fù)雜，文件系統(tǒng)的功能已經(jīng)不能適應(yīng)新的需求，而數(shù)據(jù)庫技術(shù)也正是在這種需求的推動下逐步產(chǎn)生的。151.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展雖然文件系統(tǒng)比人工管理有1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來管理數(shù)據(jù)。它克服了文件系統(tǒng)的不足，并增強(qiáng)了許多新功能。在這一階段，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一控制，數(shù)據(jù)不再面向某個應(yīng)用而是面向整個系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個用戶、多個應(yīng)用共享。161.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段161.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點(diǎn)：(1)能根據(jù)不同的需要按不同的方法組織數(shù)據(jù)，以最大限度地提高用戶或應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)的效率。(2)數(shù)據(jù)庫不僅能夠保存數(shù)據(jù)本身，還能保存數(shù)據(jù)之間的相互聯(lián)系，保證了對數(shù)據(jù)修改的一致性。(3)相同的數(shù)據(jù)可以共享，降低了數(shù)據(jù)的冗余度。(4)數(shù)據(jù)具有較高的獨(dú)立性，數(shù)據(jù)的組織和存儲方法與應(yīng)用程序相互獨(dú)立，互不依賴，大大降低了應(yīng)用程序的開發(fā)代價和維護(hù)代價。(5)提供了一整套的安全機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的安全、可靠。(6)可以給數(shù)據(jù)定義一些約束條件來保證數(shù)據(jù)的正確性。171.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點(diǎn)：171.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系可以用下圖來表示：應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n……數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫181.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序和數(shù)1.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫是某個企業(yè)、組織或部門所涉及的數(shù)據(jù)的綜合，它不僅要反映數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容，而且要反映數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。由于計算機(jī)不可能直接處理現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物，所以人們必須事先把具體事物轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中使用數(shù)據(jù)模型來抽象、表示現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。

模型：對現(xiàn)實(shí)世界特征的模擬和抽象。

數(shù)據(jù)模型：對現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的模擬和抽象。191.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫是某個企業(yè)、組織或部門所涉1.3數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)要進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫中，需要經(jīng)過人們的認(rèn)識、理解、整理、規(guī)范和加工?？梢园堰@一過程劃分成三個主要階段，即現(xiàn)實(shí)世界階段、信息世界階段和機(jī)器世界階段?，F(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)經(jīng)過人們的認(rèn)識和抽象，形成信息世界；在信息世界中用概念模型來描述數(shù)據(jù)及其聯(lián)系，概念模型按用戶的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行建模，獨(dú)立于具體的機(jī)器和DBMS；根據(jù)所使用的具體機(jī)器和DBMS，需要對概念模型進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，形成在具體機(jī)器環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型。201.3數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)要進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫中，1.3數(shù)據(jù)模型三個階段之間的相互關(guān)系：不依賴于具體機(jī)器和DBMS依賴于具體機(jī)器和DBMS現(xiàn)實(shí)世界信息世界：概念模型機(jī)器世界：某DBMS支持的數(shù)據(jù)模型抽象轉(zhuǎn)換211.3數(shù)據(jù)模型三個階段之間的相互關(guān)系：不依賴于具1.3.1現(xiàn)實(shí)世界1.實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在并可以相互區(qū)分的事物稱。如學(xué)生、課程、零件、案件等都是實(shí)體。2.實(shí)體的特征：每一個實(shí)體具有的特征。如“學(xué)生”實(shí)體具有學(xué)號、姓名、性別等特征；“零件”實(shí)體具有名稱、規(guī)格型號、生產(chǎn)日期、單價等特征。3.實(shí)體集：具有相同特征的一類實(shí)體的集合構(gòu)成了實(shí)體集。例如，所有的學(xué)生構(gòu)成了“學(xué)生”實(shí)體集。4.標(biāo)識特征：在一個實(shí)體集中，用于區(qū)分實(shí)體的特征稱。例如，對于學(xué)生實(shí)體，學(xué)號可以作為其標(biāo)識特征，而性別則不能作為其標(biāo)識特征。221.3.1現(xiàn)實(shí)世界1.實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在并可以相互1.3.2信息世界人們對現(xiàn)實(shí)世界的對象進(jìn)行抽象，并對其進(jìn)行命名、分類，在信息世界用概念模型來對其進(jìn)行描述。信息世界涉及的主要概念：1.實(shí)體：對應(yīng)于現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體。如一個學(xué)生、一門課等。2.屬性：對應(yīng)于實(shí)體的特征。一個實(shí)體可以由若干個屬性來刻畫。例如，學(xué)生實(shí)體可以有學(xué)號、姓名、性別、班級、年齡等屬性。3.碼：對應(yīng)于實(shí)體的標(biāo)識特征。例如，學(xué)生實(shí)體可以用學(xué)號來唯一標(biāo)識，因此學(xué)號可以作為學(xué)生實(shí)體的碼。231.3.2信息世界人們對現(xiàn)實(shí)世界的對象進(jìn)行抽象，1.3.2信息世界4.域：屬性的取值范圍稱為該屬性的域。例如，姓名的域為字符串集合；年齡的域為不小于零的整數(shù)；性別的域為(男，女)。5.實(shí)體型：用實(shí)體名及其屬性名集合來描述實(shí)體，例如，學(xué)生實(shí)體型描述為：學(xué)生(學(xué)號，姓名，性別，年齡)例如，課程實(shí)體型可以描述為：課程(課程號，課程名，學(xué)分)6.實(shí)體集：同型實(shí)體的集合構(gòu)成了實(shí)體集。例如，全體學(xué)生構(gòu)成了學(xué)生實(shí)體集。241.3.2信息世界4.域：屬性的取值范圍稱為該屬性的域1.3.2信息世界7.聯(lián)系：現(xiàn)實(shí)世界中的事物之間通常都是有聯(lián)系的，這些聯(lián)系在信息世界中反映為實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系通常指組成實(shí)體的各屬性之間的聯(lián)系；實(shí)體之間的聯(lián)系通常指不同實(shí)體集之間的聯(lián)系。這些聯(lián)系總的來說可以劃分為三種：一對一聯(lián)系一對多(或多對一)聯(lián)系多對多聯(lián)系。這里討論實(shí)體之間的聯(lián)系251.3.2信息世界7.聯(lián)系：現(xiàn)實(shí)世界中的事物之間通常都1.3.2信息世界(1)一對一聯(lián)系：如果實(shí)體集A與實(shí)體集B之間存在聯(lián)系，并且對于實(shí)體集A中的任意一個實(shí)體，在實(shí)體集B中至多只有一個實(shí)體與之對應(yīng)；而對于實(shí)體集B中的任意一個實(shí)體，在實(shí)體集A中也至多只有一個實(shí)體與之對應(yīng)，則稱實(shí)體集A和實(shí)體集B之間存在著一對一的聯(lián)系(表示為1:1)。261.3.2信息世界(1)一對一聯(lián)系：如果實(shí)體集A與實(shí)體集1.3.2信息世界例如，“公司”是一種實(shí)體，“總經(jīng)理”也是一種實(shí)體。如果按照語義，一個公司只能有一個總經(jīng)理，而一個總經(jīng)理只能管理某一個公司，則“公司”和“總經(jīng)理”實(shí)體之間的聯(lián)系就是一對一的聯(lián)系。如下圖：公司管理總經(jīng)理11271.3.2信息世界例如，“公司”是一種實(shí)體，1.3.2信息世界(2)一對多聯(lián)系：如果實(shí)體集A與實(shí)體集B之間存在聯(lián)系，并且對于實(shí)體集A中的任意一個實(shí)體，在實(shí)體集B中可以有多個實(shí)體與之對應(yīng)；而對于實(shí)體集B中的任意一個實(shí)體，在實(shí)體集A中至多只有一個實(shí)體與之對應(yīng)，則稱實(shí)體集A到實(shí)體集B的聯(lián)系是一對多的聯(lián)系(表示為1:n)。281.3.2信息世界(2)一對多聯(lián)系：如果實(shí)體集A與實(shí)體1.3.2信息世界

例如，“部門”是一種實(shí)體，“職工”也是一種實(shí)體。如果按照語義，一個部門可以有多個職工，而一個職工只能歸屬于一個部門，則“部門”實(shí)體到“職工”實(shí)體的聯(lián)系就是一對多的聯(lián)系，如下圖：部門屬于職工1n291.3.2信息世界例如，“部門”是一種實(shí)體，1.3.2信息世界(3)多對多聯(lián)系：如果實(shí)體集A與實(shí)體集B之間存在聯(lián)系，并且對于實(shí)體集A中的任意一個實(shí)體，在實(shí)體集B中可以有多個實(shí)體與之對應(yīng)；而對于實(shí)體集B中的任意一個實(shí)體，在實(shí)體集A中也可以有多個實(shí)體與之對應(yīng)，則稱實(shí)體集A到實(shí)體集B的聯(lián)系是多對多的聯(lián)系(表示為m:n)。301.3.2信息世界(3)多對多聯(lián)系：如果實(shí)體集A與實(shí)1.3.2信息世界

例如,“學(xué)生”是一種實(shí)體，“課程”也是一種實(shí)體?！皩W(xué)生”實(shí)體到“課程”實(shí)體的聯(lián)系就是多對多的聯(lián)系。因為一個學(xué)生可以學(xué)習(xí)多門課程，而一門課程又可以有多個學(xué)生來學(xué)習(xí)。如下圖：學(xué)生選修課程mn311.3.2信息世界例如,“學(xué)生”是一種實(shí)體，“課1.3.2信息世界

兩個以上的實(shí)體之間也存在一對一、一對多和多對多的聯(lián)系。例如“郵局”是一種實(shí)體，“郵票”是一種實(shí)體，“顧客”是一種實(shí)體，這三個實(shí)體之間存在著一種關(guān)系，這里稱之為“購買”。它表示，一個顧客可以在多個郵局中買多種郵票；一個郵局可以把多種郵票出售給多個顧客；一種郵票可以在多個郵局中被多個顧客所購買。這樣的三元關(guān)系可以表示成：321.3.2信息世界兩個以上的實(shí)體之間也存在一對一、一對1.3.2信息世界郵局購買顧客m郵票Pn331.3.2信息世界郵局購買顧客m郵票Pn331.3.2信息世界8.概念模型：概念模型是對信息世界的建模，因此，概念模型應(yīng)該能夠方便、準(zhǔn)確地表示出信息世界中的常用概念。概念模型有多種表示方法，其中最常用的是“實(shí)體－聯(lián)系方法”(EntityRelationshipApproach)，簡稱E-R方法，E-R方法用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型，E-R圖提供了表示實(shí)體、屬性和聯(lián)系的方法。341.3.2信息世界8.概念模型：概念模型是對信息世界的建1.3.2信息世界(1)實(shí)體型：用矩形表示，在矩形內(nèi)寫明實(shí)體名。例如，學(xué)生實(shí)體和課程實(shí)體用E-R圖表示如下：學(xué)生課程(2)屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與實(shí)體連接起來。例如，學(xué)生實(shí)體及其屬性用E-R圖表示如下：學(xué)生學(xué)號姓名性別年齡351.3.2信息世界(1)實(shí)體型：用矩形表示，在矩形內(nèi)寫1.3.2信息世界(3)聯(lián)系：用菱形表示，在菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系的名稱，并用無向邊將其與有關(guān)的實(shí)體連接起來，同時在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型。注意：聯(lián)系本身也是一種實(shí)體型，也可以有屬性。如果一個聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯(lián)系連接起來。361.3.2信息世界(3)聯(lián)系：用菱形表示，在菱形框內(nèi)寫1.3.2信息世界例如，下圖表示了學(xué)生實(shí)體和課程實(shí)體之間的聯(lián)系“選修”，每個學(xué)生選修某一門課程會產(chǎn)生一個成績，因此，“選修”聯(lián)系有一個屬性“成績”，學(xué)生和課程實(shí)體之間是多對多的聯(lián)系。課程號課程名m學(xué)生選修課程n學(xué)分學(xué)號姓名性別年齡成績371.3.2信息世界例如，下圖表示了學(xué)生實(shí)體和課程實(shí)體之1.3.2信息世界用E-R圖表示的概念模型獨(dú)立于具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ)，因此比數(shù)據(jù)模型更一般、更抽象、更接近現(xiàn)實(shí)世界。381.3.2信息世界用E-R圖表示的概念模型獨(dú)立于具體的1.3.3機(jī)器世界概念模型是獨(dú)立于機(jī)器的，需要轉(zhuǎn)換成具體的DBMS所能識別的數(shù)據(jù)模型，才能將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系保存到計算機(jī)上。在計算機(jī)中可以用不同的方法來表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，把表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系的方法稱為數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域常見的數(shù)據(jù)模型有4種：(1)層次模型(HierarchicalModel)(2)網(wǎng)狀模型(NetworkModel)(3)關(guān)系模型(RelationalModel)(4)面向?qū)ο蟮哪Ｐ?ObjectOrientedModel)其中，關(guān)系模型是目前使用最廣泛的數(shù)據(jù)模型。391.3.3機(jī)器世界概念模型是獨(dú)立于機(jī)器的，需要轉(zhuǎn)換成具1.4關(guān)系數(shù)據(jù)庫這里介紹的關(guān)系模型是用戶觀點(diǎn)下的數(shù)據(jù)模型，實(shí)際上關(guān)系模型是可以在某種DBMS的支持下、用某種語言進(jìn)行描述的，通過DBMS提供的功能實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行存儲和實(shí)施各種操作。把支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，簡稱RDBMS。401.4關(guān)系數(shù)據(jù)庫這里介紹的關(guān)系模型是用戶觀點(diǎn)下的數(shù)據(jù)模1.4.1關(guān)系模型關(guān)系模型的組成：關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系操作集合關(guān)系完整性約束411.4.1關(guān)系模型關(guān)系模型的組成：411.4.1關(guān)系模型1.關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在用戶觀點(diǎn)下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。例如，學(xué)生信息表：學(xué)號姓名性別年齡980010101張濤明心女19……………………421.4.1關(guān)系模型1.關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)號姓名性別年齡981.4.1關(guān)系模型(1)關(guān)系:一個關(guān)系對應(yīng)于一張二維表。(2)關(guān)系名:如“學(xué)生信息”。(3)元組:表中的一行，對應(yīng)于存儲文件中的一個記錄。(4)屬性:表中的一列。(5)屬性名:給每個屬性起一個名字。對應(yīng)于存儲文件中的字段。431.4.1關(guān)系模型(1)關(guān)系:一個關(guān)系對應(yīng)于一張二維1.4.1關(guān)系模型(6)候選碼：如果在一個關(guān)系中，存在多個屬性(或?qū)傩越M合)都能用來唯一標(biāo)識該關(guān)系的元組，這些屬性(或?qū)傩越M合)都稱為該關(guān)系的候選碼(或候選關(guān)鍵字)。例如，假設(shè)“學(xué)生信息”關(guān)系中的姓名沒有重名現(xiàn)象，則學(xué)號和姓名都是候選碼。(7)主碼：在若干個候選碼中指定作為碼的屬性(或?qū)傩越M合)稱為該關(guān)系的主碼(或主關(guān)鍵字)。例如，學(xué)號可以作為“學(xué)生信息”關(guān)系的主碼。441.4.1關(guān)系模型(6)候選碼：如果在一個關(guān)系中，存在1.4.1關(guān)系模型(8)全碼:如果一個關(guān)系模型的所有屬性一起構(gòu)成該關(guān)系的碼，則稱為全碼。(9)主屬性:包含在候選碼中的屬性。如學(xué)號。(10)非主屬性:不包含在任何候選碼中的屬性稱為非碼屬性或非主屬性。如性別和年齡。](11)域：屬性的取值范圍。如，性別域:(男、女)，年齡域:大于0的整數(shù)。(12)分量：元組中的一個屬性值。如“李明”。451.4.1關(guān)系模型(8)全碼:如果一個關(guān)系模型的所有1.4.1關(guān)系模型(13)關(guān)系模式：對關(guān)系的描述。一般表示為：關(guān)系名(屬性1，屬性2，…，屬性n)例如，“學(xué)生信息”表表示為：學(xué)生信息(學(xué)號，姓名，性別，年齡)461.4.1關(guān)系模型(13)關(guān)系模式：對關(guān)系的描述。一般1.4.1關(guān)系模型在關(guān)系模型中，實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系都是用關(guān)系來表示的，例如，學(xué)生、課程和選修關(guān)系可以表示為：學(xué)生信息(學(xué)號，姓名，性別，年齡)課程(課程號，課程名，學(xué)分)選修(學(xué)號，課程號，成績)m學(xué)生選修課程n471.4.1關(guān)系模型在關(guān)系模型中，實(shí)體和實(shí)體之間1.4.1關(guān)系模型2.關(guān)系操作關(guān)系操作主要包括:查詢插入修改刪除數(shù)據(jù)特點(diǎn):集合操作操作對象和操作結(jié)果都是關(guān)系，即元組的集合。481.4.1關(guān)系模型2.關(guān)系操作481.4.1關(guān)系模型3.關(guān)系的完整性約束主要包括三類:實(shí)體完整性參照完整性用戶定義的完整性。其中，實(shí)體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件，用戶定義的完整性是指針對具體應(yīng)用需要自行定義的約束條件。491.4.1關(guān)系模型3.關(guān)系的完整性約束491.4.1關(guān)系模型(1)實(shí)體完整性現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識。相應(yīng)地，關(guān)系模型中以主碼作為唯一性標(biāo)識。主碼中的屬性即主屬性不能取空值。所謂空值就是“不知道”或“無意義”的值。如果主屬性取空值，就說明存在某個不可標(biāo)識的實(shí)體，即存在不可區(qū)分的實(shí)體，這與現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用環(huán)境相矛盾，因此這個實(shí)體一定不是一個完整的實(shí)體。這就是實(shí)體的完整性規(guī)則。實(shí)體完整性定義：若屬性A是基本關(guān)系R的主屬性，則屬性A不能取空值。501.4.1關(guān)系模型(1)實(shí)體完整性501.4.1關(guān)系模型(2)參照完整性在關(guān)系模型中，實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來描述的，這樣就需要在關(guān)系與關(guān)系之間通過某些屬性建立起它們之間的聯(lián)系。例如，對于以下三個關(guān)系模式：學(xué)生信息(學(xué)號，姓名，性別，年齡)主碼:學(xué)號課程(課程號，課程名，學(xué)分)主碼:課程號選修(學(xué)號，課程號，成績)主碼(學(xué)號，課程號)選修關(guān)系的學(xué)號必須在學(xué)生信息關(guān)系中存在的學(xué)號，而選修關(guān)系的課程號也必須是一個在課程關(guān)系中存在的課程號。511.4.1關(guān)系模型(2)參照完整性例如，對于以下三個關(guān)1.4.1關(guān)系模型

參照完整性定義：設(shè)F是基本關(guān)系R的一個或一組屬性，但不是關(guān)系R的碼，如果F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對應(yīng)，則稱F是基本關(guān)系R的外碼，并稱基本關(guān)系R為參照關(guān)系，基本關(guān)系S為被參照關(guān)系。關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系。521.4.1關(guān)系模型參照完整性定義：設(shè)F是基本關(guān)系1.4.1關(guān)系模型例如，設(shè)有以下兩個關(guān)系模式：職工(職工編號，姓名，性別，部門編號)部門(部門編號，名稱，地址，簡介)在“職工”關(guān)系中，主碼為職工編號，在“部門”關(guān)系中，主碼為部門編號，所以“職工”關(guān)系中的部門編號是該關(guān)系的外碼?！奥毠ぁ标P(guān)系為參照關(guān)系；“部門”關(guān)系為被參照關(guān)系。531.4.1關(guān)系模型例如，設(shè)有以下兩個關(guān)系模式：51.4.1關(guān)系模型參照完整性規(guī)則：若屬性(或?qū)傩越M)F是基本關(guān)系R的外碼，它與基本關(guān)系S的主碼Ks相對應(yīng)，則對于R中每個元組在F上的值必須為：空值(F的每個屬性值均為空值)；等于S中某個元組的主碼值。參照完整性規(guī)則就是定義外碼與主碼之間的引用規(guī)則。541.4.1關(guān)系模型參照完整性規(guī)則：若屬性(或?qū)?.4.1關(guān)系模型(3)用戶定義的完整性針對某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求，對關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)定義的約束條件。例如：對于關(guān)系模式：學(xué)生信息(學(xué)號，姓名，性別，年齡)可以定義:性別字段的值只能為“男”和“女”年齡字段的值只能為大于０的整數(shù)551.4.1關(guān)系模型(3)用戶定義的完整性551.4.1關(guān)系模型4.對關(guān)系的限制(1)表中的每一個數(shù)據(jù)項必須是單值的，每一個屬性必須是不可再分的基本數(shù)據(jù)項。例如，下表就是一個不滿足該要求的表。職工編號姓名工資基本工資職務(wù)工資工齡工資001趙軍2000500500002劉娜1800400300003李東2300700800…………………………561.4.1關(guān)系模型4.對關(guān)系的限制職工編號姓名工資基1.4.1關(guān)系模型(2)每一列中的數(shù)據(jù)項具有相同的數(shù)據(jù)類型，來自同一個域。例如，姓名都是字符類型，成績都是整數(shù)類型。(3)每一列的名稱在一個表中是唯一的。(4)列次序可以是任意的。(5)表中的任意兩行(即元組)不能相同。(6)行次序可以是任意的。571.4.1關(guān)系模型(2)每一列中的數(shù)據(jù)項具有相同的數(shù)據(jù)1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論要把一組數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，如何為這些數(shù)據(jù)設(shè)計一個合適的邏輯結(jié)構(gòu)呢？如在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，針對一個具體問題，應(yīng)該構(gòu)造幾個關(guān)系？每個關(guān)系由哪些屬性組成？使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)無論是在數(shù)據(jù)存儲方面，還是在數(shù)據(jù)操縱方面都有較好的性能。這就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論要研究的主要問題。E-R模型的方法討論了實(shí)體與實(shí)體之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，而關(guān)系規(guī)范化理論主要討論實(shí)體內(nèi)部屬性與屬性之間的數(shù)據(jù)的聯(lián)系，其目標(biāo)是要設(shè)計一個“好”的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型。581.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論要把一組數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論1.問題的提出關(guān)系：學(xué)生(學(xué)號,姓名,性別,課程號,課程名稱,成績)學(xué)號姓名性別課程號課程名稱成績0601001張軍男001數(shù)據(jù)庫應(yīng)用780601002李輝男002程序設(shè)計890601003趙心女003管理信息系統(tǒng)850601004林梅女004數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)790601004林梅女001數(shù)據(jù)庫應(yīng)用900601004林梅女002程序設(shè)計78591.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論1.問題的提出學(xué)號姓名1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論“學(xué)生”關(guān)系存在以下問題:(1)數(shù)據(jù)冗余所謂數(shù)據(jù)冗余就是數(shù)據(jù)的重復(fù)出現(xiàn)。當(dāng)一個學(xué)生選修多門課程時，學(xué)生信息重復(fù)出現(xiàn)，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)冗余的現(xiàn)象。例如，以上關(guān)于“林梅”的信息就出現(xiàn)了三次；同樣，一門課程有多個學(xué)生選修，也導(dǎo)致了該課程信息的冗余。例如，“數(shù)據(jù)庫應(yīng)用”課程被“林梅”和“張軍”選修了，因此，其課程名稱出現(xiàn)了兩次。顯然，數(shù)據(jù)冗余會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫存儲性能的下降，同時還會帶來數(shù)據(jù)的不一致性問題。601.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論“學(xué)生”關(guān)系存在以下問題1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(2)不一致性由于存在著數(shù)據(jù)冗余，因此，如果某個數(shù)據(jù)需要修改，則可能會因為其多處存在而導(dǎo)致在修改時不能全部修改過來，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的不一致。例如，假設(shè)有40名學(xué)生選修了“數(shù)據(jù)庫應(yīng)用”這門課，則在關(guān)系表中就會有40條記錄包含有課程名稱“數(shù)據(jù)庫應(yīng)用”，如果該課程名稱需要改成“數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用”，則可能會只修改了其中的一些記錄而其他記錄沒有修改。這就是數(shù)據(jù)的不一致，也叫更新異常。611.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(2)不一致性611.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(3)插入異常

如果新生剛剛?cè)胄?，還沒有選修課程，則學(xué)生信息就無法插入到表中，因為課程號為空，而主碼為（學(xué)號，課程號），根據(jù)關(guān)系模型的實(shí)體完整性規(guī)則，主碼不能為空或部分為空，因此無法插入新生數(shù)據(jù)，這就是插入異常。又如，學(xué)校計劃下學(xué)期開一門新課“計算機(jī)組成原理”，該課程信息也不能馬上添加到表中，因為還沒有學(xué)生選修該課程，無法知道學(xué)生的信息。簡單來說，插入異常就是該插入的數(shù)據(jù)不能正常插入。621.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(3)插入異常621.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(4)刪除異常

當(dāng)學(xué)生畢業(yè)時，需要刪除相關(guān)的學(xué)生記錄，于是就會刪除對應(yīng)的課程號、課程名信息。這就是刪除異常。例如，在“學(xué)生”關(guān)系表中要刪除學(xué)生記錄（060103，趙心，女，003，管理信息系統(tǒng)，85），則會丟失課程號為“003”，課程名為“管理信息系統(tǒng)”的課程信息。簡單來說，刪除異常就是不該刪除的數(shù)據(jù)被異常地刪除了。631.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(4)刪除異常631.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論

為了克服以上問題，可以將“學(xué)生”關(guān)系分解為：學(xué)生基本信息（學(xué)號，姓名，性別）課程（課程號，課程名稱）選修（學(xué)號，課程號，成績）分解后的關(guān)系在一定程度上解決了數(shù)據(jù)冗余解決了插入異常問題解決了刪除異常的問題641.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論為了克服以上問題1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論為什么對“學(xué)生”關(guān)系進(jìn)行以上分解之后，可以消除異常呢？這是因為“學(xué)生”關(guān)系中的某些屬性之間存在數(shù)據(jù)依賴，這種數(shù)據(jù)依賴會造成數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常等問題。

數(shù)據(jù)依賴是對屬性間數(shù)據(jù)的相互關(guān)系的描述。651.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論為什么對“學(xué)生”1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.函數(shù)依賴函數(shù)依賴是數(shù)據(jù)依賴的一種描述形式。定義1：設(shè)R(U)是屬性集U上的關(guān)系模式。X，Y是U的子集。如果對于R(U)的任意一個可能的關(guān)系r，r中不可能存在兩個元組在X上的屬性值相等，而在Y上的屬性值不等，則稱“X函數(shù)確定Y”或“Y函數(shù)依賴于X”，記作X→Y。簡單地說，如果屬性X的值決定屬性Y的值（如果知道X的值就可以獲得Y的值），則屬性Y函數(shù)依賴于屬性X。若X→Y，并且Y→X，則記為X←→Y。若Y不函數(shù)依賴于X，則記為X→Y661.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論2.函數(shù)依賴661.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論例如:1)設(shè)有關(guān)系模式：商品(商品名稱,價格)如果知道商品名稱，就可以知道該商品的價格，也就是，不存在商品名稱相同，而價格不同的記錄，則可以說:商品名稱→價格。2)設(shè)有關(guān)系模式:學(xué)生(學(xué)號,姓名,年齡,性別,專業(yè))學(xué)生關(guān)系中有唯一的標(biāo)識號“學(xué)號”，每個學(xué)生有且只有一個專業(yè)，則學(xué)號決定專業(yè)的值，因此：學(xué)號→專業(yè)。3)對于選修關(guān)系：選修(學(xué)號,課程號,成績)可以看出：(學(xué)號,課程號)→成績。671.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論例如:671.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論需要注意的是，函數(shù)依賴是語義范疇的概念。只能根據(jù)數(shù)據(jù)的語義來確定函數(shù)依賴。例如“姓名→年齡”這個函數(shù)依賴只有在不允許有同名人的條件下才成立。681.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論需要注意的是，1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論

定義2：在關(guān)系模式R(U)中，對于U的子集X和Y，如果X→Y，但Y?X，則稱X→Y是非平凡的函數(shù)依賴。若X→Y，但Y

X，則稱X→Y是平凡的函數(shù)依賴。例如，對于關(guān)系：選修(學(xué)號,課程號,成績)存在非平凡函數(shù)依賴:(學(xué)號,課程號)→成績存在平凡函數(shù)依賴:(學(xué)號，課程號)→學(xué)號；(學(xué)號，課程號)→課程號若不特別聲明，一般總是討論非平凡的函數(shù)依賴691.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論定義2：在1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論

定義3：在關(guān)系模式R(U)中，如果X→Y，并且對于X的任何一個真子集X’，都有X’→Y，則稱Y完全函數(shù)依賴于X，記作X→Y。若X→Y，但Y不完全函數(shù)依賴于X，則稱Y部分函數(shù)依賴于X，記作X→Y。例如，對于關(guān)系：選修(學(xué)號,課程號,成績)由于:學(xué)號→成績，課程號→成績而:(學(xué)號,課程號)→成績因此:(學(xué)號，課程號)→成績fpf701.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論定義3：在關(guān)系1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論

又如，對于關(guān)系：學(xué)生(學(xué)號,姓名,性別,課程號,課程名稱,成績)由于有:(學(xué)號，課程號)→姓名，同時有：學(xué)號→姓名，因此存在部分函數(shù)依賴：(學(xué)號，課程號)→姓名fp711.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論又如，對于關(guān)系：1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論

定義4：在關(guān)系模式R(U)中，如果X→Y，Y→Z，且Y?X，Y→X，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X。注:如果Y→X,即X←→Y,則Z直接函數(shù)依賴于X例如，設(shè)有關(guān)系模式：學(xué)生信息(學(xué)號，姓名，所在系，系主任)經(jīng)分析有:學(xué)號→所在系，所在系→系主任，因此:“系主任”傳遞函數(shù)依賴于“學(xué)號”。p721.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論定義4：在關(guān)系模1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論3.范式和規(guī)范化

規(guī)范化理論用于改造關(guān)系模式，通過分解關(guān)系模式來消除其中不合適的數(shù)據(jù)依賴，以解決數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常等問題。所謂規(guī)范化，就是用形式更為簡潔、結(jié)構(gòu)更加規(guī)范的關(guān)系模式取代原有關(guān)系的過程。731.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論3.范式和規(guī)范化731.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論

要設(shè)計一個好的關(guān)系，必須使關(guān)系滿足一定的約束條件，這種約束條件已經(jīng)形成規(guī)范，分成幾個等級，一級比一級要求更嚴(yán)格。滿足最低一級要求的關(guān)系稱為屬于第一范式（1NF），在此基礎(chǔ)上如果進(jìn)一步滿足某種約束條件，達(dá)到第二范式標(biāo)準(zhǔn)，則稱該關(guān)系屬于第二范式（2NF），等等，直到第五范式。一個較低的范式，可以通過關(guān)系的無損分解轉(zhuǎn)換為若干個較高級范式的關(guān)系，這一過程叫做關(guān)系的規(guī)范化。741.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論要設(shè)計一個好的關(guān)1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(1)第一范式（1NF）定義：如果一個關(guān)系模式R的所有屬性都是不可分的基本數(shù)據(jù)項，則R屬于1NF。第一范式是對關(guān)系模式的最起碼的要求。不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫模式不能稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫。751.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(1)第一范式（1NF1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論例如，以下“學(xué)生”關(guān)系滿足第一范式。學(xué)號姓名性別課程號課程名稱成績0601001張軍男001數(shù)據(jù)庫應(yīng)用780601002李輝男002程序設(shè)計890601003趙心女003管理信息系統(tǒng)850601004林梅女004數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)790601004林梅女001數(shù)據(jù)庫應(yīng)用900601004林梅女002程序設(shè)計78761.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論例如，以下“學(xué)生”關(guān)系滿1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論以下“工資”表具有組合數(shù)據(jù)項，不屬于第一范式。職工編號姓名工資基本工資職務(wù)工資工齡工資001趙軍2000500500002劉娜1800400300003李東2300700800…………………………771.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論以下“工資”表具有組合數(shù)1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論將“工資”表規(guī)范化為第一范式：職工編號姓名基本工資職務(wù)工資工齡工資001趙軍2000500500002劉娜1800400300003李東2300700800…………………………滿足第一范式的關(guān)系模式不一定就是一個好的關(guān)系模式。例如，對于前面的“學(xué)生”關(guān)系，已經(jīng)分析過，它存在數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常等問題。781.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論將“工資”表規(guī)范化為第一1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(2)第二范式(2NF)

定義：若關(guān)系模式R是1NF，并且每一個非主屬性都完全函數(shù)依賴于R的碼，則R屬于2NF。例如，對于學(xué)生關(guān)系：學(xué)生(學(xué)號,姓名,性別,課程號,課程名稱,成績)碼:（學(xué)號，課程號）因此:學(xué)號、課程號是主屬性，性別、課程名稱、成績是非主屬性。存在部分函數(shù)依賴：學(xué)號→姓名學(xué)號→性別課程號→課程名稱存在非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴，因此不是2NF791.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(2)第二范式(2NF1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論改進(jìn)方法：對該關(guān)系進(jìn)行分解，生成若干關(guān)系，以消除部分函數(shù)依賴。分解為以下三個關(guān)系：學(xué)生基本信息（學(xué)號，姓名，性別）課程（課程號，課程名稱）選修（學(xué)號，課程號，成績）可以看出，在這三個關(guān)系中不存在部分函數(shù)依賴，因此問題得到了解決。實(shí)際上，這里就是把描述不同主題的內(nèi)容分別用不同的關(guān)系來表示。801.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論改進(jìn)方法：801.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(3)第三范式(3NF)

定義：如果關(guān)系模式R是第二范式，且每個非主屬性都非傳遞函數(shù)依賴于主碼，則R屬于3NF。也可以說，如果關(guān)系R的每一個非主屬性既不部分函數(shù)依賴于主碼，也不傳遞函數(shù)依賴于主碼，則R屬于3NF。811.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論(3)第三范式(3NF1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論例如，關(guān)系Housing是學(xué)生住宿收費(fèi)表，SID為學(xué)生編號，Sname為學(xué)生姓名，Building為樓的編號，F(xiàn)ee為每季度需支付的費(fèi)用。假設(shè)一個學(xué)生只住在一個大樓里，一個大樓只有一種收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。SIDSnameBuildingFee10TomA110011JerryA110012KateB120013TonyB120014JohnC130015MaryD1400821.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論例如，關(guān)系Housing1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論主碼:SID存在函數(shù)依賴：SID→BuildingBuilding→Fee即存在非主屬性Fee對碼SID的傳遞函數(shù)依賴，因此關(guān)系Housing不是第三范式。831.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論主碼:SID81.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論

該關(guān)系存在插入異常、刪除異常等問題。例如，如果SID為15的學(xué)生退學(xué)了，則不僅刪除了該學(xué)生的信息，同時刪除了D樓的收費(fèi)信息，出現(xiàn)了刪除異常。如果新建了一個大樓，還沒有學(xué)生入住，則該新樓的信息也無法插入到表中，也就是出現(xiàn)了插入異常。同樣，如果有400名學(xué)生住在同一個樓里，則該樓的信息就要重復(fù)400次，因此也存在數(shù)據(jù)冗余問題。841.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論該關(guān)系存在插入異1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論改進(jìn)方法：將關(guān)系Housing分解為兩個關(guān)系。SIDSnameBuilding10TomA11JerryA12KateB13TonyB14JohnC15MaryD“Stu-Housing”關(guān)系：851.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論改進(jìn)方法：將關(guān)系1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論“Housing-Fee”關(guān)系：BuildingFeeA1100B1200C1300D1400分解后的關(guān)系解決了插入異常、刪除異常、數(shù)據(jù)冗余的問題861.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論“Housing-Fee1.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論規(guī)范化的本質(zhì)是把表示不同主題的信息分解到不同的關(guān)系中，如果某個關(guān)系包含有兩個或兩個以上的主題，就應(yīng)該將它分解為多個關(guān)系，使每個關(guān)系只包含一個主題。在分解關(guān)系之后，需要注意建立起關(guān)系之間的關(guān)聯(lián)約束（參照完整性約束）。關(guān)系變得更加復(fù)雜，對關(guān)系的使用也會變得復(fù)雜，因此并不是分解得越細(xì)越好。一般來說，用戶的目標(biāo)是第三范式（3NF）數(shù)據(jù)庫，因為在大多數(shù)情況下，這是進(jìn)行規(guī)范化功能與易用程度的最好平衡點(diǎn)。在理論上和一些實(shí)際使用的數(shù)據(jù)庫中，有比3NF更高的等級。871.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論規(guī)范化的本質(zhì)是把表示不同1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個總的框架。盡管實(shí)際的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件產(chǎn)品多種多樣，它們支持的數(shù)據(jù)模型也不一定不同，使用不同的數(shù)據(jù)庫語言，建立在不同的操作系統(tǒng)之上，數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)也各不相同，但是絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在總的體系結(jié)構(gòu)上都具有三級模式的結(jié)構(gòu)特征。881.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫1.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)三級模式結(jié)構(gòu)：外模式、模式和內(nèi)模式外模式/模式映像應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E外模式1外模式2外模式3模式內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫模式/內(nèi)模式映像891.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)三級模式結(jié)構(gòu)：外模式1.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS管理，使用戶能邏輯地抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示和存儲。為了實(shí)現(xiàn)這三個抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在這三級模式中提供了兩層映像：外模式／模式映像；模式／內(nèi)模式映像。901.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)三級模式是對數(shù)據(jù)的1.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)1.模式(邏輯模式)是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特性的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。以某一種數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)。不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要定義與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求；不僅要定義記錄內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，而且要定義數(shù)據(jù)以及不同記錄之間的聯(lián)系。模式既不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境，也與具體的應(yīng)用程序和開發(fā)工具無關(guān)。DBMS提供模式數(shù)據(jù)描述語言描述模式。911.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)1.模式(邏輯模式)1.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)2.外模式(子模式或用戶模式)是數(shù)據(jù)庫用戶看到的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。通常是模式的子集，由于不同的用戶其需求不同，看待數(shù)據(jù)的方式不同，對數(shù)據(jù)的要求不同，使用的程序設(shè)計語言也可以不同，因此不同用戶的外模式描述是不同的。即使對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長度、保密級別等都可以不同。DBMS提供外模式數(shù)據(jù)描述語言來描述外模式。921.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)2.外模式(子模式或1.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)3.內(nèi)模式是全體數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的內(nèi)部表示或者低層描述，用來定義數(shù)據(jù)的存儲方式和物理結(jié)構(gòu)。通常用內(nèi)模式數(shù)據(jù)描述語言來描述和定義。931.5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)3.內(nèi)模式931.5.2數(shù)據(jù)庫的二級映像與數(shù)據(jù)的獨(dú)立性1.外模式/模式映像定義某一個外模式和模式之間的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)模式改變時，外模式/模式的映像要作相應(yīng)的改變(由DBA負(fù)責(zé))以保證外模式保持不變。對應(yīng)于同一個模式，可以有任意多個外模式。2.模式/內(nèi)模式映像定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的。這樣，當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變時，可相應(yīng)修改模式／內(nèi)模式的映像，從而使模式保持不變。941.5.2數(shù)據(jù)庫的二級映像與數(shù)據(jù)的獨(dú)立性1.外模式/模1.5.2數(shù)據(jù)庫的二級映像與數(shù)據(jù)的獨(dú)立性模式（全局邏輯結(jié)構(gòu)）應(yīng)該首先定義，因為它獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的其他所有結(jié)構(gòu)描述。內(nèi)模式（存儲模式）依賴于全局邏輯結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于任何一個外模式（用戶的局部邏輯結(jié)構(gòu)）。外模式獨(dú)立于存儲模式和存儲設(shè)備，它必須在數(shù)據(jù)庫的全局邏輯結(jié)構(gòu)描述（模式）的基礎(chǔ)上定義。二級映像功能使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。說明：951.5.2數(shù)據(jù)庫的二級映像與數(shù)據(jù)的獨(dú)立性模式（全局邏輯結(jié)1.5.2數(shù)據(jù)庫的二級映像與數(shù)據(jù)的獨(dú)立性一個子模式一旦被定義，則除非模式結(jié)構(gòu)的變化使得子模式中的某些數(shù)據(jù)無法再從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出，否則不必改變子模式。通過調(diào)整外模式/模式映像可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這就是子模式對于模式的相對獨(dú)立性，即邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性。應(yīng)用程序是在子模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上編制的，因此，它必然依賴于特定的子模式。但是，在一個完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，它是獨(dú)立于存儲設(shè)備和存儲模式的，并且只要數(shù)據(jù)庫全局邏輯模式的變化不導(dǎo)致其對應(yīng)的子模式的改變，則應(yīng)用程序也是獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫模式的。961.5.2數(shù)據(jù)庫的二級映像與數(shù)據(jù)的獨(dú)立性一個子模式一旦被1.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計包括:數(shù)據(jù)庫的設(shè)計數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指設(shè)計數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)特性，即為特定的應(yīng)用環(huán)境構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)模型；數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計是指設(shè)計出滿足各種用戶對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用需求的應(yīng)用程序。用戶通過應(yīng)用程序來訪問和操作數(shù)據(jù)庫。971.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計包括:971.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介

將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為6個階段：需求分析階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)階段以上步驟既是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程，也包括數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程。在設(shè)計過程只有將這兩方面有機(jī)地結(jié)合起來，互相參照、互為補(bǔ)充，才可以設(shè)計出性能良好的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。981.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為6個階段：1.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介1.需求分析階段任務(wù)：準(zhǔn)確了解并分析用戶對系統(tǒng)的要求，確定所要開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)，重點(diǎn)調(diào)查用戶的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求結(jié)果：產(chǎn)生用戶和設(shè)計者都能接受的需求說明書，做為下一步數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。需求分析主要是考慮“做什么”，而不是考慮“怎么做”。需求分析做得是否充分、準(zhǔn)確，將決定以后各設(shè)計步驟能否順利進(jìn)行。如果需求分析做得不好，會影響整個系統(tǒng)的性能，甚至?xí)?dǎo)致整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的返工991.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介1.需求分析階段需求分1.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介

2.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段

將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計。概念結(jié)構(gòu)是獨(dú)立于支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的DBMS和使用的硬件環(huán)境的。人們提出了多種概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的表達(dá)工具，其中最常用、最有名的是E-R模型。1001.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介2.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段1001.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介

在概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，首先要對需求分析階段收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織，形成實(shí)體、實(shí)體的屬性，標(biāo)識實(shí)體的碼，確定實(shí)體之間的聯(lián)系類型(1:1，1:n，m:n)，針對各個局部應(yīng)用設(shè)計局部視圖（如分E-R圖）。合并局部視圖，通過消除各局部視圖的屬性沖突、命名沖突、結(jié)構(gòu)沖突、數(shù)據(jù)冗余等，最終集成為一個全局視圖（如整體的E-R圖）。概念模型是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的依據(jù)，是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。1011.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介在概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，首先1.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介3.邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段任務(wù)是將概念結(jié)構(gòu)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。包括數(shù)據(jù)庫模式和外模式。首先需要將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型；然后將轉(zhuǎn)化后的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的主要依據(jù)是所選用的DBMS的功能及限制，沒有通用規(guī)則。對于關(guān)系模型來說，這種轉(zhuǎn)換通常都比較簡單；最后對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。1021.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介3.邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段1021.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段可能還需要設(shè)計用戶子模式（外模式），即用戶可直接訪問的數(shù)據(jù)模式。同一系統(tǒng)中，不同用戶可以有不同的外模式。定義用戶外模式時應(yīng)該更注重考慮用戶的習(xí)慣與方便，主要包括以下三個方面:(1)使用更符合用戶習(xí)慣的別名。(2)針對不同級別的用戶定義不同的外模式，以滿足系統(tǒng)對安全性的要求。(3)如果某些局部應(yīng)用中經(jīng)常要使用某些很復(fù)雜的查詢，為了方便用戶，可以將這些復(fù)雜查詢定義為外模式（視圖），以簡化用戶對系統(tǒng)的使用。1031.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段可能1.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介

4.物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段

用于為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法。由于不同的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品所提供的物理環(huán)境、存取方法和存儲結(jié)構(gòu)各不相同，供設(shè)計人員使用的設(shè)計變量、參數(shù)范圍也各不相同，所以物理結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有通用的設(shè)計方法可以遵循。主要考慮問題：物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足事務(wù)在數(shù)據(jù)庫上運(yùn)行時響應(yīng)時間少、存儲空間利用率高和事務(wù)吞吐率大的要求。1041.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介4.物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段1041.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介

5.數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段

完成數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計之后，設(shè)計人員就要用DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言和其他實(shí)用程序?qū)?shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計和物理設(shè)計結(jié)果嚴(yán)格地描述出來，成為DBMS可以接受的源代碼，再經(jīng)過調(diào)試產(chǎn)生目標(biāo)模式，然后就可以組織數(shù)據(jù)入庫了，這就是數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段。1051.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介5.數(shù)據(jù)庫實(shí)施階段1051.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介(1)用DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言（DDL）描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。(2)組織數(shù)據(jù)入庫。(3)編制與調(diào)試應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的設(shè)計應(yīng)該與數(shù)據(jù)庫設(shè)計并行進(jìn)行。因此，在部分?jǐn)?shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫中之后，就可以開始對應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試了。這時由于數(shù)據(jù)入庫尚未完成，可以先使用模擬數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)應(yīng)該具有一定的代表性，足夠測試系統(tǒng)的多數(shù)功能。應(yīng)用程序的設(shè)計、編碼和調(diào)試方法、步驟應(yīng)遵循軟件工程的規(guī)范。(4)數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行：功能測試；性能測試1061.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介(1)用DBMS提供的數(shù)據(jù)定義1.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介6.數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)階段數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行結(jié)果符合設(shè)計目標(biāo)后，數(shù)據(jù)庫就可以投入正式運(yùn)行了。數(shù)據(jù)庫投入運(yùn)行標(biāo)志著開發(fā)任務(wù)的基本完成和維護(hù)工作的開始。由于應(yīng)用環(huán)境在不斷變化，數(shù)據(jù)庫運(yùn)行過程中物理存儲會不斷變化，因此，對數(shù)據(jù)庫設(shè)計進(jìn)行評價、調(diào)整、修改等維護(hù)工作是一個長期的任務(wù)，也是設(shè)計工作的繼續(xù)和提高。1071.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介6.數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)階段1071.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介在數(shù)據(jù)庫運(yùn)行階段，對數(shù)據(jù)庫經(jīng)常性的維護(hù)工作主要是由DBA完成的。工作主要包括：(1)數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)。(2)數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制:DBA需要應(yīng)用環(huán)境的變化修改原有的安全性控制和完整性約束。(3)數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進(jìn)。(4)數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造。數(shù)據(jù)庫運(yùn)行一段時間后，由于記錄的不斷增、刪、改，會使數(shù)據(jù)庫的物理存儲變壞，從而降低數(shù)據(jù)庫存儲空間的利用率和數(shù)據(jù)的存取效率，使數(shù)據(jù)庫的性能下降，因此需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重新組織。1081.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介在數(shù)據(jù)庫運(yùn)行階段，對演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！109第1章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.2數(shù)據(jù)模型1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計簡介1.6110第1章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們掌握的信息量急劇增加，要充分地開發(fā)和利用這些信息資源，就必須有一種新技術(shù)能對大量的信息進(jìn)行識別、存儲、處理與傳播。隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)60年代末，數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并從70年代起得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要研究如何科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)，如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。對于一個國家來說，數(shù)據(jù)庫的建設(shè)規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度已經(jīng)成為衡量這個國家信息化程度的重要標(biāo)志。111隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們掌握的信息量1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.信息：信息是人腦對現(xiàn)實(shí)世界中的客觀事物以及事物之間聯(lián)系的抽象反映，它向我們提供了關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界實(shí)際存在的事物及其聯(lián)系的有用知識。2.數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)是人們用各種物理符號，把信息按一定格式記載下來的有意義的符號組合。數(shù)據(jù)不僅僅是數(shù)字，還可以是文字、圖象、聲音等各種表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字化后可以存入計算機(jī)中，是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象。數(shù)據(jù)和它的語義是不可分割的。1121.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.信息：信息是人腦對現(xiàn)實(shí)世界中的客1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)的形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容。例如：(李明，78)我們可以賦予它一定的語義，它表示李明的期末考試平均成績?yōu)?8分。如果不了解其語義，則無法對其進(jìn)行解釋，甚至解釋為李明的年齡為78。99：8179，7954舅舅：不要吃酒，吃酒誤事1×1＝1一成不變10002＝100×100×100千方百計7／8七上八下7÷2不三不四1131.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)的形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容。例如：41.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述3.數(shù)據(jù)處理：指對各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、加工、存儲和傳播的一系列活動的總和。其目的之一是從大量的原始數(shù)據(jù)中提取出對人們有價值的信息，作為行動和決策的依據(jù)；目的之二是為了借助計算機(jī)科學(xué)地保存和管理大量的復(fù)雜的數(shù)據(jù)，以便人們能方便地充分利用這些信息資源。4.數(shù)據(jù)庫(DB)：以一定的方式保存在計算機(jī)存儲設(shè)備上的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合。1141.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述3.數(shù)據(jù)處理：指對各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述5.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)

：用于幫助我們管理輸入到計算機(jī)中的大量數(shù)據(jù)。如用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，向數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)據(jù)，修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中提取信息等。一個DBMS應(yīng)具備如下功能：(1)數(shù)據(jù)定義功能(2)數(shù)據(jù)操縱功能(3)數(shù)據(jù)查詢功能(4)數(shù)據(jù)控制功能(5)數(shù)據(jù)庫通信功能1151.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述5.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)：1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述6.數(shù)據(jù)庫管理員：數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護(hù)只靠DBMS是不夠的，還需要有專門的人員來完成，這些人員稱為數(shù)據(jù)庫管理員7.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)：在計算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)。除了相關(guān)的硬件之外，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶。1161.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述6.數(shù)據(jù)庫管理員：數(shù)據(jù)庫的建立、使用1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展什么是數(shù)據(jù)管理?對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的中心問題。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展動力應(yīng)用需求的推動計算機(jī)硬件的發(fā)展計算機(jī)軟件的發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程人工管理階段(40年代中--50年代中)文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)1171.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展什么是數(shù)據(jù)管理?81.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.人工管理階段在計算機(jī)發(fā)展的初級階段，計算機(jī)硬件本身還不具備象磁盤這樣的可直接存取的存儲設(shè)備，因此也無法實(shí)現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的保存，也沒有用來管理數(shù)據(jù)的相應(yīng)軟件，計算機(jī)主要用于科學(xué)計算。這個階段的數(shù)據(jù)管理是以人工管理的方式進(jìn)行的，人們還沒有形成一套數(shù)據(jù)管理的完整的概念。1181.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.人工管理階段91.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段的主要特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)不保存。計算機(jī)主要用于科學(xué)計算，計算時輸入數(shù)據(jù)，用完就撤走數(shù)據(jù)。(2)還沒有文件的概念。數(shù)據(jù)由每個程序的程序員自行組織和安排。(3)數(shù)據(jù)不共享：每組數(shù)據(jù)和一個應(yīng)用程序相對應(yīng)，因此可能導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)重復(fù)。(4)沒有形成完整的數(shù)據(jù)管理的概念，更沒有對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)。每個程序都要包括數(shù)據(jù)存取方法、輸入/輸出方法和數(shù)據(jù)組織方法，程序直接面向存儲結(jié)構(gòu)，因此存儲結(jié)構(gòu)的任何修改都將導(dǎo)致程序的修改。程序和數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性。1191.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段的主要特點(diǎn)：101.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段的特點(diǎn)可以用下圖來描述：應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集n…………1201.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段的特點(diǎn)可以用下圖來描述1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展2.文件系統(tǒng)階段隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，如直接存儲設(shè)備的產(chǎn)生，操作系統(tǒng)、高級語言及數(shù)據(jù)管理軟件的出現(xiàn)，計算機(jī)不僅用于科學(xué)計算，也開始大量用于信息管理。數(shù)據(jù)可以以文件的形式長期獨(dú)立地保存在磁盤上，且可以由多個程序反復(fù)使用；操作系統(tǒng)及高級語言或數(shù)據(jù)管理軟件提供了對數(shù)據(jù)的存取和管理功能，這就是文件系統(tǒng)階段。1211.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展2.文件系統(tǒng)階段121.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展文件系統(tǒng)階段的主要特點(diǎn)：(1)數(shù)據(jù)可以長期保存在磁盤上，因此可以重復(fù)使用。數(shù)據(jù)不再屬于某個特定的程序，可以由多個程序反復(fù)使用。(2)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)有了區(qū)別，但較簡單。程序開始通過文件名和數(shù)據(jù)打交道，不必關(guān)心數(shù)據(jù)的物理存放位置，對數(shù)據(jù)的讀/寫方法由文件系統(tǒng)提供。(3)程序和數(shù)據(jù)之間有了一定的獨(dú)立性。應(yīng)用程序通過文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取和加工，程序員不必過多地考慮數(shù)據(jù)的物理存儲細(xì)節(jié)，并且，數(shù)據(jù)在存儲上的改變不一定反映在程序上，節(jié)省了維護(hù)工作。(4)出現(xiàn)了多種文件存儲形式及相應(yīng)的訪問方式；但文件之間是獨(dú)立的，它們之間的聯(lián)系要通過程序去構(gòu)造，文件的共享性也還比較差。數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位。1221.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展文件系統(tǒng)階段的主要特點(diǎn)：131.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展文件系統(tǒng)階段程序和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可以用下圖來描述：應(yīng)用程序1文件1應(yīng)用程序2文件2應(yīng)用程序n文件n…………文件系統(tǒng)1231.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展文件系統(tǒng)階段程序和數(shù)據(jù)之間1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展雖然文件系統(tǒng)比人工管理有了長足的進(jìn)步，但是文件系統(tǒng)所能提供的數(shù)據(jù)存取方法和操作數(shù)據(jù)的手段還是非常的有限。數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)和程序之間的依賴關(guān)系并未根本改變；數(shù)據(jù)冗余大；數(shù)據(jù)的重復(fù)以及數(shù)據(jù)之間沒有建立起相互聯(lián)系還會造成數(shù)據(jù)的不一致性。隨著信息時代的到來，人們要處理的信息量急劇增加，對數(shù)據(jù)的處理要求也越來越復(fù)雜，文件系統(tǒng)的功能已經(jīng)不能適應(yīng)新的需求，而數(shù)據(jù)庫技術(shù)也正是在這種需求的推動下逐步產(chǎn)生的。1241.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展雖然文件系統(tǒng)比人工管理有1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來管理數(shù)據(jù)。它克服了文件系統(tǒng)的不足，并增強(qiáng)了許多新功能。在這一階段，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一控制，數(shù)據(jù)不再面向某個應(yīng)用而是面向整個系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個用戶、多個應(yīng)用共享。1251.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段161.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點(diǎn)：(1)能根據(jù)不同的需要按不同的方法組織數(shù)據(jù)，以最大限度地提高用戶或應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)的效率。(2)數(shù)據(jù)庫不僅能夠保存數(shù)據(jù)本身，還能保存數(shù)據(jù)之間的相互聯(lián)系，保證了對數(shù)據(jù)修改的一致性。(3)相同的數(shù)據(jù)可以共享，降低了數(shù)據(jù)的冗余度。(4)數(shù)據(jù)具有較高的獨(dú)立性，數(shù)據(jù)的組織和存儲方法與應(yīng)用程序相互獨(dú)立，互不依賴，大大降低了應(yīng)用程序的開發(fā)代價和維護(hù)代價。(5)提供了一整套的安全機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的安全、可靠。(6)可以給數(shù)據(jù)定義一些約束條件來保證數(shù)據(jù)的正確性。1261.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的特點(diǎn)：171.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系可以用下圖來表示：應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n……數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫1271.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應(yīng)用程序和數(shù)1.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫是某個企業(yè)、組織或部門所涉及的數(shù)據(jù)的綜合，它不僅要反映數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容，而且要反映數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。由于計算機(jī)不可能直接處理現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物，所以人們必須事先把具體事物轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中使用數(shù)據(jù)模型來抽象、表示現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。

模型：對現(xiàn)實(shí)世界特征的模擬和抽象。

數(shù)據(jù)模型：對現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的模擬和抽象。1281.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫是某個企業(yè)、組織或部門所涉1.3數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)要進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫中，需要經(jīng)過人們的認(rèn)識、理解、整理、規(guī)范和加工。可以把這一過程劃分成三個主要階段，即現(xiàn)實(shí)世界階段、信息世界階段和機(jī)器世界階段?，F(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)經(jīng)過人們的認(rèn)識和抽象，形成信息世界；在信息世界中用概念模型來描述數(shù)據(jù)及其聯(lián)系，概念模型按用戶的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行建模，獨(dú)立于具體的機(jī)器和DBMS；根據(jù)所使用的具體機(jī)器和DBMS，需要對概念模型進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，形成在具體機(jī)器環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型。1291.3數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)要進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫中，1.3數(shù)據(jù)模型三個階段之間的相互關(guān)系：不依賴于具體機(jī)器和DBMS依賴于具體機(jī)器和DBMS現(xiàn)實(shí)世界信息世界：概念模型機(jī)器世界：某DBMS支持的數(shù)據(jù)模型抽象轉(zhuǎn)換1301.3數(shù)據(jù)模型三個階段之間的相互關(guān)系：不依賴于具1.3.1現(xiàn)實(shí)世界1.實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在并可以相互區(qū)分的事物稱。如學(xué)生、課程、零件、案件等