第4章-公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

公共基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主要內(nèi)容數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)模型（E－R模型和關(guān)系模型）關(guān)系代數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(1)數(shù)據(jù)：實(shí)際上就是描述事物的符號(hào)記錄。數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：有一定的結(jié)構(gòu)，有型與值之分。(2)數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)：是數(shù)據(jù)的集合，具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式并存放于統(tǒng)一的存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)，是多種應(yīng)用數(shù)據(jù)的集成，并可被各個(gè)應(yīng)用程序所共享。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)具有“集成”與“共享”的特點(diǎn)。(3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)：一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維護(hù)、控制及保護(hù)和數(shù)據(jù)服務(wù)等，是數(shù)據(jù)庫(kù)的核心。1）數(shù)據(jù)模式定義。

2）數(shù)據(jù)存取的物理構(gòu)建。3）數(shù)據(jù)操縱。4）數(shù)據(jù)的完整性、安全性定義與檢查。數(shù)據(jù)的完整性是保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)正確的必要條件

數(shù)據(jù)的安全性：對(duì)數(shù)據(jù)正確使用做出必要的規(guī)定，并在使用時(shí)做檢查。5）數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)控制與故障恢復(fù)。6）數(shù)據(jù)的服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念

DBMS的主要功能（4）數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)、監(jiān)視等的專業(yè)管理人員。

（5）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DBS）：由數(shù)據(jù)庫(kù)（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（軟件）、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（人員）、硬件平臺(tái)（硬件）、軟件平臺(tái)（軟件）五個(gè)部分構(gòu)成的運(yùn)行實(shí)體。（6）數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及應(yīng)用界面三者組成。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的根本目標(biāo)是解決數(shù)據(jù)的共享問(wèn)題。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)管理員、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個(gè)階段：人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫(kù)新技術(shù):

1.XML文件管理強(qiáng)化技術(shù)

2.強(qiáng)化的數(shù)據(jù)庫(kù)壓縮技術(shù)

3.虛擬環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫(kù)群集技術(shù)

4.功能向存儲(chǔ)設(shè)備轉(zhuǎn)移

5.虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)化管理技術(shù)

6.基于Column的DBMS數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

7.并行數(shù)據(jù)庫(kù)(MPP)技術(shù)

8.云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)

9.空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

10.數(shù)據(jù)庫(kù)移植技術(shù)(1)數(shù)據(jù)的高集成性。(2)數(shù)據(jù)的高共享性與低冗余性。

在一個(gè)集合中的重復(fù)數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)冗余。(3)數(shù)據(jù)獨(dú)立性：數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)獨(dú)立于應(yīng)用程序而不依賴于應(yīng)用程序。即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方式的改變不會(huì)影響應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)(3)數(shù)據(jù)獨(dú)立性一般分為物理獨(dú)立性與邏輯獨(dú)立性兩級(jí)。1）物理獨(dú)立性：物理獨(dú)立性即是數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，存取方式等）的改變，如存儲(chǔ)設(shè)備的更換、物理存儲(chǔ)的更換、存取方式改變等都不影響數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)，從而不致引起應(yīng)用程序的變化。2）邏輯獨(dú)立性：數(shù)據(jù)庫(kù)總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，如修改數(shù)據(jù)模式、增加新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間聯(lián)系等，不需要相應(yīng)修改應(yīng)用程序，這就是數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制。數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制主要包含以下三個(gè)方面：1）數(shù)據(jù)的完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的正確性以保證數(shù)據(jù)的正確。2）數(shù)據(jù)的安全性保護(hù)：檢查數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)者以防止非法訪問(wèn)。3）并發(fā)控制：控制多個(gè)應(yīng)用的并發(fā)訪問(wèn)所產(chǎn)生的相互干擾以保證其正確性。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)例題（1）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式：

1）概念模式：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述。

概念模式主要描述數(shù)據(jù)的概念記錄類型以及它們之間的關(guān)系。2）外模式：也稱子模式或用戶模式，是用戶的數(shù)據(jù)視圖。

外模式給出每個(gè)用戶的局部數(shù)據(jù)描述。

3）內(nèi)模式：又稱物理模式，它給出了數(shù)據(jù)庫(kù)物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與物理存取方法。內(nèi)模式處于最底層，反映了數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)物理結(jié)構(gòu)中的實(shí)際存儲(chǔ)形式。概念模式處于中層，反映了設(shè)計(jì)者的數(shù)據(jù)全局邏輯要求。外模式處于最外層，反映了用戶對(duì)數(shù)據(jù)的要求。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系（2）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的兩級(jí)映射：1）概念模式到內(nèi)模式的映射：實(shí)現(xiàn)了概念模式到內(nèi)模式之間的相互轉(zhuǎn)換。保證數(shù)據(jù)具有較高的物理獨(dú)立性。2）外模式到概念模式的映射：實(shí)現(xiàn)了外模式到概念模式之間的相互轉(zhuǎn)換。保證數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系（1）數(shù)據(jù)模型的概念：是數(shù)據(jù)特征的抽象，它從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動(dòng)態(tài)行為和約束條件，為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的信息表示與操作提供一個(gè)抽象的框架。（2）數(shù)據(jù)模型所描述的內(nèi)容有三個(gè)部分，它們是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作與數(shù)據(jù)約束。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的基本概念（3）數(shù)據(jù)模型分為概念模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理模型三類：1）概念數(shù)據(jù)模型：簡(jiǎn)稱概念模型，是對(duì)客觀世界復(fù)雜事物的結(jié)構(gòu)描述及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系的刻畫(huà)。概念模型主要有：E-R模型(實(shí)體聯(lián)系模型)、擴(kuò)充的E-R模型、面向?qū)ο竽Ｐ图爸^詞模型等。2）邏輯數(shù)據(jù)模型：又稱數(shù)據(jù)模型，是一種面向數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的模型。邏輯數(shù)據(jù)模型主要有：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取?）物理數(shù)據(jù)模型：又稱物理模型，它是一種面向計(jì)算機(jī)物理表示的模型。

數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的基本概念（1）E-R模型：將現(xiàn)實(shí)世界中的要求轉(zhuǎn)化成實(shí)體、聯(lián)系、屬性等幾個(gè)基本概念及它們之間的兩種基本聯(lián)系，并用一種圖表示出來(lái)。

1）實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中的事物。

2）屬性：事物的特性。

3）聯(lián)系：現(xiàn)實(shí)世界中事物間的關(guān)系。實(shí)體集的關(guān)系有一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的聯(lián)系。

E-R模型三個(gè)基本概念之間的聯(lián)接關(guān)系：實(shí)體是概念世界中的基本單位，屬性有屬性域，每個(gè)實(shí)體可取屬性域內(nèi)的值。一個(gè)實(shí)體的所有屬性值叫元組。

數(shù)據(jù)模型實(shí)體聯(lián)系模型及E-R圖（概念數(shù)據(jù)模型）（2）E-R模型的圖示法：1）實(shí)體集：用矩形表示。2）屬性：用橢圓形表示。3）聯(lián)系：用菱形表示。4）實(shí)體集與屬性間的聯(lián)接關(guān)系：用無(wú)向線段表示。5）實(shí)體集與聯(lián)系間的聯(lián)接關(guān)系：用無(wú)向線段表示。例題層次模型的基本結(jié)構(gòu)是樹(shù)形結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：

A、每棵樹(shù)有且僅有一個(gè)無(wú)雙親結(jié)點(diǎn)，稱為根；

B、樹(shù)中除根外所有結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親。層次模型是最早發(fā)展起來(lái)的數(shù)據(jù)庫(kù)模型。數(shù)據(jù)模型層次模型（邏輯數(shù)據(jù)模型）網(wǎng)狀模型是層次模型的一個(gè)特例，從圖論上看，網(wǎng)狀模型是一個(gè)不加任何條件限制的無(wú)向圖。數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀模型（邏輯數(shù)據(jù)模型）關(guān)系模型采用二維表來(lái)表示，簡(jiǎn)稱表，由表框架及表的元組組成。一個(gè)二維表就是一個(gè)關(guān)系,二維表的表框架由n個(gè)命名的屬性組成，n稱為屬性元數(shù)。每個(gè)屬性有一個(gè)取值范圍稱為值域。在表框架中按行可以存放數(shù)據(jù)，每行數(shù)據(jù)稱為元組，實(shí)際上，一個(gè)元組是由n個(gè)元組分量所組成，每個(gè)元組分量是表框架中每個(gè)屬性的投影值。同一個(gè)關(guān)系模型的任兩個(gè)元組值不能完全相同。數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型（邏輯數(shù)據(jù)模型）學(xué)號(hào)姓名性別出生年月班級(jí)籍貫2007102張潔然男07-07-8807動(dòng)畫(huà)1班天津2007203李一明男05-01-8707播音5班廣西南寧2007305王麗女04-09-8807管理4班遼寧沈陽(yáng)2007406劉宏男10-11-8807新聞3班江蘇南京數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型（邏輯數(shù)據(jù)模型）關(guān)系模型中的一個(gè)重要概念是鍵（Key）或碼。鍵具有標(biāo)識(shí)元組、建立元組間聯(lián)系等重要作用。

在二維表中凡能唯一標(biāo)識(shí)元組的最小屬性集稱為鍵或碼。

從所有侯選鍵中選取一個(gè)作為用戶使用的鍵稱主鍵。

表A中的某屬性是某表B的鍵，則稱該屬性集為A的外鍵或外碼。

數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型（邏輯數(shù)據(jù)模型）關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束：

1）實(shí)體完整性約束：要求關(guān)系的主鍵中屬性值不能為空值，2）參照完整性約束：關(guān)系之間相互關(guān)聯(lián)的基本約束，不允許關(guān)系引用不存在的元組。3）用戶定義的完整性約束：反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語(yǔ)義要求。例如某個(gè)屬性的取值范圍在0—100之間等。數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型（邏輯數(shù)據(jù)模型）關(guān)系是由若干個(gè)不同的元組所組成，因此關(guān)系可視為元組的集合。關(guān)系模型的基本運(yùn)算：

1）插入；2）刪除；3)修改；

4）查詢（包括投影、選擇、笛卡爾積運(yùn)算）。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作即是建立在關(guān)系上的數(shù)據(jù)操縱，一般有查詢、增加、刪除和修改四種操作。關(guān)系代數(shù)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）并（∪）：關(guān)系R和S具有相同的關(guān)系模式，R和S的并是由屬于R或?qū)儆赟的元組構(gòu)成的集合。（2）差（－）：關(guān)系R和S具有相同的關(guān)系模式，R和S的差是由屬于R但不屬于S的元組構(gòu)成的集合。（3）交（∩）：關(guān)系R和S具有相同的關(guān)系模式，R和S的交是由屬于R且屬于S的元組構(gòu)成的集合。（4）廣義笛卡爾積（×）：設(shè)關(guān)系R和S的屬性個(gè)數(shù)分別為n、m，則R和S的廣義笛卡爾積是一個(gè)有（n+m）列的元組的集合。每個(gè)元組的前n列來(lái)自R的一個(gè)元組，后m列來(lái)自S的一個(gè)元組，記為R×S。關(guān)系代數(shù)集合運(yùn)算例：有兩個(gè)關(guān)系R和S，分別進(jìn)行并、差、交和廣義笛卡爾積運(yùn)算。

1）選擇：選擇指的是從二維關(guān)系表的全部記錄中，把那些符合指定條件的記錄挑出來(lái)。2）投影：投影是從所有字段中選取一部分字段及其值進(jìn)行操作，它是一種縱向操作。3）連接和自然連接：聯(lián)接將兩個(gè)關(guān)系模式拼接成一個(gè)更寬的關(guān)系模式，生成的新關(guān)系中包含滿足聯(lián)接條件的元組。

642251321CBAR683C239DS63C242921DBA關(guān)系代數(shù)選擇、投影、連接運(yùn)算例題

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)目前一般采用生命周期法。

數(shù)據(jù)庫(kù)的生命周期：需求分析階段、概念設(shè)計(jì)階段、邏輯設(shè)計(jì)階段、物理設(shè)計(jì)階段、編碼階段、測(cè)試階段、運(yùn)行階段、進(jìn)一步修改階段。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述這是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的第一個(gè)階段，主要是收集和分析數(shù)據(jù)。

需求分析常用結(jié)構(gòu)化分析方法和面向?qū)ο蟮姆椒ā?/p>

結(jié)構(gòu)化分析（簡(jiǎn)稱SA）方法用自頂向下、逐層分解的方式分析系統(tǒng)。用數(shù)據(jù)流圖表達(dá)數(shù)據(jù)和處理過(guò)程的關(guān)系。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)來(lái)講，數(shù)據(jù)字典是進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結(jié)果。數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的需求分析分析數(shù)據(jù)間內(nèi)在語(yǔ)義關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上建立一個(gè)數(shù)據(jù)的抽象模型，即形成E-R圖。數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)的過(guò)程包括選擇局部應(yīng)用、視圖設(shè)計(jì)和視圖集成。設(shè)計(jì)的方法有兩種：

（1）集中式模式設(shè)計(jì)法（2）視圖集成設(shè)計(jì)法。

設(shè)計(jì)方法：E-R模型與視圖集成。

視圖設(shè)計(jì)一般有三種設(shè)計(jì)次序：自頂向下、由底向上、由內(nèi)向外。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)

將E-R圖轉(zhuǎn)換成指定RDBMS中的關(guān)系模式。

關(guān)系視圖設(shè)計(jì)：關(guān)系視圖的設(shè)計(jì)又稱外模式設(shè)計(jì)。

關(guān)系視圖的主要作用：

（1）提供數(shù)據(jù)邏輯獨(dú)立性；

（2）能適應(yīng)用戶對(duì)數(shù)據(jù)的不同需求；

（3）有一定數(shù)據(jù)保密功能。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)作調(diào)整并選擇合理的存取路徑，以提高數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)速度及有效利用存儲(chǔ)空間。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)（1）數(shù)據(jù)庫(kù)的建立；

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)整；

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)的重組；

（4）數(shù)據(jù)庫(kù)安全性與完整性控制；

（5）數(shù)據(jù)庫(kù)的故障恢復(fù)；

（6）數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)控。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理數(shù)據(jù)庫(kù)管理例題1.下列有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的描述，正確的是()。

A.數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)DBF文件

B.數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)關(guān)系

C.數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)的集合

D.數(shù)據(jù)庫(kù)是一組文件下一題C例題2.下列4項(xiàng)說(shuō)法中不正確的是()。

A.數(shù)據(jù)庫(kù)減少了數(shù)據(jù)冗余

B.數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可以共享

C.數(shù)據(jù)庫(kù)避免了一切數(shù)據(jù)的重復(fù)

D.數(shù)據(jù)庫(kù)具有較高的數(shù)