《操作系統(tǒng)》課件-1

第1章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

本章知識點(1)

理解數(shù)據(jù)庫的基本概念。(2)

初步掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計的方法和步驟。(3)

學會E-R圖的畫法。(4)

掌握E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的規(guī)則。(5)

理解關(guān)系模式的規(guī)范化理論。本章能力培養(yǎng)目標(1)

能進行需求調(diào)研、分析。(2)

能繪制E-R圖。(3)

能將E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。(4)

能運用規(guī)范化理論規(guī)范關(guān)系模式。(5)

具有收集整理資料和溝通協(xié)作能力。

1.1學生成績管理系統(tǒng)的需求分析

本章將采用項目教學法和任務(wù)驅(qū)動法

為此，我們將組建若干個項目小組，每組有1名組長和3名組員，分別承擔一項任務(wù)，通過模擬開發(fā)的全過程，學習數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計。我們的任務(wù)是，為江揚職業(yè)技術(shù)學院開發(fā)用于學生成績管理的軟件業(yè)務(wù)，軟件名稱定為“學生成績管理系統(tǒng)”。1.1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念(1)

數(shù)據(jù)庫(DatabaseSystem，簡稱DB)。數(shù)據(jù)庫，顧名思義，是存放數(shù)據(jù)的倉庫。它是指長期存儲在計算機內(nèi)、有組織的、可共享大量數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可為各種用戶共享。(2)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它主要包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫的運行管理、數(shù)據(jù)庫的建立和維護等功能。目前，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要有VisualFoxPro、Access、Oracle、SQL-Server、DB2、MySQL等。

(3)

數(shù)據(jù)庫管理員(DataBaseAdministrator，簡稱DBA)。數(shù)據(jù)庫的管理工作只靠一個DBMS遠遠不夠，還要有專門的人員來完成，這些人員被稱為數(shù)據(jù)庫管理員。他們負責全面管理和控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其主要工作有數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)庫維護和改善數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能等。

(4)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DataBaseSystem，簡稱DBS)。將數(shù)據(jù)庫技術(shù)引進計算機系統(tǒng)后形成了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般是由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及其開發(fā)工具、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶等部分組成的，其中數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。1.1.2現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)化過程

現(xiàn)實世界中的客觀事物是不能直接被計算機進行處理的，必須將它們進行數(shù)據(jù)化后才能在計算機中進行處理，數(shù)據(jù)化要經(jīng)歷三個世界兩次抽象才能實現(xiàn)，如圖1-1所示。圖1-1現(xiàn)實世界中客觀對象的抽象過程

在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一般采用數(shù)據(jù)模型這個工具來對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)進行抽象。首先將現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為某一種不依賴于具體計算機系統(tǒng)的概念模型，然后再把概念模型轉(zhuǎn)換為計算機中某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型?，F(xiàn)實世界數(shù)據(jù)化過程可由數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員通過數(shù)據(jù)庫的設(shè)計來實現(xiàn)。1.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計兩方面，本書只介紹數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計將由其他課程介紹。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計一般分為需求分析、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計四個階段。

第1階段需求分析需求分析階段是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程的起點和基礎(chǔ)，其主要任務(wù)是對用戶進行全面調(diào)查，充分了解原系統(tǒng)工作概況、業(yè)務(wù)流程、局限性與不足之處，收集相關(guān)資料，明確用戶的各種需求。其需求包括得信息需求、處理需求、安全性與完整性需求。(1)

信息需求。是指用戶需要從數(shù)據(jù)庫中獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì)。由信息要求可以導出數(shù)據(jù)要求，即在數(shù)據(jù)庫中需要存儲哪些數(shù)據(jù)。(2)

處理需求。是指用戶要求完成什么處理功能，對處理的響應(yīng)時間有什么要求，用什么處理方式。(3)

安全性和完整性需求。是指用戶對數(shù)據(jù)的安全性和數(shù)據(jù)的正確性、一致性的要求。第2階段概念設(shè)計概念設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。主要是通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型。

第3階段邏輯設(shè)計邏輯設(shè)計是將概念設(shè)計階段中產(chǎn)生的概念模型轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對其進行優(yōu)化。第4階段物理設(shè)計物理設(shè)計主要是對數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法的設(shè)計。物理設(shè)計是以邏輯設(shè)計的結(jié)果作為輸入，結(jié)合具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能及其提供的物理環(huán)境與工具、應(yīng)用環(huán)境與數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，進行數(shù)據(jù)的存儲組織和方法設(shè)計，并實施和性能預(yù)測。從邏輯模型到物理模型的轉(zhuǎn)換一般是由DBMS完成的。1.1.4需求調(diào)查的內(nèi)容與方法需求調(diào)查的內(nèi)容有：(1)

組織機構(gòu)情況。了解部門組成情況和各部門的職責等。(2)

各部門的業(yè)務(wù)活動情況。了解各部門的業(yè)務(wù)流程，即了解各個部門輸入和使用什么數(shù)據(jù)、如何加工處理這些數(shù)據(jù)、輸出哪些信息、輸出到哪些部門以及輸出結(jié)果的格式等。(3)

對新系統(tǒng)的各種要求。在熟悉業(yè)務(wù)活動的基礎(chǔ)上，協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求，包括信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。(4)

確定新系統(tǒng)的邊界。對調(diào)查的結(jié)果進行分析，確定哪些功能由計算機完成、哪些活動由人工完成。

常用的調(diào)查方法有：(1)

跟班實習。指設(shè)計人員深入客戶所在公司，親自參加實際業(yè)務(wù)，從而準確地理解用戶的需求。(2)

開調(diào)查會。一般采用座談會的形式。會議通常由開發(fā)小組成員主持，開發(fā)人員在會上可與參加會議的人員自由地交談，聽取他們的介紹，了解業(yè)務(wù)活動情況及需求情況。(3)

請專人介紹。請專人介紹本部門工作流程，以及對各個環(huán)節(jié)的功能劃分和要求。(4)

詢問。對調(diào)查中的某些問題，可以找專人詢問。(5)

設(shè)計調(diào)查表。設(shè)計詳細的業(yè)務(wù)調(diào)查表，讓用戶填寫回答。(6)

查閱文檔資料。通過查閱與原系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)、報表、檔案充分了解用戶的業(yè)務(wù)流程、基本數(shù)據(jù)的格式和內(nèi)容。1.1.5分析和整理數(shù)據(jù)

分析和整理資料的目的是分析和表達用戶的需要。可以在資料收集過程中或資料收集完成后進行分析和整理工作。分析和整理工作主要是對數(shù)據(jù)進行抽象，即對實際事件進行處理，抽取共同的本質(zhì)特征，忽略其細節(jié)，并用各種概念精確描述。在分析和整理數(shù)據(jù)的過程中，常用到業(yè)務(wù)流程圖和數(shù)據(jù)字典等工具，下面介紹之。

可用畫圖的方式，表示業(yè)務(wù)流程，這種圖叫業(yè)務(wù)流程圖，它一共有6種符號，如圖1-2所示。圖1-2業(yè)務(wù)流程圖符號

(1)

外部實體。是指該實體與系統(tǒng)有關(guān)的外部單位。例如，學生、教師等。(2)

處理框。主要表示各種處理。例如，修改成績單、修改基本信息表等。(3)

實物框。是指要傳遞的具體實物或單據(jù)。例如，學生基本情況表、學生成績單等。(4)

數(shù)據(jù)存儲。是指在加工或轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的過程中需要儲存的數(shù)據(jù)。例如，課程記錄、成績記錄等。(5)

流程線。是指數(shù)據(jù)的流向。(6)

判定框。是指問題的審核或判斷。例如，對某學生情況的審核。圖1-3學生成績管理業(yè)務(wù)流程圖

數(shù)據(jù)字典對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，數(shù)據(jù)字典是進行詳細的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結(jié)果，是各類數(shù)據(jù)描述的集合。數(shù)據(jù)字典通常包括數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲和處理過程五個部分。(1)

數(shù)據(jù)項。它是不可再分的數(shù)據(jù)單位，是數(shù)據(jù)的最小組成單位。對數(shù)據(jù)項的描述包括數(shù)據(jù)項名、數(shù)據(jù)項含義說明、別名、數(shù)據(jù)類型、長度、取值范圍和取值含義等。

(2)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用于描述數(shù)據(jù)項之間的關(guān)系。若干個數(shù)據(jù)項可以組成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(3)

數(shù)據(jù)流。是指數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂健?4)

數(shù)據(jù)存儲。是指數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)停留或保存的地方。(5)

處理過程。是描述處理過程的說明性信息。數(shù)據(jù)字典的例子見表1-4，但該表只列出數(shù)據(jù)字典的數(shù)據(jù)項部分。續(xù)表1-41.2學生成績管理系統(tǒng)的概念設(shè)計

項目小組經(jīng)過對用戶全面地調(diào)查、分析，編寫出業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)字典，并通過與用戶多次溝通確認，完成了需求分析階段的任務(wù)，開始進入數(shù)據(jù)庫設(shè)計的概念設(shè)計階段。

概念模型是一種獨立于計算機系統(tǒng)，用于信息世界的數(shù)據(jù)模型，它是按用戶的觀點對數(shù)據(jù)進行建模。它對實際的人、物、事和概念進行人為處理，抽取所關(guān)心的特性，并把這些特性用各種概念準確地描述出來。概念模型是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員和用戶之間進行交流與溝通的工具，最常用的概念模型是實體聯(lián)系模型，簡稱E-R模型。采用E-R模型來描述現(xiàn)實世界有兩點優(yōu)勢：一是它接近于人的思維模式，很容易被人所理解；二是它獨立于計算機，和具體的DBMS無關(guān)，用戶更容易接受。1.2.1概念模型

1、實體聯(lián)系模型涉及的主要概念(1)

實體。客觀存在并可以相互區(qū)別的事物稱為實體。例如，一名學生、一名教師、一門課程等。(2)

屬性。實體所具有的特性稱為實體的屬性。例如，學號、姓名、出生日期等。(3)

碼。唯一確定實體的屬性或?qū)傩越M合稱為碼。例如，課程編號是課程實體的碼。(4)

域。屬性的取值范圍稱為該屬性的域。例如，性別的域為(男，女)。(5)

實體集。具有相同屬性和性質(zhì)的實體的集合稱為實體集。例如，所有教師就是一個實體集。(6)

聯(lián)系。事物內(nèi)部以及事物之間是有聯(lián)系的，這些聯(lián)系在概念模型中表現(xiàn)為實體內(nèi)部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系。實體內(nèi)部的聯(lián)系是指某一實體內(nèi)部各個屬性之間的關(guān)系，而實體之間的聯(lián)系是指不同實體集之間的聯(lián)系。2、實體間的聯(lián)系類型實體間的聯(lián)系分為以下3類：(1)

一對一的聯(lián)系(1：1)。如果對于實體集A中的每一個實體，在實體集B中至多有一個實體與它有聯(lián)系；反之亦成立，則表示實體集A與實體集B具有一對一的聯(lián)系，用1：1表示。例如，一個系只能有一個系主任，而一個系主任只在一個系中任職，則系主任與系之間具有一對一的聯(lián)系。(2)

一對多的聯(lián)系(1：n)。如果對于實體集A中的每一個實體，在實體集B中可能有多個實體與它有聯(lián)系；反之，如果對于實體集B中的每一個實體，在實體集A中至多有一個實體與它有聯(lián)系，則表示實體集A與實體集B具有一對多的聯(lián)系，用1：n表示。例如，一個系有若干名教師，而每個教師只能屬于一個系，則系與教師之間具有一對多聯(lián)系。(3)

多對多的聯(lián)系(m：n)。如果對于實體集A中的每一個實體，在實體集B中可能有多個實體與它有聯(lián)系，反之亦成立，則表示實體集A與實體集B具有多對多的聯(lián)系，用m：n表示。例如，一門課程同時有多個學生選修，而一個學生可以同時選修多門課程，則課程與學生之間具有多對多的聯(lián)系。E-R模型是直觀描述概念模型的有力工具，它直接從現(xiàn)實世界中抽象出實體及實體間聯(lián)系。E-R模型可用E-R圖表示，其方法如下：(1)

實體集。用矩形表示，矩形內(nèi)寫明實體名。(2)

屬性。用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體集連接起來。例如，班主任實體具有工號、姓名、性別、出生日期、班級編號、聯(lián)系電話、家庭住址等屬性，用E-R圖表示，如圖1-4所示。1.2.2概念模型的表示方法圖1-4班主任實體E-R圖(3)

聯(lián)系。用菱形表示，菱形框內(nèi)寫上聯(lián)系名，用無向邊分別與有關(guān)實體集連接起來，在無向邊旁標出聯(lián)系的類型。如果聯(lián)系具有屬性，則該屬性仍用橢圓框表示，仍需要用無向邊將屬性與其聯(lián)系連接起來。例如，班主任與班級之間的聯(lián)系類型為一對一聯(lián)系，其聯(lián)系E-R圖如圖1-5所示。圖1-5班主任與班級聯(lián)系E-R圖1、確定實體與屬性根據(jù)需求分析的結(jié)果，抽象出實體及實體的屬性。在抽象實體及屬性時要注意，實體和屬性雖然沒有本質(zhì)區(qū)別，但是要求：(1)

屬性必須是不可分割的數(shù)據(jù)項，不能包含其他屬性。(2)

屬性不能與其他實體具有聯(lián)系。例如，系雖然可以作為班級的屬性，但是該屬性仍然含有系編號與系名稱等屬性，因此系也需要抽象為一個實體。1.2.3E-R模型的設(shè)計當實體和屬性確定之后，需要確定實體的碼。碼可以是單個屬性，也可以是幾個屬性的組合。2、確定實體間聯(lián)系及類型依據(jù)需求分析的結(jié)果，確定任意兩個實體之間是否有聯(lián)系，是何種聯(lián)系。例如，一門課程可以由多個教師講授，而一個教師只講一門課程，課程與教師之間的聯(lián)系類型為一對多的聯(lián)系(1：n)。3、畫出局部E-R圖根據(jù)所確定的實體、屬性及聯(lián)系畫出局部E-R圖4、畫出全局E-R圖局部E-R模型設(shè)計完成之后，下一步就是集成各局部E-R模型，形成全局E-R模型，即視圖的集成。視圖集成可以有兩種方式：(1)

一次集成法。將多個局部E-R圖一次綜合成一個系統(tǒng)的全局E-R圖。(2)

逐步集成法。以累加的方式每次集成兩個局部E-R圖，這樣逐步集成一個系統(tǒng)的全局E-R圖。

第一種方法比較復雜，做起來難度大；第二種方法可降低復雜度。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)系統(tǒng)復雜性選擇這兩種方式。視圖集成可分成兩個步驟：(1)

合并。消除各局部E-R圖之間的沖突，生成初步E-R圖。(2)

優(yōu)化。消除不必要的冗余，生成基本E-R圖。1.3學生成績管理系統(tǒng)的邏輯設(shè)計項目小組根據(jù)學生成績數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計階段得到的全局E-R圖，設(shè)計出“學生成績管理系統(tǒng)”數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。即將概念設(shè)計階段設(shè)計的全局E-R圖先轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，然后對其進行規(guī)范化得到最終的關(guān)系模式。完成任務(wù)的具體步驟如下：(1)

將全局E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。(2)

對關(guān)系模式進行規(guī)范化。(3)

設(shè)置關(guān)系模式之間聯(lián)系的鍵。

為了建立用戶所需要的數(shù)據(jù)庫，要把所設(shè)計的概念模型轉(zhuǎn)換為某個具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。通常數(shù)據(jù)模型可分為網(wǎng)狀模型、層次模型和關(guān)系模型。目前數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)普遍采用的數(shù)據(jù)模型是關(guān)系模型，采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)組織方式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，所以這里只討論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計問題。1.3.1關(guān)系模型

1、關(guān)系模型基本概念關(guān)系模型是用二維表結(jié)構(gòu)表示實體及實體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。每個關(guān)系由它的行和列組成，見表1-5。學號姓名性別出生日期籍貫080101王小勇男1988.10江蘇蘇州080102黃浩男1988.7江蘇揚州080103吳蘭芳女1989.5江蘇無錫080104張揚男1988.7江蘇鎮(zhèn)江表1-5學生信息表

這里，介紹關(guān)系模型的幾個基本概念：(1)

關(guān)系。通常將關(guān)系模型稱為關(guān)系或表，一個關(guān)系對應(yīng)一張表。(2)

元組。表中除表頭外的一行即為一個元組，也稱為記錄。(3)

屬性。表中的一列即為一個屬性(或字段)，每個屬性都有個名稱為屬性名(或字段名)，即表中的列名。例如，學號、姓名。(4)

碼。表中的某個屬性或?qū)傩越M，它可以唯一確定一個元組。例如，學生表中的學號。(5)

域。屬性的取值范圍。例如，性別屬性的域是(‘男’，‘女’)。(6)

分量。元組中的一個屬性值。例如，學號“09010108”。(7)

關(guān)系模式。關(guān)系模式是對關(guān)系的描述，一般表示為：關(guān)系名(屬性名1，屬性名2，…，屬性名n)通常在對應(yīng)屬性名下面用下劃線表示關(guān)系模式的碼。例如，學生(學號，姓名，性別，出生日期，系別，專業(yè)，年級)2、關(guān)系模型特點關(guān)系模型的結(jié)構(gòu)是二維表，但不是所有的二維表都屬于關(guān)系模型，只有具有下列特點的二維表才是關(guān)系模型。(1)

關(guān)系中的每一屬性都是不可再分的基本數(shù)據(jù)項。(2)

每個屬性的名字不能相同。(3)

行和列的順序無關(guān)緊要。(4)

關(guān)系中不能存在完全相同的行。

例如，表1-6中聯(lián)系方式列不是基本數(shù)據(jù)項，因它被分為住宅電話列和移動通訊列兩列，所以此二維表不是關(guān)系模型。表1-6非關(guān)系模型表

如要規(guī)范為關(guān)系模型，可將聯(lián)系方式列去掉，直接分為住宅電話列和移動通訊列，見表1-7，此表才是關(guān)系模型。表1-7關(guān)系模型表

1.3.2E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的原則(1)

E-R圖中的一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式，實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。(2)

E-R圖中的一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式，該關(guān)系的屬性是聯(lián)系的屬性以及與該聯(lián)系相關(guān)的實體的碼。而關(guān)系的碼則由聯(lián)系的方式?jīng)Q定：若聯(lián)系為1:1，則每個實體的碼均可作為該關(guān)系的碼。若聯(lián)系為1:n，關(guān)系的碼是n端實體的碼。若聯(lián)系為m:n，關(guān)系的碼是各個實體碼的組合。(3)

具有相同碼的關(guān)系模式可合并。舉例：有圖如下根據(jù)轉(zhuǎn)換的原則，該E-R圖可轉(zhuǎn)換為三個關(guān)系模式讀者表（讀者編號，姓名，性別……）借閱登記表（讀者編號，圖書編號，借書日期，還書日期）圖書表（圖書編號，圖書名稱，圖書類別，……）1.3.3關(guān)鍵字概念1、關(guān)鍵字(關(guān)鍵碼，碼或鍵)關(guān)鍵字是用來唯一標識表中每一行的屬性或?qū)傩越M。2、候選關(guān)鍵字(候選碼)候選關(guān)鍵字是可以用來作關(guān)鍵字的屬性或?qū)傩越M。一個表可以有多個候選關(guān)鍵字。例如，表1-8系部表中的系部編號屬性和系部名稱屬性，因為這兩個屬性的值在系部表中是唯一的，所以這兩個屬性都是候選關(guān)鍵字。表1-8系部表系部編號系部名稱系主任01計算機系王朝國02農(nóng)經(jīng)系吳慶云03園藝系錢長江………3、主關(guān)鍵字(主鍵、主碼)在一個表中指定一個候選關(guān)鍵字為主關(guān)鍵字，它的值必須是唯一的，并且不允許為空值，即主關(guān)鍵字屬性必須要輸入數(shù)據(jù)，并且其值不能有重復。例如，表1-7教師表中，教師編號屬性和表1-8系部表中的系部編號屬性，可作為本表的主鍵。一個表必須有且只有一個主鍵，如果一個表中沒有可作主鍵的屬性或?qū)傩越M，則在這個表中添加ID編號列作為主鍵，該列沒有實際含義。4、公共關(guān)鍵字公共關(guān)鍵字就是連接兩個表的公共屬性。例如，系部編號為表1-7教師表和表1-8系部表的公共關(guān)鍵字。5、外關(guān)鍵字(外鍵、外碼)在一個表中，一個屬性它不是本表的主鍵而是另一個表的主鍵，這個屬性就是本表的外鍵。通常將主鍵所在的表稱主表(父表)，外鍵所在的表稱從表(子表)。使用外鍵主要是建立表和表之間的聯(lián)系。例如，表1-7教師表中的系部編號屬性就是一個外關(guān)鍵字，因為此屬性在表1-8系部表中是主鍵而在表1-7教師表中是非主鍵。1、問題的提出前面提到，并非所有的二維表都是關(guān)系模型，有的二維表需要進行規(guī)范化才能成為關(guān)系模型，并舉例說明了如何把非關(guān)系模型表6規(guī)范為關(guān)系模型表7。2、關(guān)系模型的規(guī)范化在實際操作中，可以把規(guī)范化分為5個不同的等級：第一范式(1NF)、第二范式(2NF)、第三范式(3NF)、第四范式(4NF)和第五范式(5NF)。這5種范式一級比一級有更嚴格的要1.3.4數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化

求。一般將關(guān)系規(guī)范到3NF即可。(1)

第一范式(1NF)。一個關(guān)系的每個屬性都是不可再分的基本數(shù)據(jù)項。則該關(guān)系滿足第一范式。第一范式包括下列指導原則：1)

關(guān)系中不能有重復的屬性。2)

實體中某個屬性只能存放一個值，不能有多個值。在任何一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，滿足第一范式是對關(guān)系的基本要求，不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

但是，符合第1規(guī)范化要求的關(guān)系模型是否就是一個好的關(guān)系模型呢？答案是，不一定。請看下例。學號姓名性別出生日期籍貫系名稱系主任080101王小勇男1988.10江蘇蘇州計算機系王朝國080102黃浩男1988.7江蘇揚州計算機系王朝國080103吳蘭芳女1989.5江蘇無錫計算機系王朝國080104張揚男1988.7江蘇鎮(zhèn)江計算機系王朝國…………………………………表1-9學生基本情況表

這個表格存在如下問題1)

數(shù)據(jù)冗余。在關(guān)系中系名稱和系主任重復出現(xiàn)，重復次數(shù)與系人數(shù)相同，數(shù)據(jù)冗余太大，浪費存儲空間。2)

更新異常。系名稱和系主任重復出現(xiàn)，在修改數(shù)據(jù)時，可能會出現(xiàn)遺漏、輸入錯誤等情況，會造成數(shù)據(jù)不一致。3)

插入異常。如果一個系剛成立，尚無學生，就無法把這個系及其系主任的信息存入數(shù)據(jù)庫。4)

刪除異常。如果某個系的學生全部畢業(yè)了，在刪除該系學生信息的同時，把這個系及其系主任的信息也丟掉了。鑒于存在以上種種問題，說明表1-9不是一個好的關(guān)系模式，需要進一步進行規(guī)范化。(2)

第二范式(2NF)。關(guān)系滿足第一范式，而且它的每一個非主關(guān)鍵字完全依賴主關(guān)鍵字，則該關(guān)系滿足第二范式。所謂“完全依賴”是指不能存在僅依賴主關(guān)鍵字一部分的屬性。

例如，表1-13中，學號屬性和課程名稱屬性組合組成主關(guān)鍵字，非主關(guān)鍵字姓名只依賴學號主關(guān)鍵字，而不依賴課程名稱主關(guān)鍵字，所以姓名屬性只依賴部分主關(guān)鍵字，此關(guān)系不滿足第二范式。學號姓名課程名稱成績080101王小勇高等數(shù)學70080101王小勇網(wǎng)頁制作技術(shù)80080102黃浩高等數(shù)學79080102黃浩網(wǎng)頁制作技術(shù)85080103吳蘭芳高等數(shù)學82080103吳蘭芳網(wǎng)頁制作技術(shù)90表1-13不滿足第二范式的成績表

解決方法是將部分函數(shù)依賴關(guān)系中的主關(guān)鍵字和非主關(guān)鍵字從該關(guān)系中分離出來組成一個新關(guān)系，將關(guān)系中余下的其他屬性加上主關(guān)鍵字構(gòu)成關(guān)系。見表1-14和表1-15。學號課程名稱成績080101高等數(shù)學70080101網(wǎng)頁制作技術(shù)80080102高等數(shù)學79080102網(wǎng)頁制作技術(shù)85080103高等數(shù)學82080103網(wǎng)頁制作技術(shù)90表1-14

滿足第二范式的成績表

學號姓名080101王小勇080102黃浩080103吳蘭芳表1-15學生表

(3)

第三范式(3NF)。關(guān)系滿足第二范式的要求，而且該表中的每一個非主關(guān)鍵字不傳遞依賴于主關(guān)鍵字，則該關(guān)系滿足第三范式。例如，表1-16中，學號屬性是主關(guān)鍵字，非主關(guān)鍵字班主任和學號之間存在通過班級名稱進行函數(shù)依賴關(guān)系的傳遞，所以該關(guān)系不滿足第三范式。學號姓名性別班級名稱班主任080101王小勇男08網(wǎng)絡(luò)1班吳剛080102黃浩男08網(wǎng)絡(luò)1班吳剛080103吳蘭芳女08網(wǎng)絡(luò)1班吳剛080104張揚男08網(wǎng)絡(luò)1班吳剛表1-16不滿足第三范式的學生表

消除這種函數(shù)傳遞依賴關(guān)系的方法是將班級名稱和班主任屬性從該關(guān)系中分離出來組成一個新關(guān)系，并為兩個關(guān)系添加一個公共關(guān)鍵

字班級編號，見表1-17和表1-18。學號姓名性別班級編號080101王小勇男08011080102黃浩男08011080103吳蘭芳女08011080104張揚男08011表1-17滿足第三范式的學生表班級編號班級名稱班主任0801109網(wǎng)絡(luò)1班吳剛0801209網(wǎng)絡(luò)2班李小明0802109計算機1班王鵬宇0802209計算機2班吳玉芳表1-18班級表

一個關(guān)系模式若不是3NF，就會產(chǎn)生插入異常、刪除異常、冗余度大等問題。這正如我們在前面討論過的表1-9的情況一樣。請大家根據(jù)剛剛學到的知識對表1-9進行規(guī)范化。1.4學生成績管理系統(tǒng)的物理設(shè)計

項目小組根據(jù)邏輯設(shè)計階段得到的關(guān)系模式，選擇SQLServer2008作為DBMS，設(shè)計學生成績數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)。物理設(shè)計是為邏輯數(shù)據(jù)模型建立一個完整的能實現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法等，其大部分工作都由DBMS完成，我們需要設(shè)計的是確定數(shù)據(jù)庫文件的長度和數(shù)據(jù)列的類型等。將數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的關(guān)系模式轉(zhuǎn)化為SQLServer2008數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所支持的實際數(shù)據(jù)模型——數(shù)據(jù)表對象，并形成數(shù)據(jù)庫中各個表格之間的關(guān)系。完成任務(wù)的具體步驟如下：(1)

將關(guān)系模式轉(zhuǎn)成SQLServer2008表結(jié)構(gòu)的形式，設(shè)置每個字段的列名、數(shù)據(jù)類型、是否為空值等。(2)

對表進行數(shù)據(jù)完整性約束設(shè)置。1.4.1SQL標識符

數(shù)據(jù)庫對象的名稱即為標識符。它是用戶定義的可識別的有特定意義的字符序列，用戶定義標識符時必須符合標識符規(guī)則，否則將會出現(xiàn)錯誤。

SQLServer標識符可劃分為常規(guī)標識符與分隔標識符兩類。1、常規(guī)標識符命名規(guī)則：(1)

第一個字符必須由字母a～z、A～Z，以及來自其他語言的字母字符或者下劃線(_)、@或#構(gòu)成。后續(xù)字符可以是Unicode標準字符集中定義的字母、十進制數(shù)字、基本拉丁字符、符號(#、_、@、$)。(2)

在定義標識符時，不能占用T-SQL的保留字。(3)

在標識符中不能含有空格或其他的特殊字符。(4)

標識符中的字符數(shù)量不能超過128個。

2、分隔標識符對于不符合常規(guī)標識符的命名規(guī)則的標識符，必須用分隔標識符，即用方括號或雙引號進行分隔。分隔標識符主要適用于以下兩種情況：(1)

當對象名稱中包含有SQLServer的保留字時，需要使用分隔標識符。如[ORDER]、[VIEW]等。(2)

當對象名稱中使用了未列入限定字符的字符時(如空格)，或當關(guān)鍵字作為名稱的一部分

時，需要使用分隔標識符。如[PersonNAME]、[MyTable]。3標識符的命名法則(1)

盡可能使標識符反映出對象本身所蘊含的意義或類型。(2)

盡可能使用最簡短的標識符。(3)

命名時，盡量使用清晰自然的名字命名。1.4.2SQLServer系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型SQLServer2008提供了一系列系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)類型，系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型是SQLServer預(yù)先定義好的，可以直接使用。SQLServer2008常用數(shù)據(jù)類型見表1-19。表1-19之一表1-19之二表1-19之三

說明：數(shù)字類型中的數(shù)字可以參加各種數(shù)學運算。字符類型主要用來存儲由字母、數(shù)字和其他特殊符號組成的字符串。在引用字符串時要用單引號括起來。字符類型的數(shù)據(jù)分為兩類，一類ASCII數(shù)據(jù)主要存儲ASCII字符，另一類是Unicode數(shù)據(jù)主要存儲Unicode字符，一個Unicode字符其存儲空間是ASCII字符的兩倍。字符類型中有固定長度的字符數(shù)據(jù)，如char(n)、nchar(n)，可變長度的字符數(shù)據(jù)，如varchar(n)、nvarchar(n)，二者的區(qū)別在于存放固定長度的n個字符數(shù)據(jù)，若輸入字符長度不足n時，則用空格補足。而可變長度的n個字符數(shù)據(jù)則按輸入字符實際長度存儲。其他類型。使用這些數(shù)據(jù)類型可以完成特殊數(shù)據(jù)對象的定義、存儲和使用。以上是系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型，在實際應(yīng)用中，有時這些數(shù)據(jù)類型不能滿足實際需要。因此，SQLServer也提供了用戶自定義數(shù)據(jù)類型的功能。1.4.3數(shù)據(jù)完整性

數(shù)據(jù)完整性是指數(shù)據(jù)的準確性和一致性。利用數(shù)據(jù)完整性限制數(shù)據(jù)庫表中輸入的數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)輸入錯誤的機會，來防止數(shù)據(jù)庫中存在不正確的數(shù)據(jù)。關(guān)系模型中有3類完整性約束：實體完整性、參照完整性(引用完整性)和用戶自定義完整性。(1)

實體完整性。規(guī)定表中必須有一個主鍵，而使表中每一條記錄都是唯一的。例如，學生表中以學號為主鍵。(2)

參照完整性。用于保證相關(guān)聯(lián)的表之間數(shù)據(jù)的一致性。其作用表現(xiàn)在如下幾個方面：1)

禁止向外鍵列中插入主鍵列中沒有的值。2)

禁止修改外鍵列值，而不修改主鍵列的值。3)

禁止先從主鍵列所屬的表中刪除數(shù)據(jù)行。例如，向成績表中添加某門課程的成績，這門課程必須在課程表中存在。(3)

用戶自定義完整性。用于限制用戶向表中列輸入的數(shù)據(jù)，它是一種強制性的數(shù)據(jù)定義。例如，成績列的值在0～100之間。1.4.4設(shè)計表結(jié)構(gòu)

將邏輯設(shè)計階段設(shè)計的關(guān)系模式根據(jù)SQLServer的特點設(shè)計出表中的字段及每個字段的列名、數(shù)據(jù)類型、長度、是否為空值和完整性約束等。在為表和表的字段命名時要符合標識符規(guī)則，最后設(shè)計出的表結(jié)構(gòu)見表1-20～表1-26。拓展訓練一、選擇題1．數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的英文縮寫是()。

A．DBMSB．DBSC．DBA D．DB2．SQLServer2008是一個()的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

A．網(wǎng)狀型B．層次型

C．關(guān)系型D．以上都不是一、選擇題1．數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的英文縮寫是(A)。

A．DBMSB．DBSC．DBA D．DB2．SQLServer2008是一個(C)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

A．網(wǎng)狀型B．層次型

C．關(guān)系型D．以上都不是3．數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計算機系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)和()組成。

A．系統(tǒng)分析員 B．程序員

C．數(shù)據(jù)庫管理員D．操作員4．數(shù)據(jù)庫(DB)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)之間的關(guān)系是()。

A．DBS包括DB和DBMS B．DBMS包括DB和DBSC．DB包括DBS和DBMS D．DBS就是DB，也就是DBMS3．數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計算機系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)和(C)組成。

A．系統(tǒng)分析員 B．程序員

C．數(shù)據(jù)庫管理員D．操作員4．數(shù)據(jù)庫(DB)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)之間的關(guān)系是(A)。

A．DBS包括DB和DBMS B．DBMS包括DB和DBSC．DB包括DBS和DBMS D．DBS就是DB，也就是DBMS5．在概念模型中，客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱()。

A．實體 B．元組

C．屬性 D．節(jié)點6．公司中有多個部門和多名職員，每個職員只能屬于一個部門，一個部門可以有多名職員，部門和職員的聯(lián)系類型是()。

A．多對多 B．一對一

C．多對一 D．一對多5．在概念模型中，客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱(A)。

A．實體 B．元組

C．屬性 D．節(jié)點6．公司中有多個部門和多名職員，每個職員只能屬于一個部門，一個部門可以有多名職員，部門和職員的聯(lián)系類型是(D)。

A．多對多 B．一對一

C．多對一 D．一對多7．概念設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵，它通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的()。

A．數(shù)據(jù)模型 B．概念模型

C．層次模型 D．關(guān)系模型8．在概念設(shè)計階段，表示概念結(jié)構(gòu)的常用方法和描述工具是()。

A．層次分析法和層次結(jié)構(gòu)圖

B．數(shù)據(jù)流程分析法和數(shù)據(jù)流程圖

C．實體-聯(lián)系方法(E-R圖) D．結(jié)構(gòu)分析法和模塊結(jié)構(gòu)圖7．概念設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵，它通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的(B)。

A．數(shù)據(jù)模型 B．概念模型

C．層次模型 D．關(guān)系模型8．在概念設(shè)計階段，表示概念結(jié)構(gòu)的常用方法和描述工具是(C)。

A．層次分析法和層次結(jié)構(gòu)圖

B．數(shù)據(jù)流程分析法和數(shù)據(jù)流程圖

C．實體-聯(lián)系方法(E-R圖) D．結(jié)構(gòu)分析法和模塊結(jié)構(gòu)圖9．下面的選項不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本特征的是()。

A．不同的列應(yīng)有不同的數(shù)據(jù)類型

B．不同的列應(yīng)有不同的列名

C．與行的次序無關(guān)

D．與列的次序無關(guān)10．在關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，對關(guān)系進行規(guī)范化處理，使關(guān)系達到一定的范式，例如達到3NF，這是()階段的任務(wù)。

A．需求分析階段 B．概念設(shè)計階段

C．物理設(shè)計階段D．邏輯設(shè)計階段9．下面的選項不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本特征的是(A)。

A．不同的列應(yīng)有不同的數(shù)據(jù)類型

B．不同的列應(yīng)有不同的列名

C．與行的次序無關(guān)

D．與列的次序無關(guān)10．在關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，對關(guān)系進行規(guī)范化處理，使關(guān)系達到一定的范式，例如達到3NF，這是(D)階段的任務(wù)。

A．需求分析階段 B．概念設(shè)計階段

C．物理設(shè)計階段D．邏輯設(shè)計階段11．數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，在對表做規(guī)范化設(shè)計時，一般規(guī)范到()就足夠了。

A．第一范式 B．第二范式

C．第三范式 D．第四范式12．關(guān)于主鍵描述正確的是()。

A．包含一列

B．包含兩列

C．包含一列或者多列

D．以上都不正確11．數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，在對表做規(guī)范化設(shè)計時，一般規(guī)范到(C)就足夠了。

A．第一范式 B．第二范式

C．第三范式 D．第四范式12．關(guān)于主鍵描述正確的是(C)。

A．包含一列

B．包含兩列

C．包含一列或者多列

D．以上都不正確13．在進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，設(shè)計者應(yīng)當按照數(shù)據(jù)庫的設(shè)計范式進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，以下關(guān)于三大范式說法錯誤的是()。

A．第一范式的目標是確保每列的原子性

B．第三范式在第二范式的基礎(chǔ)上，確保表中的每行都和主鍵相關(guān)

C．第二范式在第一范式的基礎(chǔ)上，確保表中的每列都和主鍵相關(guān)

D．第三范式在第二范式的基礎(chǔ)上，確保表中的每列都和主鍵直接相關(guān)，而不是間接相關(guān)13．在進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，設(shè)計者應(yīng)當按照數(shù)據(jù)庫的設(shè)計范式進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，以下關(guān)于三大范式說法錯誤的是(B)。

A．第一范式的目標是確保每列的原子性

B．第三范式在第二范式的基礎(chǔ)上，確保表中的每行都和主鍵相關(guān)

C．第二范式在第一范式的基礎(chǔ)上，確保表中的每列都和主鍵相關(guān)

D．第三范式在第二范式的基礎(chǔ)上，確保表中的每列都和主鍵直接相關(guān)，而不是間接相關(guān)14．一個關(guān)系候選碼可以有1個或多個，而主碼有()。

A．多個 B．0個

C．1個 D．1個或多個15．如果在一個關(guān)系中，存在某個屬性，雖然不是該關(guān)系的主碼，但卻是另一個關(guān)系的主碼時，稱該屬性為這個關(guān)系的()。

A．候選碼 B．主碼

C．外碼 D．連接碼14．一個關(guān)系候選碼可以有1個或多個，而主碼有(C)。

A．多個 B．0個

C．1個 D．1個或多個15．如果在一個關(guān)系中，存在某個屬性，雖然不是該關(guān)系的主碼，但卻是另一個關(guān)系的主碼時，稱該屬性為這個關(guān)系的(C)。

A．候選碼 B．主碼

C．外碼 D．連接碼16．現(xiàn)有關(guān)系：學生(學號，姓名，課程號，系號，系名，成績)，為消除數(shù)據(jù)冗余，至少需要分解為()。

A．1個表

B．2個表

C．3個表

D．4個表16．現(xiàn)有關(guān)系：學生(學號，姓名，課程號，系號，系名，成績)，為消除數(shù)據(jù)冗余，至少需要分解為(C)。

A．1個表

B．2個表

C．3個表

D．4個表17．從E-R圖導出關(guān)系模式時，如果實體間的聯(lián)系是M：N，下列說法中正確的是()。

A．將N方碼和聯(lián)系的屬性納入M方的屬性中

B．將M方碼和聯(lián)系的屬性納入N方的屬性中

C．增加一個關(guān)系表示聯(lián)系，其中納入M方和N方的碼

D．在M方屬性和N方屬性中均增加一個表示級別的屬性17．從E-R圖導出關(guān)系模式時，如果實體間的聯(lián)系是M：N，下列說法中正確的是(C)。

A．將N方碼和聯(lián)系的屬性納入M方的屬性中

B．將M方碼和聯(lián)系的屬性納入N方的屬性中

C．增加一個關(guān)系表示聯(lián)系，其中納入M方和N方的碼

D．在M方屬性和N方屬性中均增加一個表示級別的屬性舉例：18．SQLServer的字符型系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型主要包括()。

A．int、money、char B．char、varchar、textC．datetim D．char、varchar、intE．binary、int19．關(guān)系數(shù)據(jù)規(guī)范化是為解決關(guān)系數(shù)據(jù)中()問題而引入的。

A．插入、刪除和數(shù)據(jù)冗余

B．減少數(shù)據(jù)操作的復雜性

C．保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性

D．提高查詢速度18．SQLServer的字符型系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型主要包括(B)。

A．int、money、char B．char、varchar、textC．datetim D．char、varchar、intE．binary、int19．關(guān)系數(shù)據(jù)規(guī)范化是為解決關(guān)系數(shù)據(jù)中(A)問題而引入的。

A．插入、刪除和數(shù)據(jù)冗余

B．減少數(shù)據(jù)操作的復雜性

C．保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性

D．提高查詢速度20．關(guān)于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計范式，以下說法錯誤的是()。

A．數(shù)據(jù)庫的設(shè)計范式有助于規(guī)范化數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

B．數(shù)據(jù)庫的設(shè)計范式有助于減少數(shù)據(jù)冗余

C．設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，在對表做規(guī)范化設(shè)計時，一般規(guī)范到3NF就可以滿足需要

D．設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，一定要嚴格遵守設(shè)計范式，滿足的范式級別越高，系統(tǒng)性能就越好20．關(guān)于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計范式，以下說法錯誤的是(D)。

A．數(shù)據(jù)庫的設(shè)計范式有助于規(guī)范化數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

B．數(shù)據(jù)庫的設(shè)計范式有助于減少數(shù)據(jù)冗余

C．設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，在對表做規(guī)范化設(shè)計時，一般規(guī)范到3NF就可以滿足需要

D．設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，一定要嚴格遵守設(shè)計范式，滿足的范式級別越高，系統(tǒng)性能就越好二、填空題1．_________是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核