mis課件第四講復習課程

第4章數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用戶應用軟件系統(tǒng)軟件硬件MIS軟件層次操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)第4章數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本講內(nèi)容：一數(shù)據(jù)組織1.實體和屬性2.數(shù)據(jù)項，記錄，文件3.紀錄的關鍵字二文件組織1.順序文件2.散列文件3.索引文件第4章數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理技術的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫的三級體系結構關系數(shù)據(jù)庫模型數(shù)據(jù)庫設計初步四數(shù)據(jù)庫語言數(shù)據(jù)處理的概念數(shù)據(jù)處理是指把來自科學研究、生產(chǎn)實踐和社會經(jīng)濟活動等領域中的原始數(shù)據(jù)，用一定的設備和手段，按一定的使用要求，加工成另一種形式的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理的基本內(nèi)容：

數(shù)據(jù)收集；

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；

數(shù)據(jù)篩選、分組、排序；

數(shù)據(jù)的組織；

數(shù)據(jù)的運算；

數(shù)據(jù)存儲；

數(shù)據(jù)檢索；

數(shù)據(jù)輸出。

管理信息系統(tǒng)是用來進行數(shù)據(jù)處理的，它關注的是數(shù)據(jù)以何種結構進行存儲和采用何種方法從組織好的數(shù)據(jù)中檢索數(shù)據(jù)。一數(shù)據(jù)組織DataOrganization數(shù)據(jù)模型是對數(shù)據(jù)的某種抽象表示形式，是描述數(shù)據(jù)的一組概念和定義。數(shù)據(jù)模型決定了對數(shù)據(jù)項的組織方式。描述包括：靜態(tài)（結構，聯(lián)系，約束）動態(tài)：定義在數(shù)據(jù)上的操作邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)組織-2邏輯結構數(shù)據(jù)間的邏輯關系，邏輯結構包括兩大類：線性結構和非線性結構，線性表、棧、隊列及串為線性結構，而樹和圖則為非線性結構。物理結構又稱存貯結構，指數(shù)據(jù)元素在計算機存貯器中的存儲方式，存儲方式一般有四種：順序存儲、鏈接存儲、索引存儲及散列存儲。映象對于給定的邏輯結構需要尋找一種對應的存儲結構，以便在計算機中存儲。通常把這種對應關系稱為映象。一數(shù)據(jù)組織DataOrganization數(shù)據(jù)層次課程號課程名學分學時J101數(shù)學10100W201物理880Y301化學880層次示例數(shù)據(jù)庫文件記錄數(shù)據(jù)項字節(jié)位學生數(shù)據(jù)庫課程文件，簡歷文件，財務文件。。。課程號課程名學分學時J101數(shù)學10100J101（課程號字段）10101010（字母J的ASCII碼）0一數(shù)據(jù)組織DataOrganization1.實體和屬性實體：數(shù)據(jù)所代表的事件或事物。如：職工甲屬性：實體的特征屬性域：屬性值的變化范圍實體集：實體的集合。如：全廠職工一數(shù)據(jù)組織DataOrganization2.數(shù)據(jù)項，記錄，文件數(shù)據(jù)項：描述的實體的一個屬性記錄：與數(shù)據(jù)處理的某一對象有關的一切數(shù)據(jù)項排列構成一個紀錄文件：相關紀錄的集合構成文件一數(shù)據(jù)組織DataOrganization三個世界模型現(xiàn)實世界存在于人們頭腦之外的客觀世界信息世界現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映，人們把它用文字和符號記錄下來數(shù)據(jù)世界信息世界的信息在機器世界中以數(shù)據(jù)形式存儲現(xiàn)實世界信息世界或概念模型認識抽象數(shù)據(jù)世界轉(zhuǎn)換一數(shù)據(jù)組織DataOrganization現(xiàn)實世界信息世界數(shù)據(jù)世界例子全體實體集文件某廠全體職工的個人數(shù)據(jù)資料個體實體記錄職工張三的數(shù)據(jù)特征屬性數(shù)據(jù)項（字段）（張三，男，25，工程師）一數(shù)據(jù)組織DataOrganization3.關鍵字在一個文件內(nèi)，通常我們以相同的方式存放著若干記錄，記錄中的關鍵字是指：該記錄中具有以下特征的一個或一組數(shù)據(jù)項，特征為：對于該文件中的所有記錄來講，該數(shù)據(jù)項或者該組數(shù)據(jù)項它的值是唯一的。意味著根據(jù)一個關鍵字可以確定一個特定的記錄。設立關鍵字在檢索，更新，排序中有很大的作用。二文件組織FileOrganization文件結構（組織）問題不是DB出現(xiàn)后才有的，在文件系統(tǒng)中已經(jīng)充分研究過。目前，文件管理仍是操作系統(tǒng)的主要功能之一。有些DBMS就以操作系統(tǒng)的文件管理作為其物理層的基礎。更多的DBMS獨立設計存儲結構。DB中的文件既繼承了傳統(tǒng)文件系統(tǒng)的某些技術，又有與之相區(qū)別的特點。文件組織關系到數(shù)據(jù)處理的效率和對記錄的操作方式。二文件組織FileOrganization1.順序文件記錄按其在文件中的邏輯順序依次進入存儲介質(zhì)而建立的文件，一個記錄緊接著前一個記錄順序排列。如：磁帶文件連續(xù)存取的速度快，適用于批處理和定期處理任務。如：數(shù)據(jù)備份和定期的財務報表順序文件文件中數(shù)據(jù)記錄的物理順序與邏輯順序一致，文件記錄按主鍵的值遞增（或遞減）次序排序，形成其邏輯順序。870001張三456870002李四645870003王五587870004孫六676870005錢七565………………12345……文件記錄物理設備主鍵的值相對磁道二文件組織FileOrganization2.散列文件將記錄的某一屬性用散列函數(shù)直接映射成記錄地址數(shù)據(jù)庫中應用不多二文件組織FileOrganization3.索引文件索引表1101G1102C1103E1104A數(shù)據(jù)文件學號姓名專業(yè)1104張三MIS1102李四MIS1103王五MS1101丁六MS記錄地址ABCDEFG索引文件兩部分索引文件的一般結構索引區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)前部分，數(shù)據(jù)項通常就是關鍵字后部分，記錄的存儲地址—指針例如：

（a）數(shù)據(jù)文件

物理記錄號編號姓名職稱10135梁勇副教授10203李民副教授10402王紅副教授10542陳立高工10812周一教授11217方波工程師（b）輸入過程中建立的索引表（c）輸入完成后排序的索引表索引項物理記錄號021040310212108171123510142105索引項物理記錄號351010310202104421051210817112二文件組織FileOrganization先根據(jù)關鍵字從索引表中查出記錄所在的位置，然后再到該位置取出數(shù)據(jù)。邏輯順序與記錄的物理順序無關。提高查詢效率索引本身要占一定空間二文件組織FileOrganization滿足下列條件之一的屬性或表不宜建立索引：不出現(xiàn)或很少出現(xiàn)在查詢條件中的屬性屬性值很少的屬性，如：性別，用索引還不如順序掃描。屬性值分布嚴重不均勻的屬性。如：職工年齡經(jīng)常更新的屬性或表，因為更新時索引需要維護過長的屬性，如：超過30個字節(jié)，索引的存儲空間比較大。太小的表二文件組織FileOrganization主關鍵字一般可建立索引。以讀為主或只讀的表，只要需要，且存儲空間允許，可建索引。有些查詢可以從索引直接得到結果，不必訪問數(shù)據(jù)塊，宜建索引。如，查詢某屬性的MIN或MAX。對于等值查詢（即查詢條件中以等號為比較符），如果滿足條件的元組是少量的，可考慮在有關的屬性上建索引。

數(shù)據(jù)塊系統(tǒng)運行以后還可以進行調(diào)整，有些索引一時難以決定是否建立，可留待運行時通過實驗來確定三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展1）程序管理階段應用程序1應用程序2...應用程序N數(shù)據(jù)組N數(shù)據(jù)組1數(shù)據(jù)組2...也稱手工管理階段或簡單應用階段,計算機主要用于科學計算，所需的數(shù)據(jù)不多，數(shù)據(jù)不能長期保存在計算機內(nèi)。數(shù)據(jù)是面向應用的。每一組數(shù)據(jù)對應一個應用程序。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2）文件管理階段應用程序1應用程序2...應用程序N數(shù)據(jù)組N數(shù)據(jù)組1數(shù)據(jù)組2...操作系統(tǒng)文件系統(tǒng)隨著操作系統(tǒng)技術的發(fā)展和外存的出現(xiàn)，計算機開始用于管理，借助文件管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)以文件的形式長期保存在外存儲器上，查詢、修改等操作由文件統(tǒng)一管理。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（1）程序管理階段數(shù)據(jù)和程序結合為一個不可分的整體一組數(shù)據(jù)對應一個應用程序（2）文件系統(tǒng)管理階段數(shù)據(jù)文件按應用程序的要求而建立程序和數(shù)據(jù)有一定的獨立性，仍相互依賴各文件相互獨立，分散保管。數(shù)據(jù)的一致性不易控制。文件系統(tǒng)是用戶和用戶應用程序與數(shù)據(jù)文件間的接口。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)3）數(shù)據(jù)庫方法階段使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS不僅描述數(shù)據(jù)本身，還描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)在統(tǒng)一控制下，為盡可能多的用戶服務。用戶或用戶程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)如：ACCESSFOXPROORACLEDB2等數(shù)據(jù)庫用戶或用戶程序用戶或用戶程序用數(shù)據(jù)庫專門管理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)與程序的真正獨立；降低數(shù)據(jù)的冗余度；數(shù)據(jù)為多個用戶共享；實現(xiàn)了整個組織數(shù)據(jù)的結構化；DBMS提供了數(shù)據(jù)的安全、完整、并發(fā)控制功能。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)獨立性強物理獨立性。數(shù)據(jù)庫的物理組織發(fā)生變化不影響數(shù)據(jù)的邏輯結構。邏輯獨立性。數(shù)據(jù)庫的邏輯結構改變時，無須改變應用程序。數(shù)據(jù)冗余度小數(shù)據(jù)的共享性高數(shù)據(jù)的一致性好有數(shù)據(jù)安全和完整性保障。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)3.數(shù)據(jù)庫的三級體系結構用戶用戶子模式用戶用戶級用戶視圖子模式\映式模式子模式DBA視圖系統(tǒng)管理員視圖概念級模式物理級模式\存儲模式映射存儲模式三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)ANSI提出的數(shù)據(jù)庫結構的標準化建議：用戶級：亦稱外模式。是數(shù)據(jù)庫用戶看到的數(shù)據(jù)視圖。概念級，稱為概念模式，模式1.對數(shù)據(jù)庫整體邏輯結構的描述。2.統(tǒng)一考慮所有用戶現(xiàn)在和將來的需求，并把這些需求所涉及的記錄及記錄間的聯(lián)系有機地結合成一個邏輯整體。物理級：又稱內(nèi)模式或存儲模式。1.對數(shù)據(jù)物理結構和存儲方式的描述，對用戶是透明的。2.物理組織修改后，不必修改模式。三個層次之間的兩種映射模式與子模式之間的映射，這種映射把概念級數(shù)據(jù)庫和用戶數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來。模式與內(nèi)模式之間的映射，這種映射把概念級數(shù)據(jù)庫與物理數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來。正是通過這兩種映射關系，換來了用戶使用數(shù)據(jù)庫的方便，最終把用戶對數(shù)據(jù)庫的邏輯操作轉(zhuǎn)換成對數(shù)據(jù)的物理操作三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)4.數(shù)據(jù)庫模型DB概念模型：層次模型，網(wǎng)絡模型，關系模型。RDB在80年代推出，新推出的DBMS幾乎都支持關系模型。關系模型以表（TABLE）這一統(tǒng)一形式來表示數(shù)據(jù)的邏輯結構。關系數(shù)據(jù)庫有一套完善的關系代數(shù)理論和方法支持。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1）層次模型的數(shù)據(jù)結構（HierarchicalModel）用樹形結構來表示實體之間聯(lián)系的模型叫層次模型層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表是IBM公司的IMS系統(tǒng)特點：每個記錄只有一個父節(jié)點，當表示M:N關系時必然存在冗余。只有一個結點無父結點總是從父記錄指向子記錄一個單位的層次模型可有多棵樹構成聯(lián)系一般用指針實現(xiàn)（或物理鄰接）每個記錄只有一條查找路徑三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)系系號系名稱負責人專業(yè)專業(yè)代號專業(yè)名教師教師編號姓名職務學生學號姓名年齡性別課程課號課程名類別學時查詢時采取廣度遍歷策略，操作人員必須非常熟悉數(shù)據(jù)的層次結構層次模型使用指針來避免大量的數(shù)據(jù)冗余，但這樣做會導致數(shù)據(jù)模式的不清晰三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2）網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結構：用有向圖結構表示實體類型及實體間的聯(lián)系網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的典型代表是DBTG系統(tǒng)特點可以有一個以上的結點無父結點至少有一個結點多于一個父節(jié)點聯(lián)系由指針實現(xiàn)每個記錄可由多條查找路徑學校領導領導教師班級教學管理

學生三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過LINK聯(lián)系記錄表達M：N關系用戶在使用網(wǎng)狀DB時，不但要說明做什么，還要說明怎么做，即給出存儲路徑三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)3）關系模型的數(shù)據(jù)結構：關系模型采用二維表來表示，二維表由表框架（FRAME）及表的元組（TUPLE）組成。表框架由N個命名的屬性（Attribute）組成，N稱為屬性元素（arity）。每個屬性有一個取值范圍稱為值域（domain）。表框架對應了關系的模式，即類型的概念。姓名工作時小時工資總和張三1020200李四2040800王五3010300記錄元組字段屬性三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)代號生產(chǎn)廠家城市S2機床配件廠北京S4工業(yè)設備廠上海編號名稱材質(zhì)規(guī)格P1螺絲帽鋼12P2螺栓鐵17P4螺絲釘鋼14P5法蘭盤鋁12代號編號數(shù)量S2P1300S2P2400S4P2300S4P4500S4P5600從北京機床配件廠采購了哪些零件？在RDB中，用戶需要用多個相關聯(lián)的表中的信息來生成管理所需的報表。通過關系運算，可以將任何兩個有共同數(shù)據(jù)項的表關聯(lián)起來，這是RDB的威力所在。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關系數(shù)據(jù)庫的基本操作選擇：在表中找出符合指定條件的記錄。連接：把相關的表合并起來，向用戶提供比單個表更多的信息投影：在已有表的基礎上，選定所需的列建立一個新表。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)代號生產(chǎn)廠家城市S2機床配件廠北京S4工業(yè)設備廠上海編號名稱材質(zhì)規(guī)格P1螺絲帽鋼12P2螺栓鐵17P4螺絲釘鋼14P5法蘭盤鋁12代號編號數(shù)量S2P1300S2P2400S4P2300S4P4500S4P5600代號生產(chǎn)廠家城市編號數(shù)量名稱材質(zhì)規(guī)格S2機床配件廠北京P1300螺絲帽鋼12S2機床配機廠北京P2400螺栓鐵17S4工業(yè)設備廠上海P2300螺栓鐵17S4工業(yè)設備廠上海P4500螺絲釘鋼14S4工業(yè)設備廠上海P5600法蘭盤鋁12為什么不在設計數(shù)據(jù)庫的時候就用上述這張大表？三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)代號生產(chǎn)廠家城市編號數(shù)量名稱材質(zhì)規(guī)格S2機床配件廠北京P1300螺絲帽鋼12S2機床配機廠北京P2400螺栓鐵17S4工業(yè)設備廠上海P2300螺栓鐵17S4工業(yè)設備廠上海P4500螺絲釘鋼14S4工業(yè)設備廠上海P5600法蘭盤鋁12優(yōu)點：便于查詢?nèi)秉c：數(shù)據(jù)冗余度大：如，設備廠出現(xiàn)的次數(shù)插入異常：如，要添加“銅帽”，因沒進貨，則無法插入刪除異常：如，沒進北京配件廠的螺絲帽，則把螺絲帽材質(zhì)為鋼的信息去掉。更新異常：如，要更換螺栓規(guī)格，則要逐一更換。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關系模型的規(guī)范理論關系模型的好壞對數(shù)據(jù)的存儲，操作有很大影響。因此，一般要對得到的關系模式進行優(yōu)化（規(guī)范化）規(guī)范化理論是E.F.Codd在1971年提出的，研究關系模型中各屬性之間的關系，探討關系模型應具備的性質(zhì)和設計方法。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)初步得到的關系模型優(yōu)化后的關系模型（數(shù)據(jù)庫設計結果）規(guī)范化理論三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)范式的定義：1NF：如果一個關系模式R的所有屬性都是基本的不可分隔的，則稱為R為第一范式。2NF：設關系模式R(U,F)，如果R

1NF且所有的非主屬性完全依賴于R的每個主碼，不存在非關鍵字段對任何主碼的部分依賴，則R

2NF。若數(shù)據(jù)庫模式R中的每個關系模式R都屬于2NF，則數(shù)據(jù)庫模式R

2NF。

3NF:如果關系模式R是2NF，而且每個非關鍵字的屬性不是傳遞依賴于關鍵字，那么關系模式R是第三范式BCNF：若關鍵模式R中的每個覺得因素，都是R的一個候選關鍵字，則稱R是BCNF。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)例1：下面的關系-物資稅價表不滿足第一范式的條件，不是第一范式。物資編碼物資名稱物資價稅物資金額增值稅額0101003生鐵600.00102.00去掉分割的數(shù)據(jù)項后，可得到下面的關系，它已經(jīng)是第一范式物資編碼物資名稱物資金額增值稅額0101003生鐵600.00102.00三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)例2：下面的關系模式是否為第三范式？（關系模式中主碼為“教師代碼”）教師代碼教師姓名院系名稱院系負責人Y0001江濤應用學院李麗華Y0002張偉應用學院李麗華Y0003何麗麗應用學院李麗華非主屬性“院系名稱”依賴于主碼“教師代碼”，而院系負責人又依賴與院系名稱。因此，院系負責人傳遞依賴于主碼教師代碼。因此不是第三范式三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上例中消除傳遞依賴關系的辦法是將關系教師分解為如下兩個滿足第三范式的關系（教師代碼，教師姓名，院系名稱，院系負責人）教師（教師代碼，教師姓名，院系名稱）院系（院系名稱，負責人）三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在關系數(shù)據(jù)庫中，對關系模型的基本要求是滿足第一范式，這樣的關系模式就是合法的，允許的。但有些關系模式存在數(shù)據(jù)冗余，存儲操作異常等不足，因此，要進一步改善關系模式，這就是規(guī)范化的目的關系模式的規(guī)范化是采用投影分解的方法來實現(xiàn)的，分解時應注意保證分解前和分解后的等價性規(guī)范化等級的選擇要綜合考慮多種因素，要在減少數(shù)據(jù)冗余，消除存儲操作異常和響應時間之間做出合理的折中。一般而言，規(guī)范化等級越高，檢索時需要的數(shù)據(jù)連接操作就越多，DBMS的開銷就越大，響應時間變長。實際研制和開發(fā)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時，多采用3NF三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)5.數(shù)據(jù)庫的初步設計要建立數(shù)據(jù)庫需要做兩方面的設計1）邏輯設計：得出好的關系模式（表的各個屬性構成）2）物理設計：數(shù)據(jù)庫在物理存儲設備上如何組織（設計內(nèi)模式）三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實體關系圖（E-R圖）是P.S.Chen于1976年提出用于直接從現(xiàn)實世界中抽象出實體類型及實體間聯(lián)系，然后用E-R圖表示。E-R圖中的四個基本成分矩形框，表示實體類型菱形框，表示聯(lián)系類型橢圓形框，表示實體類型和聯(lián)系類型的屬性直線，聯(lián)系類型與其涉及的實體類型之間以直線連接在直線端部標上聯(lián)系的種類（1：1，1：n，m：n）三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關系模型可以由E-R模型轉(zhuǎn)換而來，轉(zhuǎn)換規(guī)則有：E-R模型中的每一個實體集對應一個關系，實體集名作為關系名，實體集的屬性作為這個關系的屬性E-R模型中的聯(lián)系也對應一個關系，該聯(lián)系的屬性及與該聯(lián)系相連的各實體集的主碼作為該關系的屬性。三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)聯(lián)系（Relation）：是指實體間的相互關系一對一聯(lián)系一對多聯(lián)系多對多聯(lián)系三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一對一聯(lián)系如果實體集合A中的每一個實體，實體集合B中只有一個實體與其發(fā)生聯(lián)系；B中的每一個實體，A中也只有一個實體與其發(fā)生聯(lián)系，稱A和B是一對一聯(lián)系。如：總統(tǒng)與國家之間的關系（管理）三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一對多聯(lián)系如果對于A中的一個實體，B中有一個以上實體與其發(fā)生聯(lián)系；而B中的每一個實體只與A中的一個實體發(fā)生聯(lián)系，那么稱A和B是一對多聯(lián)系。如：國家與省之間的聯(lián)系（管轄）三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)多對多聯(lián)系如果對A中一個實體，B中至少有一個實體與之存在聯(lián)系；B中一個實體，A中至少也有一個實體與之存在聯(lián)系，稱A和B是多對多聯(lián)系。如：醫(yī)生與病人之間的聯(lián)系（診療）三數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)E-R模型設計舉例