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1、第第4章章 数据库与数据库管理系统数据库与数据库管理系统用户应用软件系统软件硬件硬件硬件硬件MIS软件层次操作系统数据库管理系统第第4章章 数据库与数据库管理系统数据库与数据库管理系统n n本讲内容：本讲内容：一一 数据组织数据组织 1.1.实体和属性实体和属性 2.2.数据项，记录，文件数据项，记录，文件 3.3.纪录的关键字纪录的关键字二二 文件组织文件组织 1.1.顺序文件顺序文件 2.2.散列文件散列文件 3.3.索引文件索引文件第第4章章 数据库与数据库管理系统数据库与数据库管理系统三 数据库系统1.1.数据库管理技术的发展2.2.数据库系统的组成3.3.数据库的三级体系结构4.4.
2、关系数据库模型5.5.数据库设计初步四 数据库语言一一 数据组织数据组织Data Organizationn n数据：对现实事物的记录和描述1.1.可包括若干的数据项2.2.在DB中，能被计算机接受和处理的数字，字符，图形，声音统称为数据。如职工的数据可包括：姓名（字符），年龄（数值），照片（图像）数据处理的概念数据处理的概念 数据处理数据处理数据处理数据处理是指把来自科学研究、生产实践和社是指把来自科学研究、生产实践和社会经济活动等领域中的原始数据，用一定的设会经济活动等领域中的原始数据，用一定的设备和手段，按一定的使用要求，加工成另一种备和手段，按一定的使用要求，加工成另一种形式的数据。形
3、式的数据。数据处理的基本内容数据处理的基本内容数据处理的基本内容数据处理的基本内容：数据收集；数据收集；数据数据转换；转换；数据筛选、分组、排序；数据筛选、分组、排序；数据的组数据的组织；织；数据的运算；数据的运算；数据存储；数据存储；数据检索；数据检索；数据输出。数据输出。管理信息系统是用来进行数据处理的，它关注的是数管理信息系统是用来进行数据处理的，它关注的是数据以何种结构进行存储和采用何种方法从组织好的数据据以何种结构进行存储和采用何种方法从组织好的数据中检索数据。中检索数据。一一 数据组织数据组织Data Organizationn n数据模型n n是对数据的某种抽象表示形式，是描述数
4、据的一组概念和定义。数据模型决定了对数据项的组织方式。n n描述包括：n n静态（结构，联系，约束）n n动态：定义在数据上的操作n n逻辑数据模型和物理数据模型数据组织数据组织-2 n n逻辑结构逻辑结构 数据间的逻辑关系，逻辑结构包括两大类：线性结构和数据间的逻辑关系，逻辑结构包括两大类：线性结构和非线性结构，线性表、栈、队列及串为线性结构，而树和非线性结构，线性表、栈、队列及串为线性结构，而树和图则为非线性结构。图则为非线性结构。n n物理结构物理结构 又称存贮结构，指数据元素在计算机存贮器中的存储方又称存贮结构，指数据元素在计算机存贮器中的存储方式，存储方式一般有四种：顺序存储、链接存
5、储、索引存式，存储方式一般有四种：顺序存储、链接存储、索引存储及散列存储。储及散列存储。n n映象映象 对于给定的逻辑结构需要寻找一种对应的存储结构，以对于给定的逻辑结构需要寻找一种对应的存储结构，以便在计算机中存储。通常把这种对应关系称为映象。便在计算机中存储。通常把这种对应关系称为映象。一一 数据组织数据组织Data Organizationn n数据层次数据层次课程号课程号课程名课程名学分学分学时学时J101J101数学数学1010100100W201W201物理物理8 88080Y301Y301化学化学8 88080层次示例数据库文件记录数据项字节位学生数据库课程文件，简历文件，财务文
6、件。课程号课程号课程名课程名学分学分学时学时J101J101数学数学1010100100J101（课程号字段）10101010（字母J的ASCII码）0一一 数据组织数据组织Data Organization1.实体和属性n n实体：数据所代表的事件或事物。如：职工甲n n属性：实体的特征n n属性域：属性值的变化范围n n实体集：实体的集合。如：全厂职工一一 数据组织数据组织Data Organization2.数据项，记录，文件n n数据项：描述的实体的一个属性n n记录：与数据处理的某一对象有关的一切数据项排列构成一个纪录n n文件：相关纪录的集合构成文件一一 数据组织数据组织Data
7、Organizationn n三个世界模型n n现实世界现实世界存在于人们头脑之外的客观世界存在于人们头脑之外的客观世界n n信息世界信息世界现实世界在人们头脑中的反映，人们把它用文字和符号记录下来现实世界在人们头脑中的反映，人们把它用文字和符号记录下来n n数据世界数据世界信息世界的信息在机器世界中以数据形式存储信息世界的信息在机器世界中以数据形式存储现实世界信息世界或概念模型认识抽象数据世界转换一一 数据组织数据组织Data Organization现实世界现实世界现实世界现实世界信息世界信息世界信息世界信息世界数据世界数据世界数据世界数据世界例子例子例子例子全体全体全体全体实体集实体集实
8、体集实体集文件文件文件文件某厂全体职工的个人数据资料某厂全体职工的个人数据资料某厂全体职工的个人数据资料某厂全体职工的个人数据资料个体个体个体个体实体实体实体实体记录记录记录记录职工张三的数据职工张三的数据职工张三的数据职工张三的数据特征特征特征特征属性属性属性属性数据项数据项数据项数据项（字段）（字段）（字段）（字段）（张三，男，（张三，男，（张三，男，（张三，男，2525，工程师），工程师），工程师），工程师）一一 数据组织数据组织Data Organizationn n3.3.关键字关键字n n在一个文件内，通常我们以相同的方式存放着若在一个文件内，通常我们以相同的方式存放着若干记录，记
9、录中的关键字是指：该记录中具有以干记录，记录中的关键字是指：该记录中具有以下特征的一个或一组数据项，特征为：对于该文下特征的一个或一组数据项，特征为：对于该文件中的所有记录来讲，该数据项或者该组数据项件中的所有记录来讲，该数据项或者该组数据项它的值是唯一的。意味着根据一个关键字可以确它的值是唯一的。意味着根据一个关键字可以确定一个特定的记录。定一个特定的记录。n n设立关键字在检索，更新，排序中有很大的作用。设立关键字在检索，更新，排序中有很大的作用。二二 文件组织文件组织 File Organization1.1.文件结构（组织）问题不是文件结构（组织）问题不是DBDB出现后才有的，出现后才
10、有的，在文件系统中已经充分研究过。目前，文件管在文件系统中已经充分研究过。目前，文件管理仍是操作系统的主要功能之一。有些理仍是操作系统的主要功能之一。有些DBMSDBMS就就以操作系统的文件管理作为其物理层的基础。以操作系统的文件管理作为其物理层的基础。更多的更多的DBMSDBMS独立设计存储结构。独立设计存储结构。2.2.DBDB中的文件既继承了传统文件系统的某些技术，中的文件既继承了传统文件系统的某些技术，又有与之相区别的特点。又有与之相区别的特点。3.3.文件组织关系到数据处理的效率和对记录的操文件组织关系到数据处理的效率和对记录的操作方式。作方式。二二 文件组织文件组织 File Or
11、ganizationn n1.顺序文件n n记录按其在文件中的逻辑顺序依次进入存储介质而建立的文件，一个记录紧接着前一个记录顺序排列。n n如：磁带文件n n连续存取的速度快，适用于批处理和定期处理任务。n n如：数据备份和定期的财务报表n n顺序文件 文件中数据记录的物理顺序与逻辑顺序一致，文件记录按主键的值递增（或递减）次序排序，形成其逻辑顺序。870001870001张三张三456456870002870002李四李四645645870003870003王五王五587587870004870004孙六孙六676676870005870005钱七钱七5655651 12 23 34 45
12、5文件记录文件记录物理设备物理设备主键的值主键的值相对磁道相对磁道二二 文件组织文件组织 File Organizationn n2.散列文件n n将记录的某一属性用散列函数直接映射成记录地址n n数据库中应用不多二二 文件组织文件组织 File Organizationn n3.3.索引文件索引文件索引表索引表11011101GG11021102C C11031103E E11041104A A数据文件数据文件数据文件数据文件学号学号学号学号姓名姓名姓名姓名专业专业专业专业11041104张三张三张三张三MISMIS11021102李四李四李四李四MISMIS11031103王五王五王五王五
13、MSMS11011101丁六丁六丁六丁六MSMS记录地址记录地址A AB BC CDDE EF FGG索引文件两部分索引文件的一般结构索引区数据区前部分，数据项 通常就是关键字后部分，记录的存储地址指针n n例如：例如：（a a）数据文件）数据文件 物理记录号物理记录号编号编号 姓姓 名名职职 称称1011013535梁梁 勇勇副教授副教授1021020303李李 民民副教授副教授1041040202王王 红红副教授副教授1051054242陈陈 立立高高 工工1081081212周周 一一教教 授授1121121717方方 波波工程师工程师（b b）输入过程中建立的索引表）输入过程中建立的索
14、引表 （c c）输入完成后排序的索引表）输入完成后排序的索引表 索引索引项项物理记物理记录号录号020210410403031021021212108108171711211235351011014242105105索引项索引项物理记录号物理记录号353510110103031021020202104104424210510512121081081717112112二二 文件组织文件组织 File Organizationn n先根据关键字从索引表中查出记录所在的位置，然后再到该位置取出数据。n n逻辑顺序与记录的物理顺序无关。n n提高查询效率n n索引本身要占一定空间二二 文件组织文件组织
15、 File Organizationn n满足下列条件之一的属性或表不宜建立索引：满足下列条件之一的属性或表不宜建立索引：n n不出现或很少出现在查询条件中的属性不出现或很少出现在查询条件中的属性n n属性值很少的属性，如：性别，用索引还不如顺属性值很少的属性，如：性别，用索引还不如顺序扫描。序扫描。n n属性值分布严重不均匀的属性。如：职工年龄属性值分布严重不均匀的属性。如：职工年龄n n经常更新的属性或表，因为更新时索引需要维护经常更新的属性或表，因为更新时索引需要维护n n过长的属性，如：超过过长的属性，如：超过3030个字节，索引的存储空个字节，索引的存储空间比较大。间比较大。n n太
16、小的表太小的表二二 文件组织文件组织 File Organizationn n主关键字一般可建立索引。主关键字一般可建立索引。n n以读为主或只读的表，只要需要，且存储空间允许，可建以读为主或只读的表，只要需要，且存储空间允许，可建索引。索引。n n有些查询可以从索引直接得到结果，不必访问数据块，宜有些查询可以从索引直接得到结果，不必访问数据块，宜建索引。如，查询某属性的建索引。如，查询某属性的MINMIN或或MAXMAX。n n对于等值查询（即查询条件中以等号为比较符），如果满对于等值查询（即查询条件中以等号为比较符），如果满足条件的元组是少量的，可考虑在有关的属性上建索引。足条件的元组是少
17、量的，可考虑在有关的属性上建索引。数据块系统运行以后还可以进行调整，有些索引一时难以数据块系统运行以后还可以进行调整，有些索引一时难以决定是否建立，可留待运行时通过实验来确定决定是否建立，可留待运行时通过实验来确定三三 数据库系统数据库系统1.数据管理技术的发展1）程序管理阶段应用程序应用程序应用程序应用程序1 1应用程序应用程序应用程序应用程序2 2.应用程序应用程序应用程序应用程序NN数据组数据组数据组数据组NN数据组数据组数据组数据组1 1数据组数据组数据组数据组2 2.也称手工管理阶段或简单应用阶段也称手工管理阶段或简单应用阶段,计算机主要用于科学计算，所需的数计算机主要用于科学计算，
18、所需的数据不多，数据不能长期保存在计算机据不多，数据不能长期保存在计算机内。数据是面向应用的。每一组数据内。数据是面向应用的。每一组数据对应一个应用程序。对应一个应用程序。三三 数据库系统数据库系统2）文件管理阶段应用程序应用程序应用程序应用程序1 1应用程序应用程序应用程序应用程序2 2.应用程序应用程序应用程序应用程序NN数据组数据组数据组数据组NN数据组数据组数据组数据组1 1数据组数据组数据组数据组2 2.操作系统文件系统文件系统随着操作系统技术的发展和外存的出现，计算机开始用于管理，借助随着操作系统技术的发展和外存的出现，计算机开始用于管理，借助文件管理系统，数据以文件的形式长期保存
19、在外存储器上，查询、修文件管理系统，数据以文件的形式长期保存在外存储器上，查询、修改等操作由文件统一管理。改等操作由文件统一管理。三三 数据库系统数据库系统（1 1）程序管理阶段）程序管理阶段 数据和程序结合为一个不可分的整体数据和程序结合为一个不可分的整体 一组数据对应一个应用程序一组数据对应一个应用程序（2 2）文件系统管理阶段）文件系统管理阶段 数据文件按应用程序的要求而建立数据文件按应用程序的要求而建立 程序和数据有一定的独立性，仍相互依赖程序和数据有一定的独立性，仍相互依赖 各文件相互独立，分散保管。数据的一致性不易各文件相互独立，分散保管。数据的一致性不易控制。控制。文件系统是用户
20、和用户应用程序与数据文件间的文件系统是用户和用户应用程序与数据文件间的接口。接口。三三 数据库系统数据库系统n n3 3）数据库方法阶段）数据库方法阶段n n使用数据库管理系统使用数据库管理系统DBMSDBMSn n不仅描述数据本身，还描述数据之间的联系。不仅描述数据本身，还描述数据之间的联系。n n数据在统一控制下，为尽可能多的用户服务。数据在统一控制下，为尽可能多的用户服务。用户或用户程序用户或用户程序用户或用户程序用户或用户程序数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统如：如：如：如：ACCESSACCESSFOXPROFOXPROORACLEORACLEDB2DB2等等等
21、等数据库数据库数据库数据库用户或用户程序用户或用户程序用户或用户程序用户或用户程序用户或用户程序用户或用户程序用户或用户程序用户或用户程序用数据库专门管理数据，实现了数据用数据库专门管理数据，实现了数据与程序的真正独立；降低数据的冗余与程序的真正独立；降低数据的冗余度；数据为多个用户共享；实现了整度；数据为多个用户共享；实现了整个组织数据的结构化；个组织数据的结构化；DBMSDBMS提供了数提供了数据的安全、完整、并发控制功能。据的安全、完整、并发控制功能。三三 数据库系统数据库系统n n数据独立性强数据独立性强n n物理独立性。数据库的物理组织发生变化不影响物理独立性。数据库的物理组织发生变
22、化不影响数据的逻辑结构。数据的逻辑结构。n n逻辑独立性。数据库的逻辑结构改变时，无须改逻辑独立性。数据库的逻辑结构改变时，无须改变应用程序。变应用程序。n n数据冗余度小数据冗余度小n n数据的共享性高数据的共享性高n n数据的一致性好数据的一致性好n n有数据安全和完整性保障。有数据安全和完整性保障。三三 数据库系统数据库系统3.数据库的三级体系结构用户用户用户用户子模式子模式用户用户用户级用户级用户级用户级用户视图子模式子模式 映式模式映式模式子模式子模式DBA视图系统管理员视图概念级概念级概念级概念级模式模式物理级物理级物理级物理级模式模式 存储模式映射存储模式映射存储模式存储模式三三
23、 数据库系统数据库系统ANSIANSI提出的数据库结构的标准化建议：提出的数据库结构的标准化建议：n n用户级：亦称外模式。用户级：亦称外模式。是数据库用户看到的数据视图。是数据库用户看到的数据视图。n n概念级，称为概念模式，模式概念级，称为概念模式，模式1.1.对数据库整体逻辑结构的描述。对数据库整体逻辑结构的描述。2.2.统一考虑所有用户现在和将来的需求，并把这些需求所涉统一考虑所有用户现在和将来的需求，并把这些需求所涉及的记录及记录间的联系有机地结合成一个逻辑整体。及的记录及记录间的联系有机地结合成一个逻辑整体。n n物理级：又称内模式或存储模式。物理级：又称内模式或存储模式。1.1.
24、对数据物理结构和存储方式的描述，对用户是透明的。对数据物理结构和存储方式的描述，对用户是透明的。2.2.物理组织修改后，不必修改模式。物理组织修改后，不必修改模式。n n三个层次之间的两种映射n n模式与子模式之间的映射，这种映射把模式与子模式之间的映射，这种映射把概念级数据库和用户数据库联系起来。概念级数据库和用户数据库联系起来。n n模式与内模式之间的映射，这种映射把模式与内模式之间的映射，这种映射把概念级数据库与物理数据库联系起来。概念级数据库与物理数据库联系起来。正是通过这两种映射关系，换来了用户使用数据库的方便，最终把用户对数据库的逻辑操作转换成对数据的物理操作三三 数据库系统数据库
25、系统n n4.数据库模型n nDB概念模型：层次模型，网络模型，关系模型。n nRDB在80年代推出，新推出的DBMS几乎都支持关系模型。n n关系模型以表（TABLE）这一统一形式来表示数据的逻辑结构。n n关系数据库有一套完善的关系代数理论和方法支持。三三 数据库系统数据库系统1 1）层次模型的数据结构（）层次模型的数据结构（Hierarchical ModelHierarchical Model）n n用树形结构来表示实体之间联系的模型叫层次模型用树形结构来表示实体之间联系的模型叫层次模型n n层次数据库系统的典型代表是层次数据库系统的典型代表是IBMIBM公司的公司的IMSIMS系统系
26、统特点：特点：n n每个记录只有一个父节点，当表示每个记录只有一个父节点，当表示M:NM:N关系时必然存在冗关系时必然存在冗余。余。n n只有一个结点无父结点只有一个结点无父结点n n总是从父记录指向子记录总是从父记录指向子记录n n一个单位的层次模型可有多棵树构成一个单位的层次模型可有多棵树构成n n联系一般用指针实现（或物理邻接）联系一般用指针实现（或物理邻接）n n每个记录只有一条查找路径每个记录只有一条查找路径三三 数据库系统数据库系统系系系系系号系号 系名称系名称 负责人负责人专业专业专业专业专业代号专业代号 专业名专业名教师教师教师教师教师编号教师编号 姓名姓名 职务职务学生学生学
27、生学生学号学号 姓名姓名 年龄年龄 性别性别课程课程课程课程课号课号 课程名课程名 类别类别 学时学时查询时采取广度遍历策略，操作人员必须非常熟悉数据的层次结构层次模型使用指针来避免大量的数据冗余，但这样做会导致数据模式的不清晰三三 数据库系统数据库系统2 2）网状模型的数据结构：）网状模型的数据结构：n n用有向图结构表示实体类型及实体间的联系用有向图结构表示实体类型及实体间的联系n n网状数据模型的典型代表是网状数据模型的典型代表是DBTGDBTG系统系统特点特点n n可以有一个以上的结点无父结点可以有一个以上的结点无父结点n n至少有一个结点多于一个父节点至少有一个结点多于一个父节点n
28、n联系由指针实现联系由指针实现n n每个记录可由多条查找路径每个记录可由多条查找路径学 校领 导领 导教 师 班 级教 学管 理 学 生三三 数据库系统数据库系统通过通过通过通过LINKLINK联系记录表达联系记录表达联系记录表达联系记录表达MM：NN关系关系关系关系用户在使用网状用户在使用网状用户在使用网状用户在使用网状DBDB时，不但要说明做什么，还要说明时，不但要说明做什么，还要说明时，不但要说明做什么，还要说明时，不但要说明做什么，还要说明怎么做，即给出存储路径怎么做，即给出存储路径怎么做，即给出存储路径怎么做，即给出存储路径三三 数据库系统数据库系统n n3 3）关系模型的数据结构：
29、）关系模型的数据结构：n n关系模型采用二维表来表示，二维表由表框架（关系模型采用二维表来表示，二维表由表框架（FRAMEFRAME）及表的元组）及表的元组（TUPLETUPLE）组成。表框架由）组成。表框架由NN个命名的属性（个命名的属性（AttributeAttribute）组成，）组成，NN称为属性称为属性元素（元素（arityarity）。每个属性有一个取值范围称为值域（）。每个属性有一个取值范围称为值域（domaindomain）。表框架对应）。表框架对应了关系的模式，即类型的概念。了关系的模式，即类型的概念。姓名姓名工作时工作时小时工小时工资资总和总和张三张三10102020200
30、200李四李四20204040800800王五王五30301010300300记录 元组字段 属性三三 数据库系统数据库系统代号代号生产厂家生产厂家城市城市S2S2机床配件厂机床配件厂北京北京S4S4工业设备厂工业设备厂上海上海编号编号名称名称材质材质规格规格P1P1螺丝帽螺丝帽钢钢1212P2P2螺栓螺栓铁铁1717P4P4螺丝钉螺丝钉钢钢1414P5P5法兰盘法兰盘铝铝1212代号代号编号编号数量数量S2S2P1P1300300S2S2P2P2400400S4S4P2P2300300S4S4P4P4500500S4S4P5P5600600从北京机床配件厂采购了从北京机床配件厂采购了从北京机
31、床配件厂采购了从北京机床配件厂采购了哪些零件？哪些零件？哪些零件？哪些零件？在在在在RDBRDB中，用户需要用多个相关联的表中的信息来生成中，用户需要用多个相关联的表中的信息来生成中，用户需要用多个相关联的表中的信息来生成中，用户需要用多个相关联的表中的信息来生成管理所需的报表。通过关系运算，可以将任何两个有共管理所需的报表。通过关系运算，可以将任何两个有共管理所需的报表。通过关系运算，可以将任何两个有共管理所需的报表。通过关系运算，可以将任何两个有共同数据项的表关联起来，这是同数据项的表关联起来，这是同数据项的表关联起来，这是同数据项的表关联起来，这是RDBRDB的威力所在。的威力所在。的威
32、力所在。的威力所在。三三 数据库系统数据库系统n n关系数据库的基本操作n n选择：在表中找出符合指定条件的记录。n n连接：把相关的表合并起来，向用户提供比单个表更多的信息n n投影：在已有表的基础上，选定所需的列建立一个新表。三三 数据库系统数据库系统代号代号生产厂家生产厂家城市城市S2S2机床配件厂机床配件厂北京北京S4S4工业设备厂工业设备厂上海上海编号编号名称名称材质材质规格规格P1P1螺丝帽螺丝帽钢钢1212P2P2螺栓螺栓铁铁1717P4P4螺丝钉螺丝钉钢钢1414P5P5法兰盘法兰盘铝铝1212代号代号编号编号数量数量S2S2P1P1300300S2S2P2P2400400S4
33、S4P2P2300300S4S4P4P4500500S4S4P5P5600600代号代号生产厂家生产厂家城市城市编号编号数量数量名称名称材质材质规格规格S2S2机床配件厂机床配件厂北京北京P1P1300300螺丝帽螺丝帽钢钢1212S2S2机床配机厂机床配机厂北京北京P2P2400400螺栓螺栓铁铁1717S4S4工业设备厂工业设备厂上海上海P2P2300300螺栓螺栓铁铁1717S4S4工业设备厂工业设备厂上海上海P4P4500500螺丝钉螺丝钉钢钢1414S4S4工业设备厂工业设备厂上海上海P5P5600600法兰盘法兰盘铝铝1212为什么不在设计数据库的时候为什么不在设计数据库的时候就用
34、上述这张大表？就用上述这张大表？三三 数据库系统数据库系统代号代号生产厂家生产厂家城市城市编号编号数量数量名称名称材质材质规格规格S2S2机床配件厂机床配件厂北京北京P1P1300300螺丝帽螺丝帽钢钢1212S2S2机床配机厂机床配机厂北京北京P2P2400400螺栓螺栓铁铁1717S4S4工业设备厂工业设备厂上海上海P2P2300300螺栓螺栓铁铁1717S4S4工业设备厂工业设备厂上海上海P4P4500500螺丝钉螺丝钉钢钢1414S4S4工业设备厂工业设备厂上海上海P5P5600600法兰盘法兰盘铝铝1212优点：便于查询优点：便于查询优点：便于查询优点：便于查询缺点：缺点：缺点：缺点
35、：数据冗余度大数据冗余度大数据冗余度大数据冗余度大：如，设备厂出现的次数：如，设备厂出现的次数：如，设备厂出现的次数：如，设备厂出现的次数插入异常插入异常插入异常插入异常：如，要添加：如，要添加：如，要添加：如，要添加“铜帽铜帽铜帽铜帽”，因没进货，因没进货，因没进货，因没进货，则无法插入则无法插入则无法插入则无法插入删除异常删除异常删除异常删除异常：如，没进北京配件厂的螺丝帽，则：如，没进北京配件厂的螺丝帽，则：如，没进北京配件厂的螺丝帽，则：如，没进北京配件厂的螺丝帽，则把螺丝帽材质为钢的信息去掉。把螺丝帽材质为钢的信息去掉。把螺丝帽材质为钢的信息去掉。把螺丝帽材质为钢的信息去掉。更新异常
36、更新异常更新异常更新异常：如，要更换螺栓规格，则要逐一更：如，要更换螺栓规格，则要逐一更：如，要更换螺栓规格，则要逐一更：如，要更换螺栓规格，则要逐一更换。换。换。换。三三 数据库系统数据库系统n n关系模型的规范理论n n关系模型的好坏对数据的存储，操作有很大影响。因此，一般要对得到的关系模式进行优化（规范化）n n规范化理论是E.F.Codd在1971年提出的，研究关系模型中各属性之间的关系，探讨关系模型应具备的性质和设计方法。三三 数据库系统数据库系统初步得到的关系模型初步得到的关系模型初步得到的关系模型初步得到的关系模型优化后的关系模型优化后的关系模型优化后的关系模型优化后的关系模型（
37、数据库设计结果）（数据库设计结果）（数据库设计结果）（数据库设计结果）规范化理论规范化理论规范化理论规范化理论三三 数据库系统数据库系统n n范式的定义：范式的定义：范式的定义：范式的定义：n n1NF1NF：如果一个关系模式：如果一个关系模式：如果一个关系模式：如果一个关系模式R R的所有属性都是基本的不可的所有属性都是基本的不可的所有属性都是基本的不可的所有属性都是基本的不可分隔的，则称为分隔的，则称为分隔的，则称为分隔的，则称为R R为第一范式。为第一范式。为第一范式。为第一范式。n n2NF2NF：设关系模式：设关系模式：设关系模式：设关系模式R(U,F)R(U,F)，如果，如果，如果
38、，如果R R 1NF1NF且所有的非主且所有的非主且所有的非主且所有的非主属性完全依赖于属性完全依赖于属性完全依赖于属性完全依赖于R R的每个主码，不存在非关键字段对任的每个主码，不存在非关键字段对任的每个主码，不存在非关键字段对任的每个主码，不存在非关键字段对任何主码的部分依赖，则何主码的部分依赖，则何主码的部分依赖，则何主码的部分依赖，则R R 2NF2NF。若数据库模式。若数据库模式。若数据库模式。若数据库模式R R中的中的中的中的每个关系模式每个关系模式每个关系模式每个关系模式R R都属于都属于都属于都属于2NF2NF，则数据库模式，则数据库模式，则数据库模式，则数据库模式R R 2N
39、F2NF。n n3NF:3NF:如果关系模式如果关系模式如果关系模式如果关系模式R R是是是是2NF2NF，而且每个非关键字的属，而且每个非关键字的属，而且每个非关键字的属，而且每个非关键字的属性不是传递依赖于关键字，那么关系模式性不是传递依赖于关键字，那么关系模式性不是传递依赖于关键字，那么关系模式性不是传递依赖于关键字，那么关系模式R R是第三范式是第三范式是第三范式是第三范式n nBCNFBCNF：若关键模式：若关键模式：若关键模式：若关键模式R R中的每个觉得因素，都是中的每个觉得因素，都是中的每个觉得因素，都是中的每个觉得因素，都是R R的一的一的一的一个候选关键字，则称个候选关键字
40、，则称个候选关键字，则称个候选关键字，则称R R是是是是BCNFBCNF。三三 数据库系统数据库系统n n例例1 1：下面的关系：下面的关系-物资税价表不满足第一范式的物资税价表不满足第一范式的条件，不是第一范式。条件，不是第一范式。物资编码物资编码物资名称物资名称物资价税物资价税物资金额物资金额增值税额增值税额01010030101003生铁生铁600.00600.00102.00102.00n n去掉分割的数据项后，可得到下面的关系，它去掉分割的数据项后，可得到下面的关系，它已经是第一范式已经是第一范式物资编码物资编码物资名称物资名称物资金额物资金额增值税额增值税额010100301010
41、03生铁生铁600.00600.00102.00102.00三三 数据库系统数据库系统n n例例2 2：下面的关系模式是否为第三范式？（关系：下面的关系模式是否为第三范式？（关系模式中主码为模式中主码为“教师代码教师代码”）教师代码教师代码教师姓名教师姓名院系名称院系名称院系负责人院系负责人Y0001Y0001江涛江涛应用学院应用学院李丽华李丽华Y0002Y0002张伟张伟应用学院应用学院李丽华李丽华Y0003Y0003何丽丽何丽丽应用学院应用学院李丽华李丽华非主属性非主属性“院系名称院系名称”依赖于主码依赖于主码“教师代码教师代码”，而院系负责人又依赖与院系名称。因此，院系负而院系负责人又依
42、赖与院系名称。因此，院系负责人传递依赖于主码教师代码。因此不是第三范责人传递依赖于主码教师代码。因此不是第三范式式三三 数据库系统数据库系统n n上例中消除传递依赖关系的办法是将关系教师分解为如下两个满足第三范式的关系n n（教师代码，教师姓名，院系名称，院系负责人）（教师代码，教师姓名，院系名称，院系负责人）n n教师（教师（教师代码教师代码，教师姓名，院系名称），教师姓名，院系名称）n n院系（院系（院系名称院系名称，负责人），负责人）三三 数据库系统数据库系统n n在关系数据库中，对关系模型的基本要求是满足第一范式，在关系数据库中，对关系模型的基本要求是满足第一范式，这样的关系模式就是合
43、法的，允许的。但有些关系模式存这样的关系模式就是合法的，允许的。但有些关系模式存在数据冗余，存储操作异常等不足，因此，要进一步改善在数据冗余，存储操作异常等不足，因此，要进一步改善关系模式，这就是规范化的目的关系模式，这就是规范化的目的n n关系模式的规范化是采用投影分解的方法来实现的，分解关系模式的规范化是采用投影分解的方法来实现的，分解时应注意保证分解前和分解后的等价性时应注意保证分解前和分解后的等价性n n规范化等级的选择要综合考虑多种因素，要在减少数据冗规范化等级的选择要综合考虑多种因素，要在减少数据冗余，消除存储操作异常和响应时间之间做出合理的折中。余，消除存储操作异常和响应时间之间
44、做出合理的折中。一般而言，规范化等级越高，检索时需要的数据连接操作一般而言，规范化等级越高，检索时需要的数据连接操作就越多，就越多，DBMSDBMS的开销就越大，响应时间变长。的开销就越大，响应时间变长。n n实际研制和开发数据库系统时，多采用实际研制和开发数据库系统时，多采用3NF3NF三三 数据库系统数据库系统5.数据库的初步设计要建立数据库需要做两方面的设计1）逻辑设计：得出好的关系模式（表的各个属性构成）2）物理设计：数据库在物理存储设备上如何组织（设计内模式）三三 数据库系统数据库系统实体关系图（实体关系图（实体关系图（实体关系图（E-RE-R图）图）图）图）是是P.S.ChenP.
45、S.Chen于于19761976年提出年提出用于直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联用于直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用系，然后用E-RE-R图表示。图表示。E-RE-R图中的四个基本成分图中的四个基本成分图中的四个基本成分图中的四个基本成分矩形框，表示实体类型矩形框，表示实体类型菱形框，表示联系类型菱形框，表示联系类型椭圆形框，表示实体类型和联系类型的属性椭圆形框，表示实体类型和联系类型的属性直线，联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连直线，联系类型与其涉及的实体类型之间以直线连接在直线端部标上联系的种类（接在直线端部标上联系的种类（1 1：1 1，1 1：n n，mm
46、：n n）三三 数据库系统数据库系统关系模型可以由关系模型可以由关系模型可以由关系模型可以由E-RE-R模型转换而来，转换规则有：模型转换而来，转换规则有：模型转换而来，转换规则有：模型转换而来，转换规则有：n nE-R模型中的每一个实体集对应一个关系，实体集名作为关系名，实体集的属性作为这个关系的属性n nE-R模型中的联系也对应一个关系，该联系的属性及与该联系相连的各实体集的主码作为该关系的属性。三三 数据库系统数据库系统n n联系（Relation）：是指实体间的相互关系n n一对一联系n n一对多联系n n多对多联系三三 数据库系统数据库系统n n一对一联系一对一联系n n如果实体集合
47、A中的每一个实体，实体集合B中只有一个实体与其发生联系；B中的每一个实体，A中也只有一个实体与其发生联系，称A和B是一对一联系。n n如：总统与国家之间的关系（管理）三三 数据库系统数据库系统n n一对多联系一对多联系n n如果对于A中的一个实体，B中有一个以上实体与其发生联系；而B中的每一个实体只与A中的一个实体发生联系，那么称A和B是一对多联系。n n如：国家与省之间的联系（管辖）三三 数据库系统数据库系统n n多对多联系多对多联系n n如果对A中一个实体，B中至少有一个实体与之存在联系；B中一个实体，A中至少也有一个实体与之存在联系，称A和B是多对多联系。n n如：医生与病人之间的联系（
48、诊疗）三三 数据库系统数据库系统n nE-R模型设计举例 为仓库管理设计一个E-R模型。该仓库主要管理零件的入库，出库和采购等事项。仓库根据需要向外面厂家订购零件，而许多工程项目需要仓库供应零件。建立建立E-RE-R图的过程如下：图的过程如下：三三 数据库系统数据库系统建立建立E-RE-R图的过程如下：图的过程如下：1)1)确定实体类型：确定实体类型：工程项目工程项目PROJECTPROJECT，零件，零件PARTPART，供应商，供应商SUPPLIERSUPPLIER2)2)确定联系类型：确定联系类型：ProjectProject和和partpart之间是之间是M:NM:N联系，定义为联系，
49、定义为P-PP-PPARTPART和和suppliersupplier之间也是之间也是M:NM:N联系，定义为联系，定义为P-SP-S3)3)把实体类型和联系类型组合成把实体类型和联系类型组合成E-RE-R图图4)4)确定实体类型和联系类型的属性确定实体类型和联系类型的属性5)5)确定实体类型的键，在属于键的属性名下画一横确定实体类型的键，在属于键的属性名下画一横线线三三 数据库系统数据库系统项目项目项目项目projectproject零件零件零件零件partpart供应商供应商供应商供应商SUPPLIERSUPPLIERP-PP-PP-SP-SJ#J#JNAMEJNAMEDATEDATEP#
50、P#PNAMEPNAMECOLORCOLORWEIGHTWEIGHTS#S#SNAMESNAMEADDRESSADDRESSTOTALTOTALQUANTITYQUANTITYMMNNMMNN三三 数据库系统数据库系统E-RE-R图设计过程总结图设计过程总结1 1）建立）建立E-RE-R图的过程是对数据进行归纳，分析，抽图的过程是对数据进行归纳，分析，抽象的过程，首先把企业的全部数据综合组织，然象的过程，首先把企业的全部数据综合组织，然后根据不同用户对数据的使用需求进行分组。从后根据不同用户对数据的使用需求进行分组。从局部或子系统入手，建立局部局部或子系统入手，建立局部E-RE-R模型，再综合