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1、第第4章章 数据库设计基础数据库设计基础8%-10%数据库设计基础数据库设计基础4.1 数据库系统的基本概念数据库系统的基本概念4.2 数据模型数据模型4.3 关系代数关系代数4.4 数据库设计与管理数据库设计与管理4.1 数据库系统的基本概念数据库系统的基本概念数据库、数据库管理系统、数据库系统数据库、数据库管理系统、数据库系统数据库系统的发展数据库系统的发展数据库系统的基本特点数据库系统的基本特点数据库系统的内部结构体系数据库系统的内部结构体系一、数据库、数据库管理系统、数据库系统一、数据库、数据库管理系统、数据库系统数据（数据（Data）数据库（数据库（DataBase 简称简称DB）数
2、据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）数据库系统（数据库系统（DBS)数据库管理员（数据库管理员（DBA）数据数据Data含义含义：实际上就是描述事物的符号记录实际上就是描述事物的符号记录软件中的数据一定是有结构的软件中的数据一定是有结构的数据数据分类分类:临时性数据（随程序的结束而消临时性数据（随程序的结束而消亡）和持久性数据（对系统起长期持久的亡）和持久性数据（对系统起长期持久的作用）。其中作用）。其中持久性数据持久性数据是数据库处理的是数据库处理的部分。部分。数据库数据库DB含义含义：长期存储在计算机内的，有组织的，可共享的长期存储在计算机内的，有组织的，可共享的数据集合。数据集合。数
3、据库中的数据按一定的数学模型组织、描述数据库中的数据按一定的数学模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度，较高的数据独立和存储，具有较小的冗余度，较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。性和易扩展性，并可为各种用户共享。特点特点：库中数据具有：库中数据具有“集成集成”和和“共享共享”的特点。的特点。数据库管理系统数据库管理系统DBMS含义含义：数据库系统的核心软件数据库系统的核心软件要在操作系统支持下工作要在操作系统支持下工作解决如何科学地组织和存储数据，如何高效的获取和解决如何科学地组织和存储数据，如何高效的获取和维护数据的系统软件维护数据的系统软件功能：功能：1.数据模式定义数据模式
4、定义2.数据存取的物理构建数据存取的物理构建3.数据操纵数据操纵4.数据的完整性、安全性定义与检查数据的完整性、安全性定义与检查5.数据库的并发控制与故障恢复数据库的并发控制与故障恢复6.数据的服务数据的服务数据库管理系统数据库管理系统DBMS为完成上述功能，为完成上述功能，DBMS一般提供相应的数据语言：一般提供相应的数据语言：数据定义语言（DDL）(1、2)数据操纵语言（DML）（3）数据控制语言（DCL）（4、5、6）数据语言按其使用方式具有两种结构形式数据语言按其使用方式具有两种结构形式交互式命令语言宿主型语言常见的常见的DBMSORACLE、Sybase的PowerBuilder、I
5、BM的DB2、微软的SQL Server微软的Visual FoxPro、Access，功能简单目前流行的均为：关系数据库系统。目前流行的均为：关系数据库系统。数据库管理员数据库管理员DBA主要工作包括：主要工作包括：数据库设计数据库维护改善系统性能，提高系统效率数据库系统数据库系统DBS含义含义：拥有数据库技术支持的计算机系统实现有组织地、动态地存储大量相关数据，提供数据处理和资源共享服务组成：组成：数据库（数据）数据库管理系统（软件）数据库管理员（人员）硬件平台：计算机和网络软件平台：操作系统、数据库系统开发工具、接口软件其中其中DBMS是是DBS的核心。的核心。数据库应用系统（数据库应用
6、系统（DBAS）利用数据库系统进行应用开发利用数据库系统进行应用开发组成组成：数据库系统：数据库系统+应用软件应用软件+应用界面应用界面二、数据库系统的发展二、数据库系统的发展人工管理阶段人工管理阶段文件系统阶段文件系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段F层次数据库与网状数据库系统阶段层次数据库与网状数据库系统阶段F关系数据库关系数据库系统阶段系统阶段人工管理阶段人工管理阶段文件系统阶段文件系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段三、数据库系统的基本特点三、数据库系统的基本特点数据的数据的集成性集成性数据的数据的高共享性高共享性与与低冗余性低冗余性数据数据独立性独立性F物理独立性物理独立性F逻辑独立
7、性逻辑独立性数据数据统一管理与控制统一管理与控制F完整性检查完整性检查F安全性保护安全性保护F并发控制并发控制数据的独立性数据的独立性 含义含义：数据的独立性是指：数据的独立性是指应用程序应用程序和和数据库的数数据库的数据结构据结构之间相互独立，不受影响。之间相互独立，不受影响。物理独立性物理独立性 数据的物理结构（存储结构、存取方式）的改数据的物理结构（存储结构、存取方式）的改变不影响数据库的逻辑结构，从而不致引起应用程变不影响数据库的逻辑结构，从而不致引起应用程序的变化。序的变化。逻辑独立性逻辑独立性数据库总体逻辑结构的改变，不需要相应修改数据库总体逻辑结构的改变，不需要相应修改应用程序。
8、应用程序。四、数据库系统的内部结构体系四、数据库系统的内部结构体系三级模式三级模式F概念模式概念模式（抽象的描述，不涉及软件、硬件，反映了设（抽象的描述，不涉及软件、硬件，反映了设计者的数据全局逻辑要求）计者的数据全局逻辑要求）F外模式外模式（用户模式，反映用户对数据的要求）（用户模式，反映用户对数据的要求）F内模式内模式（物理模式，反映数据的实际存储形式）（物理模式，反映数据的实际存储形式）两级映射两级映射F概念模式到内模式的映射概念模式到内模式的映射F外模式到概念模式的映射外模式到概念模式的映射应用应用1 1应用应用2 2应用应用n n外模式外模式1 1外模式外模式m m外模式外模式/模式
9、映象模式映象模式模式模式模式/内模式映象内模式映象内模式内模式数据库数据库数据库系统的数据库系统的三级模式结构三级模式结构数据库系统的三级模式数据库系统的三级模式概念级模式概念级模式处于中层处于中层数据库中全体数据逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图数据库中全体数据逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图一个数据库只有一个概念模式一个数据库只有一个概念模式内部级模式内部级模式处于最底层处于最底层又称物理模式又称物理模式数据库物理存储结构与物理存取方法数据库物理存储结构与物理存取方法对一般用户是透明的，直接影响数据库的性能对一般用户是透明的，直接影响数据库的性能一个数据库只有一个
10、内模式。一个数据库只有一个内模式。外部级摸式外部级摸式处于最外层处于最外层也称子模式或用户模式也称子模式或用户模式数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述用户的数据视图用户的数据视图一个数据库可以有多个外模式一个数据库可以有多个外模式数据库系统的两级映射数据库系统的两级映射概念模式内模式的映射概念模式内模式的映射存在于概念级和内部级之间实现了概念模式到内模式之间的相互转换保证数据具有很高的物理独立性外模式概念模式的映射：外模式概念模式的映射：存在于外部级和概念级之间实现了外模式到概念模式之间的相互转换保证数据具有较高的逻辑
11、独立性 数据库系统的核心部分是数据库系统的核心部分是_。A.A.数据库数据库 B.B.数据模型数据模型C.C.计算机硬件计算机硬件 D.D.数据库管理系统数据库管理系统 数据库系统的体系结构分为三个层次，是数据库系统的体系结构分为三个层次，是_。A.A.模式、模型、视图模式、模型、视图 B.B.关系模式、网状模式、层次模式关系模式、网状模式、层次模式 C.C.外模式、概念模式、内模式外模式、概念模式、内模式 D.D.外模型、概念模型外模型、概念模型举例举例4.2 数据模型数据模型数据模型的基本概念数据模型的基本概念E-R 模型模型三种基本数据模型三种基本数据模型关系模型关系模型一、数据模型的基
12、本概念一、数据模型的基本概念数据模型数据模型，是对现实世界中数据的模拟和抽象。，是对现实世界中数据的模拟和抽象。数据模型的数据模型的分类分类 概念模型：现实世界在人脑中的反映；概念模型：现实世界在人脑中的反映；（E-R模型模型）逻辑模型：按计算机系统的观点对数据建模；逻辑模型：按计算机系统的观点对数据建模；（层次、网状、关系、面向对象层次、网状、关系、面向对象）物理模型：反映数据的存储结构。物理模型：反映数据的存储结构。数据模型的数据模型的组成要素组成要素 数据结构：所研究的对象类型的集合；数据结构：所研究的对象类型的集合；（数据模型的基础数据模型的基础）数据操作：对数据库中各种对象的值允许执
13、行操作的数据操作：对数据库中各种对象的值允许执行操作的集合；集合；数据的约束条件：一组完整性规则的集合。数据的约束条件：一组完整性规则的集合。二、二、E-R 模型模型含义含义：E-R模型是将现实世界的要求转化为模型是将现实世界的要求转化为实体、联实体、联系、属性系、属性等几个基本概念，以及它们间的两种基本联等几个基本概念，以及它们间的两种基本联接关系，并可以用图直观表示。接关系，并可以用图直观表示。基本概念：基本概念：实体实体：客观存在又能互相区别的事物。：客观存在又能互相区别的事物。属性属性：刻画实体的特征。：刻画实体的特征。联系联系：反映实体集间的关系。：反映实体集间的关系。一对一（1：1
14、）一对多（1：M或M：1）多对多（M：N）三个基本概念之间的联接关系三个基本概念之间的联接关系实体集与属性间的联接关系实体集与属性间的联接关系实体与联系实体与联系二、二、E-R 模型模型图示法图示法：实体集：用矩形表示实体集：用矩形表示属性：用椭圆形表示属性：用椭圆形表示联系：用菱形表示联系：用菱形表示实体集与属性间的联接关系：用无向线段表示实体集与属性间的联接关系：用无向线段表示实体集与联系间的联接关系：用无向线段表示实体集与联系间的联接关系：用无向线段表示一对一一对一：简记为：简记为1:1,1:1,如班级和班主任的联系。如班级和班主任的联系。一对多一对多:简记为简记为 1:m,1:m,如宿
15、舍与学生的联系。如宿舍与学生的联系。多对多多对多：简记为：简记为 m:nm:n,如任课教师与学生的联系。如任课教师与学生的联系。分类图示举例观众与座位、乘客与车票、病人与病床、学校与校长。城市与街道、宿舍与学生、父亲与子女、班级与学生。学生与课程、工厂与产品、商店与顾客。1:1(一对一联系)1:n(一对多联系)m:n(多对多联系)用矩形表示实用矩形表示实体集，在框内体集，在框内写上实体名写上实体名例例：学学生生管管理理系系统统学生学生课程课程选修选修姓名姓名学号学号系别系别课程名课程名先修课先修课学分学分成绩成绩用椭圆表示实用椭圆表示实体的属性体的属性用无向边用无向边把实体与把实体与其属性连其
16、属性连接起来接起来用菱形表示实用菱形表示实体间的联系体间的联系将参与联系的实将参与联系的实体用线段连接体用线段连接mn联系的联系的数量数量三、三种基本数据模型三、三种基本数据模型v数据库领域最常用的结构数据模型有：数据库领域最常用的结构数据模型有：层次数据模型层次数据模型:用树型结构表示实体间联系的数据模型用树型结构表示实体间联系的数据模型 网状数据模型网状数据模型:用有向图结构表示实体类型及实体间联系的用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型。数据模型。关系数据模型关系数据模型:是由若干个关系模式组成的集合，其主要特是由若干个关系模式组成的集合，其主要特征是用二维表格结构表达实体集，用
17、外鍵表示实体间联系。征是用二维表格结构表达实体集，用外鍵表示实体间联系。一种树形结构一种树形结构数据结构比较简单，操作简单数据结构比较简单，操作简单对于实体间联系是固定的、且预先对于实体间联系是固定的、且预先定义好的应用系统，有较高的性能定义好的应用系统，有较高的性能可以提供良好的完整性支持可以提供良好的完整性支持不适合表示非层次性的联系，对于不适合表示非层次性的联系，对于插入和删除操作的限制比较多插入和删除操作的限制比较多层次模型层次模型只能反映只能反映实体间的实体间的一对多一对多的联系。的联系。层次模型层次模型层次模型层次模型一种树形结构一种树形结构数据结构比较简单，操作简单数据结构比较简
18、单，操作简单对于实体间联系是固定的、且预先定义好对于实体间联系是固定的、且预先定义好的应用系统，有较高的性能的应用系统，有较高的性能可以提供良好的完整性支持可以提供良好的完整性支持不适合表示非层次性的联系，对于插入和不适合表示非层次性的联系，对于插入和删除操作的限制比较多删除操作的限制比较多网状模型网状模型一个不加任何条件限制的无向图一个不加任何条件限制的无向图优于层次模型优于层次模型使用时设计系统内部的物理因素使用时设计系统内部的物理因素较多，用户操作不方便，其数据较多，用户操作不方便，其数据模式与系统实现不甚理想模式与系统实现不甚理想网状模型网状模型可以反映实体间的多对可以反映实体间的多对
19、多多的联系。的联系。四、关系模型四、关系模型 关系模型的主要特点是以关系模型的主要特点是以二维表二维表的形式来的形式来表达实体集。在关系数据库中，把数据表示表达实体集。在关系数据库中，把数据表示成二维表，每一个二维表称为一个成二维表，每一个二维表称为一个关系关系。关系的数据结构关系的数据结构关系操纵关系操纵关系中的数据约束关系中的数据约束关系的数据结构关系的数据结构学号学号姓名姓名性别性别出生年月出生年月籍贯籍贯20054102张洁然张洁然男男07-07-87上海上海20054103李一明李一明男男05-01-86安徽合肥安徽合肥20069301王文燕王文燕女女11-06-88山东青岛山东青岛
20、20069302刘刘 宏宏男男10-17-87江苏南京江苏南京属性属性元组元组表框架表框架 关系的数据结构关系的数据结构1.元组个数有限；元组个数有限；2.元组的唯一性；元组的唯一性；3.元组的次序无关性；元组的次序无关性；4.元组的分量不可分割元组的分量不可分割-元组分量的原子性；元组分量的原子性；5.属性名的唯一性；属性名的唯一性；6.属性的次序无关性；属性的次序无关性；7.属性分量具有与该属性相同的值域。属性分量具有与该属性相同的值域。满足以上满足以上7个性质的二维表称为个性质的二维表称为关系关系，以二维表为基，以二维表为基本结构建立的模型称为本结构建立的模型称为关系模型关系模型。关系模
21、型的基本术语关系模型的基本术语字段字段-属性（列）属性（列）字段值字段值-属性值属性值记录记录-元组（行）元组（行）二维表格二维表格-关系关系关系中关系中属性个数属性个数-元数元数（列数）（列数）元组个数元组个数-基数基数（行数）（行数）键（或码）键（或码）：二维表（关系）中能唯一标识元组的最小属性集称：二维表（关系）中能唯一标识元组的最小属性集称为该表的键或码。为该表的键或码。候选码候选码：关系中可能有若干个键，他们称为候选码。：关系中可能有若干个键，他们称为候选码。主键主键：从候选码中选取一个作为用户使用的键，称为主键。：从候选码中选取一个作为用户使用的键，称为主键。外码外码：若：若A的某
22、属性集是表的某属性集是表B的键，则称该属性集为的键，则称该属性集为A的外码。的外码。关系操纵关系操纵数据查询数据查询数据删除数据删除数据插入数据插入数据修改数据修改操作的对象是关系，操作的结果也是关系。操作的对象是关系，操作的结果也是关系。关系中的数据约束关系中的数据约束实体完整性约束：实体完整性约束：若一个或一组属性若一个或一组属性A A是关系是关系R R的的主关键字，则属性主关键字，则属性(或组或组)A)A不能取空值。不能取空值。参照完整性约束：参照完整性约束：用于定义外关键字与主关键字用于定义外关键字与主关键字之间的引用规则的。之间的引用规则的。用户定义的完整性约束：用户定义的完整性约束
23、：由用户针对某一具体的由用户针对某一具体的约束要求，自定义完整性规则，反映具体应用所约束要求，自定义完整性规则，反映具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。涉及的数据必须满足的语义要求。例如：性别只能是性别只能是“男男”或或“女女”两种可能两种可能年龄取值只能限制在年龄取值只能限制在0-1500-150之间之间举例举例下列有关数据库的描述，正确的是下列有关数据库的描述，正确的是_。A.A.数据处理是将信息转化为数据的过程数据处理是将信息转化为数据的过程B.B.数据的物理独立性是指当数据的逻辑结构改变时，数据的存数据的物理独立性是指当数据的逻辑结构改变时，数据的存储结构不变。储结构不变。C.C.
24、关系中的每一列称为元组，一个元组就是一个字段。关系中的每一列称为元组，一个元组就是一个字段。D.D.如果一个关系属性中的属性或属性组并非该关系的关键字，如果一个关系属性中的属性或属性组并非该关系的关键字，但它是另一个关系的关键字，则称其为本关系的外关键字。但它是另一个关系的关键字，则称其为本关系的外关键字。在关系数据库中，用来表示实体之间联系的是在关系数据库中，用来表示实体之间联系的是_。A.A.树结构树结构 B.B.网结构网结构 C.C.线性表线性表 D.D.二维表二维表将将E-RE-R图转换成关系模式时，实体与联系都可以表示成图转换成关系模式时，实体与联系都可以表示成_。A.A.属性属性
25、B.B.关系关系 B.B.键键 C.C.域域关系模型按不同的应用层次分为三种，是关系模型按不同的应用层次分为三种，是_数据模型、逻数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型。辑数据模型、物理数据模型。概念概念4.3 关系代数关系代数关系模型的基本操作关系模型的基本操作四种基本操作四种基本操作插入、删除、修改和查询进一步分解成进一步分解成六种基本操作六种基本操作关系的属性指定关系的元组的选择两个关系的合并关系的查询关系元组的插入关系元组的删除关系操作关系操作 关系代数是以对关系代数是以对关系的集合运算关系的集合运算为基础，分为为基础，分为传统的集合运算传统的集合运算和和专门的关系运算专门的关系运算，其
26、运算对象是，其运算对象是关系关系，运算结果也是，运算结果也是关系关系。1 1传统的集合运算传统的集合运算包括并、交、差、广义笛卡尔积四种运算。包括并、交、差、广义笛卡尔积四种运算。并、交、差并、交、差要求参与运算的两个关系的要求参与运算的两个关系的属性个属性个数相同数相同，且，且相应的属性出自同一个域相应的属性出自同一个域；广义笛卡尔积广义笛卡尔积则无此限制。则无此限制。集合运算集合运算（1 1）并）并-Union-Union 关系关系R R和和S S具有相同的关系模式，具有相同的关系模式，R R和和S S的并是由属于的并是由属于R R或或属于属于S S的元组构成的集合。的元组构成的集合。（2
27、 2）差）差-Difference-Difference 关系关系R R和和S S具有相同的关系模式，具有相同的关系模式，R R和和S S的差是由属于的差是由属于R R但不但不属于属于S S的元组构成的集合。的元组构成的集合。（3 3）交交（Intersection）关系关系R和和S具有相同的关系模式，具有相同的关系模式，R和和S的交是由属于的交是由属于R且属且属于于S的元组构成的集合。可表示为：的元组构成的集合。可表示为：集合运算集合运算（4 4）广义笛卡尔积）广义笛卡尔积 设关系设关系R和和S的属性个数分别为的属性个数分别为n、m，则，则R和和S的广义笛卡尔积是的广义笛卡尔积是一个有（一个
28、有（n+m）列的元组的集合。每个元组的前）列的元组的集合。每个元组的前n列来自列来自R的一的一个元组，后个元组，后m列来自列来自S的一个元组，记为的一个元组，记为RS。集合运算集合运算集合运算集合运算举例：有两个关系举例：有两个关系R和和S，分别进行并、差、交和，分别进行并、差、交和广义笛卡尔积运算。广义笛卡尔积运算。关系运算关系运算2 2专门的关系运算专门的关系运算 包括：选择、投影、连接等，关系运算不仅涉及行而且涉及列。包括：选择、投影、连接等，关系运算不仅涉及行而且涉及列。（1 1）选择（）选择（SelectionSelection）选择又称为限制，选择又称为限制，在关系中选择满足某些条
29、件的在关系中选择满足某些条件的元组元组，即消去某些行，可表示为：，即消去某些行，可表示为：F(R):从R中挑选满足F的元组。【例【例1 1】如果要列出】如果要列出“19811981（含）年以后出生的学生名单（含）年以后出生的学生名单”，就是要找出那些符合此条件的行，就是要找出那些符合此条件的行，“选择选择”运算结果如右：运算结果如右：（2 2）投影（）投影（ProjectionProjection）投影是从关系中选择出若干投影是从关系中选择出若干属性列属性列属性列属性列组成新的关系，这些属性列一般是用组成新的关系，这些属性列一般是用户感兴趣的属性列。户感兴趣的属性列。T(R):从关系R中取属性
30、为T的列组成新关系。【例【例2 2】在关系中只查询所有学生的】在关系中只查询所有学生的“姓名姓名”和和“性别性别”，则投影结果如右：，则投影结果如右：（3 3）连接（）连接（JoinJoin）连接是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。相比连接是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。相比较的属性是可比的属性。连接运算中最为重要也最为常用的连接是：较的属性是可比的属性。连接运算中最为重要也最为常用的连接是：条件连接条件连接：当要满足某个给定条件时，称为条件连接。：当要满足某个给定条件时，称为条件连接。等值连接等值连接：给定条件为相等的连接。：给定条件为相等的连接。自然
31、连接自然连接：若关系：若关系R R和和S S具有相同的属性组具有相同的属性组B B，则连接条件是两个关系，则连接条件是两个关系R R和和S S中所对应的同名属性组中所对应的同名属性组B B中的所有属性的值必须对应相等。中的所有属性的值必须对应相等。（3）连接（连接（Join）当一个查询需要来自两个或多个关系的数据时就要用连接操作。连接当一个查询需要来自两个或多个关系的数据时就要用连接操作。连接是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。可是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。可表示为：表示为：其含义是，从关系其含义是，从关系R和和S的广义笛卡尔积的广义笛卡尔积RS中选
32、取中选取R关系在关系在A属性组属性组上的值与上的值与S关系在关系在B属性组上的值满足比较关系属性组上的值满足比较关系的元组。的元组。1）等值连接：当连接条件中的比较运算符）等值连接：当连接条件中的比较运算符为为“=”。可表示为：。可表示为：2）自然连接：要求连接时两个关系中进行相等比较的分量必须是相）自然连接：要求连接时两个关系中进行相等比较的分量必须是相同属性组，且在结果中将相同的属性列去掉。即若关系同属性组，且在结果中将相同的属性列去掉。即若关系R和和S具有具有相同属性组相同属性组B，则自然连接可记作：，则自然连接可记作：举例：有两个关系举例：有两个关系R和和S关系关系T：条件为：条件为“
33、R.学号学号S.学号学号”的连接运算的连接运算关系关系U：条件为：条件为“R.学号学号=S.学号学号”的等值连接的等值连接关系关系V：进行自然连接：进行自然连接关系运算关系运算（4）除（）除（Division）笛卡尔乘积的逆运算笛卡尔乘积的逆运算应用举例：应用举例：设有两个关系设有两个关系R R和和S S分别如图所示，求分别如图所示，求R R和和S S的的并、差、笛卡尔积、投影以及交。并、差、笛卡尔积、投影以及交。ABCabcdafcbdABCbgadaf关系关系 R关系关系 SRSABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabcdafcbdbgaRSABCabcdafcbdABCb
34、gadafRSABCdafR-SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabccbdC,A(R)ABCabcdafcbdRCAcafddc B=b(R)ABCabcdafcbdRABCabccbdRSABCabcdafcbdABCbgadafRSR.AR.BR.CS.A S.B S.Cabcbgaabcdafdafbgadafdafcbdbgacbddaf4.4 数据库设计与管理数据库设计与管理数据库设计概述数据库设计概述数据库设计数据库设计数据库管理数据库管理数据库设计概述数据库设计概述数据库设计是数据库应用的核心。数据库设计是数据库应用的核心。数据库设计的基本任务：数据库设计的
35、基本任务：根据用户对象的根据用户对象的信息需求信息需求、处理需求处理需求和数据库的支持和数据库的支持环境设计出数据模式。环境设计出数据模式。两种方法：两种方法：面向数据面向数据的方法（以信息需求为主）的方法（以信息需求为主）面向过程面向过程的方法（以处理需求为主）。的方法（以处理需求为主）。面向数据的设计方法已成为面向数据的设计方法已成为主流方法主流方法数据库设计目前一般采用数据库设计目前一般采用生命周期法生命周期法，分若干阶段，分若干阶段需求分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段编码阶段测试阶段运行阶段进一步修改阶段在数据库设计中采用前四个阶段，并且重点以在数据库设计中采用前四个阶段，
36、并且重点以数据结数据结构与模型的设计构与模型的设计为主线为主线数据库设计的阶段数据库设计的阶段数据库的设计数据库的设计根据用户的信息需求、处理需求以及数据库运行环境根据用户的信息需求、处理需求以及数据库运行环境（DBMSDBMS、操作系统及硬件）的特性，设计出合理的数据、操作系统及硬件）的特性，设计出合理的数据模式。模式。需求分析概念设计逻辑设计物理设计信息需求处理需求需求说明数据模式独立DBMS外模式概念模式内模式DBMS特性硬件、OS特性数据库的设计数据库的设计面向数据的方法面向数据的方法面向过程的方法面向过程的方法 需求分析需求分析 常采用两种方法结合使用，确定设计范围常采用两种方法结合
37、使用，确定设计范围 概念设计概念设计 局部视图局部视图集成集成 E-RE-R模型模型 逻辑设计逻辑设计 外模式外模式，基于，基于DBMSDBMS的数据模式，完成的数据模式，完成 E-RE-R模型模型关系数据模型关系数据模型。(应用数据库规范应用数据库规范 理论设计出合理的关系模式理论设计出合理的关系模式)。物理设计物理设计 设计设计内模式内模式，包括记录的存储结构、库文件，包括记录的存储结构、库文件 的存储结构以及访问一个库文件特定记录的路径。的存储结构以及访问一个库文件特定记录的路径。文件结构：堆文件、散列文件文件结构：堆文件、散列文件需求需求分析分析任务：任务：通过详细调查现实世界要处理的
38、对象，充分了解原系通过详细调查现实世界要处理的对象，充分了解原系统的工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定统的工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能新系统的功能调查的重点调查的重点是是“数据数据”和和“处理处理”常采用常采用结构化分析方法结构化分析方法和和面向对象的方法面向对象的方法对数据库设计来讲，对数据库设计来讲，数据字典数据字典是进行详细的数据收集和数据是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果分析所获得的主要结果数据字典数据字典是在需求分析阶段建立，在数据库设计过程中不断是在需求分析阶段建立，在数据库设计过程中不断修改、充实、完善的。修改、充实、完善
39、的。数据库设计的需求分析数据库设计的需求分析概述概述目的目的：分析数据间内在语义关联，在此基础上建立一个数：分析数据间内在语义关联，在此基础上建立一个数据的抽象模型据的抽象模型设计方法设计方法：集中式模式设计法和视图集成设计法：集中式模式设计法和视图集成设计法设计的过程设计的过程 使用使用E-R模型模型与与视图集成法视图集成法进行设计时按以下步骤：进行设计时按以下步骤：选择局部应用选择局部应用视图设计视图设计：3种设计次序（自顶向下、由底向上、由内向外）视图集成视图集成：解决局部设计中的冲突命名冲突命名冲突概念冲突概念冲突域冲突域冲突约束冲突约束冲突数据库概念设计数据库概念设计任务：任务：概念
40、模型进一步转化成相应的数据模型概念模型进一步转化成相应的数据模型步骤：步骤：从从E-R图向关系模式的转换图向关系模式的转换逻辑模式规范化及调整、实现逻辑模式规范化及调整、实现关系视图设计关系视图设计数据库的逻辑设计数据库的逻辑设计数据库的物理设计数据库的物理设计主要目标主要目标:对数据库内部物理结构作调整并选择合理的对数据库内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，提高数据库访问速度及有效利用存取路径，提高数据库访问速度及有效利用存储空间存储空间物理设计的内容物理设计的内容:索引设计索引设计集簇设计集簇设计分区设计分区设计留给用户参与物理设计的余地不多留给用户参与物理设计的余地不多数据库管理数据
41、库管理含义含义：维护和管理数据库的工作称为数据：维护和管理数据库的工作称为数据库管理，实施管理的人称为数据库管理员库管理，实施管理的人称为数据库管理员（DBA）。）。内容内容：数据库的建立（数据模式的建立、数据加载）数据库的建立（数据模式的建立、数据加载）数据库的调整数据库的调整数据库的重组数据库的重组数据库安全性控制与完整性控制数据库安全性控制与完整性控制数据库的故障恢复数据库的故障恢复数据库监控数据库监控举例应用数据库的主要目的是_。A.解决数据保密问题 B.解决数据完整性问题 C.解决数据共享问题 D.解决数据量大的问题数据库设计包括两个方面的设计内容，它们是_。A.概念设计和逻辑设计
42、B.模式设计和内模式设计C.内模式设计和物理设计 D.结构特性设计和行为特性设计数据库设计完成后进入实施阶段，下述工作中_操作一般不属实施阶段的工作。A.建立库结构 B.加载数据 C.系统调试 D.扩充功能数据库设计分为六个阶段，需求分析阶段、_逻辑设计阶段、物理设计阶段、实施阶段、运行和维护阶段。概念设计阶段典型考题分析典型考题分析【例【例4-1】数据库技术的根本目标是要解决】数据库技术的根本目标是要解决数据的数据的_。（。（2006年年9月）月）A）存储问题）存储问题B）共享问题）共享问题C）安全问题）安全问题D）保护问题）保护问题答案答案 B【例【例4-2】数据库】数据库DB，数据库系统
43、，数据库系统DBS，数据库管理系统数据库管理系统DBMS之间的关系是之间的关系是_。（2006年年4月）月）A）DB包含包含DBS和和DBMSB）DBMS包含包含DB和和DBSC）DBS包含包含DB和和DBMSD）没有任何关系）没有任何关系答案答案 C【例【例4-3】数据库系统的核心是】数据库系统的核心是_。（2005年年9月）月）A）数据模型）数据模型B）数据库管理系统）数据库管理系统C）数据库）数据库D）数据库管理员）数据库管理员答案答案 B【例【例4-4】DBA是数据库系统的一个重要组是数据库系统的一个重要组成，有很多职责。以下选项不属于成，有很多职责。以下选项不属于DBA职职责的是责的
44、是_。A）定义数据库的存储结构和存取策略）定义数据库的存储结构和存取策略B）定义数据库的结构）定义数据库的结构C）定期对数据库进行重组和重构）定期对数据库进行重组和重构D）设计和编写应用系统的程序模块）设计和编写应用系统的程序模块答案答案 D【例【例4-5】数据管理技术发展过程经过人工】数据管理技术发展过程经过人工管理、文件系统和数据库系统三个阶段，管理、文件系统和数据库系统三个阶段，其中数据独立性最高的阶段是其中数据独立性最高的阶段是_。（2005年年9月）月）答案答案 数据库系统数据库系统【例【例4-6】数据独立性是数据库技术的重要】数据独立性是数据库技术的重要特点之一。所谓数据独立性是指
45、特点之一。所谓数据独立性是指_。（2005年年4月）月）A）数据与程序独立存放）数据与程序独立存放B）不同的数据被存放在不同的文件中）不同的数据被存放在不同的文件中C）不同的数据只能被对应的应用程序所使用）不同的数据只能被对应的应用程序所使用D）以上三种说法都不对）以上三种说法都不对答案答案 D【例【例4-7】数据独立性分为逻辑独立性与物】数据独立性分为逻辑独立性与物理独立性，当数据的存储结构改变时，其理独立性，当数据的存储结构改变时，其逻辑结构可以不变，因此，基于逻辑结构逻辑结构可以不变，因此，基于逻辑结构的应用程序不必修改，称为的应用程序不必修改，称为_。（2006年年4月）月）答案答案
46、物理独立性物理独立性【例【例4-8】在数据库系统中，用户所见的数】在数据库系统中，用户所见的数据模式为据模式为_。（。（2006年年9月）月）A）概念模式）概念模式B）外模式）外模式C）内模式）内模式D）物理模式）物理模式答案答案 B【例【例4-9】数据库中对全部数据的整体逻辑】数据库中对全部数据的整体逻辑结构的描述，作为数据库的结构的描述，作为数据库的_。A）内模式）内模式B）外模式）外模式C）概念模式）概念模式D）子模式）子模式答案答案 C【例【例4-10】数据库的】数据库的3级模式之间存在映射级模式之间存在映射关系正确的是关系正确的是_。A）外模式）外模式/内模式内模式B）外模式）外模式
47、/概念模式概念模式C）外模式）外模式/外模式外模式D）概念模式）概念模式/概念模式概念模式答案：答案：B【例【例4-11】数据库三级模式体系结构的划分，】数据库三级模式体系结构的划分，有利于保持数据库的有利于保持数据库的_。答案答案 数据独立性数据独立性【例【例4-12】用树形结构表示实体之间联系】用树形结构表示实体之间联系的模型是的模型是_。（。（2005年年4月）月）A）关系模型）关系模型B）网状模型）网状模型C）层次模型）层次模型D）以上三个都是）以上三个都是答案答案 C【例【例4-13】“商品商品”与与“顾客顾客”两个实体两个实体集之间的联系一般是集之间的联系一般是_。（。（2006年
48、年4月）月）A）一对一）一对一B）一对多）一对多C）多对一）多对一D）多对多）多对多答案答案 D【例【例4-14】在】在E-R图中，用来表示实体的图图中，用来表示实体的图形是形是_。（。（2006年年4月）月）A）矩形）矩形B）椭圆形）椭圆形C）菱形）菱形D）三角形）三角形答案答案 A【例【例4-15】在下面列出的数据模型中，】在下面列出的数据模型中，_是概念数据模型。是概念数据模型。A）关系模型）关系模型B）层次模型）层次模型C）网状模型）网状模型D）实体）实体-联系模型联系模型答案答案 D【例【例4-16】在关系模型中，把数据看成是】在关系模型中，把数据看成是二维表，每一个二维表称为一个二
49、维表，每一个二维表称为一个_。（2006年年4月、月、2005年年4月）月）答案答案 关系关系【例【例4-17】一个关系表的行称为】一个关系表的行称为_。（2006年年9月）月）答案答案 元组元组【例【例4-18】如果在一个关系中，存在多个属性】如果在一个关系中，存在多个属性（或属性组）都能用来惟一标识该关系的元组，（或属性组）都能用来惟一标识该关系的元组，且其任何子集都不具有这一特性。这些属性（或且其任何子集都不具有这一特性。这些属性（或属性组）都被称为该关系的属性组）都被称为该关系的_。A）连接码）连接码B）主码）主码C）外码）外码D）候选码）候选码答案答案 D【例【例4-19】设属性】设
50、属性A是关系是关系R的主属性，则的主属性，则属性属性A不能取空值（不能取空值（NULL）。这是）。这是_。A）实体完整性规则）实体完整性规则B）参照完整性规则）参照完整性规则C）用户定义完整性规则）用户定义完整性规则D）域完整性规则）域完整性规则答案答案 A【例【例4-20】设有如下三个关系表】设有如下三个关系表下列操作中正确的是下列操作中正确的是_。（。（2006年年9月）月）A）T=RSB）T=RSC）T=RSD）T=R/S答案答案 C【例【例4-21】设有如下关系表】设有如下关系表:则下列操作中正确的是则下列操作中正确的是_。（。（2005年年9月）月）A）TRSB）TRSC）TRSD）