二级公共基础之数据库设计基础(全国计算机等级考试实用教程).ppt

二级公共基础知识 第4章 数据库设计基础 内容提要 n数据库的基本概念：数据库，数据库管理 系统，数据库系统。 n数据模型，实体联系模型及E-R图，从E-R 图导出关系数据模型。 n关系代数运算，包括集合运算及选择、投 影、连接运算。 n数据库设计方法和步骤：需求分析、概念 设计、逻辑设计和物理设计的相关策略。 2 4.1 数据库系统的基本概念 4.1.1 数据、数据库、数据库管理系统(续) n1数据 n数据 n描述事物的符号记录，用物理符号记录下来的可以鉴别的信 息 n物理符号：数字、文字、图形、图像声音及其他特殊符号。 n多种表现形式：数字化 n计算机中数据分为两部分： n临时性数据 n持久性数据 n数据有型（Type）与值（Value）之分 n型：数据表示的类型，如整型、实型、字符型等 n值：给出了符合给定型的值 4 4.1.1 数据、数据库、数据库管理系统(续) n2数据库 n数据库Database，简称DB n数据的集合，具有统一的结构形式并存放于统一的存 储介质内，是多种应用数据的集成，并可被各个应用 程序所共享 n按数据所提供的数据模式存放的 n特点： n较小的冗余度 n较高的数据独立性 n易扩展性 n为多个用户所共享 5 4.1.1 数据、数据库、数据库管理系统(续) n3数据库管理系统 n数据库管理系统Database Management System，简称DBMS n数据库的管理机构，职能是有效地组织、存储、获取 和管理数据，接受及完成用户提出的访问数据的各种 请求 n数据库系统的核心 nDBMS的功能 n数据模式定义 n数据存取的物理构建 n数据操纵。 n数据的完整性、安全性定义与检查 n数据库的并发控制与故障恢复 n数据的服务 6 4.1.1 数据、数据库、数据库管理系统(续) n3数据库管理系统 n数据库语言 n数据定义语言DDL n数据操纵语言DML n数据控制语言DCL n数据语言的使用 n交互式命令语言 n宿主型语言 n常见的DBMS nORACLE、Sybase的PowerBuilder、IBM的DB2、微软 的SQL Server n微软的Visual FoxPro、Access，功能简单 7 4.1.1 数据、数据库、数据库管理系统(续) n4数据库管理员 n数据库管理员Database Administrator ，简称DBA n对数据库的规划、设计、维护、监视等的人 员 n其主要工作有： n数据库设计 n数据库维护 n改善系统性能，提高系统效率 8 4.1.1 数据、数据库、数据库管理系统(续) n5数据库系统 n数据库系统Database System，简称DBS n拥有数据库技术支持的计算机系统 n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 n组成： n数据库（数据） n数据库管理系统（软件） n数据库管理员（人员） n硬件平台：计算机和网络 n软件平台：操作系统、数据库系统开发工具、接口软件 9 4.1.1 数据、数据库、数据库管理系统(续) 6数据库应用系统 数据库应用系统Database Application System，简称 DBAS 组成：数据库系统+应用软件+应用界面 10 4.1.2 数据库系统的发展 n人工管理阶段 11 4.1.2 数据库系统的发展 n文件系统阶段 12 4.1.2 数据库系统的发展 n数据库系统阶段 13 4.1.3 数据库系统的基本特点 n数据的集成性 n数据的高共享性与低冗余性 n数据独立性 n物理独立性 n逻辑独立性 n数据统一管理与控制 n数据的完整性检查： n数据的安全性保护 n并发控制 14 4.1.4 数据库系统的内部结构体系 n三级模式 n概念级模式 n内部级模式 n外部级摸式 n二级映射 n概念级到内部级的映 射 n外部级到概念级的映 射 15 4.1.4 数据库系统的内部结构体系 nl数据库系统的三级模式 n概念级模式 n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 n一个数据库只有一个概念模式 n内部级模式 n又称物理模式 n数据库物理存储结构与物理存取方法 n对一般用户是透明的，直接影响数据库的性能 n一个数据库只有一个内模式。 n外部级摸式 n也称子模式或用户模式 n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 n用户的数据视图 n一个数据库可以有多个外模式 16 4.1.4 数据库系统的内部结构体系 n2数据库系统的两级映射 n概念模式内模式的映射 n存在于概念级和内部级之间 n实现了概念模式到内模式之间的相互转换 n保证数据具有很高的物理独立性 n外模式概念模式的映射： n存在于外部级和概念级之间 n实现了外模式到概念模式之间的相互转换 n保证数据具有较高的逻辑独立性 17 4.2 数据模型 4.2.1 数据模型的基本概念 n数据模型，是对现实世界中数据的模拟和抽象 。 n数据模型的分类 n概念模型：现实世界在人脑中的反映； n逻辑模型：按计算机系统的观点对数据建模； n物理模型：反映数据的存储结构。 n数据模型的组成要素 n数据结构：所研究的对象类型的集合； n数据操作：对数据库中各种对象的值允许执行操作的 集合； n数据的约束条件：一组完整性规则的集合。 19 4.2.2 E-R模型 n1.基本概念 n实体 n属性 n联系 n一对一（1：1） n一对多（1：M或M：1） n多对多（M：N） n2.三个基本概念之间的联接关系 n实体集与属性间的联接关系 n实体与联系 20 4.2.2 E-R模型 3E-R型的图示法 实体集：用矩形表示 属性：用椭圆形表示 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 实体集与联系间的联接关系：用无向线段表示 21 4.2.3 层次模型 n一种树形结构 n数据结构比较简单，操 作简单 n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 n可以提供良好的完整性 支持 n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 22 4.2.4 网状模型 n一个不加任何条件限制 的无向图 n优于层次模型 n使用时设计系统内部的 物理因素较多，用户操 作不方便，其数据模式 与系统实现不甚理想 23 4.2.5 关系模型 1关系的数据结构 学号姓名性别出生年月籍贯 20054102张洁然男07-07-87上海 20054103李一明男05-01-86安徽合肥 20069301王文燕女11-06-88山东青 岛 20069302刘 宏男10-17-87江苏南京 属性 元组 表框架 24 4.2.5 关系模型 n主要术语 n关系：一个关系就是一张二维表 n元组：表中的一行 n属性：表中的一个列 n属性域：属性的取值范围 n分量：元组中的一个属性值 n主码：唯一地标识表中一个元组，主码属性不能取空值 n外部关键字：与另一个关系的关键字相对应的属性组 n关系模式：对一个关系的结构描述 关系名( 属性1, 属性2, , 属性n ) 25 4.2.5 关系模型 n关系的性质 n元组个数有限性 n元组的惟一性 n元组的次序无关性 n元组分量的原子性 n属性名惟一性 n属性的次序无关性 n分量值域的同一性 26 4.2.5 关系模型 n2关系操纵 n数据查询 n数据删除 n数据插入 n数据修改 27 4.2.5 关系模型 n3数据完整性约束 n实体完整性约束 n主键中属性值不能为空值 n参照完整性约束 n实体及实体间的联系 n用户定义的完整性约束 n具体应用要求来定义的约束条件 28 4.3 关系代数 4.3 关系代数 n1.关系模型的基本操作 n四种基本操作 n插入、删除、修改和查询 n进一步分解成六种基本操作 n关系的属性指定 n关系的元组的选择 n两个关系的合并 n关系的查询 n关系元组的插入 n关系元组的删除 30 4.3 关系代数 n2传统的集合运算 n关系代数是以对关系的集合运算为基础，分 为传统的集合运算和专门的关系运算，其运 算对象是关系，运算结果也是关系。 n传统的集合运算包括并、交、差、广义笛卡 尔积四种运算。其中并、交、差要求参与运 算的两个关系的属性个数相同，且相应的属 性出自同一个域；广义笛卡尔积则无此限制 。 31 4.3 关系代数 n（1）并（Union） n关系R和S具有相同的关系模式，R和S的并是 由属于R或属于S的元组构成的集合。可表示 为： n（2）差（Difference） n关系R和S具有相同的关系模式，R和S的差是 由属于R但不属于S的元组构成的集合。可表 示为： 32 4.3 关系代数 n（3）交（Intersection） n关系R和S具有相同的关系模式，R和S的交是由属于 R且属于S的元组构成的集合。可表示为： n（4）广义笛卡尔积 n设关系R和S的属性个数分别为n、m，则R和S的广 义笛卡尔积是一个有（n+m）列的元组的集合。每 个元组的前n列来自R的一个元组，后m列来自S的一 个元组，记为RS。 33 4.3 关系代数 n例：有两个关系R和S，分别进行并、差、交和广义笛卡尔积运算。 34 4.3 关系代数 n3专门的关系运算 n（1）选择（Selection） n在关系中选择满足某些条件的元组，即消去某些 行，可表示为： n（2）投影（Projection） n在关系中选择某些属性列，即消去某些列，可表 示为： 35 4.3 关系代数 n例：在学生关系中 n查询1980年以后出生的学生名单，表达式为 ： n查询所有学生的“姓名”、“性别”，表达式为 ： 36 4.3 关系代数 n（3）连接（Join） n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。可表示为： n其含义是，从关系R和S的广义笛卡尔积RS中选取R关系在A 属性组上的值与S关系在B属性组上的值满足比较关系的元组 。 n1）等值连接：当连接条件中的比较运算符为“=” 。可表示为 ： n2）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R和 S具有相同属性组B，则自然连接可记作： n 37 4.3 关系代数 n例如，有两个关系R和S n关系T：条件为“R.学号S.学号”的连接运算 n关系U：条件为“R.学号=S.学号”的等值连接 n关系V：进行自然连接 38 4.3 关系代数 39 4.3 关系代数 n（4）除（Division） n笛卡尔乘积的逆运算 40 4.4 数据库设计与管理 4.4.1 数据库设计概述 n设计一个能满足用户要求，性能良好的数据库 n基本任务：根据用户对象的信息需求、处理需 求和数据库的支持环境设计出数据模式 n两种方法： n以信息需求为主，兼顾处理需求（面向数据的方法） n以处理需求为主，兼顾信息需求（面向过程的方法） n面向数据的设计方法已成为主流方法 42 4.4.1 数据库设计概述 n一般采用生命周期法， 分若干阶段 n需求分析阶段 n概念设计阶段 n逻辑设计阶段 n物理设计阶段 n编码阶段 n测试阶段 n运行阶段 n进一步修改阶段 n在数据库设计中采用前 四个阶段，并且重点以 数据结构与模型的设计 为主线 43 4.4.2 数据库设计的需求分析 n任务：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新系统的功能 n重点：是“数据”和“处理” n方法：结构化分析方法、和面向对象的方法 n对数据库设计来讲，数据字典是进行详细的数 据收集和数据分析所获得的主要结果 n数据字典是在需求分析阶段建立，在数据库设 计过程中不断修改、充实、完善的 44 4.4.3 数据库概念设计 n概念设计的方法 n集中式模式设计法 n视图集成设计法 n数据库概念设计的过程 n选择局部应用 n视图设计： n三种方法：自顶向下、由底向上、由内向外 n视图集成:解决局部设计中的冲突 n命名冲突 n概念冲突 n域冲突 n约束冲突 45 4.4.4 数据库的逻辑设计 n任务 n概念模型进一步转化成相应的数据模型 n主要步骤 n从E-R图向关系模式转换 n逻辑模式规范化及调整、实现 n关系视图设计 46 4.4.5 数据库的物理设计 n主要目标: n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 存储空间 n物理设计的内容: n索引设计 n集簇设计 n分区设计 47 4.4.6 数据库管理 n数据库的建立 n数据模式的建立 n数据加载 n数据库的调整 n数据库的重组 n数据库安全性控制与完整性控制 n数据库的故障恢复 n数据库监控 48 典型考题分析 n【例4-1】数据库技术的根本目标是要解 决数据的_。（2006年9月） A）存储问题 B）共享问题 C）安全问题 D）保护问题 n答案 B 50 n【例4-2】数据库DB，数据库系统DBS，数 据库管理系统DBMS之间的关系是_。 （2006年4月） A）DB包含DBS和DBMS B）DBMS包含DB和DBS C）DBS包含DB和DBMS D）没有任何关系 n答案 C 51 n【例4-3】数据库系统的核心是_。 （2005年9月） A）数据模型B）数据库管理系统 C）数据库D）数据库管理员 n答案 B 52 n【例4-4】DBA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DBA职 责的是_。 A）定义数据库的存储结构和存取策略 B）定义数据库的结构 C）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 n答案 D 53 n【例4-5】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 ，其中数据独立性最高的阶段是_。 （2005年9月） n答案 数据库系统 54 n【例4-6】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_ 。（2005年4月） A）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 C）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 n答案 D 55 n【例4-7】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_。（ 2006年4月） n答案 物理独立性 56 n【例4-8】在数据库系统中，用户所见的 数据模式为_。（2006年9月） A）概念模式 B）外模式 C）内模式 D）物理模式 n答案 B 57 n【例4-9】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_。 A）内模式 B）外模式 C）概念模式 D）子模式 n答案 C 58 n【例4-10】数据库的3级模式之间存在映 射关系正确的是_。 A）外模式/内模式 B）外模式/概念模式 C）外模式/外模式 D）概念模式/概念模式 n答案：B 59 n【例4-11】数据库三级模式体系结构的划 分，有利于保持数据库的_。 n答案 数据独立性 60 n【例4-12】用树形结构表示实体之间联系 的模型是_。（2005年4月） A）关系模型 B）网状模型 C）层次模型 D）以上三个都是 n答案 C 61 n【例4-13】“商品”与“顾客”两个实体 集之间的联系一般是_。（2006年4 月） A）一对一 B）一对多 C）多对一 D）多对多 n答案 D 62 n【例4-14】在E-R图中，用来表示实体的 图形是_。（2006年4月） A）矩形 B）椭圆形 C）菱形 D）三角形 n答案 A 63 n【例4-15】在下面列出的数据模型中， _是概念数据模型。 A）关系模型B）层次模型 C）网状模型D）实体-联系模型 n答案 D 64 n【例4-16】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_。 （2006年4月、2005年4月） n答案 关系 65 n【例4-17】一个关系表的行称为_。 （2006年9月） n答案 元组 66 n【例4-18】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 ，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_。 A）连接码 B）主码 C）外码 D）候选码 n答案 D 67 n【例4-19】设属性A是关系R的主属性，则 属性A不能取空值（NULL）。这是_ 。 A）实体完整性规则 B）参照完整性规则 C）用户定义完整性规则 D）域完整性规则 n答案 A 68 n【例4-20】设有如下三个关系表 下列操作中正确的是_。（2006年9月） A）T=RSB）T=RS C）T=RSD）T=R/S