大学计算机基础-09数据库基础

第9章 数据库基础9.1数据库系统的基本概念9.2数据模型9.3关系代数9.4数据库设计习题2/5/202311．数据数据（Data）实际上就是描述事物的符号记录。

2．数据库数据库（Database，简称DB）是数据的集合，它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。

9.1数据库系统的基本概念

9.1.1数据、数据库、数据库管理系统

2/5/202323．数据库管理系统

数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）是数据库的机构，它是一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等。

数据库管理系统是数据库系统的核心。2/5/20233数据库管理系统提供：

数据定义语言（DataDefinitionLanguage简称DDL）。该语言负责数据的模式定义与数据的物理存取构建。

数据操纵语言（DataManipulationsLanguage简称DML）。该语言负责数据的操纵，包括查询及增、删、改等操作。数据控制语言（DataControlLanguage。简称DCL）。该语言负责数据完整性、安全性的定义与检查以及并发控制、故障恢复等功能。

2/5/202344．数据库管理员由于数据库的共享性，因此对数据库的规划、设计、维护、监视等需要有专人管理，称他们为数据库管理员（DatabaseAdministrator简称DBA）。5．数据库系统

数据库系统（DatabaseSystem简称DBS）由如下几部分组成：数据库（数据）、数据库管理系统（软件）、数据库管理员（人员）、系统平台之一——硬件平台（硬件）、系统平台之二——软件平台（软件）。这五个部分构成了一个以数据库为核心的完整的运行实体，称为数据库系统。2/5/202356．数据库应用系统（DatabaseApplicationSystem简称DBAS)利用数据库系统进行应用开发可构成一个数据库应用系统，数据库应用系统是数据库系统再加上应用软件及应用界面这三者所组成，具体包括：数据库、数据库管理系统、数据库管理员，硬件平台、软件平台、应用软件、应用界面。

2/5/20236数据管理经历了三个阶段：人工管理阶段：硬件无磁盘，直接存取。文件系统阶段：简单的数据共享与数据管理能力。数据库系统阶段：统一管理与共享数据。

9.1.2数据库系统的发展2/5/202379.1.3数据库系统的基本特点1．数据的集成性：在数据库系统中按照多个应用的需要组织全局的统一的数据结构（即数据模式）。2．数据的高共享性与低冗余性。3．数据独立性：（1）物理独立性（2）逻辑独立性

2/5/202384．数据统一管理与控制：包含以下三个方面：（l）数据的完整性检查:数据的正确性；（2）数据的安全性保护：防止非法访问；（3）并发控制：控制多个程序同时访问。2/5/202399.1.4数据库系统的内部结构体系三级模式：外部级模式；概念级模式；内部级模式。二级映射：外部级到概念级的映射；概念级到内部级的映射。2/5/202310应用外模式（用户数据库）应用外模式（用户数据库）应用外模式（用户数据库）概念模式（概念数据库）内模式（物理数据库）数据库外模式—概念模式映射概念模式—内模式映射DBA视图用户视图系统程序员视图2/5/2023119.2数据模型9.2.1数据模型的基本概念

数据模型是数据特征的抽象，数据模型可将现实世界要求反映到数据库中的物理结构上。

现实世界：需用数据库实现部分需求。信息世界：对现实世界进行抽象所构成的逻辑模型。计算机世界：将信息世界描述转化成计算机物理结构上的描述，从而形成物理模型。2/5/202312数据模型所描述的内容有三个部分，它们是数据结构、数据操作与数据约束。（1）数据结构：主要描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系等。（2）数据操作：主要描述在相应数据结构上的操作类型与操作方式。（3）数据约束：主要描述数据结构内数据间的语法、语义联系，它们之间的制约与依存关系。2/5/202313数据模型按不同的应用层次分成三种类型：

概念数据模型（概念模型）：面向用户，与具体的数据库管理系统无关。

逻辑数据模型（数据模型）:面向数据库系统。物理数据模型（物理模型）：面向计算机物理表示。

2/5/2023149.2.2E-R模型

E-R模型（entity-relationshipmodel）（实体联系模型）

1.E-R模型的基本概念（l）实体实体是概念世界中的基本单位，它们是客观存在的且又能相互区别的事物。实体集（entityset）：有共性的实体组成的集合。2/5/202315（2）属性属性刻画了实体的特征。（3）联系实体集间关系。有下面几种：一对一的联系（1：1）；一对多或多对一联系（1：M或M:1）；多对多联系（M:N）。2/5/2023162.E-R模型三个基本概念之间的联接关系E-R模型由上面三个基本概念组成。由实体、联系、属性三者结合起来才能表示现实世界。2/5/2023173.E-R模型的图示法E-R模型可用图表示，这种图称为E-R图。（1）实体集表示法：用矩形表示实体集。

（2）属性表示法：用椭圆形表示属性。（3）联系表示法：菱形表示联系。2.E-R模型三个基本概念之间的联接关系由实体、联系、属性三者结合起来才能表示现实世界。2/5/202318举例：假设在教学中有三个实体：学生（学号，姓名，专业，年龄，性别）教师（职工号，姓名，职称，年龄）课程（课程号，课程名，学分，学时）两个联系：选课（学号，课程号）教课（职工号，课程号）2/5/2023199.2.3层次模型层次模型是最早发展起来的数据库模型。2/5/2023209.2.4网状模型网状模型的出现略晚于层次模型，2/5/2023219.2.5关系模型1．关系的数据结构关系模型采用二维表来表示，简称表。二维表由表框架及表的元组组成。表框架由n个命名的属性组成，n称为属性元数。每个属性有一个取值范围称为值域。一个元组是由n个元组分量所组成。一个表框架可以存放m个元组，m称为表的基数。

上述二维表称为关系（Relation)，以二维表为基本结构所建立的模型称为关系模型。学号姓名性别出生日期籍贯民族0403101张平男02/18/86辽宁汉0403102王芳女10/25/86陕西汉0403103刘岩男08/16/87吉林朝0403104高丽女06/10/85广西壮2/5/202322二维表的性质：①元组个数有限性。②元组的惟一性。③元组的次序无关性。④元组分量的原子性。⑤属性名惟一性。⑥属性的次序无关性。⑦分量值域的同一性。学号姓名性别出生日期籍贯民族0403101张平男02/18/86辽宁汉0403102王芳女10/25/86陕西汉0403103刘岩男08/16/87吉林朝0403104高丽女06/10/85广西壮2/5/202323在二维表中凡能惟一标识元组的最小属性集称为该表的键（主键）或码（主码）。表R中的某属性集是某表S的键，则称该属性集为R的外键或外码。关系框架与关系元组构成了一个关系。一个语义相关的关系集合构成一个关系数据库。关系的框架称为关系模式，而语义相关的关系模式集合构成了关系数据库模式。关系模式支持子模式，关系子模式对应用户数据库称视图。2/5/2023242．关系操纵关系模型的数据操纵即是建立在关系上的数据操纵，一般有查询、增加、删除及修改四种操作。

3．关系中的数据约束（l）实体完整性约束；（2）参照完整性约束；（3）用户定义的完整性约束。

2/5/2023259.3.1关系模型的基本操作设n元关系R有n个域:D1,D2，…，Dn

其笛卡尔积是：D1×D2×…×Dn

该集合的元素为：(d1,d2，…，dn）di∈Di该集合与n元关系R有如下联系：

ABC100276.388.1100388.255.0100498.578.0关系模型有插入、删除、修改和查询四种操作9.3关系代数2/5/2023269.3.2关系模型的基本运算

ABC100243100354100444ABC100243100555（1）插入设有关系R需插入的元组为R′则插入可用集合并运算表示为：RUR′

R′R（2）删除设有关系R需删除的元组为R′则删除可用集合差运算表示为：R-R′

2/5/202327（3）修改要修改关系R内的元组可用下面的方法实现：①设要修改的元组构成关系R′，则先做删除得：R－R′②设修改后的元组构成关系R"，此时将其插入即得到结果：（R－R′)∪R"ABC100243100354100444ABC100243R′RABC100255R"2/5/202328用于查询的一些操作无法用传统的集合运算表示，需要引入一些新的运算。①投影（Projection）运算关系RABC100235100323100456AB1002310032100452/5/202329②选择（selection）运算关系RABC100235100323100456ABC1002351004562/5/202330③笛卡尔积（CartesianProduct）运算XY2332ABCXY100213152310021315321003121323100312133210041516231004151632SR×SABC100213151003121310041516则R与S的笛卡尔积R×S是一个n+m元关系，元组个数是p×q。R设n元关系R有p个元组，m元关系S有q个元组，2/5/2023319.3.3关系代数中的扩充运算扩充运算有交、除、连接及自然连接等。这些运算可由基本运算导出。1.交运算关系R与S的交运算为R∩S。注：R∩S=R-(R-S)AB100241003510044RAB1002410055SAB10024R∩S

2/5/2023322.除（division）运算当关系T＝R×S时，则可将除运算写成为：T÷R=S或T/R=SS称为T除以R的商（quotient）。XY2332ABCXY100213152310021315321003121323100312133210041516231004151632ST=R×SABC100213151003121310041516R2/5/2023333.连接（join）与自然连接（naturaljoin）运算设有关系R、S以及比较式iθj，则R、S的θ连接记为：R∣×∣Siθj其含义为：R∣×∣S=σiθj(R×S)iθjAB100241003510044RCD1002310055SABCD10035100231004410023R∣×∣S

A>C2/5/202334自然连接：①两关系间有公共域；②通过公共域的相等进行连接。AB100241003510044RCD1002310055SABD100243R∣×∣S

A=C2/5/2023359.4数据库设计9.4.1数据库设计概述2/5/2023369.4.2数据库设计的需求分析①信息要求。指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质。②处理要求。指用户要完成什么处理功能。③安全性和完整性的要求。

2/5/2023379.4.3数据库概念设计1.数据库概念设计概述目的：分析数据间内在语义的关联，在此基础上建立一个数据的抽象模型。方法：（l）集中式模式设计法（2）视图集成设计法2/5/2023382．数据库概念设计的过程使用E-R模型与视图集成法进行设计时，需要按以下步骤进行：(1)选择局部应用：由数据流图，设计E-R图(2)视图设计：（三种形式）①自顶向下②由底向上③由内向外(3)视图集成2/5/2023399.4.4数据库的逻辑设计1．从E-R图向关系模式转换数据库的逻辑设计主要工作是将E-R图转换成指定RDBMS中的关系模式。实体（实体集）与联系可表示成关系，属性可表示成关系中的属性。如图所示：2/5/202340学号姓名专业年龄性别选课职工号姓名职称年龄教课2/5/2023412．逻辑模式规范化及调整、实现3．关系视图设计（外模式设计）2/5/2023429.4.5数据库的物理设计数据库物理设计的主要目标是对数据库内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度及有效利用存储空间。2/5/2023439.4.6数据库的建立与维护1．数据库的建立2．数据库的运行和维护2/5/202344选择题1．数据库系统的核心是（）。A）数据库B）数据库管理系统C）数据模型D）软件工具答案：B2/5/202345选择题2．下列有关数据库的描述，正确的是（）。A)数据库是一个DBF文件 B)数据库是一个关系C)数据库是一个结构化的数据集合 D)数据库是一组文件答案：C2/5/202346选择题3．下列叙述中，不属于数据库系统的是（）。A)数据库 B)数据库管理系统C)数据库管理员D)数据库应用系统答案：D2/5/202347选择题4．在数据管理技术的发展过程中，经历了人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。其中数据独立性最高的阶段是（）。A）人工管理阶段B）文件系统阶段C）数据库系统阶段D）以上皆是答案：C2/5/202348选择题5．下述关于数据库系统的叙述中正确的是（）。A）数据库系统减少了数据冗余B）数据库系统避免了一切冗余C）数据库系统中数据的一致性是指数据类型一致D）数据库系统比文件系统能管理更多的数据答案：A2/5/202349选择题6．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答案：C2/5/202350选择题7．数据库管理系统DBMS中用来定义模式、内模式和外模式的语言为（）。A)C B)BasicC)DDL D)DML答案：C2/5/202351选择题8．公司中有多个部门和多名职员，每个职员只能属于一个部门，一个部门可以有多名职员，从职员到部门的联系类型是（）。A)多对多 B)一对一C)多对一D)一对多答案：C2/5/202352选择题9．用树形结构来表示实体之间联系的模型称为（）。A）关系模型B）层次模型C）网状模型D）数据模型答案：B2/5/202353选择题10．关系表中的每一横行称为一个（）。A）元组B）字段C）属性D）码答案：A2/5/202354选择题

11．按条件f对关系R进行选择，其关系代数表达式是（）。A)RRB)RRC)σf(R)D）f(R)

答案：C2/5/202355选择题12．关系数据库管理系统能实现的专门关系运算包括（）。A）排序、索引、统计B）选择、投影、连接C）关联、更新、排序D）显示、打印、制表答案：B2/5/202356选择题13．在关系数据库中，用来表示实体之间联系的是（）。A）树结构B）网结构C）线性表D）二维表答案：D2/5/202357选择题14．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答案：A2/5/202358选择题15．将E-R图转换到关系模式时，实体与联系都可以表示成A）属性B）关系C）键D）域答案：B2/5/202359选择题16．下列有关数据库的描述，正确的是（）。A)数据