第四章_数据库系统

1、第四章 数据库系统 (红色：识记；蓝色：领会；黑色：理解) 4.1 数据库系统概述 4.1.1 数据模型 在数据库系统体系结构的三级结构中，模式是整个系统的核心和关键，而模式的主体就是数据模型。所以数据模型是数据库系统的核心和基础。1. 模型的概念 对现实世界事物特征的模拟和抽象就是这个事物的模型。数据模型也是一种模型，它是数据特征的抽象表示。作为模型应当满足：真实反映物质本身；容易被人理解；便于在计算机上实现。2. 概念模型 概念模型也称为信息模型。概念模型是从人堆现实世界的认识出发，根据建模的需要将具体的事物抽象为便于理解和研究的模型。（1）常用术语实体：客观存在，并且可以互相区别的事物。

2、它可以是具体的物件，也可以是抽象的概念，还可以是某种联系。属性：实体具有的每一个特性都称为一个属性。属性有“型” 和“值” 的概念，属性的名称(说明) 就是属性的“型”；对型的具体赋值就是属性的“值”。如学生有学号，姓名，性别 码：在众多属性中能够惟一标识(确定) 实体的属性或属性组的称为实体的码。 域：属性的取值范围称为该属性的域。 实体型：用实体名及描述它的各属性名，可以刻画出全部同质实体的共同特征和性质，它被称为实体型。 实体集：某个实体型下的全部实体，叫做实体集。 联系：一个实体集内部各实体之间的相互联系，叫做实体内。(2) 实体型之间的联系一对一联系（1:1），一对多联系（1：n），

3、多对多联系（m:n） （3）实体内部各属性之间的联系在一个实体集内部也存在着一对一、一对多和多对多的联系。（4）概念模型的表示方法概念数据模型的主要工具是E-R（实体-联系）模型，也称E-R图， E-R图主要由实体、属性和联系三个要素构成。在E-R图中使用的4种基本符号是 实体连接符属性联系概念模型和规范化 实体： 客观世界中存在的且可区分的事物。 联系： 客观事物之间的联系（三类-1：1，1：N，M:N） 属性： 实体或联系所具有的性质。教师姓名性别职称职务教师号教1课程N课程号课名学时学分学M学生N学号姓名性别系年级成绩3.数据模型 它分为逻辑数据模型和物理数据模型两类。 物理数据模型：是

4、用来描述数据的物理存储结构和存储方法的。它不但受数据库管理系统控制，而且与计算机存储器、操作系统密切相关。 逻辑数据模型：是用户通过数据库管理系统看到的现实世界，它描述了数据库数据的整体结构。逻辑模型通常由数据结构、数据操作和数据完整性约束三部分概念组成。数据结构是对系统静态特性的描述，人们一般以数据结构的类型来命名数据模型，如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。 (l) 层次模型。层次数据库的特点是实体之间按层次关系部定义。实体用记录(类型) 表示，实体的属性对应记录的数据项；实体之间的联系用有向连线表示。 层次模型以每个实体为结点，上层结点叫做父结点，下层结点叫做子结点。层次模型

5、像一棵倒置的树，最上层的结点没有双亲，称为根结点；最下层的结点没有子女，称为叶结点。所以层次模型是一种以记录类型为结点的有向树结构。 (2) 网状模型。由于层次模型还不能很好地表达实体间的复杂关系(多对多联系) ，于是又产生了网状模型，它很好地解决了实体间复杂关系的表达问题，但是它也有致命的弱点，即当需求扩展时，对原有数据结构及应用程序的修改会产生严重的后果。(3) 关系模型。关系模型以人们经常使用的表格形式作为基本的存储结构，通过相同关键字段来实现表格间的数据联系。 (4) 面向对象模型。4.1.2 关系模型与关系数据库 1.关系模型 关系模型是一种新的数据模型。它建立在集合论和谓词演算公式

6、的基础上。它提供的逻辑结构简单，数据独立性强，存取具有对称性、操纵灵活。 在数据库中的数据结构如果依照关系模型定义，就是关系数据库系统。关系数据库系统由许多不同的关系构成，其中每个关系就是一个实体，可以用一张二维表表示。 关系二维表中的术语解释如下： 关系(Relation)：一张二维表对应一个关系。 属性(Attribute)：表中每一列叫做一个属性，属性有名和值的区别。 元组(Topl)：由属性值组成的每一行叫做一个元组。 框架(rramework)：由属性名组成的表头称为框架(关系型)。 域(Domain)：每个属性的取值范围。 候选码(Candidate Key)：可以惟一确定的一个元

7、组的属性或属性组(可简称码)。 主码(Primary Key)：一个关系中往往会有多个候选码，可以指定一个为主码。 主属性(Primary Attribute)：可以作为候选码的属性也叫主属性。 非主属性(Non-key Attribute)：不能作为候选码的属性叫做非主属性。 关系模式：对关系的描述称为关系模式，常常记做: 关系名(属性1，属性2，属性3，属性n) 在关系模型中，不但实体用关系表示，而且实体之间的联系也用关系来表示。 2.关系模型的基本要求关系模型要求关系必须是规范化的，即要求每个关系必须满足一定的条件，其中最基本的一条就是，关系中每个分量必须是不可再分的基本项。 表格中每一

8、数据项不可再分，是基本项。 每一列数据有相同的类型，叫做属性。各列都有惟一的属性名和不同的属性值，列数可根据需要而设定。 每列的顺序是任意的。 每一行数据是一个实体诸多属性值的集合，叫做元组。一个表格中不允许有完全相同的行出现。 各行顺序可以是任意的。 3.关系的完整性 关系模型一般有三类完整性约束条件：（1）实体完整性关系中的主属性不能取空值，即包括主码在内的所有主属性都不能取空值。（2）参照完整性参照完整性规则：若参照关系中的外码与目标关系中的主码相对应，则参照关系中每个元组在外码上的每个属性值必须为空值，或者等于目标关系中某个元组的主码值，参照关系和被参照关系可以是同一个关系。（3）用户

9、定义完整性所谓用户定义的完整性就是由用户根据具体的应用环境，为某个关系数据库设定非约束条件。4.关系操作 关系数据模型的理论基础是集合论，每一个关系就是一个笛卡尔积的子集。假设集合A=a,b，集合B=0,1,2，则两个集合的笛卡尔积为(a,0),(a,1),(a,2),(b,0),(b,1), (b,2)。 (1) 传统集合运算。传统集合运算有并、交、差三种。 (2) 专门的关系运算。专门的关系运算主要有选择(筛选)、投影和连接三种。选择运算是对关系表中元组(行) 的操作，操作结果是找出满足条件的元组。其中，投影运算是对关系表中属性(列) 的操作，操作结果是找出关系中指定属性全部值的子集。 选

10、择运算和投影运算可以同时用一条命令来实现。 连接运算是对两个关系的运算，操作结果是找出满足连接条件的所有元组，并且拼接成一个新的关系。完善的关系数据库管理系统总是以数据操纵语言及结构化查询语言(SQL) ，来实现各种关系运算。 4.1.3数据规范化1. 规范化一般将关系范式划分为五个级别，分别成为一范式（1NF）、二范式（2NF）、三范式（3NF）、 BC范式（BCNF）、四范式（4NF）和五范式（5NF）。关系范式越高，数据库结构越好。范式：通常用范式定义消除数据的冗余度2. 数据规范化一个低一级范式的关系模式，可以通过分解转换为若干个高一级范式的关系模型的集合，这个改进提高的过程叫做数据规

11、范化。（1）建立一范式（问题较多）插入异常；删除、修改异常；数据冗余大。（2）解决方法消除关系模式中的不完全函数依赖和传递函数依赖。（3）建立二范式经过投影分解后，一范式的二维表消除部分函数依赖关系，新表达到二范式以上的条件，但仍然有问题：插入异常；删除异常；冗余太大。（4）建立三范式仍需投影分解方式。一范式的一个关系经过多次投影分解操作以后，范式水平逐渐提高，最后达到了三范式，同时一个关系被分解为多个关系，这些关系之间可以靠同名属性进行联系。这种分解过程是无损的、可逆的，如按照同名属性合并，还可以还原为一个关系。4.1.4 数据库的安全性 数据库具有的防止非法用户闯入，或合法用户非法使用造成

12、数据泄露、更改或破坏的功能叫做数据库安全性。对于数据库系统来说，常用的安全措施主要有1. 身份验证输入用户名或用户标识号作为用户身份。系统核对用户输入的口令，以口令的正确与否最后确认用户的身份。2. 存取控制 事先为每个用户定义好访问权限。存取权限有两个要素构成，一个是数据对象，另一个使操作类型。 4.2.1 结构化查询语言SQL概述 SQL（Structured Query Language，即结构化查询语言）是一种十分重要的标准关系数据库语言，其主要功能是数据查询。1. SQL语言的特点 没有基本程序结构语句，每一条命令功能强大、操作简单。2. SQL语言的使用SQL语言可以直接用命令形式

13、以交互方式使用，也可以嵌入其他语言程序命令行中，以程序的方式使用。本节将主要通过SQL Server 2000和VFP数据库管理系统的SQL语言来介绍创建、操纵和管理数据库的基本命令和方法。4.2数据库管理系统中的数据库管理系统中的SQL语言语言3.SQL数据库术语表：具体差别见p132表4-13数据库：一个关系数据库中包含若干个关系。索引：依据数据表中某个关键字或关键字表达式值的顺序，使数据表中的记录有序排列的一种技术。关键字：作为创建索引的表达式一般叫做关键字。视图：一种特殊类型的表，往往由一个或多个表中的部分字段或部分记录导出，但视图不会被作为一个完整的数据集合存在存储器中。视图可以称为

14、“虚表”或逻辑表，但是用户完全可以把它当作实体数据使用。4.2.2 数据库的定义 在SQL Server 2000 中可以直接用SQL语句定义数据库。在VFP中没有直接创建数据库的SQL命令。4.2.3 数据库的管理1.显示数据库2.配置数据库3.重新命名4.删除数据库1. 数据类型2.语句命令格式4.2.4 数据表的定义 4.2.5 数据表的管理1. 查看表结构2. 修改表结构3. 表的删除4. 数据的插入5. 数据的更新6. 数据的删除4.2.6 索引的建立与删除1. 索引的种类2. 索引的创建3. 索引的删除4.2.7 视图的定义与删除1. 定义视图：单表视图、多表视图2. 视图的删除4

15、.2.6 索引的建立与删除4.2.7 视图的定义与删除4.3 SQL语言的数据查询功能 系统规划的可行性研究的工作内容是进行初步调查，综合考察企业和环境状况，信息处理状况和问题，建立新系统的资源的状况，以及企业领导和管理人员对建立新系统的支持程度等情况。明确原系统存在的问题、新系统的目标与范围，对系统的执行性规划进行审定和可行性分析，初步评价解决问题的几种设想和方案，对是否有必要建立一个新的管理信息系统而提出建议。 4.3.1 简单查询 初步调查是可行性分析的基础。可行性分析小组需调查的内容主要有以下几个方面： l.企业和环境概况 它包括企业发展历史、发展目标和经营战略、规模、产品结构和水平、

16、技术水平、经济实力、人员数量及结构、设备情况、组织机构、地理分布、客户特点及分布、国家对企业发展的有关政策、同行业发展情况、竞争对手情况、产品市场动态等。 2.信息处理状况 它主要指调查企业固定信息与流动信息量、信息处理的过程与能力、人员状况、技术条件(包括计算机应用情况) 、工作效率等基本情况。在此基础上进一步了解现行系统存在哪些问题、哪些方面不能满足用户的需求、哪些是关键问题、用户的真实要求等。 3.开展系统开发的资源情况 为建立新的计算机管理信息系统，企业可以或者准备投入的资金、物力、人力以及其来源的情况。 4.企业领导和各职能部门负责人对系统目标和范围的看法，对系统开发工作的态度。 4

17、.3.2高级查询 系统规划方案的可行性应从经济方面、技术方面、系统运行方面进行分析和评价。 1.经济的可行性 它主要是指进行系统的投资/效益分析。新系统的投资包括硬件、系统软件、辅助设备费、机房建设和环境设施、系统开发费、人员培训费、运行费等。 系统的效益主要从改善决策、提高企业竞争力、加强计划和控制、快速处理信息、改善顾客服务、减少库存、提高生产效率等方面取得。将初步算出的新系统可能获得的年经济收益，与系统投资相比较，从而估算出投资效果系数和投资回收期。根据估算的直接经济效果和各种间接效益，评价新系统经济上的可行性。 。 2.技术的可行性 评价总体方案所提出的技术条件如计算机硬件、系统软件的配置、网络系统性能和数据库系统等，能否满足新系统目标的要求，并对达到新系统目标的技术难点和解决方法的可行性进行分析。 此外，还应分析开发和维护系统的技术力量，不仅考虑技术人员的数量，更应考虑他们的经验和水平。 3.系统运行的可行性 根据可行性分析结果，提出可行性研究报告，其主要内容包括： 现行系统概况，包括企业目标、规模、组织结构人员、设备、效益等。 1)现行信息系统存在的主要问题和主要信息需求。 2)拟建系统的规划方案。 3)经济可行性分析包括