交通运输信息管理第2章

第二章信息系统数据库

2.1数据库系统基础知识2.2信息系统中的关系数据库2.3信息系统中的数据仓库2.4数据库设计☆☆2.1数据库系统基础知识2.1.1数据库的基本概念2.1.2数据模型数据库系统：是由计算机系统、数据、数据库管理系统和有关人员组成的具有高度组织的总体：计算机系统数据库数据库管理系统（DBMS）人员：数据库管理人员、系统程序员和用户。2.1.1数据库的基本概念2.1.1数据库的基本概念

数据库相关概念数据库系统：引入了数据库技术后的计算机系统。由5部分构成：硬件系统数据库集合（DB）数据库管理系统（DBMS）数据库管理员(DBA)用户数据库：就是利用计算机存储和管理数据所建立的数据集合，是由一个互相关联的数据集合和一组用以访问这些数据的程序组成。是以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合，它以最佳的方式，最小的数据冗余为多种应用服务，程序与数据具有较高的独立性。核心是数据管理（收集、分类、组织、编码、存储、检索和维护等）；是某个企业、组织或部门所涉及数据的综合，不仅反映数据本身的内容，而且反映数据之间的联系。2.1.1数据库的基本概念数据库应完成的工作：建立数据模型（对客观事物及其联系的数据描述）有组织地存储数据设定访问权限建立完善的数据管理体系（数据安全性、完整性，并发控制，灾难恢复等）2.1.1数据库的基本概念数据库的发展：20世纪60年代早期：文件系统20世纪60年代中期：数据管理软件20世纪60年代后期：关系数据库20世纪80年代：面向对象的数据库20世纪90年代初：数据仓库、OLAP和数据挖掘等决策支持技术有很大发展2.1.1数据库的基本概念数据库的发展：2.1.1数据库的基本概念面向对象数据库系统分布式数据库系统数据库管理文件系统人工管理独立性越来越高，使用越来越方便，技术越来越复杂2.1.1数据库的基本概念人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段背景应用背景科学计算科学计算、管理大规模管理硬件背景无直接存取存储设备磁盘、磁鼓大容量磁备盘软件背景没有操作系统有文件系统有数据库管理系统处理方式批处理联机实时处理、批处理联机实时处理、分布处理、批处理特点数据的管理者用户（程序员）文件系统数据库管理系统数据面向的对象某一应用程序某一应用现实世界数据的共享程度无共享，冗余度极大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小数据的独立性不独立，完全依赖于程序独立性差具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的结构化无结构记录内有结构，整体无结构整体结构化，用数据模型描述数据控制能力应用程序自己控制应用程序自己控制由数据库管理系统提供数据安全性、完整性、并发控制和恢复能力数据库的特点：数据和程序的独立性高；数据冗余小，共享度高，易扩充数据结构化统一的数据控制功能数据的组织面向系统，针对系统全局应用，数据的共享度高对数据进行管理、操作的功能强。2.1.1数据库的基本概念数据模型的类型：数据模型是对客观事物及其联系的数据化描述，是描述数据、数据关系、数据语义以及一致性约束的概念工具的集合；逻辑层面的数据库设计方法；数据库系统支持的数据模型主要有三种：层次模型、网状模型和关系模型。2.1.2数据模型2.1.2数据模型数据模型：反映实体及其实体间联系的数据组织的结构和形式。是数据库管理系统用来表示实体及其联系的方法，是从现实世界到机器世界的一个中间层次。数据模型所描述的三部分内容数据结构：数据结构是所研究的对象类型的集合，描述系统的静态特性。数据操作：对数据库中各种对象允许执行的操作集合，描述系统的动态特性。数据的约束条件：数据的约束条件是一组完整性规则的集合，保证数据的正确、有效和相容。

2.4.3数据库设计内容和方法数据模型分类概念数据模型：简称概念模型，是对客观世界复杂事物的结构描述及它们之间的内在联系的刻画。概念模型主要有：E-R模型(实体联系模型)、扩充的E-R模型、面向对象模型及谓词模型等。逻辑数据模型：又称数据模型，是一种面向数据库系统的模型，该模型着重于在数据库系统一级的实现。逻辑数据模型主要有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。（不同数据模型对应不同数据库系统）物理数据模型：又称物理模型，它是一种面向计算机物理表示的模型。2.1.2数据模型常用的三种逻辑数据模型层次数据模型有且仅有一个节点无双亲—根节点其他节点仅有一个双亲树型结构，便于描述一对多的关系网状数据模型允许一个以上的节点无双亲一个节点可以有一个以上的双亲2.1.2数据模型常用的三种数据模型关系数据模型以关系代数为基础，数据用二维表表示，二维表就是关系关系模型：数据的逻辑结构是一张二维表，相当一个文件，实体间的联系均通过关系进行描述表的集合来表示数据和数据间的联系主要术语（1）关系；（2）元组；（3）属性；（4）主码（主关键字）；（5）域；（6）分量；（7）关系模式2.1.2数据模型关系模型的特点：关系模型的概念单一关系是规范化的关系关系模型中，用户对数据的检索和操作实际上是原二维表中得到一个子集，该子集任然是一个二维表2.1.2数据模型2.2

信息系统中的关系数据库2.2.1关系数据库的基本概念2.2.2关系数据库的数据完整性和安全性数据结构：是二维表的结构2.2.1关系数据库的基本概念学号姓名性别年龄系部号系部名200101张力男2202计算机学系200102陈婷婷女2203经济管理学院200103王朝男2001交通工程系系部号系部名办公室主任电话01交通工程系东203吴建华16502经济管理学院东102谢万建14703计算机科学系东302王东东156基本术语：关键字或码候选关键字或候选码主关键字或主码非主属性外部关键字或外键主表与从表2.2.1关系数据库的基本概念完整性：指数据库中数据的正确性和一致性防止对数据库的意外破坏；数据完整性由完整性规则来维护；实体完整性规则：要求关系中元组的主控属性不能有空值。引用完整性规则：要求不允许引用不存在的元组。用户自定义的完整性规则：2.2.2关系数据库的数据完整性和安全性安全性：防止未经授权的访问和恶意的破坏或修改数据库系统层面操作系统层面网络层面物理层面人员层面2.2.2关系数据库的数据完整性和安全性2.3

信息系统中的数据仓库2.3.1数据仓库的基本概念2.3.2数据仓库的数据模型2.3.3数据仓库的开发模式数据仓库：是一个面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合，支持管理中的决策制定过程。目的是为了建立一种体系化的数据存储环境，将分析决策所需的大量数据从传统的操作环境中分离出来，使分散的、不一致的操作数据转换成集成的、统一的信息。包括三方面的技术：数据仓库技术、联机分析处理（OLAP）、数据挖掘（DM）。2.3.1数据仓库的基本概念数据仓库和传统数据库的区别：传统数据库遵循一定的关系模型，数据以表格的方式存储，并用统一的结构化查询语言—SQL进行数据查询，主要任务是执行联机业务和查询处理（OLTP）；数据仓库是基于对业务数据进行决策分析而创建的数据库管理系统，一般用于联机分析处理（OLAP）。2.3.1数据仓库的基本概念数据仓库和OLTP数据库的区别：2.3.1数据仓库的基本概念区别点OLTP数据库数据仓库用户和系统的面向性面向顾客，用于记录和处理业务面向市场，用于知识工人的数据分析数据内容当前发生的数据大量历史数据数据库设计实体—联系（E-R）模型和面向应用星型或雪花模型和面向主题视图一个企业或部门当前数据跨越多个组织和多个数据库访问模式并行控制和恢复机制查询分析操作数据仓库是多维数据模型星型模型雪花模型2.3.2数据仓库的数据模型数据仓库开发模式：由上而下模式由下而上模式平行开发模式有反馈的由上而下模式有反馈的由下而上模式有反馈的平行开发模式2.3.3数据仓库的开发模式2.4

数据库设计2.4.1数据库设计概述2.4.2数据处理2.4.3数据库设计内容和方法2.4.4关系的规范化2.4.5数据库设计小结数据库和信息系统：（1）数据库：指存储在计算机内、有组织、可共享的数据集合。它不仅包括数据本身，而且包括相关数据之间的联系。（2）数据库管理系统(DBMS)：一种系统软件，用于数据库的建立、使用和维护。如Access、SQLServer、FoxPro、Oracle、Dbase、DB2、MySQL、Sybase等待。（3）数据库应用系统：系统开发人员利用数据库系统资源开发的面向某一类实际应用的软件系统。由数据库系统、应用软件、应用界面组成。2.4.1数据库设计概述数据库设计步骤：2.4.1数据库设计概述①需求分析②概念结构设计③逻辑结构设计④物理结构设计⑤应用程序设计⑥数据库运行与维护数据处理的目的：（1）把数据转换成为便于观察分析、传送或进一步处理的形式；（2）从大量的原始数据中抽取、推导出对人们有价值的信息以作为行动和决策的依据；（3）科学地保存和管理已经处理的大量数据，以便人们能方便而充分地利用这些宝库的信息资源。2.4.2数据处理数据处理的基本内容：（1）数据收集（2）数据转换（3）数据的筛选、分组和排序（4）数据的组织（5）数据的运算（6）数据的存储（7）数据检索（8）数据输出2.4.2数据处理数据处理的收集和输入：（1）数据的收集必须注意：数据本身的正确性和数据本身的时间性（2）数据收集的来源：一类是来源性收集即从已有资料中获取；二类是根源性收集，即从实际系统中取得。（3）收集数据时，一般应该减少人工参与2.4.2数据处理数据组织：（1）数据项：数据项是描述一个数据处理对象的某些属性的。（2）记录：是与一个公共标志有关的数据项的集合。（3）文件：为了某一特定目的而形成的相关记录的集合。（4）数据库：是数据组织层次中目前已达到的最高级别，是逻辑相关文件的集合。2.4.2数据处理2.4.3数据库设计内容和方法数据库设计是数据库应用的核心。其基本任务：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。用户要求分析概念结构设计逻辑结构设计物理结构设计现实世界概念世界数据世界2.4.3数据库设计内容和方法实体概念描述实体：客观存在且相互区别的事物。即可以是实际事物也可以是抽象事物。如学生，课程是实体，而学生选课也是实体。实体属性：用来描述实体的某方面特性的属性。如学生可以用学号、姓名、系别、班级等属性来描述。实体型：属性的集合表示一种实体的类型，称为实体型。实体集：属性值集合表示一个实体，同类型实体集合称为实体集。2.4.3数据库设计内容和方法实体间联系及三种类型联系：实体之间的对应关系，描述了现实事物之间的相互关联。一对一联系(1:1)：如学校与校长的关系。一对多联系(1:n)：如学校与学生的关系。多对多联系(m:n)：如课程与学生的关系。2.4.3数据库设计内容和方法实体－关系(E-R)模型：利用标准图例来描述实体及实体间的联系（概念模型）。矩形——实体椭圆——属性菱形——联系学号姓名性别籍贯学生课程教师学生选课（实体与属性）（实体与联系）2.4.4关系的规范化规范化理论研究关系模式中各属性之间的依赖关系及其对关系模式性能的影响范式表示的是关系的规范化程度。根据满足一些约束条件，则为第一范式（简称1NF）；符合1NF而又进一步满足一些约束条件的成为第二范式（简称2NF），等等。2.4.4关系的规范化合同编号订货日期用户产品订单数量交货日期用户名称邮码地址电话法人联系人银行账号产品名称规格型号计量单位单位数据冗余大，用户与产品栏中将存在着大量的数据重复；数据维护与更新困难，当某一用户的有关信息需要变更时，则每一条同一用户的记录都需要修改，必然造成混乱，危害极大；关系模式变动对其他关系模式和应用程序的影响很大，如用户信息、产品信息变化时，必然影响运输计划、销售分析。存在插入异常和删除异常。如新产品尚未进入市场便无法插入，而当一个客户完成交易后删除时，有关信息将随之删除。2.4.3数据库设计内容和方法第一范式（1NF）关系模式需要满足一定的条件，最低要求的条件是关系的每一个量必须是不可分的数据项第二