C语言公共基础知识之数据库

数据库设计基础全国二级等级考试辅导数据库设计基础4.1数据库系统的基本概念4.2数据模型4.3关系代数4.4数据库设计与管理4.1数据库系统的基本概念数据库、数据库管理系统、数据库系统数据库系统的发展数据库系统的基本特点数据库系统的内部结构体系一、数据库、数据库管理系统、数据库系统数据（Data）数据库（DataBase

简称DB）数据库管理系统（DBMS）数据库系统（DBS)数据库管理员（DBA）数据含义：数据是描述事物的符号记录。数据分类: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作用）。其中持久性数据是数据库处理的部分。数据库含义：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，可被各个应用程序所共享。特点：库中数据具有“集成”和“共享”的特点。数据库管理系统含义：一种系统软件，负责数据库中数据组织、数据操纵、数据维护、控制、保护和数据服务等。功能：数据模式定义数据存取的物理构建数据操纵数据的完整性、安全性定义与检查数据库的并发控制与故障恢复数据的服务数据库系统含义：数据库+数据库管理系统+数据库管理员（人员）+硬件+软件其中DBMS是DBS的核心。二、数据库系统的发展人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段层次数据库与网状数据库系统阶段关系数据库系统阶段三、数据库系统的基本特点数据的集成性数据的高共享性与低冗余性数据独立性物理独立性逻辑独立性数据统一管理与控制完整性检查安全性保护并发控制数据的独立性含义：数据的独立性是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。物理独立性数据的物理结构（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序的变化。逻辑独立性 数据库总体逻辑结构的改变，不需要相应修改应用程序。四、数据库系统的内部结构体系三级模式概念模式（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）外模式（用户模式，反映用户对数据的要求）内模式（物理模式，反映数据的实际存储形式）两级映射概念模式到内模式的映射外模式到概念模式的映射4.2数据模型数据模型的基本概念E-R模型三种基本数据模型关系模型一、数据模型的基本概念数据模型描述的内容如下：数据结构（数据模型的基础）数据操作数据约束数据模型按不同的应用层次可分为：概念数据模型（E-R模型）逻辑数据模型（层次、网状、关系、面向对象）物理数据模型二、E-R模型含义：E-R模型是将现实世界的要求转化为实体、联系、属性等几个基本概念，以及它们间的两种基本联接关系，并可以用图直观表示。基本概念：实体：客观存在又能互相区别的事物。属性：刻画实体的特征。联系：反映实体集间的关系。一对一、一对多、多对多二、E-R模型图示法：实体集（用矩形表示）属性（用椭圆表示）联系（用菱形表示）一对一：简记为1:1,如班级和班主任的联系。一对多:简记为1:m,如宿舍与学生的联系。多对多：简记为m:n,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)用矩形表示实体集，在框内写上实体名例：学生管理系统学生课程选修姓名学号系别课程名先修课学分成绩用椭圆表示实体的属性用无向边把实体与其属性连接起来用菱形表示实体间的联系将参与联系的实体用线段连接mn联系的数量三、三种基本数据模型数据库领域最常用的结构数据模型有：层次数据模型:用树型结构表示实体间联系的数据模型网状数据模型:用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型。关系数据模型:是由若干个关系模式组成的集合，其主要特征是用二维表格结构表达实体集，用外鍵表示实体间联系。四、关系模型关系模型的主要特点是以二维表的形式来表达实体集。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关系。关系的数据结构关系操纵关系中的数据约束关系的数据结构元组个数有限；元组的唯一性；元组的次序无关性；元组的分量不可分割-——元组分量的原子性；属性名的唯一性；属性的次序无关性；属性分量具有与该属性相同的值域。满足以上7个性质的二维表称为关系，以二维表为基本结构建立的模型称为关系模型。关系模型的基本术语字段---------属性（列）字段值------属性值记录----------元组（行）二维表格---------关系关系中属性个数---------元数（列数）元组个数----------------基数（行数）键（或码）：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。候选码：关系中可能有若干个键，他们称为候选码。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：若A的某属性集是表B的键，则称该属性集为A的外码。关系操纵数据查询数据删除数据插入数据修改操作的对象是关系，操作的结果也是关系。关系中的数据约束实体完整性约束：若一个或一组属性A是关系R的主关键字，则属性(或组)A不能取空值。参照完整性约束：用于定义外关键字与主关键字之间的引用规则的。用户定义的完整性约束：由用户针对某一具体的约束要求，自定义完整性规则，反映具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。例如：性别只能是“男”或“女”两种可能年龄取值只能限制在0-150之间4.3关系代数关系模型的四种操作可以进一步分解成6种基本操作：关系的属性指定；关系的元组选择；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。关系操作传统的集合运算和专门的关系运算。1．传统的集合运算

传统的集合运算是二目运算，包括并、交、差、广义笛卡尔积四种运算。操作是基于“同类”关系而言。同类：两个关系具有相同的目n（即两个关系都有n个属性），且相应的属性取自同一个域。

集合运算（1）并

R∪S={t|t∈R∨t∈S}

两个同类关系R和S的并：属于R或属于S的所有元组组成的集合，删去重复的元组，其结果仍为n目关系。

（2）差

R－S={t|t∈R∧t∈S}

两个同类关系R和S的差：由属于R而不属于S的所有元组组成，其结果关系仍为n元关系，在R中删去与S相同的元组，其结果仍为n目关系。

（3）交

R∩S={t|t∈R∧t∈S}

两个同类关系的交由属于R又属于S的所有元组组成，其结果仍为n目关系。

（4）广义笛卡尔积

R×S＝{tr^t

s|tr∈R∧t

s∈S}

n元关系R和m元关系S的广义笛卡尔积是一个n+m列元组的集合。元组前n列是关系R的一个元组，后m列是关系S的一个元组。

集合运算关系运算2．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。（1）选择（Selection） 选择又称为限制，它是在关系中满足给定条件的元组的子集。F(R):从R中挑选满足F的元组。

【例1】如果要列出“1981（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，“选择”运算结果如右：（2）投影（Projection） 投影是从关系中选择出若干属性列组成新的关系，这些属性列一般是用户感兴趣的属性列。T(R):从关系R中取属性为T的列组成新关系。

【例2】在关系中只查询所有学生的“姓名”和“性别”，则投影结果如右：（3）连接（Join）

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：条件连接、等值连接、自然连接。─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：给定条件为相等的连接。─自然连接：若关系R和S具有相同的属性组B，则连接条件是两个关系R和S中所对应的同名属性组B中的所有属性的值必须对应相等。应用举例：设有两个关系R和S分别如图所示，求R和S的并、差、笛卡尔积、投影以及交。ABCabcdafcbdABCbgadaf关系R关系SR∪SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabcdafcbdbgaR∩SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCdafR-SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabccbdπC,A

(R)ABCabcdafcbdRCAcafddcσB=‘b’

(R)ABCabcdafcbdRABCabccbdR×SABCabcdafcbdABCbgadafRSR.AR.BR.CS.AS.BS.Cabcbgaabcdafdafbgadafdafcbdbgacbddaf4.4数据库设计与管理数据库设计概述数据库设计数据库管理数据库设计概述数据库设计是数据库应用的核心。数据库设计的基本任务：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。两种方法：面向数据的方法（以信息需求为主）、面向过程的方法（以处理需求为主）。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（DBMS、操作系统及硬件）的特性，设计出合理的数据模式。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特性数据库的设计面向数据的方法面向过程的方法

需求分析常采用两种方法结合使用，确定设计范围概念设计局部视图→集成E-R模型

逻辑设计外模式，基于DBMS的数据模式，完成

E-R模型→关系数据模型。(应用数据库规范理论设计出合理的关系模式)。

物理设计设计内模式，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。文件结构：堆文件、散列文件需求分析数据库管理含义：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（DBA）。内容：数据库的建立数据库的调整数据库的重组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监控（1）数据库管理系统是A）操作系统的一部分B）在操作系统支持下的系统软件C）一种编译系统D）一种操作系统（3）数据库系统的核心是A）数据模型B）数据库管理系统C）数据库D）数据库管理员（7）数据库技术的根本目标是要解决数据的A）存储问题B）共享问题C）安全问题D）保护问题（13）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（14）数据库系统的三级模式不包括A）概念模式B）内模式C）外模式D）数据模式（18）在E-R图中，用来表示实体联系的图形是A）椭圆形B）矩形C）菱形D）三角形（21）一间宿舍可住多个学生，则实体宿舍和学生之间的联系是A）一对一B）一对多C）多对一D）多对多（27）用树形结构表示实体之间联系的模型是A）关系模型B）网状模型C）层次模型D）以上三个都是（28）在关系模型中，每一个二维表称为一个A）关系B）属性C）元组D）主码（键）（29）在关系数据库中，用来表示实体间联系的是A）属性B）二维表C）网状结构D）树