《数据库技术与》PPT课件

第 6 章 数 据 库 技 术 与 Access 2003 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 2本章内容 6.1 数 据 库 技 术 基 础 6.2 数 据 库 设 计6.3 数 据 库 管 理 系 统6.4 数 据 库 管 理 系 统 Access 2003 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 36.1 数据库技术基础 6.1.1 数 据 库 的 基 本 概 念 6.1.2 数 据 库 管 理 技 术 的 发 展 6.1.3 数 据 库 系 统 的 组 成6.1.4 数 据 模 型 6.1.5 关 系 数 据 库返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 46.1.1 数据库的基本概念 1. 数 据 数 据 是 指 存 储 在 某 一 种 媒 体 上 能 够 识 别 的 物 理 符号 。 数 据 的 概 念 包 括 两 个 方 面 ： 其 一 是 描 述 事 物 特性 的 数 据 内 容 ； 其 二 是 存 储 在 某 一 种 媒 体 上 的 数 据形 式 。 2. 数 据 处 理 数 据 处 理 是 指 对 各 种 形 式 的 数 据 进 行 收 集 、 存 储 、加 工 和 传 播 的 一 系 列 活 动 的 总 和 。 3. 数 据 库 数 据 库 是 长 期 存 放 在 计 算 机 内 的 、 有 组 织 的 、 可以 表 现 为 多 种 形 式 的 可 共 享 的 数 据 集 合 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 56.1.1 数据库的基本概念 4. 数 据 库 管 理 系 统 数 据 库 管 理 系 统 （ DBMS） 是 对 数 据 库 进 行 管 理的 系 统 软 件 ， 它 的 职 能 是 有 效 地 组 织 和 存 储 数 据 ，获 取 和 管 理 数 据 ， 接 受 和 完 成 用 户 提 出 的 访 问 数 据的 各 种 请 求 。 5. 数 据 库 系 统 数 据 库 系 统 是 指 拥 有 数 据 库 技 术 支 持 的 计 算 机 系统 ， 它 可 以 实 现 有 组 织 地 、 动 态 地 存 储 大 量 相 关 数据 ， 提 供 数 据 处 理 和 信 息 资 源 共 享 服 务 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 66.1.2 数据库管理技术的发展 数 据 管 理 技 术 的 发 展 大 致 经 历 了 人 工 管 理 、 文件 系 统 和 数 据 库 系 统 三 个 阶 段 。 目 前 ， 数 据 仓库 技 术 和 XML数 据 库 的 发 展 也 十 分 迅 速 。 1. 人 工 管 理 阶 段 2. 文 件 系 统 阶 段 3. 数 据 库 系 统 阶 段 1） 数 据 仓 库 系 统 2） XML数 据 库 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 76.1.2 数据库管理技术的发展 -人工管理阶段 20世 纪 50年 代 中 期 以 前 ， 计 算 机 主 要 用 于科 学 计 算 。 那 时 的 计 算 机 硬 件 方 面 ， 外 存 只 有 卡片 、 纸 带 及 磁 带 ， 没 有 磁 盘 等 直 接 存 取 的 存 储 设备 ； 软 件 方 面 ， 只 有 汇 编 语 言 ， 没 有 操 作 系 统 和高 级 语 言 ， 更 没 有 管 理 数 据 的 软 件 ； 数 据 处 理 的方 式 是 批 处 理 。 这 些 决 定 了 当 时 的 数 据 管 理 只 能依 赖 人 工 来 进 行 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 8 人 工 管 理 阶 段 的 主 要 特 点 如 下 ： （ 1） 数 据 不 进 行 保 存 ； （ 2） 没 有 专 门 的 数 据 管 理 软 件 ； （ 3） 数 据 面 向 应 用 ； （ 4） 只 有 程 序 的 概 念 。人工管理阶段 返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 9 6.1.2 数据库管理技术的发展 -文件系统阶段 20世 纪 60年 代 ， 随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 计算 机 技 术 有 了 很 大 提 高 ， 计 算 机 的 应 用 范 围 也 不断 扩 大 ， 不 仅 用 于 科 学 计 算 ， 还 大 量 用 于 管 理 。这 时 的 计 算 机 硬 件 已 经 有 了 磁 盘 、 磁 鼓 等 直 接 存取 的 外 存 设 备 ； 软 件 则 有 了 操 作 系 统 、 高 级 语 言 ，操 作 系 统 中 的 文 件 系 统 是 专 门 用 于 数 据 管 理 的 软件 ； 处 理 方 式 不 仅 有 批 处 理 ， 还 增 加 了 联 机 实 时处 理 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 10文件系统阶段 文 件 系 统 阶 段 的 主 要 特 点 如 下 ： （ 1） 数 据 可 以 长 期 保 存 在 磁 盘 上 ； （ 2） 文 件 系 统 提 供 了 数 据 与 程 序 之 间 的 存 取 方 法 ； （ 3） 数 据 冗 余 量 大 ； （ 4） 文 件 之 间 缺 乏 联 系 ， 相 对 孤 立 ， 仍 然 不 能 反映 客 观 世 界 各 个 事 物 之 间 错 综 复 杂 的 联 系 。返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 11 6.1.2 数据库管理技术的发展 -数据库系统阶段 20世 纪 60年 代 末 以 来 ， 计 算 机 的 应 用 更 为 广泛 ， 用 于 数 据 管 理 的 规 模 也 更 为 庞 大 ， 由 此 带 来数 据 量 的 急 剧 膨 胀 。 计 算 机 磁 盘 技 术 有 了 很 大 发展 ， 出 现 了 大 容 量 的 磁 盘 。 在 处 理 方 式 上 ， 联 机实 时 处 理 的 要 求 更 多 。 这 种 变 化 促 使 了 数 据 管 理手 段 的 进 步 ， 数 据 库 技 术 应 运 而 生 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 12数据库系统阶段 数 据 库 系 统 阶 段 的 主 要 特 点 如 下 ： （ 1） 数 据 的 结 构 化 ； （ 2） 数 据 共 享 性 好 ； （ 3） 数 据 独 立 性 好 ； （ 4） 数 据 存 储 粒 度 小 ； （ 5） 为 用 户 提 供 了 友 好 的 接 口 。返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 13 数 据 管 理 三 个 阶 段 的 比 较 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 盘 软 件 背 景 无 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 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 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 14 6.1.2 数据库管理技术的发展 -数据仓库系统 数 据 仓 库 技 术 是 目 前 数 据 处 理 中 发 展 十 分 迅速 的 一 个 分 支 。 所 谓 数 据 仓 库 ， 是 对 长 期 数 据 的存 储 ， 这 些 数 据 来 自 于 多 个 异 种 数 据 源 。 通 过 数据 仓 库 提 供 的 联 机 分 析 处 理 （ OLAP） 工 具 ， 实现 多 维 数 据 分 析 ， 以 便 向 管 理 决 策 层 提 供 支 持 。数 据 仓 库 系 统 允 许 将 各 种 应 用 系 统 集 成 在 一 起 ，为 统 一 的 历 史 数 据 分 析 提 供 坚 实 的 平 台 ， 对 海 量信 息 处 理 进 行 支 持 。 目 前 数 据 仓 库 已 经 日 渐 成 为数 据 分 析 和 联 机 分 析 处 理 的 重 要 平 台 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 15数据仓库系统 数 据 仓 库 的 主 要 特 征 如 下 ：（ 1） 面 向 主 题 特 性 ： 围 绕 某 一 主 题 建 模 和 分析 ；（ 2） 集 成 特 性 ： 将 多 个 异 种 数 据 源 以 及 事 务记 录 集 成 在 一 起 ；（ 3） 时 变 特 性 ： 数 据 存 储 从 历 史 的 角 度 提 供信 息 ；（ 4） 非 易 失 特 性 ： 总 是 物 理 地 独 立 存 放 数 据 。返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 16 数据库系统和数据仓库系统的区别 （ 1） 面 向 的 用 户 不 同 。 数 据 库 系 统 面 向 使 用 单 位 的 低层 人 员 ， 用 于 日 常 数 据 的 分 析 和 处 理 ； 数 据 仓 库 系 统 面向 的 是 使 用 单 位 的 决 策 人 员 ， 提 供 决 策 支 持 。（ 2） 数 据 内 容 不 同 。 数 据 库 系 统 存 储 和 管 理 的 是 当 前的 数 据 ； 数 据 仓 库 系 统 存 储 的 是 长 期 积 累 的 历 史 数 据 。（ 3） 数 据 来 源 不 同 。 数 据 库 的 数 据 一 般 来 源 于 同 种 数据 源 ， 而 数 据 仓 库 的 数 据 可 以 来 源 于 多 个 异 种 数 据 源 。（ 4） 数 据 的 操 作 不 同 。 数 据 库 系 统 提 供 了 联 机 事 务 处理 （ OLTP， On-Line Transaction Processing） 系 统 ， 而数 据 仓 库 系 统 主 要 提 供 了 联 机 分 析 处 理 （ OLAP， On-Line Analytical Processing） 和 决 策 支 持 系 统 ， 实 现 数 据挖 掘 和 知 识 发 现 。 返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 17 6.1.2 数据库管理技术的发展 -XML数据库 XML数 据 库 是 一 种 支 持 对 XML格 式 文 档 进 行存 储 和 查 询 等 操 作 的 数 据 管 理 系 统 。 在 系 统 中 ，开 发 人 员 可 以 对 数 据 库 中 的 XML文 档 进 行 查 询 、导 出 和 指 定 格 式 的 序 列 化 。 XML（ Extensible Markup Language） 即 可 扩展 标 记 语 言 ， 它 与 HTML一 样 ， 都 是 SGML（ Standard Generalized Markup Language， 标准 通 用 标 记 语 言 ） 。 XML作 为 一 种 简 单 的 数 据存 储 语 言 ， 仅 仅 使 用 一 系 列 简 单 的 标 记 来 描 述数 据 。 虽 然 XML比 二 进 制 数 据 要 占 用 更 多 的 空间 ， 但 XML极 其 简 单 ， 易 于 掌 握 和 使 用 ， 尤 其具 有 跨 平 台 的 特 性 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 18 6.1.3 数据库系统的组成 数 据 库 系 统 由 四 部 分 组 成 ， 即 硬 件 系 统 、 系 统 软 件 （ 包 括 操 作 系统 和 数 据 库 管 理 系 统 ） 、 数 据 库 应 用 系 统 和 各 类 人 员 。 1. 硬 件 系 统 由 于 一 般 数 据 库 系 统 的 数 据 量 很 大 ， 加 之 DBMS丰 富 的 强 有 力 的功 能 使 得 自 身 的 体 积 很 大 ， 因 此 ， 整 个 数 据 库 系 统 对 硬 件 资 源 提出 了 较 高 的 要 求 。 2. 系 统 软 件 系 统 软 件 主 要 包 括 操 作 系 统 、 数 据 库 管 理 系 统 、 与 数 据 库 接 口 的高 级 语 言 及 其 编 译 系 统 ， 以 及 以 DBMS为 核 心 的 应 用 程 序 开 发 工具 。 3. 数 据 库 应 用 系 统 数 据 库 应 用 系 统 是 为 特 定 应 用 开 发 的 数 据 库 应 用 软 件 。 4. 各 类 人 员 参 与 分 析 、 设 计 、 管 理 、 维 护 和 使 用 数 据 库 的 人 员 均 是 数 据 库 系 统 的 组 成 部 分 。 这 些 人 员 包 括 数 据 库 管 理 员 、 系 统 分 析 员 、 应用 程 序 员 和 最 终 用 户 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 19 6.1.4 数据模型数 据 库 是 企 业 或 组 织 所 涉 及 的 数 据 的 提 取 和 综 合 ，它 不 仅 反 映 数 据 本 身 ， 而 且 反 映 数 据 之 间 的 联 系 。数 据 库 用 数 据 模 型 对 现 实 世 界 进 行 抽 象 ， 现 有 的数 据 库 系 统 均 是 基 于 某 种 数 据 模 型 的 。数 据 库 中 最 常 见 的 数 据 模 型 有 三 种 ， 即 层 次 模 型 、网 状 模 型 和 关 系 模 型 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 20 6.1.4 数据模型 -层次模型 若 用 图 来 表 示 ， 层 次 模 型 是 一 棵 倒 立 的 树 。在 数 据 库 中 ， 满 足 以 下 两 个 条 件 的 数 据 模 型称 为 层 次 模 型 ： （ 1） 有 且 仅 有 一 个 结 点 无 父 结 点 ， 这 个 结 点 称为 根 结 点 ； （ 2） 其 他 结 点 有 且 仅 有 一 个 父 结 点 。 在 层 次 模 型 中 ， 结 点 层 次 从 根 开 始 定 义 ， 根为 第 一 层 ， 根 的 子 结 点 为 第 二 层 ， 根 为 其 子结 点 的 父 结 点 ， 同 一 父 结 点 的 子 结 点 称 为 兄弟 结 点 ， 没 有 子 结 点 的 结 点 称 为 叶 结 点 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 21层次模型 下 图 是 一 个 抽 象 层 次 模 型 ， R1为 根 结 点 ； R2和 R3为 兄 弟 结 点 ， 并 且 是 R1的 子 结 点 ； R4和R5为 兄 弟 结 点 ， 并 且 是 R2的 子 结 点 ； R3、 R4和 R5为 叶 结 点 。 层 次 模 型 结 构 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 22 6.1.4 数据模型 -网状模型 若 用 图 来 表 示 ， 网 状 模 型 是 一 个 网 络 。 在 数 据库 中 ， 满 足 以 下 两 个 条 件 之 一 的 数 据 模 型 称 为网 状 模 型 。 （ 1） 允 许 一 个 以 上 的 结 点 无 父 结 点 ； （ 2） 允 许 结 点 可 以 有 多 于 一 个 的 父 结 点 。 由 于 在 网 状 模 型 中 子 结 点 与 父 结 点 的 联 系 不 是唯 一 的 ， 所 以 要 为 每 个 联 系 命 名 ， 并 指 出 与 该联 系 有 关 的 父 结 点 和 子 结 点 。 网 状 模 型 允 许 一 个 以 上 的 结 点 无 父 结 点 或 某 一个 结 点 有 一 个 以 上 的 父 结 点 ， 从 而 构 成 了 比 层次 结 构 复 杂 的 网 状 结 构 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 23网状模型 下 图 是 一 个 抽 象 网 状 模 型 ， R1与 R2之 间 的 联 系 被命 名 为 L1， R1与 R4之 间 的 联 系 被 命 名 为 L2， R3与 R4之 间 的 联 系 被 命 名 为 L3， R4与 R5之 间 的 联系 被 命 名 为 L4， R2与 R5之 间 的 联 系 被 命 名 为 L5。R1为 R2和 R4的 父 结 点 ， R3也 是 R4的 父 结 点 。 R1和 R3没 有 父 结 点 。 网 状 模 型 结 构 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 24 6.1.4 数据模型 -关系模型 关 系 模 型 把 世 界 看 作 是 由 实 体 （ Entity） 和 联 系（ Relationship） 构 成 的 。 所 谓 联 系 就 是 指 实 体 之 间 的 关 系 ， 即 实 体 之 间 的 对 应 关 系 。联 系 可 以 分 为 三 种 ： （ 1） 一 对 一 的 联 系 。 如 ： 一 个 班 级 只 有 一 个 班 长 ， 一 个 班 长只 属 于 一 个 班 级 ， 班 长 和 班 级 之 间 为 一 对 一 的 联 系 。 （ 2） 一 对 多 的 联 系 。 如 ： 相 同 性 别 的 人 有 许 多 个 ， 一 个 人 只有 一 种 性 别 ， 性 别 与 人 之 间 为 一 对 多 的 联 系 。 （ 3） 多 对 多 的 联 系 。 如 ： 一 个 人 可 以 选 多 门 课 ， 一 门 课 可 以被 很 多 人 选 ， 人 与 课 程 之 间 是 多 对 多 的 联 系 。 通 过 联 系 就 可 以 用 一 个 实 体 的 信 息 来 查 找 另 一 个 实 体 的 信 息 。关 系 模 型 把 所 有 的 数 据 都 组 织 到 表 中 。 表 是 由 行 和 列 组 成 的 ，反 映 了 现 实 世 界 中 的 事 实 和 值 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 25关系模型 满 足 下 列 条 件 的 二 维 表 ， 在 关 系 模 型 中 ， 称 为关 系 。 （ 1） 每 一 列 中 的 分 量 是 类 型 相 同 的 数 据 ； （ 2） 列 的 顺 序 可 以 是 任 意 的 ； （ 3） 行 的 顺 序 可 以 是 任 意 的 ； （ 4） 表 中 的 分 量 是 不 可 再 分 割 的 最 小 数 据 项 ，即 表 中 不 允 许 有 子 表 ； （ 5） 表 中 的 任 意 两 行 不 能 完 全 相 同 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 26关系模型 如 下 面 给 出 的 “ 学 生 基 本 情 况 表 ” 便 是 一 个关 系 ： 学 号 姓 名 性 别 出 生 日 期 入 学 成 绩0802011001 张 莉 女 1989-10-01 5400802011002 董 源 男 1988-01-25 5760802011003 雷 晓 亮 男 1990-10-06 6010802011004 刘 萌 女 1987-08-26 5560802011005 李 彬 男 1991-06-14 612 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 27关系模型 层 次 数 据 库 是 数 据 库 系 统 的 先 驱 ， 而 网 状 数 据 库则 为 数 据 库 在 概 念 、 方 法 、 技 术 上 的 发 展 奠 定 了基 础 ， 它 们 是 数 据 库 技 术 研 究 最 早 的 两 种 数 据 库 ，而 且 也 曾 得 到 广 泛 的 应 用 。 但 是 ， 这 两 种 数 据 库管 理 系 统 存 在 着 结 构 比 较 复 杂 、 用 户 不 易 掌 握 、数 据 存 取 操 作 必 须 按 照 模 型 结 构 中 已 定 义 好 的 存取 路 径 进 行 、 操 作 比 较 复 杂 等 缺 点 ， 这 就 限 制 了这 两 种 数 据 库 管 理 系 统 的 发 展 。 关 系 数 据 库 以 其 数 学 理 论 基 础 完 善 、 使 用 简 单 灵活 、 数 据 独 立 性 强 等 特 点 ， 而 被 公 认 为 是 最 有 前途 的 一 种 数 据 库 管 理 系 统 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 28 6.1.5 关系数据库 1. 关 系 数 据 库 的 基 本 概 念 （ 1） 关 系 ： 一 个 关 系 就 是 一 张 二 维 表 ， 每 个 关 系 有 一 个 关 系 名 。在 计 算 机 中 ， 关 系 的 数 据 存 储 在 文 件 中 ， 在 Access中 ， 一 个 关 系就 是 数 据 库 文 件 中 的 一 个 表 对 象 。 （ 2） 属 性 ： 二 维 表 中 垂 直 方 向 的 列 称 为 属 性 ， 有 时 也 叫 做 一 个字 段 。 （ 3） 域 ： 一 个 属 性 的 取 值 范 围 叫 做 一 个 域 。 （ 4） 元 组 ： 二 维 表 中 水 平 方 向 的 行 称 为 元 组 ， 有 时 也 叫 做 一 条记 录 。 （ 5） 码 ： 又 称 为 关 键 字 。 二 维 表 中 的 某 个 属 性 或 属 性 组 ， 若 它的 值 唯 一 地 标 识 了 一 个 元 组 ， 则 称 该 属 性 或 属 性 组 为 候 选 码 。若 一 个 关 系 有 多 个 候 选 码 ， 则 选 定 其 中 一 个 为 主 码 ， 也 称 之 为主 键 。 （ 6） 分 量 ： 元 组 中 的 一 个 属 性 值 叫 做 元 组 的 一 个 分 量 。 （ 7） 关 系 模 式 ： 是 对 关 系 的 描 述 ， 它 包 括 关 系 名 、 组 成 该 关 系的 属 性 名 、 属 性 到 域 的 映 象 。 通 常 简 记 为 ： 关 系 名 （ 属 性 名 1，属 性 名 2， ， 属 性 名 n） 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 29 关系数据库 2. 关 系 运 算 对 关 系 数 据 库 进 行 查 询 时 ， 若 要 找 到 用 户 关 心 的 数 据 ， 就 需 要对 关 系 进 行 一 定 的 关 系 运 算 。 关 系 运 算 有 两 种 ： 一 种 是 传 统 的集 合 运 算 （ 并 、 差 、 交 、 广 义 笛 卡 儿 积 等 ） ； 另 一 种 是 专 门 的关 系 运 算 （ 选 择 、 投 影 、 连 接 ） 。 传 统 的 集 合 运 算 不 仅 涉 及 关 系 的 水 平 方 向 （ 即 二 维 表 的 行 ） ，而 且 涉 及 关 系 的 垂 直 方 向 （ 即 二 维 表 的 列 ） 。 关 系 运 算 的 操 作对 象 是 关 系 ， 运 算 的 结 果 仍 为 关 系 。 专 门 的 关 系 运 算 包 括 ： （ 1） 选 择 ： 选 择 运 算 即 在 关 系 中 选 择 满 足 指 定 条 件 的 元 组 。 （ 2） 投 影 ： 投 影 运 算 是 在 关 系 中 选 择 某 些 属 性 （ 列 ） 。 （ 3） 连 接 ： 连 接 运 算 是 从 两 个 关 系 的 笛 卡 儿 积 中 选 取 属 性 间 满 足 一 定 条 件 的 元 组 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 306.2 数据库设计 6.2.1 数 据 库 设 计 概 述 6.2.2 需 求 分 析 6.2.3 概 念 设 计6.2.4 逻 辑 设 计6.2.5 物 理 设 计 返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 316.2.1 数据库设计概述 1. 数 据 库 设 计 任 务数 据 库 设 计 是 指 根 据 用 户 需 求 研 制 数 据 库 结 构 的 过 程 ，具 体 地 说 ， 是 指 对 于 一 个 给 定 的 应 用 环 境 ， 构 造 最 优的 数 据 库 模 式 ， 建 立 数 据 库 及 其 应 用 系 统 ， 使 之 能 有效 地 存 储 数 据 ， 满 足 用 户 的 各 种 信 息 处 理 要 求 。具 体 地 说 ， 数 据 库 设 计 是 把 现 实 世 界 中 的 数 据 ， 根 据各 种 应 用 处 理 的 要 求 ， 加 以 合 理 的 组 织 ， 满 足 硬 件 和操 作 系 统 的 特 性 ， 利 用 已 有 的 DBMS来 建 立 能 够 实 现系 统 目 标 的 数 据 库 。 返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 32数据库设计概述2. 数 据 库 设 计 的 阶 段一 般 来 说 ， 数 据 库 的 设 计 过 程 大 致 可 分 为 五 个 阶 段 ：（ 1） 需 求 分 析 ： 调 查 和 分 析 用 户 的 业 务 活 动 和 数 据 的 使 用 情 况 ，弄 清 所 用 数 据 的 种 类 、 范 围 、 数 量 以 及 它 们 在 业 务 活 动 中 交 流 的情 况 ， 确 定 用 户 对 数 据 库 系 统 的 使 用 要 求 和 各 种 约 束 条 件 等 ， 形成 用 户 需 求 规 约 。（ 2） 概 念 设 计 ： 针 对 用 户 要 求 描 述 的 现 实 世 界 （ 可 能 是 一 个 工厂 、 一 个 商 场 或 者 一 个 学 校 等 ） ， 通 过 对 其 中 数 据 的 分 类 、 聚 集和 概 括 ， 建 立 抽 象 的 概 念 数 据 模 型 。（ 3） 逻 辑 设 计 ： 将 现 实 世 界 的 概 念 数 据 模 型 设 计 成 数 据 库 的 一种 逻 辑 模 式 ， 即 适 应 于 某 种 特 定 数 据 库 管 理 系 统 所 支 持 的 逻 辑 数据 模 式 。 与 此 同 时 ， 可 能 还 需 要 为 各 种 数 据 处 理 应 用 领 域 产 生 相应 的 逻 辑 子 模 式 。 这 一 步 设 计 的 结 果 就 是 所 谓 的 “ 逻 辑 数 据 库 ” 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 33 数据库设计的阶段 （ 4） 物 理 设 计 ； 根 据 特 定 数 据 库 管 理 系 统 所 提 供 的 多 种 存 储 结构 和 存 取 方 法 等 依 赖 于 具 体 计 算 机 结 构 的 各 项 物 理 设 计 措 施 ， 对具 体 的 应 用 任 务 选 定 最 合 适 的 物 理 存 储 结 构 （ 包 括 文 件 类 型 、 索引 结 构 和 数 据 的 存 放 次 序 、 存 取 方 法 和 存 取 路 径 等 ） 。 这 一 步 设计 的 结 果 就 是 所 谓 的 “ 物 理 数 据 库 ” 。 （ 5） 验 证 设 计 ： 在 上 述 设 计 的 基 础 上 收 集 数 据 并 具 体 建 立 一 个数 据 库 ， 运 行 一 些 典 型 的 应 用 任 务 来 验 证 数 据 库 设 计 的 正 确 性 和合 理 性 。 一 般 来 说 ， 一 个 大 型 数 据 库 的 设 计 过 程 往 往 需 要 经 过 多次 循 环 反 复 。 当 设 计 的 某 步 发 现 问 题 时 ， 可 能 就 需 要 返 回 到 前 面去 进 行 修 改 ， 因 此 ， 在 做 上 述 数 据 库 设 计 时 就 应 考 虑 到 今 后 修 改 设 计 的 可 能 性 和 方 便 性 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 34 6.2.2 需求分析 需 求 分 析 是 数 据 库 设 计 的 第 一 步 ， 是 设 计 的 基 石 。 需 求 分析 是 否 能 全 面 、 准 确 地 表 达 用 户 要 求 ， 将 直 接 影 响 到 后 续 各 阶段 的 设 计 ， 影 响 到 整 个 数 据 库 设 计 的 可 用 性 和 合 理 性 。 1. 需 求 分 析 的 内 容 和 方 法 需 求 分 析 的 目 的 是 获 取 用 户 的 信 息 要 求 、 处 理 要 求 、 安 全性 要 求 和 完 整 性 要 求 。 需 求 分 析 阶 段 的 任 务 一 般 分 以 下 步 骤 ：（ 1） 现 行 系 统 调 研 ；（ 2） 业 务 及 需 求 分 析 ；（ 3） 综 合 、 调 整 ；（ 4） 编 写 需 求 分 析 报 告 ， 以 作 为 下 一 阶 段 设 计 的 依 据 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 35 需求分析2. 用 户 要 求 的 描 述 和 分 析1） 数 据 流 图 数 据 流 图 （ DFD， Data Flow Diagram） 是 结 构 化分 析 方 法 （ SA， Structured Analysis） 的 工 具 之 一 ， 它描 述 数 据 处 理 过 程 ， 以 图 形 化 方 式 刻 画 数 据 流 从 输 入到 输 出 的 变 换 过 程 。 任 何 一 个 系 统 都 可 以 抽 象 为 如 下图 所 示 的 情 况 。 返 回 数 据 流 抽 象 图 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 36需求分析 2） 数 据 字 典 数 据 字 典 （ DD， Data Dictionary） 是 对 系 统 中 数 据 的 详尽 描 述 ， 是 各 类 数 据 属 性 的 清 单 。 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 。 数 据 字 典 是 各 类 数 据 描 述 的 集 合 ， 通 常 包 括 以下 几 个 部 分 ： （ 1） 数 据 项 ： 是 数 据 的 最 小 单 位 。 （ 2） 数 据 结 构 ： 是 若 干 数 据 项 有 意 义 的 集 合 。 （ 3） 数 据 流 ： 可 以 是 数 据 项 ， 也 可 以 是 数 据 结 构 。 （ 4） 数 据 存 储 ： 处 理 过 程 中 存 取 的 数 据 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 37 6.2.3 概念设计概 念 设 计 是 对 数 据 的 抽 象 和 分 析 ， 它 以 对 信 息 要求 和 处 理 要 求 的 初 步 分 析 为 基 础 ， 以 数 据 流 图 和数 据 字 典 提 供 的 信 息 作 为 输 入 ， 运 用 信 息 模 型 工具 ， 发 挥 开 发 设 计 人 员 的 综 合 抽 象 能 力 建 立 概 念模 型 。 概 念 模 型 独 立 于 数 据 逻 辑 结 构 ， 也 独 立 于DBMS和 计 算 机 系 统 ， 是 对 现 实 世 界 有 效 而 自 然 的模 拟 。 其 主 要 特 点 如 下 ：（ 1） 能 充 分 地 反 映 现 实 世 界 ；（ 2） 易 于 理 解 ；（ 3） 易 于 更 动 ；（ 4） 易 于 向 关 系 、 网 状 或 层 次 等 数 据 模 型 转 换 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 38 概念设计 1. 概 念 设 计 的 方 法概 念 设 计 可 采 用 两 种 方 法 ， 即 自 顶 而 下 和 自 底 而 上 ， 分 别 如 图 1和2所 示 图 1 自 顶 而 下 的 方 法 图 2 自 底 而 上 的 方 法 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 39 概念设计2. 数 据 抽 象 与 局 部 视 图 设 计1） E-R模 型 E-R方 法 是 实 体 -联 系 方 法 （ Entity-Relationship Approach） 的 简称 ， 是 描 述 现 实 世 界 概 念 结 构 模 型 的 有 效 方 法 。 用 E-R方 法 建 立 的 概念 结 构 模 型 称 为 E-R模 型 ， 或 称 为 E-R图 ， 如 图 3所 示 。 图 3 E R模 型 图 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 40 现 实 世 界 的 复 杂 性 导 致 实 体 联 系 的 复 杂 性 。 表 现 在 E-R图 上 可 以 归 结为 以 下 几 种 基 本 形 式 ：（ 1） 两 个 实 体 集 之 间 的 联 系 ， 如 图 a所 示（ 2） 两 个 以 上 实 体 集 间 的 联 系 ， 如 图 b所 示 。（ 3） 同 一 实 体 集 内 部 各 实 体 之 间 的 联 系 ， 如 图 c所 示 。 实 体 联 系 类 型 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 41概念设计2） 数 据 抽 象 E-R模 型 是 对 现 实 世 界 的 一 种 抽 象 。 所 谓 抽 象是 对 实 际 的 人 、 物 、 事 和 概 念 进 行 人 为 处 理 ， 抽 取人 们 关 心 的 本 质 特 性 ， 忽 略 非 本 质 的 细 节 ， 并 把 这些 特 性 用 各 种 概 念 精 确 地 加 以 描 述 ， 这 些 概 念 组 成了 某 种 模 型 。 抽 象 一 般 有 三 种 ， 分 别 是 分 类 、 聚 集和 概 括 。返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 42概念设计 3） 局 部 视 图 设 计 概 念 结 构 设 计 的 第 一 步 就 是 利 用 上 面 介 绍的 抽 象 机 制 对 需 求 分 析 阶 段 收 集 到 的 数 据 进行 分 类 、 组 织 （ 聚 集 ） ， 形 成 实 体 、 实 体 的属 性 ， 标 识 实 体 的 码 ， 确 定 实 体 之 间 的 联 系类 型 （ 1 1， 1 n， n m） ， 设 计 局 部 视 图（ 也 称 局 部 E-R图 ） 。 具 体 做 法 是 ： （ 1） 选 择 局 部 应 用 ； （ 2） 逐 一 设 计 局 部 E-R图 。返 回 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 43 概念设计 3. 视 图 集 成 设 计 好 各 子 系 统 的 局 部 视 图 后 ， 还 需 要 通 过 视 图 集 成 的 方 法 ，将 各 子 系 统 有 机 融 合 起 来 ， 综 合 成 一 个 系 统 的 总 视 图 ， 如 图 4所示 。 这 样 由 局 部 到 整 体 设 计 出 的 数 据 库 ， 最 终 是 从 系 统 整 体 的角 度 看 待 和 描 述 数 据 的 ， 因 此 数 据 不 再 面 向 某 个 应 用 而 是 面 向整 个 系 统 。 经 过 视 图 集 成 ， 使 得 数 据 库 能 被 全 系 统 的 多 个 应 用共 享 使 用 。 图 4 视 图 集 成局 部 - 图 合 并（ 消 除 冲 突 ） 消 除 冗 余集 成 视 图基 本 - 图初 步 - 图 分 析 规 范 化 理 论 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 44 概念设计 1） 合 并 局 部 E-R图 中 语 法 和 语 义 都 相 同 的 概 念 称 为 对 应 ， 局 部 E-R图 之 间 的 不 一 致 称 为 冲 突 。 合 并 局 部 E-R图 就 是 尽 量 合 并 对 应的 部 分 ， 保 留 特 殊 的 部 分 ， 着 重 解 决 冲 突 的 部 分 。 各 局 部 E-R图 面 向 不 同 的 局 部 应 用 ， 而 通 常 由 不 同 开 发 设 计 人 员 进 行 局 部E-R图 设 计 ， 因 此 ， 各 个 局 部 E-R图 间 的 冲 突 是 难 免 的 。 一 般来 讲 ， 冲 突 分 为 命 名 冲 突 、 属 性 冲 突 和 结 构 冲 突 。 2） 消 除 冗 余 冗 余 包 括 冗 余 数 据 和 实 体 间 冗 余 的 联 系 。 冗 余 数 据 指 可 由其 他 数 据 导 出 的 数 据 ； 冗 余 联 系 是 指 可 由 其 他 联 系 导 出 的 联 系 。冗 余 数 据 和 冗 余 联 系 会 破 坏 数 据 库 的 完 整 性 ， 增 加 数 据 库 管 理的 困 难 ， 应 该 消 除 。 注 意 ： 但 并 非 所 有 的 冗 余 都 应 去 掉 ， 对 于 访 问 频 率 高 的 冗 余数 据 应 适 当 保 留 ， 同 时 加 强 数 据 完 整 性 约 束 ， 如 设 计 触 发 器 等 。消 除 冗 余 后 得 到 基 本 E-R图 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 45 6.2.4 逻辑设计 逻 辑 设 计 是 在 数 据 库 概 念 设 计 的 基 础 上 ， 将 概 念 结 构 设 计 阶 段 得 到的 独 立 于 DBMS和 计 算 机 系 统 的 概 念 模 型 转 换 成 特 定 DBMS所 支 持 的 数据 模 型 。 E-R图 向 关 系 模 型 的 转 换 ： E-R图 由 实 体 、 联 系 和 属 性 组 成 ， E-R图 向 关 系 模 型 的 转 换 就 是 将 实体 、 联 系 、 属 性 转 换 为 关 系 模 式 。 转 换 原 则 如 下 ： 1） 实 体 转 换 为 关 系 模 型 用 关 系 模 型 表 示 实 体 是 很 直 接 的 ， 实 体 的 名 称 就 是 关 系 的 名 称 ， 实体 的 属 性 就 是 关 系 的 属 性 ， 实 体 的 主 键 就 是 关 系 的 主 键 。 2） 联 系 转 换 为 关 系 模 型 （ 1） 一 对 一 联 系 的 转 换 ： 若 实 体 间 的 联 系 是 1 1， 则 选 择 两 个 实 体类 型 转 换 成 的 关 系 模 式 中 的 任 意 一 个 关 系 模 式 ， 在 其 属 性 中 加 入 另 一个 关 系 模 式 的 键 和 联 系 类 型 的 属 性 。 （ 2） 一 对 多 联 系 的 转 换 ： 若 实 体 间 的 联 系 是 1 n， 则 可 以 在 “ n”端实 体 类 型 转 换 成 的 关 系 模 式 中 ， 加 入 “ 1”端 实 体 类 型 的 键 和 联 系 类 型的 属 性 。 （ 3） 多 对 多 联 系 的 转 换 ： 若 实 体 间 的 联 系 是 m n， 则 可 以 把 联 系 类型 也 转 换 成 关 系 模 式 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 46 6.2.5 物理设计 物 理 设 计 是 以 逻 辑 设 计 结 果 作 为 输 入 ， 结 合DBMS特 征 与 存 储 设 备 特 性 设 计 出 适 合 应 用 环境 的 物 理 结 构 。 数 据 库 物 理 结 构 是 数 据 库 在 物理 设 备 上 的 存 储 结 构 和 存 取 方 法 。 数 据 库 物 理设 计 的 目 的 是 提 高 系 统 处 理 效 率 ， 充 分 利 用 计算 机 的 存 储 空 间 。 一 般 来 讲 ， 数 据 库 物 理 设 计 分 为 两 步 ， 即 数 据库 物 理 设 计 和 性 能 评 价 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 47 物理设计 1. 数 据 库 物 理 设 计 数 据 库 物 理 设 计 主 要 是 确 定 文 件 组 织 、 分 块 技 术 、 缓 冲 区 大小 及 管 理 方 式 、 数 据 在 存 储 器 上 的 分 布 等 。 1） 数 据 簇 集 设 计 数 据 簇 集 就 是 把 有 关 的 元 组 集 中 在 一 个 物 理 块 内 或 物 理 上 相邻 的 区 域 ， 以 提 高 访 问 某 些 数 据 的 速 度 。 数 据 簇 集 建 立 以 后 ， 簇 集 键 相 同 的 元 组 存 放 在 一 起 ， 因 而 簇集 键 不 必 在 每 个 元 组 中 重 复 存 储 ， 只 需 在 一 组 中 存 储 一 次 即 可 ，因 此 可 以 节 约 一 些 存 储 空 间 。 簇 集 键 可 以 是 单 属 性 的 ， 也 可 以 是复 合 的 。 簇 集 对 于 某 些 特 定 的 应 用 可 以 明 显 地 提 高 性 能 。 一 般 来 说 ，用 户 应 用 满 足 以 下 条 件 时 考 虑 创 建 簇 集 。 （ 1） 通 过 簇 集 键 进 行 访 问 或 连 接 是 该 关 系 的 主 要 应 用 ， 与 簇集 无 关 的 其 他 访 问 很 少 或 是 次 要 的 。 （ 2） 对 应 每 个 簇 集 键 值 的 平 均 元 组 既 不 太 少 ， 也 不 太 多 。 （ 3） 簇 集 键 的 值 相 对 稳 定 （ 更 新 、 插 入 、 删 除 操 作 少 ） ， 以减 少 修 改 簇 集 键 值 所 引 起 的 维 护 开 销 。 （ 4） 对 查 询 某 一 范 围 的 值 ， 最 好 在 相 关 属 性 上 建 立 簇 集 索 引 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 48 2） 索 引 的 选 择 索 引 是 为 了 加 速 对 表 中 数 据 进 行 检 索 而 创 建 的 一 种 分 散存 储 结 构 。 索 引 是 表 的 关 键 字 ， 它 提 供 了 指 向 表 中 记 录 行 的指 针 。 合 理 建 立 索 引 可 以 提 高 数 据 检 索 速 度 ， 加 速 关 系 连 接 ，强 制 操 作 的 唯 一 性 。 一 般 来 说 ， 建 立 索 引 需 考 虑 以 下 原 则 ： （ 1） 考 虑 建 立 索 引 的 属 性 ： 主 关 键 字 。 连 接 中 频 繁 使 用 的 属 性 。 （ 2） 不 考 虑 建 立 索 引 的 属 性 ： 很 少 或 从 来 不 在 查 询 中 出 现 的 属 性 。 属 性 值 很 少 的 属 性 。 小 表 （ 记 录 很 少 的 表 ） 。 经 常 更 新 的 属 性 或 表 。 属 性 值 分 布 不 均 ， 在 几 个 值 上 很 集 中 。 过 长 的 属 性 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 49物理设计 2. 评 价 物 理 结 构 数 据 库 物 理 设 计 可 能 有 多 个 方 案 ， 衡 量 一个 物 理 设 计 的 优 劣 ， 可 以 从 存 储 空 间 、 响 应 时间 、 维 护 代 价 等 方 面 综 合 评 定 。 存 储 空 间 利 用率 、 存 取 时 间 和 维 护 代 价 等 常 常 是 相 互 矛 盾 的 。例 如 ， 某 一 冗 余 数 据 可 提 高 检 索 效 率 ， 但 增 加了 存 储 空 间 。 开 发 设 计 人 员 必 须 进 行 权 衡 ， 进行 性 能 的 预 测 和 评 价 ， 选 择 一 个 较 优 的 设 计 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 50 6.3 数据库管理系统 数 据 库 管 理 系 统 （ DataBase Management System） 是 一 种 操 纵 和 管 理 数 据 库 的 系 统 软 件 ，用 于 建 立 、 使 用 和 维 护 数 据 库 ， 简 称 DBMS。 6.3.1 数 据 库 管 理 系 统 的 组 成 和 功 能 6.3.2 数 据 库 管 理 系 统 的 层 次 结 构 6.3.3 常 见 数 据 库 管 理 系 统 6.3.4 数 据 库 管 理 系 统 的 选 择 原 则 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 516.3.1 数据库管理系统的组成和功能 1. 数 据 库 管 理 系 统 的 组 成 按 功 能 划 分 ， 数 据 库 管 理 系 统 大 致 可 分 为 以 下 六 个 部 分 ： （ 1） 模 式 翻 译 ： 提 供 数 据 定 义 语 言 （ DDL） 。 （ 2） 应 用 程 序 的 编 译 ： 把 包 含 着 访 问 数 据 库 语 句 的 应 用 程 序 编译 成 在 DBMS支 持 下 可 运 行 的 目 标 程 序 。 （ 3） 交 互 式 查 询 ： 提 供 易 使 用 的 交 互 式 查 询 语 言 。 （ 4） 数 据 的 组 织 与 存 取 ： 提 供 数 据 在 外 围 储 存 设 备 上 的 物 理 组织 与 存 取 方 法 。 （ 5） 事 务 运 行 管 理 ： 提 供 事 务 运 行 管 理 及 运 行 日 志 管 理 、 事 务运 行 的 安 全 性 监 控 和 数 据 完 整 性 检 查 、 事 务 的 并 发 控 制 及 系统 恢 复 等 功 能 。 （ 6） 数 据 库 的 维 护 ： 为 数 据 库 管 理 员 提 供 软 件 支 持 ， 包 括 数 据安 全 控 制 、 完 整 性 保 障 、 数 据 库 备 份 、 数 据 库 重 组 以 及 性 能监 控 等 维 护 工 具 。 目 录上 一 页下 一 页 结 束 计 算 机 文 化 基 础 52数据库管理系统的组成和功能 2. 数 据 库 管 理 系 统 的 功 能 数 据 库 管 理 系 统 所 提 供 的 功 能 有 以 下 几 项 ： （ 1） 数 据 定 义 功 能 。 DBMS提 供 相 应 数 据 定 义 语 言 来 定 义 数 据库 结 构 ， 刻 画 数 据 库 框 架 ， 并 保 存 在 数 据 字 典 中 。 （ 2） 数 据 存 取 功 能 。 DBMS提 供 数 据 操 纵 语 言 （ DML） ， 实 现对 数 据 库 数 据 的 基 本 存 取 操 作 ， 如 检 索 、 插 入 、 修 改 和 删 除 。 （ 3） 数 据 库 运 行 管 理 功 能 。 DBMS提 供 数 据 控 制 功 能 ， 即 在 数据 库 运 行 期 间 ， 对 数 据 的 安 全 性 、 完 整 性 和 并 发 控 制 等 进 行 有效 的 控 制 和 管 理 ， 以 确 保 数 据 正 确 有 效 。 （ 4） 数 据 库 的 建 立 和 维 护 功 能 。 包 括 数 据 库 初 始 数 据 的 装 入 ，数 据 库 的 转 储 、 恢 复 、 重 组 织 ， 系 统 性 能 监 视 、 分 析 等 功 能 。 （ 5） 数 据 库 的 传 输 。 DBMS提 供 数 据 的 传 输 功 能 ， 实 现 用 户 程序 与 DBMS之 间 的 通 信 ， 通 常 与 操 作 系 统 协 调 完 成 。 目 录上 一 页下