二级公共基础知识数据库基础

全国全国全国全国计计算机等算机等算机等算机等级级考考考考试试二二级公共基公共基础知知识数据数据库库设计设计基基础础考考试大大纲1.1.数据数据库的基本概念：数据的基本概念：数据库，数据，数据库管理系管理系 统，数据，数据库系系统。2.2.数据模型数据模型,实体体联系模型及系模型及E-RE-R图，从，从E-RE-R图导出关系数据模型。出关系数据模型。3.3.关系代数运算关系代数运算,包括集合运算及包括集合运算及选择、投影、投影、连接运算，数据接运算，数据库规范化理范化理论。4.4.数据数据库设计方法和步方法和步骤：需求分析、概念：需求分析、概念设计、逻辑设计和物理和物理设计的相关策略。的相关策略。一个简单Access数据库注意后缀名.mdb注意后缀名.mdb知知识点点归纳数据数据库系系统的基本概念的基本概念1.数据、数据库、数据库管理系统（1）数据（Data)：实际上就是描述事物的符号符号记录。计算机中的数据一般可分为临时性数据和持久性数据两种。（2）数据）数据库 (Database，简称称DB)：是：是数据的集合数据的集合，它具有，它具有统一的一的结构形式并存放于构形式并存放于统一的存一的存储介介质内，是多种数据的集成，内，是多种数据的集成，并可被各个并可被各个应用程序所共享。用程序所共享。（3）数据）数据库管理系管理系统 (Database Management System，简称称DBMS)：它是一种系：它是一种系统软件，件，负责数据数据库中的数据中的数据组织、数据操、数据操纵、数据、数据维护、控制及保、控制及保护和数据服和数据服务等。等。（4）数据）数据库管理管理员(Database Administrator，简称称DBA)：是：是专门从事数据从事数据库规划、划、设计、维护、监视等工作的管理人等工作的管理人员。DBA的主要工作：的主要工作：数据数据库设计(Database Design)数据数据库维护(如系如系统恢复、数据定期恢复、数据定期转存等存等)改善系改善系统性能，提高系性能，提高系统效率效率(如数据如数据库的重的重组、重构等、重构等)（5）数据）数据库系系统（DBS）：是指）：是指计算机系算机系统中引中引进数据数据库技技术后的整个系后的整个系统构成，由构成，由数据数据库（数据）、（数据）、数据数据库管理系管理系统（软件）、件）、数据数据库系系统用用户（人（人员）、）、系系统平台之硬件平台（硬件）平台之硬件平台（硬件）软件平台（件平台（软件）件）共五个部分构成。共五个部分构成。2.数据数据库系系统的的发展展 数据管理技数据管理技术的的发展至今已展至今已经历了三个了三个阶段：段：人工管理人工管理阶段段文件系文件系统阶段段数据数据库系系统阶段。段。3.数据数据库系系统的基本特点的基本特点 (1)数据的数据的结构化构化在数据在数据库系系统中按照多个中按照多个应用的需要用的需要组织全局的全局的统一的数据一的数据结构构(即数据模式即数据模式)，而每个，而每个应用的数据用的数据则是全是全局局结构中的一部分，称构中的一部分，称为局部局部结构构(即即视图)，这种全局与局部的种全局与局部的结构模式构成了数据构模式构成了数据库系系统数据集成性的主要数据集成性的主要特征。特征。(2)数据的高共享性与低冗余性数据的高共享性与低冗余性由于数据的集成性使得数据可由于数据的集成性使得数据可为多个多个应用所共享，数据的共享又可极大地减少了数据的冗余性，不用所共享，数据的共享又可极大地减少了数据的冗余性，不仅减少减少了不必要的存了不必要的存储空空间，更，更为重要的是可以避免数据的不一致性。重要的是可以避免数据的不一致性。(3)数据独立性数据独立性(物理独立性和物理独立性和逻辑独立性独立性)数据数据库中的数据独立于中的数据独立于应用程序而不依用程序而不依赖于于应用程序。用程序。(4)数据数据统一管理与控制一管理与控制主要包含以下三个方面：数据的完整性主要包含以下三个方面：数据的完整性检查、数据的安全性保、数据的安全性保护、并、并发控制：控制：4.数据库系统的内部结构体系(1)数据数据库系系统的三的三级模式模式数据模式是数据数据模式是数据库系系统中数据中数据结构的一种表示形式，它具有不同的构的一种表示形式，它具有不同的层次与次与结构方式。构方式。概念模式：它放映了概念模式：它放映了设计者的数据全局者的数据全局逻辑要求。要求。外模式外模式(子模式或用子模式或用户模式模式)：它反映了用：它反映了用户对数据的要求。数据的要求。内模式内模式(物理模式物理模式)：它反映了数据在：它反映了数据在计算机物理算机物理结构中的构中的实际存存储形式。形式。以概念模式以概念模式为框架所框架所组成的数据成的数据库叫概念数据叫概念数据库以外模式以外模式为框架所框架所组成的数据成的数据库叫用叫用户数据数据库以内模式以内模式为框架所框架所组成的数据成的数据库叫物理数据叫物理数据库 物理数据物理数据库是真是真实存在于存在于计算机外存算机外存(2)数据数据库系系统的两的两级映射映射 概念模式到内模式的映射概念模式到内模式的映射 外模式到概念模式的映射外模式到概念模式的映射用户数据库1用户数据库2用户数据库n概念数据库物理数据物理数据库只有物理数据库是真实存在于计算机外存中。两种映射均由DBMS实现。数据模型数据模型数据模型的基本概念数据模型的基本概念 数据模型数据模型是数据特征的抽象，是一个描述数据特征的框架。数据模型按不同的应用层次分成三种类型：(1)概念数据模型(简称概念模型 信息世界)对客观世界复杂事物的结构描述，如E-R模型模型等。(2)逻辑数据模型(简称数据模型 机器世界)是一种面向数据库系统的模型，如层次模型次模型、网状模型网状模型、关系模型关系模型、面向对象模型等。(3)物理模型 是一种面向计算机物理表示的模型，此模型给出了数据模型在计算机上物理结构的表示。比较真实地模拟现实世界;容易被人理解;便于在计算机上实现;1.层次模型次模型用层次结构表示实体及其之间的联系，具有如下特点：数据结构比较简单，操作简单对于实体间联系是固定的、且预先定义好的应用系统，有较高的性能可以提供良好的完整性支持不适合表示非层次性的联系，对于插入和删除操作的限制比较多学校院 系研究所部 处教研室班级学生教师科研室科室科研人员工作人员学校行政机构层次模型图2.网状模型网状模型用网状结构表示实体及其之间的联系。网状模型在结构上较层次模型好，不像层次模型那样要满足严格的条件。网状模型示意图系1系2系3课程1课程2课程4课程3教师1教师3教师23 关系模型关系模型（1）关系）关系在日常生活中，在日常生活中，经常用一常用一张二二维表格来描述表格来描述实体及体及实体体间的的联系。系。满足如下要求的二足如下要求的二维表格称表格称为一个关系。一个关系。关系关系:一个关系一个关系对应通常通常说的一的一张表表.元元组:表中的一行即表中的一行即为一个元一个元组.属性属性:表中的一列即表中的一列即为一个属性一个属性.主主码(Key):能唯一确定一个元能唯一确定一个元组的属性的属性组.域域:属性的取属性的取值范范围.分量分量:元元组的一个属性的一个属性值.关系模式关系模式:对关系的描述关系的描述,一般表示一般表示为:关系名关系名(属性属性1,属性属性2,属性属性n)关系的一个实例学号姓名性别年龄考试成绩张浩然男1884李云霞女1979王 伟男1865赵坚强男2097钱小丽女1876关系模式关系模式元元组属性属性的分量关键字候选关键字上面的关系描述上面的关系描述为:学生学生(学号学号,姓名姓名,年年龄,考考试成成绩,性性别)（2 2）关系操）关系操纵(1)实体完整性约束(如关键字属性的值不能为空值)(2)参照完整性约束(外关键字不允许有不存在的值)(3)用户定义的完整性约束(如考试成绩只能为0100)(1)数据查询(可以对一个关系或多个关系查询)(2)数据删除(删除指定关系内的指定元组)(3)数据插入(在指定关系中插入一个或多个元组)(4)数据修改(在一个关系修改指定的元组与属性)（3 3）关系中的数据）关系中的数据约束束（1）实体。实体是现实世界中客观存在的、能相互区别的任何事物。凡是有共性的实体可组成一个集合称为实体集。（2）属性。属性是实体的特征。一个实体往往可以有若干个属性。每个属性可以有值，一个属性的取值范围称为该属性的值域或值集。4.4.实体及其属性的概念体及其属性的概念(概念模型概念模型)（3）实体之体之间的的联系系一一对一一联系，系，简记为1：1(学校与校学校与校长)一一对多或多多或多对一一联系，系，简记为1：M或或M：1 (宿舍与学生宿舍与学生 1：M)多多对多多联系，系，简记为M：N(学生与学生与课程程)E-R方法ER方法通过E-R图将现实世界的要求转化成实体、联系、属性等几个基本概念以及它们间的联接关系，并且用图形非常直观地表示出来，再经过适当加工，从而构造出数据模型。因此E-R方法是将现实世界的信息模型转化到数据模型的一个中间工具。1.E-R图的基本的基本图素素实体名(a)实体 (b)属性 (c)联系名 (d)连线联系名属性名例例1由由实体集学生、体集学生、课程以及附属于它程以及附属于它们的属性和它的属性和它们间的的联系系选修以及附属于修以及附属于选修的属性修的属性课程成程成绩构构成了一个学生成了一个学生-课程程联系系E-R图，如，如图6.1 所示。所示。图6.1E-R图的一个实例学号姓名年龄课程号课程名学分nm选修学生课程课程成绩2.设计E-R图方法根据要求确定实体及实体间的联系。画出反映局部E-R图。综合各局部E-R图，得出反映数据库整体概念的总体E-R图。进一步修改完善。例2假定某车间要建立信息管理系统，实际情况是该车间有多个职工；每个职工可能参加多个产品研制；一个产品由一个人负责；一个产品由多个零件组成；一个零件在多种产品中使用，某种零件和产品只存放在一个仓库中等。那么各个用户的局部E-R图如图6.14所示(为简化起见，略去了实体的属性)。1NMM111NNNNN车间职工拥有职工产品研制负责零件组装产品仓库产品存放仓库零件存放图6.14 各局部E-R图对上述局部E-R图加以综合,得到总体E-R图如下图6.15所示:关系运算关系运算 关系运算即关系中元组的运算 常使用以下运算符：并()、差(一)、交()、笛卡尔积()、投影()、选择()、联接(|)。1关系代数中的基本关系运算基本的关系运算指的是并、差、交、笛卡尔积四种运算，其中并、差、交要求参与运算的两个关系模式相同。(1)并：关系并：关系R与与S的并的并记为R S。其。其结果是把两个关系的所有元果是把两个关系的所有元组合并在一起合并在一起,消去重复元消去重复元组所得到的所得到的集合。集合。设关系R与关系S的结构相同：(2)差：关系差：关系R与与S的差的差记作作RS。其。其结果是属于果是属于R而不属于而不属于S的所有元的所有元组的集合。的集合。(3)交：关系交：关系R与与S的交的交记作作RS。其。其结果是同果是同时属于属于R和和S的元的元组组成的集合。成的集合。(4)笛卡笛卡尔积：关系：关系R与与S的笛卡的笛卡尔积记作作RS。其。其结果是由属于果是由属于R的每个元的每个元组和和S的每个元的每个元组组成的成的集合。若关系集合。若关系R有有m个元个元组，关系，关系S有有n个元个元组，则关系关系RS有有mn个元个元组。例2给定两个关系R和S，如表6.9和表6.10所示，则RS的结果如表6.11所示。表6.9R表6.10S表6.11R S2关系数据关系数据库中的关系运算中的关系运算(1)选择运算运算选择运算是将一个关系中运算是将一个关系中满足条件的元足条件的元组抽出来构成新的关系。抽出来构成新的关系。例3:设有一个关系如表6.12所示，利用选择运算把性别为女，专业为计算机的学生信息提取出来。结果形成一个表6.13所示的关系。表6.12 表6.13 投影运算是从一个关系中投影运算是从一个关系中选择所需要的属性重新排列，所需要的属性重新排列，组成一个新关系。成一个新关系。例4给定表6.12所示的关系，利用投影运算提取学生的学号、姓名和专业，结果如表6.14所示。表6.12 表6.14(2)投影运算投影运算从两个关系模式中抽取全部或部分属性拼接起来，形成新的关系称为连接运算。在实际应用中一般两个相互连接的关系往往须满足一些条件，所得到的新关系中只包含满足连接条件的元组。设有关系R、S，则R与S的连接运算可记为：R|S。表6.15R表6.16S表6.17R|S(3)连接与自然接与自然连接运算接运算例5给定两个关系R和S，如表6.15和表6.16所示，则R|S(连接条件为R1S1)的结果如表6.17所示。数据库设计与管理1.数据数据库设计概述概述设计一个能满足用户要求，性能良好的数据库。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：以信息需求为主，兼顾处理需求（面向数据的方法）以处理需求为主，兼顾信息需求（面向过程的方法）n面向数据的面向数据的设计方法已成方法已成为主流方法主流方法n数据数据库设计目前一般采用生命周期法，分若干目前一般采用生命周期法，分若干阶段：段：需求分析需求分析阶段段概念概念设计阶段段逻辑设计阶段段及物理及物理设计阶段、段、编码阶段、段、测试阶段、运行段、运行阶段、段、进一步修改一步修改阶段。段。2.数据库设计的需求分析需求分析阶段的任务是通过详细调查现实世界要处理的对象(组织、部门、企业等)，充分了解系统的工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定系统的功能。3.数据数据库概念概念设计目的是分析数据目的是分析数据间内在内在语义关关联，在此基，在此基础上建立一个数据的抽象模型。最常用的方法上建立一个数据的抽象模型。最常用的方法E-R方法。方法。4.数据数据库的的逻辑设计 从从E-R图向关系模型的向关系模型的转换逻辑模式模式规范化及范化及调整、整、实现关系关系视图设计 5.数据数据库的物理的物理设计对数据数据库内部物理内部物理结构作构作调整并整并选择合理的存取路径，以提高数据合理的存取路径，以提高数据库访问速度及有效利用存速度及有效利用存储空空间留留给用用户参与物参与物理理设计的余地不多。的余地不多。6.数据数据库管理管理n数据数据库的建立的建立n数据数据库的的调整整n数据数据库的重的重组n数据数据库安全性控制与完整性控制安全性控制与完整性控制n数据数据库的故障恢复的故障恢复n数据数据库监控控