计算机等级二级MSOffice《二级公共基础知识》第4章数据库设计基础学习知识.doc

.* 计算机等级二级MS Office高级应用 《二级公共基础知识》 第4章 数据库设计基础 4.1 数据库系统的基本概念 4.1.1 数据、数据库、数据库管理系统与数据库系统 1. 数据：是指描述事物的符号记录。如数字、声音、文字、图片等 2. 数据库：简称为DB(Database)，是指长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。注意两点：其一是数据库不仅包括描述事物的数据本身，而且包括相关事物之间的关系。其二是数据库中的数据具有集成与共享的特点。 3. 数据库管理系统：简称为DBMS(Database Management System)，是指位于用户与操作系统之间的、方便用户管理与组织数据库的一种数据库管理软件。如Oracle、Access 4. 数据库管理员：由于数据库的共享性，因此对数据库的规划、设计、维护、监视等需要有专人管理，称他们为数据库管理员。 5. 数据库系统：由数据库、数据库管理系统、数据库管理员、硬件平台和软件平台5个部分所组成。简称为DBS(Database System)。注意：人们一般所说的数据库是指数据库系统。 4.1.2 数据库系统的发展 数据管理发展至今已经历了三个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。 1.文件系统阶段：它提供了简单的数据共享与数据管理能力，但是它无法提供完整的、统一的、管理和数据共享能力，可以把它看成数据库系统的雏形，而不是真正的数据库系统。 2.层次数据库与网状数据库系统阶段：是真正的数据库系统，但脱胎于文件系统，受文件的物理影响较大。 3.关系数据库系统阶段:当前的主流数据库，系统结构简单，使用方便，逻辑性强物理性少。 （数据管理3个阶段的比较，要求理解） 4.1.3 数据库系统的基本特点 1．数据的集成性 2．数据的高共享性与低冗余性 3．数据独立性 4．数据统一管理与控制 注意： 数据的独立性：是指数据与程序间的互不依赖性，即数据库中的数据独立于应用程序而不依赖于应用程序，也就是数据的逻辑结构、存储结构与存取方式的改变不会影响应用程序。数据独立性一般分为物理独立性与逻辑独立性两级。 物理独立性：物理结构(包括存储结构、存取方式等)的改变，如存储设备的更换、物理存储的更换、存取方式改变不影响数据库的逻辑结构，从而不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，如修改数据模式、增加新的数据类型，改变数据间联系等，不需要相应修改应用程序。 4.1.4 数据库系统体系结构 数据库系统在其内部具有三级模式及二级映射， 三级模式分别是概念模式、内模式与外模式， u 概念模式：也称为模式，是数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，全体用户的公共数据视图； u 内模式：又称物理模式，是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式； u 外模式：也称为子模式或者用户模式，是用户的数据视图，也就是用户所能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。 二级映射则分别是概念模式/内模式的映射以及外模式/概念模式的映射。 注意：一个数据库只有一个概念模式和一个内模式，有多个外模式。 注意：三级模式与两级映射的引入，主要是实现数据的独立性。内模式与概念模式间的 映射，是达到物理独立性；而概念模式与外模式间的映射，是达到逻辑独立性。 【历届考题】 1、数据库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 2、数据库设计的根本目标是要解决 A) 数据共享问题 B) 数据安全问题 C) 大量数据存储问题 D) 简化数据维护 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 4、据管理技术发展过程经过人工管理、文件系统和数据库系统三个阶段，其中数据独立性最高的阶段是数据库系统。 5、数据独立性分为逻辑独立性与物理独立性。当数据的存储结构改变时，其逻辑结构可以不变，因此，基于逻辑结构的应用程序不必修改，称为逻辑独立性。 6、在数据库系统中，用户所见的数据模式为 A）概念模式 B）外模式 C）内模式 D）物理模式 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 --------------------------------------------------------------------------- 4.2 数据模型 4.2.1 数据模型的基本概念 数据库应用系统就是将现实世界映射到计算机中的结果。为了简化这个映射过程，引入了数据模型。数据模型是从现实世界到计算机世界的一个中间层次，其不仅能方便地描述数据本身，而且能正确地反映出数据之间存在的整体逻辑关系。 数据模型：是数据特征的抽象，它从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统的信息表示与操作提供一个抽象的框架。数据模型所描述的内容有三个部分（或数据模型的三要素）：数据结构、数据操作与数据约束。 数据模型按不同的应用层次分成三种类型：概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型。其中，概念数据模型简称概念模型，它是一种面向客观世界、面向用户的模型，与具体的数据库系统无关，与具体的计算机平台无关，如E-R（实体联系）模型；逻辑数据模型又称数据模型，它是一种面向数据库系统的模型，着重于在数据库系统一级的实现，如层次模型、网状模型和关系模型；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，它给出了数据模型在计算机上物理结构的表示。 4.2.2 E-R 模型(重要),属于概念数据模型。 E-R 模型的基本概念 E-R 模型将现实世界中的要求转化成实体、联系和属性等几个基本概念。 a.实体：客观存在又能相互区别的事物。如一本书，一间教室，一场比赛 b.属性：描述实体的特性。如一个学生可以用学号、姓名、出生年月等来描述 c.联系：实体之间的对应关系称作联系，它反映现实世界事物之间的相互关联。 实体间联系的类型通常分为三种： a、一对一联系：如居民信息与户口信息。 即一个居民信息对应着一个户口信息，并且一个户口信息也只对应着一个居民信息。 b、一对多联系或多对一联系：注意两个实体前后的顺序关系。 一对多联系：如班级信息与学生信息。 即一个班级对应着多个学生，并且一个学生只对应一个班级。 多对一联系：如学生信息与班级信息。 即一个学生对应一个班级，但一个班级却可对应多个学生。 c、多对多联系：如学生信息与课程信息。 即一个学生可以选修多门课程，并且一门课程可被多个学生选修。 2．E-R 模型三个基本概念之间的联接关系 a、实体是概念世界中的基本单位，属性依附于实体，它本身并不构成独立单位。 b、一个实体可以有若干个属性，实体以及它的所有属性构成了实体的一个完整描述。 c、属性有属性域，每个实体可取属性域内的值。 d、一个实体的所有属性取值组成了一个值集叫元组。 3．E-R 模型的图示法 a. 实体集表示法：使用矩形表示实体集。 b. 属性表示法：使用椭圆形表示属性。 c. 联系表示法：使用菱形表示属性。 如教学管理系统的E-R图为： 4.2.3 层次模型(属于逻辑数据模型) 层次模型的基本结构是树形结构。层次模型的特点：有且仅有一个无父结点的根结点，它位于最高的层次，即顶端；根结点以外的子结点，向上有且仅有一个父结点，向下可以由一个或多个子结点。比如家谱。 4.2.4 网状模型(属于逻辑数据模型) 网状模型是一个不加任何条件限制的无向图。 4.2.5 关系模型(属于逻辑数据模型) 1.关系模型的数据结构 关系：关系模型采用二维表来表示，简称表。二维表由表框架及表的元组组成。一个二维表就是一个关系。 属性：二维表中的一列称为属性。属性的个数称为属性元数。 值域：每个属性的取值范围。 元组：二维表中的一行称为元组。 候选码：二维表中能唯一标识元组的最小属性集。 主键或主码：若一个二维表中有多个候选码，则选定其中一个作为主键供用户使用。 外键或外码：表M中的某属性集是表N的候选码或主键，则称该属性集为表M的外键。 2.关系中的数据约束包括： a.实体完整性约束：约束关系的主键中属性值不能为空值； b.参照完整性约束：是关系之间的基本约束； c.用户定义的完整性约束：它反映了具体应用中数据的语义要求。 【历届考题】 1、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 2、在E-R图中，用来表示实体的图形是 A)矩形 B)椭圆形 C)菱形 D)三角形 3、一个关系表的行称为元组。 【本节复习】 1、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 2、一个教师可讲授多门课程，一门课程可由多个教师讲授。则实体教师和课程间的联系是（ ）。 A)1:1联系 B) 1:m联系 C) m:1联系 D) m:n联系 3、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 --------------------------------------------------------------------------- 4.3 关系代数 1、传统的集合运算： 对于两个元组结构相同的关系，可对他们进行并、差和交集合运算。设置有关系R1和R2，运算后的结果为R3。 2、关系代数的基本运算： a、选择运算：从关系中找出满足给定条件的元组的操作。如从教师表中找出所有职称为教授有教师。 b、投影运算：从关系模式中指定若干属性组成新的关系。如从教师表中查询教师信息，并显示编号、姓名、职称三个字段。注意：经过投影运算可以得到一个新的关系，其关系模式所包含的属性个数往往比原关系少，或者属性的排列顺序不同。 c、笛卡尔积运算：是将两个关系(R、S)合并成一个大的关系(T)。大关系T的列数是关系R和关系S的列数共同所组成的，其行数是R中的行数与S中的行数的乘积。记T=RS。 d、除运算：是笛卡尔积的逆运算，考试的可能性小。记为：T/R=S 或TR=S。 e、自然连接：是在笛卡尔积运算的基础上，得到指定两个字段的值相等的元组。记为：T=R||S。 【历届考题】 1、设有如下关系表： 则下列操作中正确的是 A) T=R∩S B) T=R∪S C) T=RS D) T=R/S 2、设有如三个关系表 下列操作中正确的是 A）T=R∩S B）T=R∪S C）T=RS D）T=R/S 【本节复习】 1、有三个关系R、S和T如下 R S A B B C T m 1 1 3 A B C n 2 3 5 m 1 3 由关系R和S通过运算得到关系T，则所使用的运算为（ ）。 A）笛卡尔积 B）交 C）并 D）自然连接 1、有三个关系R、S和T如下 R S A B C A B a 1 2 a 3 b 2 1 b 0 c 3 1 c 2 由关系R通过运算得到关系S，则所使用的运算为（ ）。 A）选择 B）投影 C）插入 D）连接 3、有三个关系R、S和T如下 R S A B A B A B m 1 m 1 a 3 n 2 n 2 a 3 由关系R和S通过运算得到关系T，则所使用的运算为（ ）。 A）选择 B）交 C）并 D）投影 ------------------------------------------------------------------------- 4.4 数据库设计与管理 数据库设计是对于给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立性能良好的数据库，使之满足各种用户的需求。数据库设计是数据库应用的核心。 4.4.1 数据库设计概述 数据库设计的4个步骤及阶段成果 4.4.2 数据库设计的需求分析 分析和表达用户的需求，经常采用的方法有结构化分析方法和面向对象的方法。结构化分析方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。 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，它通常包括5 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，表示某一处理过程的输入或输出；④数据存储，处理过程中存取的数据，常常是手工凭证、手工文挡或计算机文件；⑤处理过程。 4.4.3 数据库概念设计 数据库概念设计的目的是分析数据内在语义关系，在此的基础上建立一个数据的抽象模型。设计的方法有两种： a、集中式模式设计法（适用于小型或并不复杂的单位或部门）； b、视图集成设计法。其设计过程分为三步：选择局部应用、视图设计、视图集成。 4.4.4 数据库的逻辑设计 从E-R图向关系模式转换： E-R模型 关系模型 实体 元组 实体集 关系 属性 属性 联系 关系 关系视图的作用有以下几点： 1．提供数据逻辑独立性； 2．能适应用户对数据的不同需求； 3．有一定数据保密功能。 4.4.5 数据库的物理设计 数据库物理设计的主要目标是对数据库内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度及有效利用存储空间。 4.4.6 数据库管理 数据库管理的内容： 1．数据库的建立；2．数据库的调整；3．数据库的重组；4．数据库安全性控制与完整性控制；5．数据库的故障校复；6．数据库监控