數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-二級(jí)access公共基礎(chǔ)

1、1第四章 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念二、數(shù)據(jù)模型三、關(guān)系代數(shù)四、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理2一、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念一、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念1.數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)(database)是指長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。它具有最小的最小的冗余度冗余度，但卻有最高的獨(dú)立性最高的獨(dú)立性。2.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)data)是指描述事務(wù)的符號(hào)記錄是指描述事務(wù)的符號(hào)記錄。例如，描述一名學(xué)生的方法是(張三，男， 1981，北京，黨員)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的基本對(duì)象。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的基本對(duì)象。數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的特點(diǎn):按照一定的數(shù)

2、據(jù)模型來(lái)組織、描述和儲(chǔ)存，具有較小的冗余度和較高的獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并為各種用戶所共享。 33.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（Database System， DBS）由計(jì)算機(jī)硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（軟件）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員與用戶等部分組成。 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展有以下數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展有以下3個(gè)階段：個(gè)階段：第一階段第一階段: 20世紀(jì)50年代中期以前為人工管理階段，主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)不能保存、應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)不共享、不具有數(shù)據(jù)獨(dú)立性。第二階段第二階段: 20世紀(jì)50年代后期到60年代中期的文件系統(tǒng)階段，主要特點(diǎn)是能長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，應(yīng)用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)共享性

3、差、數(shù)據(jù)獨(dú)立性差。 4 第三階段第三階段: 20世紀(jì)60年代后期開(kāi)始的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段。這時(shí)期的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)如下所述。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)的共享性高、冗余度低、可以擴(kuò)充。應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)獨(dú)立性高。數(shù)據(jù)自DBMS統(tǒng)一管理和控制。 值得注意的是值得注意的是:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫(kù)與文件系統(tǒng)的根本區(qū)別。 4.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）是指幫助用戶創(chuàng)建和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用程序的集合(軟件)。 DBMS是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心。 5 常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有微軟公司的SQL Server、甲骨文公司的Oracle、IBM公司的DB2和IMS（層次）。 5.數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)(Database Ap

4、plication System， DBAS)是指利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及應(yīng)用界面這三者組成，具體包括數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員、硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)、應(yīng)用軟件與應(yīng)用界面。 66.數(shù)據(jù)庫(kù)管理員數(shù)據(jù)庫(kù)管理員由于數(shù)據(jù)庫(kù)的共享性，因此對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)、監(jiān)視等需要專人管理，稱他們?yōu)閿?shù)據(jù)庫(kù)管理員（DataBase Administrator， DBA）。DBA的主要工作是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)、改善系統(tǒng)性能。7. 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu) 從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的角度看，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有三級(jí)模式結(jié)構(gòu):模式、內(nèi)模式、外模式。 7 模式、內(nèi)模式、外模式。這3者關(guān)

5、系如圖所示 8 為了實(shí)現(xiàn)三級(jí)模式之間的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在三級(jí)模式之間提供了兩個(gè)層次的映像，外模式/模式映像和模式/內(nèi)模式映像 數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象保證了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。（1）物理獨(dú)立性物理獨(dú)立性是指數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)(包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方式等)的改變，如存儲(chǔ)設(shè)備的更換、物理存儲(chǔ)的更換、存取方式的改變，都不影響數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)，從而不致引起應(yīng)用程序的變化（物理結(jié)構(gòu)與應(yīng)用程序）。（2）邏輯獨(dú)立性邏輯獨(dú)立性是指數(shù)據(jù)庫(kù)總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，如修改數(shù)據(jù)模式、增加新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間聯(lián)系等，不需要相應(yīng)地修改應(yīng)用程序（全體邏輯結(jié)構(gòu)與應(yīng)用程序）。 9二、數(shù)據(jù)模型二、數(shù)據(jù)模型1

6、.數(shù)據(jù)模型的基本概念 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是指模擬現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)物及其之間關(guān)系的方法。數(shù)據(jù)模型有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（靜態(tài)）、數(shù)據(jù)操作（動(dòng)態(tài)）和數(shù)據(jù)約束條件3個(gè)要素，其中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是最關(guān)鍵的要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是最關(guān)鍵的要素。 數(shù)據(jù)模型按不同的應(yīng)用層次可分為按不同的應(yīng)用層次可分為3種種:概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型、物理數(shù)據(jù)模型。（1）概念模型:面向用戶、客觀世界，與DBMS無(wú)關(guān)，與計(jì)算機(jī)平臺(tái)無(wú)關(guān)，著名的概念模型是E-R圖。概念模型用于信息世界的建模，是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的第一層抽象，是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次。 10 （2）邏輯模型邏輯模型:又稱數(shù)據(jù)模型，是面向數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的模型。該模型著重于在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一級(jí)的實(shí)

7、現(xiàn)。著名的邏輯模型有層次、網(wǎng)狀、關(guān)系、面向?qū)ο竽Ｐ?種。 （3）物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型:又稱物理模型，是面向計(jì)算機(jī)物理表示的模型。此模型給出了數(shù)據(jù)模型在計(jì)算機(jī)上物理結(jié)構(gòu)的表示。2.實(shí)體聯(lián)系模型（E-R圖）實(shí)體聯(lián)系模型中常見(jiàn)的概念如下：（1）實(shí)體與實(shí)體集客觀存在并可以區(qū)別的事物稱為實(shí)體。實(shí)體可以是人、事、物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系。 11 凡是有共性的實(shí)體可以組成一個(gè)集合，稱為實(shí)體集。例如:小趙，小李是實(shí)體，他們又具有學(xué)生的共性，所以可以組成一個(gè)實(shí)體集。 （2）屬性和域現(xiàn)實(shí)世界中事物均有一些特性，這些特性可以用屬性來(lái)表示。屬性刻畫了實(shí)體的特征。一個(gè)實(shí)體往往可以有若干個(gè)屬性。每個(gè)屬性可以有值，

8、一個(gè)屬性的取值范圍稱為該屬性的域。例如:小趙的年齡屬性取值為16。 12 （3）聯(lián)系現(xiàn)實(shí)世界中事物之間的關(guān)聯(lián)稱為聯(lián)系。在概念世界中聯(lián)系反映了實(shí)體集間的一定關(guān)系，如人工與設(shè)備之間的操作關(guān)系，上、下級(jí)之間的領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系，生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間的供求關(guān)系等。實(shí)體之間的聯(lián)系有多種，如兩個(gè)實(shí)體間的聯(lián)系、多個(gè)實(shí)體集間的聯(lián)系和一個(gè)實(shí)體集內(nèi)部的聯(lián)系等。兩個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系實(shí)際上是實(shí)體間的函數(shù)關(guān)系。這種函數(shù)關(guān)系可以有以下3種:一對(duì)一（1:1)、一對(duì)多（1: M)和多對(duì)多（M: N）。 13 （4）E-R圖 它是指實(shí)體-聯(lián)系圖，用來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界中的概念模型。在該圖中，用用矩形矩形來(lái)表示來(lái)表示實(shí)體集實(shí)體集、用用橢圓橢圓表示表

9、示屬性屬性、用、用菱形菱形表示表示聯(lián)系聯(lián)系。兩個(gè)實(shí)體間的聯(lián)系： 班級(jí)班級(jí)擁有擁有班長(zhǎng)班長(zhǎng)11班級(jí)班級(jí)擁有擁有學(xué)生學(xué)生1n課程課程選修選修學(xué)生學(xué)生mn14 學(xué)生選課E-R圖課程號(hào)課程名學(xué)號(hào)姓名性別年齡籍貫課程學(xué)生選修成績(jī)mn153.層次模型（1）層次模型是發(fā)展最早發(fā)展最早的數(shù)據(jù)模型。（2）層次模型中實(shí)體之間的聯(lián)系用實(shí)體之間的聯(lián)系用樹形結(jié)構(gòu)樹形結(jié)構(gòu)來(lái)表示來(lái)表示。（3）層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基本層次聯(lián)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基本層次聯(lián)系。4.網(wǎng)狀模型（1）網(wǎng)狀模型出現(xiàn)晚于層次模型晚于層次模型。（2）網(wǎng)狀模型中實(shí)體之間的聯(lián)系表示為網(wǎng)狀實(shí)體之間的聯(lián)系表示為網(wǎng)狀。（3）網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基本層次聯(lián)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基本層次

10、聯(lián)系。（4）網(wǎng)狀模型實(shí)際上是不加任何條件限制的實(shí)際上是不加任何條件限制的無(wú)向圖無(wú)向圖。 165.關(guān)系模型（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，例如下表表示一種關(guān)系。 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào)姓姓 名名性性 別別專專 業(yè)業(yè) 號(hào)號(hào)年年 齡齡801張三女0119802李四男0120803王五男0120804趙六女0220805錢七男021917 在關(guān)系模型中常用的概念：關(guān)系：二維表。值得注意的是：在關(guān)系模型中，實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系(表)來(lái)表示的。元組：表中的一行。屬性：表中的一列。碼 (鍵)：在二維表中，凡能唯一標(biāo)識(shí)元組的最小屬性集，稱為該表的鍵或碼。值得注意的是任何表一定有鍵，

11、因?yàn)槿绻碇兴袑傩缘淖蛹皇擎I，則表中屬性的全集必定為鍵，這種情況叫全鍵。18 候選碼與主碼（鍵）。二維表中可能有若干個(gè)鍵(碼)，它們被稱為該表的候選碼。從所有候選碼中選取一個(gè)作為用戶使用的鍵稱為主鍵或主碼。外碼(鍵)：表A中的某屬性集是某表B的鍵，則稱該屬性集為A的外鍵或外碼。域：屬性的取值范圍。關(guān)系模式。關(guān)系模式的一般格式為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，屬性n）。例如:學(xué)生(學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系，年級(jí))。 19 （2）數(shù)據(jù)操作。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作可分為兩種:查詢、修改（增加、刪除、修改）。 （3）完整性約束條件。關(guān)系的完整性約束條件有三大類：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義完整性。其

12、中實(shí)體完整性是指主碼不能為空。 20三、關(guān)系代數(shù)三、關(guān)系代數(shù) 關(guān)系操作的兩種表示方法兩種表示方法是關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算。 關(guān)系運(yùn)算的三大要素三大要素是運(yùn)算對(duì)象、運(yùn)算符和運(yùn)算結(jié)果。關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算對(duì)象是關(guān)系，運(yùn)算結(jié)果也是關(guān)系。1.關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算有以下四種：傳統(tǒng)的集合運(yùn)算并、差、交、廣義笛卡爾積)，21傳統(tǒng)集合運(yùn)算舉例：22 專門的關(guān)系運(yùn)算(選擇、投影、連接、除)，如下表 比較運(yùn)算。 邏輯運(yùn)算。232.選擇運(yùn)算( Selection)（1）選擇又稱為限制(Restriction)。 （2）選擇運(yùn)算符的含義。 在關(guān)系R中選擇滿足給定條件的諸元組: F(R) = t|tRF(t)= 真F為選擇條件，是一個(gè)

13、邏輯表達(dá)式，基本形式為:( X1Y1 ) ( X2Y2 ) 為比較運(yùn)算符(，=或)。 X1，Y1等為屬性名、常量、簡(jiǎn)單函數(shù)。屬性名也 可以用它的序號(hào)來(lái)代替。 為邏輯運(yùn)算符(或)。 表示任選項(xiàng)。 “”表示上述格式可以重復(fù)下去。 24（3）選擇運(yùn)算是從行的角度進(jìn)行的運(yùn)算，如下圖所示 選擇運(yùn)算實(shí)際上是選擇符合條件的行。（4）舉例：設(shè)有一個(gè)包括學(xué)生關(guān)系(Student)的數(shù)據(jù)庫(kù)，如下表 25 例1：請(qǐng)查詢信息系(IS)全體學(xué)生的詳細(xì)信息。解:采用選擇運(yùn)算即可，具體代碼為Sdept = IS (Student) 或 5 =IS (Student)運(yùn)行結(jié)果如下表所示：例2：請(qǐng)查詢信息系(IS)且年齡小于1

14、9的學(xué)生的詳細(xì)信息。解：采用選擇運(yùn)算即可，具體代碼為Sdept=IS Sage19 (Student) 或5=IS419(Student) ，運(yùn)行結(jié)果如下 263.投影（1）投影運(yùn)算符的含義從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系: A (R) = tA | t R A表示R中的屬性列。投影運(yùn)算是選擇指定的列。（2）投影操作主要是從列的角度進(jìn)行運(yùn)算，如圖所示。注意：投影后不僅取消了原關(guān)系中的某些列，而且還可能取消某些元組（避免重復(fù)行）。 27 例：查詢學(xué)生關(guān)系Student中學(xué)生的姓名和所在系這其實(shí)是求Student關(guān)系上學(xué)生姓名和所在系兩個(gè)屬性上的投影: Sname，Sdept(Student)或

15、2，5(Student)結(jié)果如下表所示： 284.連接（1）連接也稱為連接。（2）連接運(yùn)算的含義：從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性值滿足一定條件的元組。設(shè)有關(guān)系R、S以及比較式AB，其中A為R中的域，B為S中的域，是比較運(yùn)算符，則可以將R、S在域A與B上的連接記為：也就是R與S的連接是由R與S的笛卡爾積中滿足限制條件AB的元組構(gòu)成的關(guān)系，一般其元組的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)少子RXS的數(shù)目。值得注意的是值得注意的是，在連接中，A與B需具有相同域，否則無(wú)法比較。 29 在連接中如果為“=”，就稱此連接為等值連接，否則稱為不等值連接；如果為“”，則稱為大于連接。自然連接是一種特殊的等值連接，它滿足兩個(gè)條件：一是兩關(guān)

16、系間有公共域；二是通過(guò)公共的相等值進(jìn)行連接。自然連接要求兩個(gè)關(guān)系中進(jìn)行比較的分量必須是相同的屬性值，并且在結(jié)果中把重復(fù)的屬性列去掉。即若R和S具有相同的屬性組，則自然連接可記作：注：一般的連接操作是從行的角度進(jìn)行運(yùn)算，但自然連接還需取消重復(fù)行，所以是從行和列的角度進(jìn)行運(yùn)算。R S=trts|trRtsStrB= tsB30 連接、等值連接與自然連接的例子：315.除運(yùn)算（1）給定關(guān)系R（X,Y）和S（Y，Z），其中X，Y，Z為屬性組。 R中的Y與 S中的Y可以有不同的屬性名，但必須出自相同的域集。 R與S的除運(yùn)算得到一個(gè)新的關(guān)系P（X）, P是R中滿足下列條件的元組在X屬性上的投影：元組在X上

17、分量值X的象集Yx包含S在Y上投影的集合。 RS = trX|trRY (S) Yx Yx:x在 R中的象集，x= trx 。32 （2）除操作是同時(shí)從行和列角度進(jìn)行運(yùn)算，如圖所示。（3）實(shí)例 33四、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理四、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理1.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的根本目的根本目的是數(shù)據(jù)共享。 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)基本任務(wù)是根據(jù)用戶對(duì)象的信息需求、處理需求和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持環(huán)境（包括硬件、操作系統(tǒng)與DBMS）設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)模式。 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本步驟基本步驟如下：第1步，需求分析；第2步，概念結(jié)構(gòu)分析;第3步，邏輯結(jié)構(gòu)分析:第4步，物理結(jié)構(gòu)分析;第5步，數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)。 34 在以上步驟中應(yīng)注意以下

18、幾點(diǎn)在以上步驟中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。具體設(shè)計(jì)時(shí)以上步驟應(yīng)該反復(fù)。 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的生命周期一般分為需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施、數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)六個(gè)階段。 （1）需求分析階段:常用自頂向下的結(jié)構(gòu)化分析方法(SA);在此階段常見(jiàn)的概念有數(shù)據(jù)流圖（DFD）、數(shù)據(jù)字典（DD)與SA(結(jié)構(gòu)化分析)等。數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合，通常包括數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理五部分。35 （2）概念設(shè)計(jì)階段:這是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在此階段形成獨(dú)立于具體DBMS的概念模型和E-R圖。概念模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象，其抽象的方法有3種：分類、聚集、概括。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略為“自底向上”，與需求分析的策略相反。（3）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段：把概念模型（E-R圖）轉(zhuǎn)化為具體DBMS支持的關(guān)系模型（即邏輯模型）。邏輯設(shè)計(jì)中的內(nèi)容：從E-R圖向關(guān)系模式轉(zhuǎn)換。邏輯模式規(guī)范化及調(diào)整。關(guān)系視圖設(shè)計(jì)（又稱外模式設(shè)計(jì)）。36 （4）物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段:物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和存取方法兩部分。其中常見(jiàn)的存取方法是索引方法、聚簇方法和HASH方法