數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用技術(shù)教程電子教案4

1、 知知 識識 點(diǎn)點(diǎn) 數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫安全 難難 點(diǎn)點(diǎn) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)與物理 設(shè)計(jì)方法 返 回 要要 求求熟練掌握以下內(nèi)容： 系統(tǒng)的需求分析方法 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的模型轉(zhuǎn)換方法 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與維護(hù) 數(shù)據(jù)庫安全控制了解以下內(nèi)容： 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)方法 數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)3.1.1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程 規(guī)劃階段 需求分析階段 概念模型設(shè)計(jì)階段 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 物理存儲設(shè)計(jì)階段 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的實(shí)施階段，即應(yīng)用程序編 碼、調(diào)試、試運(yùn)行階段 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)階段 3.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法簡介 1基于3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法 具體設(shè)計(jì)步驟為： 設(shè)計(jì)企業(yè)模型，從3NF

2、關(guān)系模型出發(fā)畫出企業(yè)模型。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的概念模型，將企業(yè)模型轉(zhuǎn)換成DBMS支持的概念模型，并根據(jù)概念模型導(dǎo)出各個應(yīng)用的外模型。 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的存儲模型，即物理模型。 對物理模型進(jìn)行評價。 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的實(shí)施。 2基于實(shí)體聯(lián)系（E-R）的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法 3基于視圖概念的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法 合并時必須注意解決下列問題： 消除命名沖突。 消除實(shí)體和聯(lián)系的冗余。 進(jìn)行模型重構(gòu)。在消除了命名沖突和冗余后，需要對整個匯總模型進(jìn)行調(diào)整，使其滿足全部完整性約束的條件。3.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的內(nèi)容 靜態(tài)特性設(shè)計(jì)：是數(shù)據(jù)模型的靜態(tài)模型模型與子模型的設(shè)計(jì)，又稱為數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)，是根據(jù)給定的應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)

3、模型（即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）或數(shù)據(jù)庫模型。 動態(tài)特性設(shè)計(jì)：是在模型上的動態(tài)操作應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，又稱數(shù)據(jù)庫行為特性設(shè)計(jì)，是指確定數(shù)據(jù)庫用戶的行為和動作。 靜態(tài)特性設(shè)計(jì)與動態(tài)特性設(shè)計(jì)的關(guān)系：考慮到使用方便和對數(shù)據(jù)庫的性能改善，結(jié)構(gòu)特性必須適應(yīng)行為特性，因此數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與行為設(shè)計(jì)應(yīng)該統(tǒng)一。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的人員應(yīng)該具備多方面的知識和技術(shù)： 計(jì)算機(jī)軟、硬件基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計(jì)技術(shù) 數(shù)據(jù)庫基本知識和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù) 軟件工程的原理和方法 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用領(lǐng)域的知識 3.2.1 數(shù)據(jù)庫規(guī)劃 一般需要考慮的因素有以下三個方面： 一個單位要處理的數(shù)據(jù)量巨大、專用性強(qiáng)，但數(shù)據(jù)處理的方式簡單規(guī)范。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)對數(shù)據(jù)的采集、

4、管理人員理活的動規(guī)范化以及最終用戶的計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平都有較高的要求。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件要求較高，要有足夠的內(nèi)存空間、外存儲容量以及DBMS軟件，這會導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理的成本增加。 3.2.2 需求分析 1調(diào)查用戶的要求 信息調(diào)查主要有以下幾個方面： 數(shù)據(jù)要求。從數(shù)據(jù)庫中獲得數(shù)據(jù)對象、類型和來源等信息的內(nèi)容、性質(zhì)；導(dǎo)出數(shù)據(jù)的要求，即在數(shù)據(jù)庫中需存儲哪些數(shù)據(jù)等。 處理要求。要完成什么樣的數(shù)據(jù)處理，對處理功能的響應(yīng)時間，處理方式是批處理還是聯(lián)機(jī)處理等。 完整性和一致性的要求。 安全性和可靠性的要求。 2調(diào)查的過程 了解企、事業(yè)組織情況，調(diào)查其組織機(jī)構(gòu)由哪些部門組成，各部門的職責(zé)是什么，為分析

5、信息流程做準(zhǔn)備。 了解各部門的業(yè)務(wù)活動情況，調(diào)查各部門輸入和使用什么數(shù)據(jù)，如何加工處理這些數(shù)據(jù)。輸出什么信息，輸出到什么部門，輸出結(jié)果的格式是什么。 確定新系統(tǒng)的邊界，確定哪些功能由計(jì)算機(jī)完成，或?qū)頊?zhǔn)備由計(jì)算機(jī)完成，哪些功能由人工完成，由計(jì)算機(jī)完成的功能就是新系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能。 3數(shù)據(jù)處理方法 4調(diào)查分析系統(tǒng)功能 5數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)字典（Data Dictionary 簡稱DD） 數(shù)據(jù)字典的主要內(nèi)容 數(shù)據(jù)項(xiàng)描述。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述。 數(shù)據(jù)流。 數(shù)據(jù)存儲。 處理過程。 6編寫需求分析報(bào)告 需求分析報(bào)告的主要內(nèi)容 需求分析報(bào)告應(yīng)包括的內(nèi)容如下： 系統(tǒng)概況、系統(tǒng)的目標(biāo)、范圍、功能、歷史背景和現(xiàn)狀 系統(tǒng)

6、的依據(jù)的原理和采用的技術(shù)，對原有系統(tǒng)的改善 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系說明 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖說明和系統(tǒng)功能說明 數(shù)據(jù)處理概要、工程體制和各個設(shè)計(jì)階段的劃分 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及其在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、功能和操作上的可行性分析 3.3.1 概念模型的作用 概念模型的作用是： 1提供能夠識別和理解系統(tǒng)要求的框架。 2概念模型為數(shù)據(jù)庫提供了一個說明性的結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)打下了基礎(chǔ)。 能充分反映現(xiàn)實(shí)世界中的各種數(shù)據(jù)處理要求，是現(xiàn)實(shí)世界的一個真實(shí)模型。 表達(dá)自然、直觀，容易理解，以便和不熟悉計(jì)算機(jī)的用戶進(jìn)行交流，這是保證數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)取得成功的關(guān)鍵。 易于修改與擴(kuò)充。 能方便、快捷地向關(guān)系等數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換，是數(shù)

7、據(jù)模型的基礎(chǔ)。由于概念模型獨(dú)立于DBMS，因而轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)模型也就更加穩(wěn)定。 3.3.2 建立E-R模型的方法 設(shè)計(jì)E-R模型的方法有以下4種： 自頂向下。 自底向上。 由里向外。 混合策略。 3.3.3 建立局部E-R模型 調(diào)整實(shí)體及其屬性的基本的原則是： 實(shí)體及其屬性之間的聯(lián)系只能是1:n或1:1的。 屬性本身不能再有需要描述的性質(zhì)或與其它事物之間具有聯(lián)系。 3.3.4 全局概念E-R模型的設(shè)計(jì) 3.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 首先，把概念型E-R模型轉(zhuǎn)換成一般的關(guān)系數(shù)據(jù)模型，然后再將關(guān)系數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換成特定的DBMS所支持的邏輯結(jié)構(gòu)模型，如圖3.4所示。 圖3.6 概念模型轉(zhuǎn)換示意圖 3.4.1 E

8、-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換 1轉(zhuǎn)換原則 一個實(shí)體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系框架，實(shí)體的屬性就是關(guān)系的屬性，并應(yīng)根據(jù)該關(guān)系表達(dá)的語義確定關(guān)鍵字屬性。 對于E-R模型中的聯(lián)系，要根據(jù)其聯(lián)系方式的不同，采用不同的方式使這種聯(lián)系能夠在關(guān)系的模型中實(shí)現(xiàn)。一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系框架，與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的關(guān)鍵字屬性以及聯(lián)系的屬性轉(zhuǎn)化為該關(guān)系的屬性。 2具體做法 將一個實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系例如：將圖3.5所示的E-R模型中的實(shí)體分別轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的關(guān)系模型如下： 供應(yīng)商 （姓名，地址，電話，帳號， 姓名地址，姓名電話，姓名電話）零件 （名稱，規(guī)格，單價，名稱規(guī)格， 名稱單價）倉庫 （庫名，主任，電話，庫名主任， 庫名電話） 圖

9、3.7 工廠的局部E-R模型供應(yīng)商零件倉庫地址單價規(guī)格庫名供應(yīng)庫存姓名帳號供應(yīng)量名稱庫存量電話主任 將一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系 圖3.5中的E-R模型的聯(lián)系“供應(yīng)”，可以轉(zhuǎn)換的關(guān)系模型如下： 零件供應(yīng)（姓名，名稱，供應(yīng)量， （姓名，名稱）供應(yīng)量） 兩個實(shí)體間的聯(lián)系是1:n聯(lián)系的E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型 一個實(shí)體對多個實(shí)體的E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型的方法有兩種： 如圖3.5所示的倉庫與零件之間的聯(lián)系是1:n聯(lián)系。倉庫（庫名，主任，電話， 庫名主任，庫名電話） 倉庫（庫名，主任，電話， 庫名主任， 庫名電話）零件（名稱，規(guī)格，單價，名稱規(guī)格， 名稱單價） 庫存（名稱，庫名，庫存量，（名稱，庫名） 庫

10、存量） 當(dāng)兩個實(shí)體之間是1:n聯(lián)系時，還可以將“1”方的關(guān)鍵字納入“n”方實(shí)體對應(yīng)的關(guān)系中作為外來關(guān)鍵字，同時把聯(lián)系的屬性也納入“n”方對應(yīng)的關(guān)系中。 轉(zhuǎn)換后的關(guān)系數(shù)據(jù)模型為： 倉庫（庫名，主任，電話，庫名主任， 庫名電話）零件（名稱，規(guī)格，單價，庫名，庫存量， 名稱規(guī)格，名稱單價，（名稱， 庫名）庫存量） 將兩個實(shí)體間的聯(lián)系是m:n聯(lián)系的E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型 圖3.5所示供應(yīng)商與零件之間是m:n聯(lián)系。將“供應(yīng)商”和“零件”兩個實(shí)體分別轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的關(guān)系，為了實(shí)現(xiàn)兩者之間的聯(lián)系，將聯(lián)系（“供應(yīng)”）也轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的關(guān)系： 供應(yīng)商（姓名，地址，電話，帳號， 姓名地址，姓名電話，姓名電話）零件（名稱

11、，規(guī)格，單價，名稱規(guī)格， 名稱單價） 供應(yīng)（姓名，名稱，供應(yīng)量， （姓名，名稱）供應(yīng)量） 將一個實(shí)體內(nèi)部存在m:n聯(lián)系的E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型 零部件（編號，規(guī)格，名稱，編號規(guī)格， 編號名稱） 組裝 （編號，裝配件代號，數(shù)量， （編號，裝配件代號）數(shù)量） 將多個實(shí)體間存在m:n聯(lián)系的E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型 圖3.6 同一實(shí)體內(nèi)部存在m:n聯(lián)系的E-R模型 名稱零部件裝配數(shù)量規(guī)格 3.4.2 關(guān)系規(guī)范化應(yīng)用關(guān)系規(guī)范化應(yīng)用 優(yōu)化時主要考慮以下三個方面： 在數(shù)據(jù)分析階段用數(shù)據(jù)依賴的概念分析和表示各數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的聯(lián)系 在設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)階段，用關(guān)系規(guī)范化去消除E-R模型中的冗余聯(lián)系 在E-R模型向數(shù)據(jù)模

12、型轉(zhuǎn)換的過程中，用模式分解的概念和方法指導(dǎo)設(shè)計(jì) 優(yōu)化的具體步驟是：1確定數(shù)據(jù)之間的依賴關(guān)系2用關(guān)系來表示E-R圖中的每一個實(shí)體3對實(shí)體之間的某些數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行極小化處理4用關(guān)系表示實(shí)體之間的聯(lián)系 5對關(guān)系模式進(jìn)行合并或分解 3.4.3 關(guān)系模式優(yōu)化關(guān)系模式優(yōu)化【例3.2】 設(shè)有職工關(guān)系模式TC，若經(jīng)常進(jìn)行人事查詢操作時，應(yīng)怎樣進(jìn)行優(yōu)化？TC（編號，姓名，性別，年齡，職務(wù)，職稱， 工資，工齡，住址，電話）解：因?yàn)槿耸虏樵冎粚β毠さ摹熬幪枺彰?，性別，年齡，職務(wù)，工資”感興趣，所以對關(guān)系模式TC“垂直分解”為TC1、TC2兩個關(guān)系模式，這樣做既減少了每次查詢所傳遞的數(shù)據(jù)量，又提高了查詢的速度。TC1

13、（編號，姓名，性別，年齡，職務(wù)，工資）TC2（編號，職稱，工齡，住址，電話）3.5.1 物理設(shè)計(jì)主要的目標(biāo)與要解決的問題 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是： 提高數(shù)據(jù)庫的性能 節(jié)省存儲空間 在數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)中要解決的問題是： 文件的組織方式和存取方法 索引項(xiàng)的選擇，對哪些數(shù)據(jù)項(xiàng)建立索引，才有利于提高處理效率 哪些數(shù)據(jù)存放在一起，有利于性能的提高 數(shù)據(jù)的壓縮、分塊技術(shù) 緩沖區(qū)的大小及其管理方式 文件在存儲介質(zhì)上的分配形式 3.5.2 物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容 物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括： 1確定數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu) 2索引與入口的設(shè)計(jì) 3確定數(shù)據(jù)存放形式 4確定系統(tǒng)的配置 5確保數(shù)據(jù)的安全性、完整性和一致性

14、3.6 數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn) 3.6.1 組織數(shù)據(jù)入庫組織數(shù)據(jù)入庫 3.6.2 數(shù)據(jù)庫的試運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的試運(yùn)行 運(yùn)行與維護(hù)階段的主要工作是：1. 維護(hù)數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制以及數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)2. 對數(shù)據(jù)庫的性能進(jìn)行性能的監(jiān)測、分析和改進(jìn)3. 實(shí)施數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造4. 增加新功能5. 修正錯誤 3.8.1 安全性控制安全性控制 1. 訪問控制2. 用戶標(biāo)識與鑒別鑒別用戶身份，常用的方法有以下三種： 用只有用戶知道的特定信息鑒別用戶 用只有用戶具有的物品鑒別用戶 用戶的個人特征鑒別用戶 3授權(quán) 4數(shù)據(jù)加密 5跟蹤審查 3.8.2 數(shù)據(jù)庫完整性控制數(shù)據(jù)庫完整性控制 數(shù)據(jù)庫的完整性是指

15、始終保持?jǐn)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)處在正確的狀態(tài)，防止不符合語義的錯誤數(shù)據(jù)進(jìn)入和輸出，同時還要使存儲在不同副本中的同一個數(shù)據(jù)保持一致，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)不受破壞，具有正確性、有效性和一致性。 1完整性被破壞的原因 操作人員或終端用戶的錯誤或疏忽； 應(yīng)用程序的（操作數(shù)據(jù)）錯誤； 數(shù)據(jù)庫中并發(fā)操作控制不當(dāng)； 由于數(shù)據(jù)冗余，引起某些數(shù)據(jù)在不同 副本中的不一致； DBMS或者操作系統(tǒng)出錯； 系統(tǒng)中任何硬件（如CPU、磁盤、 通道、I/O設(shè)備等）出錯。 2完整性規(guī)則 什么時候使用完整性規(guī)則進(jìn)行檢查 （又稱規(guī)則的觸發(fā)條件） 規(guī)定系統(tǒng)要檢查什么樣的錯誤 （又稱規(guī)則的約束條件） 查出錯誤后應(yīng)該怎樣處理 （又稱規(guī)則的違約響應(yīng)）

16、3完整性約束分類 值的約束和結(jié)構(gòu)的約束 數(shù)據(jù)值的約束。即對數(shù)據(jù)取值的類型、 范圍和精度等進(jìn)行規(guī)定。 結(jié)構(gòu)的約束。 靜態(tài)約束與動態(tài)約束 靜態(tài)約束是對數(shù)據(jù)庫的每一個確定狀態(tài) 所應(yīng)滿足的約束條件。 動態(tài)約束是指數(shù)據(jù)庫從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到 另一種狀態(tài)時，對新、舊值之間的轉(zhuǎn)換 所應(yīng)滿足的約束條件。 立即執(zhí)行約束和延遲執(zhí)行約束 立即執(zhí)行約束是指用戶執(zhí)行完某一更新 數(shù)據(jù)操作后，系統(tǒng)立即對該數(shù)據(jù)進(jìn)行完 整性約束條件檢查，結(jié)果正確再進(jìn)行下 一句的執(zhí)行。 延遲執(zhí)行約束是指在整個操作執(zhí)行完畢 后，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性約束條件的檢 查，只有結(jié)果正確整個操作才被確認(rèn)。 3.8.3 數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制 1并發(fā)控制異地

17、操作錯誤的種類 丟失更新（lost update） 污讀（dirty read） 不能重讀（no-reread） 2封鎖的基本類型 排他式封鎖 保護(hù)式封鎖 封鎖尺度 3.8.4 數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的恢復(fù) 1數(shù)據(jù)庫的備份與運(yùn)行日志 2數(shù)據(jù)庫受到破壞形式與恢復(fù)方法 本章概述了數(shù)據(jù)的庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程一般分為七個階段，要從客觀分析和抽象入手，綜合使用各種設(shè)計(jì)工具分階段完成。每一個階段完成后都要進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，評價一些重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，將設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的文檔進(jìn)行評審并與用戶交流，對用戶不滿意之處必須進(jìn)行修改。 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是在DBMS的支持下進(jìn)行的，主要包括系統(tǒng)的靜態(tài)特性設(shè)計(jì)和動態(tài)特性設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫規(guī)劃

18、是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段,該階段的主要任務(wù)是進(jìn)行建立數(shù)據(jù)庫的必要性和可行性分析，并確定各個數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在企、事業(yè)單位中的地位等。需求分析是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的第一階段，必須高度重視和慎重對待需求分析，確切而無遺漏地弄清楚用戶對系統(tǒng)的要求，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)取得成功的重要前提。 概念模型設(shè)計(jì)是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。概念模型是現(xiàn)實(shí)世界的客觀反映，是從用戶角度所看到的數(shù)據(jù)庫。E-R模型就是概念型數(shù)據(jù)模型，又稱實(shí)體-聯(lián)系模型，它用簡單的圖形反映出現(xiàn)實(shí)世界中存在著的數(shù)據(jù)及其之間的相互關(guān)系。它既不依賴于具體的硬件特性，也不依賴于具體的DBMS的性能，它僅僅對應(yīng)于基本的事實(shí)，可以為非計(jì)算機(jī)工作人員所理解。 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該是選擇最適合于用戶的概念結(jié)構(gòu)