大學計算機基礎-09數據庫基礎

第9章 數據庫基礎9.1數據庫系統(tǒng)的基本概念9.2數據模型9.3關系代數9.4數據庫設計習題2/5/202311．數據數據（Data）實際上就是描述事物的符號記錄。

2．數據庫數據庫（Database，簡稱DB）是數據的集合，它具有統(tǒng)一的結構形式并存放于統(tǒng)一的存儲介質內，是多種應用數據的集成，并可被各個應用程序所共享。

9.1數據庫系統(tǒng)的基本概念

9.1.1數據、數據庫、數據庫管理系統(tǒng)

2/5/202323．數據庫管理系統(tǒng)

數據庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，簡稱DBMS）是數據庫的機構，它是一種系統(tǒng)軟件，負責數據庫中的數據組織、數據操縱、數據維護、控制及保護和數據服務等。

數據庫管理系統(tǒng)是數據庫系統(tǒng)的核心。2/5/20233數據庫管理系統(tǒng)提供：

數據定義語言（DataDefinitionLanguage簡稱DDL）。該語言負責數據的模式定義與數據的物理存取構建。

數據操縱語言（DataManipulationsLanguage簡稱DML）。該語言負責數據的操縱，包括查詢及增、刪、改等操作。數據控制語言（DataControlLanguage。簡稱DCL）。該語言負責數據完整性、安全性的定義與檢查以及并發(fā)控制、故障恢復等功能。

2/5/202344．數據庫管理員由于數據庫的共享性，因此對數據庫的規(guī)劃、設計、維護、監(jiān)視等需要有專人管理，稱他們?yōu)閿祿旃芾韱T（DatabaseAdministrator簡稱DBA）。5．數據庫系統(tǒng)

數據庫系統(tǒng)（DatabaseSystem簡稱DBS）由如下幾部分組成：數據庫（數據）、數據庫管理系統(tǒng)（軟件）、數據庫管理員（人員）、系統(tǒng)平臺之一——硬件平臺（硬件）、系統(tǒng)平臺之二——軟件平臺（軟件）。這五個部分構成了一個以數據庫為核心的完整的運行實體，稱為數據庫系統(tǒng)。2/5/202356．數據庫應用系統(tǒng)（DatabaseApplicationSystem簡稱DBAS)利用數據庫系統(tǒng)進行應用開發(fā)可構成一個數據庫應用系統(tǒng)，數據庫應用系統(tǒng)是數據庫系統(tǒng)再加上應用軟件及應用界面這三者所組成，具體包括：數據庫、數據庫管理系統(tǒng)、數據庫管理員，硬件平臺、軟件平臺、應用軟件、應用界面。

2/5/20236數據管理經歷了三個階段：人工管理階段：硬件無磁盤，直接存取。文件系統(tǒng)階段：簡單的數據共享與數據管理能力。數據庫系統(tǒng)階段：統(tǒng)一管理與共享數據。

9.1.2數據庫系統(tǒng)的發(fā)展2/5/202379.1.3數據庫系統(tǒng)的基本特點1．數據的集成性：在數據庫系統(tǒng)中按照多個應用的需要組織全局的統(tǒng)一的數據結構（即數據模式）。2．數據的高共享性與低冗余性。3．數據獨立性：（1）物理獨立性（2）邏輯獨立性

2/5/202384．數據統(tǒng)一管理與控制：包含以下三個方面：（l）數據的完整性檢查:數據的正確性；（2）數據的安全性保護：防止非法訪問；（3）并發(fā)控制：控制多個程序同時訪問。2/5/202399.1.4數據庫系統(tǒng)的內部結構體系三級模式：外部級模式；概念級模式；內部級模式。二級映射：外部級到概念級的映射；概念級到內部級的映射。2/5/202310應用外模式（用戶數據庫）應用外模式（用戶數據庫）應用外模式（用戶數據庫）概念模式（概念數據庫）內模式（物理數據庫）數據庫外模式—概念模式映射概念模式—內模式映射DBA視圖用戶視圖系統(tǒng)程序員視圖2/5/2023119.2數據模型9.2.1數據模型的基本概念

數據模型是數據特征的抽象，數據模型可將現實世界要求反映到數據庫中的物理結構上。

現實世界：需用數據庫實現部分需求。信息世界：對現實世界進行抽象所構成的邏輯模型。計算機世界：將信息世界描述轉化成計算機物理結構上的描述，從而形成物理模型。2/5/202312數據模型所描述的內容有三個部分，它們是數據結構、數據操作與數據約束。（1）數據結構：主要描述數據的類型、內容、性質以及數據間的聯系等。（2）數據操作：主要描述在相應數據結構上的操作類型與操作方式。（3）數據約束：主要描述數據結構內數據間的語法、語義聯系，它們之間的制約與依存關系。2/5/202313數據模型按不同的應用層次分成三種類型：

概念數據模型（概念模型）：面向用戶，與具體的數據庫管理系統(tǒng)無關。

邏輯數據模型（數據模型）:面向數據庫系統(tǒng)。物理數據模型（物理模型）：面向計算機物理表示。

2/5/2023149.2.2E-R模型

E-R模型（entity-relationshipmodel）（實體聯系模型）

1.E-R模型的基本概念（l）實體實體是概念世界中的基本單位，它們是客觀存在的且又能相互區(qū)別的事物。實體集（entityset）：有共性的實體組成的集合。2/5/202315（2）屬性屬性刻畫了實體的特征。（3）聯系實體集間關系。有下面幾種：一對一的聯系（1：1）；一對多或多對一聯系（1：M或M:1）；多對多聯系（M:N）。2/5/2023162.E-R模型三個基本概念之間的聯接關系E-R模型由上面三個基本概念組成。由實體、聯系、屬性三者結合起來才能表示現實世界。2/5/2023173.E-R模型的圖示法E-R模型可用圖表示，這種圖稱為E-R圖。（1）實體集表示法：用矩形表示實體集。

（2）屬性表示法：用橢圓形表示屬性。（3）聯系表示法：菱形表示聯系。2.E-R模型三個基本概念之間的聯接關系由實體、聯系、屬性三者結合起來才能表示現實世界。2/5/202318舉例：假設在教學中有三個實體：學生（學號，姓名，專業(yè)，年齡，性別）教師（職工號，姓名，職稱，年齡）課程（課程號，課程名，學分，學時）兩個聯系：選課（學號，課程號）教課（職工號，課程號）2/5/2023199.2.3層次模型層次模型是最早發(fā)展起來的數據庫模型。2/5/2023209.2.4網狀模型網狀模型的出現略晚于層次模型，2/5/2023219.2.5關系模型1．關系的數據結構關系模型采用二維表來表示，簡稱表。二維表由表框架及表的元組組成。表框架由n個命名的屬性組成，n稱為屬性元數。每個屬性有一個取值范圍稱為值域。一個元組是由n個元組分量所組成。一個表框架可以存放m個元組，m稱為表的基數。

上述二維表稱為關系（Relation)，以二維表為基本結構所建立的模型稱為關系模型。學號姓名性別出生日期籍貫民族0403101張平男02/18/86遼寧漢0403102王芳女10/25/86陜西漢0403103劉巖男08/16/87吉林朝0403104高麗女06/10/85廣西壯2/5/202322二維表的性質：①元組個數有限性。②元組的惟一性。③元組的次序無關性。④元組分量的原子性。⑤屬性名惟一性。⑥屬性的次序無關性。⑦分量值域的同一性。學號姓名性別出生日期籍貫民族0403101張平男02/18/86遼寧漢0403102王芳女10/25/86陜西漢0403103劉巖男08/16/87吉林朝0403104高麗女06/10/85廣西壯2/5/202323在二維表中凡能惟一標識元組的最小屬性集稱為該表的鍵（主鍵）或碼（主碼）。表R中的某屬性集是某表S的鍵，則稱該屬性集為R的外鍵或外碼。關系框架與關系元組構成了一個關系。一個語義相關的關系集合構成一個關系數據庫。關系的框架稱為關系模式，而語義相關的關系模式集合構成了關系數據庫模式。關系模式支持子模式，關系子模式對應用戶數據庫稱視圖。2/5/2023242．關系操縱關系模型的數據操縱即是建立在關系上的數據操縱，一般有查詢、增加、刪除及修改四種操作。

3．關系中的數據約束（l）實體完整性約束；（2）參照完整性約束；（3）用戶定義的完整性約束。

2/5/2023259.3.1關系模型的基本操作設n元關系R有n個域:D1,D2，…，Dn

其笛卡爾積是：D1×D2×…×Dn

該集合的元素為：(d1,d2，…，dn）di∈Di該集合與n元關系R有如下聯系：

ABC100276.388.1100388.255.0100498.578.0關系模型有插入、刪除、修改和查詢四種操作9.3關系代數2/5/2023269.3.2關系模型的基本運算

ABC100243100354100444ABC100243100555（1）插入設有關系R需插入的元組為R′則插入可用集合并運算表示為：RUR′

R′R（2）刪除設有關系R需刪除的元組為R′則刪除可用集合差運算表示為：R-R′

2/5/202327（3）修改要修改關系R內的元組可用下面的方法實現：①設要修改的元組構成關系R′，則先做刪除得：R－R′②設修改后的元組構成關系R"，此時將其插入即得到結果：（R－R′)∪R"ABC100243100354100444ABC100243R′RABC100255R"2/5/202328用于查詢的一些操作無法用傳統(tǒng)的集合運算表示，需要引入一些新的運算。①投影（Projection）運算關系RABC100235100323100456AB1002310032100452/5/202329②選擇（selection）運算關系RABC100235100323100456ABC1002351004562/5/202330③笛卡爾積（CartesianProduct）運算XY2332ABCXY100213152310021315321003121323100312133210041516231004151632SR×SABC100213151003121310041516則R與S的笛卡爾積R×S是一個n+m元關系，元組個數是p×q。R設n元關系R有p個元組，m元關系S有q個元組，2/5/2023319.3.3關系代數中的擴充運算擴充運算有交、除、連接及自然連接等。這些運算可由基本運算導出。1.交運算關系R與S的交運算為R∩S。注：R∩S=R-(R-S)AB100241003510044RAB1002410055SAB10024R∩S

2/5/2023322.除（division）運算當關系T＝R×S時，則可將除運算寫成為：T÷R=S或T/R=SS稱為T除以R的商（quotient）。XY2332ABCXY100213152310021315321003121323100312133210041516231004151632ST=R×SABC100213151003121310041516R2/5/2023333.連接（join）與自然連接（naturaljoin）運算設有關系R、S以及比較式iθj，則R、S的θ連接記為：R∣×∣Siθj其含義為：R∣×∣S=σiθj(R×S)iθjAB100241003510044RCD1002310055SABCD10035100231004410023R∣×∣S

A>C2/5/202334自然連接：①兩關系間有公共域；②通過公共域的相等進行連接。AB100241003510044RCD1002310055SABD100243R∣×∣S

A=C2/5/2023359.4數據庫設計9.4.1數據庫設計概述2/5/2023369.4.2數據庫設計的需求分析①信息要求。指用戶需要從數據庫中獲得信息的內容與性質。②處理要求。指用戶要完成什么處理功能。③安全性和完整性的要求。

2/5/2023379.4.3數據庫概念設計1.數據庫概念設計概述目的：分析數據間內在語義的關聯，在此基礎上建立一個數據的抽象模型。方法：（l）集中式模式設計法（2）視圖集成設計法2/5/2023382．數據庫概念設計的過程使用E-R模型與視圖集成法進行設計時，需要按以下步驟進行：(1)選擇局部應用：由數據流圖，設計E-R圖(2)視圖設計：（三種形式）①自頂向下②由底向上③由內向外(3)視圖集成2/5/2023399.4.4數據庫的邏輯設計1．從E-R圖向關系模式轉換數據庫的邏輯設計主要工作是將E-R圖轉換成指定RDBMS中的關系模式。實體（實體集）與聯系可表示成關系，屬性可表示成關系中的屬性。如圖所示：2/5/202340學號姓名專業(yè)年齡性別選課職工號姓名職稱年齡教課2/5/2023412．邏輯模式規(guī)范化及調整、實現3．關系視圖設計（外模式設計）2/5/2023429.4.5數據庫的物理設計數據庫物理設計的主要目標是對數據庫內部物理結構作調整并選擇合理的存取路徑，以提高數據庫訪問速度及有效利用存儲空間。2/5/2023439.4.6數據庫的建立與維護1．數據庫的建立2．數據庫的運行和維護2/5/202344選擇題1．數據庫系統(tǒng)的核心是（）。A）數據庫B）數據庫管理系統(tǒng)C）數據模型D）軟件工具答案：B2/5/202345選擇題2．下列有關數據庫的描述，正確的是（）。A)數據庫是一個DBF文件 B)數據庫是一個關系C)數據庫是一個結構化的數據集合 D)數據庫是一組文件答案：C2/5/202346選擇題3．下列敘述中，不屬于數據庫系統(tǒng)的是（）。A)數據庫 B)數據庫管理系統(tǒng)C)數據庫管理員D)數據庫應用系統(tǒng)答案：D2/5/202347選擇題4．在數據管理技術的發(fā)展過程中，經歷了人工管理階段、文件系統(tǒng)階段和數據庫系統(tǒng)階段。其中數據獨立性最高的階段是（）。A）人工管理階段B）文件系統(tǒng)階段C）數據庫系統(tǒng)階段D）以上皆是答案：C2/5/202348選擇題5．下述關于數據庫系統(tǒng)的敘述中正確的是（）。A）數據庫系統(tǒng)減少了數據冗余B）數據庫系統(tǒng)避免了一切冗余C）數據庫系統(tǒng)中數據的一致性是指數據類型一致D）數據庫系統(tǒng)比文件系統(tǒng)能管理更多的數據答案：A2/5/202349選擇題6．應用數據庫的主要目的是（）。A)解決數據保密問題 B)解決數據完整性問題C)解決數據共享問題 D)解決數據量大的問題答案：C2/5/202350選擇題7．數據庫管理系統(tǒng)DBMS中用來定義模式、內模式和外模式的語言為（）。A)C B)BasicC)DDL D)DML答案：C2/5/202351選擇題8．公司中有多個部門和多名職員，每個職員只能屬于一個部門，一個部門可以有多名職員，從職員到部門的聯系類型是（）。A)多對多 B)一對一C)多對一D)一對多答案：C2/5/202352選擇題9．用樹形結構來表示實體之間聯系的模型稱為（）。A）關系模型B）層次模型C）網狀模型D）數據模型答案：B2/5/202353選擇題10．關系表中的每一橫行稱為一個（）。A）元組B）字段C）屬性D）碼答案：A2/5/202354選擇題

11．按條件f對關系R進行選擇，其關系代數表達式是（）。A)RRB)RRC)σf(R)D）f(R)

答案：C2/5/202355選擇題12．關系數據庫管理系統(tǒng)能實現的專門關系運算包括（）。A）排序、索引、統(tǒng)計B）選擇、投影、連接C）關聯、更新、排序D）顯示、打印、制表答案：B2/5/202356選擇題13．在關系數據庫中，用來表示實體之間聯系的是（）。A）樹結構B）網結構C）線性表D）二維表答案：D2/5/202357選擇題14．數據庫設計包括兩個方面的設計內容，它們是（）。A）概念設計和邏輯設計B）模式設計和內模式設計C）內模式設計和物理設計D）結構特性設計和行為特性設計答案：A2/5/202358選擇題15．將E-R圖轉換到關系模式時，實體與聯系都可以表示成A）屬性B）關系C）鍵D）域答案：B2/5/202359選擇題16．下列有關數據庫的描述，正確的是（）。A)數據