管理信息化信息化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)綜合概論

管理信息化信息化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)綜合概論第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論及常見的三種類型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點。重點介紹關(guān)系數(shù)據(jù)庫的有關(guān)知識。1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展史據(jù)信息，作為我們工作、生活等各方面的決策依據(jù)。數(shù)據(jù)管理則是指對數(shù)據(jù)的組織、編碼、在1880年美國進行人口普查統(tǒng)計時，就已采用穿孔卡片來存儲人口普查數(shù)據(jù)，并采用機械為三個具有代表性的階段，即人工管理階段、文件管理階段和數(shù)據(jù)庫管理階段。【1】人工管理階段難實現(xiàn)多個不同應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)資源共享。存在著大量重復(fù)數(shù)據(jù)，信息資源浪費嚴(yán)重?！?】文件管理階段這一階段發(fā)生于六十年代，由于當(dāng)時計算機硬件的發(fā)展，以及系統(tǒng)軟件尤其是文件系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，人們開始利用文件系統(tǒng)來幫助完成數(shù)據(jù)管理工作，具體講就是：數(shù)據(jù)以多種組織結(jié)構(gòu)（如順序文件組織、索引文件文件組織和直接存取文件組織等）的文件形式保存在外部存儲設(shè)備上，用戶通過文件系統(tǒng)而無需直接與外部設(shè)備打交道，以此來完成數(shù)據(jù)的修改、插入、刪除、檢索等管理操作；使用這種管理方式，不僅減輕進行數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用程序工作量，更重要地是，當(dāng)數(shù)據(jù)的物理組織或存儲設(shè)備發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)的邏輯組織可以不受任何影響，從而保證了基于數(shù)據(jù)邏輯組織所編制的應(yīng)用程序也可以不受硬件設(shè)備變化的影響。這樣就使得程序和數(shù)據(jù)之間具有了一定的相互獨立性?，F(xiàn)來對它們的管理操作。這樣做同樣會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的過多冗余和增加數(shù)據(jù)維護工作的復(fù)雜性。管理工作，在數(shù)據(jù)的安全和保密等方面，也難以采取有效的措施加以控制?！?】數(shù)據(jù)庫管理階段1個顯著特點：（1）從整體角度組織數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。圖1.1學(xué)生信息數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)采用這種數(shù)據(jù)組織不僅可以有效地解決了文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織中所存在的數(shù)據(jù)冗余以及數(shù)據(jù)一致性維護的問題。更主要的是它可以使人們從更高的全局角度出發(fā)，合理地組織數(shù)據(jù)，從而有利于更大范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)資源的共享，提高信息的使用效率。（2）數(shù)據(jù)可為多個應(yīng)用服務(wù)1.11.1加。（3）有一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理軟件質(zhì)量的一個極其重要的因素。被限制在最小的范圍內(nèi)。由此可大大地減少數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的開發(fā)與維護的工作量。代和面向?qū)ο竽Ｐ痛?。?:均是層次模型或網(wǎng)狀模型。世界上第一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是于1964年由美國通用電氣公司開發(fā)成功的IDS（IntegratedDataStoreIBM公司于六十年代末推出了第一個商品化的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)IMS（InformationManagementSytem）,它們的出現(xiàn)與應(yīng)用為數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。（2:1970年Codd提出了關(guān)系數(shù)據(jù)模型，由于其了不少關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中具有代表性應(yīng)首推IBM公司推出的SQL/DS和DB2兩個商品化大且在我國用得較多的有OracleSybaseSysbaseInformixFoxPro數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均已被擴充為分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。（3:些商品化系統(tǒng)。但其具體應(yīng)用尚不多。1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)的內(nèi)涵有一個較為清楚的認(rèn)識。1.2.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個由許多基本概念、技術(shù)方法和其應(yīng)用對象所組成的復(fù)雜的有機整體。這些數(shù)據(jù)的程序相互獨立；數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可同時為多個應(yīng)用服務(wù)；數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)定義、1.2所示。（1)和邏輯組織結(jié)構(gòu)在最大程度上與用戶所編制的應(yīng)用程序相互獨立。(2)多種應(yīng)用：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的控制與管理之下，可以同時為多種不相互交叉的。用戶的操作方式既可以按以數(shù)據(jù)輸入/輸出和數(shù)據(jù)維護為主的數(shù)據(jù)流量較大的通過編程來完成對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的各種操作。(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：它一方面負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行管理和維護；一方面為用戶操作的操作并保障數(shù)據(jù)庫的安全。該具有的以下五個基本特點：【1】由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是從整體角度考慮數(shù)據(jù)的組織，因此它必須有能力描述能夠反映客觀據(jù)模型的數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)。圖1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成【21存儲設(shè)備上的組織結(jié)構(gòu)被稱為數(shù)據(jù)的物理組織；（2）數(shù)據(jù)在用戶或應(yīng)用程序面前所表現(xiàn)出變，從而引起數(shù)據(jù)物理組織的改變，這種改變稱為數(shù)據(jù)的再組織。用戶在編制應(yīng)用程序時，包括物理和邏輯的獨立性，都是由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行維護的?！?】數(shù)據(jù)共享，由于數(shù)據(jù)庫是從整體的角度對數(shù)據(jù)進行組織的，并在保證數(shù)據(jù)一致性的情樣不僅造成存儲空間的浪費，更主要的是由此可能帶來數(shù)據(jù)不一致的隱患?！?】數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全可靠與完整，一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可靠性體現(xiàn)在它的軟件系統(tǒng)運行故能夠保持一致性。這些特性可以從以下幾個方面進行說明:〈1〉安全性控制安全性控制主要指的是數(shù)據(jù)庫的保密性。并不是每個用戶都能夠存取數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)的，法對使用者操作數(shù)據(jù)的合法權(quán)進行檢驗，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)安全性的保護控制。〈2〉完整性控制阿拉伯?dāng)?shù)字來表示月份，在輸入14來代表月份時顯然是無效的。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)提供盡可能多的檢驗措施，以確保數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)滿足用戶所要求的各種約束要求?！?〉并發(fā)控制錯誤的發(fā)生，保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作能夠正確完成執(zhí)行。〈4〉故障的發(fā)現(xiàn)與恢復(fù)的內(nèi)容和系統(tǒng)的正常運行?！?】良好的人機接口與性能，任何數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)最終都是要和用戶打交道，系統(tǒng)所具有的各重要指標(biāo)。1.2.2數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)ANSI模式、用戶層數(shù)據(jù)模式和物理層數(shù)據(jù)模式?！?】概念層數(shù)據(jù)模式，又稱為模式，它是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)整體邏輯結(jié)構(gòu)的描述，它是對數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)項、記錄類型以及各記錄類型之間的相互關(guān)系的描述。這里需要說明的是，計是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的最基本也是最重要的任務(wù)。【2】用戶層數(shù)據(jù)模式，又稱為外模式或子模式，它是對以用戶為對象使用數(shù)據(jù)庫所涉及到共用同一個子模式。提供這一層次的數(shù)據(jù)模式描述，有以下優(yōu)點：〈1〉用戶只要按照描述自己所使用數(shù)據(jù)的子模式編寫應(yīng)用程序或輸入操作命令，就可以完是用戶接口變得簡單?！?〉保證了數(shù)據(jù)獨立性。由于用戶的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用編程僅僅是依據(jù)子模式的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的獨立性?！?〉數(shù)據(jù)能夠被較好地共享。由于同一模式可以產(chǎn)生許多不同的子模式，這些子模式所描證數(shù)據(jù)的一致性、完整性和正確性。〈4〉有利于保證數(shù)據(jù)的安全和保密。由于用戶是通過其相應(yīng)的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進所描述的數(shù)據(jù)，由此就可以保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有較好的安全性?！?】物理層數(shù)據(jù)模式，又稱為內(nèi)模式或物理模式。它是對數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)在物理設(shè)備上系統(tǒng)統(tǒng)一控制的。管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成從概念層數(shù)據(jù)模式到物理層數(shù)據(jù)模式之間的數(shù)據(jù)映射，有的物理獨立性。圖1.3數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)各模式間關(guān)系1.3間這兩種映射，當(dāng)然這兩種映射是由管理系統(tǒng)自動完成的，對用戶是透明的。理層的數(shù)據(jù)模式描述。1.2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS），在它的操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用軟件平臺。它一般具有以下三個主要功能：（1ADBMS完成，用戶不必關(guān)心。（B也由DBMSC表生成工具等，幫助用戶更加容易地對數(shù)據(jù)庫的操縱進行編程。（2）管理數(shù)據(jù)庫。它主要包括以下功能：（A）控制整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行；（B）控制用C（DE構(gòu)的完整和一致。（3）維護數(shù)據(jù)庫，主要包括：（A）初始化時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的裝入；（B）運行時記錄下與用戶、操作、系統(tǒng)狀態(tài)和結(jié)果等信息的工作日志；（C）監(jiān)視數(shù)據(jù)庫性能；在性能變壞時，重新組織數(shù)據(jù)庫；（D）在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的硬件或軟件發(fā)生故障后，對數(shù)據(jù)庫中受破壞的數(shù)據(jù)進行恢復(fù)。這一小節(jié)，將略為詳盡地介紹與數(shù)據(jù)庫管理軟件有關(guān)的一些基本情況。（一）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言通常包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)描述語言DDL（DataDescriptionLanguage）和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)操作語言DML（DataManipulationLanguage）這兩種語言。數(shù)據(jù)描述語言用于描述數(shù)據(jù)庫中各種模式述這兩種語言一些基本功能?！?】數(shù)據(jù)描述語言分為模式描述語言、子模式描述語言和內(nèi)模式描述語言。它們各自的功能如下：（1）模式描述語言，它是用來描述數(shù)據(jù)庫概念層數(shù)據(jù)模式的，即用于描述數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)部語句的集合，通常就被稱為一個模式，一個模式的主要內(nèi)容有：①給數(shù)據(jù)庫總體數(shù)據(jù)的邏輯組織結(jié)構(gòu)，即模式取名等）和數(shù)據(jù)長度等。③描述模式中各記錄類型之間的相互聯(lián)系，如果存在有相互聯(lián)系的話。個模式所需要包括的三個基本方面進行定義說明。（2）子模式描述語言，它是用來描述數(shù)據(jù)庫用戶層數(shù)據(jù)模式的，即用于描述用戶所使用的部語句的集合，通常就被稱為一個子模式，一個子模式的主要內(nèi)容有：①給用戶使用數(shù)據(jù)庫所涉及到局部數(shù)據(jù)的邏輯組織結(jié)構(gòu)，即子模式取名的數(shù)據(jù)項必須是已在模式中定義過的。模式中定義過的。COBOL子模式描述語言、FORTRAN子模式描述語言和C子模式描述語言等。（3）內(nèi)模式描述語言，它是用來描述數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)在物理存貯介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)和存放方式等,它與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所運行的硬件環(huán)境特性相關(guān)。例如，系統(tǒng)建立了哪些物理文件？文件述的。定義，或干脆將數(shù)據(jù)描述語言與數(shù)據(jù)操作語言歸并到了一起，以方便用戶使用。如FoxPro數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以及目前比較流行的基于SQL的多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)?！?】數(shù)據(jù)操作語言數(shù)據(jù)庫中添加數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)庫中沒有保留價值的數(shù)據(jù)或修改某些發(fā)生變化的數(shù)據(jù)等操作。本操作功能：（AB到數(shù)據(jù)庫中；（C）修改數(shù)據(jù)庫中的記錄或聯(lián)系；（D）刪除數(shù)據(jù)庫中的記錄或聯(lián)系；CCOBOL，F(xiàn)ORTRAN編譯程序便不能完全編譯應(yīng)用程序了，解決這一問題有兩種辦法：（A）重新設(shè)計和實現(xiàn)一個編譯程序，使之能編譯包括數(shù)據(jù)操縱語言和主語言的所有語句，這種辦法不大現(xiàn)實經(jīng)濟；（B）不修改主語言編譯程序，而是設(shè)計一個預(yù)編程序來對應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)操縱語言進行后的目標(biāo)程序。這樣做辦法比較可行，目前已為許多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所采用。工具和數(shù)據(jù)庫API接口等。（二）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行管理與控制軟件這幾種軟件一些基本功能（1A序，它們的作用是將各種采用模式描述語言所定義數(shù)據(jù)模式編譯成DBMS所使用的內(nèi)部定義目標(biāo)模式。（B）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)操縱語言的處理程序，它們可將應(yīng)用程序中采用數(shù)據(jù)操縱語言所寫的數(shù)據(jù)操作語句轉(zhuǎn)換成其宿主語言編譯程序所能處理的語句。（C）終端操作（D）數(shù)據(jù)庫控制命令解釋程序，它負(fù)責(zé)解釋執(zhí)行每一條數(shù)據(jù)庫控制命令。（2A法性，以決定一個訪問是否能使用數(shù)據(jù)庫。（B）并發(fā)控制程序。協(xié)調(diào)多個應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的操作，保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一致性。（C）保密控制程序。實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全保密控制。（D）數(shù)據(jù)完整性控制程序。核對數(shù)據(jù)庫完整性約束條件，以決定對數(shù)據(jù)庫的操作是否有效。（E）數(shù)據(jù)庫存取訪問程序。實施對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作，如執(zhí)行檢索、插入、修改、刪除等操作。（F）通訊控制程序。實現(xiàn)用戶程序與DBMS之間的通訊。（3A（B）系統(tǒng)恢復(fù)程序。當(dāng)軟硬件出現(xiàn)故障時，利用恢復(fù)程序?qū)?shù)據(jù)庫恢復(fù)到正確狀態(tài)。（C）行何種操作、數(shù)據(jù)變更情況等等。使每個用戶每次訪問都留下蹤跡。（D）性能監(jiān)測程序。E當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能變壞時，對數(shù)據(jù)庫重新進行物理組織。（F）轉(zhuǎn)貯、編輯、打印程序、用于轉(zhuǎn)貯數(shù)據(jù)庫的部分和全部數(shù)據(jù)，或者編輯打印數(shù)據(jù)等。（4）數(shù)據(jù)庫工具軟件。它主要是為了方便建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的具體應(yīng)用，而提供各種工具軟件。其中有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用程序界面制作工具，報表制作工具等許多軟件工具。命周期，它主要由以下五個階段構(gòu)成：（1DBMS及其支撐環(huán)境的選擇、硬件配置，人員的配備和培訓(xùn)，投資估算和效益分析等活動。（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計。它包括了解應(yīng)用系統(tǒng)的信息和處理需求，設(shè)計滿足其要求的整體數(shù)據(jù)模型及處理流程，并結(jié)合具體所采用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、硬件環(huán)境和系統(tǒng)軟件平臺的特點，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，來設(shè)計、建立、管理和維護數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，使之能夠為用戶提供最佳服務(wù)。（3應(yīng)用程序的編制工作。（4）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理。它包括應(yīng)用軟件的編制與修改、數(shù)據(jù)庫的重新組織、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)等工作。保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的完好，為用戶提供可靠的服務(wù)。（5）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的調(diào)整。由于應(yīng)用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶所在的硬環(huán)境，如單位組織調(diào)整、人員變化等，軟環(huán)境，如人員素質(zhì)、應(yīng)用要求等，發(fā)生變化，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行一段時間后，當(dāng)?shù)男薷暮脱a充，使之適應(yīng)新的形勢。一般與一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)有關(guān)的人員，有以下四類，他們是：（A）系統(tǒng)管理員，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行工作，以及維護數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，保證其完整和安全、（B）系統(tǒng)分義相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的全局?jǐn)?shù)據(jù)模式；（C）應(yīng)用程序員，他們的任務(wù)主要是分析具體用戶的信息處理需要，定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的子模式，編寫具體數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序；（D）用戶，他們具體的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的最終使用者。（三）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)訪問示例這里，我們介紹一下普通用戶讀取數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)庫的工作過程（如圖1.4所示），以便使讀者可以從中了解DBMS是如何來進行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理工作的。用戶訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的過程實際上就是用戶與DBMS進行交互的過程。其具體步驟如下：（１）用戶通過應(yīng)用程序指明它使用的子模式名稱，發(fā)出數(shù)據(jù)操作命令，DBMS通過處理用戶的應(yīng)用程序，接收該操作命令。（２）DBMS按照應(yīng)用程序中的子模式名稱，調(diào)出相應(yīng)的子模式，核對該用戶的訪問權(quán)利、操作合法性等，若檢查通過則繼續(xù)執(zhí)行，否則拒絕執(zhí)行并報告出錯信息。（３）DBMS按模式確定子模式中操作所涉及的記錄類型，并通過模式到存儲模式的映射，找出這些記錄類型的相應(yīng)存貯模式。（４）DBMS查閱存貯模式，確定應(yīng)從哪個物理文件、存貯設(shè)備以及調(diào)用哪個訪問程序去讀取所需的記錄。（５）DBMS的訪問程序找到有關(guān)的物理數(shù)據(jù)地址，向操作系統(tǒng)發(fā)出讀操作命令。（６）操作系統(tǒng)收到DBMS發(fā)來的命令后，啟動系統(tǒng)的輸入／輸出程序完成讀操作，把要讀取的數(shù)據(jù)塊送到內(nèi)存中的系統(tǒng)緩沖區(qū)。（７）DBMS收到操作系統(tǒng)關(guān)于輸入／輸出操作結(jié)束回答后，按模式、子模式的定義，將已讀入到系統(tǒng)緩沖區(qū)的內(nèi)容映射為用戶程序所要的邏輯記錄，并送到用戶的工作區(qū)中。（８）DBMS向應(yīng)用程序發(fā)送反映操作執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)信息（由狀態(tài)字描述），如“執(zhí)行成功”、“數(shù)據(jù)未找到”等。（９）記載DBMS系統(tǒng)的工作日志。（10按出錯類型決定程序的后續(xù)處理。后再把修改好的記錄寫回數(shù)據(jù)庫中原記錄的位置上。圖1.4數(shù)據(jù)庫的工作過程1.3實體聯(lián)系模型的使用方法。1.3.1模型的組成數(shù)據(jù)模型包含兩方面內(nèi)容，它們是：（1）數(shù)據(jù)的靜態(tài)特性，這主要包括數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)間的聯(lián)系和數(shù)據(jù)中的相互約束等特性；（2）數(shù)據(jù)的動態(tài)特性，這主要包括對數(shù)據(jù)操作應(yīng)用的設(shè)計中，得到了廣泛應(yīng)用。E-R數(shù)據(jù)模型是P.P.Chen在1976E-R數(shù)據(jù)模型就是利用這三個成分來描述反E-R數(shù)據(jù)模型是從現(xiàn)實信息世界到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)邏輯構(gòu)造成某個DBMS所能接受的數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)，其工作往往是十分復(fù)雜而且難度也很大，增加了應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。識。【1】實體以描述。學(xué)生實體集中的不同的學(xué)生實體，通過其不同的學(xué)號又可加以區(qū)分。例如學(xué)號為881001881002姓名為王明的學(xué)生這個具體實體。【2】聯(lián)系生之間至少存在一種聯(lián)系，即“教學(xué)聯(lián)系，商店與商品之間存在一種‘供應(yīng)聯(lián)系，這些種聯(lián)系記為１:１的聯(lián)系。（２）一對多的聯(lián)系。其定義是：對于實體型Ａ中的一個實體，聯(lián)系。通常將這種聯(lián)系記為１:Ｎ的聯(lián)系。１:１的聯(lián)系有時可看成是１:Ｎ的聯(lián)系的一種特可以教若干門課，一門課又可以有若干個教師講。通常將這種聯(lián)系記為Ｍ:Ｎ的聯(lián)系。以上解成每兩個實體型之間均存在一個多對多的聯(lián)系。Ａ聯(lián)系。【3】屬性學(xué)生實體型的屬性。這些屬性的一組值就表示了一個具體的實體。在一個具體的實體型中，性又可稱為該實體型的標(biāo)識碼。是它們之間是它們之間的性?！⒒蚶斫鈹?shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)都具有十分重要的意義。定。1.3.2模型的表示下：（1）首先根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用的整體要求，確定所涉及的現(xiàn)實信息世界中的所有信息對象的范圍。（2）根據(jù)第一步驟的結(jié)論，確定能夠描述所要求所有信息對象的各實體及屬性。（3）根據(jù)（1）、（2）二個步驟的結(jié)論，確定能夠描述所要求所有信息對象的各實體間的聯(lián)系。（43被稱為Ｅ－Ｒ圖方法。廠數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中所涉及的部分信息對象所構(gòu)成的Ｅ－Ｒ圖。如圖1.5所示。圖1.5制造工廠信息的Ｅ－Ｒ圖在圖1.5是部門與職工實體型間一對多的“所屬聯(lián)系；職工與工程型實體間多對多的“工作和一對一“管理兩種聯(lián)系；工程與零件實體型間多對多的“所需聯(lián)系；工程、供應(yīng)商和零件些屬性用橢圓加以表示。－Ｒ圖方法還是很受歡迎的。1.4數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫的基本情況。1.4.1層次數(shù)據(jù)模型1要素描述客觀信息世界中的信息結(jié)構(gòu)。（2）若將實體抽象表示為一結(jié)點，聯(lián)系抽象表示為之間的聯(lián)系。這描述所得到的圖形稱為層次數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)圖。圖1.6學(xué)校行政管理機構(gòu)的Ｅ－Ｒ圖和層次數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)圖圖，作為示例，如圖1.6所示。在如圖1.61.61.4.2層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)過程。重點介紹層次數(shù)據(jù)模型中的實體、屬性和聯(lián)系在層次數(shù)據(jù)庫中是如何定義和操縱的。這里以ＩＢＭ公司的ＩＭＳ層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為例，來說明有關(guān)的情況?！?】層次數(shù)據(jù)庫概念層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計與描述的數(shù)據(jù)庫，即與數(shù)據(jù)庫的物理存儲結(jié)構(gòu)無關(guān)。圖1.7學(xué)校行政管理機構(gòu)的邏輯組織結(jié)構(gòu)1.7結(jié)構(gòu)，若學(xué)校有若干系（DEPT），每個系有若干班級（CLASS），每個班有若干學(xué)生（STUDENT），每個系還有若干教師（TEACHER）。其中：數(shù)據(jù)模型中的片斷型有DEPT、CLASSSTUDENTTEACHERDEPT（DNO-DNA-DMA-CLASS（CNO-班級編號，CSK-STUDENT（SNO-學(xué)生編號，SNA-姓名，SAG-TEACHER（TNO-教師編號，TNA-教師姓名，TAG-DTCS。這里TEACHER和CLASS片斷型稱為是DEPT片斷型的下屬片斷，同樣STUDENR稱為是CLASS的下屬片斷。DEPT又可稱為是TEACHER和CLASS的雙親片斷（在這里它又是根片斷），TEACHER和CLASS又可互稱為兄弟片斷。整個數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)DTCS稱為是一物理數(shù)據(jù)庫記錄據(jù)庫有多少個根片斷值，則它就有多少個物理數(shù)據(jù)庫記錄。如學(xué)校有20個系，它的物理數(shù)據(jù)庫就有20通常一個ＩＭＳ數(shù)據(jù)庫是由若干這樣的物理數(shù)據(jù)庫記錄所構(gòu)成。最后我們給出上述實例的物理數(shù)據(jù)庫的定義描述。該描述主要包括以下內(nèi)容：（1）命名物理數(shù)據(jù)庫，規(guī)定存儲組織方法和存取方法，指定物理設(shè)備及塊的大小。（2）命名各片斷，3圖2.5的物理數(shù)據(jù)庫的具體描述內(nèi)容如下：DBDNAME=DTCS,ACCESS=HDAMDATASETDD1=DTCSHDAM,DEVICE=3330,BLOCK=1024SEGMNAME=DEPT,BYTES=20,FREQ=20,PTR=TFIELDNAME=(DNO,SEQ,U),BYTES=4,START=1,TYPE=CFIELDNAME=DNA,BYTES=8,START=5,TYPE=CFIELDNAME=DMA,BYTES=8,START=13,TYPE=CSEGMNAME=TEACHER,BYTES=14,FREQ=50,PTR=T,PARENT=DEPTFIELDNAME=(TNO,SEQ,U),BYTES=4,START=1,TYPE=CFIELDNAME=TNA,BYTES=8,START=5,TYPE=CFIELDNAME=TAG,BYTES=2,START=13,TYPE=CSEGMNAME=CLASS,BYTES=14,FREQ=60,PTR=T,PARENT=DEPTFIELDNAME=(CNO,SEQ,U),BYTES=4,START=1,TYPE=CFIELDNAME=CSK,BYTES=10,START=5,TYPE=CSEGMNAME=STUDENT,BYTES=15,FREQ=300,PTR=T,PARENT=DEPTFIELDNAME=(SNO,SEQ,U),BYTES=5,START=1,TYPE=CFIELDNAME=SNA,BYTES=8,START=6,TYPE=CFIELDNAME=SAG,BYTES=2,START=14,TYPE=CDBDGENFINISHEND現(xiàn)將上述描述中的部分語句的含義說明如下：①DBD存取方法，它們是：（A）層次順序存取方法（HSAM），即將數(shù)據(jù)庫中的所有片斷值，按照其層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從上而下、從左而右的順序存放。（BHISAM數(shù)據(jù)庫中的所有根片斷值，用指針連接起來或單獨存放，并建立其索引；其它下屬片斷值，按照其層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從上而下、從左而右的順序存放。（C）層次直接存取方法（HDAM），來存放。（DHIDAM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從上而下、從左而右的順序用指針（PTR=H）連接起來存放，或用兄弟、子女指針（PTR=T）連接起來存放，并建立根片斷值的索引。②DATASET語句：命名數(shù)據(jù)庫所對應(yīng)的數(shù)據(jù)集合，指定物理設(shè)備及其物理存儲塊的大小。③SEGM語句：定義片斷名、一個片斷值的長度、片斷值可能的個數(shù)、采用連接指針的類型和雙親片斷名。④FIELD語句：定義片斷中的各字段，如字段名、字段數(shù)據(jù)類型、字段長度及排序碼。⑤DBDGEN語句：指示模式編譯器開始產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫模式定義。⑥FINISH語句：指示模式編譯器結(jié)束產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫模式定義，檢驗生成結(jié)果。⑦END語句：指示說明模式描述結(jié)束。個進行。【2】層次數(shù)據(jù)庫用戶層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計與描述1）一個邏輯數(shù)據(jù)庫中的根片斷必須是某個物理數(shù)據(jù)庫中的根片斷。（2）一個邏輯子女片斷必女片斷。一個物理數(shù)據(jù)庫記錄型中，部分帶根的片斷型所組成的有序集合，稱為邏輯數(shù)據(jù)庫記錄型。輯數(shù)據(jù)庫記錄就有幾個。一個物理數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)應(yīng)用要求構(gòu)成多個邏輯數(shù)據(jù)庫，在圖3—3的例子中，就可以選取以下六個帶根子集，作為邏輯數(shù)據(jù)庫，它們分別是（DEPT）、（DEPT，TEACHER）、（DEPT，CLASS）、（DEPT，CLASS，STUDENT），（DEPT，TEACHER，CLASS）、（DEPT，TEACHER，CLASS，STUDENT）。最后我們從圖25DEPT和TEACHER兩個片斷型來構(gòu)成一個邏輯數(shù)據(jù)庫，每個邏輯數(shù)據(jù)庫的定義包含兩方面內(nèi)容：（1PCB邏輯數(shù)據(jù)庫與物理數(shù)據(jù)庫之間的映射關(guān)系。（2PSB戶的局部邏輯結(jié)構(gòu)。邏輯數(shù)據(jù)庫的具體定義描述如下：PCBTYPE=DB,DBDNAME=DTCS,KEYLEN=7SENSEGNAME=DEPT,PROCOPT=GSENSEGNAME=TEACHER,PARENT=DEPT,PROCOPT=IPSBGENLANG=PL1,PSBNAME=DETEDBEND現(xiàn)將上述描述中的部分語句的含義說明如下：①PCBPCB的類型，DB所描述的邏輯數(shù)據(jù)庫層次結(jié)構(gòu)中所有片斷排序碼總長。②SENSEG語句：指出邏輯數(shù)據(jù)庫所對應(yīng)的物理數(shù)據(jù)庫片斷名，指出其雙親片斷名，以及對該片斷的處理方式（PROCOPTGIRD：容許刪除等。③PSBGEN語句：指出PSB的應(yīng)用程序所采用的主語言，并給出PSB的名字。④END語句：指示說明子模式描述結(jié)束。全性提供了一定的控制。【3】層次數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)操縱方法ＩＭＳ數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)操縱語言所提供的操作有四種類型，它們是查找、插入、刪除、3-3的物理數(shù)據(jù)庫所定義的一個邏輯數(shù)據(jù)庫，它包含有DEPT、CLASS和STUDENT三個片斷型。①GU（GetUnique)：其功能是檢索出滿足條件的第一個片斷值。例如：GUDEPTCLASS（CSK='應(yīng)用數(shù)學(xué)'）上述語句執(zhí)行結(jié)果是，檢索出第一個專業(yè)是應(yīng)用數(shù)學(xué)的班級信息。②GN（GetNext)：其功能是從當(dāng)前位置開始，檢索出滿足條件的一個片斷值。例如：GNDEPTCLASS（CSK='應(yīng)用數(shù)學(xué)'）STUDENTNSGNSTUDENTGOTONS學(xué)生信息。③ISRT（Insert)：其功能是將用戶工作區(qū)中已建立的一個片斷值，插入滿足要求數(shù)據(jù)庫記錄中。例如：ISRTDEPT（DNO='001')CLASS（CNO='9010'）STUDENT上述語句執(zhí)行結(jié)果是，將用戶工作區(qū)中已建立好的一個學(xué)生片斷值，插入001系9010班級中。④DLET（Delete)：其功能是刪除滿足條件的一片斷值及其下屬的所有片斷值。例如：GHUDEPT（DNO='001'）CLASS（CNO='9010'）DLET上述語句執(zhí)行結(jié)果是，將001系9010班級及其板級中所有學(xué)生的片斷值全部刪除。GHU的操作功能與GU類似，只是用GHU操作檢索的片斷值是用于刪除或修改。⑤REPL（Replace)：其功能是修改滿足條件的一片斷值。例如：GHUDEPT（DNO='001')CLASS（CNO='9010'）（修改用戶工作區(qū)中的CSK值）REPL上述語句執(zhí)行結(jié)果是，將001系C9010班級的專業(yè)修改應(yīng)用數(shù)學(xué)。使用者必須熟悉層次數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)。如同領(lǐng)航員一樣，在樹形的河道中航行。省地隱含在各片斷定義的說明中。1.4.3網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)是一致的。其具體定義如下：（1）對Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型中的聯(lián)系類型加以限數(shù)據(jù)概念描述客觀信息世界中的信息結(jié)構(gòu)。（2）若將實體抽象表示為一結(jié)點，聯(lián)系抽象表1.8數(shù)據(jù)模型。(a)(b)(c)圖1.8網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型與層次數(shù)據(jù)模型有兩點不同：（1）層次數(shù)據(jù)模型從子女實體到其雙親實體之1.8(a)中，R4實體就有兩個雙親R2和R3。因此在網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型中，就不能再用指定雙親的方式來定義聯(lián)系了。（2）網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型中1.8(c)所示。R1實體和R2實體之間有兩種聯(lián)系SET1和SET2R1R2SET1聯(lián)系，SET2為“保養(yǎng)”聯(lián)系。1.4.4網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBTGDBTG報告為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)模型的描述及其語言的定義制定了標(biāo)準(zhǔn)。它主要包括三方面內(nèi)容，它們是：（1）模式數(shù)據(jù)描述語言規(guī)范；（2）子模式數(shù)據(jù)描述語言規(guī)范；（3）數(shù)據(jù)操縱語言規(guī)范。【1】網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫概念層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計與描述換為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫概念層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)。首記錄型有幾個記錄，系型的系值就有幾個。(a)(b)(c)圖1.9學(xué)生選課網(wǎng)狀模型下面我們以一個簡單例子來說明上述有關(guān)概念，如圖1.9（a）所示，這是一個學(xué)生選課小SC”聯(lián)系是多對多的聯(lián)系，為了建立其網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，如圖1.9（b）所示還要建立一新的記錄SC系（S—SCC—SC個記錄型中的數(shù)據(jù)項分別是：S（S#—學(xué)號，SN—姓名），C（C#—課號，CN—課名），SC（S#—C#—G—S—SC（首記錄型為S記錄型為SC），C—SC（首記錄型為C，屬記錄型為SC）。這里若假定學(xué)生選課情況如圖1.9(c)所示，則C—SCC1；S1C1A，S2C1B，S3C1B，S4C1BC2；S1C2B，S3C2C，S4C2AC3；S2C3A，S4C3C而S—SC系型的系值共有四個，它們是：｛S1；S1C1A，S1C2B｝，｛S2；S2C1B，S2C3A｝，｛S3；S3C1B，S3C2C｝，｛S4；S4C1B，S4C2A，S4C3C｝。內(nèi)容：（1）模式條目。它的作用是標(biāo)識一個模式，即標(biāo)識一個網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的概念層數(shù)據(jù)庫，其格式為：SCHEMANAMEIS〈模式名〉。（2）域條目。它的作用是定義一個或若干域，其格式為：AREANAMEIS〈域名〉。一個域?qū)Ψ奖?、靈活、高效。（3）記錄條目.一個記錄描述條目對應(yīng)一個記錄型，它用來定義記錄名、記錄的存放方式、記錄所在的域及記錄中各數(shù)據(jù)項的類型、長度等。如圖1.9（bRECORDNAMEISSLOCATIONMODEISCALCUSINGS#DUPLICATESARENOTALLOWEDWITHINAREA—102S#TYPEISCHARACTER302SNTYPEISCHARACTER15其中：記錄的存放方式有四種，它們是：（A）計算方式（CALC），記錄的存放位置由指定的數(shù)據(jù)項作為參量計算確定。（B）直接方式（DIRECT），記錄的存放位置由系統(tǒng)所給定每個記錄的數(shù)據(jù)庫碼確定。（C）經(jīng)由方式（VIA），根據(jù)首記錄，確定屬記錄的存放位置。（DSYSTEMDBMS所提供的一種標(biāo)準(zhǔn)方式，確定記錄的存放位置。上述學(xué)SS#有相同S#值的記錄存在，記錄S存放于域名為AREA—1的域中。（4）系條目。一個系描述條目對應(yīng)一個系型，它的內(nèi)容有：系名、系的實現(xiàn)方式、系的構(gòu)2。7（b選課系型的描述主要內(nèi)容如下：SETNAMEISS—SCMODEISCHAINOWNERISSMEMBERISSCMANDATORYAUTOMATICSETSELECTIONISTHRUS—SCOWNERIDENTIFIEDBYCALC—KEY其中這里有三個概念需要進一步解釋一下。（A）系的實現(xiàn)方式（MODE）有兩種：（i）鏈?zhǔn)剑–HAIN），將一個系值中的首記錄及其屬記錄用指針連接在一起。（iiPOINTARRAY指針集中在一起，形成一張表，在首記錄中存放這張表或存放指向這張表的指針。（B）屬（i）加入系屬籍（INSERTION），它有兩種情況，自動（AUTOMATIC）和手動（MANUAL）。自動意味著當(dāng)一個屬記錄值插入到數(shù)據(jù)庫后，由DBMS自動將其加入到一個系值中；手動則意味著加入到某一系值的工作將由用戶自己完成。（ii）離開系屬籍（RETENTION），它有三種情況，固定（FIXEDMANDATORYOPTIONAL）。固定意味著一個屬記于某個系值，也可以不附屬任一系值而獨立存在。（C）系值的選擇方式（SETSELECTIONISTHRUi語句格式為：SETSELECTIONISTHRU〈系名〉OWNERIDENTIFIEDBYCURRENTOFSET。（ii）由首SETSELECTIONISOWNERUSING首記錄是CALCCALC確定系值。（5）模式描述結(jié)束語句.其作用是告訴模式編譯程序，模式定義描述結(jié)束。其語句為：ENDSCHEMA【2】網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫用戶層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計與描述用戶層數(shù)據(jù)邏輯組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計即為子模式的設(shè)計，由于DBTG系統(tǒng)支持子模式。每一個子的定義描述與模式有所不同，它的描述主要有以下內(nèi)容：（1）子模式標(biāo)識部分，其作用是定義子模式名稱及其所對應(yīng)的模式（2）換名描述，即將模式中的域名、記錄名、系名還是數(shù)據(jù)項名用其它名稱替換，以消除同主語言規(guī)則不一致的地方，同時提高描述的可讀性。如欲將記錄名DEPT換成DEPARTMENT。（3）域的描述，列出子模式定義所涉及的域。（4）記錄的描述，列出子模式定義所涉及的記錄名。若其中數(shù)據(jù)項有變化，還需列出有變化的數(shù)據(jù)項。（5）系的描述，列出子模式定義所涉及的系并可改變系值選擇方式?！?】網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)操縱方法在DBTG系統(tǒng)中，用戶的應(yīng)用程序是用主語言和DML語言混合編寫而成，主語言用于操縱內(nèi)DML的數(shù)據(jù)操縱比較復(fù)雜，這里僅列出幾種常用的操作。（1）FIND（查找），它主要有：（A）在某記錄類型中查找；（B）在某系類型中查找；（CDE（2）GET（取值），將當(dāng)前的記錄值或數(shù)據(jù)項的值讀取到用戶工作區(qū)，以供進一步操作。（3）STORE（存值），將當(dāng)前用戶工作區(qū)中的記錄，存放到數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)系屬籍類型，將其插入到相應(yīng)系值中。（4）MODIFY（修改），將用GET所獲的記錄值或數(shù)據(jù)項，在用戶工作區(qū)進行修改后，用此語句將其回存到數(shù)據(jù)庫中。（5）ERASE（刪除），從數(shù)據(jù)庫將當(dāng)前所確定的記錄刪除。（6CONNECT容許的情況下。（7RECONNECT個系的另一系值中。當(dāng)然也是要在系籍約束容許的情況下。（8）DISCONNECT（撤消屬籍），將當(dāng)前記錄從包含它的全部或部分系型的系值中移走，在系籍約束容許的情況下。1.4.5關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型是由E.F.Codd在1970年引入到數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中來的。之后，E.F.Codd以及其它數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已成為數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中最為活躍的一個分支。數(shù)據(jù)模型的基本知識.【1】關(guān)系的數(shù)學(xué)定義（1）這里我們首先介紹笛卡爾乘積的定義。給定一組集合，，…，，則這組集合的笛卡爾乘積是集合：。這其中：笛卡爾乘積集合中的每一個元素稱為元組，表示參與笛卡爾乘積中的集合個數(shù)，又稱為笛卡爾乘積的度。如：現(xiàn)有集合A，B，其中A={a1，a2}，B={b1，b2，b3}，則集合A，B的笛卡爾乘積為集合D，且有D={(a1,b1),(a1,b2),(a1,b3),(a2,b1),(a2,b2),(a2,b3)}。笛卡爾乘積D集合包含了六個元組，每個元組有兩個分量。（2）關(guān)系的數(shù)學(xué)定義。笛卡爾乘積的一個子集，就稱為定義在集合，，…，之上的一個關(guān)NAME={}AGE={2122}，集合SEX={MF}R1R2如圖1.10R1R2均是建立在集合NAME、AGE、SEX基礎(chǔ)之上的關(guān)系。關(guān)系R1表示三個人基本情況，而關(guān)系R2則無實際意義，因為一個人不可能有兩個年齡和性別?！?】關(guān)系數(shù)學(xué)模型從圖1.10所描述的關(guān)系R1和R2，可以看出用二維表格的形式，來描述關(guān)系的內(nèi)容是非常的具體值。圖1.10關(guān)系R1和R2內(nèi)容=模型可表示為：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，年齡，籍貫）。而如（，張三，男，21，安系數(shù)據(jù)模型中，其元組值是無序的。即（，）和（，）是相同的關(guān)系。性名稱；二是表格內(nèi)容，它描述關(guān)系中的具體元組值。即表格中的每一行對應(yīng)一個元組值，表格中的每一列對應(yīng)一個屬性。如圖1.11所示。圖1.11學(xué)生關(guān)系的二維表格表示法獲得所需要的關(guān)系數(shù)據(jù)模型，具體內(nèi)容是：（1）對Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型中的各實體類型分別2表示聯(lián)系的各屬性集合之外，還包括相互有聯(lián)系的兩個（或多個）實體類型中的關(guān)鍵屬性圖1.12(a)所示，建立在這一模型基礎(chǔ)上的關(guān)系數(shù)據(jù)模型是由以下三個關(guān)系構(gòu)成，它們是STUDENT關(guān)系、COURSE關(guān)系和SC關(guān)系，這三個關(guān)系內(nèi)容如圖1.12(b)所示。這里我們可以看出，STUDENT關(guān)系是有由SNO和SNAME兩種屬性集合構(gòu)成；COURSE關(guān)系是有由CNO和CNAME兩種屬性集合構(gòu)成；而SC關(guān)系是有由SNO、CNO和GRADE三種屬性集合構(gòu)成；最后我們說明一下在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，用關(guān)系來表示描述Ｅ－Ｒ數(shù)據(jù)模型中各實體和聯(lián)圖1.12學(xué)生選課的實體聯(lián)系模型和關(guān)系數(shù)據(jù)模型系以及用二維表格的形式，來描述關(guān)系時應(yīng)注意的事項：（A）關(guān)系列表中的列，其應(yīng)是相同的數(shù)據(jù)類型；也就是它們都是取自同一值域。（B）關(guān)系列表中的列的順序是可以任意交換的。（C）同一關(guān)系中，不能有兩個或兩個以上內(nèi)容完全相同的元組存在。（D）元組的關(guān)系列表中元組的順序是可以任意交換的。1.4.6關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以圖1.12所示的描述學(xué)生選課數(shù)據(jù)的三個關(guān)系表進行示例描述，通過描述語言，這由這三個關(guān)系表所構(gòu)成的關(guān)系數(shù)據(jù)庫具體描述如下：RELATIONTABLESTUDENT（SNOTYPE=CHARACTERLENGTH=10PROPERTY=NOTNULL,SNAMETYPE=CHARACTERLENGTH=20,）KEY（SNO）RELATIONTABLECOURSE（CNOTYPE=CHARACTERLENGTH=10PROPERTY=NOTNULLCNAMETYPE=CHARACTERLENGTH=30,）KEY（CNO）RELATIONTABLESC（SNOTYPE=CHARACTERLENGTH=10PROPERTY=NOTNULLCNOTYPE=CHARACTERLENGTH=10PROPERTY=NOTNULLGRADETYPE=NUMBERICLENGTH=6DECIMAL=2,）KEY（SNO,CNO）RELATIONTABLEKEY會詳細(xì)討論。及運算的總和就是關(guān)系代數(shù)，自70年代提出關(guān)系代數(shù)以來，它在關(guān)系數(shù)據(jù)操作語言的發(fā)展關(guān)系代數(shù)運算。它們是選擇、投影和連接。（1SELECTIONSELECT〈關(guān)系表名〉WHERE〈選擇條件〉。（2）投影運算（PROJECTION）。投影運算是從構(gòu)成一個關(guān)系的若干基本屬性集合出發(fā)，從可以表示為：PROJECT〈關(guān)系表名〉ON〈屬性名〉。（3）連接運算（JOIN）。連接運算是對兩個關(guān)系進行運算，從構(gòu)成這兩個關(guān)系的所有基本列一定要求的行，組成一個新關(guān)系表。連接運算可以表示為：JOIN〈關(guān)系表名1〉A(chǔ)ND〈關(guān)系表名2〉WHERE〈連接條件〉。數(shù)據(jù)操作語言都是基于這三種關(guān)系代數(shù)運算而構(gòu)造的。1.5關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論基礎(chǔ)的理論基礎(chǔ)，也就是關(guān)系范式的有關(guān)基本知識。1.5.1問題的提出們就以關(guān)系數(shù)據(jù)模型為背景來討論這個問題，從而形成了數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的一個有力工具——數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計，同樣具有理論上的指導(dǎo)意義。性集的笛卡爾積的一個元素，因而，關(guān)系模式也就是這個元組集合在結(jié)構(gòu)上的描述。60以有學(xué)號（S#）,姓名（SN），所在系的名稱（SD）等幾個屬性，由于一個學(xué)號只對應(yīng)一個了，這就象自變量x定了之后，相應(yīng)的函數(shù)值也唯一被確定了一樣。我們也可以說SN，SD函數(shù)依賴于S#；或者說S#函數(shù)決定了SN，SD。記為S#->SN,S#->SD。原因，從中尋找出設(shè)計一個好的關(guān)系模式方法。當(dāng)我們要建立一個數(shù)據(jù)庫來描述學(xué)校中的情況時，所面臨描述對象有學(xué)生（用學(xué)號S#描述），系（用系名SD描述），系負(fù)責(zé)人（用系負(fù)責(zé)人姓名DM描述），課程（用課程名CN描述）和成績（用G描述），于是我們得到了這樣一組屬性：U={S#,SD,DM,CN,G}.現(xiàn)實世界的已知事實告訴我們：（1）一個系有若干學(xué)生，但每個學(xué)生只能屬于一個系；（23生同時選修；（4）每個學(xué)生學(xué)習(xí)每門課程只有一個成績；于是，我們得到了屬性組U上的一組函數(shù)依賴：F={S#->SD,SD->DM,(S#,CN)->G}。因此一個關(guān)系模式應(yīng)當(dāng)描述為：R(U,D,DOM,F)1)R2U是一組屬性，即組成R（3D為域的集合，即屬性取值范圍的集合；（4DOM為U與D之間的映象；（5F是屬性組U上的一組函數(shù)依賴。由于域的定義對關(guān)系模式設(shè)計關(guān)系不大，（34S（U，F(xiàn)）。這個模式有下述312S#和CN是這是不容許在關(guān)系中存在的。（3）刪除異常。如果一個系的學(xué)生全部畢業(yè)了，我們在刪除該系學(xué)生選修課程的信息的同時，也把這個系及其負(fù)責(zé)人的信息也丟了。上述這些缺點非常不利于數(shù)據(jù)庫的維護和應(yīng)用，所以我們說，它是一個不好的數(shù)據(jù)庫模式，信息的丟失和造成數(shù)據(jù)的不一致。產(chǎn)生插入和刪除異常的原因可以從對關(guān)鍵字的定義看出，一個關(guān)系中的兩個元組，如為空值的元組是不可能在關(guān)系中存在的。關(guān)系模式：SD（S#，SD，S#->SD）,SG（S#，CN，G，（S#，CN）->G，D（SD，DM，SD->DM理論就是基于這一簡單概念的。在1.4.5的規(guī)范化(也稱第一范式)一步的分析以確定如何設(shè)計一個好的、反映現(xiàn)實世界的模式。CoddBC式。1.5.2函數(shù)依賴函數(shù)依賴是關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計中的一個重要概念，下面我們給出函數(shù)依賴的定義。定義1。設(shè)R（U）是屬性集U上的一個關(guān)系模式，X，Y是U的子集。若對于R（U）中任意可能關(guān)系r（即對于每一時刻的數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)于關(guān)系模式R的內(nèi)容)r中不可能有兩個元組在X的屬性分量相等，而同時在Y的屬性分量值卻不等，則稱“X函數(shù)決定Y”，或稱Y函數(shù)依賴于X。記作X->Y。r中的屬性或?qū)傩越MXr中Y只有一個X是R的關(guān)鍵字的屬性集合，則對于這一關(guān)系的所有屬性子集Y有X->Y成立，這是因為關(guān)鍵字唯一地決定一個元組。當(dāng)兩個元組的關(guān)鍵字相等時，這兩個XY->姓名，則年齡就不再函數(shù)依賴于姓名了。對于函數(shù)依賴，必須說明幾點的是：（1）當(dāng)我們在確定關(guān)系模式R中的某個函數(shù)依賴時，是指R的所有可能關(guān)系rR中只要有一個關(guān)系r不滿足這個函數(shù)依賴，我們就認(rèn)為R不存在這個函數(shù)依賴；（2）一個關(guān)系模式R上的函數(shù)依賴（3SN->SD，則實際上規(guī)定一個學(xué)生只能在一個系中，排斥了他處在兩個系的可能性。若X->YX->Y1X->YX稱作決定因素；（2）若X->Y,Y->X,則記作X<->Y；（3）若Y不依賴于X，則記作。下面討論函數(shù)依賴的一些性質(zhì)。假設(shè)R（ABCABCR中有A->B和B->CR中必定有A->CR的某一關(guān)系r中滿足A->B，B->C，但不能滿足A->Cr中存在兩個元組u，v，它們在屬性A的分量上取值相等，而在C的分量上取值不相等，u，v在屬性B的分量上的值有兩種可能，若相等，則違反了B->C；若不相等；則違反了A->B；這與假設(shè)矛盾，也就說明了在r中必滿足A->CA->BB->C邏輯蘊涵了函數(shù)依賴A->C。定義2。在R（UY函數(shù)依賴于屬性集合X，但Y函數(shù)不依賴于X的任一子Y對XY依賴于XY對X部分函數(shù)依賴，記作。這里舉一個簡單的例子，在關(guān)系S（S#，SN，SD，SA）中，S#->SD，S#->SA，S#->SN；而在關(guān)系SC（S#，C#，G）中，，。定義3在R（UY->XX->ZZ對Y果X->Y，則Y<->X，實際上是Y->Z，而不是傳遞函數(shù)依賴.定義4。在R（UK為U的屬性或?qū)傩越M，若有，則稱K為R的一個候選關(guān)鍵字，若候選關(guān)鍵字多于一個，則選擇其中之一為主關(guān)鍵字（PrimaryKey）.系模式S（S#，SN，SD，SA）中，S#是關(guān)鍵字，如在關(guān)系模式SC（S#，C#，G）中，屬性組（S#，C#）是關(guān)鍵字。定義5在R（UXX是另一個關(guān)系模式的關(guān)鍵字，則稱X是R的外部關(guān)鍵字。例如SC（S#，C#，GS#不是關(guān)鍵字，但S#是關(guān)系S（S#，SN，SD，SAS#對于關(guān)系模式SC來說是外部關(guān)鍵字，主關(guān)鍵字與外部關(guān)鍵字提供了一條關(guān)系之間相互聯(lián)系的途徑，例如關(guān)系模式S與關(guān)系模式SC的聯(lián)系就是通過S#。1.5.3范式的定義一范式，簡稱1NF，在第一范式基礎(chǔ)上進一步滿足一些要求的為第二范式，其余以此類推。R為第幾范式記為。方法。【1】1NF定義6.如果一個關(guān)系模式R的所有屬性都是基本的、不可分的，則R是第一范式。S#STATUSCITYP#QTYS120LONDONP1300S120LONDONP2200S120LONDONP3400S120LONDONP4200S120LONDONP5100S120LONDONP6100S210PARISP1300S210PARISP2400S310PARISP2200S420LONDONP2200S420LONDONP4300S420LONDONP5400圖1.13FIRST關(guān)系表關(guān)系模式FIRST（S#，STATUS，CITY，P#，QTY1.13所示，其函數(shù)依賴集,FIRSTS#P#性STATUS和CITYS#P#QTYS#P#STATUS和CITY也不是相互獨立的，而是也存在著函數(shù)依賴，這使得關(guān)系FIRST在插入，刪除，修改ATHENSP#出現(xiàn)了空值。（S3，P2）的元組，則我們也刪除了S3位于PARIS的信息。商S1從LONDON遷移到AMSTERDAM，就需要修改6個元組?！?】2NF為了解決上述問題，我們把關(guān)系模式FIRST分解成兩個關(guān)系模式SECOND（S#，STATUS，CITY）和SP（S#，P#，QTY），如圖1.14所示。S#STATUSCITYS#P#QTYS120LONDONS1P1300S210PARISS1P2200S310PARISS1P3400S4120LONDONS1P4200S530ATHENSS1P5100SECONDS1P6100S2P1300S2P2400S3P2200S4P2200S4P4300S4P5400SP圖1.14SECOND和SP關(guān)系表這樣處理后的結(jié)構(gòu)，克服了S#和CITY存貯操作中的問題。例如，我們可以把S5位于ATHENS的信息插入到SECOND關(guān)系中，即使S5沒有提供任何零件。如果我們在關(guān)系SP中刪除（S3，P2）為關(guān)鍵字的元組，也不會丟失供應(yīng)商S3位于PARIS的信息，當(dāng)供應(yīng)商S1從LONDON遷移到AMSTERDAM，只要對SECOND關(guān)系S1為關(guān)鍵字的元組作修改就可以了，僅僅修改一次，不會出現(xiàn)上述的不一致了。將圖1.13與圖1.14FIRST中屬性STATUS和CITY是非關(guān)鍵字屬性，S#P#S#FIRST中非關(guān)鍵字屬性并不完全函數(shù)依賴于關(guān)鍵字屬性；而改進之后，關(guān)系模式SECOND中，非關(guān)鍵屬性完全依賴于關(guān)鍵字屬性；定義7.如果關(guān)系模式R是1NF，而且非關(guān)鍵的屬性完全函數(shù)依賴于關(guān)鍵字的屬性，那么，關(guān)系模式R是第二范式。按照定義7SECOND和SP都是2NF1NF而不是2NF以通過適當(dāng)投影化為一組等價的2NF