大學信息技術(shù)基礎：數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

§5.1數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)5.1.1我們身邊的數(shù)據(jù)庫應用

2.基于WWW的Web數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從數(shù)據(jù)資源的角度來說，WWW系統(tǒng)實際是一個大型的分布式超媒體信息數(shù)據(jù)庫，是目前Internet的主流信息服務方式?？蛻舳酥灰褂肳eb瀏覽器，通過Internet訪問Web站點，就可獲取其所需要的信息和資源。

1.學籍管理系統(tǒng) 學生成績管理-new_f_yang.mdb§5.1數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)5.1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS:DataBaseSystem）是一個整體的概念，組成如下：§5.1數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖5-1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成及其關系1.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是雜亂無章的堆集，而是以一定結(jié)構(gòu)存儲在一起且相互關聯(lián)的、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集合。2.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是用于描述、管理和維護數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)。DBMS建立在操作系統(tǒng)的基礎上，對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一的管理和控制。3.數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)是程序員根據(jù)用戶需要開發(fā)的，在DBMS支持下運行的一類計算機應用系統(tǒng)。§5.1數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)4.數(shù)據(jù)庫用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中有多種用戶，他們分別扮演不同的角色，承擔不同的任務，如圖5-2所示?！?.1數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖5-2各類數(shù)據(jù)庫用戶5.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點1.可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享2.可減少數(shù)據(jù)冗余3.可實施標準化4.可保證數(shù)據(jù)安全5.可保證數(shù)據(jù)的完整性【是一組規(guī)則，詳見5.2.5】§5.1數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)5.2.3數(shù)據(jù)庫模型（類型）常用的數(shù)據(jù)庫的概念模型有以下幾種類型：(1)層次模型層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型，層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。(2)網(wǎng)狀模型用有向圖結(jié)構(gòu)來組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型稱為網(wǎng)狀模型。§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫(3)關系模型關系模型是一種用二維表表示實體集、主鍵標識實體、外鍵表示實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。(4)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型稱為面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，它包括以下幾個方面：對象、類、類層次、繼承等。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫是面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，以滿足一些新的應用需要。P129數(shù)據(jù)庫類型，

結(jié)合實例，提前講更好。5.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級模式結(jié)構(gòu)【5版考綱無】數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由外模式、概念模式和內(nèi)模式三級模式構(gòu)成，如圖5-3所示?！?.1數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖5-3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫先講關系模型（§5.2.4）5.2.1由現(xiàn)實世界到數(shù)據(jù)世界信息在這一過程中經(jīng)歷了三個不同的世界：即現(xiàn)實世界、概念世界和數(shù)據(jù)世界（圖5-4）。1.現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界就是人們通常所指的客觀世界，事物及其聯(lián)系就處在這個世界中。2.概念世界概念世界又稱信息世界，是指現(xiàn)實世界的客觀事物經(jīng)人們的綜合分析后，在頭腦中形成的印象與概念。3.數(shù)據(jù)世界數(shù)據(jù)世界又稱機器世界。因為一切信息最終是由計算機進行處理的，進入計算機的信息必須是數(shù)字化的?！?.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫圖5-4從現(xiàn)實世界到數(shù)據(jù)世界的過程2概念世界指現(xiàn)實世界的客觀事物在人頭腦中形成的印象與概念。常用借助模型表示，如E-R圖。3.數(shù)據(jù)世界進入計算機的相應信息，是數(shù)字化的。5.2.2概念模型的表示方法：E-R圖構(gòu)成E-R圖的基本要素是實體、屬性和聯(lián)系，用到的符號包括矩形、橢圓形、菱形及其連線，如圖5-5所示。1.實體(Entity)在信息世界中，客觀存在并且可以相互區(qū)別的事物稱為實體。實體在E-R圖中用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名?！?.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫圖5-5E-R圖的表示符號2.屬性(Attribute)屬性用于描述實體的某些特征。唯一標識實體的屬性或?qū)傩约Q為鍵(Key)。在E-R圖中屬性用橢圓形表示，并用無向邊連線將其與相應的實體連接起來。如圖5-6所示的是學生實體及其屬性，圖5-7所示的是成績實體及其屬性。§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫圖5-6學生實體及其屬性圖5-7成績實體及其屬性3.域(Domain)屬性的取值范圍稱為該屬性的域，實體的屬性值是數(shù)據(jù)庫中存儲的主要數(shù)據(jù)。4.實體集（EntitySet）同一類型實體的集合稱為實體集。例如，全體學生就是一個實體集。5.聯(lián)系(Relationship)正如現(xiàn)實世界中事物之間存在著聯(lián)系一樣，實體之間也存在著聯(lián)系。§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫設A、B為兩個實體集，則每種聯(lián)系類型的簡單定義可敘述如下：（1）一對一聯(lián)系(1∶1)§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫圖5-8實體間的三種聯(lián)系（2）一對多聯(lián)系(1∶N)（3）多對多聯(lián)系(M∶N)聯(lián)系在E

R圖中用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型（1∶1，1∶n或m∶n）?！?.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫圖5-9多對多聯(lián)系示例學生成績管理的全局E-R圖表5-1列出了從現(xiàn)實世界到數(shù)據(jù)世界有關術(shù)語的映射與對照，有助于同學們理解這些概念之間的聯(lián)系與區(qū)別。§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫5.2.3數(shù)據(jù)庫模型（類型）常用的數(shù)據(jù)庫的概念模型有以下幾種類型：(1)層次模型層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型，層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。(2)網(wǎng)狀模型用有向圖結(jié)構(gòu)來組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型稱為網(wǎng)狀模型。§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫(3)關系模型關系模型是一種用二維表表示實體集、主鍵標識實體、外鍵表示實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。(4)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型稱為面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，它包括以下幾個方面：對象、類、類層次、繼承等。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫是面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，以滿足一些新的應用需要?！?.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫5.2.4關系模型的基本概念及性質(zhì)1.關系模型的基本概念關系、關系名、元組、屬性、值域、主鍵、外鍵?！?.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫2.關系模型的性質(zhì)(1)關系中每個屬性值是不可分解的。也就是表中元組分量必須是原子的。(2)關系中每個元組代表一個實體，因此不允許存在兩個完全相同的元組。(3)元組的順序無關緊要，可以任意交換，不會改變關系的意義。(4)關系中各列的屬性值取自同一個域，故一列中的各個分量具有相同性質(zhì)。(5)列的次序可以任意交換，不改變關系的實際意義，但不能重復。§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫3.關系模型支持的三種基本運算(1)選擇（Selection）選擇運算是根據(jù)給定的條件，從一個關系中選出一個或多個元組（表中的行）。(2)投影（Projection）投影就是從一個關系中選擇某些特定的屬性（表中的列）重新排列組成一個新關系，投影之后屬性減少，新關系中可能有一些行具有相同的值。(3)連接（Join）連接運算是從兩個或多個關系中選取屬性間滿足一定條件的元組，組成一個新的關系。§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫5.2.5關系完整性(1)實體完整性（EntityIntegrity）實體完整性是針對基本關系的，一個基本表通常對應于現(xiàn)實世界中的一個實體集。(2)參照完整性（ReferentialIntegrity）現(xiàn)實世界中的實體之間往往存在某種聯(lián)系，這樣就會存在關系之間的引用。參照完整性實質(zhì)上反映了“主鍵”屬性與“外鍵”屬性之間的引用規(guī)則。(3)用戶定義完整性（User-definedIntegrity）實體完整性和參照完整性是任何關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都必須支持的。§5.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫除此之外，不同的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應用環(huán)境的不同，往往還需要一些特殊的約束條件，用戶定義的完整性就是針對某一具體關系的數(shù)據(jù)庫的約束條件。由以上介紹可見，實體完整性和參照完整性是關系模型必須滿足的完整性約束條件，被稱為關系的兩個不變性，應該由關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動支持?！?.2關系模型與關系數(shù)據(jù)庫§5.4數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計§5.4

數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計5.3.1數(shù)據(jù)庫設計概述關系數(shù)據(jù)庫的設計過程可按以下步驟進行：(1)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需求分析；(2)概念數(shù)據(jù)庫設計；(3)邏輯數(shù)據(jù)庫設計；(4)關系的規(guī)范化；(5)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與維護?！?.4

數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計五版考綱僅寫一行：“E-R圖轉(zhuǎn)換為關系模式”

轉(zhuǎn)換規(guī)則(P134)實體（型）---》關系模式；【一框即一表】2，實體的屬性---》關系模式的屬性3,聯(lián)系的轉(zhuǎn)換分三種情況處理：

§5.3

數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計5.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需求分析：[五版考綱無]系統(tǒng)需求分析，是為了了解系統(tǒng)到底需要什么樣的功能，以便設計數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫設計的最初階段必須對用戶的需求有較清楚的了解，設計前與用戶深入溝通，與有經(jīng)驗的設計人員交流是十分重要的。5.3.3概念數(shù)據(jù)庫設計：[五版考綱無]概念設計是對現(xiàn)實世界的一種抽象，它抽取了客觀事物中人們所關心的信息、忽略了非本質(zhì)的細節(jié)，并對這些信息進行了精確地描述。§5.3

數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計概念模型設計是根據(jù)用戶需求設計的數(shù)據(jù)庫模型，可用實體—聯(lián)系模型(E-R模型)表示。經(jīng)過需求分析，下面給出學習成績管理系統(tǒng)的全局E-R圖。圖5-11學習成績管理系統(tǒng)的全局E-R圖5.3.4邏輯數(shù)據(jù)庫設計[五版考綱無]邏輯數(shù)據(jù)庫設計的主要任務就是將E-R模式轉(zhuǎn)化為關系數(shù)據(jù)庫模式。對于實體型間不同類型的聯(lián)系，轉(zhuǎn)換的規(guī)則是：（1）若實體間聯(lián)系是1∶1，可以在兩個實體類型轉(zhuǎn)換成的兩個關系模式中任意一個關系模式的屬性中加入另一個關系模式的鍵和聯(lián)系類型的屬性。（2）若實體間聯(lián)系是1∶n，則在n端實體類型轉(zhuǎn)換成的關系模式中加入1端實體類型的鍵和聯(lián)系類型的屬性（3）若實體間聯(lián)系是m∶n，則將聯(lián)系類型也轉(zhuǎn)換成關系模式，其屬性為兩端實體類型的鍵加上聯(lián)系類型的屬性，而鍵為兩端實體鍵的組合。§5.3

數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計（4）三個或三個以上實體間的一個多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個關系模式。與該多元聯(lián)系相連的各實體鍵以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關系的屬性，各實體鍵組成關系的鍵或關系鍵的一部分。5.3.5關系的規(guī)范化[五版考綱無]在關系數(shù)據(jù)庫中，這種規(guī)則就是范式（NormalForm）。范式是符合某一種級別的關系模式的集合，目前關系數(shù)據(jù)庫有六種范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）和第六范式（6NF）?！?.3

數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計5.3.6數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與維護[五版考綱無]最后一個階段是建立與維護數(shù)據(jù)庫。完成數(shù)據(jù)模型的建立后，就必須對數(shù)據(jù)庫表的字段進行命名，確定字段的類型和寬度，以及字段的屬性設置，并利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)創(chuàng)建其他數(shù)據(jù)庫對象，因此數(shù)據(jù)庫的實施是數(shù)據(jù)庫設計過程的“最終實現(xiàn)”。圖5-12是在Access中創(chuàng)建的“學生”表數(shù)據(jù)視圖。如果數(shù)據(jù)庫運行正常，則表明數(shù)據(jù)庫設計任務基本結(jié)束，以后的重點就是數(shù)據(jù)庫的維護工作，包括做好備份工作、數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性調(diào)整、改善數(shù)據(jù)庫性能等。§5.3

數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計§5.3

數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計圖5-12在Access中創(chuàng)建的“學生”表數(shù)據(jù)視圖數(shù)據(jù)庫技術(shù)和系統(tǒng)已經(jīng)成為信息基礎設施的核心技術(shù)和重要基礎。數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為數(shù)據(jù)管理的最有效的手段，極大地促進了計算機應用的發(fā)展。本章介紹了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、關系數(shù)據(jù)模型、E

R模型和數(shù)據(jù)庫設計等基礎理論知識，為后面各章的學習打下基礎。數(shù)據(jù)庫設計是指對于一個給定的應用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應用需求。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫必須遵循一定的規(guī)則。在關系數(shù)據(jù)庫中，這種規(guī)則就是范式。數(shù)據(jù)庫范式規(guī)范化的目的是使結(jié)構(gòu)更合理，消除存儲異常，使數(shù)據(jù)冗余盡量小，便于插入、刪除和更新。這些內(nèi)容是非計算機專業(yè)的學生應該掌握的基本知識