第1-2章 数据库理论

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1、第4章 数据库设计基础及Access数据 库基础部分备注：包含公共基础知识部分（第四章 数 据库设计基础）和Access数据库（基础部分）返回到目录页41数据库系统的基本概念数据：实际上就是描述事物的符号记录。 数据的特点：有一定的结构，有型与值之分 ，如整型、实型、字符型等。而数据的值给出了 符合定型的值，如整型值15。 数据库：是数据的集合，具有统一的结构形 式并存放于统一的存储介质内，是多种应用数据 的集成，并可被各个应用程序共享。 数据库存放数据是按数据所提供的数据模式 存放的，具有集成与共享的特点。41数据库系统的基本概念数据库管理系统：一种系统软件，负责数据 库中的数据组织、数据操

2、纵、数据维护、控制及 保护和数据服务等，是数据库系统的核心。41数据库系统的基本概念数据库管理系统功能： （1）数据模式定义：即为数据库构建其数据框架； （2）数据存取的物理构建：为数据模式的物理存取与构建提 供有效的存取方法与手段； （3）数据操纵：为用户使用数据库的数据提供方便，如查询 、插入、修改、删除等以及简单的算术运算及统计； （4）数据的完整性、安生性定义与检查； （5）数据库的并发控制与故障恢复； （6）数据的服务：如拷贝、转存、重组、性能监测、分析等 。 41数据库系统的基本概念为完成以上六个功能，数据库管理系统提供 以下的数据语言： （1）数据定义语言：负责数据的模式定义 与

3、数据的物理存取构建； （2）数据操纵语言：负责数据的操纵，如 查询与增、删、改等； （3）数据控制语言：负责数据完整性、安 全性的定义与检查以及并发控制、故障恢复等。 41数据库系统的基本概念数据语言按其使用方式具有两种结构形式： 交互式命令(又称自含型或自主型语言)和宿主型 语言（一般可嵌入某些宿主语言中）。41数据库系统的基本概念数据库管理员：对数据库进行规划、设计、 维护、监视等的专业管理人员。 数据库系统：由数据库（数据）、数据库管 理系统（软件）、数据库管理员（人员）、硬件 平台（硬件）、软件平台（软件）五个部分构成 的运行实体。41数据库系统的基本概念数据库应用系统：由数据库系统、

4、应用软件 及应用界面三者组成。41数据库系统的基本概念数据库系统的发展经历了：人工管理阶段、 文件系统阶段和数据库系统阶段。 文件系统阶段：提供了简单的数据共享与数 据管理能力，但是它无法提供完整的、统一的、 管理和数据共享的能力。 层次数据库与网状数据库系统阶段：为统一 管理与共享数据提供了有力支撑。 关系数据库系统阶段：结构简单、使用方便 、逻辑性强物理性小。41数据库系统的基本概念数据库系统的基本特点：数据的集成性、数据的高共享性与低 冗余性、数据独立性（物理独立性与逻辑独立性）、数据统一管理与 控制。 数据的独立性是数据与程序间的互不依赖性，即数据库中数据 独立于应用程序而不依赖于应用

5、程序。也就是说，数据的逻辑结构、 存储结构与存取方式的改变不会影响应用程序。 数据独立性包括逻辑独立性和物理独立性两个方面。 数据的物理独立性是指数据的存储结构或存取方法的修改不会 引起应用程序的修改。 数据库总体逻辑结构的改变，如修改数据模式、增加新的数据 类型、改变数据间联系等，不需要修改应用程序，这就是数据的逻辑 独立性。数据库系统的三级模式结构及两级映 像 数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由模 式、外模式和内模式三级构成的。 （1）模式 模式也称逻辑模式或概念模式，是数据 库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的 公共数据视图。 模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。

6、一个 数据库只有一个模式。定义模式时不仅要定义数据的逻 辑结构，而且要定义数据之间的联系，定义与数据有关 的安全性、完整性要求。 数据库系统的三级模式结构及两级映 像（2）外模式 也称用户模式，它是数据库用 户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征 的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应 用有关的数据的逻辑表示。外模式通常是模式的 子集。一个数据库可以有多个外模式。应用程序 都是和外模式打交道的。外模式是保证数据库安 全性的一个有力措施。每个用户只能看见和访问 所对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据 对他们是不可见的。数据库系统的三级模式结构及两级映 像（3）内模式 也称存储模式，一

7、个数据库只 有一个内模式。它是数据物理结构和存储方式的 描述，是数据在数据库内部的表示方式。例如， 记录的存储方式是顺序结构存储还是B树结构存 储；索引按什么方式组织；数据是否压缩，是否 加密；数据的存储记录结构有何规定等。数据库系统的三级模式结构及两级映 像2. 数据库的二级映像功能与数据独立性 为了能够在内部实现数据库的三个抽象层次的联系 和转换，数据库管理系统在这三级模式之间提供了两层 映像。 （1）外模式模式映像 对应于同一个模式可以有 任意多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有 一个外模式模式映像，它定义了该外模式与模式之间 的对应关系。当模式改变时，由数据库管理员对各个外 模

8、式模式映像作相应的改变，可以使外模式保持不变 。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序 可以不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性。数据库系统的三级模式结构及两级映 像（2）模式内模式映像 数据库中只有一个 模式，也只有一个内模式，所以模式内模式映 像是惟一的，它定义了数据库的全局逻辑结构与 存储结构之间的对应关系。当数据库的存储结构 改变时，由数据库管理员对模式/内模式映像做 相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序 也不必修改。保证了数据与程序的物理独立性。数据库系统的三级模式结构及两级映 像在数据库的三级模式结构中，数据库模式即 全局逻辑结构是数据库的中心与关键，它独立于 数据

9、库的其他层次。因此，涉及数据库模式结构 时应首先确定数据库的逻辑结构。数据库系统的三级模式结构及两级映 像（1）外模式模式映像 对应 于同一个模式可以有任意多个 外模式。对于每一个外模式， 数据库系统都有一个外模式 模式映像，它定义了该外模式 与模式之间的对应关系。当模 式改变时，由数据库管理员对 各个外模式模式映像作相应 的改变，可以使外模式保持不 变。应用程序是依据数据的外 模式编写的，从而应用程序可 以不必修改，保证了数据与程 序的逻辑独立性。（2）模式内模式映像 数据库中 只有一个模式，也只有一个内模式 ，所以模式内模式映像是惟一的 ，它定义了数据库的全局逻辑结构 与存储结构之间的对应

10、关系。当数 据库的存储结构改变时，由数据库 管理员对模式/内模式映像做相应改 变，可以使模式保持不变，从而应 用程序也不必修改。保证了数据与 程序的物理独立性。4.2 数据模型关系中的数据约束： （1）实体完整性约束：约束关系的主键中属性值不 能为空值； （2）参照完全性约束：是关系之间的基本约束； （3）用户定义的完整性约束：它反映了具体应用中 数据的语义要求。实体完整性规则：若属性A是基本关系R的主 属性，则属性A不能取空值。 实体完整性规则规定基本关系的所有主属性 都不能取空值，而不仅是主键整体不能取空值。 举例： 学生选修关系“选修（学号,课程号,成绩） ” 中，“学号,课程号”为联合

11、主键，那么学号 ,课 程号都不能取空值，而不是整体不为空。1）实体完整性2）参照完整性 定义外键与主键之间的引用规则。 1）参照完整性规则若属性（或属性组）F是基本关系R的外键 ，它与基本关系S的主键Ks相对应（基本关系R和 S不一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F 上的值必须为：q或者取空值（F的每个属性值均为空值 ）。 q或者等于S中某个元组的主键值。 2）参照关系q称基本关系R为参照关系，基本关系S 为 被参照关系被参照关系或目标关系目标关系。参照完整性规则RSF3）用户定义的完整性q不同的关系数据库系统根据其 应用环境的不同，还需要一些特殊 的约束条件，用户定义的完整性就 是针对

12、某一具体关系数据库的约束 条件。例如，学生的成绩的取值必须 在0100之间。 4.4 数据库设计与管理数据库设计是数据应用的核心。 数据库设计的两种方法： （1）面向数据：以信息需求为主，兼顾处 理需求； （2）面向过程：以处理需求为主，兼顾信 息需求。数据库的生命周期 需求分析阶段、概 念设计阶段、逻辑设计阶 段、物理设计阶段、编码 阶段、测试阶段、运行阶 段、进一步修改阶段。在 数据库设计中采用上面几 个阶段中的前四个阶段， 并且重点以数据结构与模 型的设计为主线。数据库的生命周期 1.需求分析阶段： 准确了解与分析用户需求（包括数据与处理），是整个设计过程的基础， 是最困难、最耗费时间的

13、一步。 2.概念设计阶段： 是整个数据库设计的关键，通过对用户的需求进行综合、归纳与抽象，形 成一个独立于具体DBMS的概念模型，从实际到理论。 3.逻辑结构设计阶段： 将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型，对其进行优化。 4.数据库物理设计阶段： 为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存 取方法）。 5.数据库实施阶段： 运用DBMS提供的数据语言、工具及宿主语言，根据逻辑设计和物理设计 的结果，建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。 6.数据库运行和维护阶段： 数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程 中必须不断

14、地对其进行评价、调整与修改。数据库的物理设计主要目标数据库的物理设计主要目标是对数据内部物 理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数 据库访问速度有效利用存储空间。一般RDBMS 中留给用户参与物理设计的内容大致有索引设计 、集成簇设计和分区设计。数据库管理的内容（1）数据库的建立； （2）数据库的调整； （3）数据库的重组； （4）数据库安全性与完整性控制； （5）数据库的故障恢复； （6）数据库监控。第一部分：Access数据库基础知识本章主要学习数据库的基本概念和基本理论 ，并对Access进行简单介绍。1.1数据库基础知识1.1.1 计算机数据管理的发展 一数据与数据处理 数据：是指

15、存储在某种媒体上能够识别的物 理符号。 数据处理：是指将数据转换成信息的过程。 从数据处理的角度而言，信息是一种被加工 成特定形式的数据，这种数据形式对于数据接受 者来说是有意义的。1.1 数据处理数据处理技术的发展阶段人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段分布式数据库系统面向对象数据库系统 人工管理阶段 背景:50年代中期以前计算机主要用于科学计算外存储器:磁带、纸带、卡片没有操作系统和管理数据的软件特点:1.用户负责管理数据的组织2.数据面向特定的应用程序,数据不能共享3.数据与程序没有独立性应用程序1应用程序2应用程序n数据集1数据集2数据集n文件系统管理阶段 背景：50年代后期-60年

16、代中期计算机已经大量用于数据管理外存有了磁盘、磁鼓等直接存取设备有了管理数据的软件-文件系统（其包括在操作系统中）特点：1.由文件系统提供对数据的存取方法2.数据以文件的形式长期保存在外存 储器上3.一个数据文件对应一个或几个应用 程序,还是面向应用的4.数据与程序有一定的独立性5.数据的共享性差应用程序1应用程序2应用程序n数据文件1数据文件2数据文件n文件系统文件系统阶段的应用程序与数据之间的对应关系学 籍 科教 材 科成绩 单书费 单系名、班级、学号、姓名、 课程号、课程名、任课教师 、成绩系名、班级、学号、姓 名、课程号、课程名、 任课教师、书名、书费数据库系统阶段 背景： 60年代后期至今 计算机管理的数据量大，关系复杂，共享要求强 ; 外存有了大容量的磁盘、光盘; 软件价格上升，硬件价格下降; 有了专门管理数据的软件系统-数据库管理系 统 特点： 1.面向全组织的复杂的数据结构，数据库 管理系统全面管理数据，实现了数据共享。 数据库数据库管理系统应用程序1应用程序2应用程序n2.面向全系统的现实应