数据库设计基础课件

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1、1数据库设计基础2内容 n数据库的基本概念：数据库，数据库管理 系统，数据库系统。n数据模型，实体联系模型及E-R图，从E-R 图导出关系数据模型。n关系代数运算，包括集合运算及选择、投 影、连接运算，数据库规范化理论。n数据库设计方法和步骤：需求分析、概念 设计、逻辑设计和物理设计的相关策略。3基本概念1. 数据(Data)n实际上就是描述事物的符号记录n软件中的数据一定是有结构的 2. 数据库(DB)n长期存储在计算机内的，有组织的，可共享 的数据集合。n数据库中的数据按一定的数学模型组织、描 述和存储，具有较小的冗余度，较高的数据 独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。43. 数据库管理

2、系统(DBMS)n数据库系统的核心软件n要在操作系统支持下工作n解决如何科学地组织和存储数据，如何高效的 获取和维护数据的系统软件n主要功能包括n数据模式定义n数据存取的物理构建n数据操纵n数据的完整性、安全性定义与检查n数据库的并发控制与故障恢复n数据的服务5n为完成上述功能，DBMS一般提供相应的数据 语言：n数据定义语言（DDL）n数据操纵语言（DML）n数据控制语言（DCL）n数据语言按其使用方式具有两种结构形式n交互式命令语言n宿主型语言 4. 数据库管理员n主要工作包括：n数据库设计n数据库维护n改善系统性能，提高系统效率65. 数据库系统（DBS）n由数据库（数据）、数据库管理系

3、统（软件）、数 据库管理员（人员）、系统平台之硬件平台（硬件 ）和软件平台（软件）构成。 6. 数据库应用系统（DBAS）n利用数据库系统进行应用开发 (数据库系统+应用软件+应用界面） 7. 数据库管理技术的发展n人工管理阶段n文件系统阶段n数据库系统接78. 数据库系统的基本特点n数据的集成性n采用统一的数据结构方式n按照多个应用的需要组主全局的统一的数据结构n数据模式是多个应用共同的、全局的数据结构n数据的高共享性与低冗余性n数据独立性n物理独立性和逻辑独立性 物理独立性：数据的物理结构改变不影响数据库的逻辑结构，从而不 会引起应用程序的变化 逻辑独立性：数据库总体逻辑结构改变不需要相应

4、修改应用程序n数据统一管理与控制n数据的完整性检查n数据的安全性检查n并发控制8 9. 数据库系统的内部结构体系n数据库系统的三级模式 （1）概念模式：处于中层，反映设计者的数据全 局逻辑要求 （2）外模式：处于最外层，反映了用户对数据的 要求 （3）内模式：处于最底层，反映了数据在计算机 物理结构中的实际存储形式n数据库系统的二级映射（由DBMS实现）概念级到内模式的映射外模式到概念模式的映射n二级映射保证了数据库系统中数据的独立性9 数据模型1 数据模型的基本概念n数据模型是数据特性的抽象n数据模型描述的内容n数据结构n数据操作n数据约束n数据模型按不同的应用层次分成三种类型n概念数据模型

5、（概念模型）-E-R模型n逻辑数据模型（数据模型）-层次模型、网状模型、关 系模型、面向对象模型n物理数据模型（物理模型）10n2 E-R模型（实体联系模型）n基本概念 （1）实体 （2）属性 （3）联系n一对一（1：1）n一对多（1：M或M：1）n多对多（M：N）n三个基本概念之间的联接关系n实体集与属性间的联接关系n实体与联系11nE-R模型的图示法n实体集表示法（矩形）n联系表示法（菱形）n属性表示法（椭圆形）n实体集与属性间的联接关系（直线）n实体集与联系间的联接关系（直线）E-R图的一个实例:学生课程联系的概念模型12 3 层次模型n一种树形结构n数据结构比较简单，操作简单n对于实体

6、间联系是固定的、且预先定义好的应用系 统，有较高的性能n可以提供良好的完整性支持n不适合表示非层次性的联系，对于插入和删除操作 的限制比较多13n网状模型n一个不加任何条件限制的无向图n优于层次模型n使用时设计系统内部的物理因素较多，用户 操作不方便，其数据模式与系统实现不甚理 想14 关系模型采用二维表来表示，简称表。 一个关系就是一张二维表。 表中的每行数据称为元组。 表中的每列称为属性，每个属性有一个取 值范围称为值域。表的框架称为关系模式。15二维表的性质n元素个数有限性n元组的惟一性n元组的次序无关性（元组次序可以任意交换）n元组分量的原子性（属性是不可分割的基本数据项 ）n属性名惟

7、一性n属性的次序无关性（属性与顺序无关，可任意交换 ）n分量值域的同一性（属性的分量具有与该属性相同 的值域）16 主键、外键n在二维表中能唯一标识元组的最小属性集称为该表的键或 码。n任意一个表都有键。n从二维表的所有候选键中选取一个作为用户使用的键称为 主键。（唯一标识每个元组）n为了唯一区分表的每一行记录，可为表确定一个主键。主 键可以是一个或多个列组成。n如果公共关键字在一个关系中是主关键字，那么这个公共 关键字被称为另一个关系的外键。由此可见，外键表示了 两个关系之间的联系。 17关系中的数据约束n关系模型中允许定义三种数据约束： （1）实体完整性约束要求关系中主键值不能为空值 （2

8、）参照完整性约束该约束是关系之间关联的基本约束，不允许关系引用不存在 的元组。 （3）用户定义的完整性约束由用户具体设置的约束18关系操纵n关系模型的数据操纵一般有以下操作：n查询n增加n删除n修改19 3 关系代数1. 关系模型的基本操作n插入（R1R2）n删除（R1-R2）n修改n查询n投影运算（选择属性列构成一个新关系）n选择运算（选择满足条件的元组构成一个新关系）n笛卡儿积运算（连接运算）（T=RS）20关系代数中的扩充运算n交运算（RS)n除运算（RS）n连接n自然连接21 数据库设计与管理1 数据库设计概述n设计一个能满足用户要求，性能良好的数据库n基本任务：根据用户对象的信息需求

9、、处理需求和 数据库的支持环境设计出数据模式n两种方法：n以信息需求为主，兼顾处理需求（面向数据的方法）n以处理需求为主，兼顾信息需求（面向过程的方法）n面向数据的设计方法已成为主流方法22n数据库设计目前一般采用生命周期法，将整个数据库应用系 统的开发分若干阶段：n需求分析阶段n概念设计阶段n逻辑设计阶段n物理设计阶段n编码阶段n测试阶段n运行阶段n进一步修改阶段n在数据库设计中采用前四个阶段，并且重点以数据结构与模 型的设计为主线23 2 数据库设计的需求分析n任务：通过详细调查现实世界要处理的对象，充分 了解原系统的工作概况，明确用户的各种需求，然 后在此基础上确定新系统的功能n调查的重

10、点是“数据”和“处理”n常采用结构化分析方法和面向对象的方法n对数据库设计来讲，数据字典是进行详细的数据收 集和数据分析所获得的主要结果n数据字典是在需求分析阶段建立，在数据库设计过 程中不断修改、充实、完善的24 3 数据库概念设计n概述n目的：分析数据间内在语义关联，在此基础上建 立一个数据的抽象模型n设计方法：集中式模式设计法和视图集成设计法n设计的过程 使用E-R模型与视图集成法进行设计时按以下步骤：n选择局部应用n视图设计：3种设计次序（自顶向下、由底向上 、由内向外）n视图集成25 4 数据库的逻辑设计n从E-R图向关系模式的转换n逻辑模式规范化及调整、实现n关系视图设计5 数据库

11、的物理设计n对数据库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及有效利用存储空间n留给用户参与物理设计的余地不多26 6 数据库管理数据库是一种共享资源，它需要维护和管理，称为数 据库管理。 n数据库的建立（数据模式建立和数据加载）n数据库的调整n数据库的重组（对数据库进行重新整理，调整存贮空间）n数据库安全性控制与完整性控制n数据库的故障恢复n数据库监控27例题讲解28n数据库管理系统DBMS中用来定义模式、内模式和外模式的 语言为 A) C B) Basic C) DDL D) DMLn下列有关数据库的描述，正确的是A) 数据库是一个DBF文件B) 数据库是一个关系C)

12、 数据库是一个结构化的数据集合 D) 数据库是一组文件n下列有关数据库的描述，正确的是A) 数据处理是将信息转化为数据的过程B) 数据的物理独立性是指当数据的逻辑结构改变时，数据 的存储结构不变C) 关系中的每一列称为元组，一个元组就是一个字段D) 如果一个关系中的属性或属性组并非该关系的关键字， 但它是另一个关系的关键字，则称其为本关系的外关键字29n应用数据库的主要目的是A) 解决数据保密问题B) 解决数据完整性问题C) 解决数据共享问题D) 解决数据量大的问题n在数据库设计中，将E-R图转换成关系数据模型的过程属 于A) 需求分析阶段B) 逻辑设计 阶段C) 概念设计阶段D) 物理设计

13、阶段n在数据管理技术的发展过程中，经历了人工管理阶段、文 件系统阶段和数据库系统阶段。其中数据独立性最高的阶 段是) 数据库系统 ) 文件系统) 人工管理) 数据项管理30n索引属于A) 模式 B) 内模式 C) 外模式 D) 概念模式n下述关于数据库系统的叙述中正确的是) 数据库系统减少了数据冗余) 数据库系统避免了一切冗余) 数据库系统中数据的一致性是指数据类型一致) 数据库系统比文件系统能管理更多的数据n 数据库系统的核心是A) 数据库 B) 数据库管理系统C) 模拟模型 D) 软件工程31n下列SQL语句中，用于修改表结构的是A) ALTER B) CREATE C) UPDATE D

14、) INSERTn数据库、数据库系统和数据库管理系统之间的关系是A) 数据库包括数据库系统和数据库管理系统B) 数据库系统包括数据库和数据库管理系统C) 数据库管理系统包括数据库和数据库系统D) 3者没有明显的包含关系n关系模型允许定义3类数据约束，下列不属于数据约束 的是A) 实体完整性约束B) 参照完整性约束C) 域完整性约束D) 用户自定义的完整性 约束32n关系表中的每一横行称为一个) 元组) 字段 ) 属性 ) 码33n n数据库的故障恢复一般是由A) 数据流图完成的B) 数据字典完成的C) DBA完成的 D) PAD图完成的n下列说法中，不属于数据模型所描述的内 容的是A) 数据结

15、构B) 数据操作C) 数据查询D) 数据约束 34n 在数据管理技术发展过程中，文件系统与数据库 系统的主要区别是数据库系统具有A) 特定的数据模型B) 数据无冗余C) 数据可共享 D) 专门的数据管理 软件n数据库设计包括两个方面的设计内容，它们是A) 概念设计和逻辑设计 B) 模式设计和内模式设 计C) 内模式设计和物理设计 D) 结构特性设计和行为 特性设计35n一个关系中属性个数为1时，称此关系为A) 对应关系B) 单一关系C) 一元关系D) 二元关系n为用户与数据库系统提供接口的语言是A) 高级语言B) 数据描述语言(DDL) C) 数据操纵语言(DML) D) 汇编语言n相对于数据

16、库系统，文件系统的主要缺陷有数据 关联差、数据不一致性和A) 可重用性差B) 安全性差C) 非持久性 D) 冗余性 36n下列关系模型中，能使经运算后得到的新关系中 属性个数多于原来关系中属性个数的是A) 选择 B) 连接 C) 投影 D) 并n下列叙述中，正确的是 A) 用E-R图能够表示实体集间一对一的联系、一对多的 联系和多对多的联系B) 用E-R图只能表示实体集之间一对一的联系C) 用E-R图只能表示实体集之间一对多的联系D) 用E-R图表示的概念数据模型只能转换为关系数据模型n“年龄在18-25之间”这种约束是属于数据库当中的A) 原子性措施B) 一致性措施 C) 完整性措施 D) 安全性措施37n下列叙述中，不属于数据库系统的是A) 数据库B) 数据库管理系统C) 数据库管理员 D) 数据库应用系统n数据库系统的核心是A) 数据库B) 数据库管理系统C) 数据模型 D) 软件工具n 视图设计一般有3种设计次序，下列不属于 视图设计的是A) 自顶向下B) 由