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1、数据库原理,2018/10/26,数据库系统,1,湖大公考,主讲教师：李老师 Tel:18975802795 QQ：452066462；18975802795,2018/10/26,数据库系统,2,一、基本概念 1、数据：描述事务的符号记录。可用文字、图形等多种形式表示，经数字化处理后可存入计算机。 2、数据库（DB）：按一定的数据模型组织、描述和存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。 3、数据库管理系统（DBMS）：位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件。主要功能包括：数据定义功能：DBMS提供DDL，用户通过它定义数据对象。数据操纵功能：DBMS提供DML，用户通过它实现对数据库
2、的查询、插入、删除和修改等操作。,数据库系统概述,2018/10/26,数据库系统,3,数据库的运行管理：DBMS对数据库的建立、运行和维护进行统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性、并发控制及故障恢复。数据库的建立和维护功能：数据库初始数据的输入、转换，数据库的转储、恢复、重新组织及性能监视与分析等。 4、数据库系统（DBS）：计算机中引入数据库后的系统，包括数据库DB数据库管理系统DBMS应用系统数据库管理员DBA和用户,2018/10/26,数据库系统,4,二、数据管理与数据处理1、数据管理：对数据收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等,对象,操作,目标：在妥当的时候以妥当的
3、形式给妥当的人提供妥当的数据。,2、数据处理：对数据进行加工、计算、提炼，从而产生新的有效数据的过程,数据,信息,2018/10/26,数据库系统,5,3、管理与处理的关系：管理是处理的基础处理为管理服务,数据处理,数据处理,源数据,新数据,新数据,管理和处理又可看成一个问题的两个阶段，故可以统一起来，其中心是管理,数据管理,数据管理,2018/10/26,数据库系统,6,三、数据管理的发展阶段 人工管理阶段（50年代中期以前） 文件系统阶段（50年代中期至60年代后期） 数据库系统阶段（60年代后期以后）,2018/10/26,数据库系统,7,4、各个阶段的比较：从四个方面,人工管理 文件系
4、统 数据库系统,谁管理数据,面向谁,共享性,数据独立性,程序员,特定应用,不能,没有,操作系统提供存取方法,系统集中管理,基本上是特定用户,共享很弱,面向系统,充分共享,一定的物理独立性,较高的独立性,文件系统和数据库系统的本质区别： 内部：数据库的数据是结构化的，有联系的文件系统的各记录无联系,外部：数据库系统是共享的文件系统基本上是面向特定用户的,2018/10/26,数据库系统,8,数据模型,数据处理的抽象过程（涉及三个领域）, 建立概念模型 建立数据模型（便于用户和DB设计人员交流） （便于机器实现）一、概念模型(信息模型）把现实世界中的客观对象抽象成的某种信息结构，主要用于数据库设计
5、。 独立于具体的计算机系统独立于具体的DBMS支持的数据模型,现实世界 = 信息世界,抽象,= 机器世界（数据世界）,转换,2018/10/26,数据库系统,9,实体：客观存在并可相互区分的事物。 实体集：性质相同的同类实体的集合。 属性： 实体具有的某一特性。 实体标识符：能将一个实体与其它实体区分开来的一个或一组属性。,信 息 世 界,记录 实体 （抽象表示） 文件 实体集 字段或数据项 属性 关键字 实体标识符。唯一地标识一个记录。又称码、键。,数 据 世 界,1、实体与记录,2018/10/26,数据库系统,10,2、型与值在DBS中，每一个对象广义上讲都有型与值之分：型是对象的结构或
6、特性描述，值是一个具体的对象实例。,类似于程序设计语言中数据类型与数据值的概念。,（1）实体型：对实体固有特性或结构的描述。用实体名及其属性名集合来抽象和刻画。如 汽车（车牌号，车型，车主）,实体值：实体型的一个实例，即一个具体的实体。如 （豫A00001，丰田，张三）,（2） 记录型：记录格式。记录值：一个具体的记录。,2018/10/26,数据库系统,11,如：,（3）几点说明 区分型与值的实质 DBS中讨论的重点是型 通常只说实体、记录，含义根据上下文自明,3、实体间的联系 实体内部的联系（属性间的联系）：反映在数据上就是记录内部数据项间的联系, 实体之间的联系：反映在数据上就是记录之间
7、的联系,E-R方法,E-R方法即“实体-联系方法”。它的基本思想是在数据库设计过程中增加一个中间步骤，先设计一个概念性数据模型，这个概念性数据模型在E-R方法中被称作“企业模式”（或“组织模式”）。它是现实世界的纯粹反映，与数据库的具体实现无关，它抛开了实现过程的具体细节，与现实世界和用户思维很相似，能比较准确，比较自然地反映现实世界，能为不熟悉计算机的用户所接受，便于设计人员和用户的沟通。,E-R图及其基本成份 描述企业模式的得力工具是E-R图。在E-R图中有三种基本成份： 实体 (Entity)：表征客观事物; 属性 (Attributes) ：表征客观事物及联系的特征（属性）; 联系 (
8、Relations) ：表征客观事物之间的联系。,E-R图表示方法 E-R图是数据库概念设计最基本和最重要的图，它主要描述研究对象中的实体、实体的属性和实体之间的关系等，其表示方法如下： 矩形框表示实体； 椭圆形表示属性； 用菱形框表示实体间的联系； 属性和实体间、实体和联系间用无向的线段连接。,在E-R图中概念及术语 （1）实体与实体类型 实体：可以相互区别客观事物和概念的统一抽象。是任何一种我们所关心的“事物”，可以指人，也可以指物，可以是实际的东西，也可以是抽象的、概念性的东西。 例 学生、回扣、医疗等。实体分为两级，一级为“个体”，如“张三”、“国防科技大学”等；另一级为“总体”，泛指
9、某一类个体组成的集合，如人泛指“张三”、 “李四”等。实体类型：将具有共性的一类实体抽象为实体类型。在E-R图中，实体这种基本成份用方框来表示。,（2）实体与联系的属性和域 属性：对实体特征的描述；域：属性的取值范围。 同一实体类型所有实体都具有相同的属性及相同的对应域，但属性在域上的取值不一定相同。 属性用来进一步描述实体与联系在某些方面的特征与性质。比如“职员”这种实体，可以有工作证号，姓名，性别，出生年月，政治面貌，职称等属性。“零件”这种实体可以有零件号，零件名，单价，型号，生产厂家等属性。,（3）实体之间的联系：实体之间关系的抽象 一种实体与其他实体之间，在其自身内部是存在着这样的或
10、那样的联系的。数据库比传统的文件的优越之一就是能够表示实体之间的联系。在E-R图中，“联系”用菱形框来表示。对每一种“联系”都要命名。,实体之间的联系，可以分为以下几种不同的情况： 1）1:1(一对一联系) A中任意实体至多对应B中的一个实体，反之B中的任意实体至多对应A中的一个实体。 观众与座位、乘客与车票、病人与病床、学校与校长、灯泡与灯座。,2）1:n(一对多联系) A中至少有一个实体对应B中的多个实体，反之B中的任意实体至多对应A中的一个实体。 “部门”（A）是一种实体，“职员”(B)也是一种实体。这两种实体之间存在着一种联系，设这种联系命名为“属于”，即表示某个职员是属于某个部门的。
11、“属于”这个联系是1：N的，具体地说就是：一个部门可以有多个职员，而一个职员只能属于一个部门。在E-R图中，这两种实体间的联系可以表示成如下图。,3）M：N的联系，即多对多的联系 A中任意实体至少有一个实体对应B中的多个实体，反之B中的任意实体至少有一个实体对应A中的多个实体。 “学生”（A）是一种实体，“课程”(B)也是一种实体。这两种实体之间存在一种联系，设这种联系命名为“选课”，表示的是哪一个学生修了哪些门课程。这个联系是M：N的，也就是说，一个学生可以修多门课程，一门课程可以有多个学生来修，但一个学生不一定修所有的课程，一门课程也不一定被全部学生所选修。在E-R图中，两种实体间的联系可
12、以表示如下图,E-R图的几种基本形式： 两个实体之间的联系,系主任,成绩,领导,系,学生,属于,系,学生,选修,课程,1,1,1,n,n,m,两个以上实体间的联系,数量,供应商,供应,零件,n,m,项目,n,领导,职工,1,n,同一实体集内部各实体之间的联系,一般原则 即属性必须是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成。 属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间。 符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。 现实世界中事物能做属性对待的，尽量作属性对待。,如何区分实体和属性,例2：职称通常作为教师实体的属性，但在涉及住房分配时，由于分房与职称有关，也就是说职称与住房实体之间有联系，根据准
13、则，这时把职称作为实体来处理会更合适些。,例1：“学生”由学号、姓名等属性进一步描述，根据准则，“学生”只能作为实体，不能作为属性。,例 学生选课管理E-R图,学生选课管理E-R图,局部 ER 模型设计过程,步骤：,1、确定各局部ER 模型描述的范围 通常采用的方法是将总的功能划分为几个子系统，每个子系统又划分几个子系统。,2、逐一设计分E-R图 设计分E-R图主要完成以下工作：确定实体（集）、确定实体（集）的属性、确定实体间的联系。,全局概念结构设计,任务：将所有的分E-R图综合成一个系统的总E-R图。 方式: 一次集成多个分E-R图 逐步集成式,各分图存在冲突 冲突：各分E-R图之间存在的
14、不一致的地方。 属性冲突（属性域冲突、属性取值单位冲突） 命名冲突（同名异义、异名同义） 结构冲突 同一对象在不同应用中具有不同的抽象 同一实体在不同局部视图中所包含的属性个数和排列次序不完全相同 实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型 合并分E-R图的主要工作与关键所在：合理消除各分E-R图的冲突,一、合并分E-R图，生成初步E-R图,解决方法：通常是把属性变换为实体或把实体变换为属性，使同一对象具有相同的抽象。变换时要遵循两个准则。,解决方法：使该实体的属性取各分E-R图中属性的并集，再适当设计属性的次序。,解决方法：根据应用语义对实体联系的类型进行综合或调整。,消除结构冲突实例：,
15、1、异名同义,2、同一对象在不同应用中具有不同的抽象,例：职称在不同的应用中可以作为职工的属性，也可以作为一个实体。通常当对职称没有进一步的描述时，根据准则1作为职工实体的属性；但在涉及住房分配时，由于分房与职称有关，也就是说职称与住房实体之间有联系，根据准则，这时把职称作为实体来处理会更合适些。,3、同一实体在不同局部视图中所包含的属性个数和排列次序不完全相同,修改与重构,基本任务 消除不必要的冗余，设计生成基本E-R图,1冗余 消除不必要的冗余后的初步E-R图称为基本E-R图。 分析法消除冗余实例：,（1）例，教师工资单中包括该教师的基本工资、各种补贴、应扣除的房租水电费以及实发工资。由于
16、实发工资可以由前面各项推算出来，因此可以去掉，在需要查询实发工资时根据基本工资、各种补贴、应扣除的房租水电费数据临时生成。,(2) 教室实体与班级实体的上课联系可以由教室与课程之间的开设联系、课程与学生之间的选修联系、学生与班级之间的组成联系三者推导出来，因此属于冗余联系，可以消去。,(3) 学生实体中的年龄属性可以由出生日期推算出来，属于冗余数据，应该去掉。这样不仅可以节省存储空间，而且当某个学生的出生日期有误，进行修改后，无须相应修改年龄，减少了产生数据不一致的机会。学生：学号，姓名，出生日期，年龄，所在系，年级，平均成绩,下面举例说明局部E-R模型设计。 在简单的教务管理系统中，有如下语义约定： 一个学生可选修多门课程，一门课程可为多个学生选修，因此学生和课程是多对多的联系。 一个教师可讲授多门课程，一门课程可为多个教师讲授，因此教师和课程也是多对多的联系。 一个系可有多个教师，一个教师只能属于一个系，因此系和教师是一对多的联系，同样系和学生也是一对多的联系。,
