数据库技术

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1、数据库技术第一章数据库系统概述1、数据库技术的三个发展阶段* （蓝）随着计算机硬件和软件的发展，计算机在数据处理方面应用越来越广泛，数据库技术也不 断地发展。2、从数据管理的角度数据库技术经历了三个阶段* （红）。1. 人工管理阶段2. 文件系统阶段3. 数据库系统阶段3、数据库系统阶段* （红）20世纪60年代后期以来，计算机应用越来越广泛，数据量急剧增加，数据的共享要求 越来越高。硬件方面，有了大容量的磁盘；软件方面，出现了能够统一管理和共享数据的数 据库管理系统（DBMS）。所以，此阶段将数据集中存储在一台计算机上（数据库中），进行 统一组织和管理。4、数据库管理系统（DataBase

2、Management System， DBMS）* （红）数据库管理系统是数据库系统的核心，是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件。 它建立在操作系统的基础上，位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它为用户或应 用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的创建、查询、更新及各种数据控制等。5、数据库管理员（Database Administrator, DBA）* （蓝）数据库管理员是高级用户，其职能是管理、监督、维护数据库系统的正常运行，负责全 面管理和控制数据库系统。职责：设计数据库的结构和内容，定义数据库的安全性和完整性， 监督数据库的运行等等。6、数据库管理系统的功能* （蓝）数据库

3、管理系统是数据库系统的核心软件，一般说来，其功能主要包括以下5个方面。（1）数据定义和操纵功能DBMS提供数据定义语言DDL对数据库中的对象进行定义和数据操纵语言DML检索、插 入、修改、删除数据库中的数据。（2）数据库运行控制功能对数据库进行并发控制、安全性检查、完整性约束条件的检查和执行、数据库的内部维护等。7、数据库的三级模式结构* （红）为了保障数据与程序之间的独立性，使用户能以简单的逻辑结构操作数据而无需考虑数据的 物理结构，简化应用程序的编制和程序员的负担，增强系统的可靠性。DBMS将数据库的体系结构分为三级模式：外模式、模式和内模式。8、模式/内模式映像此映像的功能是：保证了数据

4、与程序的物理独立性，简称物理数据独立性* （红） 第二章数据模型1、几个重要概念*（红）（1）实体（Entity）：客观存在并可以相互区分的事物。如一个学生、一个班级等。（2）属性（Attribute）：实体所具有的某些特性。通过属性对实体进行描述，实体是由属性 组成的。（3）码（Key）： 个实体往往有多个属性，它们构成该实体的属性集合。如果其中有一个 属性或属性集能够唯一标识整个属性集合，则称该属性或属性集为该实体的码。（4）实体型（Entity Type）：具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实体名及 其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。例如，学生（学号，姓名，性别，

5、出生 年份，系，入学时间）就是一个实体型。（5）实体集（Entity Set）:同型实体的集合称为实体集。例如，全体学生就是一个实体集。（6）联系（Relationship）：现实世界的事物之间是有联系的，即各实体型之间是有联系的。2、实体-联系模型* （红）概念模型的表示方法很多，其中最为著名和使用最为广泛的是P.P.Chen于1976年提出 的 E-R（Entity-Relationship）模型。E-R模型又叫实体-联系模型，是对现实世界的一种抽象，它的主要成分是实体、联系和属 性。E-R模型的图形表示称为E-R图。3、关系数据模型* （红）用二维表格结构表示实体以及实体之间的联系的数据

6、模型称为关系模型。关系模型是数据模型中最重要的模型。它以关系数学为理论基础，在关系模型中，操作的对 象和操作结果都是二维表。4、重要概念* （红）：（1） 关系 一个关系就是一张二维表，每个关系都有一个关系名，在计算机里，一个关系 可以存储为一个文件。（2）元组 二维表中的行称为元组，每一行是一个元组。元组对应存储文件中的一个记录。（3）属性二维表的列称为属性，每一列有一个属性名，属性值是属性的具体值。属性对 应存储文件中的一个字段，属性的具体取值就形成表中的一个个元组。（4） 域域是属性的取值范围。5、关系模式* （红）对关系的信息结构及语义限制的描述称为关系模式，用关系名和包含的属性名的集

7、合表示。 例如，职工信息表的关系模式是：职工（职工号，姓名，性别，年龄，工资）。第三章关系数据库1、关系模式* （红）关系数据库中，关系模式是型，关系是值；关系模式是对关系的描述。因此关系模式必须指出这个元组集合的结构，即它由哪些属性构成，这些属性来自哪些域， 以及属性与域之间的映象关系。2、关系模式通常可以简记为* （红）：R （U） 或 R （A1，A2,，An） 其中：R是关系名，A1，A2,，An为属性名。3、关系模型允许定义三类完整性约束* （红）：实体完整性、参照完整性和用户自定义的 完整性约束。4、实体完整性规则* （红）实体完整性规则要求关系中元组在组成主码的属性上不能有空值。

8、 例如学生表中的学号属性不能为空。选修关系的主码为学号和课程号都不允许为空。5、参照完整性规则* （红）设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码，如果F与基本关系S的 主码Ks相对应，则称F是基本关系R的外码（Foreign key），并称基本关系R为参照关系， 基本关系S为被参照关系或目标关系。女口，班级关系（班级，班主任）中班级为主码。学生关系（学号，姓名，性别，班级）中班级为外码。 参照完整性是用来定义外码与主码之间引用规则的。6、参照完整性规则* （双红）：若属性（或属性组）F是基本关系R的外码，它与基本关系S的主码Ks相对应（基本关系 R和S可能是相同的关系），则对于R中每

9、个元组在F上的值必须为：或者取空值（F的每 个属性值均为空值）；或者等于S中某个元组的主码值。【例】学生实体和专业实体可以用下面的关系表示，其中主码用下划线标识。学生（学号，姓名，性别，年龄，系别号）系别（系别号，系名）“系别号”属性是学生关系的外码，是系别关系的主码。系别关系是被参照关系，学生关系 为参照关系。所以，学生关系中的每个元组的“系别号”属性只能取下面两类值：空值或系别关系中已经 存在的值。7、专门的关系运算* （红）专门的关系运算包括选择、投影、连接、除等。（具体内容看课本）第四章关系规范化基础1、几种特定的函数依赖* （红）（1）非平凡函数依赖和平凡函数依赖设关系模式R（U）,

10、 X、YC U；如果X-Y,且Y C X，则称X-Y为平凡的函数依赖。如果X-Y，且Y不是X的子集，则称X-Y为非平凡的函数依赖。例：在学生课程关系（学生号，课程号，成绩）中，若存在函数依赖：（1）（学生号，课程号）一成绩；（2）（学生号，课程号）一课程号；（1）为非平凡函数依赖（2）为平凡函数依赖（2）完全函数依赖和部分函数依赖定义： 设关系模式R（U）， X， YC U；如果X-Y,并且对于X的任何一个真子集乙 Z-Y都不成立，则称Y完全函数依赖 于X。若X-Y,但对于X的某一个真子集乙 有Z-Y成立，则称Y部分函数依赖于X。例:在关系 SC（Sno, Cno, Grade）中，（Sno,

11、 Cno）是主码，由于：Sno Grade不成立，Cno 一 Grade也不成立，因此：Grade完全函数依赖于（Sno, Cno）。又例:在关系 SC（Sno, Cno, Sname， Grade）中，（Sno, Cno）是主码，由于：Sno 一Sname成立，因此：Sname部分函数依赖于（Sno, Cno）。（3）传递函数依赖设关系模式R（U）， X C U， Y C U， Z C U。如果XY， YZ成立，则称X Z为传递函数依赖。例如：关系模式R=A, B, C, D，其上的函数依赖集F=AB, BC, AC, ABD，则 AC为传递函数依赖。2、关系模式学生信息表中存在如下问题*

12、（红）： 数据冗余（浪费大量的存储空间）。例：每一个系主任的姓名重复出现很多次 更新异常（数据冗余，更新数据时，维护数据完整性代价大）例：某系更换系主任后，系统必须修改与该系学生有关的每一个元组 插入异常（该插的数据插不进去）例：如果一个系刚成立，尚无学生，我们就无法把这个系及其系主任的信息存入数据库。 删除异常（不该删除的数据不得不删）例：如果某个系的学生全部毕业了，我们在删除该系学生信息的同时，把这个系及其系主 任的信息也删掉了。以上问题产生的原因：由存在于模式中的某些不合适的数据依赖引起的。解决方法：* （红）通过分解关系模式来消除其中不合适的数据依赖。3、一个低一级范式的关系模式，通过

13、模式分解可以转换为若干个高一级范式的关系模式的 集合，这个过程称为规范化。* （红）4、常用的三种范式* （双红）（1）第一范式（1NF）定义：设R是一个关系模式。如果R的每个属性的值域都是不可分的简单数据项（原子） 的集合，则称这个关系模式属于第一范式，简记作RU1NF。简单表述：如果关系模式R的每一个属性都是不可分解的，则R U1NF。1NF是规范化最低的范式，在任何一个关系数据库系统中，关系至少应该是第一范式。 不满足第一范式的数据库模式不能称为关系数据库。（2）第二范式* （双红）定义：如果关系模式R是第一范式，且每个非主属性都完全函数依赖于码，则称R为满足 第二范式的模式，记为：RU

14、2NF。在一个关系中，包含在任何候选码中的各个属性都称为主属性；不包含在任何候选码 中的属性称为非主属性。（1）主关键字只有一个属性的关系一定是第二范式。例如：关系R （学号，姓名，出生日期，成绩）主属性为学号；非主属性为姓名、出生日期、成绩。存在下列函数依赖关系：学号一姓名，学号一性别，学号一出生日期，学号一成绩由于每个非主属性都完全函数依赖于码，所以该关系RU2NF。（2）主关键字是属性的组合，这样的关系模式可能不是第二范式。例如：关系S （学号，姓名，性别，课程，学分）其中学号和课程为主属性；姓名、性别、学分为非主属性，存在下列函数依赖关系：学号一姓名，学号一性别，（课程、学号）一学分（

15、3）第三范式* （双红）定义：如果关系模式R是第二范式，且没有一个非主属性是传递函数依赖于码，则称R为 满足第三范式的模式，记为：RU3NF。例：有关系模式，学生（学号，姓名，系名，系主任）存在的函数依赖是学号一系名，学号一姓名，系名一系主任。 所以系主任传递函数依赖于学号。分解：（1）学生（学号，姓名，系名）（2）系（系名，系王任）5、关系模式规范化的基本步骤总结：* （红）（1）对1NF关系进行投影，消除原关系中非主属性对码的部分函数依赖，将1NF关系转换 成为若干个2NF关系。（2）对2NF关系进行投影，消除原关系中非主属性对码的传递函数依赖,从而产生一组3NF。 例：有一个学生关系，学生（学号，姓名，系名，系主任，课程号，课程名，成绩） 规范化到第三范式。步骤：（1）分析此关系模式是否满足第一范式，否则分解为第一范式。（2）分析是否满足第二范式，否则分解为第二范式。（3）分析是否满足第三范式，否则分解为第三范式。（1）此关系模式满足第一范式，因为其所有属性都不可再分。（2