数据库基础

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1、数据库基础一. 概述1二. DBMS用户类型1三. 数据库管理系统的功能构件1四. 数据库设计21、 数据模型2 、基于对象的逻辑模型：2 、基于记录的逻辑模型32. 数据库设计4五. 规范化和反规范化数据（优化数据库）51. 理解数据冗余52. 规范化定义5第一范式：6第二范式：6第三范式：73. 非规范化定义8概述数据库是记录的集合。计算机系统一个主要任务是存储和管理数据。为了处理此任务，需要一个 专用的计算机程序称为数据库管理系统（DBMS ）。数据库管理系统被设计来维护大容量的数据，它有 很多优点，如冗余降低，避免了不一致性，数据共享，实施标准化（以标准方式维护数据），应用安 全性限制

2、及完整性等，数据的管理包括： 定义数据存储的结构 提供数据操纵的机制（如：增加，修改和删除数据） 提供数据安全性防备未授权访问（单用户系统仅允许一个人在任何时候访问数据库。在多用户系统中，几个用户可以同时访问数 据库）二. DBMS用户类型 最终用户：通过调用应用程序或直接编写SQL语句访问数据库。 应用程序员：通过编写应用程序帮助最终用户使用数据库，这些程序通常用C,C+,VB和VC+等 程序设计语言编写。 数据库管理员（DBA）：协调与数据存储相关的如信息收集、设计和维护数据库及其安全的功能。 数据库的设计和维护必须为己授权用户提供正确的信息。三. 数据库管理系统的功能构件一个数据库管理系

3、统包括许多模块，每一个处理整个系统的特定功能。数据库管理系统的功能构 件为： 数据库管理程序 文件管理程序 磁盘管理程序数据库管理程序：它是DBMS的核心软件构件，负责转换用户询问到相关的系统调用，它维护数据库 的完整性、一致性并增强数据的安全性。它也使并发用户执行的同时操作同步化。除此以外，它也处 理备份和恢复操作。文件管理程序：它服务于所有数据的请求。它辨认包含所请求记录的数据块。数据块再被磁盘管理程 序所请求。文件管理程序从块中选择所请求记录并传送给数据库管理程序。文件管理程序也负责管理 存储空间和结构。磁盘管理程序：它执行所有的物理输入和输出。它与文件管理程序进行交互，根据文件管理程序

4、的请 求执行磁盘设备上的读或写。它以原始数据的方式看待所有数据。磁盘管理程序执行的操作有：检索 数据块，替换数据块及抹去数据块四. 数据库设计1、数据模型数据模型是数据库中关于数据组织的描述，此外，它也是描述数据间关系和在数据上必须定义的 任何约束。数据模型总体上可以分为二种类型： 基于对象的逻辑模型：集中于描述数据、数据间的关系，以及其上定义的任何约束。 基于记录的逻辑模型：集中于描述数据结构和在数据管理系统中的访问技术。、基于对象的逻辑模型：现在有不同的基于对象的逻辑模型。最为广泛使用的是实体一关系模型（E/R模型）。它被认为是 数据库设计的理想数据模型。实体一关系模型是基于对现实世界中所

5、包含的一组对象或实体及它们之间的这些关系的观察。示例E/R图实体一关系图包含以下一些基本概念:实体（Entity）：指现实世界的对象或事物。如雇员、部门等（实体又分为正规实体和弱实体或 子类型和超类型），用长方形表示。注意实体类型与实体实例的区别：一个实体类型是共享公共性质的事物的集合。通常以大写来表 示。一个实体实例是个别事物的具体表现。一个独立实体独立于任何其他实体而存在。依赖实体被叫作弱体，而独立实体被叫作正规实体或说明：公司决定新增一个质量管理部门仅当该实体实例存在的情况下公司才可有该部门，如果公司决定从部门表中移去该部门实例,保密RDBMS技术文档之一此部门的职员也必须终止存在。职员

6、的存在依赖于实体类型部门的存在。子类型是另一实体的子集，如有两种类型的供应商，一种供应商允许贷款，而另一种坚持在送货 之前必须支付现金。制造商希望保存这二种供应商类型的单独信息。对于贷款供应商，“贷款期”和 “贷款限额”必须被记录。对于现金支付供应商，“付款日期”必须存储下来。在两个子类型中有一些共同的属性，例如，“sCode”，“sName”，“sAddress”，“sPhone”等等。姓名、工资、部门号等属性来描述雇员的特征，应该使用编号、名称、位置等属性来描述部门的特征。用椭圆形表/示0注意属性类型和属性实例的区别：属性类型是实体实例的性质。关系(Relationship)：指实体之间的

7、联系。例如，学生和教师的关系中。这种关系代表了一个教师教授多个学生和一个学生被多个教师所教。 这种关系被称为TEACH。用菱形表示，关系也可有属性。一种关系可以与实体自身相关联，如一个教师可与另一个教师结婚有三种类型的关系：一对一；一对多(或多对一)；多对多、基于记录的逻辑模型有三种基于记录模型的类型： 层次模型：数据以树的形式表示。层次模型中的数据由记录集合来表示，而数据间的关系由链接 来表示。 网络模型：数据和数据之间的关系分别由记录和链接来表示，这方面类似于层次模型。然而，数 据库中的记录以图形方式表示。RDBMS技术文档之一关系模型：数据库以一些类型的固定形式记录结构而成。每一个记录类

8、型有固定个数的属性或字 段，通常是固定长度。三种模型中，关系模型最普遍。关系模型关系型模型以行一列格式的简单表格来表示数据库中的所有数据。关系型数据库管理系统 （RDBMS）可以被定义为一个数据库管理系统：对用户可见的所有数据严格地组织成数据值的表格， 所有的数据库操作都必须在这些表上执行。关系型数据结构：关系型数据库的组织原则是表格，长方形的行一列排列的数据值的表格。数据库中的每一个表格 有一个唯一表格名来标识它的内容。一个表被称为一个关系。表中的行（或记录）叫作元组，列（或字段）叫作属性。表中的每一列必须有一个唯一的名字。 元组的个数叫作表的基数，而属性的个数叫作表的度。关系的一个重要特性

9、是行的无序性。行不能被表中位置所标识。每一个表必须由列或列的组合来 唯一地标识表中的每一行。任何时候，对于列或列的组合，表中任意两行没有相同的值。这种列（或 列的组合）被叫作表的主键。域是由一个或多个属性（列）上抽取它们的实际值的值池。在任何时间列上出现的值的集合将是 该域的子集。SUPPLIER供应商表代码名字地址状态S24AnthonyC.Place20S51Derry641,Golf Link10S52Kerry171/42,Safe End15RDBMS的数据结构关系未知信息的表示：在RDBMS中，未知信息在表中表示为NULL值。如果一行中有一列的值是NULL, 它意味着该行中某属性未

10、知，NULL不同于空格和零。DBMS中的关系表示:表之间关系由二个或多个表格中存储的公共数据值来表示。表中列值与另外 一张表的主键相匹配的列叫做外键。主键与外键一起创建了连接它们的表格之间的父母一子女关系。2. 数据库设计概念模型反映基于组织的数据处理需要的实体和他们的关系。为了开发一个满足于现在和将来信息需 要的数据库，必须先设计数据库的概念模型。概念模型的设计与数据库的实现和运转阶段无关。概念模型可以映射到关系、层次、或网络模型。它 独立于个别的应用、数据库管理系统、硬件和数据的物理存储。设计概念模型分三步：数据分析是设计概念模型的第一步，在完成数据分析之后，画出实体一关系图,RDBMS技

11、术文档之一第三步是映射实体一关系图到表。其中数据分析又可分为两步：一是收集现存的表格、账单和报表，二是核实组织数据的所有运转的、 数据处理的应用，消除任何不需要的和重复的数据。映射实体一关系图到表实体(包括正规实体和弱体)：每个实体映射为一个表格属性：E/R图中显示的每个特性或属性映射为相应表中的一个属性。表中的主键作为E/R图中的键来 标识。(主键必须可唯一地标识表中的每个元组)关系：每种关系的类型以不同的方式映射为关系数据库管理系统中的表格。一对一关系：有多种方法来处理，一种处理方法是与通过存储不论哪个表中外键的一对多关系一样， 另一种方法是合并二个表成一个更快访问的表(这样可提高访问性能

12、)一对多关系：一个表的主键作为另一个表的外键，关系不单独映射为表。多对多关系：这种关系映射为一个表格，该表格的主键有二种可能，由二个外键结合为复合键或建立 一个新的主键的属性。如 STUDENT(ROLL_NO,NAME,ADDRESS)与 BOOKS(CODE,DESC,PRICE)是多对多关系，其中我们可把关 系映射为一个 ISSUES ( ROLL_NO,CODE,ISSUE_DATE,RETURN_DATE ) 表或 ISSUES(ISSUENUM,ROLL_NO,CODE,ISSUE_DATE,RETURN_DATE)表。子类型和超类型：子类型总是依赖于超类型而存在的。每一个实体类型

13、(子集和超集)映射为一 个独立的表格。而且超类型的主键是子类型的外键。它建立了二者间的链接。子类型的外键也是它的 主键。如 EMPLOYEE(NAME, EMPNO,ADDRESS)超类型和 HOURLY EMPLOYEE(EMPNO,WAGES, OVERTIME),SALARIED EMPLOYEE(EMPNO,SALARY,BONUS,CONV_ALLOW)两子类型3. 数据库的设计要点键有许多类型：主键，外键，候选键，备选键，复合键候选键：可唯一地标识表中行的任何属性(或属性集)是主键的候选。备选键：是候选键但不是主键的任何属性称为备选键。五. 规范化和反规范化数据(优化数据库1.理解

14、数据冗余StudentIDStudentName StudentSemesterStudentTestlStudentTest2001Mary SEM-14065001Mary SEM-25648002Jake SEM-19384002Jake SEM-28590冗余可能导致： 更新不规则：插入，修改和删除数据可能导致数据的不一致性。 不一致性：当事实被重复时，错误很可能会发生。2. 不必要地使用额外磁盘空间。规范化定义RDBMS技术文档之一规范化是一种科学的方法，通过使用某些规则把复杂的表格结构分解为简单的表格结构。使用这 种方法，可降低表中的冗余和消除不一致和磁盘空间利用的问题，也可保证不

15、存在信息丢失。规范化有几个优点，它可产生更快的排序和索引，每个表更少索引，更少NULL，和使得数据更紧 凑。一个差的设计阻碍系统的效率。为了实现一个好的数据库设计，必须遵循一些规则： 每一个表格应有一个标识符 每一个表格应当存储单个实体类型的数据。 接受NULL的列应当避免 值或列的重复应当避免。范式用来保证各种类型的不规范和不一致性不会引入到数据库。最重要的和最广泛被使用的范式有： 第一范式，第二范式，第三范式，Boyce-Codd(BCNF)范式。第一范式：当表中每个单元恰好包含一个值时，该表格被认为是第一范式(1NF)，它保证了列的原子性。ProjectEcodeDep tDeptHeadProjCodeHoursP2790E101Systems