数据库基础(4730).ppt

1,第4讲 数据库设计基础,数据库的基本概念：数据库，数据库管理系统，数据库系统。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。关系代数运算，包括集合运算及选择、投影、连接运算。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。,主要知识点,2,4.1 数据库系统的基本概念,3,4.1.1 数据库、数据库管理系统,1数据数据描述事物的符号记录，用物理符号记录下来的可以鉴别的信息物理符号：数字、文字、图形、图像声音及其他特殊符号。多种表现形式：数字化计算机中数据分为两部分：临时性数据持久性数据数据有型（Type）与值（Value）之分型：数据表示的类型，如整型、实型、字符型等值：给出了符合给定型的值,4,2数据库数据库Database，简称DB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所共享按数据所提供的数据模式存放的特点：较小的冗余度较高的数据独立性易扩展性为多个用户所共享,4.1.1 数据库、数据库管理系统,5,3数据库管理系统数据库管理系统Database Management System，简称DBMS数据库的管理机构，职能是有效地组织、存储、获取和管理数据，接受及完成用户提出的访问数据的各种请求数据库系统的核心DBMS的功能数据模式定义数据存取的物理构建数据操纵。数据的完整性、安全性定义与检查数据库的并发控制与故障恢复数据的服务,4.1.1 数据库、数据库管理系统,6,3数据库管理系统数据库语言数据定义语言DDL数据操纵语言DML数据控制语言DCL数据语言的使用交互式命令语言宿主型语言常见的DBMSORACLE、Sybase的PowerBuilder、IBM的DB2、微软的SQL Server微软的Visual FoxPro、Access，功能简单,4.1.1 数据库、数据库管理系统,7,4数据库管理员数据库管理员Database Administrator，简称DBA对数据库的规划、设计、维护、监视等的人员其主要工作有：数据库设计数据库维护改善系统性能，提高系统效率,4.1.1 数据库、数据库管理系统,8,5数据库系统数据库系统Database System，简称DBS拥有数据库技术支持的计算机系统实现有组织地、动态地存储大量相关数据，提供数据处理和资源共享服务组成：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：计算机和网络软件平台：操作系统、数据库系统开发工具、接口软件,4.1.1 数据库、数据库管理系统,9,6数据库应用系统数据库应用系统Database Application System，简称DBAS组成：数据库系统+应用软件+应用界面,4.1.1 数据库、数据库管理系统,10,4.1.2 数据库系统的发展,人工管理阶段,11,文件系统阶段,4.1.2 数据库系统的发展,12,数据库系统阶段,4.1.2 数据库系统的发展,13,4.1.3 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逻辑独立性数据统一管理与控制数据的完整性检查：数据的安全性保护并发控制,14,4.1.4 数据库系统的内部结构体系,三级模式概念级模式内部级模式外部级摸式二级映射概念级到内部级的映射外部级到概念级的映射,15,l数据库系统的三级模式概念级模式数据库中全体数据逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图一个数据库只有一个概念模式内部级模式又称物理模式数据库物理存储结构与物理存取方法对一般用户是透明的，直接影响数据库的性能一个数据库只有一个内模式。外部级摸式也称子模式或用户模式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用户的数据视图一个数据库可以有多个外模式,4.1.4 数据库系统的内部结构体系,16,2数据库系统的两级映射概念模式内模式的映射存在于概念级和内部级之间实现了概念模式到内模式之间的相互转换保证数据具有很高的物理独立性外模式概念模式的映射：存在于外部级和概念级之间实现了外模式到概念模式之间的相互转换保证数据具有较高的逻辑独立性,4.1.4 数据库系统的内部结构体系,17,4.2 数据模型,18,4.2.1 数据模型的基本概念,数据模型，是对现实世界中数据的模拟和抽象。数据模型的分类 概念模型：现实世界在人脑中的反映；逻辑模型：按计算机系统的观点对数据建模；物理模型：反映数据的存储结构。数据模型的组成要素 数据结构：所研究的对象类型的集合；数据操作：对数据库中各种对象的值允许执行操作的集合；数据的约束条件：一组完整性规则的集合。,19,4.2.2 E-R模型,1.基本概念实体属性联系一对一（1：1）一对多（1：M或M：1）多对多（M：N）2.三个基本概念之间的联接关系实体集与属性间的联接关系实体与联系,20,3E-R型的图示法实体集：用矩形表示属性：用椭圆形表示联系：用菱形表示实体集与属性间的联接关系：用无向线段表示实体集与联系间的联接关系：用无向线段表示,4.2.2 E-R模型,21,4.2.3 层次模型,一种树形结构数据结构比较简单，操作简单对于实体间联系是固定的、且预先定义好的应用系统，有较高的性能可以提供良好的完整性支持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,22,4.2.4 网状模型,一个不加任何条件限制的无向图优于层次模型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,23,4.2.5 关系模型,1关系的数据结构,属性,元组,表框架,24,4.2.5 关系模型,主要术语关系：一个关系就是一张二维表元组：表中的一行属性：表中的一个列属性域：属性的取值范围分量：元组中的一个属性值主码：唯一地标识表中一个元组，主码属性不能取空值外部关键字：与另一个关系的关键字相对应的属性组关系模式：对一个关系的结构描述关系名(属性1,属性2,.,属性n),25,4.2.5 关系模型,关系的性质元组个数有限性元组的唯一性元组的次序无关性元组分量的原子性属性名惟一性属性的次序无关性分量值域的同一性,26,4.2.5 关系模型,2关系操纵数据查询数据删除数据插入数据修改,27,4.2.5 关系模型,3数据完整性约束实体完整性约束主键中属性值不能为空值参照完整性约束实体及实体间的联系用户定义的完整性约束具体应用要求来定义的约束条件,28,4.3 关系代数,29,4.3 关系代数,1.关系模型的基本操作四种基本操作插入、删除、修改和查询进一步分解成六种基本操作关系的属性指定关系的元组的选择两个关系的合并关系的查询关系元组的插入关系元组的删除,30,4.3 关系代数,2传统的集合运算关系代数是以对关系的集合运算为基础，分为传统的集合运算和专门的关系运算，其运算对象是关系，运算结果也是关系。传统的集合运算包括并、交、差、广义笛卡尔积四种运算。其中并、交、差要求参与运算的两个关系的属性个数相同，且相应的属性出自同一个域；广义笛卡尔积则无此限制。,31,（1）并（Union）关系R和S具有相同的关系模式，R和S的并是由属于R或属于S的元组构成的集合。可表示为：（2）差（Difference）关系R和S具有相同的关系模式，R和S的差是由属于R但不属于S的元组构成的集合。可表示为：,4.3 关系代数,32,（3）交（Intersection）关系R和S具有相同的关系模式，R和S的交是由属于R且属于S的元组构成的集合。可表示为：（4）广义笛卡尔积设关系R和S的属性个数分别为n、m，则R和S的广义笛卡尔积是一个有（n+m）列的元组的集合。每个元组的前n列来自R的一个元组，后m列来自S的一个元组，记为RS。,4.3 关系代数,33,例：有两个关系R和S，分别进行并、差、交和广义笛卡尔积运算。,4.3 关系代数,34,3专门的关系运算（1）选择（Selection）在关系中选择满足某些条件的元组，即消去某些行，可表示为：（2）投影（Projection）在关系中选择某些属性列，即消去某些列，可表示为：,4.3 关系代数,35,例：在学生关系中查询1980年以后出生的学生名单，表达式为：查询所有学生的“姓名”、“性别”，表达式为：,4.3 关系代数,36,（3）连接（Join）当一个查询需要来自两个或多个关系的数据时就要用连接操作。连接是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。可表示为：其含义是，从关系R和S的广义笛卡尔积RS中选取R关系在A属性组上的值与S关系在B属性组上的值满足比较关系的元组。1）等值连接：当连接条件中的比较运算符为“=”。可表示为：2）自然连接：要求连接时两个关系中进行相等比较的分量必须是相同属性组，且在结果中将相同的属性列去掉。即若关系R和S具有相同属性组B，则自然连接可记作：,4.3 关系代数,37,例如，有两个关系R和S关系T：条件为“R.学号S.学号”的连接运算关系U：条件为“R.学号=S.学号”的等值连接关系V：进行自然连接,4.3 关系代数,38,4.3 关系代数,39,（4）除（Division）笛卡尔乘积的逆运算,4.3 关系代数,40,4.4 数据库设计与管理,41,4.4.1 数据库设计概述,设计一个能满足用户要求，性能良好的数据库基本任务：根据用户对象的信息需求、处理需求和数据库的支持环境设计出数据模式两种方法：以信息需求为主，兼顾处理需求（面向数据的方法）以处理需求为主，兼顾信息需求（面向过程的方法）面向数据的设计方法已成为主流方法,42,4.4.1 数据库设计概述,一般采用生命周期法，分若干阶段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前四个阶段，并且重点以数据结构与模型的设计为主线,43,4.4.2 数据库设计的需求分析,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重点：是“数据”和“处理”方法：结构化分析方法、和面向对象的方法对数据库设计来讲，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,44,4.4.3 数据库概念设计,概念设计的方法集中式模式设计法视图集成设计法数据库概念设计的过程选择局部应用视图设计：三种方法：自顶向下、由底向上、由内向外视图集成:解决局部设计中的冲突命名冲突概念冲突域冲突约束冲突,45,4.4.4 数据库的逻辑设计,任务概念模型进一步转化成相应的数据模型主要步骤从E-R图向关系模式转换逻辑模式规范化及调整、实现关系视图设计,46,4.4.5 数据库的物理设计,主要目标:对数据库内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，提高数据库访问速度及有效利用存储空间物理设计的内容:索引设计集簇设计分区设计,47,4.4.6 数据库管理,数据库的建立数据模式的建立数据加载数据库的调整数据库的重组数据库安全性控制与完整性控制数据库的故障恢复数据库监控,48,4.5 典型考题分析,49,【例4-1】数据库技术的根本目标是要解决数据的_。A）存储问题B）共享问题C）安全问题D）保护问题答案 B,历年真题,50,【例4-2】数据库DB，数据库系统DBS，数据库管理系统DBMS之间的关系是_。A）DB包含DBS和DBMSB）DBMS包含DB和DBSC）DBS包含DB和DBMSD）没有任何关系答案 C,历年真题,51,【例4-3】数据库系统的核心是_。A）数据模型B）数据库管理系统C）数据库D）数据库管理员答案 B,历年真题,52,【例4-4】DBA是数据库系统的一个重要组成，有很多职责。以下选项不属于DBA职责的是_。A）定义数据库的存储结构和存取策略B）定义数据库的结构C）定期对数据库进行重组和重构D）设计和编写应用系统的程序模块答案 D,历年真题,53,【例4-5】数据管理技术发展过程经过人工管理、文件系统和数据库系统三个阶段，其中数据独立性最高的阶段是_答案 数据库系统,历年真题,54,【例4-6】数据独立性是数据库技术的重要特点之一。所谓数据独立性是指_。A）数据与程序独立存放B）不同的数据被存放在不同的文件中C）不同的数据只能被对应的应用程序所使用D）以上三种说法都不对答案 D,历年真题,55,【例4-7】数据独立性分为逻辑独立性与物理独立性，当数据的存储结构改变时，其逻辑结构可以不变，因此，基于逻辑结构的应用程序不必修改，称为_。答案 物理独立性,历年真题,56,【例4-8】在数据库系统中，用户所见的数据模式为_。A）概念模式B）外模式C）内模式D）物理模式答案 B,历年真题,57,【例4-9】数据库中对全部数据的整体逻辑结构的描述，作为数据库的_。A）内模式B）外模式C）概念模式D）子模式答案 C,历年真题,58,【例4-10】数据库的3级模式之间存在映射关系正确的是_。A）外模式/内模式B）外模式/概念模式C）外模式/外模式D）概念模式/概念模式答案：B,历年真题,59,【例4-11】数据库三级模式体系结构的划分，有利于保持数据库的_。答案 数据独立性,历年真题,60,【例4-12】用树形结构表示实体之间联系的模型是_。A）关系模型B）网状模型C）层次模型D）以上三个都是答案 C,历年真题,61,【例4-13】“商品”与“顾客”两个实体集之间的联系一般是_。A）一对一B）一对多C）多对一D）多对多答案 D,历年真题,62,【例4-14】在E-R图中，用来表示实体的图形是_。A）矩形B）椭圆形C）菱形D）三角形答案 A,历年真题,63,【例4-15】在下面列出的数据模型中，_是概念数据模型。A）关系模型B）层次模型C）网状模型D）实体-联系模型答案 D,历年真题,64,【例4-16】在关系模型中，把数据看成是二维表，每一个二维表称为一个_。答案 关系,历年真题,【例4-17】一个关系表的行称为_。答案 元组,65,【例4-18】如果在一个关系中，存在多个属性（或属性组）都能用来惟一标识该关系的元组，且其任何子集都不具有这一特性。这些属性（或属性组）都被称为该关系的_。A）连接码B）主码C）外码D）候选码答案 D,历年真题,66,【例4-19】设属性A是关系R的主属性，则属性A不能取空值（NULL）。这是_。A）实体完整性规则B）参照完整性规则C）用户定义完整性规则D）域完整性规则答案 A,历年真题,67,【例4-20】设有如下三个关系表下列操作中正确的是_。（2006年9月）A）T=RSB）T=RSC）T=RSD）T=R/S答案 C,历年真题,68,【例4-21】设有如下关系表:则下列操作中正确的是_。（2005年9月）A）TRSB）TRSC）TRSD）TR/S答案 B,历年真题,69,【例4-22】设关系R是4元关系，关系S是一个5元关系，关系T是R与S的笛卡尔积，即T=RS，则关系T是_元关系。A）9B）11C）20D）40答案 A,历年真题,70,【例4-23】关系数据库管理系统能实现的专门关系运算包括_。A）排序、索引、统计B）选择、投影、连接C）关联、更新、排序D）显示、打印、制表答案 B,历年真题,71,【例4-24】下列关系运算中，_不要求关系R和S具有相同的属性个数。A）RSB）RSC）RSD）RS答案 D,历年真题,72,【例4-25】数据库设计的四个阶段是：需求分析、概念设计、逻辑设计和_A）编码设计B）测试阶段C）运行阶段D）物理设计答案 D,历年真题,73,【例4-26】在数据库设计中，将E-R图转换成关系模型的过程属于_。A）需求分析阶段B）逻辑设计阶段C）概念设计阶段D）物理设计阶段答案 B,历年真题,74,【例4-27】数据字典是数据设计需求分析阶段的最重要的工具之一，其最基本功能是_。A）数据库定义B）数据通信C）数据定义D）数据维护答案 C,历年真题,75,【例4-28】将E-R图转换到关系模式时，实体与联系都可以表示成_。A）属性B）关系C）键D）域答案 B,历年真题,76,【例4-29】在关系数据库设计中，设计视图（View）是_阶段的工作。A）需求分析B）物理设计C）逻辑设计D）概念设计答案 C,历年真题,77,【例4-30】设计数据库的存储结构属于数据库的_。A）需求分析B）概念设计C）逻辑设计D）物理设计答案 D,历年真题,