第1章 數(shù)據(jù)庫的基本概念

第1章數(shù)據(jù)庫的基本概念與方法

1.1基本概念1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.4數(shù)據(jù)模型1.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計第1章數(shù)據(jù)庫的基本概念與方法

1.1基本概念1.1基本概念數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)庫技術(shù)最為密切的四個基本概念數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象描述事物的符號記錄稱為數(shù)據(jù)

1.1基本概念數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)庫技術(shù)最為密切的四個基本概念2.數(shù)據(jù)庫（Database，DB）數(shù)據(jù)庫（DB）是存放數(shù)據(jù)的倉庫，只不過這些數(shù)據(jù)存在一定的關(guān)聯(lián)，并按一定的格式存放在計算機上。例如，把學校的學生、課程、學生成績等數(shù)據(jù)有序地組織并存放在計算機內(nèi)，就可以構(gòu)成一個數(shù)據(jù)庫。因此，數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。

1.1基本概念數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)庫技術(shù)最為密切的四個基本概念3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，DBMS）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是位于操作系統(tǒng)和用戶之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它按照一定的數(shù)據(jù)模型科學地組織和存儲數(shù)據(jù)，并能提供高效的獲取和維護。

目前流行的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有：小型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：Access、VisualFoxPro等。中型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：SQLServer、Sybase、MySQL等。大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：Oracle、DB2、Informix等。MySQL已經(jīng)廣泛應(yīng)用于Internet上各類中小型網(wǎng)站和信息管理系統(tǒng)的開發(fā)1.1基本概念1.1基本概念DBMS提供如下功能：（1）數(shù)據(jù)定義功能：可定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象。（2）數(shù)據(jù)操縱功能：可對數(shù)據(jù)庫表進行基本操作，如插入、刪除、修改、查詢。（3）數(shù)據(jù)的運行管理：數(shù)據(jù)庫在建立、運用和維護時由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復。（4）數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能（5）提供方便、有效存取數(shù)據(jù)庫信息的接口和工具。1.1基本概念數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)庫技術(shù)最為密切的四個基本概念4.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，DBS）數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與操作數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序，加上支撐它們的硬件平臺、軟件平臺和與數(shù)據(jù)庫有關(guān)的人員一起構(gòu)成了一個完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。圖1.1描述了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成。圖1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成第1章數(shù)據(jù)庫的基本概念與方法

1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)冗余度小數(shù)據(jù)共享性好數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制第1章數(shù)據(jù)庫的基本概念與方法

1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從用戶試圖角度：采用三級模式結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度：分為集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用的角度：客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.3.1三級模式結(jié)構(gòu)人們?yōu)閿?shù)據(jù)庫設(shè)計了一個嚴謹?shù)捏w系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域公認的標準結(jié)構(gòu)是三級模式結(jié)構(gòu)，它包括外模式、概念模式、內(nèi)模式，有效地組織、管理數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)庫的邏輯獨立性和物理獨立性。用戶級對應(yīng)外模式概念級對應(yīng)概念模式物理級對應(yīng)內(nèi)模式使不同級別的用戶對數(shù)據(jù)庫形成不同的視圖。所謂視圖，就是指觀察、認識和理解數(shù)據(jù)的范圍、角度和方法，是數(shù)據(jù)庫在用戶“眼中"的反映，很顯然，不同層次（級別）用戶所“看到”的數(shù)據(jù)庫是不相同的。1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.3.1三級模式結(jié)構(gòu)圖1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.3.1三級模式結(jié)構(gòu)對于一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)而言——物理級數(shù)據(jù)庫是客觀存在的，它是進行數(shù)據(jù)庫操作的基礎(chǔ)，概念級數(shù)據(jù)庫中不過是物理數(shù)據(jù)庫的一種邏輯的、抽象的描述(即模式)，用戶級數(shù)據(jù)庫則是用戶與數(shù)據(jù)庫的接口，它是概念級數(shù)據(jù)庫的一個子集(外模式)。數(shù)據(jù)庫的三級模式是數(shù)據(jù)庫在三個級別(層次)上的抽象，使用戶能夠邏輯地、抽象地處理數(shù)據(jù)而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機中的物理表示和存儲。用戶應(yīng)用程序根據(jù)外模式進行數(shù)據(jù)操作，通過外模式——模式映射，定義和建立某個外模式與模式間的對應(yīng)關(guān)系，將外模式與模式聯(lián)系起來，當模式發(fā)生改變時，只要改變其映射，就可以使外模式保持不變，對應(yīng)的應(yīng)用程序也可保持不變；另一方面，通過模式——內(nèi)模式映射，定義建立數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)(模式)與存儲結(jié)構(gòu)(內(nèi)模式)間的對應(yīng)關(guān)系，當數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，只需改變模式一內(nèi)模式映射，就能保持模式不變，因此應(yīng)用程序也可以保持不變。1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行和應(yīng)用結(jié)構(gòu)C/S結(jié)構(gòu)可以通過命令行客戶端、圖形化界面管理工具或應(yīng)用程序等來連接數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并可以通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)查詢和處理存儲在底層數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

B/S結(jié)構(gòu)基于WEB應(yīng)用1）

客戶/服務(wù)器（C/S）模式應(yīng)用系統(tǒng)圖1.3數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的關(guān)系從圖1.3中可看出，當應(yīng)用程序需要處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)時，首先向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)發(fā)送一個數(shù)據(jù)處理請求，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接收到這一請求后，對其進行分析，然后執(zhí)行數(shù)據(jù)操作，并把操作結(jié)果返回給應(yīng)用程序。由于應(yīng)用程序直接與用戶打交道，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不直接與用戶打交道，所以應(yīng)用程序被稱為“前臺”，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)被稱為“后臺”。由于應(yīng)用程序是向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提出服務(wù)請求，通常稱為客戶程序（Client），而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是為其他應(yīng)用程序提供服務(wù)，通常稱為服務(wù)器程序（Server），所以又將這種操作數(shù)據(jù)庫模式稱為客戶/服務(wù)器（C/S）模式。2）瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式應(yīng)用系統(tǒng)基于Web的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用采用三層客戶/服務(wù)器模式，也稱B/S結(jié)構(gòu)。第一層為瀏覽器第二層為Web服務(wù)器第三層為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。瀏覽器是用戶輸入數(shù)據(jù)和顯示結(jié)果的交互界面，用戶在瀏覽器表單中輸入數(shù)據(jù)，然后將表單中的數(shù)據(jù)提交并發(fā)送到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器應(yīng)用程序接收并處理用戶的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，從數(shù)據(jù)庫中查詢需要的數(shù)據(jù)（或把數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫）送到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器把返回的結(jié)果插入HTML頁面，傳送到客戶端，在瀏覽器中顯示出來，如圖1.4所示。圖1.4三層客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)第1章數(shù)據(jù)庫的基本概念與方法

1.4數(shù)據(jù)模型1.4數(shù)據(jù)模型模型（Model)是現(xiàn)實世界特征的模擬和抽象。數(shù)據(jù)模型（DataModel）是數(shù)據(jù)特征的抽象。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)進行存儲和管理。數(shù)據(jù)模型按不同的應(yīng)用層次分成三種類型：分別是概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型、物理數(shù)據(jù)模型。1.4數(shù)據(jù)模型1）概念模型概念模型（ConceptualDataModel），是面向數(shù)據(jù)庫用戶的實現(xiàn)世界的模型，主要用來描述世界的概念化結(jié)構(gòu)，它使數(shù)據(jù)庫的設(shè)計人員在設(shè)計的初始階段，擺脫計算機系統(tǒng)及DBMS的具體技術(shù)問題，集中精力分析數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系等，與具體的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)無關(guān)。概念數(shù)據(jù)模型必須換成邏輯數(shù)據(jù)模型，才能在DBMS中實現(xiàn)。在概念數(shù)據(jù)模型中最常用的是E-R模型，E-R模型是從現(xiàn)實世界中抽象出一些實體集及相互之間的聯(lián)系，并用E-R圖來表示。1.4數(shù)據(jù)模型1）概念模型在E-R模型中采用以下概念和名詞術(shù)語：實體（Entity）。

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體，實體可以是具體的人、事、物或抽象的概念。比如，在教務(wù)管理系統(tǒng)中，我們要保存學生的詳細信息，其中的“學生”就是一個實體。在E-R圖中，實體一般用一個矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名，如圖所示：1.4數(shù)據(jù)模型1）概念模型在E-R模型中采用以下概念和名詞術(shù)語：實體（Entity）。屬性（Attribute）。

實體所具有的某一特性稱為屬性，一般說來，一個實體可以由若干個屬性來刻畫。比如，在教務(wù)管理系統(tǒng)中，我們要保存學生的詳細信息，其中的“學生”就是一個實體，學生的信息有學號、姓名、性別，學號、姓名和性別就是3個屬性。在E-R圖中，屬性，一般用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來。如圖所示：1.4數(shù)據(jù)模型1）概念模型在E-R模型中采用以下概念和名詞術(shù)語：實體（Entity）。屬性（Attribute）。聯(lián)系（Relationship）。

信息世界中，實體內(nèi)部和實體之間是有聯(lián)系的。比如，在教務(wù)管理系統(tǒng)中，學生和課程之間有個選擇關(guān)系，這個“選擇”就是學生和課程這兩個實體之間的關(guān)系。在E-R圖中，聯(lián)系，一般用菱形表示，連接著若干個實體，菱形框內(nèi)寫明關(guān)系名稱，并用無向邊分別與有關(guān)實體連接起來。如圖所示：1.4數(shù)據(jù)模型1）概念模型根據(jù)現(xiàn)實世界中事物之間的聯(lián)系情況，在E-R模型中聯(lián)系被歸納為3種類型：一對一聯(lián)系（1：1）。一對多聯(lián)系（1：n）。多對多聯(lián)系（m：n）。1.4數(shù)據(jù)模型2）邏輯模型邏輯模型（LogicalDataModel），這是用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的模型，是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，此模型既要面向用戶，又要面向系統(tǒng)，主要用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的實現(xiàn)。常見的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型等等。1.4數(shù)據(jù)模型2）邏輯模型——關(guān)系模型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是目前幾乎所有流行的DBMS采用的數(shù)據(jù)庫技術(shù)。如果要用一句話來講述關(guān)系型數(shù)據(jù)庫理論的核心思想，那就是：將數(shù)據(jù)保存在關(guān)系表（Table）中。也就是說：關(guān)系型數(shù)據(jù)庫以行和列的形式存儲數(shù)據(jù)，這一系列的行和列被稱為表，一組表組成了數(shù)據(jù)庫。1.4數(shù)據(jù)模型2）邏輯模型——關(guān)系模型行：表中的一條記錄。列：表中的一個字段。主鍵：表中的一列或者一組列，其值能唯一區(qū)分表中的每個行。外鍵：表中的一列或者一組列，其包含另一張表中的主鍵值。主要用于定義兩個表之間的關(guān)系。學號（主鍵）姓名性別班長學號（外鍵）0001雷萍女00010002郭麗方女0001……學生信息表1.4數(shù)據(jù)模型3）物理模型物理模型（PhysicalDataModel），是面向計算機物理表示的模型，描述了數(shù)據(jù)在儲存介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)，它不但與具體的DBMS有關(guān)，而且還與操作系統(tǒng)和硬件有關(guān)。每一種邏輯數(shù)據(jù)模型在實現(xiàn)時都有其對應(yīng)的物理數(shù)據(jù)模型。DBMS為了保證其獨立性與可移植性，大部分物理數(shù)據(jù)模型的實現(xiàn)工作由系統(tǒng)自動完成，而設(shè)計者只設(shè)計索引、聚集等特殊結(jié)構(gòu)。第1章數(shù)據(jù)庫的基本概念與方法

1.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計1.5數(shù)據(jù)庫的設(shè)計數(shù)據(jù)庫的設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最有的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫，使之能有效的存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求、信息需求和處理需求。數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為6個階段：需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計物理結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫實施數(shù)據(jù)庫運行和維護1.5.1邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計1.

（1:1）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換一對一情況下，表設(shè)計的一般經(jīng)驗是：1.每個實體設(shè)計一張表。2.任選一表，表中增加一列，該列必須是對應(yīng)另一個表的主鍵。1.5.1邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計1.

（1:1）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換一對一情況下，表設(shè)計的一般經(jīng)驗是：每個實體設(shè)計一張表。任選一表，表中增加一列，該列必須是對應(yīng)另一個表的主鍵。1.5.1邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計2.（1:n）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換一對多情況下，表設(shè)計的一般經(jīng)驗是：1.每個實體設(shè)計一張表。2．選“一”方表中的主鍵，在“多”方表中增加一列，充當外鍵。1.5.1邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計2.（1:n）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換一對多情況下，表設(shè)計的一般經(jīng)驗是：1.每個實體設(shè)計一張表。2．選“一”方表中的主鍵，在“多”方表中增加一列，充當外鍵。學號（主鍵）姓名性別出生年月051001張小紅女1987-2-11051002李東男1988-5-21……