計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ).ppt

第5章數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 5 1數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念5 2關(guān)系代數(shù)5 3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 5 1數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念 5 1 1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)5 1 2數(shù)據(jù)描述5 1 3數(shù)據(jù)模型 5 1 1數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)1 數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù) 1 人工管理 2 文件管理 1 數(shù)據(jù)的冗余度比較大 2 由于數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的 使程序與數(shù)據(jù)還是互相依賴 3 文件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的控制沒(méi)有統(tǒng)一的方法 而是完全靠應(yīng)用程序自己對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制 因此 使應(yīng)用程序的編制很麻煩 而且缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的正確性 安全性 保密性等有效且統(tǒng)一的控制手段 3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理1 數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的 是面向系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)的冗余度小 2 數(shù)據(jù)具有獨(dú)立性 3 保證了數(shù)據(jù)的完整性 安全性和并發(fā)性 2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)功能 1 定義數(shù)據(jù)庫(kù) 2 管理數(shù)據(jù)庫(kù) 3 建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù) 4 數(shù)據(jù)通信 1 語(yǔ)言處理部分分為以下四部分 數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言DDL DataDescriptionLanguage 解釋程序 模式DDL是數(shù)據(jù)庫(kù)管理員用來(lái)定義數(shù)據(jù)庫(kù)總體邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的 子模式DDL是用戶用來(lái)定義其所用的局部邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的 物理DDL又稱為設(shè)備介質(zhì)語(yǔ)言 主要用來(lái)定義數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)方式 數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言DML處理程序 終端詢問(wèn)解釋程序 數(shù)據(jù)庫(kù)控制命令解釋程序 2 系統(tǒng)運(yùn)行控制程序分為以下幾個(gè)模塊 系統(tǒng)總控程序 訪問(wèn)控制程序 并發(fā)控制程序 保密控制程序 數(shù)據(jù)完整性控制程序 數(shù)據(jù)訪問(wèn)程序 通信控制程序 3 系統(tǒng)建立與維護(hù)程序分為以下幾個(gè)模塊 數(shù)據(jù)裝入程序 工作日志程序 性能監(jiān)督程序 系統(tǒng)恢復(fù)程序 重新組織程序 3 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成 1 用戶在應(yīng)用程序中向DBMS發(fā)出讀取記錄的請(qǐng)求 同時(shí)給出記錄名和要讀取記錄的關(guān)鍵字值 2 DBMS接到請(qǐng)求后 利用應(yīng)用程序A所用的子模式來(lái)分析這一請(qǐng)求 3 DBMS調(diào)用模式 進(jìn)一步分析請(qǐng)求 根據(jù)子模式與模式之間變換的定義 決定應(yīng)讀入哪些模式記錄 4 DBMS通過(guò)物理模式將數(shù)據(jù)的邏輯記錄轉(zhuǎn)換為實(shí)際的物理記錄 5 DBMS向操作系統(tǒng)發(fā)出讀取所需物理記錄的請(qǐng)求 6 操作系統(tǒng)對(duì)實(shí)際的物理存儲(chǔ)設(shè)備啟動(dòng)讀操作 7 讀出的記錄從保存數(shù)據(jù)的物理設(shè)備送到系統(tǒng)緩沖區(qū) 8 DBMS根據(jù)模式和子模式的規(guī)定 將記錄轉(zhuǎn)換為應(yīng)用程序所需要的形式 9 DBMS將數(shù)據(jù)從系統(tǒng)緩沖區(qū)傳送到應(yīng)用程序A的工作區(qū) 10 DBMS向用戶程序A發(fā)出本次請(qǐng)求執(zhí)行情況的信息 5 1 2數(shù)據(jù)描述1 信息的存在形態(tài) 1 現(xiàn)實(shí)世界 2 觀念世界 屬性 實(shí)體 實(shí)體型 實(shí)體集 3 數(shù)據(jù)世界 數(shù)據(jù)項(xiàng) 字段 field 記錄 record 記錄型 recordtype 文件 fild 關(guān)鍵字 key 教師 記錄型 教師 記錄型與 教師 文件的示意圖 2 實(shí)體間的聯(lián)系 1 一對(duì)一 1 1 的聯(lián)系設(shè)有兩個(gè)實(shí)體集E1和E2 如果E1和E2中的每一個(gè)實(shí)體最多與另一個(gè)實(shí)體集中的一個(gè)實(shí)體有聯(lián)系 則稱實(shí)體集E1和E2的聯(lián)系是一對(duì)一的聯(lián)系 通常表示為 1 1的聯(lián)系 例如 實(shí)體集學(xué)校與實(shí)體集校長(zhǎng)之間的聯(lián)系就是1 1的聯(lián)系 2 一對(duì)多 1 n 的聯(lián)系設(shè)有兩個(gè)實(shí)體集E1和E2 如果E2中的每一個(gè)實(shí)體與E1中的任意個(gè)實(shí)體 包括零個(gè) 有聯(lián)系 而E1中的每一個(gè)實(shí)體最多與E2中的一個(gè)實(shí)體有聯(lián)系 則稱這樣的聯(lián)系為 從E2到E1的一對(duì)多的聯(lián)系 通常表示為 1 n的聯(lián)系 例如 實(shí)體集學(xué)校與實(shí)體集教師之間的聯(lián)系為一對(duì)多的聯(lián)系 3 多對(duì)多 m n 的聯(lián)系設(shè)有兩個(gè)實(shí)體集E1和E2 其中的每一個(gè)實(shí)體都與另一個(gè)實(shí)體集中的任意個(gè) 包括零個(gè) 實(shí)體有聯(lián)系 則稱這兩個(gè)實(shí)體集之間的聯(lián)系是 多對(duì)多的聯(lián)系 通常表示為 m n的聯(lián)系 例如 教師實(shí)體集與學(xué)生實(shí)體集之間的聯(lián)系是多對(duì)多的聯(lián)系 又如 學(xué)生實(shí)體集和課程實(shí)體集之間的聯(lián)系也是一種多對(duì)多的聯(lián)系 5 1 3數(shù)據(jù)模型1 層次模型建立數(shù)據(jù)的層次模型需要滿足下列兩個(gè)條件 1 有一個(gè)數(shù)據(jù)記錄沒(méi)有 父親 這個(gè)記錄即是根結(jié)點(diǎn) 2 其他數(shù)據(jù)記錄有且只有一個(gè) 父親 學(xué)校行政機(jī)構(gòu)的層次模型 2 網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn) 1 可以有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無(wú) 父親 2 至少有一個(gè)結(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)的 父親 學(xué)校教學(xué)情況的網(wǎng)狀模型 3 關(guān)系模型把數(shù)據(jù)看成一個(gè)二維表 每一個(gè)二維表稱為一個(gè)關(guān)系 關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn) 1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 2 具有很高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性 3 可以直接處理多對(duì)多的聯(lián)系 4 有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ) 一個(gè)關(guān)系的屬性名表稱為關(guān)系模式 也就是二維表的表框架 相當(dāng)于記錄型 若某一關(guān)系的關(guān)系名為R 其屬性名為A1 A2 An則該關(guān)系的關(guān)系模式記為R A1 A2 An 關(guān)系名為ER關(guān)系模式 即二維表的表框架 為ER S SN SD 其中 S SN SD分別是這個(gè)關(guān)系中的三個(gè)屬性的名字 S1 S2 S3 S4 S5 是屬性S 即學(xué)號(hào) 的值域 CHANG WANG LI HU MA 是屬性SN 即學(xué)生姓名 的值域 MATH EL PHYS COM 是屬性SD 即所屬系 的值域 1 并運(yùn)算 union 假設(shè)有n元關(guān)系R和n元關(guān)系S 它們相應(yīng)的屬性值取自同一個(gè)域 則它們的并仍然是一個(gè)n元關(guān)系 它由屬于關(guān)系R或?qū)儆陉P(guān)系S的元組組成 并記為R S 并運(yùn)算滿足交換律 即R S與S R是相等的 2 差運(yùn)算 difference 假設(shè)有n元關(guān)系R和n元關(guān)系S 它們相應(yīng)的屬性值取自同一個(gè)域 則n元關(guān)系R和n元關(guān)系S的差仍然是一個(gè)n元關(guān)系 它由屬于關(guān)系R而不屬于關(guān)系S的元組組成 并記為R S 差運(yùn)算不滿足交換律 即R S與S R是不相等的 3 交運(yùn)算 intersection 假設(shè)有n元關(guān)系R和n元關(guān)系S 它們相應(yīng)的屬性值取自同一個(gè)域 則它們的交仍然是一個(gè)n元關(guān)系 它由屬于關(guān)系R且又屬于關(guān)系S的元組組成 并記為R S 交運(yùn)算滿足交換律 即R S與S R是相等的 4 笛卡爾積 Cartesianproduct 設(shè)有m元關(guān)系R和n元關(guān)系S 則R與S的笛卡爾積記為R S 它是一個(gè)m n元組的集合 即m n元關(guān)系 其中每個(gè)元組的前m個(gè)分量是R的一個(gè)元組 后n個(gè)分量是S的一個(gè)元組 R S是所有具備這種條件的元組組成的集合 在實(shí)際進(jìn)行組合時(shí) 可以從R的第一個(gè)元組開(kāi)始到最后一個(gè)元組 依次與S的所有元組組合 最后得到R S的全部元組 R S共有m n個(gè)元組 5 選擇運(yùn)算 selection 選擇運(yùn)算是在指定的關(guān)系中選取所有滿足給定條件的元組 構(gòu)成一個(gè)新的關(guān)系 而這個(gè)新的關(guān)系是原關(guān)系的一個(gè)子集 選擇運(yùn)算用公式表示為R g r r R且g r 為真 或 g R r r R且g r 為真 公式中的R是關(guān)系名 g為一個(gè)邏輯表達(dá)式 取值為真或假 g由邏輯運(yùn)算符 或and 與 或or 或 或not 非 聯(lián)接各算術(shù)比較表達(dá)式組成 算術(shù)比較符有 其運(yùn)算對(duì)象為常量 或者是屬性名 或者是簡(jiǎn)單函數(shù) 在后一種表示中 為選擇運(yùn)算符 6 投影運(yùn)算 projection 投影運(yùn)算是在給定關(guān)系的某些域上進(jìn)行的運(yùn)算 通過(guò)投影運(yùn)算可以從一個(gè)關(guān)系中選擇出所需要的屬性成分 并且按要求排列成一個(gè)新的關(guān)系 而新關(guān)系的各個(gè)屬性值來(lái)自原關(guān)系中相應(yīng)的屬性值 給定關(guān)系R在其域列SN和C上的投影用公式表示為R SN C 或 SN C R 7 聯(lián)接運(yùn)算 join 聯(lián)接運(yùn)算是對(duì)兩個(gè)關(guān)系進(jìn)行的運(yùn)算 其意義是從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選出滿足給定屬性間一定條件的那些元組 設(shè)m元關(guān)系R和n元關(guān)系S 則R和S兩個(gè)關(guān)系的聯(lián)接運(yùn)算用公式表示為 運(yùn)算的結(jié)果為m n元關(guān)系 其中 是聯(lián)接運(yùn)算符 為算術(shù)比較符 i 與 j 分別表示關(guān)系R中第i個(gè)屬性的屬性名和關(guān)系S中第j個(gè)屬性的屬性名 它們之間應(yīng)具有可比性 這個(gè)式子的意思是 在關(guān)系R和關(guān)系S的笛卡爾積中 找出關(guān)系R的第i個(gè)屬性和關(guān)系S的第j個(gè)屬性之間滿足 關(guān)系的所有元組 比較符 有以下三種情況 當(dāng) 為 時(shí) 稱為等值聯(lián)接 當(dāng) 為 時(shí) 稱為小于聯(lián)接 當(dāng) 為 時(shí) 稱為大于聯(lián)接 聯(lián)接運(yùn)算的上述公式還可以表示為R f S r s r R且s S且f r s 為真 其中 f為布爾函數(shù) 即聯(lián)接條件 其取值為真或假 r s是關(guān)系R和關(guān)系S的笛卡爾積中的任一元組 8 自然聯(lián)接運(yùn)算 Naturaljoin 設(shè)關(guān)系R和關(guān)系S具有公共的屬性 則關(guān)系R和關(guān)系S的自然聯(lián)接的結(jié)果 是從它們的笛卡爾積R S中選出公共屬性值相等的那些元組 如果關(guān)系R和關(guān)系S具有相同的屬性名A1 A2 Ak 則它們的自然聯(lián)接是從笛卡爾積R S中選出R A1 S A1 R A2 S A2 R Ak S Ak的所有元組 并去掉重復(fù)屬性的元組集合 記為R S 其中R A1 R A2 R Ak表示R S中對(duì)應(yīng)于關(guān)系R中的屬性A1 A2 Ak的屬性名 同樣 S A1 S A2 S Ak表示R S中對(duì)應(yīng)于關(guān)系S中的屬性A1 A2 Ak的屬性名 如果用j1 j2 jm來(lái)表示R S中除去S A1 S A2 S Ak以后按順序列出的所有其他分量的序號(hào) 則根據(jù)自然聯(lián)接的定義 可以用選擇運(yùn)算和投影運(yùn)算來(lái)表示自然聯(lián)接 R S j1 j2 jm R A1 S A1 R A2 S A2 R Ak S Ak R S 上式表明 自然聯(lián)接運(yùn)算分以下三步進(jìn)行 1 計(jì)算笛卡爾積R S 2 選出同時(shí)滿足R Ai S Ai Ai為為R和S的公共屬性 的所有元組 3 去掉重復(fù)屬性 例找出關(guān)系R平均成績(jī) AVER 在85分以上的學(xué)生姓名和學(xué)號(hào) 即P S SN AVER 85 R S1 MA S3 FAN S4 WANG 例有關(guān)系T和P 要找出講授課程G1的教師姓名 所在系和他的職稱 即TP TN TD T TG G1 T P 例設(shè)有一關(guān)系W 現(xiàn)要在關(guān)系W中存入一個(gè)元組 a b c d e f g 對(duì)于這個(gè)操作可以用以下運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn) W a b c d e f g GIVINGW其中GIVING表示經(jīng)過(guò)并運(yùn)算后的結(jié)果賦于W 5 3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 5 3 1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本概念5 3 2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的過(guò)程5 3 3數(shù)據(jù)字典 5 3 1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本概念可行性分析與研究階段系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)實(shí)施與系統(tǒng)運(yùn)行階段 5 3 2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的過(guò)程1 需求分析 1 了解組織機(jī)構(gòu) 2 了解具體的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀 3 了解外部要求 4 了解長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃中的應(yīng)用范圍和要求 2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念模型主要特點(diǎn) 能充分反映實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)體及其相互之間的聯(lián)系 是現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)真實(shí)模型 由于概念模型獨(dú)立于具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 因此 便于用戶理解 有利于用戶積極參與設(shè)計(jì)工作 概念模型容易修改 當(dāng)問(wèn)題有變化時(shí) 反映實(shí)際問(wèn)題的概念模型可以很方便地?cái)U(kuò)充和修改 便于向各種模型轉(zhuǎn)換 由于概念模型不依賴于具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 因此 容易向關(guān)系模型 網(wǎng)狀模型和層次模型等各種模型轉(zhuǎn)換 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要借助于某種方便又直觀的描述工具 E R 實(shí)體 聯(lián)系 Entity Relationship 圖是設(shè)計(jì)概念模型的有力工具 在E R圖中 用三種圖框分別表示實(shí)體 屬性和實(shí)體之間的聯(lián)系 其規(guī)定如下 用矩形框表示實(shí)體 框內(nèi)標(biāo)明實(shí)體名 用橢圓狀框表示實(shí)體的屬性 框內(nèi)標(biāo)明屬性名 用菱形框表示實(shí)體間的聯(lián)系 框內(nèi)標(biāo)明聯(lián)系名 實(shí)體與其屬性之間以無(wú)向邊聯(lián)接 菱形框與相關(guān)實(shí)體之間也用無(wú)向邊聯(lián)接 并在無(wú)向邊旁標(biāo)明聯(lián)系的類型 描述實(shí)體集聯(lián)系的E R圖 多個(gè)實(shí)體集聯(lián)系的E R圖 同一個(gè)實(shí)體集內(nèi)實(shí)體聯(lián)系的E R圖 實(shí)體屬性的E R圖 實(shí)體集之間聯(lián)系屬性的E R圖 1 建立分E R圖劃分實(shí)體和屬性的原則 屬性與其所描述的實(shí)體之間的聯(lián)系只能是一對(duì)多的 屬性本身不能再具有需要描述的性質(zhì)或與其他事物具有聯(lián)系 能作為屬性的盡量作為屬性而不劃分為實(shí)體 以簡(jiǎn)化E R圖 例在一個(gè)簡(jiǎn)單的教學(xué)管理系統(tǒng)中 主要的實(shí)體型是學(xué)生 教師 課程 課外科技小組 在這些實(shí)體型之間有以下幾種聯(lián)系 課程 學(xué)生 聯(lián)系 記為 C S 聯(lián)系 這是多對(duì)多的聯(lián)系 課程 教師 聯(lián)系 記為 C T 聯(lián)系 這也是多對(duì)多的聯(lián)系 學(xué)生 科技小組 聯(lián)系 記為 S R 聯(lián)系 這也是多對(duì)多的聯(lián)系 教師 科技小組 聯(lián)系 記為 T R 聯(lián)系 這是一對(duì)一的聯(lián)系 2 設(shè)計(jì)初步E R圖 屬性域沖突 即同一個(gè)屬性在不同的分E R圖中其值的類型 取值范圍等不一致或者是屬性取值單位不同 命名沖突 即屬性名 實(shí)體名 聯(lián)系名之間有同名異義或異名同義的問(wèn)題存在 結(jié)構(gòu)沖突 這主要表現(xiàn)在同一對(duì)象在不同的應(yīng)用中有不同的抽象 3 設(shè)計(jì)基本E R圖商店管理的初步E R圖商店管理的基本E R圖 3 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟 將概念模型轉(zhuǎn)換成一般的數(shù)據(jù)模型 將一般的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為特定的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型 2 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo) 確定整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)由哪些關(guān)系模式組成 即確定有哪些 表 組成 確定每個(gè)關(guān)系模式由哪些屬性組成 即確定每個(gè) 表 中的字段 確定每個(gè)關(guān)系模式中的關(guān)鍵字屬性 3 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)則 每一個(gè)實(shí)體型轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式 每個(gè)聯(lián)系分別轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式 4 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作 要充分了解和掌握所用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的性