數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)要點

1、North China Electric Power University教案院系：經(jīng)濟管理系教研室：信管教師：數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程教案課程名稱數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課程學(xué)分3課程屬性必修課（V ）專業(yè)選修課（）校定公共選修課（）課程總學(xué) 時48學(xué)時其中：講課：32學(xué)時實驗：16學(xué)時先修課程信息技術(shù)基礎(chǔ)授課專業(yè)、 班級經(jīng)管系工商、信管、經(jīng)濟學(xué)、會計、工程造價各專業(yè)主要教材教材名稱出版社作者出版時間Visual FoxPro 程序設(shè)計教程（第二版）北京郵電大學(xué)出版社劉衛(wèi)國2006教材名稱出版社作者出版時間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（第 三版）高等教育出版社王珊，薩師 煊2006教學(xué)目的 及要求教學(xué)目標：本章主要介

2、紹數(shù)據(jù)庫原理部分，通過課程學(xué)習，要求學(xué)生能夠達到以下 目標：1. 掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念2. 了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展狀況3. 掌握關(guān)系數(shù)據(jù)模型的概念等熟練掌握關(guān)系數(shù)據(jù)模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法。重點難點：本章主要講述數(shù)據(jù)庫原理部分，其中關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為目前數(shù)據(jù)庫的主 流，它的相關(guān)概念和關(guān)系運算以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計是本章的重點和難點部 分。解決方法：對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的概念和關(guān)系運算以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計部分，講解要以具體實例為主，通過具體的二維表來介紹相關(guān)概念和它的具體運算過程。使 學(xué)生有直觀的感受，從而掌握住關(guān)系的概念和運算，為以后的學(xué)習打下基礎(chǔ)。 教學(xué)方法和手段：先演示實例一，讓學(xué)生在課程開始建

3、立總體感性認識。教學(xué)方法：任務(wù)驅(qū)動和啟發(fā)式結(jié)合。手段：多媒體教學(xué)、實例演示、板書 講授學(xué)時：6學(xué)時注：表中（）選項請打“V”第一章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 教學(xué)目的與要求 通過課程學(xué)習， 要求學(xué)生了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展狀況， 掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念， 了解數(shù)據(jù)模型，熟練掌握關(guān)系數(shù)據(jù)模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法。 教學(xué)內(nèi)容 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)生和發(fā)展狀況， 計算機數(shù)據(jù)管理管理方法的四個階段； 數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫系 統(tǒng)的基本概念； 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)； 三種數(shù)據(jù)模型層次模型、 網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型 的概念，關(guān)系模型中的相關(guān)概念；關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法。 教學(xué)重點與難點 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的概念和關(guān)系運算；關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)

4、計方法。現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫已是每一項業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。 數(shù)據(jù)庫被應(yīng)用于維護商業(yè)內(nèi)部記錄， 在萬維網(wǎng)上為 顧客和客戶顯示數(shù)據(jù)， 以及支持很多其它商業(yè)處理。 數(shù)據(jù)庫同樣出現(xiàn)在很多科學(xué)研究的核心 中， 天文學(xué)家、 地理學(xué)家以及其他很多科學(xué)家搜集的數(shù)據(jù)也是用數(shù)據(jù)庫表示的。 數(shù)據(jù)庫也用 在企業(yè)、行政部門。因此，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為當今計算機信息系統(tǒng)的核心技術(shù)，是計算機技 術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)。經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，它已形成了較為完整的理論體系和實用技術(shù)。本章主要介紹數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)涉及的最基本、 最重要的概念， 包括數(shù)據(jù) 管理技術(shù)的發(fā)展、數(shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫設(shè)計。1.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展隨著計算機硬

5、件和軟件的發(fā)展， 計算機數(shù)據(jù)管理方法至今大致經(jīng)歷了四個階段： 人工管 理階段、文件系統(tǒng)階段、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段和高級數(shù)據(jù)庫階段。1.1.1 人工管理階段在人工管理階段（ 20 世紀 50 年代中期以前） ，計算機主要用于科學(xué)計算，其他工作還 沒有展開。外部存儲器只有磁帶、卡片和紙帶等，還沒有磁盤等字節(jié)存取存儲設(shè)備。軟件只 有匯編語言， 沒有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)的軟件， 尚無數(shù)據(jù)管理方面的軟件。 數(shù)據(jù)處理的方式 基本上是批處理。這個階段數(shù)據(jù)管理的特點如下： 數(shù)據(jù)不保存因為該階段計算機主要應(yīng)用于科學(xué)計算， 對于數(shù)據(jù)保存的需求尚不迫切， 只是在計算某 一課題時將數(shù)據(jù)輸入，完成后得到結(jié)果，因此無需保存數(shù)據(jù)。

6、 系統(tǒng)沒有專用的軟件對數(shù)據(jù)進行管理 數(shù)據(jù)需要由應(yīng)用程序自己管理，沒有相應(yīng)的軟件系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)的管理工作。 數(shù)據(jù)不共享數(shù)據(jù)是面向程序的，一組數(shù)據(jù)只能對應(yīng)一個程序。多個應(yīng)用程序涉及某些相同的數(shù)據(jù)時， 也必須各自定義， 因此程序之間有大量的冗余數(shù) 據(jù)。 數(shù)據(jù)不具有獨立性 程序依賴于數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)的類型、格式、或輸入輸出方式等邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā) 生變化，必須對應(yīng)用程序做出相應(yīng)的修改。在人工管理階段，程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可用圖1-1表示。怪11-1人工管理階段1.1.2文件系統(tǒng)階段從20世紀50年代后期到60年代中期，計算機不僅用于科學(xué)計算，還大量應(yīng)用于信息 管理。大量的數(shù)據(jù)存儲、檢索和維護成為緊迫的需

7、求。在硬件方面，有了磁盤、磁鼓等直接 存儲設(shè)備；在軟件方面，出現(xiàn)了高級語言和操作系統(tǒng)，且操作系統(tǒng)中有了專門管理數(shù)據(jù)的軟件，一般稱之為文件系統(tǒng)；在處理方式方面，不僅有批處理，也有聯(lián)機實時處理。用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的特點如下：數(shù)據(jù)以文件形式可長期保存下來由于計算機大量用于數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)需要長期保存在輔存上，以便用戶可隨時對文件進 行查詢、修改和增刪等處理。文件系統(tǒng)可對數(shù)據(jù)的存取進行管理有專門的軟件即文件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理，文件系統(tǒng)把數(shù)據(jù)組織成相互獨立的數(shù)據(jù)文件， 利用“按名訪問，按記錄存取”的管理技術(shù)，對文件進行修改、插入和刪除的操作。因此， 程序員只與文件名打交道，不必明確數(shù)據(jù)的物理存儲，大大減輕了

8、程序員的負擔。文件組織多樣化有順序文件、鏈接文件、索引文件等，因而對文件的記錄可順序訪問，也可隨機訪問，更 便于存儲和查找數(shù)據(jù)。但文件之間相互獨立、缺乏聯(lián)系。數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系要通過程序去構(gòu)造。程序與數(shù)據(jù)之間有一定獨立性由專門的軟件即文件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理，程序和數(shù)據(jù)之間由軟件提供的存取方法進行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲發(fā)生變化不一定影響程序的運行，既可大大節(jié)省維護的工作量，又可減輕程序員的負擔。與人工管理階段相比，文件系統(tǒng)階段對數(shù)據(jù)的管理有了很大的進步，但一些根本性問題仍沒有徹底解決，主要表現(xiàn)在以下三方面：數(shù)據(jù)冗余度大數(shù)據(jù)獨立性差數(shù)據(jù)一致性差由于相同數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲、各自管理，在進行更新操作時，容易造成數(shù)據(jù)的不

9、一致性。在文件系統(tǒng)階段，程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可用圖1-2表示。1.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段20世紀60年代后期，計算機硬件、軟件有了進一步的發(fā)展。 計算機應(yīng)用于管理的規(guī)模更 加龐大，數(shù)據(jù)量急劇增加；硬件方面出現(xiàn)了大容量磁盤，使計算機聯(lián)機存取大量數(shù)據(jù)成為可 能；硬件價格下降，而軟件價格上升，使開發(fā)和維護系統(tǒng)軟件的成本增加。文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 管理方法已無法適應(yīng)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的需要。為解決多用戶、多個應(yīng)用程序共享數(shù)據(jù)的需求， 出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門軟件系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)比文件 系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點，從文件系統(tǒng)到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，標志著數(shù)據(jù)管理技術(shù)的飛躍。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的特點如下：數(shù)

10、據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫與文件系統(tǒng)的根本區(qū)別。有了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)后， 數(shù)據(jù)庫中的任何數(shù)據(jù)都不屬于任何應(yīng)用。數(shù)據(jù)是公共的，結(jié)構(gòu)是全面的。它是在對整個組織的各種應(yīng)用（包括將來可能的應(yīng)用）進行全局考慮后建立起來的總的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是按照某種數(shù)據(jù)模型，將全組織的各種數(shù)據(jù)組織到一個結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫 中，整個組織的數(shù)據(jù)不是一盤散沙，可表示出數(shù)據(jù)之間的有機關(guān)聯(lián)。【例1.2】要建立學(xué)生成績管理系統(tǒng)， 系統(tǒng)包含學(xué)生（學(xué)號、姓名、性別、系別、年齡）、 課程（課程號、課程名）、成績（學(xué)號、課程號、成績）等數(shù)據(jù)，分別對應(yīng)三個文件。若采用文件處理方式，因為文件系統(tǒng)只表示記錄內(nèi)部的聯(lián)系，而不涉及不同文件記錄之間的聯(lián)系，要想

11、查找某個學(xué)生的學(xué)號、姓名、所選課程的名稱和成績，必須編寫一段不很簡 單的程序來實現(xiàn)。而采用數(shù)據(jù)庫方式， 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不僅描述數(shù)據(jù)本身，還描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，上述查詢可以非常容易地聯(lián)機查到。數(shù)據(jù)共享性高、冗余少，易擴充數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從全局角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個應(yīng)用程序而是面向整個系 統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個用戶、多個應(yīng)用共享使用。這樣便減少了不必要的數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約 存儲空間，同時也避免了數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。由于數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，不僅可被多個應(yīng)用共享使用，而且容易增加 新的應(yīng)用，這就使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)彈性大，易于擴充，可以適應(yīng)各種用戶的要求。數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)的獨立性是指

12、數(shù)據(jù)的邏輯獨立性和數(shù)據(jù)的物理獨立性。數(shù)據(jù)的邏輯獨立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨立的，即當數(shù)據(jù)的總體邏輯結(jié)構(gòu)改變時，數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)不變，由于應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu) 編寫的，所以應(yīng)用程序不必須修改，從而保證了數(shù)據(jù)與程序間的邏輯獨立性。例如，在原有的記錄類型之間增加新的聯(lián)系，或在某些記錄類型中增加新的數(shù)據(jù)項，均可確保數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。數(shù)據(jù)的物理獨立性是指用戶的應(yīng)用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨立的， 即當數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)改變時，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)不變，從而應(yīng)用程序也不必改變。例如，改變存儲設(shè)備和增加新的存儲設(shè)備，或改變數(shù)據(jù)的存儲組織方式，均可確保數(shù)據(jù)的物理獨立性。

13、有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能數(shù)據(jù)庫為多個用戶和應(yīng)用程序所共享， 對數(shù)據(jù)的存取往往是并發(fā)的，即多個用戶可以同 時存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)， 甚至可以同時存取數(shù)據(jù)庫中的同一個數(shù)據(jù)，為確保數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的正確有效和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的有效運行，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供下述四方面的數(shù)據(jù)控制功能。 數(shù)據(jù)的安全性(security )控制數(shù)據(jù)的安全性是指保護數(shù)據(jù)以防止不合法使用數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)的泄露和破壞，保證數(shù)據(jù)的安全和機密。使每個用戶只能按規(guī)定，對某些數(shù)據(jù)以某些方式進行使用和處理。例如，系統(tǒng)提供口令檢查或其他手段來驗證用戶身份，防止非法用戶使用系統(tǒng)；也可以對數(shù)據(jù)的存取權(quán)限進行限制，只有通過檢查后才能執(zhí)行相應(yīng)的操作。 數(shù)據(jù)的完整性(int

14、egrity)控制數(shù)據(jù)的完整性是指系統(tǒng)通過設(shè)置一些完整性規(guī)則以確保數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容 性。完整性控制將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。有效性是指數(shù)據(jù)是否在其定義的有效范圍，如月份只能用1-12之間的正整數(shù)表示；正確性是指數(shù)據(jù)的合法性，如年齡屬于數(shù)值型數(shù)據(jù)，只能含0,1,9,不能含字母或特殊符號；相容性是指表示同一事實的兩個數(shù)據(jù)應(yīng)相同，否則就不相容，如一個人不能有兩個性別。 并發(fā)(concurrency )控制多用戶同時存取或修改數(shù)據(jù)庫時，可能會發(fā)生相互干擾而提供給用戶不正確的數(shù)據(jù)，并使數(shù)據(jù)庫的完整性受到破壞，因此必須對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)。 數(shù)據(jù)恢復(fù)(r

15、ecovery )計算機系統(tǒng)出現(xiàn)各種故障是很正常的，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)被破壞、被丟失也是可能的。當數(shù)據(jù)庫被破壞或數(shù)據(jù)不可靠時，系統(tǒng)有能力將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到最近某一時刻的正確狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段，程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可用圖1-3表示。圖1-3數(shù)據(jù)庫縈統(tǒng)階段從文件系統(tǒng)管理發(fā)展到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理是信息處理領(lǐng)域的一個重大變化。在文件系統(tǒng)階段，人們關(guān)注的是系統(tǒng)功能的設(shè)計，因此程序設(shè)計處于主導(dǎo)地位，數(shù)據(jù)服從于程序設(shè)計；而在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計成為信息系統(tǒng)首先關(guān)心的問題。數(shù)據(jù)庫技術(shù)經(jīng)歷了以上三個階段的發(fā)展，已有了比較成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，但隨著計算機軟硬件的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)仍需不斷向前發(fā)展。1.1.4

16、 高級數(shù)據(jù)庫階段20 世紀 70 年代，層次、網(wǎng)狀、關(guān)系等三大數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)奠定了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的概念、原理 和方法。 從 20 世紀 80 年代以來， 數(shù)據(jù)庫技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域的巨大成功刺激了其他領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù) 庫技術(shù)需求的迅速增長。 這些新的領(lǐng)域為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開辟了新的天地， 另一方面在應(yīng)用中提 出的一些新的數(shù)據(jù)管理的需求也直接推動了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和發(fā)展， 尤其是面向?qū)?shù)據(jù)庫 系統(tǒng)。另外，數(shù)據(jù)庫技術(shù)不斷與其它計算機分支結(jié)合，向高一級的數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展。新型的 數(shù)據(jù)庫技術(shù)有1）分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)3）多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)4）數(shù)據(jù)倉庫1.2 數(shù)據(jù)庫的基本概念在介紹數(shù)據(jù)庫的基本概念之前，先介紹一些數(shù)

17、據(jù)庫最常用的術(shù)語和基本概念。1.2.1 數(shù)據(jù) （Data）數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像等。 用數(shù)據(jù)描述的現(xiàn)實世界中的對象可以是實在的事物， 如描述一個學(xué)生的情況可用學(xué)號、 姓名、 性別、年齡、系別、入學(xué)時間等， 則可以這樣描述： （ 0801002、張明、男、 22、經(jīng)濟管理系、 2008）這里的學(xué)生記錄就是數(shù)據(jù)。 對于這條記錄， 了解其含義的將得到如下信息： 趙文是個大 學(xué)生， 男，今年 22 歲， 2003年考入計算機系； 而不了解含義的人則無法理解其含義。 可見， 數(shù)據(jù)的形式本身還不能完全表達其內(nèi)容， 需要經(jīng)過語義解釋。 因此數(shù)據(jù)和關(guān)于數(shù)據(jù)的解釋是 不可分的， 數(shù)據(jù)的解釋是對數(shù)據(jù)含義的說

18、明， 數(shù)據(jù)的含義成為數(shù)據(jù)的語義， 數(shù)據(jù)與其語義是 不可分的。1.2.2 數(shù)據(jù)庫 （DataBase ，簡稱 DB）數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內(nèi)有組織的共享的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù) 據(jù)模型組織、描述和儲存。它可以供用戶共享，具有盡可能小的冗余度和較高的數(shù)據(jù)獨立性， 使得數(shù)據(jù)存儲最優(yōu)，數(shù)據(jù)最容易操作，并且具有完善的自我保護能力和數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。數(shù)據(jù)庫特點如下： 集成性把某特定應(yīng)用環(huán)境中的各種應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系全部地集中地并按照 一定的結(jié)構(gòu)形式進行存儲， 或者說， 把數(shù)據(jù)庫看成為若干個單個性質(zhì)不同的數(shù)據(jù)文件的聯(lián)合 和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)整體。 共享性數(shù)據(jù)庫中的一塊塊數(shù)據(jù)可為多個不同的用

19、戶所共享， 即多個不同的用戶， 使用多種不同 的語言，為了不同的應(yīng)用目的，而同時存取數(shù)據(jù)庫，甚至同時存取同一塊數(shù)據(jù)，即多用戶系 統(tǒng)。1.2.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DataBase Management System ，簡稱 DBMS)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核 心組成部分，用戶在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一切操作，包括數(shù)據(jù)定義、查詢、更新及各種控制，都 是通過DBM進行的。DBM蹴是實現(xiàn)把用戶意義下的抽象的邏輯數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換成計算機中的具 體的物理數(shù)據(jù)的處理軟件，這給用戶帶來很大的方便。它的主要功能有以下幾個方面： 數(shù)據(jù)定義DBM醍供數(shù)據(jù)定義語言 DDL(

20、Data Define Language )，用戶通過它可以方面地對數(shù)據(jù) 庫中的數(shù)據(jù)對象進行定義。 例如，為保證數(shù)據(jù)庫安全而定義的用戶口令和存取權(quán)限， 為保證 正確語義而定義完整性規(guī)則。 數(shù)據(jù)操縱DBMS提供數(shù)據(jù)操縱語言 DML(Data Manipulation Language)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作， 包括檢索、插入、修改、刪除等。SQL語言就是DML的一種。 數(shù)據(jù)庫運行管理數(shù)據(jù)庫在建立、運行和維護時由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制。DBMS通過對數(shù)據(jù)的安全性控制、 數(shù)據(jù)的完整性控制、 多用戶環(huán)境下的并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)， 來確保 數(shù)據(jù)正確有效和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運行。 數(shù)據(jù)庫的建立

21、和維護功能它包括數(shù)據(jù)庫的初始數(shù)據(jù)的裝入，轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲、恢復(fù)、重組織，系統(tǒng)性能 監(jiān)視、分析等功能。這些功能通常是由一些實用程序完成的。 數(shù)據(jù)通信DBM醍供與其他軟件系統(tǒng)進行通信的功能。實現(xiàn)用戶程序與DBMS間的通信，通常與操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成。1.2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) (DataBase System ，簡稱 DBS)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)， 一般由數(shù)據(jù)庫、 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (及其開發(fā)工具) 、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成(見圖 1-5)。1.2.5圖1-5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶(User)用戶是指使用數(shù)據(jù)庫的人，即對數(shù)據(jù)庫的存儲、維護和檢索等操作。用戶大致可分為終 端用

22、戶、應(yīng)用程序員和數(shù)據(jù)庫管理員。1.最終用戶(End User)主要是使用數(shù)據(jù)庫的各級管理人員、工程技術(shù)人員、科研人員，一般為非計算機專業(yè)人員。2. 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人員(Applicati on Programmer )負責為終端用戶設(shè)計和編制應(yīng)用程序，以便終端用戶對數(shù)據(jù)庫進行存取操作。3. 數(shù)據(jù)庫管理員(DadaBase Administrator ，簡稱 DBA)DBA是數(shù)據(jù)庫所屬單位的代表。一個單位決定開發(fā)一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時，首先就應(yīng)確定DBA的人選。DBA不僅應(yīng)當熟悉系統(tǒng)軟件，還應(yīng)熟悉本單位的業(yè)務(wù)工作。DBA應(yīng)自始至終參加整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地研制開發(fā)工作，開發(fā)成功后，DBA將全面負責數(shù)據(jù)庫

23、系統(tǒng)的“管理、維護和正常使用的”。其職責如下：參與數(shù)據(jù)庫設(shè)計的全過程，決定數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容；定義數(shù)據(jù)的安全性和完整性，負責分配用戶對數(shù)據(jù)庫的使用權(quán)限和口令管理；監(jiān)督控制數(shù)據(jù)庫的使用和運行，改進和重新構(gòu)造數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。當數(shù)據(jù)庫受到破壞時， 應(yīng)負責恢復(fù)數(shù)據(jù)庫；當數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)需要改變時，完成對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的修改。因此，DBA不僅要有較高的技術(shù)專長和較深的資歷，并應(yīng)具有了解和闡明管理要求的能 力。特別對于大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，DBA極為重要。對于常見的微機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通常只有一個用戶，常常不設(shè) DBA DBA的職責由應(yīng)用程序員或終端用戶代替。1.2.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成用戶管理員用DBMS數(shù)據(jù)庫圖1-6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

24、組成示意圖1.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型(Data Model)是專門用來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中 的數(shù)據(jù)和信息的工具。計算機系統(tǒng)是不能直接處理現(xiàn)實世界的，現(xiàn)實世界只有數(shù)據(jù)化 后，才能由計算機系統(tǒng)來處理這些代表現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)。為了把現(xiàn)實世界的具體事物及事物之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換成計算機能夠處理的數(shù)據(jù)，必須用某種數(shù)據(jù)模型來抽象和描述這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。通俗地講，數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實世界的模擬。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求：一是能比較真實地模擬現(xiàn)實世界； 二是容易理解；三是易在計算機上實現(xiàn)。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中針對不同的 使用對象和應(yīng)用目的，采用不同的數(shù)據(jù)模型。根據(jù)模型應(yīng)用的不同，可將模型分為兩類。第一類模型

25、是概念模型， 也稱信息模型，它是一種獨立于計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，完全不涉及信息在計算機中的表示，只是用來描述某個特定組織所關(guān)心的信息結(jié)構(gòu)。概念模型是按用戶的觀點對數(shù)據(jù)和信息建模，強調(diào)其語義表達能力，概念應(yīng)該簡單、清晰、易于用戶理解，它是對現(xiàn)實世界的第一層抽象，是用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間進行交流的工具。這一類模型中最著名的是“實體聯(lián)系模型”。第二類模型是數(shù)據(jù)模型，主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，它是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模， 是直接面向數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，是對現(xiàn)實世界的第二層抽象。這類模型直接與DNMS有關(guān)，稱為“邏輯數(shù)據(jù)模型”，一般又稱為“結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型”。這類模型有嚴 格的形式化定義

26、，以便于在計算機系統(tǒng)中實現(xiàn)。它通常有一組嚴格定義的無二義性語法和語 義的數(shù)據(jù)庫語言，人們可以用這種語言來定義、操縱數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。各種機器上實現(xiàn)的DBMS軟件都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。1.3.1 概念模型由圖 1-6 可以看出，概念模型實質(zhì)上是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次。1.概念模型中的基本概念概念模型涉及的概念主要有實體（entity） 實體是一個數(shù)據(jù)對象，指應(yīng)用中可以區(qū)別的客觀存在的事物。實體既可以是實際存在的 對象，也可以是某種概念。如一個工人、一個學(xué)生、一個學(xué)校、一個操作流程等都是實體。屬性（attribute）實體所具有的某一特性成為屬性。 一個

27、實體可以由若干個屬性來描述。 如職工實體由職 工號、姓名、性別、年齡、職稱、部門等屬性組成，則（1010，陳平，男， 34，工程師， 02）這組屬性值就構(gòu)成了一個具體的職工實體。實體集（entity set）所有屬性名完全相同的同類實體的集合， 稱為實體集。 如全體職工就是一個實體集， 為 了區(qū)分實體集，每個實體集都有一個名稱，即實體名。職工實體指的是名為職工的實體集， 而 （1010，陳平，男， 34，工程師， 02）是該實體集中的一個實體，同一實體集中沒有完全相 同的兩實體。碼（Key） 能惟一標識實體的屬性或?qū)傩约?，稱為碼，有時也稱為實體標識符，或簡稱為鍵。如職 工實體中的職工號屬性。（

28、5）域（Domain） 屬性的取值范圍稱為該屬性的域（值域） ，如“職工性別”的屬性域為 男，女 。實體型（Entity Type ）實體集的名及其所有屬性名的集合， 稱為實體型。 如職工（職工號、 姓名、性別、年齡、 職稱、部門）就是職工實體集的實體型。實體型抽象地刻畫了所有同集實體，在不引起混淆 的情況下，實體型往往簡稱為實體。2概念模型中實體的聯(lián)系（Relationship）在現(xiàn)實世界中， 事物內(nèi)部以及事物之間是有聯(lián)系的， 這些聯(lián)系在信息世界中反映為實體 （型）內(nèi)部的聯(lián)系和實體（型）之間的聯(lián)系。實體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實體的各屬性之 間的聯(lián)系，實體之間的聯(lián)系通常是指不同實體集之間的聯(lián)系

29、。兩個實體集之間的聯(lián)系可歸納為以下三類： 一對一聯(lián)系 （1:1）如果對于實體集E1中的每個實體，實體集E2至多有一個（也可沒有）實體與之聯(lián)系，反之亦然，那么實體集E1和E2的聯(lián)系稱為一對一聯(lián)系”記為1:1”（見圖1-7所示）。實體集E1 實體集E2圖1-7兩個實體集之間的聯(lián)系（1:1）一對多聯(lián)系（1:n）如果實體集E1中每個實體可以與實體集E2中任意個（零個或多個）實體間有聯(lián)系,而E2中每個實體至多和 E1中一個實體有聯(lián)系，那么稱 E1對E2的聯(lián)系是一對多聯(lián)系 記為“1n”見圖1-8所示）。實體集E1實體集E2圖1-8兩個實體集之間的聯(lián)系（1: n）多對多聯(lián)系（m:n）如果實體集E1中每個實體

30、可以與實體集E2中任意個（零個或多個）實體有聯(lián)系，反之亦然，那么稱 E1和E2的聯(lián)系是 多對多聯(lián)系”記為m:n ”（見圖1-9所示）。實體集E1實體集E2圖1-9 兩個實體集之間的聯(lián)系（m: n）3 概念模型的表示方法概念模型是對信息世界建模，因此概念模型應(yīng)能方便、準確地描述信息世界中的常用概念。概念模型的表示方法很多，其中廣泛被采用的是實體聯(lián)系模型（En tity Relatio nshipModel)。它是由Peter Chen于1976年在題為“實體聯(lián)系模型：將來的數(shù)據(jù)視圖”論文中提 出的，簡稱為E-R模型。E-R模型的要素E-R 模型的主要的元素是：實體集、屬性、聯(lián)系集，其表示方法如下

31、： 實體用方框表示，方框內(nèi)注明實體的命名。實體名常用大寫字母開頭的有具體意義的英文名詞表示。然而，為了便于用戶與軟件開發(fā)人員的交流，在需求分析階段建議用中文表示，在設(shè)計階段在根據(jù)需要轉(zhuǎn)成英文形式。下面的聯(lián)系名和屬性名也采用這種方式。 屬性用橢圓形框表示，框內(nèi)寫上屬性名，并用無向連線與其實體集相連，加下畫線 的屬性為標識符。 聯(lián)系用菱形框表示，并用線段將其與相關(guān)的實體連接起來，并在連線上標明聯(lián)系的 類型，即1:1、1:n、m:n。聯(lián)系也會有屬性，用于描述聯(lián)系的特征，如酬金等。因此，E-R模型也稱為E-R圖。E-R圖(E-R diagram)是用來描述實體集、屬性和聯(lián)系的 圖形。圖中每種元素都用結(jié)

32、點表示。用實線來連接實體集與它的屬性以及聯(lián)系與它的實體集?！纠?.4圖1-10是一個E-R圖，表示一個簡單的電影數(shù)據(jù)庫。實體集是電影、影星和制片公司。電影實體集有三個屬性：電影名、電影制作日期、片長。另外兩個實體集影星和制片公司正好有兩個相同的屬性：名稱和地址。圖中還有兩個聯(lián)系：?簽約是電影及其影星的聯(lián)系。因此這也是影星及其參演電影的聯(lián)系。?擁有是電影及其所屬電影公司的聯(lián)系。電影圖1-10電影數(shù)據(jù)庫的實體聯(lián)系圖建立E-R圖建立E-R圖的步驟： 確定實體和實體的屬性； 確定實體和實體之間的聯(lián)系及聯(lián)系的類型; 給實體和聯(lián)系加上屬性。1.3.2數(shù)據(jù)模型1.數(shù)據(jù)模型的組成要素數(shù)據(jù)庫模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核

33、心和基礎(chǔ)，任何DBMS都支持一種數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型是嚴格定義的一組概念的集合，它描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)特性和完整性約束條件。因 此，數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分組成。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 任何一種數(shù)據(jù)模型都規(guī)定了一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 即信息世界中的實體和實體之間聯(lián)系的表示 方法。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特性，是數(shù)據(jù)模型本質(zhì)的內(nèi)容。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合。 這些對象是數(shù)據(jù)庫的組成成分， 它包括兩類， 一 類是與數(shù)據(jù)類型、 內(nèi)容、 性質(zhì)有關(guān)的對象， 如網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)項、 記錄，關(guān)系模型中的域、 屬性、關(guān)系等；一類是與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象，如網(wǎng)狀模型中的系型(Set Type

34、)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是刻畫一個數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面。 因此在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中， 通常按照其數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型。 如層次結(jié)構(gòu)、 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和關(guān)系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型分別命名為層 次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。 數(shù)據(jù)操作 數(shù)據(jù)操作是對數(shù)據(jù)庫中各種對象(型)的實例(值)允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作 及有關(guān)的操作規(guī)則。 數(shù)據(jù)操作描述了系統(tǒng)的動態(tài)特性。 對數(shù)據(jù)庫的操作主要有數(shù)據(jù)維護和數(shù) 據(jù)檢索兩大類，這是任何數(shù)據(jù)模型都必須規(guī)定的操作，包括操作符、含義、規(guī)則等。 數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。 完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián) 系所具有的制約和依存規(guī)則， 用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)

35、庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化， 以保證 數(shù)據(jù)的正確、相容和有效。2. 最常用的數(shù)據(jù)模型目前，數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中最常用的數(shù)據(jù)模型有四種，它們是：層次模型 (Hierarchical Model)網(wǎng)狀模型 (Network Model)關(guān)系模型 (Relational Model)面向?qū)ο竽Ｐ?(Object Oriented Model) 其中，前兩類模型稱為非關(guān)系模型。非關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在 20 世紀 70 年代至 80 年代初非常流行， 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)品中占據(jù)了主導(dǎo)地位， 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的初期起了重要的作 用。在關(guān)系模型發(fā)展后，非關(guān)系模型迅速衰退。在我國，早就不見非關(guān)系模型；但在美國等 一些國家里， 由

36、于早期開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)實際與層次數(shù)據(jù)庫或網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的， 因此目前仍 有層次數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在繼續(xù)使用。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫是近年才出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型， 是目前數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究方向， 本書在第八 章中介紹。關(guān)系模型是目前使用最廣泛的數(shù)據(jù)模型，占據(jù)數(shù)據(jù)庫的主導(dǎo)地位。1.3.3 層次模型層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型， 典型的層次模型系統(tǒng)是美國 IBM 公司于 1968 年推出的 IMS(Information Management System) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在 20 世紀 70 年代在商業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)實世界中， 有許多事物是按層次組織起來的， 如一個系由若干個專業(yè)和教

37、研室， 一 個專業(yè)有若干個班級， 一個班級有若干個學(xué)生， 一個教研室有若干個教師。 其數(shù)據(jù)庫模型如 圖 1-11 所示。層次模型用一棵“有向樹”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示各類實體以及實體間的聯(lián)系。 在樹中，每個結(jié)點表示一個記錄類型，結(jié)點間的連線(或邊)表示記錄類型間的關(guān)系，每個記錄類型可包含若干個字段， 記錄類型描述的是實體， 字段描述實體的屬性， 各個記錄類型 及其字段都必須命名。圖1-11層次模型查詢子女結(jié)點必須通過雙親結(jié)點。 由于結(jié)構(gòu)嚴密，層次命令趨于程序化。1.3.4網(wǎng)狀模型現(xiàn)實世界中事物之間的聯(lián)系更多的是非層次關(guān)系的，用層次模型表示這種關(guān)系很不直 觀，網(wǎng)狀模型克服了這一弊病，可以清晰的表示這種

38、非層次關(guān)系。網(wǎng)狀模型取消了層次模型的兩個限制，在層次模型中，若一個結(jié)點可以有一個以上的父結(jié)點，就得到網(wǎng)狀模型。用有向圖結(jié)構(gòu)表示實體類型及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型成為網(wǎng)狀模型 (Network Model)。1969年，CODAS 丫組織提出DBTG報告中的數(shù)據(jù)模型是網(wǎng)狀模型的主要代 表。圖1-12學(xué)校網(wǎng)狀模型1.3.5關(guān)系模型關(guān)系模型是目前最常用的一種數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。1970年，美國IBM公司的研究員E.F.Codd首次提出了數(shù)據(jù)系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)模型，標志著數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)新時代的來臨， 開創(chuàng)了數(shù)據(jù)庫關(guān)系方法和關(guān)系數(shù)據(jù)理論的研究，為數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。由于 E

39、.F.Codd的杰出工作，他于 1981年榮獲ACM圖靈獎。1980年后，各種關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的產(chǎn)品迅速出現(xiàn)，如Oracle、Ingress、Sybase、Informix等，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)治了數(shù)據(jù)庫市場，數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴大。與層次模型和網(wǎng)狀模型相比，關(guān)系模型的概念簡單、清晰，并且具有嚴格的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)， 形成了關(guān)系數(shù)據(jù)理論，操作也直觀、容易，因此易學(xué)易用。無論是數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和建立，還 是數(shù)據(jù)庫的使用和維護，都比非關(guān)系模型時代簡便得多。與其他的數(shù)據(jù)模型相同，關(guān)系模型也是由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分組成。1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在關(guān)系模型中，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是關(guān)系。 關(guān)系可形象地用二維表表示

40、，它由行和列組成?，F(xiàn)以職工表（圖1-13所示）為例，介紹關(guān)系模型中的一些術(shù)語。員工編號姓名年齡性別部門號430425王天喜25男Deno1430430莫玉27女Deno2430211肖劍峰33男Deno3430121楊瓊英23女Deno2430248趙繼平41男Deno3圖1-13關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系（Relation）: 個關(guān)系可用一個表來表示，常稱為表，如圖1-13中的這張職工表。每個關(guān)系（表）都有與其它關(guān)系（表）不同的名稱。元組（Tuple）:表中的一行數(shù)據(jù)總稱為一個元組。一個元組即為一個實體的所有屬性值的總稱。一個關(guān)系中不能有兩個完全相同的元組。屬性（Attribute）:表中的每一

41、列即為一個屬性。每個屬性都有一個屬性名， 在每一列的首行現(xiàn)實。一個關(guān)系中不能有兩個同名屬性。如圖1-13的表有五列，對應(yīng)五個屬性（員工編號，姓名，年齡，性別，部門號）。域（Domain）: 一個屬性的取值范圍就是該屬性的域。如職工的年齡屬性域為2位整數(shù)（18-70），性別的域為（男，女）等。分量（Component）: 個元組在一個屬性上的值稱為該元組在此屬性上的 分量。主碼（Key）:表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組，如圖1-19中的職工編號，可以唯一確定一個職工，也就成為本關(guān)系的主碼。關(guān)系模式：一個關(guān)系的關(guān)系名及其全部屬性名的集合簡稱為該關(guān)系的關(guān)系模式。一般表示為：關(guān)系名（屬性 1

42、，屬性2,，屬性n）如上面的關(guān)系可描述為：職工（員工編號，性命，年齡，性別，部門號）關(guān)系模式描述了一個關(guān)系的結(jié)構(gòu)；關(guān)系是元組的集合，是某一時刻關(guān)系模式的狀態(tài)或內(nèi)容。因此，關(guān)系模式是穩(wěn)定的、靜態(tài)的，而關(guān)系則是隨時間變化的、動態(tài)的。關(guān)系是關(guān)系模 型中最基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。關(guān)系既用來表示實體，如上面的職工表，也用來表示實體間的關(guān)系, 如學(xué)生與課程之間的聯(lián)系可以描述為:選修（學(xué)號，課程號，成績）關(guān)系模型要求關(guān)系必須是規(guī)范化的,即要求關(guān)系必須滿足一定的規(guī)范條件，這些規(guī)范條工資級別工資基本工資工齡職務(wù)111111111111關(guān)系中的每一列都必須是 不可分的基本數(shù)據(jù)項，即 不允許表中還有表，圖1-14的情況是不

43、允許的。圖1-14 表中有表件是在一個關(guān)系中，屬性間的順序、元組間的順序是無關(guān)緊要的。2. 數(shù)據(jù)操作關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操作主要包括查詢、插入、刪除和修改數(shù)據(jù)。它的特點在于：操作對象和操作結(jié)果都是關(guān)系，即關(guān)系模型中的操作是集合操作。它是若干元組的集合，而不像非關(guān)系模型中那樣是單記錄的操作方式。關(guān)系模型中，存取路徑對用戶是隱藏的。用戶只要指出“干什么”或“找什么”，不必詳細說明“怎么干”或“怎么找”，從而方便了用戶，提高了數(shù)據(jù)的獨立性。3. 完整性約束完整性約束是一組完整的數(shù)據(jù)約束規(guī)則，它規(guī)定了數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)必須符合的條件， 對數(shù)據(jù)作任何操作時都必須保證制。關(guān)系的完整性約束條件包括三大類：實體完整性

44、、參照完整性和用戶定義的完整性。其具體含義在后面介紹。4. 關(guān)系運算1傳統(tǒng)的集合運算傳統(tǒng)的集合運算是二目運算，包括并、交、差、乘積四種運算并設(shè)關(guān)系R和S是同一關(guān)系模式下的關(guān)系，則R和S的并是由屬于R或?qū)儆赟的元組組成的集合。記作R U S二 t | t R t S如果R和S有重復(fù)的元組，則只保留一個?！纠?.5】關(guān)系R和S如圖1-15 (a)、(b)所示，貝U R和S的并運算RUS如圖1-15(c) 所示。差設(shè)關(guān)系R和S是同一關(guān)系模式下的關(guān)系，則R和S的差是由屬于 R但不屬于S的元組組成的集合。記作R S 二t|t R r' S【例1.6】關(guān)系R和S如圖1-15 (a)、(b)所示，貝

45、U R和S的差運算R S如圖1-15(d) 、所示。交 設(shè)關(guān)系R和S是同一關(guān)系模式下的關(guān)系，則R和S的交是由屬于R又屬于S的元組組成的集合。記作R“S =t |t R t S【例1.7】關(guān)系R和S如圖1-15 (a)、(b)所示，貝U R和S的交運算R|S如圖1-15(e) 所示。交和差運算之間存在如下關(guān)系：RD S二R_( R_ b二S4 S_ )R乘積設(shè)關(guān)系R有m個屬性、i個元組；關(guān)系S有n個屬性、j個元組，則關(guān)系 R和S的乘積 是個有(m+n)個屬性的元組集合。每個元組的前 r個分量來自關(guān)系 R的一個元組，后 s個分 量來自S的一個元組，且元組的數(shù)目有 i xj個。乘積運算又叫廣義笛卡爾

46、積。記作R S 二t|t =：tm,tn tm R tn S 雖然在表示上，我們把關(guān)系 R的屬性放在前面，把關(guān)系 S的屬性放在后面，連接成 一個有序結(jié)構(gòu)的元組，但在實際的關(guān)系操作中，屬性間的前后交換次序是無關(guān)的。 做乘積運算時，可從 R的第一個元組開始，一次與 S的每一個元組組合，然后，對R的下一個元組進行同樣的操作，直至R的最后一個元組也進行完同樣的操作為止，即可得到Rx S的全部元組。R和S的乘積運算R S如圖1-15 乘積運算得出的新關(guān)系將數(shù)據(jù)庫的多個孤立的關(guān)系表聯(lián)系在一起了。這樣就使關(guān)系 數(shù)據(jù)庫中獨立的關(guān)系有了溝通的橋梁?！纠?.8】關(guān)系R和S如圖1-15 (a)、(b)所示，則(f)

47、 所示。ABCb2db3bc2dd3b(a) RABca3cb2de5f(b) S1R.AR.BR.CS.AS.BS.Cb2da3cb2db2db2de5fb3ba3cb3bb2db31be5fc2da3cc2db2dc2Jde5Ifd3ba3cd3bb2dd3be5f(f) R x SABCb2db3bc2dd3ba3ce5f(c) R U SABCb3bd3b(d) R - SABCb2d(e) R n S圖1-15關(guān)系R、S及它們的傳統(tǒng)集合運算2. 專門的關(guān)系運算在關(guān)系的運算中，由于關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特殊性，在關(guān)系代數(shù)中除了需要一般的集合運算外，還需要一些專門的關(guān)系運算包括：選擇、投影、連接

48、等。選擇選擇運算是在關(guān)系 R中選擇滿足條件 F的所有元組組成的一個關(guān)系。記作二 F (R)二t 11 R F (t)二true其中，F(xiàn)表示選擇條件，它是一個邏輯表達式，取值為“true”或“ false”。邏輯表達式F的基本形式為：X£YWx2日YJIHB表示比較運算符，它可以是、v、w、=和工。X,Yi等是屬性名或簡單函數(shù)。屬性名也可以用它在關(guān)系中從左到右的序號來代替。表示邏輯運算符，它可以是 -、。表示任選項，即中的部分可以要也可以不要，表示上述格式可以重復(fù)下去。選擇運算是單目運算符，即運算的對象僅有一個關(guān)系。選擇運算不會改變參與運算關(guān)系的關(guān)系模式，它只是根據(jù)給定的條件從所給的關(guān)

49、系中找出符合條件的元組。實際上，選擇是從行的角度進行的水平運算，是一種將大關(guān)系分割為較小關(guān)系的工具?！纠?.91設(shè)關(guān)系R和S如圖1-15( a)、( b)所示，計算二A=b' B：3(R)或匚丄b'：3(R)的結(jié)果如圖1-16 ( a)所示，；十3 c=c(S)或二3 3=p(S)的結(jié)果如圖1-16 (b)所示。ABCb2d(a)A 三b' B ：3 ( R)圖1-16選擇投影投影運算是從一個關(guān)系中，選取某些屬性(列)，并對這些屬性重新排列，最后從得出的結(jié)果中刪除重復(fù)的行，從而得到一個新的關(guān)系。設(shè)R是n元關(guān)系，R在其分量Ai1, Ai2，Am (mW n; i1 , i

50、2，im為1到m之間 的整數(shù)，可不連續(xù))上的投影操作定義為：i1,i2,|i,im - t | - : ti1 ,t i2 J I Iti:如川,t i1,t i2 I I 11 m , I 11nR即取出所有兀組在特定分量 Ai1, Ai2，Aim上的值。可以改變關(guān)系中列的順投影操作也是單目運算， 它是從列的角度進行的垂直分解運算, 序，與選擇一樣也是一種分割關(guān)系的工具?！纠?.101設(shè)關(guān)系R和S如圖1-15 (a)、( b)所示，計算兀a,c(R)和兀c,b(S)的結(jié)果如圖1-17 (玄)和(b)所示。ACbdbbcddb(a)二ac(R)連接0連接。連接是從兩個關(guān)系的廣義笛卡爾積中選取屬

51、性間滿足一定條件的元組。連接又稱 記作:R仆t|t=：tr,tsI R ts S trA"tsB - ；a予(R S)其中，A和B分別是R和S上個數(shù)相等且可比的屬性組 (名稱可不相同)。A 0 B作為比較公式F, F的一般形式為Fi A F2 A-A Fn,每個Fi是形為trts Bj 的公式。對于連接條件的重要 限制是條件表達式中所包含的對應(yīng)屬性必須來自同一個屬性域，否則是非法的，即屬性得來性 必須相同。若R有m個元組，此運算就是用R的第p個元組的A屬性集的各個值與S的B屬性集從頭 至尾依次作0比較。每當滿足這一比較運算時，就把S中該屬性值的元組接在 R的第p個元組的右邊，構(gòu)成新關(guān)

52、系的一個元組。反之，當不滿足這一比較運算時就繼續(xù)作S關(guān)系B屬性集的下一次比較。這樣，當p從1遍歷到m時，就得到了新關(guān)系的全部元組。新關(guān)系的屬性集取名 方法同乘積運算一樣?！纠?.111設(shè)關(guān)系R和S如圖1-15( a)、( b)所示，計算R><S的結(jié)果如圖1-18所示。圖 1-18 R SB :B1.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足用戶的應(yīng)用需求。1.4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計的方法數(shù)據(jù)庫設(shè)計屬于方法學(xué)的范疇，是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用研究的主要領(lǐng)域，不同的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法，采用不同的設(shè)計步驟。在軟件工程之前，主要采用手工試湊法。

53、由于信息結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用環(huán) 境多樣，這種方法主要憑借設(shè)計人員的經(jīng)驗和水平，數(shù)據(jù)庫設(shè)計是一種技藝而不是工程技術(shù)，缺乏科學(xué)理論和工程方法，工程的質(zhì)量難以保證，數(shù)據(jù)庫很難最優(yōu)，數(shù)據(jù)庫運行一段時間后 各種各樣的問題會漸漸的暴露出來，增加了系統(tǒng)維護工作量。如果系統(tǒng)的擴充性不好，經(jīng)過一段時間運行后，要重新設(shè)計。為了改進手工試湊法， 人們運用軟件工程的思想和方法，使設(shè)計過程工程化，提出了各種設(shè)計準則和規(guī)程，形成了一些規(guī)范化設(shè)計方法。其中比較著名的有新奧爾良方法(NewOrleans)，他將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為需求分析、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)計四 個階段。其后有S.B.Yao的五步驟方法。還有Bark

54、er方法，Barker是著名數(shù)據(jù)庫廠商 Oracle 的數(shù)據(jù)庫設(shè)計產(chǎn)品 Oracle Designer主要設(shè)計師，其方法在Oracle Designer中運用和實施。 各種規(guī)范化設(shè)計方法基于過程迭代和逐步求精的設(shè)計思想，只是在細致的程度上有差別，導(dǎo)致設(shè)計步驟的不同。隨著數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具的出現(xiàn)，產(chǎn)生了一種借助數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具的計算機輔助設(shè)計方法。 另外，隨著面向?qū)ο笤O(shè)計方法的發(fā)展和成熟，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法也開始應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計。1.4.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟數(shù)據(jù)庫的設(shè)計按規(guī)范化設(shè)計方法，劃分為五個階段(圖1-19)，每個階段有相應(yīng)的成果:圖1-19數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟1. 需求分析階段并對收集的結(jié)果進行整理和需求分析階段，主要是準確收集用戶信息需求和處理需求, 分析，形成需求說明。需求分析是整個設(shè)計活動的基礎(chǔ)，也是最困難和最耗時的一步。如果 需求分析不準確或不充分，可能導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的返工。2. 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的重點，對用戶需求進行綜合、歸納、抽象，形成一個概念模型（一般為