大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第七章數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

第七章數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

tyutjsjjcb@126.com

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

FundamentalsofComputers

?太原理工大學(xué)理學(xué)院計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)部

中,

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)Fundamentalsof

Computers

第1節(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述

1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用

1.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成★

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1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用

超市信息管理系統(tǒng)

■產(chǎn)品：表

產(chǎn)品ID產(chǎn)品名稱產(chǎn)品說(shuō)明序列號(hào)單價(jià)

?&電視機(jī)長(zhǎng)虹KL10001102￥3,200口

3電冰箱海爾DI20030443

4電暖氣奧克斯DE30029945003,0-

R（自動(dòng)編號(hào)）

在超市的數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)所有關(guān)于進(jìn)、銷、存的信息，其中包括供應(yīng)

商、商品、庫(kù)存、銷售、現(xiàn)金賬和人員等超市運(yùn)營(yíng)管理的信息。

這些信息以表的方式存儲(chǔ)，表與表之間存在一定的聯(lián)系。

銀行信息管理系統(tǒng)

電子商務(wù)網(wǎng)站

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1.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和,發(fā)展

數(shù)據(jù)處理的中心問(wèn)題是數(shù)據(jù)管理。

數(shù)據(jù)管理是指對(duì)數(shù)據(jù)的組織、分類、編碼、存儲(chǔ)、檢索和

維護(hù)。

隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展，數(shù)據(jù)管理經(jīng)歷了人工管理、

文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三個(gè)發(fā)展階段。

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1、人工管理階段（程序管理不

產(chǎn)生的背景（20世紀(jì)50年代中以前）

應(yīng)用需求科學(xué)計(jì)算

硬件水平無(wú)直接存取存儲(chǔ)設(shè)備

軟件水平?jīng)]有操作系統(tǒng)

處理方式批處理

o一

「/

?O?

:/.o1011010111010111

0?,O:O

:o0O

0OQo0111000110010011

。Oe*oO

*Q-0

0?Qo0*O

Q*D*?

Q2

0.Q

5

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1、人工管理階段

特點(diǎn)

數(shù)據(jù)的管理者：應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)不保存。

數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程序，程序和數(shù)據(jù)不可分

數(shù)據(jù)的共享程度：無(wú)共享、冗余度極大

數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：不獨(dú)立，完全依賴于程序，無(wú)結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集n

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件管理階段P

產(chǎn)生的背景（20世紀(jì)50年代后一60年代中）

應(yīng)用需求科學(xué)計(jì)算、管理

硬件水平磁盤、磁鼓

軟件水平有文件系統(tǒng)

處理方式聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理

在文件系統(tǒng)中，應(yīng)用程序從數(shù)據(jù)文件中存取數(shù)據(jù)，產(chǎn)生各種報(bào)

表和實(shí)現(xiàn)各種事務(wù)處理。

文件管理是指將有關(guān)數(shù)據(jù)組織成一個(gè)獨(dú)立的文件，叫做數(shù)據(jù)文

件。

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特點(diǎn)J2、文件管理階段

數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)，數(shù)

據(jù)可長(zhǎng)期保存

數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某一應(yīng)用程

序

數(shù)據(jù)的共享程度：共享性差、

冗余度大

數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu),

整體無(wú)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：獨(dú)立性差，數(shù)

據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變必須修改應(yīng)

用程序

數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己

控制

應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)集合的關(guān)系

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3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理階段r

產(chǎn)生的背景（20世紀(jì)60年代）

應(yīng)用背景大規(guī)模管理

硬件背景大容量磁盤

軟件背景有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

處理方式聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理，分布處理，批處理

指導(dǎo)思想是將所有的數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一的、集中的、獨(dú)立的管

理，形成一個(gè)所謂的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，使數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)完全獨(dú)立于應(yīng)

用程序，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管

理。

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DBS階段數(shù)據(jù)與程序的關(guān)系

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3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理階段特點(diǎn)，

在數(shù)據(jù)字典中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（元數(shù)據(jù)）和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

數(shù)據(jù)字典：是DBMS自動(dòng)建立和管理的一個(gè)文件，用于

存放數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（元數(shù)據(jù)）和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

所有應(yīng)用程序都通過(guò)DBMS訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。BMS能夠根據(jù)

數(shù)據(jù)庫(kù)的任何變動(dòng)自動(dòng)地修改數(shù)據(jù)字典。

避免了文件系統(tǒng)編寫、修改存取程序的麻煩，DBMS可

以消除文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)依賴于程序的弱點(diǎn)，提供較好的

數(shù)據(jù)獨(dú)立性。

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3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理階段特點(diǎn)，

在建立數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，只需要簡(jiǎn)單地定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，不必

花費(fèi)大量的精力定義數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和編寫程序。

例如，定義一個(gè)學(xué)生表。只要用以下命令就可以建立數(shù)據(jù)庫(kù)

的表結(jié)構(gòu)。

CREATETABLE學(xué)生(學(xué)號(hào)SMALLINT,&&學(xué)號(hào)是短整型數(shù)

姓名CHAR(8))；&&姓名是字符型、長(zhǎng)度是8個(gè)字符

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3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理階段特點(diǎn)，

可以自動(dòng)地將用戶輸入的邏輯數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理數(shù)據(jù)。邏輯數(shù)

據(jù)與物理數(shù)據(jù)之間的變換由DBMS來(lái)完成。

“邏輯數(shù)據(jù)”是指存在于人們頭腦中有具體含義的數(shù)據(jù),

例如年齡、性別等；

“物理數(shù)據(jù)”是指實(shí)際存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

DBMS能夠把用戶的邏輯請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成內(nèi)部命令，由DBMS確

定數(shù)據(jù)的物理地址。

DBMS將查詢的結(jié)果按照用戶要求的格式輸出。

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3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理階段特,審

DBMS中通過(guò)封鎖和授權(quán)機(jī)制，確保數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性和保密

性。

能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，支持多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)存取。

具有數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)的能力，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

提供完整性約束功能，可以控制數(shù)據(jù)冗余和消除潛在的數(shù)據(jù)

不一致問(wèn)題。

提供功能強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）。SQL屬于一種非

過(guò)程性語(yǔ)言，只需用戶指出做什么，不必說(shuō)明怎么做。同

時(shí)，DBMS還提供了第三代語(yǔ)言存取數(shù)據(jù)的接口，如

COBOL、C、Pascal等語(yǔ)言。

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3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理階段，

數(shù)據(jù)庫(kù)是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)有組織的大量的共享的

數(shù)據(jù)集合。它可以供各種用戶共享，具有最小冗余度和較

高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。

DBMS在數(shù)據(jù)庫(kù)建立、運(yùn)用和維護(hù)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)

一控制，以保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性，并在多用戶同時(shí)

使用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)進(jìn)行并發(fā)控制，在發(fā)生故障后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行恢

復(fù)。

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數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)平臺(tái)簡(jiǎn)介

文件

桌面數(shù)據(jù)庫(kù)

大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)

開源數(shù)據(jù)庫(kù)

新型Java數(shù)據(jù)庫(kù)

國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)

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1、文件

文本文件文件保存在操作系統(tǒng)中的目錄中。有不同類

型的文件，例如，可執(zhí)行文件（,EXE）、數(shù)據(jù)文件

（.DAT）和文本文件（.TXT）等。數(shù)據(jù)庫(kù)也是以文件

形式由操作系統(tǒng)管理并存放在磁盤上的。

Excel文件微軟公司提供的處理電子表格的軟件，適

合日常工作中的表格管理、財(cái)務(wù)報(bào)表處理或報(bào)表打

印。

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Access是微軟提供的一種小型桌面關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。它具有關(guān)

系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的基本功能。另外，還可以編寫用戶使用界面和

可

供打印的報(bào)表，很容易制作一個(gè)小型的MIS系統(tǒng)。

XBase作為個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用最廣泛的小型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，

具有方便、廉價(jià)、簡(jiǎn)單易用等優(yōu)勢(shì)，并向下兼容Dbase、Foxbase

等

早期的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。它有良好的普及性，在小型企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)管

理

與WWW結(jié)合等方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但它難于管理大型數(shù)據(jù)庫(kù)。

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3、大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)

Oracle是目前世界上最流行的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，具有移植性

好、使用方便、功能強(qiáng)大、性能強(qiáng)大等特點(diǎn)，適用于各類大、中、小、

微機(jī)和專用服務(wù)器環(huán)境。

Oracle適合大中型企業(yè)使用，在電子政務(wù)，電信、證券和銀行企業(yè)中使

用比較廣泛。

Oracle1.0于1979年推出，目前最新版本為Oracle10io

SQLServer、舊M的DB2,Sybase和Informix等。

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開源數(shù)據(jù)庫(kù)是指開放源代碼的數(shù)據(jù)庫(kù)，Linux系統(tǒng)下最受

程序員喜愛(ài)的三種DB是MySQL、PostgreSQL和

Oracleo其中MySQL、PostgreSQL是開源數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)

秀代表。

開源數(shù)據(jù)庫(kù)具有速度快、易用性好、支持SQL語(yǔ)言、支

持各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、可移植性、開放和價(jià)格低廉（甚至免

費(fèi)）等特點(diǎn)。

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5、新型Java數(shù)據(jù)庫(kù)

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使用Java語(yǔ)言編寫的面向

對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。

JDataStore是Borland公司推出的純Java數(shù)據(jù)

庫(kù)，主要用于J2EE平臺(tái)，具有跨平臺(tái)的移植性，

與Borland新一代Java開發(fā)工具Jbuilder配合使

用。

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6、國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)

據(jù)中國(guó)軟件評(píng)測(cè)中心對(duì)國(guó)內(nèi)、外數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)查結(jié)果顯示，以東軟

OpenBASE等為代表的國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)除了具有自主版權(quán)外，在技術(shù)方面已經(jīng)

接近國(guó)外先進(jìn)水平。

國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)有價(jià)格低和實(shí)施周期短等優(yōu)勢(shì)。目前，已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用的國(guó)

聲

數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括：

1.東軟公司開發(fā)的東軟OpenBASE；

2.九江華易軟件有限公司開發(fā)的華易數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)HYSQL；

3.人大金倉(cāng)公司開發(fā)的KingbaseES金鼎DBMS；

4.武漢華工達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫(kù)有限公司研制的DM3；

5.北京國(guó)信貝斯軟件有限公司推出的舊ASE數(shù)據(jù)庫(kù)。

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數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)r

近年來(lái)，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新技術(shù)，例如分布式處理技術(shù)、并行

處理技術(shù)、人工智能、多媒體處理技術(shù)、模糊技術(shù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)等。

隨著與其他學(xué)科內(nèi)容的結(jié)合，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，出現(xiàn)了

一些更適合特定領(lǐng)域的新型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，例如工程數(shù)據(jù)庫(kù)、模糊數(shù)據(jù)

庫(kù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和演繹數(shù)據(jù)庫(kù)等。

從發(fā)展上也出現(xiàn)了一些引人矚目的趨勢(shì)，其主要趨勢(shì)包括分布式數(shù)據(jù)

庫(kù)、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)和并行數(shù)據(jù)庫(kù)等。

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1.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用

數(shù)據(jù)庫(kù)管理員

用戶

數(shù)據(jù)庫(kù)

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數(shù)據(jù)庫(kù)(DB,DataBase)

從用戶使用數(shù)據(jù)庫(kù)的觀點(diǎn)，定義數(shù)據(jù)庫(kù)是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)

內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。

數(shù)據(jù)庫(kù)不僅需要存儲(chǔ)用戶的數(shù)據(jù)，還存儲(chǔ)有關(guān)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)描

述信息（元數(shù)據(jù)）。

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是數(shù)據(jù)處理最有效的手段。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按一

定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲(chǔ)，具有較小的冗余度、較高

的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，可為各種用戶共享。

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DB

_____^字段名稱數(shù)據(jù)莞型說(shuō)明

自動(dòng)

編號(hào)

文本

產(chǎn)品名稱

貨幣

單價(jià)

字段屬性

常規(guī)

閱

查

字段

?

取

、

新值

格式

標(biāo)題

索引

智能

.產(chǎn)品，表

產(chǎn)品ID|產(chǎn)品名稱產(chǎn)品說(shuō)明序列號(hào)單價(jià)

?g電視機(jī)長(zhǎng)虹KL10001102￥3,200似

3!電泳箱海爾DL20030443￥2/00」〔

4電暖氣奧克斯DE30029945003.0-

*（自動(dòng)編號(hào)）

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數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)

DBMS是一個(gè)系統(tǒng)軟件，是用戶與數(shù)據(jù)庫(kù)間的接口。

對(duì)內(nèi)，數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)描述信息由DBMS直接管理，

終端用戶不必了解數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

對(duì)外，它向用戶提供一整套命令，用于合法用戶對(duì)數(shù)據(jù)

庫(kù)的各種操作；包括創(chuàng)建DB、定義數(shù)據(jù)、增、冊(cè)h改

DB

記錄、統(tǒng)計(jì)計(jì)算等。當(dāng)用戶讀取數(shù)據(jù)時(shí)，DBMS自動(dòng)地

將用戶的請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成復(fù)雜的機(jī)器代碼，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)數(shù)據(jù)

庫(kù)的操作。

DBMS是在OS支持下工作的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件。

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DBMS胃

DBMS是商品化的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，用戶不能對(duì)DBMS進(jìn)行修

改。

所謂數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)不是對(duì)DBMS的設(shè)計(jì)，而是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)

進(jìn)行設(shè)計(jì)。一旦完成數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，就可以利用DBMS提供的

數(shù)據(jù)定義功能，把所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接受

的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

28

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4數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用

用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作就是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用。也可以理解為實(shí)現(xiàn)

業(yè)

務(wù)邏輯的應(yīng)用程序。

數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的方式有：屏幕格式、查詢窗口、報(bào)表、菜單、

應(yīng)用程序和交互式操作，其中除應(yīng)用程序外都可以由DBMS

實(shí)現(xiàn)。

目前，有許多數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用開發(fā)工具，例如，Oracle公司的

Developer2000.Sybase公司的PowerBuilder等。應(yīng)用這

些工具可以快速地開發(fā)應(yīng)用組件。

29

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數(shù)據(jù)庫(kù)管理員(DA)W

專門從事數(shù)據(jù)庫(kù)管理的機(jī)構(gòu)和人員，稱為數(shù)據(jù)庫(kù)管理員

(DBA)o

DBA全面負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理的計(jì)劃、組織、測(cè)試、監(jiān)控和服

務(wù)。

向終端用戶提供數(shù)據(jù)和信息

制定數(shù)據(jù)庫(kù)管理的政策、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程

確保數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性，防止非法操作

數(shù)據(jù)庫(kù)的備份和恢復(fù)

培訓(xùn)終端用戶

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用戶使用數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用跟蹤事務(wù)過(guò)程。他們使用表單來(lái)讀取、

輸入和查詢數(shù)據(jù)，并且生成報(bào)表。

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DBS是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入DB后的系統(tǒng)構(gòu)成。

DBS二數(shù)據(jù)庫(kù)+用戶+軟件+硬件

硬件：指運(yùn)行DBS的硬件資源，例如，SQLServer要求至

少16MB內(nèi)存、32位CPU、至少80MB硬盤空間；

軟件:指DBS操作平臺(tái),例如WINDOWSNT、DBMS、漢字處

理系統(tǒng)等；

用戶：指終端用戶、應(yīng)用程序員和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員。

32

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第2節(jié)數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)處理的三個(gè)世界

數(shù)據(jù)模型

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1721、數(shù)據(jù)處理的三個(gè)世界r

從現(xiàn)實(shí)生活中的客觀事物到存放于計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)，這樣一個(gè)加工

過(guò)程可劃分為三個(gè)階段：

現(xiàn)實(shí)世界、信息世界和計(jì)算機(jī)世

在界中，分析客又,找出要求解的小合，研究這些

現(xiàn)實(shí)世界在人們頭

客觀存在的世可稱作數(shù)據(jù)世

腦中的反映，是對(duì)

界中的事實(shí)及R，找出界，是在信息

客觀事物及其強(qiáng)系

其張條。tionsh世界基礎(chǔ)上的O

的一種抽象描述忙計(jì)算

衽計(jì)算機(jī)世界中，3進(jìn)一步抽象

型。

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在現(xiàn)實(shí)世界中，某類實(shí)體集中各個(gè)屬性之間的聯(lián)系、各實(shí)體之

間的聯(lián)系可使用E-R圖來(lái)描述，E-R圖是由美籍華人Peter

Chen

在1976年提出的。在E-R圖中，用矩形表示實(shí)體，用圓角矩形

表示屬性，用菱形表示實(shí)體間的聯(lián)系。

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數(shù)據(jù)加工三個(gè)階段的關(guān)系r

由此可見(jiàn)：▲數(shù)

據(jù)婁羽居數(shù)據(jù)分級(jí)

?客觀世界是信息之源,模

型:數(shù)據(jù)

是設(shè)計(jì)DB的出發(fā)點(diǎn)。記A錄項(xiàng)A項(xiàng)、直世界

?實(shí)體模型和數(shù)據(jù)模型

是對(duì)客觀事物的兩級(jí)

抽象描述。信息

?數(shù)據(jù)庫(kù)的核心問(wèn)題是>

世界

數(shù)據(jù)模型。

事物事物分級(jí)

?結(jié)論：事物

及

要得到正確的數(shù)據(jù)模

聯(lián)系A(chǔ)A：：

型，必須首先充分了解對(duì)象性質(zhì)共同特殊J

客觀事物。36

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以教學(xué)管理為例：

教學(xué)由學(xué)生、課程、教師、學(xué)習(xí)、任課等實(shí)體組成。

學(xué)生屬性：學(xué)號(hào)、姓名、性別、年齡、班級(jí)

課程屬性：課程號(hào)、課程名稱

教師屬性：姓名、課程號(hào)、課時(shí)

學(xué)習(xí)屬性：學(xué)號(hào)、課程號(hào)、分?jǐn)?shù)

任課屬性：教師名、課程號(hào)、教室

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722

建立了實(shí)體模型后，就可以建立數(shù)據(jù)模型了。

數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實(shí)世界的模擬和抽象。

或在DBS中表示實(shí)體（數(shù)據(jù)記錄）之間聯(lián)系的方式稱為數(shù)據(jù)模型。數(shù)

據(jù)模型實(shí)際上是數(shù)據(jù)間的一個(gè)整體邏輯結(jié)構(gòu)圖。

為了使模型能清晰、準(zhǔn)確地反映客觀事物，要進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)，也

即數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)模型的組成

數(shù)據(jù)模型的分類

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數(shù)據(jù)模型的組成

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對(duì)象類型的集合。

數(shù)據(jù)操作

數(shù)據(jù)操作是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象（型）的實(shí)例（值）

允許執(zhí)行的操作集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則。

完整性約束

數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。

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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

所研究的對(duì)象：

與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對(duì)象，例如網(wǎng)狀模型中

的數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄，關(guān)系模型中的域、屬性、關(guān)系等；

與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象，例如網(wǎng)狀模型中的系型

(SetType)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是刻畫一個(gè)數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型，例如層次結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和關(guān)系結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。

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數(shù)據(jù)操作

數(shù)據(jù)庫(kù)主要有檢索和更新（包括插入、刪除、修改）兩大類

操作。

數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號(hào)、操作規(guī)

則（如優(yōu)先級(jí)）以及實(shí)現(xiàn)操作的語(yǔ)言。

數(shù)據(jù)操作是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述。

42

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完整性約束

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)庫(kù)狀態(tài)以及狀態(tài)

的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。

數(shù)據(jù)模型應(yīng)該反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用

的完整性約束條件。

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數(shù)據(jù)模型的分類

概念模型

面向計(jì)算機(jī)用戶、面向現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)模型，它與DBMS無(wú)關(guān)，不

依賴于具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它主要用于應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的有關(guān)需求分

析，描述一個(gè)單位的概念化結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)實(shí)世界抽象為信息世界。

邏輯模型

數(shù)據(jù)庫(kù)的組織形式稱為邏輯數(shù)據(jù)模型，它決定了數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)之間

聯(lián)系的表達(dá)方式。

在建立了概念數(shù)據(jù)模型后，即根據(jù)一定的規(guī)則將其轉(zhuǎn)化為邏輯數(shù)據(jù)

模型。

物理模型

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概念模型

這類模型主要用于信息世界的建模，強(qiáng)調(diào)語(yǔ)義表達(dá)能力，能

方便、直接地表達(dá)應(yīng)用中各種語(yǔ)義知識(shí)，其概念簡(jiǎn)單、清

晰.用戶容易理解。

概念數(shù)據(jù)模型主要有：實(shí)體■聯(lián)系模型（E?R模型）、擴(kuò)展實(shí)

體聯(lián)系模型（EER模型）、面向?qū)ο竽Ｐ停?0模型）、

IDEF1X模型等，概念數(shù)據(jù)模型用于數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。其中以

E?R模型最為著名。

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邏輯模型

目前，常用的邏輯數(shù)據(jù)模型有三種：層次模型、網(wǎng)狀模型、

關(guān)系模型。

層次模型(HierachicalModel)：

數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系像一棵倒放的樹，樹根、樹的分枝點(diǎn)和樹

葉都稱為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)是分層次的，樹根是最高層。

軍隊(duì)中的建制、機(jī)關(guān)編制、家譜等都屬于層次模型。

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層次模型示意圖

校長(zhǎng)

計(jì)算機(jī)系電子系信控系…計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心

網(wǎng)絡(luò)所■■■?.軟件教研室

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網(wǎng)絡(luò)模型(NetworkModel)：

數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系象一張網(wǎng)，網(wǎng)上的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)

與節(jié)點(diǎn)之間是平等的，不分層次。

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4關(guān)系模型

關(guān)系模型(RelationalModel)：

關(guān)系模型是當(dāng)前DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型的主流，關(guān)系模

型建立在集合論的基礎(chǔ)上，工資表、成績(jī)表、檔案表等都

屬于關(guān)系模型。

其組織形式是一張二維表，一個(gè)表即一個(gè)關(guān)系；其特點(diǎn)：

一個(gè)關(guān)系一張表

數(shù)據(jù)獨(dú)立性高

操作簡(jiǎn)單

一行是一個(gè)記錄

一列是一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)(字段)

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物理模型

物理數(shù)據(jù)模型反映數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，例如存儲(chǔ)介質(zhì)的物理

塊、指針和索引等。

每個(gè)邏輯數(shù)據(jù)模型在實(shí)現(xiàn)時(shí)，都有其對(duì)應(yīng)的物理數(shù)據(jù)模型。

物理數(shù)據(jù)模型不但與DBMS有關(guān)，而且還與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬

件和操作系統(tǒng)有關(guān)。

物理數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型用于DBMS的實(shí)現(xiàn)。

50

大學(xué)計(jì)魁據(jù)莉4應(yīng)用累需麒步驟

數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

DB應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟符合軟件工程設(shè)計(jì)思想。

⑴用戶需求分析理解用戶對(duì)該項(xiàng)目所提出的各種要求，并

進(jìn)一步對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行抽象。

⑵概念設(shè)計(jì)將需求分析的結(jié)果抽象為信息結(jié)構(gòu)，得到系統(tǒng)

的全局E?R圖。

⑶邏輯設(shè)計(jì)將得到的抽象的E?R圖轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)模型。

⑷物理設(shè)計(jì)確定得到的數(shù)據(jù)模型最后反映在物理設(shè)備上是

個(gè)什么物理結(jié)構(gòu)。

⑸數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施在選定的RDBMS中，建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)

構(gòu)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理、轉(zhuǎn)換并錄入。

⑹數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)包括故障排除、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)、安全性

和完整性機(jī)制的定期改善，以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)性能進(jìn)行改進(jìn)。

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第3節(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)

從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)角度看，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式

結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫(kù)模式的概念

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫(kù)的兩級(jí)映射功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

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在數(shù)據(jù)模型中有型與值的概念

模式（Schema）是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的

描述，它僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值。模式的

主體就是數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型。

模式反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系，而實(shí)例反映的是數(shù)據(jù)庫(kù)

某一時(shí)刻的狀態(tài)。

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數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)r

外模式

也稱子模式(Subschema)或用戶模式，它是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶

(包括應(yīng)用程序員和最終用戶)能夠看見(jiàn)和使用的局部數(shù)據(jù)

的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與

某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。

外模式通常是模式的子集。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多個(gè)外模式。

一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式。

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數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)r

模式

也稱為邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的

描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。

模式實(shí)際上是數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)在邏輯級(jí)上的視圖。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只

有一個(gè)模式。

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數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)r

內(nèi)模式

也稱存儲(chǔ)模式(StorageSchema),它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和

存儲(chǔ)方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的表示方式。

一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)內(nèi)模式。

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數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的分層視圖

物理數(shù)據(jù)組織

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數(shù)據(jù)庫(kù)的兩級(jí)映射功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在三級(jí)模式之間提供了兩層映射：外模式/

模

式映射；模式/內(nèi)模式映射。

正是這兩層映射保證了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠具有較高

的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。

外模式/模式映射

模式/內(nèi)模式映射

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模式描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)，外模式描述的是數(shù)據(jù)的

局部邏輯結(jié)構(gòu)。對(duì)應(yīng)于同一個(gè)模式可以有任意多個(gè)外模式。

對(duì)于每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都有一個(gè)外模式/模式映射，

它定義了該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這些映射定義通

常包含在各自外模式的描述中。

當(dāng)模式改變時(shí)（例如增加新的關(guān)系、新的屬性、改變屬性的

數(shù)據(jù)類型等），由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員對(duì)各個(gè)外模式/模式的映射

作

相應(yīng)改變，可以使外模式保持不變。應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的

外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程

序的邏輯獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。

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模式/內(nèi)模式映射

數(shù)據(jù)庫(kù)中只有一個(gè)模式，也只有一個(gè)內(nèi)模式，所以模式/內(nèi)

模

式映射是唯一的，它定義了數(shù)據(jù)庫(kù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲(chǔ)結(jié)

構(gòu)），由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員對(duì)模式/內(nèi)模式映射作相應(yīng)改變，可

以

使模式保持不變，從而應(yīng)用程序也不必改變。保證了數(shù)據(jù)與

程序的物理獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。

60

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第4節(jié)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)

關(guān)系模型的基本概念

關(guān)系的形式化定義

關(guān)系代數(shù)基礎(chǔ)

結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(SQL)基礎(chǔ)

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關(guān)系模型

是數(shù)學(xué)化的模型，它把數(shù)據(jù)看作二維表中

的元素，表就是其關(guān)系。

其特點(diǎn)是：

表中每一列屬性都是不能再細(xì)分的基

本單元

不允許有重復(fù)的列

不允許有相同的記錄

行、列次序均無(wú)關(guān)

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屬性（字段）

關(guān)系（庫(kù)名）SHOP

關(guān)系框架,

店名地址經(jīng)辦人電話

或L

庫(kù)結(jié)構(gòu)解放路食品店解放路262號(hào)李國(guó)基2278101

桃園商場(chǎng)桃園路6號(hào)張山3268231

元組

或《香甜瓜果店北大街26號(hào)王宏3262013

記錄

白塔干鮮果店西大街56號(hào)宋良忠2667337

北大街果品店北大街231號(hào)林青3101169

屬性

“電話”的

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1=

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關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常單一。在關(guān)系模型中，現(xiàn)實(shí)世界的

實(shí)體以及實(shí)體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來(lái)表示。在用戶看來(lái)，

關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。

每一個(gè)交叉點(diǎn)都必須是單值的（不能有重復(fù)組）；每一列

（屬性）的所有數(shù)據(jù)都是同一類型的，每一列都有唯一的列

名，列在表中的順序無(wú)關(guān)緊要；表中任意兩行（元組）不能

相同，行在表中的順序也無(wú)關(guān)緊要。

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查詢（Query）操作：選擇（Select）、投影（Project）、

連接（Join）、除（Divide）、并（Union）、交

（Intersection）、差（Difference）等。

其它操作：插入（Insert）刪除（Delete）更新（Update）

等。

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關(guān)系模型允許定義三類完整性約束：實(shí)體完整性、參照完整

性和用戶定義的完整性。其中，實(shí)體完整性和參照完整性是

關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件，應(yīng)該由關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)

支持。用戶定義的完整性是應(yīng)用領(lǐng)域需要遵循的約束條件，

體現(xiàn)了具體領(lǐng)域中的語(yǔ)義約束。

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域（Domain）

笛卡爾積（CartesianProduct）

關(guān)系（Relation）

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域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。例:

整數(shù)

實(shí)數(shù)

介于某個(gè)取值范圍的整數(shù)

長(zhǎng)度指定長(zhǎng)度的字符串集合

{‘男'，'女'}

介于某個(gè)取值范圍的日期

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笛卡爾積(CartesianProduct)

給定一組域D1,D2,…，Dn,這些域中可以有相同的。

D1,D2,…，Dn的笛卡爾積為：D1XD2X...XDn=

{（%與…，4）Id/eDp/=1,2,…，n}

所有域的所有取值的一個(gè)組合

不能重復(fù)

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元組（Tuple）

笛卡爾積中每一個(gè)元素（&1,必，…，%）叫作一個(gè)"元

組（n?tuple）或簡(jiǎn)稱元組。

分量（Component）

笛卡爾積元素（%,。2，…，4）中的每一個(gè)值4叫作一

個(gè)分量。

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relation

關(guān)系

D1XD2X…XD〃的子集叫作在域Dp。2，…，?！ㄉ系年P(guān)

系，表不為

R(D[,,???，Dn)

R：關(guān)系名

n：關(guān)系的目或度(Degree)

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元組

關(guān)系中的每個(gè)元素是關(guān)系中的元組，通常用t表示。

單元關(guān)系與二元關(guān)系

當(dāng)時(shí)，稱該關(guān)系為單元關(guān)系(Unaryrelation)o

當(dāng)n=2時(shí)，稱該關(guān)系為二元關(guān)系(Binaryrelation)。

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關(guān)系

屬性

關(guān)系中不同列可以對(duì)應(yīng)相同的域，為了加以區(qū)分，必須對(duì)

每列起一個(gè)名字，稱為屬性(Attribute)。

n目關(guān)系必有n個(gè)屬性

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若關(guān)系中的某一最小屬性組的值能唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組，則

稱該屬性組為候選鍵(CandidateKey)。

若一個(gè)關(guān)系有多個(gè)候選鍵，則選定其中一個(gè)為主鍵

(PrimaryKey)。主鍵的諸屬性稱為主屬性(Primary

Attribute)。

不包含在任何候選鍵中的屬性稱為非鍵屬性(Norvkey

Attribute)。

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關(guān)系數(shù)據(jù)模型中的關(guān)系必須是有限集。

任意兩個(gè)元組不能完全相同。

每一列的所有數(shù)據(jù)都屬于同一種類型；

關(guān)系中的每一列都是不可再分的；

不同的列可出自同一個(gè)域，稱其中的每列為一個(gè)屬性，不同

的屬性要有不同的屬性名；

列的順序與行的次序可以任意交換，不影響它們所表示的信

息內(nèi)容；

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關(guān)系模式與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)r

關(guān)系的描述稱為關(guān)系模正F關(guān)系橫黃道甯直悟關(guān)系名、

組成該關(guān)系的屬性名、屬性到域的映像以及屬性間的數(shù)據(jù)依

賴關(guān)系等。在這一章中關(guān)系模式通常記為R(A1,

A2,…An)o其中，R為關(guān)系名，A1,