1、1,全国计算机等级考试二级教程,公共基础知识,2009年3月,2,第四章 数据库设计基础,考核知识点数据库的基本概念：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，数据库规范化理论。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。,3,4.1 数据库系统的基本概念,在计算机应用的三大领域里（科学计算，数据处理，过程控制），数据处理约占其中的70%,4,考点1：数据、数据库,1、数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象实际上就是描述事物的符号记录软件中的数据一定是有结
2、构的数据的特点：有一定的结构，有型与值之分；如整型，实型，字符型等。而数据的值给出了符合定型的值，如整型值15。,5,2、数据库（Database）：是指长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。是数据的集合，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共享。数据库存放数据是按数据所提供的数据模式存放的，具有集成与共享的特点,6,考点2：数据库管理系统,1、概念：数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）是对数据库进行管理并对数据库中数据进行操作的管理系统。数据库管理系统：一种系统软件，负责数据库中的数据组织，
3、数据操纵，数据维护，控制及保护和数据服务等，是数据库的核心。,7,数据库管理系统功能： (1)数据模式定义 (2)数据存取的物理构建(3)数据操纵(4)数据的完整性，安生性定义与检查(5)数据库的并发控制与故障恢复(6)数据的服务,8,为完成以上六个功能，数据库管理系统提供以下的数据语言：(1)数据定义语言：负责数据的模式定义与数 DDL 据的物理存取构建;(2)数据操纵语言：负责数据的操纵，如查询 DML 与增，删，改等;(3)数据控制语言：负责数据完整性，安全性 DCL 的定义与检查以及并发控 制，故障恢复等。,9,数据语言按其使用方式具有两种结构形式： 1）交互式命令(又称自含型或自主
4、型语言) 2）宿主型语言(一般可嵌入某些宿 主语言中)。目前流行的DBMS有SOLServer、PowerBuileder、Oracle等，小型数据库有FoxPro，Access等。,10,2、数据库管理员（DBA)：对数据库进行规划，设计，维护，监视等的专业管理人员。DBA的主要工作包括：数据库设计数据库维护改善系统性能，提高系统效率,11,考点3：数据库系统,1、数据库系统（DBS）：由数据库(数据)，数据库管理系统(软件)，数据库管理员(人员)，硬件平台(硬件)，软件平台(软件)五个部分构成的运行实体。硬件平台包括计算机和网络，软件平台包括操作系统和数据库系统开发工具及接口软件。,12,
5、2、数据库应用系统（DBAS）：由数据库系统，应用软件及应用界面三者组成。,13,考点4：数据库系统的发展,数据库管理技术发展的三个阶段人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段,14,文件系统阶段：提供了简单的数据共享与数据管理能力，但是它无法提供完整的，统一的，管理和数据共享的能力。层次数据库与网状数据库系统阶段 ：为统一与共享数据提供了有力支撑。关系数据库系统阶段,15,数据库技术与其他技术相结合产生了各种专用的数据库系统。,16,考点5：数据库系统的基本特点,1、数据的集成性采用统一的数据结构方式按照多个应用的需要组主全局的统一的数据结构数据模式是多个应用共同的、全局的数据结构2、数据的高
6、共享性与低冗余性,17,3、数据独立性物理独立性和逻辑独立性4、数据统一管理与控制数据的完整性检查数据的安全性检查并发控制,18,考点6：数据库系统的内部结构体系,数据库系统在其内部具有三级模式和两级映射,19,1、数据库系统的三级模式：1)概念模式：又称模式，数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，全体用户公共数据视图;2)外模式：也称子模式与用户模式。是用户的数据视图，也就是用户所见到的数据模式;3)内模式：又称物理模式，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。,20,内模式处于最底层，它反映了数据在计算机中的实际存储形式，如数据存储的文件结构、索引、集簇等概念模式处于中层，它反映了设计者的
7、数据全局逻辑要求，它与硬件及软件平台无关，一个数据库只有一个概念模式,21,外模式处于最外层，它反映了用户对数据的要求，是由概念模式推导而来，一个概念模式可以有若干个外模式2、数据库系统的两级映射：(1)概念模式到内模式的映射;(2)外模式到概念模式的映射。,22,例题讲解,23,1、数据库管理系统DBMS中用来定义模式、内模式和外模式的语言为 A) C B) DCL C) DDL D) DML2、下列有关数据库的描述，正确的是 A) 数据库是一个DBF文件 B) 数据库是一个关系 C) 数据库是一个结构化的数据集合 D) 数据库是一组文件,C,C,24,3、在数据管理技术的发展过程中，经历了
8、人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。其中数据独立性最高的阶段是 ) 数据库系统 ) 文件系统 ) 人工管理) 数据项管理,A,25,4、索引属于 A) 模式B) 内模式 C) 外模式D) 概念模式5、数据库系统的核心是 A) 数据库 B) 数据库管理系统 C) 模拟模型 D) 软件工程,B,B,26,6、下述关于数据库系统的叙述中正确的是 ) 数据库系统减少了数据冗余 ) 数据库系统避免了一切冗余 ) 数据库系统中数据的一致性是指数据类型一致 ) 数据库系统比文件系统能管理更多的数据,A,27,7、数据库、数据库系统和数据库管理系统之间的关系是 A) 数据库包括数据库系统和数据库管理系
9、统 B) 数据库系统包括数据库和数据库管理系统 C) 数据库管理系统包括数据库和数据库系统 D) 3者没有明显的包含关系,B,28,8、数据库管理系统常见的数据模型有层次模型、网状模型和 【1】 3种。9、当数据的物理结构(存储结构、存取方式等) 改变时，不影响数据库的逻辑结构，从而不致引起应用程序的变化，这是指数据的 【2】 。,物理独立性,29,4.2 数据模型,考点7：数据模型的基本概念数据模型的概念：用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。是数据特征的抽象。数据模型描述的内容数据结构数据操作数据约束,30,数据结构是数据模型的基础，数据操作与数据约束均建立在数据结构上。,31,数据
10、模型按不同的应用层次分成三种类型：概念模型：面向客观世界，面向用户的 模型，数据模型的基础；有 E-R模型、面向对象模型等逻辑模型：面向数据库系统的模型；层次 模型、网状模型、关系模型等物理模型：给出了数据模型在计算机物理 结构上的表示。,32,考点8：E-R模型（实体联系模型）1、基本概念（1）实体：现实世界中的事物（2）属性：事物的特性（3）联系：现实世界中事物间的关系一对一（1:1）一对多（1:N或N:1）多对多（M:N）,33,2、三个基本概念之间的联接关系实体是概念世界中的基本单位，属性有属性域，每个实体可取属性域内的值。一个实体的所有属性值叫元组。实体有型与值之别，型是指实体的所有
11、属性，值是指这些型的数值。相同型的实体构成了实体集。,34,关系表例子,35,3、E-R模型的图示法实体集表示法（矩形）联系表示法（菱形）属性表示法（椭圆形）实体集与属性间的联接关系（直线）实体集与联系间的联接关系（直线）,36,图 两个实体型之间的3类联系,实体型,A,联系名,实体型,B,1,1,实体型,A,联系名,实体型,B,1,n,实体型,A,联系名,实体型,B,m,n,(a) 1,1,联系,(b) 1,n,联系,(c) m,n,联系,37,图 E-R图实例之二,城市,仓库号,面积,器件号,器件名称,仓库,库存,器件,仓库号,数量,m,n,器件号,38,图 多个实体之间联系的E-R图,供
12、应商,仓库,器件,订购,m,p,n,39,E-R图的一个实例：学生课程联系的概念模型,40,考点9：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,41,考点10： 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,42,考点11：关系模型,1、关系的数据结构以二维表为基本结构所建立的模型称为关系模型。采用二维表来表示，简称表。二维表的性质：元素个数有限性、元组的惟一性、元组的次
13、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,43,键或码（关键字）：能唯一标识元组的最 小属性集。若表A的某个属性集是表B的键，则称该属性集为A的外键。元组中的某个属性值可以为空，但主键的值不允许为空一个语义相关的关系集合构成一个关系数据库。,44,2、关系操纵：查询、增加、删除和修改查询：包括一个关系内的查询和多个关系间的查询，其过程是先定位后操作，定位包括纵向定位和横向定位。删除：定位时只需横向定位，可分解为选择和删除两个操作。修改：可分解为删除和插入两个操作。,45,3、关系中的数据约束：实体完整性约束参照完整性约束用户定义的完整性约束,46,实体完整性
14、约束：关系中的主键中属性值不能为空；参照完整性约束：关系中的外键要么是所关联中实际存在的元组，要么为空值；任何关系数据库系统都应该支持实体完整性和参照完整性。,47,习题讲解,48,1、关系模型允许定义3类数据约束，下列不属于数据约束的是 A) 实体完整性约束B) 参照完整性约束 C) 域完整性约束D) 用户自定义的完整 性约束2、关系表中的每一横行称为一个 ) 元组 ) 字段 ) 属性) 码,C,A,49,3、下列说法中，不属于数据模型所描述的内容的是 A) 数据结构B) 数据操作 C) 数据查询D) 数据约束,c,50,4、公司中有多个部门和多名职员，每个职员只能属于一个部门，一个部门可以
15、有多名职员，从职员到部门的联系类型是 A) 多对多 B) 一对一 C) 多对一 D) 一对多,C,51,4.3 关系代数,考点12：关系代数关系代数是一种抽象的查询语言，是关系数据操纵语言的一种传统表达方式，它是通过用对关系的运算来表达查询的。,52,1、关系模型的基本操作关系模型有插入、删除、修改和查询四种操作，它们又可以分解为以下六种操作：关系的属性指定（列）关系的元组的选择（行）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,53,2、关系模型的基本运算,1）插入：用集合并运算表示：RS2）删除：用集合差运算表示：RS3）修改：先删除再插入： （RS）S,54,4）查询：查询需要引
16、入三种新的运算： 投影运算，选择运算，笛卡尔积运算（连接运算）,55,a、投影运算：从关系R中选择若干属性列组成新的关系。A,B(R)b、选择运算：在关系R中选择满足条件的各个元组。 F(R)其中F是一个逻辑表达式，比如 B=b,56,c、连接运算：见教材120页表4.4,57,3、关系代数中的扩充运算,1）交运算：RS，即在R又在S内的元组2）除运算：笛卡尔积的逆运算 若T=RS，那么TR=S,58,3）连接与自然连接运算连接运算可以将两个关系合并为一个大关系，可以将它理解成满足某种限制的笛卡尔积：R | S = ij(RS)当为=时，该连接称为等值连接自然连接为通过公共域的等值连接。记为：
17、 R | S,ij,59,关系运算符,60,61,习题讲解,62,1、下列关系模型中，能使经运算后得到的新关系中属性个数多于原来关系中属性个数的是 A) 选择 B) 连接 C) 投影 D) 并,B,63,2、设关系R如下图所示，则经过操作A,B(B=b(R)的运算结果是（）,64,3、按条件 f 对关系进行选择，其关系运算表示式是A)R|R B)R|R C)f(R) D)f(R),f,C,65,4、下列关系运算的叙述中，正确的是 A) 投影、选择、连接是从二维表行的方向进行的运算 B) 并、交、差是从二维表的列的方向来进行运算 C) 投影、选择、连接是从二维表列的方向进行的运算 D) 以上3种
18、说法都不对,D,66,4.4 数据库的设计与管理,考点13：数据库设计概述数据库设计是数据应用的核心1、数据库设计的任务：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。设计一个能满足用户要求，性能良好的数据库,67,2、数据库设计的两种方法：1）以信息需求为主，兼顾处理需求（面向数据的方法）2）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,68,3、数据库设计的生命周期：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,6
19、9,考点14：数据库设计的需求分析,1、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。调查的重点是“数据”和“处理”，获取用户在数据管理中的常采用结构化分析方法和面向对象的方法,70,2、需求分析步骤3、数据字典对数据库设计来讲，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,71,考点15：数据库概念设计,1、数据库概念设计概述数据库概念设计的目的是分析数据内在语义关联，在此基础上建立一个数据的抽象模型。设计的方法有两种：(1)集中式模
20、式设计法(适用于小型或并不复杂的单位或部门);(2)视图集成设计法,72,2、数据库概念设计过程1）选择局部应用2）视图设计：3种设计次序（自顶向下、由底向上、由内向外）3）视图集成。在进行视图集成时，最重要的是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,73,考点16：数据库的逻辑设计,1、从ER图向关系模式转换2、逻辑模式规范化及调整、实现3、关系视图设计，又称外模式设计。关系视图的作用有：(1)提供数据逻辑独立性;(2)能适应用户对数据的不同需求;(3)有一定数据保密功能,74,考点17：数据库的物理设计,数据库的物理设计主要目标是对数据内部物理结构作调整并选择合理的存取
21、路径,以提高数据库访问速度有效利用存储空间.一般RDBMS中留给用户参与物理设计的内容大致有索引设计,集成簇设计和分区设计.,75,考点18：数据库管理,数据库管理的内容:(1)数据库的建立;(2)数据库的调整;(3)数据库的重组;(4)数据库安全性与完整性控制;(5)数据库的故障恢复;(6)数据库监控.,76,1、数据库的故障恢复一般是由 A) 数据流图完成的B) 数据字典完成的 C) DBA完成的 D) PAD图完成的2、在数据库设计中，将E-R图转换成关系数据模型的过程属于 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,C,B,77,3、视图设计一般有3种设计次序，下列不属于视图设计的是 A) 自顶向下B) 由外向内 C) 由内向外D) 自底向上,B,
