1、第01章 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識 數(shù)據(jù)庫技術(shù)和系統(tǒng)已經(jīng)成為信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為數(shù)據(jù)管理的最有效的手段，極大的促進了計算機應(yīng)用的發(fā)展。本章將介紹數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模型等基礎(chǔ)理論知識，為后面各章的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 教學(xué)重點與難點 數(shù)據(jù)庫基本知識 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與分類 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念和類型 常用的數(shù)據(jù)模型 1.1 數(shù)據(jù)庫簡介 數(shù)據(jù)庫(Data Base)是計算機應(yīng)用系統(tǒng)中的一種專門管理數(shù)據(jù)資源的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)有多種形式，如文字、數(shù)碼、符號、圖形、圖像以及聲音等。 數(shù)據(jù)庫的概念 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)庫就是數(shù)據(jù)的集合，例如，日常生活中，公司記錄了每個員工的姓名、地址、

2、電話、學(xué)號等信息，這個員工記錄就是一個簡單的“數(shù)據(jù)庫”(如下圖所示)。每個員工的姓名、員工編號、性別等信息就是這個數(shù)據(jù)庫中的“數(shù)據(jù)”，我們可以在這個“數(shù)據(jù)庫”中添加新員工的信息，也可以由于某個員工的離職或聯(lián)系方式變動而刪除或修改該數(shù)據(jù)。 1.1.1 數(shù)據(jù)庫的概念 數(shù)據(jù)處理就是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息的過程，它包括對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行收集、存儲、傳播、檢索、分類、加工或計算、打印和輸出等操作，如向“員工信息表”數(shù)據(jù)表中增加一條記錄，或者從中查找某學(xué)生的出生日期等都是數(shù)據(jù)處理。 1.1.2 數(shù)據(jù)處理 1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，從根本上說是計算機化的記錄保持系統(tǒng)，它的目的是存儲和產(chǎn)生所需要的有用信

3、息。這些有用的信息可以是使用該系統(tǒng)的個人或組織的有意義的任何事情，是對某個人或組織輔助決策過程中不可少的事情。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分類 狹義地講，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和用戶構(gòu)成。廣義地講，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計算機系統(tǒng)，它包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、硬件、應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫管理員及終端用戶，如下圖所示。 1.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念 面向文件的系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的局限性，隨著信息需求的不斷擴大，克服這些局限性就顯得愈加迫切。下圖是傳統(tǒng)的文件管理系統(tǒng)的示意圖。 1.2.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點 與傳統(tǒng)的文件管理系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有以下

4、優(yōu)點： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 數(shù)據(jù)存儲靈活 數(shù)據(jù)共享性強 數(shù)據(jù)冗余度低 數(shù)據(jù)獨立性高 在信息高速發(fā)展的時代，數(shù)據(jù)信息同樣是寶貴的資產(chǎn)，應(yīng)該妥善地使用、管理并加以保護。根據(jù)數(shù)據(jù)庫存放位置的不同，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以分為集中式數(shù)據(jù)庫和分布式數(shù)據(jù)庫。 集中式數(shù)據(jù)庫 分布式數(shù)據(jù)庫 1.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分類 1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Database Management System)是從圖書館的管理方法改進而來的。人們將越來越多的資料存入計算機中，并通過一些編制好的計算機程序?qū)@些資料進行管理，這些程序后來就被稱為“數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”，它們可以幫我們管理輸入到計算機中的大量數(shù)據(jù)，就像圖書館的管理員。

5、 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的組成 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)由一個互相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合和一組訪問這些數(shù)據(jù)的程序組成，它負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫的存儲數(shù)據(jù)進行管理、維護和使用，因此，DBMS是一種非常復(fù)雜的、綜合性的、在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)進行管理的大型系統(tǒng)軟件，它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分。 1.3.1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念 DBMS大多是由許多系統(tǒng)程序所組成的一個集合。每個程序都有各自的功能，一個或幾個程序一起協(xié)調(diào)完成DBMS的一件或幾件工作任務(wù)。各種DBMS的組成因系統(tǒng)而異，一般來說，它由以下幾個部分組成。 語言編譯處理程序 系統(tǒng)運行控制程序 系統(tǒng)建立、維護程序 數(shù)據(jù)字典 1.3.2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的組

6、成 1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的一般步驟 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)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求。 需求分析 邏輯設(shè)計結(jié)構(gòu) 物理設(shè)計結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫的實施 數(shù)據(jù)庫的運行與維護 整個數(shù)據(jù)庫開發(fā)活動從對系統(tǒng)的需求分析開始。系統(tǒng)需求包括對數(shù)據(jù)的需求和對應(yīng)用功能的需求兩方面內(nèi)容。該階段應(yīng)與系統(tǒng)用戶相互交流，了解他們對數(shù)據(jù)的要求及已有的業(yè)務(wù)流程，并把這些信息用數(shù)據(jù)流圖或文字等形式記錄下來，最終獲得處理需求。 1.4.1 需求分析 由于邏輯設(shè)計與具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有關(guān)。以Microsoft Office Access為例，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計主要完

7、成兩個任務(wù)： 按照一定的原則將數(shù)據(jù)組織成一個或多個數(shù)據(jù)庫，指明每個數(shù)據(jù)庫中包含哪幾個表，并指出每個表包含的字段。 確定表間關(guān)系。通俗地說，就是設(shè)計一種邏輯結(jié)構(gòu)，通過該邏輯結(jié)構(gòu)能夠?qū)С雠c用戶需求一致的結(jié)果。如果不能達(dá)到用戶的需求，就要反復(fù)修正或重新設(shè)計。 1.4.2 邏輯設(shè)計結(jié)構(gòu) 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣依賴于具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。對Access來說，物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程通常包括以下步驟： 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫 創(chuàng)建表 創(chuàng)建表之間的關(guān)系 1.4.3 物理設(shè)計結(jié)構(gòu) 該階段是建立數(shù)據(jù)庫的實質(zhì)性階段，需要完成裝入數(shù)據(jù)、完成編碼、進行測試等工作。完成以上工作后，即可投入試運行，即把數(shù)據(jù)庫連同有關(guān)的應(yīng)用程序一起裝入計算機，從

8、而考察他們在各種應(yīng)用中能否達(dá)到預(yù)定的功能和性能要求。 1.4.4 數(shù)據(jù)庫的實施 完成了部署數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用戶也開始使用系統(tǒng)，但這并不標(biāo)志著數(shù)據(jù)庫開發(fā)周期的結(jié)束。要保持?jǐn)?shù)據(jù)庫持續(xù)穩(wěn)定地運行，需要數(shù)據(jù)庫管理員具備特殊的技能，同時要付出更多的勞動。而且，由于數(shù)據(jù)庫環(huán)境是動態(tài)的，隨著時間的推移，用戶數(shù)量和數(shù)據(jù)庫事務(wù)不斷擴大，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必然增加。因此，數(shù)據(jù)庫管理員必須持續(xù)關(guān)注數(shù)據(jù)庫管理，并在必要的時候?qū)?shù)據(jù)庫進行升級。 1.4.5 數(shù)據(jù)庫的運行與維護 1.5 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 關(guān)系模型是用二維表格結(jié)構(gòu)來表示實體與實體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個二維表框架組成的集合，而每個二維表又可稱為關(guān)系，每個

9、二維表都有一個名字。目前大多數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是關(guān)系型的，如Access就是一種關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在這一小節(jié)中，將為讀者介紹關(guān)系數(shù)據(jù)模型最基本的術(shù)語概念和常見的關(guān)系運算。 非規(guī)范化的關(guān)系 第一范式1NF 第二范式2NF 第三范式3NF 一般而言，關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計的目標(biāo)是生成一組關(guān)系模式，使我們既不必存儲不必要的重復(fù)信息，又可以方便地獲取信息。方法之一就是設(shè)計滿足適當(dāng)范式的模式。在學(xué)習(xí)范式前，首先來了解非規(guī)范化的表格。 當(dāng)一個關(guān)系中的所有字段都是不可分割的數(shù)據(jù)項時，稱該關(guān)系是規(guī)范化的 。 當(dāng)表格中含有多值數(shù)據(jù)項時，該表格同樣為不規(guī)范化的表格 。1.5.1 非規(guī)范化的關(guān)系 如果關(guān)系模式R的所有屬性的值域中每個值都是不可再分解的值，則稱R是屬于第一范式(1NF)。第一范式的模式要求屬性值不可再分成更小的部分，即屬性項不能是屬性組合或組屬性組成。1.5.2 第一范式1NF 滿足第一范式并且關(guān)系模式R中的所有非主屬性都完全依賴于任意一個候選關(guān)鍵字，則稱關(guān)系