第1章數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)1.1任務(wù)描述：

本章完成項(xiàng)目的第1個(gè)任務(wù)：設(shè)計(jì)大學(xué)生選課管理數(shù)據(jù)庫(kù)，分析該數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)含有幾個(gè)表，這幾個(gè)表之間有什么關(guān)系，畫出這幾個(gè)表之間的關(guān)系模型，并分別設(shè)計(jì)出這幾個(gè)表，注意它們的主鍵或外鍵以及它們之間的聯(lián)系。超市購(gòu)物使用信用卡購(gòu)物在旅行社預(yù)定假期使用圖書館出租錄像使用Internet1.2數(shù)據(jù)庫(kù)舉例1.3數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念1、信息與數(shù)據(jù)

信息：信息是人們進(jìn)行各種活動(dòng)所需要的各種知識(shí)，是現(xiàn)實(shí)世界各種狀態(tài)的反映。數(shù)據(jù)：是描述信息的符號(hào)，符號(hào)的形式多種多樣，如數(shù)值、文本、圖形、聲音等類型的數(shù)據(jù)，用來(lái)反映不同類型的信息。2．?dāng)?shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是指對(duì)各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、加工和傳播的一系列活動(dòng)的總和，其目的是從大量的、原始的數(shù)據(jù)中抽取、推導(dǎo)出對(duì)人們有價(jià)值的信息以作為行動(dòng)和決策的依據(jù)。1.3.1信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)是自描述的：它除了包含用戶的源數(shù)據(jù)外，還包含關(guān)于它本身結(jié)構(gòu)的描述。這個(gè)描述稱為數(shù)據(jù)字典（或數(shù)據(jù)目錄，或元數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)庫(kù)是集成記錄的集合。用戶數(shù)據(jù)文件是由這些記錄組合而成的。數(shù)據(jù)庫(kù)不僅僅包含用戶數(shù)據(jù)文件，它還包含其他內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫(kù)包含4個(gè)要素：用戶數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、索引和應(yīng)用元數(shù)據(jù)。1.3.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)際可運(yùn)行的、按照數(shù)據(jù)庫(kù)方式存儲(chǔ)、維護(hù)和為應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)或信息支持的系統(tǒng)。它是存儲(chǔ)介質(zhì)、處理對(duì)象和管理系統(tǒng)的集合體。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成:（1）數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）是存放數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，人們收集并抽取出一個(gè)應(yīng)用所需要的大量數(shù)據(jù)之后，應(yīng)將其保存起來(lái)以便進(jìn)一步加工處理，進(jìn)一步抽取有用的信息。（2）計(jì)算機(jī)硬件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的硬件包括中央處理器、內(nèi)存、外存、輸入/輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)通道等硬件設(shè)備。（3）計(jì)算機(jī)軟件：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的軟件包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、各種宿主語(yǔ)言和應(yīng)用開發(fā)支撐軟件等程序。（4）數(shù)據(jù)庫(kù)用戶，它包括：數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）、專業(yè)用戶、應(yīng)用程序員、最終用戶。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）是指數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)，它是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心組成部分，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的一切操作，包括查詢、更新以及各種控制都是通過(guò)DBMS進(jìn)行的。它的基本功能包括：數(shù)據(jù)庫(kù)定義功能、數(shù)據(jù)庫(kù)操縱功能、數(shù)據(jù)控制功能、數(shù)據(jù)的服務(wù)功能。1.3.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員：

DBA的主要職責(zé)包括如下6個(gè)方面：（1）決定數(shù)據(jù)庫(kù)中存放哪些信息（2）決定數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取策略（3）定義數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性要求和完整性約束條件（4）監(jiān)督和控制數(shù)據(jù)庫(kù)的使用和運(yùn)行（5）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能改進(jìn)（6）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和重組1.3.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)1.4關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

1.4.1關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型由三部分組成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作、關(guān)系的完整性。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)與層次數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)相比，具有簡(jiǎn)單靈活的數(shù)據(jù)模型、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，能提供有著良好性能的語(yǔ)言接口，并且有著比較堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)，它是目前最流行的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。1.4.2關(guān)系模型的基本術(shù)語(yǔ)

1．關(guān)系一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)一個(gè)二維表，二維表名就是關(guān)系名

2．屬性及值域二維表中的列（字段）稱為關(guān)系的屬性。關(guān)系的屬性包括屬性名和屬性值兩部分，其列名即為屬性名，列值即為屬性值。屬性值的取值范圍稱為值域，每一個(gè)屬性對(duì)應(yīng)一個(gè)值域，不同屬性的值域可以相同1.4.2關(guān)系模型的基本術(shù)語(yǔ)3．關(guān)系模式二維表中的行定義（表頭）、記錄的類型，即對(duì)關(guān)系的描述為關(guān)系模式、關(guān)系模式的一般形式為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）

4．元組二維表中的一行，即每一條記錄的值稱為關(guān)系的一個(gè)元組。其中，每一個(gè)屬性的值稱為元組的分量。關(guān)系由關(guān)系模式和元組的集合組成。

5．鍵鍵由一個(gè)或幾個(gè)屬性組成，在實(shí)際使用中，有下列幾種鍵。（1）超鍵：在關(guān)系中能唯一標(biāo)識(shí)元組的屬性或?qū)傩缘慕M合稱為該關(guān)系的超鍵。（2）候選鍵：不含有多余屬性的超鍵稱為候選鍵。即在候選鍵中，若要再刪除屬性，就不是鍵了。（3）主鍵：用戶選用元組標(biāo)識(shí)的一個(gè)候選鍵稱為主鍵。

6．主屬性與非主屬性關(guān)系中包含在任何一個(gè)候選鍵中的屬性稱為主屬性，不包含在任何一個(gè)候選鍵中的屬性為非主屬性。

7．外鍵、參照關(guān)系與依賴關(guān)系當(dāng)關(guān)系中的某個(gè)屬性或?qū)傩缘慕M合雖然不是該關(guān)系的主鍵或只是主鍵的一部分，但卻是另一個(gè)關(guān)系的主鍵，而且其值來(lái)源于另一關(guān)系的主鍵值，稱該屬性或?qū)傩缘慕M合為這個(gè)關(guān)系的外鍵。以外鍵作為主鍵的關(guān)系稱為參照關(guān)系或主關(guān)系，外鍵所在的關(guān)系稱為依賴關(guān)系或從關(guān)系。在關(guān)系模型中通過(guò)外鍵實(shí)現(xiàn)兩個(gè)關(guān)系之間的關(guān)聯(lián)。1.4.2關(guān)系模型的基本術(shù)語(yǔ)1.4.3關(guān)系的定義和性質(zhì)

由于關(guān)系是若干元組的集合，可以用集合的觀點(diǎn)定義關(guān)系。關(guān)系是一個(gè)元數(shù)為K（K≥1）的元組的集合。即把關(guān)系看成是一個(gè)集合，集合中的元素是元組，每個(gè)元組屬性個(gè)數(shù)應(yīng)相同。在關(guān)系模型中，對(duì)關(guān)系作了下列規(guī)范性限制。1．關(guān)系中的每一個(gè)屬性值是不可分解的。2．每一個(gè)關(guān)系模式中屬性的數(shù)據(jù)模型以及屬性的個(gè)數(shù)是固定的，并且每個(gè)屬性必須命名，在同一個(gè)關(guān)系模式中，屬性名必須是互不相同的。3．每一個(gè)關(guān)系僅有一種關(guān)系模式。4．在關(guān)系中元組的順序是無(wú)關(guān)緊要的，即沒(méi)有行序。5．在關(guān)系中屬性的順序可任意交換，交換是應(yīng)連同屬性名一起交換，即沒(méi)有列序。6．在同一個(gè)關(guān)系中不允許出現(xiàn)完全相同的元組。1.4.4關(guān)系模型的三要素

關(guān)系模型由三部分組成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作及關(guān)系的完整性規(guī)則1．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型中所選用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為集合論中的關(guān)系，即用關(guān)系來(lái)描述實(shí)體集，同時(shí)也用關(guān)系來(lái)描述實(shí)體之間的關(guān)系。2．關(guān)系操作關(guān)系操作能力的表達(dá)有兩種不同的方法。（1）代數(shù)方法，也稱為關(guān)系代數(shù)。它是以集合的操作為基礎(chǔ)，應(yīng)用對(duì)關(guān)系的專門運(yùn)算來(lái)表達(dá)查詢的要求。（2）邏輯方法，也稱為關(guān)系演算。它是以謂詞演算為基礎(chǔ)，通過(guò)元組必須滿足的謂詞公式來(lái)表達(dá)查詢要求。3．關(guān)系模型的完整性規(guī)則數(shù)據(jù)完整性由完整性規(guī)則來(lái)定義，關(guān)系模型的完整性規(guī)則是對(duì)關(guān)系的某種約束條件。（1）實(shí)體完整性限定關(guān)系中的主鍵值不能為空。關(guān)系的這種約束，稱為實(shí)體完整性（2）參照完整性參照完整性是用于約束外鍵的，即，若F是關(guān)系R中對(duì)應(yīng)關(guān)系S的外鍵，則對(duì)于R中每個(gè)元組在F上的值必須為以下值：①取空值（F的每個(gè)屬性值均為空）。②等于S中某個(gè)元組的主鍵值。（3）用戶定義的完整性關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)還允許用戶定義某一具體數(shù)據(jù)庫(kù)所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的約束條件。這種約束條件是對(duì)數(shù)據(jù)在語(yǔ)義范疇的描述，由具體應(yīng)用環(huán)境來(lái)決定，這就是用戶定義的完整性。1.4.4關(guān)系模型的三要素

只有采用較好的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，才能比較迅速、高效地創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，為訪問(wèn)所需的信息提供方便。在設(shè)計(jì)時(shí)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)節(jié)省日后管理數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的時(shí)間。本節(jié)將在避免談及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化所波及的理論的前提下，通俗地介紹在SQLServer中設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。1.5關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1.5.1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)步驟1．設(shè)計(jì)原則

為了合理地組織數(shù)據(jù)，應(yīng)遵從以下基本設(shè)計(jì)原則：（1）關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵從概念單一化“一事一地”的原則（2）避免在表之間出現(xiàn)重復(fù)字段（3）表中的字段必須是原始數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)元素（4）用外部關(guān)鍵字保證有關(guān)聯(lián)的表之間的聯(lián)系1.5.1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)步驟2．設(shè)計(jì)的步驟（1）需求分析：確定建立數(shù)據(jù)庫(kù)的目的這有助于確定數(shù)據(jù)庫(kù)保存哪些信息。（2）確定需求的表：著手把需求信息劃分成各個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，例如客戶、職工、商品、定單、供應(yīng)商等。將每個(gè)實(shí)體設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)表。（3）確定所需字段：確定在每個(gè)表中要保存哪些字段。通過(guò)對(duì)這些字段的顯示或計(jì)算應(yīng)能夠得到所需求的信息。（4）確定聯(lián)系：對(duì)每個(gè)表進(jìn)行分析，確定一個(gè)表中的數(shù)據(jù)和其他表中的數(shù)據(jù)有何聯(lián)系。必要時(shí)，可在表中加入字段或創(chuàng)建新表來(lái)明確地反映聯(lián)系。（5）設(shè)計(jì)求精：對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)一步分析，查找其中的錯(cuò)誤。創(chuàng)建表，在表中加入幾個(gè)示例數(shù)據(jù)記錄，看看能否從表中得到想要的結(jié)果。必要時(shí)應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)。1.5.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程

1．需求分析用戶需求主要包括三個(gè)方面：（1）信息需求：用戶要從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得的信息內(nèi)容。信息需求定義了數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該提供的所有信息，應(yīng)注意描述清楚系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型。（2）處理需求：需要對(duì)數(shù)據(jù)完成什么處理功能及處理的方式。處理需求定義了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理的操作，應(yīng)注意操作執(zhí)行的場(chǎng)合、頻率、操作對(duì)數(shù)據(jù)的影響等。（3）安全性和完整性要求：在定義信息需求和處理需求的同時(shí)必須相應(yīng)確定安全性和完整性約束。

2．確定需要的表定義數(shù)據(jù)庫(kù)中的表是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中技巧性最強(qiáng)的一步。3．確定所需字段確定字段時(shí)需要注意的問(wèn)題如下：（1）每個(gè)字段直接和表的實(shí)體相關(guān)（2）以最小的邏輯單位存儲(chǔ)信息（3）表中的字段必須是原始數(shù)據(jù)（4）確定主關(guān)鍵字字段4．確定聯(lián)系設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的目的實(shí)質(zhì)上是設(shè)計(jì)出滿足實(shí)際應(yīng)用需求的實(shí)際關(guān)系模型。確定聯(lián)系的目的是使表的結(jié)構(gòu)合理，不僅存儲(chǔ)了所需要的實(shí)體信息，并且反映出實(shí)體之間客觀存在的關(guān)聯(lián)。5．設(shè)計(jì)求精數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)在每一個(gè)具體階段的后期都要經(jīng)過(guò)用戶確認(rèn)。如果不能滿足應(yīng)用需求，則要返回到前面一個(gè)或前面幾個(gè)階段進(jìn)行修改和調(diào)整。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)不斷反復(fù)修改、調(diào)整的迭代過(guò)程。1.5.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程1.6任務(wù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)大學(xué)生選課管理數(shù)據(jù)庫(kù)，分析如下：1．在大學(xué)生選課管理中，顯然得有“學(xué)生”、“教師”和“課程”這三個(gè)對(duì)象實(shí)體，也就說(shuō)，得有學(xué)生信息表、教師信息表和課程信息表。2．學(xué)生信息表至少得含有學(xué)號(hào)、姓名、性別、所在系、班級(jí)和電話這幾項(xiàng)信息；教師信息表至少得含有教師編號(hào)、姓名、性別、所在系、學(xué)歷、專業(yè)、職稱和電話這幾項(xiàng)信息；課程信息表至少得含有課程代碼、課程名稱、學(xué)時(shí)數(shù)、學(xué)分和課程收費(fèi)這幾項(xiàng)信息。3．顯然學(xué)生信息表、教師信息表和課程信息表之間有如下聯(lián)系：（1）教師表與課程表之間存在“多對(duì)多”的聯(lián)系，一個(gè)教師能夠同時(shí)講授多門課程，而同一門課程也可由多個(gè)教師來(lái)講授。這樣由前面敘述可知，需要增加一個(gè)能夠聯(lián)系教師表與課程表的“紐帶表”，即“教師教課信息表”，該表至少含有教師號(hào)、課程代碼和講課酬金這幾項(xiàng)信息，指哪個(gè)教師所能夠講授的哪一門課程。（2）學(xué)生表與教師教課表之間存在“多對(duì)多”的聯(lián)系，一個(gè)學(xué)生能夠同時(shí)選修多門（有教師能講的）課程，同一門（有教師能講的）課程也可有多個(gè)學(xué)生同時(shí)選修。這樣還需要增加一個(gè)能夠聯(lián)系學(xué)生表與教師教課表