第6章數(shù)據(jù)資源管理技術(shù)6.1數(shù)據(jù)資源管理技術(shù)的發(fā)展6.2數(shù)據(jù)描述及數(shù)據(jù)資源6.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS6.4關(guān)系型數(shù)據(jù)庫RDB6.5RDB設(shè)計(jì)6.6新型數(shù)據(jù)庫小結(jié)

習(xí)題組織的科學(xué)管理依賴信息。信息是一個(gè)組織重要的資源，而數(shù)據(jù)是信息的依據(jù)和基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)與信息之間是原料和成品之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)的集合，它以系統(tǒng)、全局的觀點(diǎn)集中統(tǒng)一組織、管理數(shù)據(jù)，以滿足用戶的信息需求，是管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。具有統(tǒng)一規(guī)劃集中管理的數(shù)據(jù)庫，信息才能真正成為組織管理的共享資源，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的使用是管理信息系統(tǒng)成熟的重要標(biāo)志。本章介紹數(shù)據(jù)資源管理技術(shù)，數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本概念，以及數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)。介紹RDB的基本概念和RDB設(shè)計(jì)、使用的有關(guān)問題。6.1數(shù)據(jù)資源管理技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)應(yīng)用由科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制領(lǐng)域逐步擴(kuò)展到企業(yè)、事業(yè)及行政部門的管理領(lǐng)域，數(shù)據(jù)處理成為計(jì)算機(jī)的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域。在數(shù)據(jù)處理中，通常計(jì)算比較簡單，處理的數(shù)據(jù)量很大，因此，數(shù)據(jù)處理的核心是數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)管理，用于數(shù)據(jù)資源管理的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，作為計(jì)算機(jī)軟件的一個(gè)重要分支得到迅速發(fā)展。6.1.1數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過了三個(gè)階段：數(shù)據(jù)人工管理階段、文件管理階段和數(shù)據(jù)庫階段。

1.數(shù)據(jù)人工管理階段在數(shù)據(jù)處理的初期沒有軟件支持，程序員直接管理數(shù)據(jù)，這一階段的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)保存在處理程序中或隨程序執(zhí)行人機(jī)交互地輸入，數(shù)據(jù)處理后將結(jié)果輸出，最后，程序和數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間一起被釋放。數(shù)據(jù)和程序相互依賴，即每個(gè)應(yīng)用程序要包括被處理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入/輸出方式等；數(shù)據(jù)面向應(yīng)用，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化、修改，導(dǎo)致整個(gè)程序的修改。此外，在這一階段只有程序文件的概念，數(shù)據(jù)的組織方式由程序自行設(shè)計(jì)和安排。數(shù)據(jù)由人工管理最大的問題是編程效率低，程序依賴數(shù)據(jù)，不靈活，容易出錯(cuò)。

2.文件管理階段隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)處理量的增加，要求數(shù)據(jù)和程序分離，出現(xiàn)由計(jì)算機(jī)軟件管理數(shù)據(jù)，由操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)管理存儲(chǔ)外存設(shè)備上的數(shù)據(jù)。這一階段的特點(diǎn)是程序與數(shù)據(jù)具有設(shè)備獨(dú)立性，數(shù)據(jù)和程序一樣可長期保存在外存儲(chǔ)器上，構(gòu)成程序文件和數(shù)據(jù)文件。程序在訪問數(shù)據(jù)時(shí)，不必關(guān)心其物理位置，也不涉及任何物理細(xì)節(jié)，只需使用數(shù)據(jù)文件名，由文件系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的讀或?qū)懺L問。同時(shí)，數(shù)據(jù)文件組織有索引文件，鏈接文件和散列文件等等，便于程序訪問數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)不屬于某個(gè)特定的程序，允許重復(fù)使用，但由于數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)仍取決于特定的應(yīng)用，程序與數(shù)據(jù)間的依賴關(guān)系并未根本改變。文件管理階段具有設(shè)備獨(dú)立性，數(shù)據(jù)修改不必通過程序存儲(chǔ)設(shè)備，但不能徹底體現(xiàn)用戶觀點(diǎn)下的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于數(shù)據(jù)在外存上物理結(jié)構(gòu)的要求，在數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)修改時(shí)，仍需修改用戶應(yīng)用程序，所以文件系統(tǒng)只是計(jì)算機(jī)軟件管理數(shù)據(jù)資源的初級(jí)階段。文件管理方式是數(shù)據(jù)資源管理的一大進(jìn)步，乃至現(xiàn)在，它也是數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。隨著數(shù)據(jù)管理規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，數(shù)據(jù)量的急劇增加，文件系統(tǒng)的缺陷也明顯地暴露無遺。首先是數(shù)據(jù)冗余，由于大多數(shù)應(yīng)用程序可能需要多個(gè)數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)文件間缺乏聯(lián)系，每個(gè)應(yīng)用程序有各自對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件，如圖6-1(a)所示，同樣的數(shù)據(jù)可能在多個(gè)數(shù)據(jù)文件中重復(fù)出現(xiàn)，造成數(shù)據(jù)冗余。冗余的數(shù)據(jù)不僅浪費(fèi)存儲(chǔ)空間，且給數(shù)據(jù)修改操作帶來很大麻煩，它必須毫不遺漏地修改每一個(gè)數(shù)據(jù)文件，稍有不謹(jǐn)慎，就會(huì)造成同一數(shù)據(jù)在不同數(shù)據(jù)文件中不一樣，即所謂數(shù)據(jù)的不一致性。其次，數(shù)據(jù)文件面向應(yīng)用，當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，程序維護(hù)成為系統(tǒng)的主要矛盾。圖6-1文件管理方式和數(shù)據(jù)庫管理方式（a）文件管理方式；（b）數(shù)據(jù)庫管理方式

3.數(shù)據(jù)庫階段

1960年，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著數(shù)據(jù)資源管理進(jìn)入數(shù)據(jù)庫階段，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)資源使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的專門軟件管理，如圖6-1(b)所示。概括起來，數(shù)據(jù)庫階段數(shù)據(jù)管理具有以下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)不同應(yīng)用中共享。數(shù)據(jù)庫技術(shù)采用復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它不僅描述數(shù)據(jù)本身的特點(diǎn)，還描述了數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)不再面向某個(gè)特定的應(yīng)用，而是面向整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，減少冗余，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同應(yīng)用中共享。數(shù)據(jù)庫技術(shù)使數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)分離。數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)分成用戶的邏輯結(jié)構(gòu)、整體邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)三級(jí)模式。用戶（應(yīng)用程序）數(shù)據(jù)和外存中數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換由“數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”（DatabaseManagementSystem，DBMS）軟件實(shí)現(xiàn)。使數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)改變時(shí)，不影響整體結(jié)構(gòu)和用戶邏輯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用程序，即所謂數(shù)據(jù)庫的物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性，數(shù)據(jù)庫只需根據(jù)系統(tǒng)需求獨(dú)立設(shè)計(jì)。在數(shù)據(jù)整體結(jié)構(gòu)改變時(shí)，不影響用戶邏輯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用程序，用戶邏輯結(jié)構(gòu)是取自數(shù)據(jù)整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)子集，這就是所謂數(shù)據(jù)庫的邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性。某特定用戶在處理業(yè)務(wù)時(shí)無須建立文件，而以簡單的邏輯結(jié)構(gòu)（視圖）操作數(shù)據(jù)，大大提高了編程效率。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供方便的用戶接口，用戶可使用查詢語言或終端命令或用程序方式操作數(shù)據(jù)庫。DBMS提供數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)，并發(fā)控制，數(shù)據(jù)完整性、安全性等控制功能，保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的安全，可靠和正確性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)操作一般以記錄為單位，也可以操作數(shù)據(jù)項(xiàng)，增加系統(tǒng)的靈活性。從文件系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是信息處理領(lǐng)域中的一個(gè)重大變化。將人們處理信息從傳統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)（以程序設(shè)計(jì)為主導(dǎo)地位，數(shù)據(jù)只服從程序的作用），改變?yōu)橐詳?shù)據(jù)為中心。這時(shí)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為信息系統(tǒng)首先關(guān)心的問題，數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)則退居為以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的外圍地位。

20世紀(jì)70年代，數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到迅速發(fā)展，許多有效的軟件產(chǎn)品投入運(yùn)行。目前數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)深入到人類社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，從企業(yè)事業(yè)管理、生產(chǎn)管理、銀行業(yè)務(wù)、資源分配、經(jīng)濟(jì)預(yù)測一直到信息探索，檔案管理、普查統(tǒng)計(jì)等各個(gè)方面，并在通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，建立了國際性聯(lián)機(jī)檢索系統(tǒng)、電子商務(wù)系統(tǒng)等等。數(shù)據(jù)庫技術(shù)還在不斷發(fā)展，并與計(jì)算機(jī)技術(shù)相互滲透、結(jié)合，形成分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。6.1.2訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)資源隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中不止一臺(tái)計(jì)算機(jī)參與數(shù)據(jù)資源的存取和操作，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由三部分組成：客戶機(jī)——由用戶操作的個(gè)人（PC）計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)配置多臺(tái)客戶機(jī)。服務(wù)器——提供數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)。一個(gè)系統(tǒng)通常只有一臺(tái)服務(wù)器，有些系統(tǒng)配置有多臺(tái)服務(wù)器。通信網(wǎng)絡(luò)——連接客戶機(jī)和服務(wù)器的通信線路。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的客戶機(jī)訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器上的數(shù)據(jù)資源，有以下三種方式：

1.傳統(tǒng)的文件方式傳統(tǒng)的客戶機(jī)應(yīng)用程序需要訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)資源時(shí)，必須打開文件服務(wù)器上的數(shù)據(jù)文件，并將其裝載到客戶機(jī)上。而后，在客戶機(jī)上運(yùn)行用戶的應(yīng)用程序，在數(shù)據(jù)文件中找到它所需的數(shù)據(jù)集合，處理完成后，再將整個(gè)數(shù)據(jù)文件回送給文件服務(wù)器。對(duì)開發(fā)人員來說整個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)資源訪問過程都不可見，但它卻占據(jù)了時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)總線的帶寬。文件方式要求有較大內(nèi)存容量，較強(qiáng)的處理能力的客戶機(jī)，實(shí)際上，客戶機(jī)的處理能力不強(qiáng)，而處理能力較強(qiáng)的文件服務(wù)器只用于數(shù)據(jù)文件訪問工作，出現(xiàn)處理分工不合理的現(xiàn)象。

2.客戶/服務(wù)器（Client/Server，C/S）方式在客戶/服務(wù)器環(huán)境中，客戶機(jī)的應(yīng)用程序請(qǐng)求服務(wù)器查找它所需的數(shù)據(jù)，服務(wù)器將數(shù)據(jù)文件中匹配的數(shù)據(jù)集合，返回給客戶機(jī)的應(yīng)用程序，節(jié)省時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)的開銷。發(fā)揮了服務(wù)器較強(qiáng)的處理功能，使客戶機(jī)只集中處理用戶界面，無需關(guān)心數(shù)據(jù)訪問工作。在兩層客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，主要問題是客戶機(jī)必須配置被訪問的每一種數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動(dòng)程序，成本較高；另外，用戶還必須考慮配置和軟件維護(hù)問題?；蚰承┨厥夤δ堋Ｈ龑涌蛻?服務(wù)器結(jié)構(gòu)解決兩層結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)，在三層結(jié)構(gòu)中，客戶機(jī)應(yīng)用程序不再直接與服務(wù)器的DBMS通信，插入中間件服務(wù)器，客戶機(jī)僅需與中間件服務(wù)器的一種驅(qū)動(dòng)程序通信，中間件服務(wù)器完成與服務(wù)器的不同數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動(dòng)問題。分布式客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)用于更復(fù)雜的和更有彈性的系統(tǒng)，系統(tǒng)中有多個(gè)分布配置的服務(wù)器，執(zhí)行不同的功能

3.瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）方式隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Web技術(shù)的發(fā)展，使用數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)量劇增，開發(fā)Web數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)十分有意義。在Internet和Intranet上，如網(wǎng)上銀行、在線購物、產(chǎn)品信息、市場調(diào)查分析、聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)庫查詢等，到處可看到Web數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。Web數(shù)據(jù)庫也基于C/S結(jié)構(gòu)的三層模式，即Browser/Webserver/DBserver，客戶層是統(tǒng)一界面的瀏覽器，數(shù)據(jù)服務(wù)器為服務(wù)層，中間層是Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)。用戶通過瀏覽器的Web頁上輸入信息，并發(fā)送到Web服務(wù)器，通過應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫，將結(jié)果以圖形、圖像、文本或表的形式返回瀏覽器。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)是一種特別使人感興趣的PC，它是一種沒有磁盤驅(qū)動(dòng)器或其他當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的PC機(jī)，使網(wǎng)絡(luò)管理簡化，又能處理圖形用戶界面，需要的是能在任何計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的圖形用戶界面，當(dāng)在服務(wù)器上修改某個(gè)驅(qū)動(dòng)程序或應(yīng)用程序時(shí)，可以在該服務(wù)器的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)客戶機(jī)上運(yùn)行。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言Java，使應(yīng)用程序獨(dú)立于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上的多種平臺(tái)，提供在任何計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的圖形用戶界面設(shè)計(jì)。6.2數(shù)據(jù)描述及數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)由組織業(yè)務(wù)活動(dòng)的原始事件產(chǎn)生。如果沒有數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理能力，企業(yè)、事業(yè)單位就無法成功而有效地完成其業(yè)務(wù)活動(dòng)，更談不上為實(shí)現(xiàn)組織目標(biāo)做好管理工作。數(shù)據(jù)邏輯模型是現(xiàn)實(shí)世界的高層抽象，而數(shù)據(jù)物理模型是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，定義數(shù)據(jù)庫的依據(jù)。6.2.1數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)處理中，數(shù)據(jù)描述需要運(yùn)用數(shù)據(jù)模型的方法，即現(xiàn)實(shí)世界的模型化。這個(gè)問題涉及到三個(gè)概念：現(xiàn)實(shí)世界、信息世界和計(jì)算機(jī)世界，如圖6-2所示。

1.現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界是在人們頭腦以外的客觀世界，對(duì)信息系統(tǒng)而言，組織的業(yè)務(wù)活動(dòng)涉及的物流、人、事、單位以及相關(guān)的數(shù)據(jù)，如庫存管理，涉及貨物的存放、進(jìn)出、搜查等業(yè)務(wù)活動(dòng)。業(yè)務(wù)活動(dòng)中抽取的數(shù)據(jù)為管理活動(dòng)提供報(bào)表、匯總、統(tǒng)計(jì)分析圖等。圖6-2三個(gè)世界的數(shù)據(jù)描述

2.信息世界信息世界是現(xiàn)實(shí)世界在人們頭腦中的反映。人的認(rèn)知有兩種過程，一是從特殊到一般的歸納，二是從一般到特殊的演繹。人們將現(xiàn)實(shí)世界各種業(yè)務(wù)活動(dòng)中客觀存在又相互區(qū)別的事物或事件抽象為實(shí)體集。一個(gè)實(shí)體集具有組成實(shí)體歸納的共同的性質(zhì)（屬性），例如，學(xué)生實(shí)體集有姓名、年齡、性別等共同屬性。（實(shí)際上，實(shí)體集還有共同的行為或操作，這就是面向?qū)ο笾械膶?duì)象類）。從現(xiàn)實(shí)世界的事物到信息世界的實(shí)體集，是人認(rèn)識(shí)世界的一次飛躍，人們關(guān)注的是實(shí)體集（事物）的屬性。實(shí)體集中的具體實(shí)例稱實(shí)體。對(duì)于具體的實(shí)體，有具體的屬性值，如某個(gè)學(xué)生姓名叫李四，年齡22歲，性別為男等，屬性值的不同用來區(qū)別不同的實(shí)體。為了便于唯一地識(shí)別每個(gè)實(shí)體，常用某個(gè)屬性（代碼）或一組屬性來標(biāo)識(shí)實(shí)體，稱為實(shí)體標(biāo)識(shí)符。

3.計(jì)算機(jī)世界計(jì)算機(jī)世界是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式，信息世界的實(shí)體集和實(shí)體屬性，必須轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)世界中要把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信息，要用有意義的方法組織數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)以文件方式存儲(chǔ)，并分下列層次：字段或稱數(shù)據(jù)項(xiàng)——字段可以命名的最小數(shù)據(jù)單位，字段名表示實(shí)體的屬性。字段值表示每個(gè)具體屬性值或數(shù)據(jù)，一般分為兩大類型：數(shù)值型和字符型。記錄——記錄結(jié)構(gòu)是字段有序集合，記錄描述一個(gè)具體實(shí)體，是字段值有序集合，實(shí)體屬性的數(shù)據(jù)描述。［例］實(shí)體集：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，…）實(shí)體：99064111李四22男……文件（file）——文件是同一實(shí)體集的所有記錄的集合，所有的學(xué)生記錄組成一個(gè)學(xué)生文件。其中，主關(guān)鍵字簡稱主鍵，是能唯一標(biāo)識(shí)文件中每個(gè)記錄的字段或字段集，與信息世界中實(shí)體標(biāo)識(shí)符的概念相對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)層次最高一層，它是綜合的、相關(guān)的文件集合，它表示一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目中相關(guān)的實(shí)體集的集合及實(shí)體集間的關(guān)聯(lián)。我們可以不必關(guān)心數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和具體實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的目標(biāo)之一，是用戶能簡單、方便地訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。6.2.2數(shù)據(jù)的邏輯模型數(shù)據(jù)是組織重要資源之一，組織的管理如何有效地利用數(shù)據(jù)資源至關(guān)重要。數(shù)據(jù)庫應(yīng)設(shè)計(jì)成能存儲(chǔ)與組織業(yè)務(wù)相關(guān)的所有數(shù)據(jù)，并能快速訪問、方便修改，能實(shí)時(shí)反映整個(gè)組織的業(yè)務(wù)情況。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)首先應(yīng)進(jìn)行需求分析，考慮應(yīng)收集哪些數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的來源及誰將訪問這些數(shù)據(jù)。其次是根據(jù)需求構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫需要兩種數(shù)據(jù)模型：邏輯模型和物理模型。數(shù)據(jù)的邏輯模型獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不涉及數(shù)據(jù)的表示、物理實(shí)現(xiàn)，只需描述組織所關(guān)心的信息模型。邏輯模型是現(xiàn)實(shí)世界中，從系統(tǒng)需求到信息世界的高層抽象。用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)邏輯模型的工具是實(shí)體聯(lián)系（E-R）圖。數(shù)據(jù)的物理模型，是面向信息模型所采用的具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)實(shí)世界的第二層抽象。數(shù)據(jù)的物理模型有嚴(yán)格形式化定義，便于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問。它涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。反映現(xiàn)實(shí)世界中系統(tǒng)需求的實(shí)體與實(shí)體間的聯(lián)系稱為數(shù)據(jù)的邏輯模型或信息模型。研究邏輯模型的目是從中導(dǎo)出數(shù)據(jù)的物理模型。數(shù)據(jù)的邏輯模型根據(jù)系統(tǒng)需求創(chuàng)建，它強(qiáng)調(diào)其語義表達(dá)功能，概念簡單、清晰，易于用戶理解，便于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員和用戶交流，啟發(fā)、檢驗(yàn)、返回補(bǔ)充系統(tǒng)需求。

實(shí)體聯(lián)系E-R圖，使用圖形符號(hào)來表示組織業(yè)務(wù)活動(dòng)涉及的實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系。一般用矩形框表示實(shí)體，菱形框表示實(shí)體間的聯(lián)系，直線將有關(guān)系的實(shí)體連接，橢圓框表示實(shí)體屬性。本書采用VFP的表示方法，保留用菱形框表示實(shí)體間的關(guān)系，矩形框表示實(shí)體，并分為上下兩部分分別表示實(shí)體標(biāo)識(shí)及其屬性，如果實(shí)體間的關(guān)系有屬性，亦不加橢圓框而將屬性直接附于菱形框。圖6-3是表示學(xué)生和課程多對(duì)多聯(lián)系的E-R圖。圖6-3多對(duì)多聯(lián)系的E-R圖在實(shí)際系統(tǒng)中往往有多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的實(shí)體，作圖也比較復(fù)雜?，F(xiàn)舉一個(gè)較簡單的例子(一個(gè)倉庫管理的ER圖)，倉庫主要管理零件入庫、出庫及采購等事項(xiàng)。工程項(xiàng)目需要倉庫提供零件，倉庫需要向零件供應(yīng)商采購零件。首先確定實(shí)體集：工程項(xiàng)目、零件、零件供應(yīng)商。確定實(shí)體間關(guān)系：一個(gè)項(xiàng)目需要多個(gè)零件，且一種零件亦可提供多個(gè)項(xiàng)目使用。所以項(xiàng)目與零件問題是多對(duì)多的供需關(guān)系，供需關(guān)系的屬性為零件數(shù)量。同樣一種零件可以向多個(gè)供應(yīng)商采購，一個(gè)供應(yīng)商可提供多種零件，零件與供應(yīng)商間亦是多對(duì)多的采供關(guān)系，采供關(guān)系有屬性零件總量。確定實(shí)體集名稱和屬性：工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)J#，項(xiàng)目名稱Jname，開工日期

DATE）零件（零件編號(hào)P#，零件名稱Pname，規(guī)格

Psize，重量Pweight）供應(yīng)商（供應(yīng)商代號(hào)S#，姓名Sname，地址SADR）倉庫管理的ER圖如圖6-4所示。圖6-4倉庫管理的E-R圖6.2.3數(shù)據(jù)的物理模型數(shù)據(jù)的物理模型指數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。物理模型中反映的記錄，實(shí)際上是反映了實(shí)體間的邏輯銜接和相關(guān)性，聯(lián)系指示了應(yīng)用存取數(shù)據(jù)的途徑。表達(dá)實(shí)體和實(shí)體聯(lián)系的物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有層次、網(wǎng)狀、關(guān)系型及面向?qū)ο竽Ｐ?。層次、網(wǎng)狀模型稱為第一代數(shù)據(jù)庫，至今仍在使用。目前，關(guān)系模型是最重要的一種模型，人稱第二代數(shù)據(jù)庫，它概念簡單、清晰，用戶易懂易學(xué)，有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及在此基礎(chǔ)上的關(guān)系數(shù)據(jù)理論，大大簡化了數(shù)據(jù)庫的開發(fā)建立工作。隨著面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的發(fā)展，新一代數(shù)據(jù)庫，即面向?qū)ο竽Ｐ鸵嗾诎l(fā)展之中。

1.層次模型用自頂向下的倒樹狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及實(shí)體間關(guān)系的模型，稱層次或樹狀模型。樹的結(jié)點(diǎn)是記錄類型，每個(gè)非根結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)，上層記錄類型與下層記錄類型間是一對(duì)多的關(guān)系。層次模型的特點(diǎn)是記錄之間的聯(lián)系依靠指針實(shí)現(xiàn)，查詢效率高。缺點(diǎn)是只能表示一對(duì)多的聯(lián)系，多對(duì)多聯(lián)系比較困難；二是數(shù)據(jù)查詢、更新復(fù)雜、編程比較復(fù)雜。

2.網(wǎng)狀模型用有向圖結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及實(shí)體間關(guān)系的模型。有向圖的結(jié)點(diǎn)是記錄類型，有向邊從箭尾端記錄類型到箭頭端記錄類型是一對(duì)多關(guān)系。網(wǎng)狀模型的特點(diǎn)是記錄之間的聯(lián)系用指針實(shí)現(xiàn)，多對(duì)多的關(guān)系亦可拆成兩個(gè)一對(duì)多的關(guān)系。網(wǎng)狀模型易于實(shí)現(xiàn)，查詢效率較高，其缺點(diǎn)是編寫程序比較復(fù)雜，程序員必須熟悉數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。

3.關(guān)系模型用二維表格表達(dá)實(shí)體集，用外鍵表示實(shí)體間關(guān)系。關(guān)系模型概念簡單，易于理解。同樣關(guān)系模型也不支持多對(duì)多的關(guān)系，但可增加中間表，簡單地將其分解為二個(gè)一對(duì)多的關(guān)系。如果實(shí)體集的主鍵用直線下劃線表示，外鍵用波浪線下劃線表示，則上節(jié)倉庫管理的實(shí)體及實(shí)體間關(guān)系可簡單表示如下：工程項(xiàng)目（J#，Jname，Date）零件（P#，Pname，Psize，Pweight）供應(yīng)商（S#，Sname，Saddr）供需關(guān)系（J#，p#，Total）需供關(guān)系（P#，S#，Quantity）與層次網(wǎng)狀模型相比，關(guān)系模型不是用指針導(dǎo)航訪問數(shù)據(jù)，簡單易懂，編程不涉及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、訪問技術(shù)等細(xì)節(jié)，更重要的是集合論是關(guān)系模型的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。SQL語言是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)化語言，已得到廣泛應(yīng)用。目前市場上典型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS產(chǎn)品有DB2、ORACELE、SYBASE、INFORMIX和微機(jī)產(chǎn)品FOXPRO、ACCESS等。

4.面向?qū)ο竽Ｐ完P(guān)系模型雖然有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，但對(duì)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如正文、圖、聲、多媒體數(shù)據(jù)顯得無能為力。對(duì)象是指現(xiàn)實(shí)世界中事物在計(jì)算機(jī)世界中的模擬，是事物屬性和行為的封裝體。面向?qū)ο蟾拍钭钤绯霈F(xiàn)在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言中，隨后出現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫、信息系統(tǒng)軟件開發(fā)等領(lǐng)域。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫是面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。6.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS合適的數(shù)據(jù)庫能支持組織的各項(xiàng)活動(dòng)及組織目標(biāo)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS是一個(gè)提供對(duì)共享數(shù)據(jù)可靠管理用的軟件，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。通過DBMS對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定義、提供用戶視圖、查詢、更新等一切操作，用作數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用程序之間，或數(shù)據(jù)庫與用戶之間的接口。DBMS總是基于數(shù)據(jù)模型，因此DBMS亦可看成是某個(gè)類型數(shù)據(jù)庫化。6.3.1三級(jí)模式結(jié)構(gòu)目前，大多數(shù)商業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)分為三級(jí)：內(nèi)模式、概念模式和外模式。三級(jí)模式反映了數(shù)據(jù)庫的三種不同數(shù)據(jù)觀點(diǎn)。

1.三級(jí)模式結(jié)構(gòu)外模式是單個(gè)用戶所能見到的數(shù)據(jù)特性，單個(gè)用戶使用的數(shù)據(jù)視圖是概念模式的一個(gè)子集。概念模式涉及所有用戶的數(shù)據(jù)定義，系統(tǒng)的、全局的數(shù)據(jù)視圖，但不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)。內(nèi)式涉及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（物理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)視圖，又稱存儲(chǔ)模式），是數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的底層表示。數(shù)據(jù)庫的三級(jí)模式是數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別，用戶只要抽象地處理數(shù)據(jù)，不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示和存儲(chǔ)，把數(shù)據(jù)的具體組織、管理工作交給DBMS，以減輕用戶使用系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)在三級(jí)模式間差別很大，DBMS在三級(jí)模式間提供兩個(gè)層次的映射——外模式到概念模式、概念模式到內(nèi)模式映射。

2.兩級(jí)數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，因此，系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有兩級(jí)獨(dú)立性。邏輯獨(dú)立性：對(duì)概念模式的修改不影響外模式，只需改變外模式到概念模式的映射關(guān)系，從而保證子模式不變，應(yīng)用程序根據(jù)子模式編寫，亦無須修改（稱為數(shù)據(jù)庫的邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性）。數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性，簡化了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)工作。物理獨(dú)立性：對(duì)內(nèi)模式的修改不影響概念模式，只需改變概念模式到存儲(chǔ)模式的映射關(guān)系，稱為數(shù)據(jù)庫的物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性。數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性，使數(shù)據(jù)庫只需根據(jù)系統(tǒng)需求獨(dú)立設(shè)計(jì)，又因?yàn)橛袛?shù)據(jù)庫的邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性，從而保證對(duì)于外模式和應(yīng)用程序不受存儲(chǔ)模式影響，簡化了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)工作。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由DBMS在三級(jí)模式間提供兩個(gè)層次的映射。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級(jí)獨(dú)立性不僅簡化了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)工作，而且提高了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的效率。又因數(shù)據(jù)庫的概念模式能導(dǎo)出系統(tǒng)不同應(yīng)用的多種子模式，所以數(shù)據(jù)庫的概念模式減少了數(shù)據(jù)冗余，有利于數(shù)據(jù)共享，保證了數(shù)據(jù)的一致性。此外，由于應(yīng)用程序只能操作自己的子模式范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，因而把數(shù)據(jù)庫中其他用戶的數(shù)據(jù)隔離，且用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫概念模式和存儲(chǔ)模式的數(shù)據(jù)都不可見，這樣有利于數(shù)據(jù)的安全性和保密性。6.3.2

DBMS的組成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)由兩大部分組成：查詢處理器和存儲(chǔ)管理器。

1.查詢處理器查詢處理器主要包括有DDL編譯器、DML編譯器、嵌入型DML預(yù)編譯器、查詢運(yùn)行核心程序。數(shù)據(jù)描述語言（DataDescriptionLanguage，DDL）提供了DDL語言定義數(shù)據(jù)庫的三級(jí)結(jié)構(gòu)及其相互之間的映射，并且定義了數(shù)據(jù)完整性、安全控制等約束。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中存儲(chǔ)三級(jí)結(jié)構(gòu)定義的數(shù)據(jù)庫稱為數(shù)據(jù)字典（DataDictionary，DD）。數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationLanguage，DML）實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)操作?；镜牟僮饔胁樵?、插入、刪除、更新等四種。DML分交互型和嵌入型兩種，因此，在DBMS中應(yīng)包括DML語言的編譯軟件或解釋軟件。

DML語言可分為過程性DML和非過程性DML。過程性的DML必須指示“做什么”和“怎么做”，層次、網(wǎng)狀的DML屬過程性DML。而關(guān)系型的DML屬非過程性的DML，只需指示“做什么”就可，操作簡單、使用方便，深受廣大用戶歡迎。

2.存儲(chǔ)管理器存儲(chǔ)管理器主要包括有授權(quán)和完整性管理器、事務(wù)管理器、文件管理器、緩沖管理器等，提供數(shù)據(jù)庫保護(hù)功能如數(shù)據(jù)恢復(fù)、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)庫完整性和安全性控制。安全性保護(hù)——數(shù)據(jù)庫的一個(gè)重要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)共享，但數(shù)據(jù)又是一個(gè)組織的重要資源，數(shù)據(jù)庫對(duì)非法用戶須有防止被竊取的安全、保密保護(hù)措施，必須規(guī)定用戶訪問數(shù)據(jù)庫的權(quán)限。許多系統(tǒng)采取各種措施，層層設(shè)防，如鑒定用戶身份、口令、數(shù)據(jù)編密碼、控制用戶權(quán)限等等安全性保護(hù)。完整性管理——完整性指數(shù)據(jù)的正確性和一致性，通過對(duì)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系施加約束條件來實(shí)現(xiàn)。如字段值對(duì)類型、取值范圍、精度等約束，對(duì)實(shí)體唯一性約束，對(duì)實(shí)體間聯(lián)系的約束等。故障恢復(fù)——數(shù)據(jù)庫在運(yùn)行過程中難免會(huì)造成數(shù)據(jù)庫被破壞，如磁盤損壞、病毒、或操作不當(dāng)?shù)扰既灰蛩厥箶?shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)能恢復(fù)到破壞前的狀態(tài)稱為故障恢復(fù)。在使用故障恢復(fù)功能時(shí)，數(shù)據(jù)備份，事務(wù)管理必不可少。并發(fā)控制——在多用戶或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)庫，當(dāng)多個(gè)用戶操作同一數(shù)據(jù)時(shí)，必須控制不合理的時(shí)差有可能造成的數(shù)據(jù)出錯(cuò)現(xiàn)象。

【案例6-1】設(shè)T1和T2是兩個(gè)用戶執(zhí)行同一程序P的數(shù)據(jù)處理進(jìn)程，但在時(shí)間上并行交錯(cuò)，假設(shè)P：READAA=A-1WRITEA圖6-5給出了T1和T2的時(shí)序。圖6-5T1和T2并發(fā)操作時(shí)序

T1和T2先后讀取數(shù)據(jù)A，如果A為5，而后T2將A修改成4，接著T1又將原來的A是5也修改成4，最后T1和T2重復(fù)地存入修改后的值4。如果T1和T2是火車或民航的兩個(gè)售票處，并發(fā)修改剩余票數(shù)就造成了數(shù)據(jù)丟失，這樣會(huì)將一張票賣給兩個(gè)顧客。并發(fā)錯(cuò)誤解決的方法是控制相關(guān)進(jìn)程互斥地訪問數(shù)據(jù)庫，如用加鎖和開鎖控制。死鎖問題：用戶程序中使用鎖，就可能存在死鎖問題。

【案例6-2】以下兩個(gè)用戶并發(fā)處理T1和T2，就可能發(fā)生死鎖

T1：T2：

LOCKALOCKBLOCKBLOCKA……UNLOCKAUNLOCKBUNLOCKBUNLOCKA當(dāng)T1和T2并發(fā)時(shí)，T1鎖住了A，T2鎖住了B，T1需要A和B才能繼續(xù)運(yùn)行，等待B開鎖，而T2需要B和A才能繼續(xù)運(yùn)行，等待A開鎖，導(dǎo)致兩個(gè)處理相互等待，這樣就發(fā)生了死鎖。因此編寫應(yīng)用程序時(shí)，必須采取預(yù)防死鎖的措施。數(shù)據(jù)庫的維護(hù)功能是管理員運(yùn)行DB系統(tǒng)時(shí)使用。如數(shù)據(jù)導(dǎo)入、備份、文件重組、性能監(jiān)控等，以確保數(shù)據(jù)庫保持最佳工作狀態(tài)。6.3.3用戶訪問數(shù)據(jù)的全過程應(yīng)用程序通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫中記錄的全過程，如圖6-6所示。程序運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為應(yīng)用程序開辟一個(gè)用戶工作區(qū)，用于與系統(tǒng)緩沖區(qū)交換數(shù)據(jù)。圖6-6用戶訪問數(shù)據(jù)的全過程（1）、（2）應(yīng)用程序執(zhí)行一條讀記錄的DML語句時(shí)，立即啟動(dòng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，接收、分析命令，并從數(shù)據(jù)字典DD中調(diào)出程序?qū)?yīng)的外模式，檢查并決定是否執(zhí)行命令。（3）決定執(zhí)行命令后，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)調(diào)出相應(yīng)的概念模式，確定應(yīng)讀入的記錄。（4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)調(diào)出相應(yīng)的內(nèi)模式，確定應(yīng)讀入的物理記錄和相應(yīng)的地址，并向操作系統(tǒng)OS發(fā)出從指定地址讀入的物理記錄的命令。（5）、（6）OS按指定地址從數(shù)據(jù)庫中讀入相應(yīng)的物理記錄，存入系統(tǒng)緩沖區(qū)，并向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)做出操作結(jié)束的回答。（7）、（8）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)收到OS操作結(jié)束的回答后，將讀入數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成概念模式、外模式，送到應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在運(yùn)行日志數(shù)據(jù)庫中寫入一條讀記錄信息，并將讀取記錄送用戶工作區(qū)，操作狀態(tài)信息返回應(yīng)用程序。此后，應(yīng)用程序可根據(jù)返回的狀態(tài)信息對(duì)讀取的記錄做出相應(yīng)的處理。應(yīng)用程序執(zhí)行修改記錄DML語句的過程與此類似。6.3.4用戶界面用戶是指使用管理信息系統(tǒng)應(yīng)用程序的聯(lián)機(jī)終端用戶。程序員用程序設(shè)計(jì)語言（稱宿主語言），設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序或用戶界面，編寫數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。由于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)定義語言DDL和數(shù)據(jù)操作語言DML組成，是基于記錄模式的語言，程序設(shè)計(jì)語言是基于整數(shù)、實(shí)數(shù)、字符、記錄、數(shù)組等數(shù)據(jù)類型的運(yùn)算模式的語言，兩者之間有“縫隙”。例如SQL語言不能直接使用指針，數(shù)組等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，程序設(shè)計(jì)語言也沒有DDL、DML。但有兩種處理方式：一是擴(kuò)充宿主語言的編譯程序，使之能處理SQL語句，如VC++、VB等；另一種是自含語言（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有自己的編譯器，也有程序控制命令），可直接用于編寫數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，如VFP、Delphi等，使用方便，很受歡迎。6.4關(guān)系型數(shù)據(jù)庫RDB關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫(RDB)是繼層次、網(wǎng)狀模型后發(fā)展的第二代數(shù)據(jù)庫，關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫有三個(gè)組成部分：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性規(guī)則。和層次、網(wǎng)狀模型相比，關(guān)系模型有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：一是其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是二維表格，簡單易理解；二是集合論是其理論基礎(chǔ)——有嚴(yán)密的關(guān)系運(yùn)算理論和關(guān)系模式設(shè)計(jì)理論。具體地說：（1）關(guān)系模型面向集合處理，一次可以操作多個(gè)元組，而層次、網(wǎng)狀模型一次只能操作一個(gè)元組。（2）關(guān)系模型有視圖等工具，應(yīng)用不隨數(shù)據(jù)庫的改變而改變，具有數(shù)據(jù)邏輯獨(dú)立性。（3）在關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）中，只需指出“做什么”不必指出“怎么做”，而層次、網(wǎng)狀模型必須在應(yīng)用程序中用指針指出數(shù)據(jù)訪問路徑。6.4.1基本概念關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)及其相互聯(lián)系都組織成“關(guān)系”，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)由元組行和屬性列組成的關(guān)系，或直接稱做二維表或表，用以表示實(shí)體集。用外鍵實(shí)現(xiàn)實(shí)體集間的聯(lián)系。

1.關(guān)系的定義關(guān)系是元組的集合，元組是集合中的元素，一個(gè)元組為k（k≥1）個(gè)屬性的集合。圖6-7表示一個(gè)職工的關(guān)系。關(guān)系和二維表格及數(shù)據(jù)文件類似，但關(guān)系有如下限制：（1）關(guān)系中每一個(gè)屬性值不可分解，即不允許“表中套表”，也不允許出現(xiàn)重復(fù)值。（2）屬性的取值范圍稱為值域，每個(gè)屬性對(duì)應(yīng)一個(gè)值域，不同屬性可對(duì)應(yīng)同一值域。關(guān)系中各屬性的次序不改變關(guān)系的實(shí)際意義。元組中屬性理論上是無序的，但在用戶使用時(shí)應(yīng)考慮其有序排列。圖6-7一個(gè)名為“職工工資”的關(guān)系（3）關(guān)系中元組代表具體實(shí)體，不允許出現(xiàn)相同元組。元組的順序不改變關(guān)系的實(shí)際意義。

2.基本術(shù)語數(shù)據(jù)庫技術(shù)關(guān)系模型SQL語言記錄類型關(guān)系模式基本表記錄元組行文件關(guān)系、實(shí)例（表）基本表、表格字段、數(shù)據(jù)項(xiàng)屬性列以上是數(shù)據(jù)庫技術(shù)，關(guān)系模型，典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言SQL的術(shù)語對(duì)照。實(shí)際上，關(guān)系、元組和屬性等術(shù)語來自于關(guān)系數(shù)學(xué)，多數(shù)人習(xí)慣直接將關(guān)系稱為表，元組稱為記錄或行，屬性稱為字段或列。

3.鍵（key）鍵又稱關(guān)鍵字，是關(guān)系模型的一個(gè)重要概念，鍵是由一個(gè)或多個(gè)屬性組成。有下列幾種鍵：超鍵——在關(guān)系模式中，能標(biāo)識(shí)唯一元組的屬性集候選鍵——能標(biāo)識(shí)唯一元組又無多余屬性的屬性集。主鍵（主關(guān)鍵字）——標(biāo)識(shí)唯一元組的一個(gè)候選鍵。主鍵必須唯一，不能為空，以保證標(biāo)識(shí)唯一元組。外鍵——如果關(guān)系R中的主鍵又是另一個(gè)關(guān)系P的候選鍵的組成部分，則它是關(guān)系P的外部主鍵或簡稱外鍵。外鍵不是關(guān)系P的主鍵，但用它可構(gòu)成關(guān)系R和P的聯(lián)系。次鍵又稱次關(guān)鍵字——用以標(biāo)識(shí)一類元組的一個(gè)或多個(gè)屬性。6.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型的完整性規(guī)則為了維護(hù)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)世界的一致性，RDB中數(shù)據(jù)更新（增刪、修改）必須遵循關(guān)系模型的三類完整性規(guī)則。字段（用戶定義）完整性——針對(duì)某個(gè)具體數(shù)據(jù)項(xiàng)的約束條件，取決于環(huán)境。系統(tǒng)提供定義和檢驗(yàn)完整性的機(jī)制，無需應(yīng)用程序承擔(dān)，用以保證系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。例如，學(xué)生的年齡定義為兩位數(shù)，并可進(jìn)一步限制為15~30歲之間，以保證系統(tǒng)收集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。記錄（實(shí)體）完整性——要求關(guān)系中元組在主鍵的屬性值不能為空，否則不能起到唯一標(biāo)識(shí)元組的作用；并要求元組中某些屬性之間有相互約束條件。例如，在職工實(shí)體集中，職工的年齡應(yīng)大于等于工齡+16，否則為非法記錄。引用完整性又稱參照完整性——不允許引用不存在的元組。在RDB中依靠外碼實(shí)現(xiàn)表間的聯(lián)系。如上例中，插入一個(gè)職工，外碼車間號(hào)是允許置為空（NULL），但不允許車間號(hào)的值不在車間表中。同樣，若要?jiǎng)h除車間表中某個(gè)元組，對(duì)職工表中對(duì)應(yīng)的車間號(hào)必須采取下列三種方法之一才能保證引用完整性：一是刪除職工表中相關(guān)的元組；二是將職工表中相關(guān)元組車間號(hào)為空，或其他存在的車間號(hào)；三是若職工表中存在要?jiǎng)h除車間號(hào)時(shí)，禁止刪除。否則將導(dǎo)致插入或刪除出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，或出現(xiàn)孤立無聯(lián)系的元組。6.4.3關(guān)系模型的操作關(guān)系模型提供關(guān)系運(yùn)算，支持RDB的各種操作。關(guān)系模型集中反映在關(guān)系代數(shù)上，它允許用戶在整個(gè)關(guān)系范圍內(nèi)進(jìn)行操作，而非關(guān)系模型所支持的語言那樣只能操作數(shù)據(jù)庫的一個(gè)記錄。依據(jù)關(guān)系代數(shù)，關(guān)系模型的操作分為兩類：代數(shù)操作和關(guān)系操作。關(guān)系操作有單目的投影、篩選操作和雙目的連接操作（是所有RDBMS必備的操作），所以稱為RDB的特征操作。

1.關(guān)系模型的特征操作關(guān)系操作又稱關(guān)系模型的特征操作，即一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必需具備的操作，它包括：投影、篩選和連接三類操作。

1）投影投影操作從關(guān)系中垂直地選擇指定的列，消去一些列，并重新安排列的關(guān)系，即進(jìn)行重點(diǎn)減維，以滿足某些屬性要求，重新組成的關(guān)系。設(shè)R是k元的關(guān)系，R在其分量Ai1，Ai2，…，Aim（m≤k）上的投影，結(jié)果是m元元組的集合。t為元組變量，形式定義為：πi1，…，πim（R）≡{t∣t=〈ti1，…，tim〉∧〈t1，…，tk〉∈R}

【案例6-3】圖6-8所示的“職工工資”關(guān)系，在屬性“職工姓名”和“工作部門”上的投影操作的結(jié)果，新關(guān)系“職工部門”如圖6-8的右圖所示。職工部門=π職工姓名，工作部門（職工工資）圖6-8投影操作

2）篩選篩選操作從關(guān)系中水平地選擇出滿足條件要求的元組子集構(gòu)成的關(guān)系。條件可用命題公式F（計(jì)算機(jī)語言中的條件表達(dá)式）表示，F(xiàn)中有兩個(gè)部分：運(yùn)算對(duì)象——常量，元組分量（屬性或列序號(hào)）。運(yùn)算符——比較符（＜，≤，＞，≥，＝，≠）用θ表示和邏輯運(yùn)算符（∧，∨，￢）。關(guān)系R由公式F的篩選操作用σF（R）表示，形式定義為：σF（R）≡{t∣t∈R∧F（t）＝true}

【案例6-4】從“職工工資”關(guān)系中，選擇女性職工組成“女性職工”新關(guān)系，如圖6-9所示。女性職工=σ性別=“女”（職工工資）圖6-9篩選操作

3）連接連接是雙目的操作，它把兩個(gè)關(guān)系連接成一個(gè)新關(guān)系，笛卡兒積是基礎(chǔ)。（1）笛卡兒積。設(shè)關(guān)系R和S的元數(shù)分別為r和s

，則R和S

的笛卡兒積是一個(gè)（r+s）元的元組集合，每個(gè)元組前r個(gè)分量來自R的一個(gè)元組，后s個(gè)分量來自S的一個(gè)元組，記作：R×S≡{t│t=〈tr，ts〉∧tr∈R∧ts∈S}若R有m個(gè)元組，S有n個(gè)元組，笛卡兒積共有m×n個(gè)元組，如圖6-10所示。圖6-10笛卡兒積運(yùn)算笛卡兒積連接所得的表（元組和列數(shù)）往往十分龐大，而實(shí)際意義不大。連接操作還有許多類型，在此，僅介紹用得較多的比較連接和自然連接。

(2)條件連接。條件連接是關(guān)系R和S的笛卡兒積中選出滿足θ條件兩個(gè)關(guān)系的元組R

S≡{t│t〈tr，ts〉∧tr∈R∧ts∈S∧}其中，i和j分別是關(guān)系R和S第i和j個(gè)屬性序號(hào)；和分別表示元組t＋和ts的第i和j個(gè)分量；表示兩個(gè)分量邏輯條件：θ為等號(hào)（=），為等值連接；θ為比較符，稱比較連接；θ為某個(gè)邏輯條件，稱邏輯條件連接。

【案例6-5】如圖6-11示，已知R和S兩個(gè)關(guān)系，滿足屬性Y>B的連接結(jié)果。圖6-11條件連接（3）自然連接。自然連接是實(shí)用價(jià)值很大的一種連接，它要求被連接的兩個(gè)關(guān)系有若干相同的屬性（字段）名。在公共屬性上具有相等值為依據(jù)，進(jìn)行元組合并構(gòu)成的關(guān)系，即新關(guān)系的元組來自R和S，記作：R

S≡πi1，…，πim（σR.A=S.A∧R.B=S.B（R×S））自然連接先做R×S計(jì)算，再從公共屬性上具有相等值為條件篩選，提取滿足條件的元組，去掉重復(fù)的公共屬性，得到自然連接的結(jié)果。

【案例6-6】如圖6-12所示，兩個(gè)關(guān)系R、S有公共屬性Y和Z，分別用R.Y、R.Z和S.Y、S.Z表示，滿足R.Y=S.Y

和R.Z=S.Z條件的自然連接結(jié)果。圖6-12自然連接

2.關(guān)系模型的集合操作關(guān)系的集合操作包括：并、交和差，這些集合操作的共同特點(diǎn)是只能在屬性來自相同域值的關(guān)系中進(jìn)行，操作結(jié)果的屬性數(shù)不變。

1）并設(shè)關(guān)系R和S，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∪S≡{t│t∈R∨t∈S}式中t是元組變量。

2）交設(shè)關(guān)系R和S，R和S的交是由既屬于R又屬于S的元組組成的集合，t為元組變量，記作：R-S≡{t│t∈R∧t∈S}

【案例6-7】設(shè)R和S如圖6-13所示的兩個(gè)關(guān)系，及它們?nèi)N基本集合運(yùn)算的結(jié)果。圖6-13三種基本集合運(yùn)算

3）差設(shè)關(guān)系R和S，R和S的差是由屬于R但不屬于S的元組組成的集合，t為元組變量，記作：R-S≡{t│t∈R∧t

S}

3.SQL數(shù)據(jù)查詢命令（StructuredQueryLanguage，SQL）結(jié)構(gòu)化查詢語言，用來訪問RDB，是與RDB通信的專用語言。程序設(shè)計(jì)人員和終端用戶，使用SQL語言對(duì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、修改、定義和管理。SQL先后被ANSI和ISO確定為美國國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)的RDB語言。目前所有的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（從大型數(shù)據(jù)庫Oracle、Sybase、Informix、DB2等，到微機(jī)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Foxpro、Access等）都支持SQL。

SQL包括：數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)操縱和數(shù)據(jù)控制。

SQL語言的特點(diǎn)：SQL語言既是自含式語言，又是嵌入式語言。它可用于聯(lián)機(jī)交互使用方式，便于數(shù)據(jù)庫管理員維護(hù)數(shù)據(jù)庫和提取信息，又可嵌入程序設(shè)計(jì)高級(jí)語言的程序中，便于編寫數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序。SQL語言是面向問題型的語言，在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，只需指出“做什么”，不必指出“怎么做”，大大減輕了用戶的負(fù)擔(dān)；加之功能豐富，語法簡單、易學(xué)易用，深受用戶歡迎。查詢是SQL的核心，現(xiàn)介紹Foxpro中的SQL數(shù)據(jù)庫查詢命令。命令格式如下：

SELECT［ALL/DISTINCT］［別名.］選擇項(xiàng)［AS別名］［，［別名.］選擇項(xiàng)［AS別名］…］

FROM表名［表別名］［，表名［表別名］…］［［INTO目標(biāo)表名］/［TOFILE文件名［ADDITIVE］/TOPRINTER［PROMPT］/TOSCREEN］］［WHERE條件］［GROUPBY分組列［，分組列…］］［HAVING過濾條件］［UNION［ALL］SELECT命令］［ORDERBY排序項(xiàng)［ASC/DESC］［，排序項(xiàng)［ASC/DESC］…］］該查詢命令共有七個(gè)子句，除SELECT和FROM子句外，其他可以任選。FROM子句用來指明查詢出自一個(gè)或多個(gè)表的表名；INTO短語指明查詢結(jié)果目標(biāo)表的去向，忽略INTO短語表明查詢結(jié)果出現(xiàn)在BROWSE瀏覽窗口中。SELECT子句指明查詢表（一個(gè)或多個(gè)表）投影字段，選擇項(xiàng)還可以是常量、表達(dá)式和系統(tǒng)函數(shù)，如AVG（），MAX（），MIN（），COUNT（）和SUM（）等用以建立目標(biāo)表的新字段，用“AS別名”指定新字段名。WHERE子句十分重要，它指明查詢表記錄篩選條件和查詢表為多個(gè)表時(shí)的連接條件，多表?xiàng)l件篩選選中記錄構(gòu)成目標(biāo)表的記錄集合。忽略WHERE子句表明無篩選或連接條件。其他子句完成對(duì)目標(biāo)表的進(jìn)一步修飾。GROUPBY子句將查詢結(jié)果分組；HAVING子句和GROUPBY子句聯(lián)用通過“過濾條件”進(jìn)一步說明分組；UNION子句中，由SELECT命令組成另一個(gè)子查詢，將當(dāng)前查詢結(jié)果與子查詢的結(jié)果進(jìn)行并操作；ORDERBY將當(dāng)前查詢結(jié)果排序。

【案例6-8】用Foxpro中的SQL數(shù)據(jù)庫查詢命令，對(duì)如圖6-7所示的“職工工資”表查詢、顯示女職工而且基本工資大于300元的職工名單，名單中要求顯示職工姓名，性別，工作部門，工作日期，基本工資和應(yīng)發(fā)工資。其中應(yīng)發(fā)工資是新添字段，應(yīng)發(fā)工資=基本工資+煤糧補(bǔ)貼+副食補(bǔ)貼。以下是查詢命令：

SELECT職工姓名，性別，工作部門，工作日期，基本工資，基本工資+煤糧補(bǔ)貼+副食補(bǔ)貼，as應(yīng)發(fā)工資FROM職工工資WHERE性別="女"AND基本工資>300。查詢結(jié)果瀏覽窗口如圖6-14所示。圖6-14基本工資大于300元的女職工名單6.5

RDB設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)庫的物理模型采用關(guān)系模型基礎(chǔ)上研究邏輯設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)是一種自頂而下，逐步逼近系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的過程。如果說數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)可以分步實(shí)施的話，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)必須先行，而且一定要以系統(tǒng)的、全局的觀念進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)好壞直接影響數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，最壞的情況可能導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)步驟：用戶需求分析；E-R模型設(shè)計(jì)，確定實(shí)體；確定實(shí)體屬性及表間的聯(lián)系；優(yōu)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的需求分析十分重要，具體做法見第7章內(nèi)容，本節(jié)介紹E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)化和關(guān)系模型的規(guī)范化原則。6.5.1

RDB實(shí)體聯(lián)系模型在用戶需求的驅(qū)動(dòng)下，可用E-R圖確定了系統(tǒng)所需的實(shí)體和實(shí)體間的聯(lián)系。

1.RDB的ER圖的關(guān)系模型

E-R圖主要成分是實(shí)體集和聯(lián)系類型。在關(guān)系模型中，一個(gè)實(shí)體集轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系（表），實(shí)體的屬性為關(guān)系屬性，實(shí)體標(biāo)識(shí)符為關(guān)系的鍵。要在關(guān)系模型中反映實(shí)體集間的聯(lián)系必須根據(jù)實(shí)體集間的聯(lián)系類型不同選擇不同的轉(zhuǎn)換方法。（1）若實(shí)體間是1∶1的聯(lián)系時(shí)，則將任何一個(gè)關(guān)系的主鍵，加入另一關(guān)系作為外鍵，即兩個(gè)關(guān)系間的聯(lián)系。

【案例6-9】學(xué)校與校長兩個(gè)實(shí)體集如下：學(xué)校S（學(xué)校名稱，地址，電話）校長P（校長姓名，性別，年齡，職稱）學(xué)校與校長間存在1∶1聯(lián)系，建立聯(lián)系后的關(guān)系模型為：學(xué)校S（學(xué)校名稱，校長姓名，地址，電話）校長P（校長姓名，性別，年齡，職稱）或?qū)W校S（學(xué)校名稱，地址，電話）校長P（校長姓名，學(xué)校名稱，性別，年齡，職稱）注：本教材中用直線下劃線表示關(guān)系的主鍵，波浪線下劃線表示外鍵。（2）若實(shí)體集間聯(lián)系是1∶M，則在M端關(guān)系中加入1端關(guān)系的主鍵作外鍵，構(gòu)成聯(lián)系。相反，如果將1端關(guān)系中加入M端關(guān)系中的主鍵作外鍵構(gòu)成1∶M的聯(lián)系，會(huì)造成外鍵有很多冗余，不僅浪費(fèi)存儲(chǔ)空間，而且可能造成數(shù)據(jù)的不一致性。

【案例6-10】車間和職工兩個(gè)實(shí)體集如下：車間W（車間號(hào)，車間名稱，電話）職工E（職工號(hào)，姓名，性別，年齡，聘期）車間聘用職工是1∶M的聯(lián)系，建立聯(lián)系后的關(guān)系模型為車間W（車間號(hào)，車間名稱，電話）職工E（職工號(hào)，車間號(hào)，姓名，性別，年齡，聘期）（3）若實(shí)體集間是M∶N的聯(lián)系，由于RDB不直接支持多對(duì)多的聯(lián)系，需引入紐帶將其分解為兩個(gè)一對(duì)多的聯(lián)系。建立紐帶表，分別將兩個(gè)關(guān)系的主鍵，及聯(lián)系的屬性置于紐帶表中構(gòu)成兩個(gè)實(shí)體集間是M∶M的聯(lián)系。

【案例6-11】教學(xué)模型中，學(xué)生和課程兩個(gè)實(shí)體集為：學(xué)生S（學(xué)號(hào)，姓名，性別）課程C（課號(hào)，課名，學(xué)分，開課學(xué)期，學(xué)時(shí)數(shù)）學(xué)生和課程兩個(gè)實(shí)體集間，由學(xué)生選課建立M∶M聯(lián)系，選課聯(lián)系有成績、績點(diǎn)等屬性，建立聯(lián)系后的關(guān)系模型為：學(xué)生S（學(xué)號(hào)，姓名，性別）課程C（課號(hào)，課名，學(xué)分，開課學(xué)期，學(xué)時(shí)數(shù)）選課SC（學(xué)號(hào)，課號(hào)，成績，績點(diǎn)）在該例中，選課聯(lián)系的屬性置于稱為選課的紐帶表中，如果置于學(xué)生或課程關(guān)系中，都不合適。

2.RDB的體系結(jié)構(gòu)關(guān)系模型基本上遵循數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)的三級(jí)體系結(jié)構(gòu)，通常稱關(guān)系模式、用戶模式和存儲(chǔ)模式分別對(duì)應(yīng)于概念、外模式和內(nèi)模式。

【案例6-12】教學(xué)模型——學(xué)生選課的E-R圖(案例6-11)，涉及兩個(gè)實(shí)體集，“學(xué)生”和“課程”。學(xué)生選課是M∶M的聯(lián)系，建立的關(guān)系模式由下面三個(gè)關(guān)系組成：學(xué)生S（學(xué)號(hào)，姓名，性別）課程C（課號(hào)，課名，學(xué)分，開課學(xué)期，學(xué)時(shí)數(shù)）選課SC（學(xué)號(hào)，課號(hào)，成績，績點(diǎn)）假設(shè)用戶所需的子模式G成績子模式G（學(xué)號(hào)，姓名，課名，成績，績點(diǎn)）子模式G反映了用戶使用的數(shù)據(jù)視圖，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來自關(guān)系模式的s和sc。由于關(guān)系模式的物理獨(dú)立性，用戶子模式的邏輯獨(dú)立性，用戶無需關(guān)心存儲(chǔ)模式，數(shù)據(jù)的訪問由DBMS自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。值得注意的是，在數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，牢記不要將應(yīng)用的子模式或系統(tǒng)的輸出報(bào)表直接看成一個(gè)完整的實(shí)體。６.5.2

RDB規(guī)范化理論

RDB是關(guān)系的集合，規(guī)范化或稱范式（NormalForm，NF）理論，研究如何從多種組合中選取一個(gè)性能好的關(guān)系集合，使得數(shù)據(jù)庫減少數(shù)據(jù)冗余和便于維護(hù)，這是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)中一個(gè)重要問題。規(guī)范化理論是基于數(shù)學(xué)理論產(chǎn)生的處理方法，有助于確定表的屬性定義，表的分解。非規(guī)范化數(shù)據(jù)表必須規(guī)范化，規(guī)范化主要基于范式的概念，表的范式可分5個(gè)等級(jí)，且滿足較高等級(jí)范式者必須滿足較低等級(jí)范式。通常在解決一般問題時(shí)，滿足前三個(gè)范式即已經(jīng)有比較滿意的性能。（1）1NF—如果關(guān)系模式中的關(guān)系R，其所有屬性的值域中每一個(gè)值不可再分解，稱R滿足第一范式（1NF），否則將其分解，即表是一個(gè)簡表，任何一字段不能為子表，或字段值不能是數(shù)組、集合、枚舉量。不符合1NF的關(guān)系無法進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算，這是RDBMS不支持?jǐn)?shù)組、列表和嵌套的原因。

【案例6-13】關(guān)系：工資（工號(hào)，姓名，基本工資，加班補(bǔ)貼，交通補(bǔ)貼，…）顯然，這是非1NF的關(guān)系，在工資表套有補(bǔ)貼表，而且補(bǔ)貼項(xiàng)是枚舉量，除非列舉所有的補(bǔ)貼項(xiàng)，或用其他補(bǔ)貼表示未被列舉的補(bǔ)貼項(xiàng)，否則無法完整表達(dá)。但如果全部列舉（假設(shè)可以）也不實(shí)用，有的職工可能有其中的幾項(xiàng)，有的可能一項(xiàng)也沒有，當(dāng)記錄數(shù)較多時(shí)，空白項(xiàng)浪費(fèi)存儲(chǔ)空間十分可觀。如果采用其他補(bǔ)貼一是無法清楚表達(dá)究竟是些什么補(bǔ)貼，二是當(dāng)有幾項(xiàng)未被列舉的補(bǔ)貼項(xiàng)時(shí)，將其歸入其他補(bǔ)貼必須介入人工計(jì)算。將補(bǔ)貼表從工資表分離，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)符合1NF關(guān)系為：工資（工號(hào)，姓名，基本工資）補(bǔ)貼（補(bǔ)貼名稱，補(bǔ)貼數(shù)）以上描述的問題都得到了妥善解決。同樣，工資中的扣款、產(chǎn)品中的供應(yīng)商等等，都應(yīng)該依此解決。（2）2NF——如果關(guān)系R滿足1NF，且R中每一個(gè)非主屬性完全函數(shù)依賴于主鍵屬性則稱R滿足第二范式，即在滿足1NF的關(guān)系中，每一個(gè)非主屬性不能依賴主鍵屬性的一部分，否則不符合2NF。

【案例6-14】如下一個(gè)“學(xué)生社團(tuán)”的關(guān)系“學(xué)生社團(tuán)”關(guān)系，滿足1NF，但不滿足2NF，該關(guān)系由學(xué)號(hào)，社團(tuán)代號(hào)組成主鍵，學(xué)生姓名、性別只依賴于學(xué)號(hào)，和社團(tuán)無關(guān)。同樣，社團(tuán)名稱只依賴于社團(tuán)代號(hào)，和學(xué)號(hào)無關(guān)，不滿足2NF。不滿足2NF關(guān)系，會(huì)引起數(shù)據(jù)冗余和插入、刪除異常等現(xiàn)象。例如插入新社團(tuán)而缺少學(xué)號(hào)無法添加；當(dāng)刪去某個(gè)學(xué)生信息時(shí)，可能會(huì)丟失有關(guān)的社團(tuán)信息。解決方法：將非函數(shù)依賴部分分解成兩個(gè)或多個(gè)滿足要求第二范式（2NF）的關(guān)系。學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別）社團(tuán)（社團(tuán)代號(hào)，名稱）學(xué)生社團(tuán)（學(xué)號(hào)，社團(tuán)代號(hào)）（3）3FN——如果學(xué)生關(guān)系R滿足第二范式，且非主鏈屬性都不傳遞依賴主鏈屬性，則R滿足第三范式的關(guān)系。

【案例6-15】如下一個(gè)“產(chǎn)品供銷”的關(guān)系產(chǎn)品代碼是主鍵，名稱，規(guī)格直接依賴主鏈，供應(yīng)商地址依賴供應(yīng)商名，而供應(yīng)商名又依賴于產(chǎn)品代碼，則供應(yīng)商地址傳遞依賴產(chǎn)品代碼。非3FN關(guān)系同樣在冗余和更新異常問題。解決方法，分解成多個(gè)滿足3FN的關(guān)系。產(chǎn)品（產(chǎn)品代碼，名稱，規(guī)格，供應(yīng)商名）供應(yīng)商（供應(yīng)商名，供應(yīng)商地址）關(guān)系規(guī)范化實(shí)際上是關(guān)系分解、關(guān)系屬性確定的過程，通過分解使關(guān)系達(dá)到較高的范式。分解有多種可能性，但必須遵循關(guān)系分解的基本原則：無損分解原則，即分解后不丟失信息；獨(dú)立關(guān)系分解原則，即分解后的關(guān)系必須相互獨(dú)立，避免對(duì)一個(gè)關(guān)系的修改，涉及到另一個(gè)關(guān)系。

RDB最大特點(diǎn)之一，它有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。關(guān)系代數(shù)以集合代數(shù)為基礎(chǔ)，以關(guān)系（表）為分散對(duì)象的一組分散集合。6.5.3

RDB設(shè)計(jì)實(shí)例下面以一家出版社為例，介紹RDB的設(shè)計(jì)。在應(yīng)用開發(fā)中，最初與用戶交談，了解用戶需求時(shí)，用戶會(huì)提出種種如下的要求：“我們有很多事情要做，但不知道如何開始。首先，我們要有作者的情況，比如姓名，地址什么的。其次是出版書的情況，這方面信息量很大。我們用四位內(nèi)部編碼表示所出版的書，有關(guān)書的信息包括書名、頁數(shù)、售價(jià)等。有些書由多個(gè)作者合寫，我們需要知道書的出版時(shí)間和印刷的冊(cè)數(shù)。另外，還要有月銷售書的數(shù)量等有關(guān)情況，每月我們要知道每本書銷售了多少冊(cè)。我們按書的內(nèi)容分類，例如，用RO表示浪漫類，MY表示神秘類，WE表示西部類等等。一本書只能歸屬一個(gè)分類。另外，一些作者喜歡用筆名發(fā)表作品，為此，我們必須知道作者的原名，因?yàn)榘垂P名郵寄的支票不能兌現(xiàn)。有的作者筆名很多。你能在數(shù)據(jù)庫中處理這些問題嗎？”對(duì)此首先要做的是定義實(shí)體和選擇主鍵，從用戶描述中可提煉出下列實(shí)體：作者（作者編號(hào)，姓名，通信地址）書（書號(hào)，書名，頁數(shù)，售價(jià)）分類（分類碼，分類名稱）印數(shù)（書號(hào)，版數(shù)，印數(shù)，出版日期）銷售（書號(hào)，年月，銷售數(shù)）筆名（作者編號(hào)，筆名）接下來是確定實(shí)體間的聯(lián)系，我們可得出下列聯(lián)系：書和作者之間是多對(duì)多的聯(lián)系分類和書之間是一對(duì)多的聯(lián)系作者和筆名之間是一對(duì)多的聯(lián)系書和印數(shù)及書和銷售之間都是一對(duì)一的聯(lián)系筆名是個(gè)枚舉量接下來是確定實(shí)體的屬性，以下給出數(shù)據(jù)庫的完整模型：作者（作者編號(hào)，姓名，通信地址）書（書號(hào)，分類碼，書名，頁數(shù)，售價(jià)）作者書（作者編號(hào)，書號(hào)，作者序位）分類（分類碼，分類名稱）印數(shù)（書號(hào)，版數(shù)，印數(shù)，出版日期）銷售（書號(hào)，年月，銷售數(shù)）筆名（作者編號(hào)，筆名）（1）書和作者之間是多對(duì)多的聯(lián)系，引入“作者書”的紐帶表，紐帶表的“作者序位”是聯(lián)系的屬性，它表示作者是該書的第幾作者。（2）書和印數(shù)及書和銷售之間都是一對(duì)一的聯(lián)系，分別建表有利于減小冗余。（3）對(duì)枚舉量筆名單獨(dú)建表。6.6新型數(shù)據(jù)庫6.6.1數(shù)據(jù)倉庫

1.從數(shù)據(jù)庫到數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)管理的主要手段，主要用于事務(wù)處理。在這些數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)保存了大量的日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的決策支持系統(tǒng)（DSS）一般是直接建立在這種事務(wù)處理環(huán)境上的。數(shù)據(jù)庫技術(shù)在事務(wù)處理、批處理、分析處理等方面發(fā)揮了巨大的作用，但它對(duì)分析處理的支持一直不能令人滿意，尤其是當(dāng)以事務(wù)處理為主的聯(lián)機(jī)事務(wù)處理（OLTP）和以分析處理為主的決策支持系統(tǒng)（DSS）共存時(shí)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到事務(wù)處理和分析處理具有不同的特性。以下原因?qū)е率聞?wù)處理環(huán)境不適宜DSS應(yīng)用：（1）事務(wù)處理和分析處理的特性不同；（2）數(shù)據(jù)集成問題；（3）數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)集成問題；（4）歷史數(shù)據(jù)問題；（5）數(shù)據(jù)的綜合問題。以上這些問題表明，在事務(wù)型環(huán)境中直接構(gòu)建分析應(yīng)用是很困難的。要從本質(zhì)上解決這些問題，就需要提高分析、決策的效率和結(jié)論的有效性。分析處理及其數(shù)據(jù)必須與操作型處理和數(shù)據(jù)相分離，必須把分析數(shù)據(jù)從事務(wù)處理環(huán)境中提取出來，按照DSS處理的需要進(jìn)行重新組織，建立單獨(dú)的分析處理環(huán)境。數(shù)據(jù)倉庫正是為了構(gòu)建這種新的分析處理環(huán)境而出現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和組織技術(shù)。

2.數(shù)據(jù)倉庫的定義及其特點(diǎn)

1）數(shù)據(jù)倉庫的定義數(shù)據(jù)倉庫是近年來信息領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來的數(shù)據(jù)庫新技術(shù)。數(shù)據(jù)倉庫一詞尚沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，比較一致的說法是：數(shù)據(jù)倉庫是一個(gè)面向主題的、集成的、相對(duì)穩(wěn)定的、反映歷史變化的數(shù)據(jù)集合，主要用于支持管理決策過程。關(guān)于數(shù)據(jù)倉庫的概念，首先，數(shù)據(jù)倉庫用于支持決策，面向分析型數(shù)據(jù)處理，它不同于操作型數(shù)據(jù)庫；其次，數(shù)據(jù)倉庫是對(duì)多個(gè)異構(gòu)的數(shù)據(jù)源的有效集成，集成后按照主題進(jìn)行了重組，并包含歷史數(shù)據(jù)，且存放在數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)一般不再修改。建立數(shù)據(jù)倉庫能充分利用已存在的數(shù)據(jù)資源，獲得有用信息，并由此創(chuàng)造出效益。目前越來越多的企業(yè)、行政、事業(yè)單位開始認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)倉庫應(yīng)用所帶來的好處。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)相比較，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是以單一的數(shù)據(jù)資源，即數(shù)據(jù)庫為中心，進(jìn)行從事務(wù)處理、批處理到?jīng)Q策分析等各種類型的數(shù)據(jù)處理工作的。不同類型的數(shù)據(jù)處理有著其不同的處理特點(diǎn)，以單一的數(shù)據(jù)組織方式進(jìn)行組織的數(shù)據(jù)庫并不能反映這種差異，滿足不了數(shù)據(jù)處理的多樣化要求。隨著數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的普及，人們發(fā)現(xiàn)：對(duì)數(shù)據(jù)處理除了操作型處理外還會(huì)有分析型處理，而且分析型處理會(huì)帶來更好的效益。所謂操作型處理（或事務(wù)處理），是指對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的聯(lián)機(jī)的日常操作，如對(duì)一個(gè)或一組記錄的查詢和修改等，主要是為特定應(yīng)用服務(wù)的，操作人員比較注重響應(yīng)時(shí)間、數(shù)據(jù)的安全性和完整性等問題。而分析型處理則主要由管理人員處理，處理結(jié)果往往會(huì)影響其決策行為，這種操作經(jīng)常要訪問大量的歷史數(shù)據(jù)，與操作型數(shù)據(jù)之間有很大的差異。數(shù)據(jù)倉庫是以已有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和大量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的積累為基礎(chǔ)的，數(shù)據(jù)倉庫不是靜態(tài)的概念。把信息加以整理、歸納和重組，并及時(shí)提供給相應(yīng)的管理決策人員，是數(shù)據(jù)倉庫的根本任務(wù)。從產(chǎn)業(yè)界的角度看，數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)是一個(gè)工程。

2）數(shù)據(jù)倉庫的特點(diǎn)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相比較，數(shù)據(jù)倉庫擁有面向主題、集成的、相對(duì)穩(wěn)定、反映歷史變化等四個(gè)特點(diǎn)。（1）面向主題。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫面向事務(wù)處理應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)組織的特點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)是面向主題進(jìn)行組織的。主題是一個(gè)抽象的概念，是指用戶使用數(shù)據(jù)倉庫進(jìn)行決策時(shí)所關(guān)心的重點(diǎn)方面，是在較高層次上將企業(yè)信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)綜合、歸類并進(jìn)行分析利用的抽象，一個(gè)主題通常與多個(gè)操作型信息系統(tǒng)相關(guān)。在邏輯意義上，它對(duì)應(yīng)企業(yè)中某一宏觀分析領(lǐng)域所涉及的分析對(duì)象。所謂較高層次，是相對(duì)面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)組織方式而言的，是指按照主題進(jìn)行數(shù)據(jù)組織的方式具有更高的數(shù)據(jù)抽象級(jí)別。“主題”在數(shù)據(jù)倉庫中是由一系列表實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)主題下表的劃分可以按數(shù)據(jù)的綜合、數(shù)據(jù)所屬時(shí)間段進(jìn)行劃分?；谝粋€(gè)主題的所有表都含有一個(gè)稱為公共碼鍵的屬性作為其主碼的一部分。公共碼鍵將一個(gè)主題的各個(gè)表聯(lián)系起來。由于數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)都是同某一時(shí)刻聯(lián)系在一起的，因此除了其公共碼鍵之外，還必須包括時(shí)間成分作為其碼鍵的一部分。數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)是按照一定的主題域進(jìn)行組織的，同一主題的表不一定存儲(chǔ)在相同的介質(zhì)中，而可以根據(jù)數(shù)據(jù)被關(guān)心的程度，分別存儲(chǔ)在磁盤、磁帶、光盤等不同的介質(zhì)中。一般而言，查詢頻率低的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在廉價(jià)慢速設(shè)備（如磁帶）上，而查詢頻率高的數(shù)據(jù)則保存在磁盤上。（2）集成的。面向事務(wù)處理的操作型數(shù)據(jù)庫通常與某些特定的應(yīng)用相關(guān)。數(shù)據(jù)庫之間相互獨(dú)立，并且往往是異構(gòu)的。而數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)是在對(duì)原有分散的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)抽取、清理的基礎(chǔ)上經(jīng)過系統(tǒng)加工、匯總和整理得到的，必須消除源數(shù)據(jù)中的不一致性，以保證數(shù)據(jù)倉庫內(nèi)的信息是關(guān)于整個(gè)企業(yè)的一致的全局信息。由于操作型處理與分析型處理之間的差別，數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)是從原有的分散的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)中抽取來的，在數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)倉庫之前，需要經(jīng)過加工、統(tǒng)一和綜合等集成處理。數(shù)據(jù)集成是數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的一步。（3）相對(duì)穩(wěn)定。操作型數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通常需要實(shí)時(shí)更新，數(shù)據(jù)根據(jù)需要及時(shí)發(fā)生變化。數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)主要供企業(yè)決策分析之用，所涉及的數(shù)據(jù)操作主要是數(shù)據(jù)查詢，一旦某個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)倉庫以后，一般情況下將被長期保留，也就是數(shù)據(jù)倉庫中一般有大量的查詢操作，但修改和刪除操作很少，通常只需要定期的加載、刷新。數(shù)據(jù)倉庫存儲(chǔ)的是相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，是不同時(shí)刻數(shù)據(jù)庫快照的集合，以及基于這些快照進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、綜合和重組的導(dǎo)出數(shù)據(jù)，不是聯(lián)機(jī)處理的數(shù)據(jù)。因而，數(shù)據(jù)一經(jīng)集成進(jìn)入數(shù)據(jù)庫后是極少或根本不用更新的，是穩(wěn)定的。（4）反映歷史變化。操作型數(shù)據(jù)庫主要關(guān)心當(dāng)前某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)通常包含歷史信息，系統(tǒng)記錄了企業(yè)從過去某一時(shí)點(diǎn)(如開始應(yīng)用數(shù)據(jù)倉庫的時(shí)點(diǎn))到目前的各個(gè)階段的信息，通過這些信息，可以對(duì)企業(yè)的發(fā)展歷程和未來趨勢(shì)做出定量分析和預(yù)測。數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定是指，數(shù)據(jù)倉庫的用戶進(jìn)行分析處理時(shí)可能是不進(jìn)行數(shù)據(jù)更新操作的。但并不是說，在數(shù)據(jù)倉庫的整個(gè)生存周期中數(shù)據(jù)集合是不變的。

3.數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)整個(gè)數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可以劃分為數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理、OLAP服務(wù)器、前端工具等四個(gè)層次。數(shù)據(jù)源是數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是各類數(shù)據(jù)的源泉，常包括企業(yè)的各類信息。如存放于RDBMS中的各種業(yè)務(wù)處理數(shù)據(jù)、各類文檔數(shù)據(jù)、各類法律法規(guī)、市場信息、競爭對(duì)手的信息等。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理是整個(gè)數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的核心，是數(shù)據(jù)倉庫的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)倉庫的組織管理方式?jīng)Q定了它有別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)也決定了其對(duì)外部數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)倉庫按照數(shù)據(jù)的覆蓋范圍可以分為企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)倉庫和部門級(jí)數(shù)據(jù)倉庫（通常稱為數(shù)據(jù)集市）。

OLAP服務(wù)器對(duì)分析需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效集成，按多維模型予以組織，以便進(jìn)行多角度、多層次的分析，并發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)。按其具體實(shí)現(xiàn)可以分為：ROLAP、MOLAP和HOLAP。

ROLAP基本數(shù)據(jù)和聚合數(shù)據(jù)均存放在RDBMS之中；MOLAP基本數(shù)據(jù)和聚合數(shù)據(jù)均存放在多維數(shù)據(jù)庫之中；HOLAP基本數(shù)據(jù)存放在RDBMS之中，聚合數(shù)據(jù)存放在多維數(shù)據(jù)庫中。前端工具主要包括各種報(bào)表工具、查詢工具、數(shù)據(jù)分析工具、數(shù)據(jù)挖掘工具以及各種基于數(shù)據(jù)倉庫或數(shù)據(jù)集市的應(yīng)用開發(fā)工具。其中數(shù)據(jù)分析工具主要針對(duì)OLAP服務(wù)器，報(bào)表工具、數(shù)據(jù)挖掘工具主要針對(duì)數(shù)據(jù)倉庫。

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