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　　第4章 數(shù)據(jù)庫設計基礎

　　4.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念

　　(1)數(shù)據(jù)(Data)：描述事物的符號記錄。

　　(2)數(shù)據(jù)庫(DataBase)：長期存儲在計算機內的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。

　　(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念

　　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBase Management System，DBMS)是數(shù)據(jù)庫的機構，它是一種系統(tǒng)軟件，負責數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)維護、數(shù)據(jù)控制及保護和數(shù)據(jù)服務等。為完成以上6個功能，DBMS提供了相應的數(shù)據(jù)語言;數(shù)據(jù)定義語言(負責數(shù)據(jù)的模式定義與數(shù)據(jù)的物理存取構

　　建);數(shù)據(jù)操縱語言(負責數(shù)據(jù)的操縱);數(shù)據(jù)控制語言(負責數(shù)據(jù)完整性、安全性的定義)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，它位于用戶和操作系統(tǒng)之間，從軟件分類的角度來說，屬于系統(tǒng)軟件。

　　(4)數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展經歷了3個階段。

　　人工管理階段→文件系統(tǒng)階段→數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

　　(5)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點：集成性、高共享性、低冗余性、數(shù)據(jù)獨立性、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制等。

　　(6)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內部機構體系：三級模式(概念模式、內模式、外模式)和二級映射(外模式/概念模式的映射、概念模式/內模式的映射)構成了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內部的抽象結構體系。

　　4.2數(shù)據(jù)模型

　　數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)特征的抽象，從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動態(tài)行為和約束條件，描述的內容有數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)約束。有3個層次：概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。

　　(1)E—R模型：提供了表示實體、屬性和聯(lián)系的方法。實體間聯(lián)系有“一對一”、“一對多”和“多對多”。

　　(2)E-R模型用E-R圖來表示。

　　(2)層次模型：利用樹形結構表示實體及其之問聯(lián)系。其中節(jié)點是實體，樹枝是聯(lián)系，從上到下是一對多關系。

　　(3)網狀模型：用網狀結構表示實體及其之間聯(lián)系。是層次模型的擴展。網絡模型以記錄型為節(jié)點，反映現(xiàn)實中較為復雜的事物聯(lián)系。

　　(4)關系模型：采用二維表(由表框架和表的元組組成)來表示，可進行數(shù)據(jù)查詢、增加、刪除及修改操作。關系模型允許定義“實體完整性”、“參照完整性”和“用戶定義的完整性”三種約束。

　　•鍵(碼)：二維表中唯一能標識元組的最小屬性集。

　　•候選鍵(候選碼)：二維表中可能有的多個鍵。

　　•主鍵：被選取的一個使用的鍵。

　　4.3關系代數(shù)

　　(1)關系代數(shù)的基本運算：投影、選擇、笛卡爾積。

　　(2)關系代數(shù)的擴充運算：交、連接與自然連接、除。

　　4.4數(shù)據(jù)庫設計與管理

　　1.數(shù)據(jù)庫設計概述

　　•基本思想：過程迭代和逐步求精。

　　•方法：面向數(shù)據(jù)的方法和面向過程的方法。

　　•設計過程：需求分析→概念設計→邏輯設計→物理設計→編碼→測試→運行→進→步修改。

　　2.數(shù)據(jù)庫設計的需求分析

　　需求收集和分析是數(shù)據(jù)庫設計的第一階段，常用結構化分析方法(自頂向下、逐層分解)和面向對象的方法，主要工作有繪制數(shù)據(jù)流程圖、數(shù)據(jù)分析、功能分析、確定功能處理模塊和數(shù)據(jù)間關系。

　　數(shù)據(jù)字典：包括數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲和處理過程，是對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的詳盡描述。

　　3.數(shù)據(jù)庫的設計

　　(1)數(shù)據(jù)庫的概念設計：分析數(shù)據(jù)問內在的語義關聯(lián)，以建立數(shù)據(jù)的抽象模型。

　　(2)數(shù)據(jù)庫的邏輯設計：從E-R圖向關系模型轉換，邏輯模式規(guī)范化，關系視圖設計可以根據(jù)用戶需求隨時創(chuàng)建。實體轉換為元組，屬性轉換為關系的屬性，聯(lián)系轉換為關系。

　　(3)數(shù)據(jù)庫的物理設計：是數(shù)據(jù)在物理設備上的存儲結構與存取方法，目的是對數(shù)據(jù)庫內部物理結構作出調整并選擇合理的存取路徑，以提高速度和存儲空間。

　　4.數(shù)據(jù)庫管理

　　數(shù)據(jù)庫管理包括數(shù)據(jù)庫的建立、數(shù)據(jù)庫的調整、數(shù)據(jù)庫的重組、數(shù)據(jù)庫的安全性與完整性控制、數(shù)據(jù)庫故障恢復和數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控。

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