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数据库设计基础
【1】数据库的基本概念
- 数据（Data）是数据库的存储基本对象，描述事物的符号
- 数据库（DB）：长期存储于计算机内，有组织，可共享的大量数据的集合
- 数据库技术的根本目的：
解决数据共享
- 数据库管理系统（DBMS）：数据库系统的核心，负责数据库中的数据的组织、操纵、维护、控制以及保护
- 数据库系统：数据库+数据库管理系统
- 数据库管理系统的功能：
（1）数据模式定义：即为数据库构建其数据框架
（2）提供数据存储的方法和手段
（3）数据操纵：查询、插入、修改、删除…
（4）数据的完整性、安全性定义与检查
（5）数据库的并发控制和故障恢复
（6）数据的服务：拷贝、转存、重组、分析、性能监测
- 数据库管理系统提供了相应的数据语言：
（1）数据定义语言（DDL）：负责数据模块定义和数据物理存取构建
（2）数据操纵语言（DML）：负责数据的操纵
（3）数据控制语言（DCL）：负责数据完整性，安全性的定义与检查以及并发控制，故障恢复等功能
- 数据语言的两种结构形式：
（1）交互式命令语言（自含型与自主型语言）
（2）宿主型语言
- 数据库管理员（DBA）的工作：数据库设计，数据库维护，改善系统性能，提高系统效率
- 数据库系统（DBS）：计算机引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员和用户组成
- 数据库应用系统（DBAS）：数据库系统 + 应用软件 + 应用界面
【2】数据库管理系统的发展和特点
- 数据库管理技术的发展经历了3个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段
| 数据库管理技术 | |
|---|---|
| 人工管理阶段 | 计算机系统不提供对用户数据的管理功能，数据不能共享，不单独保存数据 |
| 文件系统阶段 | 数据冗余、不一致性、数据联系弱 |
| 数据库系统 | 第一代网状、层次数据库系统，第二代关系数据库系统，第三代面向对象模型为主要特点的数据库系统 |
- 数据库系统的基本特点：
（1）数据高度集成性
（2）数据高共享性和冗余性
（3）数据高独立性
（4）数据统一管理与控制
- 数据独立性是数据与程序之间的互不依赖性，数据库中的数据独立于应用程序之外
- 数据的独立性：物理独立性和逻辑独立性
（1）物理独立性：即存储方式的独立，不会因为应用程序改变而受到影响
（2）逻辑独立性：数据库中的数据的逻辑关系改变了，但应用程序不会改变
【3】数据库系统的内部结构体系
- 数据库系统的三级模式：
（1）概念模式（逻辑模式）：是对数据库中全局数据逻辑结构的描述，全体用户的公共数据视图——一个数据库只有一个概念模式
（2）外模式（子模式）：局部数据的逻辑结构和特征的描述——一个概念模式可以有多个外模式
（3）内模式（物理模式）：数据库的物理存储结构与存取方法——一个数据库只有一个内模式
| 三级模式 | ||
|---|---|---|
| 外层 | 外模式 | 面向用户 |
| 中间层 | 概念模式 | 面向设计者 |
| 底层 | 内模式 | 面向计算机 |
- 数据库系统的两级映射：保证了数据库系统数据的独立性
（1）外模式——概念模式
（2）概念模式——内模式
（从外到内，自顶向下）
【4】数据模型的基本概念
- 概念数据模型（面向用户）：概念模型，是一种面向客观世界，面向用户的模型。不涉及具体的硬件环境，也不涉及具体的软件环境
- 逻辑数据模型（数据库）：数据模型，是一种面向数据库的模型
层次模型，网状模型，关系模型，面向对象模型
- 物理数据模型（面向计算机）：物理模型
数据库主要解决数据共享问题，数据结构主要指数据的存储方式
【5】E-R模型
- E-R模型基本概念
（1）实体：现实世界中的事物可以抽象为实体，实体是概念世界中的基本单位，它们能相互存在又相互区别
（2）属性：事物的特性
（3）码：唯一标识实体的属性集
（4）域：属性的取值范围
（5）联系：现实世界中事物间的关联
- E-R模型的图表示：
（1）实体：矩形
（2）属性：椭圆
（3）联系：菱形
【6】层次模型和网状模型
- 层次模型（树）：
（1）有且只有一个节点没有双亲节点（根节点）
（2）根以外的其他节点有且只有一个双亲节点
双亲节点：父节点
- 网状模型（图）：
（1）允许一个以上的节点无双亲
（2）一个节点可以有多于一个的双亲
【7】关系模型
- 关系模型采用二维表表示：关系数据结构，关系操纵，关系完整性
- 关系数据库中：实体间联系的是关系
- 一个关系是一个二维表，一个二维表不一定是一个关系
（1）元组：表中的一行即为一个元组
（2）属性：表中的一列即为一个属性，每一个属性起的一个名称即为属性名
（3）分量：元组中的一个属性值
（4）域：属性的取值范围
- 二维表中的唯一标识元组的最小属性值称为表的：键/码
- 关系操纵：数据查询，数据的删除，数据的插入，数据的修改
- 关系模型允许定义三类数据约束：
（1）实体完整性约束：关系的主键中属性值不能为空
（2）参照完整性约束：不允许关系应用不存在的元组
（3）用户定义的完整性约束
（1）（2）必须满足
【8】关系代数
- 关系代数是一类抽象的 查询语言，关系代数的运算对象是关系，运算结果也是关系
- 关系运算三大要素：运算对象，运算符，运算结果
- 关系模型的基本运算：插入、删除、修改、查询
- 自然连接：
（1）两个关系间有公共域
（2）通过公共域的相等值进行连接
【9】数据库的设计和管理
- 数据库设计有两种方法：
（1）面向数据方法（主流）：以信息需求为主，兼顾处理需求
（2）面向过程方法：以处理需求为主，兼顾信息需求
- 数据库设计目前一般采用：生命周期法
- 规范化：一个低一级范式的关系模式，通过模式分解可以转化为若干个高一级范式的关系模式的集合
- 概念设计阶段：将需求分析过程中得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型
- 逻辑结构设计：将E-R图转化为关系数据模型
- 数据库的物理结构：存储
- 常用存取方法：索引方法、聚簇方法、Hash
- 数据库管理内容
（1）数据库的建立
（2）数据库的重组
（3）数据库的安全性控制
（4）数据库完整性控制（数据的正确性和相容性）
（5）数据库故障恢复
（6）数据库监控
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