数据库技术与应用PPT第2章 数据库概述

第二章数据库设计概述22.1数据库系统的组成 2.2数据库系统的三级模式结构 2.3数据库设计概述 2.4数据库需求分析 2.5数据库的概念设计 2.6数据库的逻辑设计 2.7数据库的物理设计 2.8数据库的实施、运行与维护 2.9数据库设计案例第二章数据库设计概述32.1数据库系统的组成1.数据库（DataBase，简称DB）：是在数据库管理系统的集中控制之下，按一定的组织方式存储起来的、相互关联的数据的集合。2.数据库管理系统:(DatabaseManagementSystem，DBMS)组织与存储数据维护与获取数据常用数据库管理系统：

Oracle、DB2、Sybase、MySQL、Access、SQLServer等

42.1数据库系统的组成3.数据库应用系统（DatabaseApplicationSystem，DBAS）:是基于数据库所建立的应用；它通常包含一组应用程序。

52.1数据库系统的组成4.数据库系统DBS(DataBaseSystem):组成：数据库数据库管理系统数据库应用系统计算机软硬件设计、实现、使用、维护这些系统的人员数据库系统的组成62.2

数据库系统的三级模式结构为了有效地组织和管理数据，提高数据库数据的逻辑独立性和物理独立性，人们为数据库设计了一个严谨的体系结构，这就是数据库的三级模式结构，即：外模式、模式和内模式。7数据库的三级模式结构应用1外模式/模式映射模式/内模式映射外模式-用户级模式-概念级内模式-物理级数据库内模式模式应用2…应用n外模式1外模式m外模式1…全局视图存储视图用户视图2.2 数据库系统的三级模式结构8模式（也称逻辑模式或概念模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图，综合了所有用户的需求一个数据库只有一个模式概念模式/逻辑模式/模式外模式/子模式/用户模式外模式（也称子模式或用户模式）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示外模式的地位：介于概念模式与应用之间概念模式与外模式的关系：一对多外模式与应用的关系：一对多外模式的用途保证数据库安全性每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据内模式/存储模式内模式（也称存储模式）是数据物理结构和存储方式的描述是数据在数据库内部的表示方式一个数据库只有一个内模式11三级模式间的关系DBMS在三级模式之间提供了二级映射功能，保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性与物理独立性。外模式/模式映射模式/内模式映射保证了数据与程序间的逻辑独立性确保了数据的物理独立性12三级模式-示例132.3

数据库设计概述数据库设计的方法数据库设计的基本步骤 数据建模142.3.1数据库设计的方法新奥尔良方法。基于E-R模型的数据库设计方法。基于3范式（3NF）的数据库设计方法。ODL（ObjectDefinitionLanguage）方法。152.3.2数据库设计的基本步骤数据库设计过程一般包括：(1)需求分析(2)概念设计(3)逻辑设计(4)物理设计(5)实施(6)运行及维护16现实世界事物特征全体关联计算机世界数据项记录文件数据模型信息世界实体属性实体集联系概念模型数据模型三个世界-数据处理的三个阶段2.3.3数据建模17概念模型对数据进行综合、抽象和归纳，构建信息世界的概念模型数据模型将信息世界的概念模型转换为计算机世界的数据模型。两级抽象的建模过程概念模型与数据模型是对客观事物及其联系的两级抽象描述，概念模型是基础，数据模型由概念模型导出18不同阶段所需创建的模型（1）需求分析（2）概念设计-建立概念模型（3）逻辑设计-建立逻辑数据模型（4）物理设计-在此过程中还会建立物理数据模型（5）实施（6）运行及维护192.4数据库需求分析2.4.1需求分析的任务信息要求处理要求安全性要求完整性要求202.4数据库需求分析2.4.2

需求分析的方法（1）调查组织机构情况。（2）调查各部门的业务活动情况。（3）在熟悉了业务活动的基础上，协助用户明确各种要求。（4）确定应用系统的边界。212.5数据库的概念设计概念模型E-R图222.5.1概念模型实体：客观存在并可相互区分的事物,可为抽象事物。属性：实体或联系所具有的特性。码（关键字）：唯一标识实体的属性（集）。域：某个属性的取值范围。概念模型按用户的观点来对数据和信息建模。描述现实世界的概念化结构。232.5.1概念模型实体型和实体值实体型就是实体的结构描述，通常是实体名和性名的集合。学院（学院编号，学院名称，学院电话，学院地址）实体值就是一个具体的实体，它是属性值的集合。（'01'，'生命学院'，，'东11-8楼'）实体集:由同一类型的实体构成的集合称为实体集。联系：

实体之间及其内部的关联（对应）关系。24实体间的联系类型常见的有三种：一对一一对多多对多2.5.1概念模型25班长任职班级111:12.5.1概念模型一对一：A实体集中的每个实体至多可以和B实体集中的一个实体相关联，同样，B实体集中的每个实体也至多可以和A实体集中的一个实体相关联，则A，B之间的关联关系为一对一的联系。湖北湖南河北河南四川……长沙郑州武汉济南成都……省份集合省会集合261:n班级拥有学生2.5.1概念模型1n一对多：A实体集中的每个实体可以和B实体集中的多个实体相关联，反过来，B实体集中的每个实体至多可以和A实体集中的一个实体相关联，则A，B之间的关联关系为一对多的联系。湖北湖南河北河南四川……长沙郑州武汉宜昌成都湘潭……省份集合城市集合27学生学习课程mnm:n2.5.1概念模型多对多：A实体集中的每个实体可以和B实体集中的多个实体相关联，反过来，B实体集中的每个实体也可以和A实体集中的多个实体相关联，则A，B之间的关联关系为多对多的联系。张三李四王五赵六钱七……C语言网络数据库数据结构VB……教师集合课程集合28多元联系：当某个联系涉及到两个以上实体集时，此时的关联关系称为多元联系2.5.1概念模型课程讲授教师参考书1mn供应商提供项目零件mnp29概念模型的表示方法：实体-联系方法(E-R方法)实体型：用矩形表示，框内写明实体名。属性：用椭圆表示，并用无向边和相应实体相连。联系：用菱形表示，框内写明联系名，并用无向边和有关实体相连，在无向边旁标明联系的类型。姓名学习学生课程mn2.5.2E-R图学号性别课程编号课程名称课程性质成绩30E-R模型设计过程：根据局部应用设计局部E-R图将各局部E-R图集成对集成后的E-R图进行优化处理（比如：属性、命名、结构等冲突的处理）31学生管理系统数据库部分E-R图2.5.2E-R图示例入学

学院学院编号学院名称学院电话学院地址

学生学号姓名性别

专业班级1n出生日期

入学时间学制籍贯322.6数据库的逻辑设计数据模型的三要素层次模型和网状模型简介关系模型E-R模型向关系模型的转换33概念模型转换为数据模型时，需要考虑的问题和内容：第一个问题：概念模型中--实体及联系的属性、属性的数据类型、实体间联系的实现方法？

即：数据结构第二个问题：属性取值限制。即：数据的约束条件—完整性规则第三个问题：应用中会对数据进行的处理。即：数据操作将数据模型中的数据结构、数据的约束条件和数据操作合称为数据模型三要素。2.6.1数据模型的三要素34数据模型常见的数据模型：目前成熟的数据模型面向记录的模型层次模型：以“树结构”表示数据之间的联系网状模型：以“图结构”表示数据之间的联系关系模型：以“二维表”表示数据之间的联系面向对象的模型352.6.2层次模型和网状模型简介1.层次模型数据库系统中最早出现的数据模型，以树形结构来表示实体及其之间的联系（1：n）。校部学院A系A学院B系B系C系D系E学校组织结构图362.6.2层次模型和网状模型简介2.网状模型以有向图结构表示实体及其之间的联系(m：n)。课程、学生、选课372.6.3关系模型关系模型是建立在严格的数学概念的基础上的，主要特征是用二维表格表达实体和实体间的联系学号姓名性别外语语种班级编号0308120301张彦男英语030812030308120302梁良男英语030812030308120303徐婧女英语0308120303081203014赵苹芳女英语03081203382.6.3关系模型关系中的术语介绍

1.属性；域；元组；关系；关系模式2.候选键；主键；外键；主表；从表3.关系模型的特点关系术语与表术语的对应数据完整性约束392.6.3关系模型学号姓名性别外语语种班级编号0308120301张彦男英语030812030308120302梁良男英语030812030308120303徐婧女英语0308120303081203014赵苹芳女英语03081203属性属性二维表中每一列称为一个属性每一列有个属性名行和列的交叉位置是属性值域属性的取值范围关系中属性的个数称为“度”或“目”或“元”402.6.3关系模型元组学号姓名性别外语语种班级编号0308120301张彦男英语030812030308120302梁良男英语030812030308120303徐婧女英语0308120303081203014赵苹芳女英语03081203元组二维表中每一行称为一个元组在文件中对应一条记录关系中元组的个数称为“基数”41关系(Relation)：一个关系对应一张二维表关系模式：对关系的描述关系名(属性1，属性2，…，属性n)2.6.3关系模型关系学生(学号，姓名，性别，外语语种，班级编号)学号姓名性别外语语种班级编号0308120301张彦男英语030812030308120302梁良男英语030812030308120303徐婧女英语0308120303081203014赵苹芳女英语03081203学生表422.6.3关系模型关系中的术语介绍

1.属性；域；元组；关系；关系模式2.候选键；主键；外键；主表；从表3.关系模型的特点关系术语与表术语的对应数据完整性约束43候选键关系中用来惟一标识一个元组的属性或属性组主键，也称为主关键字，主码从候选键中指定一个用来标识元组学生关系学号姓名性别外语语种班级编号主键是我们在设计数据库时，根据情况选定的主键可以包含多个属性。主键2.6.3关系模型442.6.3关系模型外键如果一个关系中的属性或属性组并非该关系的主键，但它是另一个关系的主键，则称其为该关系的外键学生关系学号

姓名性别外语语种班级编号专业编号班级编号班长院系编号班级关系外键主键452.6.3关系模型主表和从表主表:主键为从表外键从表:外键所在的表主表和从表通过外键相关联从表主表学生关系学号

姓名性别外语语种班级编号专业编号班级编号班长院系编号班级关系外键主键462.6.3关系模型关系模型的特点每一列不可再分同一关系中属性(字段)不允许重名关系中不允许有完全相同的元组关系中交换任意两行的位置不影响数据的实际含义关系中交换任意两列的位置不影响数据的实际含义47关系模型的完整性约束完整性（Integrity）完整性是指数据库中数据在逻辑上的一致性、正确性、有效性和相容性。数据库完整性由各种各样的完整性约束来保证。3类关系完整性约束实体完整性参照完整性用户自定义的完整性48实体完整性（EntityIntegrity）一个关系中的所有元组都是唯一的，即不能有相同两行，也称为行完整性。实体完整性规则：属于关键字的属性不能取空值；不允许两个元组的关键字值相同。课程号课程名学时C1程序设计60C2微机原理80数字逻辑60………学号课程号成绩S1C190S1C285S2C7………选课关系课程关系是否允许？是否允许？关系模型的完整性约束49关系模型的完整性约束参照完整性（Referentialintegrity）当一个数据表中有外部关键字时，外部关键字列的所有值，或者为空，或者出现在其所对应的表中。学号姓名性别年龄系别S1赵亦女17计算机S2钱尔男18信息……………S11王威男19经济S12李武男20学生关系系别地址计算机A楼信息B楼自动化C楼系别关系是否允许？主表从表50关系模型的完整性约束用户定义完整性（User-definedIntegrity）针对某一具体关系数据库的约束条件。反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。成绩属性的取值范围在0-100之间排片时间必须是当前时间之后的时间会员积分必须是大于等于0的整数性别只能是“男”或“女”影院名称取值不为空会员的VIP等级初始值默认为0512.6.4E-R模型向关系模型的转换1．独立实体到关系模型的转化一个独立实体（型）=>一个关系模式,即一张关系表实体码=>关系表的关键属性

其他属性=>关系表的属性。实体属性取值情况=>决定关系属性的取值域。E-R模型到关系模型的转化过程E-R模型关系模型对问题进行分析转化52例：对于下图所示的学生实体，请使用关系模式描述其转化为的关系。图中下划线标注的属性表示关键字。学生实体的E-R图学生学号民族籍贯姓名学生(学号，姓名，民族，籍贯)53（1）1:1联系到关系模型的转化方法1：将其中一个实体集的键及联系本身的属性加入到另一个实体中方法2：在两个实体关系表中各自增加一个外部关键字11经理公司领导姓名住址出生年月电话民族名称电话类型注册地1:1联系到关系模型的转化2.联系的转化54对上图E-R模型转化为关系模型：经理(姓名,民族,住址,出生年月,电话,公司名称)

公司(名称,注册地,类型,电话)或者：经理(姓名,民族,住址,出生年月,电话)公司(名称,注册地,类型,电话,经理姓名)

外键外键55（2）1:n联系到关系模型的转化在n方(即1对多关系的多方)实体表中增加一个属性，将对方的关键字作为外部关键字处理。学生班级属于姓名学号民族出生年月名称班号系年级专业学生(学号,姓名,民族,出生年月,班号)班级(班号,名称,年级,系,专业)外键n156（3）m:n联系到关系模型的转化一个m:n联系要单独建立一个关系模式，分别用两个实体的关键字作为外部关键字。学习mn学生学号姓名出生年月民族课程号课程名学时数课程成绩学生(学号，姓名，民族，出生年月)课程(课程号，课程名，学时数)学习(学号，课程号，成绩)57（4）多元联系到关系模型的转化所谓多元联系，即是说该联系涉及两个以上的实体。例如一个排课表，涉及班级、课程、教师、教室等4个实体。转化时，应建立一个单独的关系表，将该联系所涉及的全部实体的关键字作为该关系表的外部关键字，再加上适当的其他属性，得到关系模式如下：排课表(上课时间，班号,课程号,教师号,教室号)

582.7数据库的物理设计1.确定数据库的物理结构（1）确定数据的存储结构。考虑存取时间、存储空间、利用率和维护代价几个方面（2）设计数据的存取路径。确定如何建立索引。（3）确定数据的存放位置。数据易变部分与稳定部分分开存放。经常存取部分和存取频率较低部分分开存放。（4）确定系统配置。通过存储分配参数，对数据库进行物理优化。592.7数据库的物理设计2.评价物理结构需考虑：时间效率、空间效率、维护代价和各种用户要求。评价方法依赖：所选用的DBMS从定量估算各种方案的存储空间、存取时间和维护代价入手602.8数据库的实施、运行与维护1.数据库的实施（1）定义数据库结构（2）数据装载（3）编制与调试应用程序（4）数据库试运行功能测试性能测试612.8数据库的实施、运行与维护2.数据库的运行和维护（1）数据库的转储和恢复（2）对数据库性能的监测、分析和改善（3）维持数据库的安全性和完整性（4）数据库的重组和重构622.9数据库设计案例用户功能教务录入学生信息并可查询学生密码。录入教师信息并可查询教师密码。录入课程信息并设置选修课的选课信息。分别对必修课和选修课进行课堂排课。

（1）必修课：排课堂的时候，确定教师，并根据专业班级名称选定上课的学生学号。（2）选修课：排课堂的时候，确定教师及选修课最大容纳人数。学生自行选课，教务审核通过后确认选