数据库基本概念

概念

• 数据：是数据库中存储的基本对象，是描述事物的符号记录。
• 数据的种类：文本、图形、图像、音频、视频
• 数据库（DB）：是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。

数据库的基本特征

• 数据按一定的数据模型组织、描述和存储
• 可为各种用户共享
• 冗余度较小
• 数据独立性较高
• 易扩张

数据库系统（DBS）

采用了数据库技术，有组织地、动态地存储大量相关数据，方便多用户访问的计算机系统。由四个部分组成

1. 数据库：统一管理、长期存储在计算机内的，有组织的相关数据的集合
2. 硬件：构成计算机系统包括存储数据所需的外部设备
3. 软件：操作系统、数据库管理系统及应用程序
4. 人员：系统分析和数据库设计人员、应用程序员、最终用户、数据库管理员

数据库管理系统（DBMS）的功能

实现对共享数据有效的组织、管理和存取

包括数据定义、数据库操作、数据库运行管理、数据的存储管理、数据库的建立和维护等。

三级模式-两级映像

• 内模式：管理如何存储物理的数据，对应具体物理存储文件。
• 模式：又称为概念模式，就是我们通常使用的基本表，根据应用、需求将物理数据划分成一张张表。
• 外模式：对应数据库中的视图这个级别，将表进行一定的处理后再提供给用户使用

• 外模式一模式映像：是表和视图之间的映射，存在于概念级和外部级之间，若表中数据发生了修改，只需要修改此映射，而无需修改应用程序。
• 模式一内模式映像：是表和数据的物理存储之间的映射，存在于概念级和内部级之间，若修改了数据存储方式，只需要修改此映射，而不需要去修改应用程序。

数据库设计

记住每个步骤的顺序，每个步骤的产出，每个步骤的内容

1. 需求分析：分析数据存储要求，产出数据流图，需求说明书，数据字典。获得用户对系统三个要求：信息要求，处理要求，系统要求。
2. 概念结构设计：设计概念结构图，一般为E-R图（实体-联系图）。产出E-R图。工作步骤：选择局部应用，逐一设计分E-R图，E-R图合并。就是一张一张表去设计最后合并。所以这里合并存在表与表之间的冲突。冲突有3类
   • 属性冲突：同一属性在不同E-R图中出现。
   • 命名冲突：相同意义的属性在不同表有不同命名，或者命名相同的属性在不同表有不同意义。
   • 结构冲突：同一实体在不同的分E-R图有不同属性，同一对象在某一分E-R图中被抽象为实体而在另一分E-R图中又被抽象为属性。
3. 逻辑结构设计：将E-R图，转换成逻辑结构模型（一般为关系模型）。产出逻辑结构模型（一般关系模型）。工作步骤包括：确定数据模型、将E-R图转换为指定的逻辑结构模型、确定完整性约束和确定用户视图。
4. 物理设计：步骤包括确定数据分布，存储结构和访问方式。
5. 数据库实施阶段：根据逻辑设计和物理设计阶段的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。
6. 数据库运行和维护阶段：数据库应用系统经过试运行即可投入运行，但该阶段需要不断地对系统进行评价、调整与修改。

注：一般下面的步骤需要依赖上面所有步骤

真题

在数据库逻辑结构设计阶段，需要（）阶段形成的（）作为设计依据。

A．需求分析  B．概念结构设计  C．物理结构设计  D．数据库运行和维护

A．程序文档、数据字典和数据流图。

B.需求说明文档、程序文档和数据流图

C.需求说明文档、数据字典和数据流图

D．需求说明文档、数据字典和程序文档

答案：A  C

数据模型

关系模型：是二维表的形式表示的实体-联系模型，是将实体-联系（E-R）模型转换而来，经过开发人员设计的。

概念模型：从用户的角度进行建模的，是现实世界到信息世界的第一抽象。是真正的实体-联系模型。

网状模型：实体类型及其实体之间的联系，一个事物和另外几个都有联系，形成一张网。

面向对象模型：采用面向对象的方法设计数据库，以对象为单位，每个对象包括属性和方法，具有类和继承的特点。

数据模型三要素

1. 数据结构：所研究的对象类型的集合。
2. 数据操作：对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合（增删改查）。
3. 数据的约束条件：一组完整性规则的集合（约束输入数据比如人的年龄800岁不可能之类的）。

E-R图

E-R图是用来描述概念数据模型，世界是由一组称作实体的基本对象和这些对象之间的联系构成的。

• 椭圆：实体的属性（实体和联系都可以有属性，比如配送联系可以有配送员属性）
• 长方形：实体（人，物，系统）(方框里有竖线的是弱实体)
• 菱形：联系

联系的两端都要填写联系类型。

• 实体：客观存在并可相互区别的事物。人、事、物或抽象概念。如：人、汽车、图书、账户、贷款。
• 弱实体和强实体：弱实体依赖于强实体，强实体的强字可以省略，弱不行。如：人员是强实体，部门经理是弱实体，部门经理依赖人员。
• 实体集：具有相同类型和共享相同属性的实体的集合，如学生、课程
• 属性：实体所具有的特性。
• 属性分类：简单属性和复合属性（简单：一个值。复合：由简单组成。如：省份是简单属性，省份、城市等组成一个复合属性地址）；单值属性和多值属性（单值：一个人你年龄只有一个。多值：电话号码，一个人有多个电话号码）；NULL属性（可以为空Null的属性）；派生属性（计算出来的属性，如：给出了出生年月日，可以计算年龄）
• 域：属性的取值范围称为该属性的域
• 码：唯一标识，就是键。
• 联系：现实世界中事物内部以及事物之间的联系，在E-R图中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。
• 联系类型：一对一、一对多（多对一）、多对多。

实体型联系图

• 课程和教师的关系是1:n，一个课程可以由多个老师来讲授，一个老师只能教授一个课程。课程和参考书的关系是1:n，一个课程可以有多个参考书，一本参考书只能讲授一个课程。
• 供应商和项目的关系是m:n，一个供应商可以供应多个项目，一个项目可以由多个供应商供应。供应商和零件的关系是m:n，一个供应商可以供应多种的零件，一种零件可能由多个供应商供应。

关系模型

关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，由行列组成。其中行是记录具体信息，所以也称为水平记录、元组。列是实体的属性。用表格结构表达实体集，就是一个表就是一个实体集。用外键标识实体间的联系。

• 优点：建立在严格的数学概念基础上；概念单一、结构简单、清晰、用户易懂易用；存取路径对用户透明，从而数据独立性、安全性好、简化数据库开发工作。
• 缺点：由于存取路径透明，查询效率往往不如非关系数据模型。

E-R转换关系模型

• 每个实体都对应一个关系模式，每个强实体就是一个表（弱实体不是，弱实体可以作为强实体的属性。强实体才是）。
• 联系是否需要生成一个关系模式（表），需要看情况分为三种

1. 1. 1:1联系中，联系可以放到任意的两端实体中，作为一个属性（要保证1:1的两端关联），也可以转换为一个单独的关系模式。
   2. 1:N联系中，联系可以单独作为一个关系模式，也可以在N端加入1端的主键（如：实体员工和实体部门，员工有属性工号，姓名，主键工号。部门有属性部门编号，部门名称，主键是部门编号。员工和部门关系就是1:N，部门是1，员工是N。就把部门的主键，部门编号加入员工的属性里。）
   3. M:N联系中，联系必须作为一个单独的关系模式，其主键是M和N的联合主键

真题

1、某本科高校新建教务管理系统，支撑各学院正常的教学教务管理工作。经过初步分析，系统中包含的实体有学院、教师、学生、课程等。考虑需要将本科学生的考试成绩及时通报给学生家长，新增家长实体；考虑到夜大、网络教育学生管理方式的不同，需要额外的管理数据，新增进修学生实体：规定一个学生可以选择多门课程，每门课程可以被多名学生选修；一个教师可以教授多门课程，一门课程只能被一名教师讲授。（）实体之间为多对多联系，（）属于弱实体对强实体的依赖联系。

A、学生、学院  B、教师、学院  C、学生、课程  D、教师、课程

A、家长、学生  B、学生、教师  C、学生、学院  D、教师、学院

答案：C  A

解析：一个学生可以选择多门课程，每门课程可以被多名学生选修，因此学生和课程是多对多。弱实体依赖于强实体的存在而存在，只有学生存在，其家长信息才会存在，否则单独的家长信息无意义。

2、54-56.部门、员工和项目的关系模式及它们之间的E-R图如下所示，其中关系模式中带实下划线的属性表示主键属性。图中：部门 (部门代码，部门名称，电话)员工（员工代码，姓名，部门代码，联系方式，薪资）项目(项目编号，项目名称，承担任务)

若部门和员工关系进行自然连接运算，其结果为（54）元关系。由于员工和项目之间的联系类型为（55），所以员工和项目之间的联系需要转换成一个独立的关系模式，该关系模式的主键是(56）。

(54)A.5    B.6    C.7    D.8

(55)A.1对1  B.1对多张  C.多对1  D.多对多

(56)A．（项目名称，员工代码）  B．（项目编号，员工代码)  C．(项目名称，部门代码)  D．(项目名称，承担任务)

答案：C  D  B

规范化和并发

数据库新技术

未完，待续... ...