數據庫設計基礎全國二級等級考試輔導數據庫設計基礎4.1數據庫系統的基本概念4.2數據模型4.3關系代數4.4數據庫設計與管理4.1數據庫系統的基本概念數據庫、數據庫管理系統、數據庫系統數據庫系統的發展數據庫系統的基本特點數據庫系統的內部結構體系一、數據庫、數據庫管理系統、數據庫系統數據（Data）數據庫（DataBase簡稱DB）數據庫管理系統（DBMS）數據庫系統（DBS)數據庫管理員（DBA）數據含義：數據是描述事物的符號記錄。數據分類:臨時性數據（隨程序的結束而消亡）和持久性數據（對系統起長期持久的作用）。其中持久性數據是數據庫處理的部分。數據庫含義：數據的集合，具有統一的結構形式并存放于統一的存儲介質內，是多種應用數據的集成，可被各個應用程序所共享。特點：庫中數據具有“集成”和“共享”的特點。數據庫管理系統含義：一種系統軟件，負責數據庫中數據組織、數據操縱、數據維護、控制、保護和數據服務等。功能：數據模式定義數據存取的物理構建數據操縱數據的完整性、安全性的定義與檢查數據庫的并發控制與故障恢復數據的服務為了實現以上6個功能，DBMS提供了相應的數據語言，它們是：數據定義語言：負責數據的模式定義與數據的物理存取構建。數據操縱語言：負責數據的操縱，包括查詢與增、刪、改等操作。數據控制語言：負責數據完整性、安全性的定義與檢查以及并發控制、故障恢復等功能。數據庫系統含義：數據庫+數據庫管理系統+數據庫管理員（人員）+硬件平臺+軟件平臺其中DBMS是DBS的核心。二、數據庫系統的發展人工管理階段文件系統階段數據庫系統階段層次數據庫與網狀數據庫系統階段關系數據庫系統階段三、數據庫系統的基本特點數據的集成性數據的高共享性與低冗余性數據獨立性物理獨立性邏輯獨立性數據統一管理與控制完整性檢查安全性保護并發控制數據的獨立性

含義：數據的獨立性是指應用程序和數據庫的數據結構之間相互獨立，不受影響。物理獨立性數據的物理結構（存儲結構、存取方式）的改變不影響數據庫的邏輯結構，從而不致引起應用程序的變化。邏輯獨立性 數據庫總體邏輯結構的改變，不需要相應修改應用程序。四、數據庫系統的內部結構體系三級模式概念模式（也稱為模式，抽象的描述，不涉及軟件、硬件，反映了設計者的數據全局邏輯要求）外模式（也稱為子模式或者用戶模式，反映用戶對數據的要求；一個數據庫可以有多個外模式）內模式（也稱為物理模式，反映數據的實際存儲形式）兩級映射概念模式到內模式的映射（唯一的）外模式到概念模式的映射4.2數據模型數據模型的基本概念E-R模型三種基本數據模型關系模型一、數據模型的基本概念數據模型描述的內容如下（三要素）：數據結構（數據模型的基礎、核心；對系統靜態特性的描述）數據操作（對數據庫系統動態特性的描述）數據約束數據模型按不同的應用層次可分為：概念數據模型（E-R模型，即實體聯系模型）邏輯數據模型（層次、網狀、關系、面向對象）物理數據模型二、E-R模型含義：E-R模型是將現實世界的要求轉化為實體、聯系、屬性等幾個基本概念，以及它們間的兩種基本聯接關系，并可以用圖直觀表示。基本概念：實體：客觀存在又能互相區別的事物。屬性：刻畫實體的特征。聯系：反映實體集間的關系。一對一、一對多、多對多二、E-R模型圖示法：實體集（用矩形表示）屬性（用橢圓表示）聯系（用菱形表示）一對一：簡記為1:1,如班級和班主任的聯系。一對多:簡記為1:m,如宿舍與學生的聯系。多對多：簡記為m:n,如任課教師與學生的聯系。分類圖示舉例觀眾與座位、乘客與車票、病人與病床、學校與校長。城市與街道、宿舍與學生、父親與子女、班級與學生。學生與課程、工廠與產品、商店與顧客。1:1(一對一聯系)1:n(一對多聯系)m:n(多對多聯系)用矩形表示實體集，在框內寫上實體名例：學生管理系統學生課程選修姓名學號系別課程名先修課學分成績用橢圓表示實體的屬性用無向邊把實體與其屬性連接起來用菱形表示實體間的聯系將參與聯系的實體用線段連接mn聯系的數量三、三種基本數據模型數據庫領域最常用的結構數據模型有：層次數據模型:用樹型結構表示實體間聯系的數據模型網狀數據模型:用有向圖結構表示實體類型及實體間聯系的數據模型。關系數據模型:是由若干個關系模式組成的集合，其主要特征是用二維表格結構表達實體集，用外鍵表示實體間聯系。四、關系模型關系模型的主要特點是以二維表的形式來表達實體集。在關系數據庫中，把數據表示成二維表，每一個二維表稱為一個關系。關系的數據結構關系操縱關系中的數據約束關系的數據結構元組個數有限；元組的唯一性；元組的次序無關性；元組的分量不可分割-——元組分量的原子性；屬性名的唯一性；屬性的次序無關性；屬性分量具有與該屬性相同的值域。滿足以上7個性質的二維表稱為關系，以二維表為基本結構建立的模型稱為關系模型。關系模型的基本術語字段---------屬性（二維表中的一列）字段值------屬性值記錄----------元組（二維表中的一行）二維表格---------關系關系中屬性個數---------屬性元數（列數）元組個數----------------基數（行數）鍵（或碼）：二維表(關系)中能唯一標識元組的最小屬性集稱為該表的鍵或碼。候選碼：關系中可能有若干個鍵，他們稱為候選碼。主鍵或主碼：從候選碼中選取一個作為用戶使用的鍵，稱為主鍵。外鍵或外碼：若A的某屬性集是表B的鍵，則稱該屬性集為A的外碼。關系操縱數據查詢數據刪除數據插入數據修改操作的對象是關系，操作的結果也是關系。關系中的數據約束實體完整性約束：若一個或一組屬性A是關系R的主關鍵字，則屬性(或組)A不能取空值。參照完整性約束：用于定義外關鍵字與主關鍵字之間的引用規則的。用戶定義的完整性約束：由用戶針對某一具體的約束要求，自定義完整性規則，反映具體應用所涉及的數據必須滿足的語義要求。例如：性別只能是“男”或“女”兩種可能年齡取值只能限制在0-150之間4.3關系代數關系模型的四種操作可以進一步分解成6種基本操作：關系的屬性指定；關系的元組選擇；兩個關系的合并；關系的查詢；關系元組的插入；關系元組的刪除。關系操作傳統的集合運算和專門的關系運算。1．傳統的集合運算

傳統的集合運算是二目運算，包括并、交、差、廣義笛卡爾積四種運算。操作是基于“同類”關系而言。同類：兩個關系具有相同的目n（即兩個關系都有n個屬性），且相應的屬性取自同一個域。

集合運算（1）并

R∪S={t|t∈R∨t∈S}

兩個同類關系R和S的并：屬于R或屬于S的所有元組組成的集合，刪去重復的元組，其結果仍為n目關系。

（2）差

R－S={t|t∈R∧t∈S}

兩個同類關系R和S的差：由屬于R而不屬于S的所有元組組成，其結果關系仍為n元關系，在R中刪去與S相同的元組，其結果仍為n目關系。

（3）交

R∩S={t|t∈R∧t∈S}

兩個同類關系的交由屬于R又屬于S的所有元組組成，其結果仍為n目關系。 （4）廣義笛卡爾積

R×S＝{tr^ts|tr∈R∧ts∈S}

n元關系R和m元關系S的廣義笛卡爾積是一個n+m列元組的集合。元組前n列是關系R的一個元組，后m列是關系S的一個元組。

集合運算關系運算2．專門的關系運算

包括：選擇、投影、連接等，關系運算不僅涉及行而且涉及列。（1）選擇（Selection） 選擇又稱為限制，它是在關系中滿足給定條件的元組的子集。F(R):從R中挑選滿足F的元組。

【例1】如果要列出“1981（含）年以后出生的學生名單”，就是要找出那些符合此條件的行，“選擇”運算結果如右：（2）投影（Projection） 投影是從關系中選擇出若干屬性列組成新的關系，這些屬性列一般是用戶感興趣的屬性列。T(R):從關系R中取屬性為T的列組成新關系。

【例2】在關系中只查詢所有學生的“姓名”和“性別”，則投影結果如右：（3）連接（Join）

連接是從兩個關系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。相比較的屬性是可比的屬性。連接運算中最為重要也最為常用的連接是：條件連接、等值連接、自然連接。─條件連接：當要滿足某個給定條件時，稱為條件連接。─等值連接：給定條件為相等的連接。─自然連接：若關系R和S具有相同的屬性組B，則連接條件是兩個關系R和S中所對應的同名屬性組B中的所有屬性的值必須對應相等。應用舉例：設有兩個關系R和S分別如圖所示，求R和S的并、差、笛卡爾積、投影以及交。ABCabcdafcbdABCbgadaf關系R關系SR∪SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabcdafcbdbgaR∩SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCdafR-SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabccbdπC,A

(R)ABCabcdafcbdRCAcafddcσB=‘b’

(R)ABCabcdafcbdRABCabccbdR×SABCabcdafcbdABCbgadafRSR.AR.BR.CS.AS.BS.Cabcbgaabcdafdafbgadafdafcbdbgacbddaf4.4數據庫設計與管理數據庫設計概述數據庫設計數據庫管理數據庫設計概述數據庫設計是數據庫應用的核心。數據庫設計的基本任務：根據用戶對象的信息需求、處理需求和數據庫的支持環境設計出數據模式。兩種方法：面向數據的方法（以信息需求為主）、面向過程的方法（以處理需求為主）。數據庫的設計根據用戶的信息需求、處理需求以及數據庫運行環境（DBMS、操作系統及硬件）的特性，設計出合理的數據模式。需求分析概念設計邏輯設計物理設計信息需求處理需求需求說明數據模式獨立DBMS外模式概念模式內模式DBMS特性硬件、OS特性數據庫的設計面向數據的方法面向過程的方法

需求分析常采用兩種方法結合使用，確定設計范圍概念設計局部視圖→集成E-R模型邏輯設計外模式，基于DBMS的數據模式，完成

E-R模型→關系數據模型。(應用數據庫規范理論設計出合理的關系模式)。物理設計設計內模式，包括記錄的存儲結構、庫文件的存儲結構以及訪問一個庫文件特定記錄的路徑。文件結構：堆文件、散列文件需求分析數據庫管理含義：維護和管理數據庫的工作稱為數據庫管理，實施管理的人稱為數據庫管理員（DBA）。內容：數據庫的建立數據庫的調整數據庫的重組數據庫安全性控制與完整性控制數據庫的故障恢復數據庫監控2005-4（9）數據獨立性是數據庫技術的重要特點之一，所謂數據獨立性是指：A）數據與程序獨立存放B）不同的數據被存放在不同的文件中C）不同的數據只能被對應的應用程序所使用D）以上三種說法都不對答案：D解析：數據的獨立性是指應用程序和數據庫的數據結構之間相互獨立，不受影響。（10）用樹形結構表示實體之間聯系的模型是______。A）關系模型B）網狀模型C）層次模型D）以上三個都是答案：C二、填空題（每空2分，共40分)（4）在關系數據庫中，把數據表示成二維表，每一個二維表稱為：。答案：關系2005-9（8）數據庫設計的根本目標是要解決A）數據共享問題B）數據安全問題C）大量數據存儲問題D）簡化數據維護答案：A

一般數據庫是長期存儲在計算機內有組織的可共享的數據集合。（9）設有如下關系表:RSTABCABCABC112313112223223313則下列操作中正確的是A）T＝R∩SB）T＝R∪SC）T＝R×SD）T＝R/S答案：B2005-9（10）數據庫系統的核心是A）數據模型B）數據庫管理系統

C）數據庫D）數據庫管理員答案：B二、填空題（1）數據管理技術發展過程經過人工管理、文件系統和數據庫系統三個階段，其中數據獨立性最高的階段是【1】。答案：數據庫系統2006-4(8)“商品”與“顧客”兩個實體集之間的聯系一般是A)一對一B)一對多C)多對一D)多對多答案：D(9)在E-R圖中，用來表示實體的圖形是A)矩形B)橢圓形C)菱形D)三角形答案：A(10)數據庫DB、數據庫系統DBS、數據庫管理系統DBMS之間的關系是A)DB包含DBS和DBMSB)DBMS包含DB和DBSC)DBS包含DB和DBMSD)沒有任何關系答案：C2006-4(3)在關系模型中，把數據看成是二維表，每一個二維表稱為一個【3】。答案：關系

(5)數據獨立性分為邏輯獨立性與物理獨立性。當數據的存儲結構改變時，其邏輯結構可以不變，因此，基于邏輯結構的應用程序不必修改，稱為【5】。答案：物理獨立性物理數據獨立性（物理獨立性） 數據庫內模式的修改盡量不影響概念模式、外模式和應用程序，只需要修改模式/內模式映像即可。2006-94.在數據庫系統中，用戶所見的數據模式為________。

A）概念模式B）外模式C）內模式D）物理模式答案：B5.數據庫設計的四個階段是：需求分析、概念設計、邏輯設計和________。

A）編碼設計B）測試階段C）運行階段D）物理設計答案：D6.設有如下三個關系表下列操作中正確的是________。A)T=R∩SB)T=R∪SC)T=R×SD)T=R∕S答案：CAmnRS13BCTm1ABC3n132006-99.數據庫技術的根本目標是要解決數據的：

A）存儲問題B）共享問題

C）安全問題D）保護問題答案：B（3）一個關系表的行稱為。答案：元組2007-4(8)在下列關系運算中，不改變關系表中的屬性個數但能減少元組個數的是：

A)并B)交C)投影D)笛卡兒乘積答案：B(9)在E-R圖中，用來表示實體之間聯系的圖形是：

A)矩形B)橢圓形C)菱形D)平行四邊形答案：C(10)下列敘述中錯誤的是()A)在數據庫系統中，數據的物理結構必須與邏輯結構一致

B)數據庫技術的根本目標是要解決數據的共享問題

C)數據庫設計是指在已有數據庫管理系統的基礎上建立數據庫

D)數據庫系統需要操作系統的支持答案：A二．填空題（每空2分，共40分）（3）在數據庫系統中，實現各種數據管理功能的核心軟件稱為_

。答案：數據庫管理系統2007-9（9）下列敘述中正確的是A）數據庫系統是一個獨立的系統，不需要操作系統的支持B）數據庫技術的根本目標是要解決數據的共享問題C）數據庫管理系統就是數據庫系統D）以上三種說法都不對答案：B（10）下列敘述中正確的是A）為了建立一個關系，首先要構造數據的邏輯關系B）表示關系的二維表中各元組的每一個分量還可以分成若干數據項C）一個關系的屬性名表稱為關系模式D）一個關系可以包括多個二維表答案：A二、填空題(每空2分,共40分)(5)在E-R圖中矩形表示_______(實體)2008-4（8）在數據庫設計中，將E-R圖轉換成關系數據模型的過程屬于需求分析階段B）概念設計階段C）邏輯設計階段D）物理設計階段答案：C（10）設有表示學生選課的三張表，學生S（學號，姓名，性別，年齡，身份證號），課程C（課號，課名），選課SC（學號，課號，成績），則表SC的關鍵字（鍵或碼）為：

A）課號，成績B）學號，成績

C）學號，課號D）學號，姓名，成績答案：C（4）在關系數據庫中，用來表示實體之間聯系的是：___________.答案：關系（5）在數據庫管理系統提供的數據定義語言、數據操縱語言和數據控制語言中，___________負責數據的模式定義和數據的物理存取控制。答案：數據定義語言2008-98）一間宿舍可住多個學生，則實體宿舍和學生之間的聯系是

A）一對一B）一對多C）多對一D）多對多答案：B9）在數據管理技術發展的三個階段中，數據共享最好的是

A）人工管理階段B）文件系統階段C）數據庫系統階段D）三個階段相同答案：C10）有三個關系：R：S：T：ABBCABCm113m13n235由關系R和S通過運算得到關系T，則所用運算是：A）笛卡爾積B）交C）并D）自然連接答案：D二、填空題：（4）數據庫設計包括概念設計、_________________和物理設計。答案：邏輯設計（5）在二維表中，元組的____________不能再分成更小的數據項。答案：分量2009-38）數據庫應用系統中的核心問題是：

A）數據庫設計B）數據庫系統設計

C）數據庫維護D）數據庫管理員培訓答案：A10）將E-R圖轉換為關系模式時，實體和聯系都可以表示為：A）屬性B）鍵C）關系D）域答案：C二、填空題：4）數據庫系統的核心是：（數據庫管理系統）。5）在E-R圖中，圖形包括矩形框、菱形框、橢圓框。其中表示實體聯系的是（菱形）框。2009-3(9)有兩個關系R,S如下：

由關系R通過運算得到關系S,則所使用的運算為A)選擇B)投影C)插入D)連接答案：B2009-98）數據庫管理系統是A)操作系統的一部分B)在操作系統支持下的系統軟件C)一種編譯系統D)一種操作系統答案：B10）在E-R圖中，用來表示實體聯系的圖形是A)橢圓形B)矩形C)菱形D)三角形答案：C二、填空題：(4)在數據庫技術中，實體集之間的聯系可以是一對一或一對多或多對多的，那么”學生“和”可選課程“的聯系為【多對多】(5)人員基本信息一般包括：身份證號，姓名，性別，年齡等。其中可以作為主關鍵字的是【身份證號

】2009-9(10)有三個關系R,S,和T如下:其中關系T由關系R和S通過某種操作得到，該操作為A)選擇B)投影C)交D)并答案：D2010-3(7)數據庫管理系統中負責數據模式定義的語言是

A)數據定義語言B)數據管理語言

C)數據操縱語言D)數據控制語言答案：A(8)在學生管理的關系數據庫中,存取一個學生信息的數據單位是

A)文件B)數據庫C)字段D)記錄答案：D(9)數據庫設計中,用E-R圖來描述信息結構但不涉及信息在計算機中的表示,它屬于數據庫設計的

A)需求分析階段B)邏輯設計階段

C)概念設計階段D)物理設計階段答案：C2010-3(10)有兩個關系R和T如下：

則由關系R得到關系T的操作是

A)選擇B)投影C)交D)并答案：A(5)有一個學生選課的關系,其中學生的關系模式為：學生(學號,姓名,班級,年齡),課程的關系模式為：課程(課號,課程名,學時),其中兩個關系模式的鍵分別是學號和課號,則關系模式選課可定義為：選課(學號,【】,成績)。課號2010-9（7）層次型、網狀型和關系型數據庫劃分原則是

A）記錄長度

B）文件的大小

C）聯系的復雜程度

D）數據之間的聯系方式（8）一個工作人員可以使用多臺計算機，而一臺計算機可被多個人使用，則實體工作人員、與實體計算機之間的聯系是

A）一對一

B）一對多

C）多對多

D）多對一2010-9（9）數據庫設計中反映用戶對數據要求的模式是