第 2 章 数据库理论基础

1. 数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统 数据模型 关系模型的完整约束条件 数据库保护 数据库设计 第2章 数据库理论基础

2. 2.1数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统2.1.1 数据 • 数据可以定义为描述事物的符号记录。 • 数据的种类很多，有文字、图形、图像、声音等等 。 • (源码网整理：www.codepub.com)

3. 2.1.2 数据库 • 数据库顾名思义就是数据的仓库。数据库是长期存储在计算机内、有组织，可共享的数据集合。 • 数据库是由数据文件和事物日志文件组成的。一个数据库至少包含一个数据文件和一个事物日志文件。数据文件用于存储数据库中的所有对象，如表，视图，存储过程等。

4. 2.1.3 数据库管理系统 数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，是数 据库系统的一个重要组成部分。它的主要功能包括以下几个方面： • 数据定义功能：数据库管理系统提供了数据定义语言，可通过数据定义语言方便地定义数据。 • 数据操纵功能：数据库管理系统向用户提供操纵语言，从而实现对数据库的基本操作，其操作主要包括查询、添加、修改、删除和插入。 • 数据库的运行管理：这是数据库管理系统的核心部分，主要包括并发控制、安全控制、安全性检查、完整性约束条件的检查和执行、数据库的内部维护（如索引）等。数据库都是在这些控制程序的统一管理下进行的，用以保证数据的安全性、完整性以及多用户对数据库的并发操作。 • 数据库的建立和维护功能：包括初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、恢复功能，数据库的重组织功能和性能监视、分析功能等。

5. 2.1.4 数据库系统 • 硬件及数据库 • 软件：主要包括：数据库管理系统，实现对数据库的建立、使用和维护功能；支持数据库管理系统运行的操作；与数据库接的高级语言及其编译系统，便于开发应用程序；以数据库管理系统为核心的应用开发工具；为特定应用开发的数据库应用系统。 • 人员：数据库管理员、系统分析员、应用程序员和最终用户。

6. 2.2 数据模型2.2.1 数据模型的概念和分类 根据不同的应用数据模型分为概念模型和数据模型两种。 • 概念模型（也称信息模型），它是按用户的观点结数据模型化的。强调的是语义表达能力，要直观方便的应用到各种语义知识中。它的特点是概念简单、清晰、易于用户理解，非常方便用户和设计人员的交流。E－R模型是概念模型的典型代表，将在面章节中详细介绍。 • 数据模型，它是按计算机的观点对数据模型化的。它通常有一组严格定义的语法和语义。可以用它来定义和操纵数据库中的数据。

7. 2.2.2 三种主要数据模型 • 层次模型 • 网状模型 • 关系模型 • 其中层次模型和网状模型统称为非关系模型。所以数据模型分为关系模型和非关系模型两大类。数据结构、数据操作和性约束条件的内容完整的描述了一个数据模型，其中数据结构是刻画模型性质的最主要方面。

8. 2.3 关系模型的完整约束条件2.3.1 实体完整性 • 实体完整性规则要求主键非空。 • 空值就是“不知道”或“无意义”的值。如果主键为空值说明存在着不可标识的实体，这就与现实世界的应用环境相矛盾，所以这个实体一定不是完整的实体。

9. 2.3.2 参照完整性 • 参照完整性就是定义外键和主键间引用。参照完整性的规则：若属性F是基本关系R的外键，F与基本关系S的主键Ks相对应，则对于R中每一个元组在F上的值可以为空值（F的每个属性值均为空），或者等于S中某个元组的主键值。关系R和S不一定是不同的关系。

10. 2.3.3 用户定义的完整性 • 用户定义的完整性就是针对某一具体关系数据库的约束条件，它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。关系模型应提供定义和体验这类完整性的机制，以便用于统一的系统的方法处理它们，而不要由应用程序承担这一功能。

11. 2.4 数据库保护 • 为了保证数据的安全可靠和正确性有效，DBMS提供统一的数据库保护功能。数据保护不为数据控制，主要包括数据的安全性、完整性、并发控制和数据库的恢复。

12. 2.4.1 并发控制 • 数据库是一个共享资源，为多用户服务，可以有多个用户同时操作和使用。在多用户环境下不止一个程序同时运行。如果使用户的应用程序一个一个地串行执行，就使数据库系统大量时间处于闲置状态，因而大大降低了数据库系统的效率。为了充分利用数据库资源，提高数据库系统效率，应当把数据库系统设计变成能使多个用户同时运行应用程序并存取同一个数据的情况。如果对数据库的并发操作不加控制，就会产生存取不正确的数据，破坏数据库的一致性。 • 并发控制就要求DBMS提供发控制功能来合理调度并发事务，避免并发事务之间的互相干扰造成数据的不一致性。

13. 2.4.2 恢复 要从出错中恢复的基本原理是“冗余”的方法，根据 冗余把存储在系统另外地方的信息重建入数据库中 受破坏的部分。其方法有： • 周期性地把整个数据库复制到存档存储器上。 • 每次变更数据库时，在运行记载的特殊数据集中写入一个记录，在这个记录中包含更改项目的旧值和新值。 • 如果出故障，装入最新的存档备份，或利用运行记载撤销所有不可靠的变动而把数据库恢复至某一状态。

14. 2.5 数据库设计 • 数据库设计是研制数据库及应用系统的技术，也是信息系统开发和建设的重要组成部分。数据库设计是指根据用户要求在某一具体的数据库管理系统上设计数据库结构和建立数据库的过程。在一个给定的环境中逻辑设计和有效的物理设计，构造比较优秀的数据库模式，建立数据库及其应用系统，满足用户的需求。

15. 2.5.1 需求分析 • 从数据库设计的角度考虑，需求分析阶段的目标是：对现实世界要处理的对象进行详细调查，在了解原系统的功能确定新系统的功能的过程中，收集支持系统目标的基础数据及处理。

16. 2.5.2 概念结构设计 • 概念模型：因此常常把现实世界中的客观对象先抽象为不依赖任何机器的信息结构，这种信息结构不是DBMS支持的数据模型，而是概念级的模型。因此，可以把概念模型看成是现实世界到机器世界的一个过渡的中间层。 • E-R图：E-R图是描述概念模型的重要式具。E-R方法是“实体-联系”的方法的简称。这个方法是用E-R图来描述某一组织的概念模型。E-R模型中包含实体、联系、属性三种基本成分。 • 建立E-R模型

17. 2.5.3 逻辑结构设计 • 概念结构是独立于任何一种数据模型的信息结构，而逻辑结构设计的任务是把概念结构设计阶段设计好的基本E-R图转换为与选用的具体机器上的DNMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。 E-R模型中三个实体

18. 小结 • 本章介绍了数据库理论基础的内容，数据库理论基础是学好数据库的基础。数据库理论基础包括数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统、数据模型、关系模型、数据库保护和数据库设计。 • 在数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统一小节中，主要介绍了一此基本概念。又进一步的介绍了数据库的数据模型的基本知识和三种主要的数据库系统、关系模型的基本知识和三种完整性约束条件。还介绍了数据库的保护和设计。在数据库保护里主要介绍了数据库的并发控制和恢复的基本概念；在数据库设计里讨论数据库设计的方法和步骤主要讨论了需求分析、概念结构设计和逻辑结构设计三部分。