第4章 数据库设计基础
4.1数据库系统的基本概念
(1)数据(Data)：描述事物的符号记录。
(2)数据库(DataBase)：长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。
(3)数据库管理系统的概念
数据库管理系统(DataBase Management System，DBMS)是数据库的机构，它是一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操作、数据维护、数据控制及保护和数据服务等。为完成以上6个功能，DBMS提供了相应的数据语言;数据定义语言(负责数据的模式定义与数据的物理存取构
建);数据操纵语言(负责数据的操纵);数据控制语言(负责数据完整性、安全性的定义)。数据库管理系统是数据库系统的核心，它位于用户和操作系统之间，从软件分类的角度来说，属于系统软件。
(4)数据库技术发展经历了3个阶段。
人工管理阶段→文件系统阶段→数据库系统阶段
(5)数据库系统的特点：集成性、高共享性、低冗余性、数据独立性、数据统一管理与控制等。
(6)数据库系统的内部机构体系：三级模式(概念模式、内模式、外模式)和二级映射(外模式/概念模式的映射、概念模式/内模式的映射)构成了数据库系统内部的抽象结构体系。
4.2数据模型
数据模型是数据特征的抽象，从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，描述的内容有数据结构、数据操作和数据约束。有3个层次：概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型。
(1)E—R模型：提供了表示实体、属性和联系的方法。实体间联系有“一对一”、“一对多”和“多对多”。
(2)E-R模型用E-R图来表示。
(2)层次模型：利用树形结构表示实体及其之问联系。其中节点是实体，树枝是联系，从上到下是一对多关系。
(3)网状模型：用网状结构表示实体及其之间联系。是层次模型的扩展。网络模型以记录型为节点，反映现实中较为复杂的事物联系。
(4)关系模型：采用二维表(由表框架和表的元组组成)来表示，可进行数据查询、增加、删除及修改操作。关系模型允许定义“实体完整性”、“参照完整性”和“用户定义的完整性”三种约束。
•键(码)：二维表中唯一能标识元组的最小属性集。
•候选键(候选码)：二维表中可能有的多个键。
•主键：被选取的一个使用的键。
4.3关系代数
(1)关系代数的基本运算：投影、选择、笛卡尔积。
(2)关系代数的扩充运算：交、连接与自然连接、除。
4.4数据库设计与管理
1.数据库设计概述
•基本思想：过程迭代和逐步求精。
•方法：面向数据的方法和面向过程的方法。
•设计过程：需求分析→概念设计→逻辑设计→物理设计→编码→测试→运行→进→步修改。
2.数据库设计的需求分析
需求收集和分析是数据库设计的第一阶段，常用结构化分析方法(自顶向下、逐层分解)和面向对象的方法，主要工作有绘制数据流程图、数据分析、功能分析、确定功能处理模块和数据间关系。
数据字典：包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程，是对系统中数据的详尽描述。
3.数据库的设计
(1)数据库的概念设计：分析数据问内在的语义关联，以建立数据的抽象模型。
(2)数据库的逻辑设计：从E-R图向关系模型转换，逻辑模式规范化，关系视图设计可以根据用户需求随时创建。实体转换为元组，属性转换为关系的属性，联系转换为关系。
(3)数据库的物理设计：是数据在物理设备上的存储结构与存取方法，目的是对数据库内部物理结构作出调整并选择合理的存取路径，以提高速度和存储空间。
4.数据库管理
数据库管理包括数据库的建立、数据库的调整、数据库的重组、数据库的安全性与完整性控制、数据库故障恢复和数据库的监控。
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