自考数据库系统原理完整版

自考《数据库系统原理》串讲笔记

第一章数据库基础知识

学习目的与要求：

本章属于基础知识，主要是对一些概念的理解和记忆。没有难点，相对的重点是数据模型的四个层次，数据库管理系统的功能，数据库系统的全局结构。

考核知识点与考核要求

1.1数据管理技术的发展阶段（识记）

1.2数据描述的术语（领会）

1.3数据抽象的级别（领会）

1.4数据库管理系统(DBMS) (领会)

1.5数据库系统（DBS）（领会）

1.1 数据管理技术的发展

几个数据库的基本术语：

数据：描述事物的符号记录

数据处理:是指从某些已知的数据出发，推导加工出一些新的数据，这些新的数据又表示了新的信息。

数据管理:是指数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作，这部分操作是数据处理业务的基本环节，而且是任何数据处理业务中必不可少的共有部分。

数据管理技术：对数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作，基本目的就是从大量的，杂乱无章的，难以理解的数据中筛选出有意义的数据。

数据处理是与数据管理相联系的，数据管理技术的优劣，将直接影响数据处理的效率。

1.人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）

１）数据不保存在机器中；

２）没有专用软件对数据进行管理；

３）只有程序的概念，没有文件的概念；

４）数据面向程序。

2. 文件系统阶段特点与缺陷（20世纪50年代后期至60年代中期）

１）数据可长期保存在磁盘上；

２）数据的逻辑结构与物理结构有了区别；

３）文件组织呈现多样化；

４）数据不再属于某个特定程序，可以重复使用；

５）对数据的操作以记录为单位。

文件系统三个缺陷：

１）数据冗余性

２）数据不一致性

３）数据联系弱

3.数据库阶段（20世纪60年代后~至今）

数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪60年代末三件大事：

１）1968年美国IBM公司推出层次模型的IMS系统；

２）1969年美国CODASYL组织发布了DBTG报告。总结了当时各式各样的数据库，提出网状模型，尔后于1971年4月正式通过。

３）1970年美国IBM公司的E.F.Codd连续发表论文，提出关系模型，奠定了关系数据库的理论基础。

数据库管理阶段特点：

1)采用数据模型表示复杂的数据结构；

2)有较高的数据独立性；

3)数据库系统为用户提供了方便的用户接口。

4)数据库系统提供以下四个方面的数据控制功能：

①数据库的恢复；

②数据库的并发控制；

③数据库的完整性；

④数据库的安全性；

5)增加了系统的灵活性。

增加了系统的灵活性对数据的操作不一定以记录为单位，可以以数据项为单位。

数据库技术中的四个名词:DB、DBMS、DBS、数据库技术。其概念是不同的，要分清。

DB：数据库（Database)长期存储在计算机、有组织的、统一管理的相关数据的集合。

DBMS：数据库管理系统（Database Management System)，DBMS是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型DBMS。DBS：数据库系统（Database System),DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统，即采用了数据库技术的计算机系统。

数据库技术：是一门研究数据库结构、存储、管理和使用的一门软件学科。

4.高级数据库阶段：

１）面向对象的概念建模

２）开放数据库互连技术

1.2 数据描述

在数据处理中，数据描述将涉及不同的畴。从事物的特性到计算机中的具体表示，数据描述经历了三个阶段———概念设计、逻辑设计和物理设计。

1.概念设计中的的数据描述

１）实体

２）实体集

３）属性

４）实体标识符

2.逻辑设计中的数据描述

１）字段

２）记录

３）文件

４）关键码

3.物理设计中的数据描述

物理存储介质层次

１）高速缓冲存储器

２）主存储器

３）快擦写存储器

４）磁盘存储器

５）光盘存储器

６）磁带

物理存储中的数据描述

位、字节、字、块、桶和卷

4.数据联系的描述

联系及元数定义：

二元联系有以下三种类型：

1：1联系：如果实体集E1中的每个实体最多只能和实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然，好么实体集E1对E2的联系称为“一对一联系”，记为“1：1”。

1：N联系：如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1中的一个实体有联系，那么E1对E2的联系是“一对多联系”，记为“1：N”。

M：N联系：如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么E1对E2的联系是“多对多联系”，记为“M：N”。

1.3 数据抽象的级别

1.数据抽象的过程

根据抽象的级别定义了四种模型：

１）概念数据模型

２）逻辑数据模型

３）外部数据模型

４）部数据模型

2.概念模型

１）四种模型中，概念模型的抽象级别最高。

２）概念模型的特点:(p12)

3.逻辑模型

逻辑模型的特点:(p13)

（1）~（4）

逻辑模型的分类：

１）层次模型

２）网状模型

３）关系模型

三种逻辑数据模型的比较？如P17图

4.外部模型

外部模型的特点:(p17)

从整个系统考察，外部模型的优点。

5.部模型

是数据库最底的抽象，它描述数据在磁盘或磁带上的存储方式、存取设备和存取方法。

6.三层模式和两级映象

三层模式体系结构

１）外模式：是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部分数据的描述。

２）逻辑模式：是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述。

３）模式：是数据库在物理存储方面的描述，定义所有部记录类型、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节。

两级映象

外模式/逻辑模式映象：用于定义概念模式和模式之间的对应性。一般在模式中描述。

逻辑模式/模式映象：用于定义外模式和概念模式间的对应性。一般在外模式中描述。

7.高度的数据独立性

什么叫数据独立性？

是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。在修改数据结构时，尽可能不修改应用程序，则称系统达到了数据独立性目标。

数据独立性分为物理数据独立性和逻辑数据独立性：

物理数据独立性：修改模式时尽量不影响概念模式及外模式，则达到物理数据独立性。

逻辑数据独立性：修改概念模式时尽量不影响外模式和应用程序。

1.4 数据库管理系统（DBMS）

1.DBMS的目标与任务：

数据库管理系统的主要任务是完成用户对数据库的存取请求，即检索、插入、更新或删除等操作。

DBMS的目标：用户界面友好、功能完善、结构清晰、高效率、开放性

2.DBMS的工作模式(p20图)

3.DBMS的主要功能：

１）数据库的定义功能

２）数据库的操纵功能

３）数据库的保护功能（数据库恢复、数据库并发控制、数据库完整性和数据库安全性）

４）数据库的维护功能

５）数据字典

1.5 数据库系统(DBS)

1.DBS由四部分组成：数据库、硬件、软件、数据库管理员。

2.数据库管理员定义及职责。(素质+职责)

3.DBS的全局结构及DBS的效益。（数据库用户+界面+DBMS+磁盘+DBS的效益）

第二章数据库设计和ER模型

学习目的与要求：

本章总的目的要了解和掌握数据库应用系统设计的全过程。首先掌握ER模型和关系模型的基本概念，然后掌握概念设计中ER模型的设计方法，逻辑设计中ER模型向关系模型转换方法。

考核知识点与考核要求

2.1数据库系统生存期（领会）

2.2ER模型的基本概念（综合应用）

2.3关系模型的基本概念（综合应用）

2.4ER模型到关系模型的转换规则（综合应用）

2.5ER模型实例分析（简单应用）

2.6增强ER模型（简单应用）

从软件生存期谈起

软件生存期：是指从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护、直到它被新的软件所取代而停止使用的整个期间。它包括六个阶段：( 规需设编试运维)

(1)规划阶段

(2)需求分析阶段

(3)设计阶段

(4)程序编制阶段

(5)调试阶段

(6)运行维护阶段

2.1 数据系统生存期

1.什么叫数据库系统生存期？

我们把数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间，称为数据库系统生存期。

2.这个生存期一般可划分成以下七个阶段：

规划、需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、实现、运行维护。

２.2 ER模型的基本概念

1.ER模型的基本元素

实体、联系和属性

2.属性的分类(简单属性和复合属性、单值属性和多值属性、存储属性和派生属性)

3.联系的设计

4.ER模型的操作（分裂、合并和增删）

5.采用ER模型的数据库概念设计步骤

采用ER方法进行数据库概念设计分成三步进行：

首先设计局部ER模式

然后把各局部ER模式综合成全局ER模式

最后对全局ER模式进行优化

2.3 关系模型的基本概念

１.关系模型定义：用二维表格结构表示实体集、外键表示实体间联系的数据模型称为关系模型。2.基本术语有：字段(属性)、字段值(属性值)、记录(元组)、二维表格(元组集合、关系或实例)。在这里，括号中的表述为关系模型中的术语。它与表格中术语可以一一对应。还有，关系中属性个数称为元数，元组个数为基数。

3.键：由一个或几个属性组成。(注意键不一定是唯一的一个属性)。

1)超键：在关系中能唯一标识元组的属性集称为关系模式的超键。(注意，超键也是一个属性集，不一定只是一个属性)

2)候选键：不含有多余属性的超键称为候选键。

3)主键：用户选作元组标识的一个候选键为主键。

4)外键：某个关系的主键相应的属性在另一关系中出现，此时该主键在就是另一关系的外键，如有两个关系S和SC,其中S#是关系S的主键，相应的属性S#在关系SC中也出现，此时S#就是关系SC的外键。

４.关系的定义和性质

１）关系定义：关系是一个属性数目相同的元组的集合。

２）关系性质(p53)

5.三类完整性规则

１）实体完整性规则：要求关系中组成主键的属性上不能有空值。

２）参照完整性规则：要求不引用不存在的实体。

３）用户定义完整性规则：由具体应用环境决定，系统提供定义和检验这类完整性的机制。

2.4 E-R模型向关系模型的转换

E-R模型可以向现有的各种数据库模型转换，对不同的数据库模型有不同的转换规则。这里只讨论E-R模型向关系模型的转换方法。

1.E-R模型向关系模型的转换规则：

（1）实体类型的转换

将每个实体类型转换成一个关系模式，实体的属性即为关系的属性，实体标识符即为关系的键。

（2）联系类型的转换

1)实体间的联系是1:1

可以在两个实体类型转换成两个关系模式中的任意一个关系模式的属性中加入另一个关系模式的键和联系类型的属性。

2)如实体间的联系是1:N

则在N端实体类型转换成的关系模式中加入1端实体类型转换成的关系模式的键和联系类型的属性。

3)如实体间的联系是M:N

则将联系类型也转换成关系模式，其属性为两端实体类型的键加上联系类型的属性，而键为两端实体键的组合。

以上各转换规则，给出了一般情况下E-R模型向关系模型的转换方法。但在实际应用中往往还需要