《数据库应用基础access》模块一 数据库基础知识

三、物理结构设计
数据库物理设计是后半段。将一个给定逻辑结构实施到具 体的环境中时，逻辑数据模型要选取一个具体的工作环境， 这个工作环境提供了数据存储结构与存取方法，这个过程 就是数据库的物理设计。
物理结构依赖于给定的DBMS和和硬件系统，因此设计人 员必须充分了解所用RDBMS的内部特征、存储结构、存取 方法。数据库的物理设计通常分为两步，第一，确定数据 库的物理结构，第二，评价实施空间效率和时间效率
内模式也称存储模式，一个数据库只有一个内模式。它是数据 物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。
如图所示：
1.3 数据库管理系统
数据库管理系统(Database Management System)是一 种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护 数据库，简称DBMS。它对数据库进行统一的管理和控制， 以保证数据库的安全性和完整性。用户通过DBMS访问数据 库中的数据，数据库管理员也通过DBMS进行数据库的维护 工作。它可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或 不同时刻去建立，修改和询问数据库。大部分DBMS提供数 据定义语言DDL（Data Definition Language）和数据操 作语言DML（Data Manipulation Language），供用户定 义数据库的模式结构与权限约束，实现对数据的追加、删 除等操作。
2．数据库维护内容 1.备份系统数据 2.万一系统失败时恢复数据库系统 3.产生用户信息表，并为信息表授权； 4.监视系统运行状况，及时处理系统错误； 5.保证系统数据安全，周期更改用户口令；
数据库设计步骤流程图
六、设计“学生宿舍管理系统”
1．需求分析 通过对某高校学生宿舍楼的实地调查，了解到现在的学生宿舍管理仍停留在 完全的人工管理阶段，楼管处没有标准的住宿学生存档信息。这种人工管理 方式费时、费事、费力，造成工作效率低下。故开发出合适的学生宿舍管理 系统，可以方便学生宿舍的管理，提高宿舍管理工作效率及查询效率。
二、数据处理
数据处理是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输。 数据是对事实、概念或指令的一种表达形式，可由人工或自动化装 置进行处理。数据的形式可以是数字、文字、图形或声音等。数据 经过解释并赋予一定的意义之后，便成为信息。
它的发展一共经历了一下几个阶段：
①人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）
一、数据库系统概念与特点
广义地讲，数据库系统是指采用了数据库技术的计算机系统， 它包括数据库、数据库管理系统、操作系统、硬件、应用程序、数 据库管理员及终端用户。狭义地讲，数据库系统是由数据库、数据 库管理系统和用户构成。
数据库系统的特点： 1. 数据结构化 2. 数据的共享性高，冗余度低，易扩充 3. 数据独立性高 4.数据由DBMS统一管理和控制
逻辑结构是独立于任何一种数据模型的，在实际应用 中，一般所用的数据库环境已经给定（如SQL Server 或Oracel或MySql)。由于目前使用的数据库基本上都 是关系数据库，因此首先需要将E-R图转换为关系模 型，然后根据具体DBMS的特点和限制转换为特定的 DBMS支持下的数据模型，最后进行优化。
六、设计“学生宿舍管理系统”
2. 概念结构设计 根据需求分析的结果，从现实中抽取与系统相关的概念，确定系 统中涉及的实体；在此基础上确定实体间联系； 3. 逻辑结构设计 （1）E-R图向关系模型的转换 “学生宿舍管理”系统中的4个实体和5个联系可以转换为下列关 系模式： 学生基本信息表（学号，姓名，性别，出生日期，学院，班级， 籍贯，照片，是否舍长，入学成绩） （2）对关系模型进行优化 4. 其余设计阶段 通过物理结构设计对数据的存取方式、和存储位置进行设计后； 就可在数据库工具中进行建库、建表等一系列操作完成数据库实施阶 段的工作；通过反复调试、测试直至设计无误，最后进入数据库运行 维护阶段。
模块一 数据库基础知识
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1.1 数据库简介
• 了解数据库概念 • 数据处理 • 数据模型的概念
计算机数据库系统的萌芽出现于60年代初期，随着计算机的 广泛应用于数据管理，对数据的共享的要求也越来越高，传统的 文件系统已经不能满足人们的需要。能够统一管理和共享数据的 数据库管理系统（DBMS）应运而生。数据库一般来说是指特定的 信息集合，而数据库管理系统是对数据库进行管理和控制的软件， 主要包括数据的定义、数据存取和修改、数据库的运行管理、数 据库的建立和维护等方面的操作，并且对于数据库系统性能方面 也有一定要求，其中之一就是能够及时准确地满足多个用户的并 发存取操作，另外还有能够保证事务的原子性、时刻保持数据的 一致性、要求在硬件和操作系统正常工作的情况下独立的并发操 作互不影响、不丢失数据。
数据库管理系统(DBMS)的基本功能： （1）数据定义功能。DBMS提供相应数据语言 来定义（DDL）数据库结构，它们是刻画数据库框 架，并被保存在数据字典中。 （2）数据存取功能。DBMS提供数据操纵语言 （DML），实现对数据库数据的基本存取操作：检 索，插入，修改和删除。 （3）数据库运行管理功能。 （4）数据库的建立和维护功能。 （5）数据库的传输。
数据库系统的个体含义是指一个具体的数据库管理系统软件和用它建 立起来的数据库；它的学科含义是指研究、开发、建立、维护和应用 数据库系统所涉及的理论、方法、技术所构成的学科。在这一含义下， 数据库系统是软件研究领域的一个重要分支，常称为数据库领域。数 据库系统是为适应数据处理的需要而发展起来的一种较为理想的数据 处理的核心机构。计算机的高速处理能力和大容量存储器提供了实现 数据管理自动化的条件。
五、数据库的运行与维护
1．数据库试运行 应用程序调试完成，并且已有一小部分数据入库后，就 可以开始数据库的试运行。数据库试运行也称为联合调 试，其主要工作包括： ①功能测试：即实际运行应用程序，执行对数据库的各 种操作，测试应用程序的各种功能。 ②性能测试：即测量系统的性能指标，分析是否符合设 计目标。
确定数据库的物理结构包含下面四方面的内容： （1）确定数据的存储结构 （2）设计数据的存取路径 （3）确定数据的存放位置 （4）确定系统配置
四、数据库的实施
对数据库的物理设计初步评价完成后就可以开始建立 数据库了。数据库实施主要包括以下工作：
1.用DDL定义数据库结构 2.组织数据入库 3.编制与调试应用程序 4.数据库试运行
数据 库规
划
需求 分析
概念 结构 设计
逻辑 结构 设计
物理 结构 设计
数据 库实 施与 维护
一、需求分析
分析用户活动，产生业务流程图：了解用户当前的业 务活动和职能，理清其处理流程。把用户业务分成若 干个子处理过程，使每个处理功能明确、界面清楚， 画出业务流程图
确定系统范围，产生系统范围图：在和用户经过充分 讨论的基础上，确定计算机所能进行数据处理的范围， 确定哪些工作由人工完成，哪些工作由计算机系统完 成，即确定人机界面。
②文件管理阶段（20世纪50-60年代中期）
③数据库系统阶段（20世纪60年代后期到80年代）
④高级数据库技术阶段
三、数据模型的概念
按照数据关系模型的不同，数据库可以分为层次 型、网状型和关系型3种类型。其中关系型数据库 是最重要的、目前应用最为广泛的数据库类型。
关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，由行 和列组成。
分析用户活动所涉及的数据，产生数据流图：深入分析 用户的业务处理，以数据流图(Data Flow Diagram,DFD)形 式表示出数据的流向和对数据所进行的加工。DFD有四个 基本成分：数据流、加工或处理、文件、外部实体。DFD 可以形象地表示数据流与各业务活动的关系，它是需求 分析的工具和分析结果的描述手段。
分析系统数据，产生数据字典：仅仅有DFD并不能构成需 求说明书，DFD只表示出系统有哪几部分组成和各个部分 之间的关系，并没有说明各个成分的含义。数据字典提
供对数据库时间描述的集中管理，它的功能是存储和检 索各种数据描述(元数据Metadata)，数据字典是数据收集 和数据分析的主要成果，在数据库设计中占有很重要地 位。数据字典编写的基本要求。
一、数据库的概念
数据库（Database，DB）是指以一定的组织方式将相关的数据 组织在一起，长期存储在计算机中，能为多个用户共享的，同时与 应用程序彼此独立的一组相关数据的集合。数据库与文件系统的重 要区别在于数据的充分共享、交叉访问及应用程序的高度独立性。
数据库具有以下特点： （1）实现数据共享。 （2）减少数据的冗余度。 （3）数据的独立性。 （4）数据实现集中控制。 （5）数据一致性和可维护性，以确保数据的安全性和可靠性。 （6）故障恢复。
1.2 数据库系统简介
• 了解数据库系统概念与特点 • 了解数据库系统的三级模式构成
数据库系统DBS（Data Base System，简称DBS）通常由软件、数据库和 数据管理员组成。其软件主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程 序以及数据库管理系统。数据库由数据库管理系统统一管理，数据的 插入、修改和检索均要通过数据库管理系统进行。
数据库系统的出现是计算机应用的一个里程牌，它使得计算机应用从 以科学计算为主转向以数据处理为主，并从而使计算机得以在各行各 业乃至家庭普遍使用。在它之前的文件系统虽然也能处理持久数据， 但是文件系统不提供对任意部分数据的快速访问，而这对数据量不断 增大的应用来说是至关重要的。为了实现对任意部分数据的快速访问， 就要研究许多优化技术。这些优化技术往往很复杂，是普通用户难以 实现的，所以就由系统软件（数据库管理系统）来完成，而提供给用 户的是简单易用的数据库语言。由于对数据库的操作都由数据库管理 系统完成，所以数据库就可以独立于具体的应用程序而存在，从而数 据库又可以为多个用户所共享。因此，数据的独立性和共享性是数据 库系统的重要特征。数据共享节省了大量人力物力，为数据库系统的 广泛应用奠定了基础。数据库系统的出现使得普通用户能够方便地将 日常数据存入计算机并在需要的时候快速访问它们，从而使计算机走 出科研机构进入各行各业、进入家庭。数据库系统有大小之分，大型 数据库系统有SQL Server、Oracle、DB2等，中小型数据库系统有 Foxpro、Access。
关系：整个表就是一个关系，每个关系都有一个 关系名。
元组：表中的一行称为一个元组，与实体相对应。
属性：表中的一列称为一个属性。
主码：是表中的某个属性组，可以惟一确定一个 元组。
域：属性的取值范围。
分量：一个元组在一个属性上的值称为该元组在 此属性上的分量。
关系模式：对关系的描述，由关系名及其所有属 性名组成的集合。
二、数据库系统的三级模式构成
数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由模式、外模式 和内模式三级构成的。
模式也称逻辑模式或概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结 构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。
外模式也称用户模式，它是数据库用户能够看见和使用的局部 数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某 一应用有关的数据的逻辑表示。
功能分析：数据库的设计是与应用系统的设计紧密结
合的过程，离开一定的功能，数据库就失去其存在价 值。数据库设计的一个重要特点是结构(数据)和行为 (功能)的结合。用户希望系统能提供的功能必须有一 个清晰的描述。功能分析可以采用软件结构图或模块 图来表示系统的层次分解关系、模块调用关系。
二、逻辑结构设计
1.4 数据库设计步骤
• 需求分析 • 逻辑结构设计 • 物理结构设计 • 数据库的实施 • 数据库的运行与维护 • 设计“学生宿舍管理系统”
数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式， 建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据。
（1）需求分析阶段：需求收集和分析，得到数据字典和数据流图。 （2）概念结构设计阶段：对用户需求综合、归纳与抽象，形成概念 模型，用E-R图表示。 （3）逻辑结构设计阶段：将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据 模型。 （4）数据库物理设计阶段：为逻辑数据模型选取一个最适合应用环 境的物理结构。 （5）数据库实施阶段：建立数据库，编制与调试应用程序，组织数 据入库，程序试运行。 （6）数据库运行和维护阶段：对数据库系统进行评价、调整与修改。