【文章內(nèi)容簡介】 或輸出。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的目標(biāo)是讓用戶能夠更方便、更有效、更可靠地建立數(shù)據(jù)庫和使用數(shù)據(jù)庫中的信息資源。數(shù)據(jù)庫管理軟件不是應(yīng)用軟件，它不能直接用于諸 12 如工資管理、人事管理或資料管理等事務(wù)管理工作，但數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠?yàn)槭挛锕芾硖峁┘夹g(shù)和方法、應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)平臺(tái)和設(shè)計(jì)工具，使相 關(guān)的事物管理軟件很容易設(shè)計(jì)。也就是說，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用項(xiàng)目提供的計(jì)算機(jī)軟件，利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)事物管理系統(tǒng)可以達(dá)到事半功倍的效果。 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 凡使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理及其數(shù)據(jù) (信息 )的系統(tǒng)都稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)（ Database Application System ）。一個(gè)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)攜帶有較大的數(shù)據(jù)量，否則他就不需要數(shù)據(jù)庫管理。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)按其實(shí)現(xiàn)的功能可以被劃分為數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)只具有信息交換功能，系統(tǒng)工作中不改變信息的結(jié)構(gòu) 和狀態(tài)，例如電話、程控交換系統(tǒng)就是數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、加工和提取等一系列操作，從而得出更有價(jià)值的新數(shù)據(jù)，其輸出的數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)和內(nèi)容方面與輸入的源數(shù)據(jù)相比有較大的改變。管理信息系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)的保存、維護(hù)和檢索等功能的系統(tǒng)，其作用主要是數(shù)據(jù)管理，我們通常所說的事務(wù)管理系統(tǒng)就是典型的管理信息系統(tǒng)。 一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)往往不受這 3 種類別的限制，它會(huì)同時(shí)具有數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)處理的多種功能，這使我們無法嚴(yán)格地區(qū)別它是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，還是管理信息系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，由于 它擁有巨大的數(shù)據(jù)量，就必須具有管理信息系統(tǒng)的功能，因而，管理信息系統(tǒng)應(yīng)該是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的核心系統(tǒng)。 概念模型和關(guān)系數(shù)據(jù)模型 概念模型的基本概念 （ 1） 實(shí)體 (Entity)：客觀存在并可以相互區(qū)分的客觀事物或抽象事件。 （ 2） 屬性 (Attribute)：實(shí)體所具有的某一特性叫做屬性，一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來描述。 （ 3） 聯(lián)系 (Relationship)：現(xiàn)實(shí)世界的事物之間是有聯(lián)系的 ,這種聯(lián)系必然要反映到信息世界中 ,可以分為實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系可分為 3 類 ,一對(duì)一聯(lián)系 (1： 1)、 一對(duì)多聯(lián)系 (1： 13 n)、和多對(duì)多聯(lián)系 (m： n)。 （ 4） 實(shí)體型 (Entity Type)：相同屬性的實(shí)體必然具有共同的特征和性質(zhì)。 （ 5） 實(shí)體集 (Entity Set)：同類型的實(shí)體的集合成為實(shí)體集。 （ 6） 關(guān)鍵字 (Key)：惟一表示一個(gè)實(shí)體的屬性集為關(guān)鍵字。 （ 7） 域 (Domain)：屬性的取值范圍稱為該屬性的域。 ER 圖是用于描述概念世界，建立概念模型的實(shí)用工具。概念模型用于現(xiàn)實(shí)世界的建模 ,最常用的建模方法就是“實(shí)體 聯(lián)系 ” 方法，該方法用 ER 圖來描述某一組織的概念模型。 ER 圖包括以下 3 個(gè)要素。 實(shí)體型：用矩形框表示，框內(nèi)標(biāo) 注實(shí)體名稱。 屬性：用橢圓形表示，并用連線與實(shí)體連接起來。 聯(lián)系：用菱形框表示，框內(nèi)標(biāo)注聯(lián)系名稱，并用連線將菱形框分別與有關(guān)實(shí)體相連，并在連線上注明聯(lián)系類型 (1： 1， 1： n， m： n)。需要指出的是，如果聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該項(xiàng)連接起來。 ER 圖設(shè)計(jì)過程實(shí)際是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納 \分析， 例如， 把 企業(yè) 的全部用戶按他們對(duì)數(shù)據(jù)和功能需求進(jìn)行分組。然后從局部入手，對(duì)每一類用戶，建立局部ER 模型，再綜合成總體 ER 模型 . 實(shí)體聯(lián)系的類型 實(shí)體之間的類型有一對(duì)一（ 1： 1）、一對(duì)多（ 1： n） 和多對(duì)多（ m:n） 三種，其中最常見的是一對(duì)多和多對(duì)多聯(lián)系。 一對(duì)一聯(lián)系：如果實(shí)體集 A 與實(shí)體集 B 之間存在聯(lián)系，并且對(duì)于實(shí)體 A 中的任意一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集 B 至多只有一個(gè)實(shí)體與之對(duì)應(yīng)；而對(duì)實(shí)體集 B 中的任意一個(gè)實(shí)體，在實(shí)體集 A 中也至多只有一個(gè)實(shí)體與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體集 A 到實(shí)體集 B的聯(lián)系是一對(duì)一的，記為 1： 1。 一對(duì)多聯(lián)系：如果實(shí)體集 A 與實(shí)體集 B 之間存在聯(lián)系，并且對(duì)于實(shí)體集 A中的任意一個(gè)實(shí)體，在實(shí)體集 B 中可以有多個(gè)實(shí)體與之對(duì)應(yīng)；而對(duì)實(shí)體集 B 中的任意一個(gè)實(shí)體，在實(shí)體集 A 中至多只有一個(gè)實(shí)體與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體集 A 到實(shí)體集 B 的聯(lián)系是一 對(duì)多的，記為 1： n。 多對(duì)多聯(lián)系：如果實(shí)體集 A 與實(shí)體集 B 之間存在聯(lián)系，并且對(duì)于實(shí)體集 A中的任意一個(gè)實(shí)體，在實(shí)體集 B 中可以有多個(gè)實(shí)體與之對(duì)應(yīng)；而對(duì)實(shí)體集 B 中的 14 任意一個(gè)實(shí)體，在實(shí)體集 A 中也可以有多個(gè)實(shí)體與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體集 A 到實(shí)體集 B 的聯(lián)系是多對(duì)多的，記為 m:n。 關(guān)系數(shù)據(jù)模型 在以關(guān)系模型為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫中，用關(guān)系來描述現(xiàn)實(shí)世界。關(guān)系具有概念單一性特點(diǎn)，一個(gè)關(guān)系可以描述一個(gè)實(shí)體，又可以描述實(shí)體之間的聯(lián)系。 關(guān)系模型的基本結(jié)構(gòu)是表 (Table)，即關(guān)系 (Relation)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，每一 個(gè) 關(guān)系是一張命名的二維表，表的每一行成為一條記錄，每一列成為一個(gè)屬性。 對(duì)應(yīng)于概念模型，關(guān)系也有一些術(shù)語： （ 1） 關(guān)系：一個(gè)關(guān)系就是一張二維表，每個(gè)關(guān)系有一個(gè)關(guān)系名。在計(jì)算機(jī)里，一個(gè)關(guān)系可以存儲(chǔ)為一個(gè)文件。 （ 2） 元組：表中的行稱為元組。一行是一個(gè)元組，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)文件中的一個(gè)記錄值。 （ 3） 屬性：表中的列稱為屬性。每一列有一個(gè)屬性名。 （ 4） 域：屬性的取值范圍，即不同元組對(duì)一個(gè)屬性的取值所限定的范圍。 （ 5） 主關(guān)鍵字：屬性或?qū)傩越M合，其值能夠惟一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組。 （ 6） 關(guān)系模式：對(duì)關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，其格 式為：關(guān)系名（屬性 1，屬性 2，?，屬性 N）。一個(gè)關(guān)系模式對(duì)應(yīng)一個(gè)關(guān)系的結(jié)構(gòu)。 對(duì)于關(guān)系，具有以下的幾個(gè)性質(zhì)： （ 1） 不能有重復(fù)的元組。 （ 2） 元組上下無序。 （ 3） 按屬性名引用時(shí)，屬性左右無序。 （ 4） 所有屬性值都是原子項(xiàng)（不可再分）。 關(guān)系 模式 的規(guī)范化 根據(jù)關(guān)系模式滿足的不同性質(zhì)和規(guī)范化的程度，把關(guān)系模式分為第一范式、第二范式、第三范式、 BC 范式和第四范式等，范式越高，規(guī)范化的程度越高，關(guān)系模式則越好。 第一范式 (1NF) 每個(gè)關(guān)系模式都應(yīng)滿足最低要求，即關(guān)系的所有分量都必須是不可分的最小 15 數(shù)據(jù) 項(xiàng)，并把其稱為第一范式 (1NF)關(guān)系。 第二范式 (2NF) 如果 R(U， F)∈ 1NF，并且 R 中的每個(gè)非主屬性都完全函數(shù)依賴于關(guān)鍵字，則 R(U， F)∈ 2NF。 第三范式 (3NF) 如果 R(U， F)∈ 2NF，并且所有非主屬性都不傳遞依賴于關(guān)鍵字，則 R(U， F)∈ 3NF。 BC 范式 (BCNF) 關(guān)系模式 R(U， F)∈ 1NF， X→ Y 是 F 上的任意函數(shù)依賴，并且 Y 不屬于 X、 U完全函數(shù)依賴于 X，則 R(U， F)∈ BCNF。 簡言之，如果 R(U， F)中的每個(gè)函數(shù)依賴的左部都是關(guān)鍵字（或所有的決定因素都是關(guān)鍵字），則 R(U， F)∈ BCNF。也可以說，如果 R(U， F)∈ 3NF，并且不存在主屬性對(duì)非主屬性的函數(shù)依賴，則 R(U， F)∈ BCNF。 第四范式 (4NF) 設(shè)關(guān)系模式 R(U， D)∈ 1NF，若對(duì)每個(gè)非平凡的多值依賴 X→→ Y， X 都含有候選關(guān)鍵字，則 R(U， D)∈ 4NF 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本方法 現(xiàn)實(shí)世界的信息結(jié)構(gòu)復(fù)雜且應(yīng)用環(huán)境多種多樣，在很長一段時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是采用手工試湊法進(jìn)行的。用手工試湊法設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫與設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和水平有直接關(guān)系，它更像是一種技藝而不是工程技術(shù)，這種方法缺乏科學(xué)的理論和工程方法支持，數(shù)據(jù)庫的 質(zhì)量很難得到保證，數(shù)據(jù)庫常常在投入使用以后才發(fā)現(xiàn)問題，不得不進(jìn)行修改，這樣就增加了系統(tǒng)維護(hù)的代價(jià)，十余年來，人們努力探索，提出了各種各樣的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，并提出了多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和規(guī)程，這些設(shè)計(jì)方法被稱為規(guī)范設(shè)計(jì)法。 新奧爾良（ New Orleans）方法是規(guī)范設(shè)計(jì)法中的一種方法，它將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為四個(gè)階段：需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)。其后，許多科學(xué)家進(jìn)行了改進(jìn)，認(rèn)為數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)應(yīng)分六個(gè)階段進(jìn)行：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫實(shí)施和數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)。在數(shù)據(jù)庫 設(shè)計(jì)的不同階段上，實(shí)現(xiàn)的具體方法有基于 ER 模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法、基于 3NF(第 16 三范式 )的設(shè)計(jì)方法、基于抽象語法規(guī)范的設(shè)計(jì)方法等。 需求分析階段 需求分析是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的第一步。需求分析的任務(wù)是準(zhǔn)確了解并分析用戶對(duì)系統(tǒng)的需要和要求，弄清系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)的功能。需求分析是否做得充分與準(zhǔn)確，決定著在其上構(gòu)建數(shù)據(jù)庫大廈的速度和質(zhì)量。如果需求分析做得不好，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，甚至導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)返工重做。 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。概念模型設(shè)計(jì)是不倚賴于任何數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的，它是 對(duì)用戶信息需求的歸納。概念設(shè)計(jì)的結(jié)果得到數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)，或稱概念模型，由于它是現(xiàn)實(shí)世界的角度進(jìn)行抽象和描述，所以與 具體的硬件和軟件環(huán)境均無關(guān)。概念模型設(shè)計(jì)描述常用工具是 ER 圖，包括以下內(nèi)容： （１） 確定實(shí)體； （２） 確定實(shí)體的屬性； （３） 確定實(shí)體的標(biāo)識(shí)屬性（關(guān)鍵字）； （４） 確定實(shí)