【正文】 組成。*：數(shù)據(jù)庫技術(shù)的根本目標是解決數(shù)據(jù)的共享問題。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫管理發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個階段：人工管理階段、文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。下表是數(shù)據(jù)管理三個階段的比較：人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景應(yīng)用背景科學計算科學計算、管理大規(guī)模管理硬件背景無直接存取存儲設(shè)備磁盤、磁鼓大容量磁備盤軟件背景沒有操作系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理方式批處理聯(lián)機實時處理、批處理聯(lián)機實時處理、分布處理、批處理特點數(shù)據(jù)的管理者用戶（程序員）文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)面向的對象某一應(yīng)用程序某一應(yīng)用現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)的共享程度無共享，冗余度極大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小數(shù)據(jù)的獨立性不獨立，完全依賴于程序獨立性差具有高度的物理獨立性和一定的邏輯獨立性數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化無結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)，整體無結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)控制能力應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序自己控制由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特點（1）數(shù)據(jù)的高集成性。（2）數(shù)據(jù)的高共享性與低冗余性。*：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以減少數(shù)據(jù)冗余在一個集合中的重復(fù)數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)冗余。，但無法避免一切冗余。（3）數(shù)據(jù)獨立性。數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)與程序間的互不依賴性，即數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)獨立于應(yīng)用程序而不依賴于應(yīng)用程序。也就是說，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)與存取方式的改變不會影響應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)獨立性一般分為物理獨立性與邏輯獨立性兩級。1）物理獨立性：物理獨立性即是數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)，存取方式等）的改變，如存儲設(shè)備的更換、物理存儲的更換、存取方式改變等都不影響數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，從而不致引起應(yīng)用程序的變化。2）邏輯獨立性：數(shù)據(jù)庫總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，如修改數(shù)據(jù)模式、增加新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間聯(lián)系等，不需要相應(yīng)修改應(yīng)用程序，這就是數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制。數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制主要包含以下三個方面：1）數(shù)據(jù)的完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性以保證數(shù)據(jù)的正確。2）數(shù)據(jù)的安全性保護：檢查數(shù)據(jù)庫訪問者以防止非法訪問。3）并發(fā)控制：控制多個應(yīng)用的并發(fā)訪問所產(chǎn)生的相互干擾以保證其正確性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式：1）概念模式：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中全局數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，是全體用戶（應(yīng)用）公共數(shù)據(jù)視圖視圖是從一個或幾個基本表（或視圖）導(dǎo)出的表，它與基本表不同，是一個虛表。數(shù)據(jù)庫中只存放視圖的定義，而不存放視圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)仍然存放在原來的基本表中。2）外模式：也稱子模式或用戶模式，它是用戶的數(shù)據(jù)視圖，也就是用戶所見到的數(shù)據(jù)模式，它由概念模式推導(dǎo)而出。3）內(nèi)模式：又稱物理模式，它給出了數(shù)據(jù)庫物理存儲結(jié)構(gòu)與物理存取方法。內(nèi)模式的物理性主要體現(xiàn)在操作系統(tǒng)及文件級上，它還未深入到設(shè)備級上（如磁盤及磁盤操作）。內(nèi)模式對一般用戶是透明的，但它的設(shè)計直接影響數(shù)據(jù)庫的性能。（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級映射：1）概念模式/內(nèi)模式的映射：實現(xiàn)了概念模式到內(nèi)模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的概念模式/內(nèi)模式的映射，使得數(shù)據(jù)庫的邏輯模式不變，其外模式不變，應(yīng)用程序不用修改，從而保證數(shù)據(jù)具有很高的物理獨立性。2）外模式/概念模式的映射：實現(xiàn)了外模式到概念模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當邏輯模式發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的外模式/邏輯模式映射，使得用戶所使用的那部分外模式不變，從而應(yīng)用程序不必修改，保證數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨立性。 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型（1）數(shù)據(jù)模型的概念：是數(shù)據(jù)特征的抽象，它從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動態(tài)行為和約束條件，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息表示與操作提供一個抽象的框架。（2）數(shù)據(jù)模型所描述的內(nèi)容有三個部分，它們是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作與數(shù)據(jù)約束。1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合，包括與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象，以及與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象。它用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性。2）數(shù)據(jù)操作：數(shù)據(jù)操作是對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作的含義、符號、操作規(guī)則及實現(xiàn)操作的語句等。它用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。3）數(shù)據(jù)的約束條件：數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符號數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。（3）數(shù)據(jù)模型分為概念模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理模型三類：1）概念數(shù)據(jù)模型：簡稱概念模型，是對客觀世界復(fù)雜事物的結(jié)構(gòu)描述及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系的刻畫。概念模型主要有：ER模型(實體聯(lián)系模型)、擴充的ER模型、面向?qū)ο竽Ｐ图爸^詞模型等。2）邏輯數(shù)據(jù)模型：又稱數(shù)據(jù)模型，是一種面向數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模型，該模型著重于在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一級的實現(xiàn)。邏輯數(shù)據(jù)模型主要有：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取?）物理數(shù)據(jù)模型：又稱物理模型，它是一種面向計算機物理表示的模型，此模型給出了數(shù)據(jù)模型在計算機上物理結(jié)構(gòu)的表示。實體聯(lián)系模型及ER圖（1）ER模型的基本概念：1）實體：現(xiàn)實世界中的事物。2）屬性：事物的特性。3）聯(lián)系：現(xiàn)實世界中事物間的關(guān)系。實體集的關(guān)系有一對一、一對多、多對多的聯(lián)系。ER模型三個基本概念之間的聯(lián)接關(guān)系：1）實體集（聯(lián)系）與屬性間的聯(lián)接關(guān)系；2）實體（集）與聯(lián)系。*：ER模型的基本成分是實體和聯(lián)系。（2）ER模型的圖示法：1）實體集：用矩形表示。2）屬性：用橢圓形表示。3）聯(lián)系：用菱形表示。4）實體集與屬性間的聯(lián)接關(guān)系：用無向線段表示。5）實體集與聯(lián)系間的聯(lián)接關(guān)系：用無向線段表示。下圖是一個ER模型的圖示例：（3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)常見的數(shù)據(jù)模型有層次模型層次模型是最早發(fā)展起來的數(shù)據(jù)庫模型。、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型三種。1）層次模型的基本結(jié)構(gòu)是樹形結(jié)構(gòu)，具有以下特點：A、每棵樹有且僅有一個無雙親結(jié)點，稱為根；B、樹中除根外所有結(jié)點有且僅有一個雙親。2）網(wǎng)狀模型是層次模型的一個特例，從圖論上看，網(wǎng)狀模型是一個不加任何條件限制的無向圖。3）關(guān)系模型采用二維表來表示，簡稱表，由表框架及表的元組組成。一個二維表就是一個關(guān)系。對關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，一個關(guān)系模式對應(yīng)一個關(guān)系的結(jié)構(gòu)。二維表的表框架由n個命名的屬性組成，n稱為屬性元數(shù)。每個屬性有一個取值范圍稱為值域。表框架對應(yīng)了關(guān)系的模式，在表框架中按行可以存放數(shù)據(jù)，每行數(shù)據(jù)稱為元組，實際上，一個元組是由n個元組分量所組成，每個元組分量是表框架中每個屬性的投影值，但元組中的每一個分量不能在進行分割。學號姓名性別出生年月班級籍貫2007102張潔然男07078807動畫1班天津2007203李一明男05018707播音5班廣西南寧2007305王 麗女04098807通信4班遼寧沈陽*：同一個關(guān)系模型的任兩個元組值不能完全相同。主碼：或稱為關(guān)鍵字、主鍵，簡稱碼、鍵。表中的一個屬性或幾個屬性的組合、其值能唯一地標識表中一個元組，稱為關(guān)系的主碼或關(guān)鍵字。例如，學生的學號。主碼屬性不能取空值。外部關(guān)鍵字：或稱為外鍵，在一個關(guān)系中含有與另一個關(guān)系的關(guān)鍵字相對應(yīng)的屬性組稱為該關(guān)系的外部關(guān)鍵字。外部關(guān)鍵字取空值或為外部表中對應(yīng)的關(guān)鍵字值。例如，在學生表中含有的所屬班級名字，是班級表中的關(guān)鍵字屬性，它是學生表中的外部關(guān)鍵字。（4）關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束：1）實體完整性約束：要求關(guān)系的主鍵中屬性值不能為空值，因為主鍵是唯一決定元組的，如為空值則其唯一性就成為不可能的了。2）參照完整性約束：關(guān)系之間相互關(guān)聯(lián)的基本約束，不允許關(guān)系引用不存在的元組，即在關(guān)系中的外鍵要么是所關(guān)聯(lián)關(guān)系中實際存在的元組，要么為空值。3）用戶定義的完整性約束：反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。例如某個屬性的取值范圍在0—100之間等。從ER圖導(dǎo)出關(guān)系數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計的主要工作是將ER圖轉(zhuǎn)換成指定RDBMS（關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）中的關(guān)系模式。首先，從ER圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換是比較直接的，實體與聯(lián)系都可以表示成關(guān)系，ER圖中屬性也可以轉(zhuǎn)換成關(guān)系的屬性。實體集也可以轉(zhuǎn)換成關(guān)系。 關(guān)系代數(shù)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系是由若干個不同的元組所組成，因此關(guān)系可視為元組的集合。n元關(guān)系是一個n元有序組的集合。關(guān)系模型的基本運算：1）插入；2）刪除；3)修改；4）查詢（包括投影、選擇、笛卡爾積運算）。關(guān)系操縱關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱即是建立在關(guān)系上的數(shù)據(jù)操縱，一般有查詢、增加、刪除和修改四種操作。集合運算及選擇、投影、連接運算（1）并（∪）：關(guān)系R和S具有相同的關(guān)系模式，R和S的并是由屬于R或?qū)儆赟的元組構(gòu)成的集合。（2）差（－）：關(guān)系R和S具有相同的關(guān)系模式，R和S的差是由屬于R但不屬于S的元組構(gòu)成的集合。（3）交（∩）：關(guān)系R和S具有相同的關(guān)系模式，R和S的交是由屬于R且屬于S的元組構(gòu)成的集合。（4）廣義笛卡爾積（）：設(shè)關(guān)系R和S的屬性個數(shù)分別為n、m，則R和S的廣義笛卡爾積是一個有（n+m）列的元組的集合。每個元組的前n列來自R的一個元組，后m列來自S的一個元組，記為RS。*：根據(jù)笛卡爾積的定義：有n元關(guān)系R及m元關(guān)系S，它們分別有p、q個元組，則關(guān)系R與S經(jīng)笛卡爾積記為RS，該關(guān)系是一個n+m元關(guān)系，元組個數(shù)是pq，由R與S的有序組組合而成。例：有兩個關(guān)系R和S，分別進行并、差、交和廣義笛卡爾積運算。（5）在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）是引入基于關(guān)系型模型的一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)。這個系統(tǒng)必須滿足以下最小標準：（1）對用戶以關(guān)系顯示數(shù)據(jù)（以表格形式顯示）；（2）提供關(guān)系運算以表格形式維護這些數(shù)據(jù)。*：VFP、Access都是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。中，基本的關(guān)系運算有選擇、投影與聯(lián)接三種操作：1）選擇：選擇指的是從二維關(guān)系表的全部記錄中，把那些符合指定條件的記錄挑出來。2）投影：投影是從所有字段中選取一部分字段及其值進行操作，它是一種縱向操作。3）聯(lián)接：聯(lián)接將兩個關(guān)系模式拼接成一個更寬的關(guān)系模式，生成的新關(guān)系中包含滿足聯(lián)接條件的元組。 數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法和步驟（1）數(shù)據(jù)庫設(shè)計階段包括：需求分析、概念分析、邏輯設(shè)計、物理設(shè)計。（2）數(shù)據(jù)庫設(shè)計的每個階段都有各自的任務(wù)：1）需求分析階段：這是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第一個階段，任務(wù)主要是收集和分析數(shù)據(jù)，這一階段收集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流圖是下一步設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。2）概念設(shè)計階段：分析數(shù)據(jù)間內(nèi)在語義關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上建立一個數(shù)據(jù)的抽象模型，即形成ER圖。*：數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計的過程包括選擇局部應(yīng)用、視圖設(shè)計和視圖集成。3）邏輯設(shè)計階段：將ER圖轉(zhuǎn)換成指定RDBMS中的關(guān)系模式。4）物理設(shè)計階段：對數(shù)據(jù)庫內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)作調(diào)整并選擇合理的存取路徑，以提高數(shù)據(jù)庫訪問速度及有效利用存儲空間。本章應(yīng)考點撥：本章在考試中一般出現(xiàn)24個小題。本章內(nèi)容概括性強，比較抽象，難于理解，因此建議考生在復(fù)習的時候，首先熟讀講義，其次對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念及原理等知識要注意理解、加強記憶。