【正文】 3） 物理數(shù)據(jù)模型 ：屬底層數(shù)據(jù)模型，描述數(shù)據(jù)的實(shí)際存儲(chǔ)方式。 數(shù)據(jù)模型分類 ： （ 由上到下 ） （ 1） 概念數(shù)據(jù)模型（概念模型） ：按用戶的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行 建模，是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的第一層抽象，強(qiáng)調(diào)其語(yǔ)義表達(dá)功能，易于用戶理解，是用戶與設(shè)計(jì)人員交流的語(yǔ)言，主要用于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。 1． 2． 2 數(shù)據(jù)模型分類 用數(shù)據(jù)模型這一概念來(lái)描述數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義，通過(guò) 現(xiàn)實(shí)世界 — 信息世界 — 機(jī)器世界 （建模過(guò)程）的抽象轉(zhuǎn)換過(guò)程構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)模型所定義的規(guī)范去管理和使用數(shù)據(jù)。 （ 3） 數(shù)據(jù)完整性約束 ：是一組完整性規(guī)則的集合，它定義了數(shù)模必須遵守的語(yǔ)義約束，也規(guī)定了數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)內(nèi)部及數(shù)據(jù)之間 聯(lián)系所必須滿足的語(yǔ)義約束。 （ 2） 數(shù)據(jù)操作 ：用于描述系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)特征 ，是一組對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種數(shù)據(jù)對(duì)象允許執(zhí)行的操作和操作規(guī)則組成的集合。 數(shù)據(jù)模型的組成： （ 1） 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ：用于描述系統(tǒng)的 靜態(tài)特征 ，從語(yǔ)法角度表述了客觀世界中數(shù)據(jù)對(duì)象本身的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，是刻畫一個(gè)數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面。 1． 2 數(shù)據(jù)模型 1． 2． 1 數(shù)據(jù)模型概念 數(shù)據(jù)模型（ Data Model） 對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的特征抽象 。 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) — 是研究數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)、設(shè)計(jì)、管理和使用的一門計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)科。 （狹義的） 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) — 是由 數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 組成的軟件系統(tǒng)，主要為用戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢、插入、修改、刪除、更 8 有 新等數(shù)據(jù)管理功能。 1． 1． 2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)（ DB， DataBase） 是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)有組織的、大量的、共享的數(shù)據(jù)集合 ； 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（ DBMS， Database Management System） 是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，位于用戶與操作系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件，是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心。 數(shù)據(jù)管理（ Data Management） 是指對(duì)數(shù)據(jù)的分類、收集 、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的重要環(huán)節(jié)。信息則是數(shù)據(jù)的語(yǔ)義解釋，是數(shù)據(jù)的 內(nèi)涵 ，信息以數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)出來(lái)，并為人們理解和接受。 不同的物理符號(hào)體現(xiàn)出數(shù)據(jù)的不同表現(xiàn)形式。 信息具有可感知、可存儲(chǔ)、可加工、可傳遞和可 再生的自然屬性?！度珖?guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試四級(jí)教程 — 數(shù)據(jù)庫(kù)工程師》 第一章 引 論 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 60 年代，是信息系統(tǒng)的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)； 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科劃分為四個(gè)專業(yè)方向： 計(jì)算機(jī)科學(xué)（ CS）；計(jì)算機(jī)工程（ CE）；軟件工程（ SE）；信息技術(shù)（ IT） 。 1． 1 基本概念 1． 1． 1 信息與數(shù)據(jù) 信息、物質(zhì)、能量 是組成客觀世界并促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的三大基本要素； 信息（ Information） 是客觀世界事物的存在方式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反映，是對(duì)事物之間相互聯(lián)系、相互作用的描述。 數(shù)據(jù)（ Data） 是描述現(xiàn)實(shí)世界事物的符號(hào)記錄，是用物理符號(hào)記錄下來(lái)的可以識(shí)別的信息。 信息與數(shù)據(jù)間存在固有聯(lián)系，數(shù)據(jù)是信息的符號(hào)表示，或稱為 載體 。 數(shù)據(jù)處理（ Data Processing） 是指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、收集、組織、存儲(chǔ)，進(jìn)而從已數(shù)據(jù)出發(fā)，抽取或推導(dǎo)出新的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)表示了新的信息。 數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理的 區(qū)別 在于，數(shù)據(jù)處理除了具有數(shù)據(jù)管理功能外，還可通過(guò)數(shù)據(jù)管理得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步 深加工 ，從中獲取新的數(shù)據(jù)和信息。 （廣義的） 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（ DBS， DataBase System） 是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成， DBS 一般分成 三個(gè)層次：（ 1）計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)；（ 2）系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件；（ 3）用戶 ；在不引起混淆和歧義的情況下，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)庫(kù)。 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng) （ DBAS， DataBase Application System） — 是由 數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序組成的軟件系統(tǒng) ，它面向具體應(yīng)用領(lǐng)域， 提供了更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理功能。 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與其它計(jì)算機(jī)科學(xué)有密切關(guān)系： （ 1） 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以文件系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)， DBMS 需要操作系統(tǒng)的支持，數(shù)據(jù)庫(kù)以文件形式存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)上的； （ 2） 數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系很密切，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)不僅用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的鏈表、樹、圖等知識(shí)，各種數(shù)據(jù)模型本身就屬于復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； （ 3） 主流的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，其理論基礎(chǔ)是關(guān)系數(shù)據(jù)模型，而該模型是在離散數(shù)學(xué)集合論中“關(guān)系”這一基本概念上發(fā)展起來(lái)的； （ 4） 當(dāng)用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)， DBMS 對(duì)用 戶提交的查詢操作類似于，計(jì)算機(jī)編譯系統(tǒng)對(duì)程序的編譯過(guò)程； （ 5） 開(kāi)發(fā)一些大型的 DBS 或 DBMS 的過(guò)程，要遵循軟件工程的開(kāi)發(fā)模式。 是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的形式框架，是用來(lái)描述數(shù)據(jù)的一組概念和定義，包括描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)聯(lián)系、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)語(yǔ)義以及數(shù)據(jù)一致性的概念工具； 數(shù)據(jù)模型應(yīng) 滿足 3 個(gè)條件 ：（ 1）能夠比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；（ 2）容易為人們所理解；（ 3）便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，通常按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來(lái)區(qū)分、命名各種數(shù)模，如層次、網(wǎng)狀、關(guān)系數(shù)模。數(shù)據(jù)操作可以是檢索、插入等，數(shù)模必須定義這些操作的確切含義、操作符號(hào)、操作規(guī)則以及實(shí)現(xiàn)操作的數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言。它限定了數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以便維護(hù)數(shù)據(jù)的正確性、有效性。 建模過(guò)程：（ 1）將現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)對(duì)象抽象為信息世界中的某一信息結(jié)構(gòu)；（ 2）再將信息結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界中某一具體 DBMS 支持的數(shù)據(jù)模型，并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。最常用的是實(shí)體 — 聯(lián)系模型。 1． 3 數(shù)據(jù)視圖與模式結(jié)構(gòu) 1． 3． 1 數(shù)據(jù)視圖與數(shù)據(jù)抽象 數(shù)據(jù)視圖：指從 某個(gè)角度 看到的客觀世界數(shù)據(jù)對(duì)象的特征，是對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象某一方面特征的描述。 集 和 值 ：集是指對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說(shuō)明，值是集的一個(gè)具體賦值； 數(shù)據(jù)模式 ：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)某方面結(jié)構(gòu)和特征的描述，它僅涉及集的描述，不涉及具體的值。 模式： （ 1） 也稱邏輯模式、概念模式； （ 2） 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖； （ 3） 模式不僅定義了數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，還定義了數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系、與 數(shù)據(jù)的關(guān)的安全性和完整性要求； （ 4） 一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式，建立在某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上。 （ 3） 一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多個(gè)外模式，每個(gè)外模式描述了某個(gè)特定用戶所使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。 內(nèi)模式： （ 1） 也稱物理模式、存儲(chǔ)模式； （ 2） 是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，代表 了數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的表示方式和物理組織結(jié)構(gòu)； 1． 3． 3 二級(jí)映象與數(shù)據(jù)獨(dú)立性 外模式 /模式映象： （ 1） 定義了數(shù)據(jù)庫(kù)中不同用戶的外模式與數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； （ 2） 可有多個(gè)外模式 /模式映象，對(duì)于每個(gè)外模式，需要一個(gè)外模式 /模式映象來(lái)定義該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； （ 3） 當(dāng)模式發(fā)生變化時(shí)，只需調(diào)整外模式 /模式間的映象關(guān)系，而外模式無(wú)需修改，保證了數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序的邏輯獨(dú)立性，稱為數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。 （ 2） 模式 /內(nèi)模 式映象是唯一的； （ 3） 當(dāng)內(nèi)模式發(fā)生變化時(shí)，只需調(diào)整模式 /內(nèi)模式映象關(guān)系，而模式無(wú)需修改，保證了數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序間的物理獨(dú)立性，稱為數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。 1． 5 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 1． 5． 1 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能 （ 1） 數(shù)據(jù)定義功能： DBMS 提供了數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（ DDL），用戶利用 DDL 定義數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，描述數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)特征。 1． 6 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 第一代 DBS： 60 年代末 70 年代初，層次型和網(wǎng)狀型 DBS； 第二代 DBS： 70 年代后期，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)； 新型 DBS： 80 年代， 分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)； 90 年代，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 第二章 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng) （ DBAS） 生命周期 2． 1 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)生命周期 2． 1． 1 軟件工程與軟件開(kāi)發(fā)方法 軟件工程 ： 指導(dǎo) 計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)的工程科學(xué)，它采用工程化的概念、原理、技術(shù)和方法，以及正確的項(xiàng)目管理技術(shù)，來(lái)開(kāi)發(fā)和維護(hù)軟件；它將系統(tǒng)化、規(guī)范化、定量化方法應(yīng)用于軟件的開(kāi)發(fā)、操作和維護(hù)，也就是將工程化應(yīng)用于軟件生產(chǎn)； 軟件工程的目標(biāo)：在給定成本、進(jìn)度的前提下，開(kāi)發(fā)出滿足用戶需求并具有 下述特征 的軟件產(chǎn)品：可修改性、有效性、可靠性、可 理解性、可維護(hù)性、可重用性、可適應(yīng)性、可移植性、可追蹤性和可互操作性。 軟件工程以關(guān)注軟件質(zhì)量為特征，由 方法、工具和過(guò)程 三部分組成； 軟件過(guò)程模型（軟件開(kāi)發(fā)模型）：是對(duì)軟件過(guò)程的 一種抽象表示 ，表示了軟 件過(guò)程的整體框架和軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)各階段間的關(guān)系，常見(jiàn)的有： 瀑布模型、快速原形模型、增量模型和螺旋模型 。 DBAS 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的硬件方面：主要涉及根據(jù)系統(tǒng)的功能、性能、存儲(chǔ)等需求選擇和配置合適的計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)，并與開(kāi)發(fā)好的 DBAS 軟件系統(tǒng)進(jìn)行集成，組成完整的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)； 2． 1． 3 DBAS 生命周期模型 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的生命周期模型： （ 圖 ， p17） （ 1） 參照軟件開(kāi)發(fā)瀑布模型的原理， DBAS 的生命周期由項(xiàng)目規(guī)劃、需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和部署、運(yùn)行管理與維護(hù)等 5 個(gè)基本活動(dòng) 組成； （ 2） 將快速原形模型和增量模型的開(kāi)發(fā)思路引入 DBAS 生命周期模型，允許漸進(jìn)、迭代地 開(kāi)發(fā)DBAS； （ 3） 根據(jù) DBAS 的軟件組成和各自功能，細(xì)化 DBAS 需求分析和設(shè)計(jì)階段，引入了數(shù)據(jù)組織與存儲(chǔ)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)與處理設(shè)計(jì)、應(yīng)用設(shè)計(jì)三條設(shè)計(jì)主線，分別用于設(shè)計(jì) DBAS 中的數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)和應(yīng)用程序； （ 4） 將 DBAS 設(shè)計(jì)階段細(xì)分為概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)三個(gè)步驟，每一步的設(shè)計(jì)內(nèi)容又涵蓋了三條設(shè)計(jì)主線。 （ 2） 技術(shù)可行性：是根據(jù)用戶提出的系統(tǒng)功能、性能及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)約束條件，對(duì)系統(tǒng)軟件、硬件、技術(shù)方案作出評(píng)估和選擇建議； A、 硬件可行性研究是分析 DBAS 的硬件平臺(tái)環(huán)境和設(shè)置； B、 軟件可行性研究 包括：對(duì)可用的 DBMS 和操作系統(tǒng)的選型評(píng)估，對(duì)中間件和開(kāi)發(fā)環(huán)境的選型建議，對(duì) DBAS 開(kāi)發(fā)模式和編程語(yǔ)言的建議； C、 技術(shù)方案的選擇是根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)需求，提出 DBAS 可能采用的合理技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù)； （ 3） 操作可行性：是論證是否具備 DBAS 開(kāi)發(fā)所需的各類人員資源、軟件資源、硬件資源和工作環(huán)境等，以及為支持 DBAS 開(kāi)發(fā)如何去改進(jìn)加強(qiáng)這幾方面資源。 項(xiàng)目規(guī)劃包括以下內(nèi)容： （ 1） 確定項(xiàng)目的目標(biāo)和范圍； （ 2） 根據(jù) DBAS 軟件開(kāi)發(fā)模型，分解和定義整個(gè)項(xiàng)目包括的工作活動(dòng)和任務(wù)； （ 3） 估算完成該項(xiàng)目的規(guī)模和所需各種資源； （ 4） 制定合理的 DBAS 項(xiàng)目計(jì)劃 項(xiàng)目規(guī)劃的結(jié)果應(yīng)形成數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)項(xiàng)目計(jì)劃文檔，即 項(xiàng)目計(jì)劃書 。 2． 3． 4 其它需求 分析 存儲(chǔ)需求分析：是指估計(jì) DBAS 系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，包括：（ 1）初始數(shù)據(jù)庫(kù)大?。唬?2）數(shù)據(jù)庫(kù) 增長(zhǎng)速度 ；存儲(chǔ)總量估算可采用：根據(jù)數(shù)據(jù)字典中每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的結(jié)構(gòu)描述信息，估計(jì)每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的容量，將所有數(shù)據(jù)項(xiàng)的容量累加； 安全性需求分析： （ 1） DBAS 系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的安全控制級(jí)別； （ 2） 各類用戶的數(shù)據(jù)視圖和視圖訪問(wèn)權(quán)限； （ 3） DBAS 應(yīng)有的口令保護(hù)機(jī)制或其它安全認(rèn)證機(jī)制，用以控制用戶登錄數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。 2． 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2． 4． 1 概念設(shè)計(jì) （ DB概念模型設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì) ） 數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì)：是根據(jù)數(shù)據(jù)需求分析階段得到的需求結(jié)果，分析辨識(shí)需要組織存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的各類應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)據(jù)對(duì)象的特征及其相互之間關(guān)聯(lián)關(guān)系，并采用 概念數(shù)據(jù)模型 表示出來(lái)，得到獨(dú)立于具體 DBMS 的數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型； ER 方法：（ 1）選擇局部應(yīng)用；（ 2）分別設(shè)計(jì)各個(gè)局部 ER 圖；（ 3）局部 ER 圖合并； 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)： （ 1） 確定 DBAS 體系結(jié)構(gòu)； （ 2） 系統(tǒng)硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件的選型和配置； （ 3） 應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （軟件程序概要設(shè)計(jì)Ⅰ） （ 4） 對(duì)需求分析階段識(shí)別出的 業(yè)務(wù)規(guī)則 進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，細(xì)化業(yè)務(wù)規(guī)則流程，明確采用的關(guān)鍵技術(shù)和算法； （ 5） 對(duì)系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行方案選型和初步設(shè)計(jì)。 （ 即從 ER 圖到關(guān)系模型 ） （ 1） ER 圖轉(zhuǎn)換為初始關(guān)系模式； （ 2） 對(duì)初始關(guān)系模式進(jìn)行優(yōu)化； （ 3） 檢查關(guān)系表對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)的支持性； （ 4） 確定關(guān)系模式的完整性約束； （ 5） 從數(shù)據(jù)安全性和獨(dú)立性出發(fā)，設(shè)計(jì)用戶視圖。 應(yīng)用程序詳細(xì)設(shè)計(jì)： 2． 5 實(shí)現(xiàn)與部署 建立數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)；