第4章 数据库技术基础

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第4章 数据库技术基础 章 ——引 言—— 引数据库技术从20世纪 年代中期产生到今天 数据库技术从 世纪60年代中期产生到今天 世纪 仅仅40多年的历史 多年的历史， 仅仅 多年的历史，但却是计算机科学技术中发 展最快的领域之一，也是应用最广的技术之一。 展最快的领域之一，也是应用最广的技术之一。 从小型单项事务处理系统到大型信息系统， 从小型单项事务处理系统到大型信息系统，从联 机事务处理到联机分析处理系统， 机事务处理到联机分析处理系统，从一般企业管 理到计算机辅助设计与制造， 理到计算机辅助设计与制造，越来越多的应用领 域采用数据库存储和处理数据资源。 域采用数据库存储和处理数据资源。

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第4章 数据库技术基础 章——学习目的 学习目的—— 学习目的 通过本章的学习，了解数据库的基本概念，掌 握数据库设计的基本方法和技巧；掌握数据组织 的方法、文件系统的结构，熟悉数据模型、关系 模式、数据库规范化等要领，重要掌握E—R模型。 本章学时:4学时

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第4章 数据库技术基础 章 教学内容：4.1 文件组织 4.2 数据库技术 4.3 数据库设计 4.4关系模式的规范化 关系模式的规范化

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4.1 文件组织在管理信息系统中，数据的组织方式以及内在 联系的表示方法直接决定着数据处理的效率。关 于数据组织，我们可以从不同的角度进行理解。 从层次上看，数据组织包括数据项、记录、文件、 数据库四个层次；从方式上看，数据组织包括文 件组织和数据库组织两种方式。

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4.1.1 数据组织的层次如下图所示，数据组织包括四个层次： 如下图所示，数据组织包括四个层次：数据 记录、文件、数据库。 项、记录、文件、数据库。

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4.1.1 数据组织的层次1. 数据项 数据项是组成数据系统的有意义的最小基本单位。它 的作用是描述一个数据处理对象的某些属性。 2.记录 . 与数据处理的某一对象有关的一切数据项构成了该对 象的一条记录。记录中能惟一地标志该记录的数据项称作 主键。 3.文件 . 文件是相关(同类)记录的集合。 4.数据库 . 数据库是一定方式组织起来的逻辑相关的文件的集合。2 技术基础_2.3 数据通信与计算机网络 6

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4.1.1 数据组织的层次例：学生数据的组织层次

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4.1.2 文件组织1.文件的概念： 数据文件(简称文件)是为了某一特定的目的而

形 成的同类记录的集合。随着计算机在数据处理上的应用， 出现了文件系统。文件系统是负责存和管理文件的软件， 它利用磁盘、磁带等大容量的外存设备作为存放文件的存 储器，用户可以把一批数据定义成一个文件，通过文件系 统命名，实现对文件的按名存取。

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4.1.2 文件组织2.文件的组织形式：⑴ 顺序文件 顺序文件是指按记录进入文件的先后顺序存放、其逻辑顺序和物 理顺序一致的文件。文件中的记录按主键的值递增(或递减)次序排 序，形成其逻辑顺序。 ⑵ 索引文件 索引文件由文件数据区和索引表构成。文件数据区即文件本身； 在文件本身外建立的一张索引表，它指明逻辑记录和物理记录之间的 对应关系。索引表由若干索引项组成，一般索引项由主键和该键所在 记录的物理地址组成。 ⑶ 散列文件 散列文件是利用散列存储方式组织的文件，亦称直接存取文件， 即根据文件中关键字的特点，设计一个散列函数和处理冲突的方法， 将记录散列到存储设备上。散列文件最常用的实现方法有直接地址法 和相对键法。2 技术基础_2.3 数据通信与计算机网络 9

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4.1.3 数据库组织数据库组织是比文件组织更高级的一种数据 组织方式。由于文件系统的结构只限记录内部， 组织方式。由于文件系统的结构只限记录内部， 因而仅能适用于单项应用的场合。 因而仅能适用于单项应用的场合。对于一个组织 的管理信息系统而言，要求从整体上解决问题， 的管理信息系统而言，要求从整体上解决问题， 不仅要考虑某个应用的数据结构， 不仅要考虑某个应用的数据结构，而且要考虑全 局数据结构。为了实现整个组织数据的结构化， 局数据结构。为了实现整个组织数据的结构化， 就要求在数据组织结构中不仅能够描述数据本身， 就要求在数据组织结构中不仅能够描述数据本身， 而且要能描述数据之间的关系( 而且要能描述数据之间的关系(这正是数据库的 特点)。因而在复杂的应用中， )。因而在复杂的应用中 特点)。因而在复杂的应用中，应采用数据库来 组织数据2 技术基础_2.3 数据通信与计算机网络 10

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4.2

数据库技术

早在20世纪 年代 早在 世纪60年代，数据库技术作为现代信息系统基 世纪 年代， 础的一门软件学科便应运而生了。现在， 础的一门软件学科便应运而生了。现在，数据库技术已 成为计算机领域中最重要的技术之一，它是软件学科中 成为计算机领域中最重要的技术之一， 一个独立的分支。它的出现使得计算机应用渗透到工农 一个独立的分支。 业生产、商业、行政、教育

、科学研究、 业生产、商业、行政、教育、科学研究、工程技术和国 防军事的各个部门。 防军事的各个部门。

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4.2.1 数据库的由来和发展数据库这个名词起源于20世纪 年代 数据库这个名词起源于 世纪50年代 ， 当时美 世纪 年代， 国为了战争的需要， 把各种情报集中在一起， 国为了战争的需要 ， 把各种情报集中在一起 ， 存入 计算机，称为Information Base或Database。1963 计算机，称为 或 。 年 美 国 Honeywell 公 司 的 IDS ( Integrated Data Store)系统投入运行，揭开了数据库技术的序幕。 )系统投入运行，揭开了数据库技术的序幕。 1970年初 ， IBM公司的高级研究员 年初， 公司的高级研究员E.F.Codd发 年初 公司的高级研究员 发 表论文提出了关系模型， 表论文提出了关系模型 ， 奠定了关系数据库的理论 基础。 基础。

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4.2.1 数据库的由来和发展20世纪70年代是数据库蓬勃发展的年代。网状系统和层 次系统占领了市场，关系系统开始处于实验阶段，IBM公司 研制出了原型关系语言System R。1979年关系软件 (Relational Software)公司推出了第一个基于SQL的商用 关系数据库产品Oracle。 20世纪80年代起，关系数据库产品已相当成熟，取代了 网状系统和层次系统的市场。同时关系数据库理论也日趋 完善，走向更高级的阶段，有了分布式数据库系统 (Distributed database Systems)等。 经过几年的研究和实践，逐步形成了面向对象数据库 系统(Object_Oriented Database Systems)、主动数据 库系统(Active Database Systems)、大型知识库系统 (Large Knowledge Base Systems)、数据库中的知识发 现(Knowledge Discovery in Database)以及科学数据库 (Science Database)等热点。2 技术基础_2.3 数据通信与计算机网络 13

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4.2.2 数据库系统的概念在系统地介绍数据库的基本概念之前，这里首先介绍一 些数据库中最常用的术语和基本概念。 1.数据 . 数据是数据库中存储的基本对象。什么是数据呢？数据 是记录客观事物的性质、状态以及相互关系的可以识别的 物理符号。 2.数据库 . 数据库，顾名思义，就是存放数据的仓库。只不过这个 仓库是在存储在计算机设备上，并且是按一定的格式存放 的。当然，这种说法虽然形象，但并不严谨。严格地说， 数据库是以一定的组织方式存储在一起的相关数据的集合。 在日常工作中，常常需要把某些相关的数据放进这样的 “仓库”,并根据管理的需要进行相应的处理。2 技术基础_2.3 数据通信与计算机网络 14

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4.2.2 数据库系统的概念3.数据库管理系统 . 数据库如何建立

,又如何管理呢？这个任务是通过一个 软件来完成的，这个软件就是数据库管理系统。数据库管理 系统用于协助用户创建、维护和使用数据库的系统软件。数 据库管理系统是应用程序与数据库的桥梁，应用程序是通过 数据库管理系统来访问数据库的。常见的数据库管理系统有： Oracle、SQLServer、DB2、FoxPro等。 4.数据库系统 . 数据库系统是引进了数据库技术的计算机系统。完整的 数据库系统由硬件、数据库、数据库管理系统、操作系统、 应用程序、数据库管理员、用户等部分组成。一般而言，在 不引起混淆的情况下，常常把数据库系统简称为数据库。2 技术基础_2.3 数据通信与计算机网络 15

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4.2.3 数据库系统的特点1.数据结构化 . 2.数据共享性高 . 3.数据独立性好 . 4.数据冗余度低 . 5.统一的数据管理和控制： .统一的数据管理和控制： ⑴ 数据的安全性保护 ⑵ 数据的完整性控制 ⑶ 数据库恢复 ⑷ 并发控制2 技术基础_2.3 数据通信与计算机网络 16

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4.2.4 数据库系统的数据模型1.数据模型的概念 . 模型是现实世界特征的模拟和抽象。如一张地图、一组建 筑设计沙盘、一架精致的航模飞机都是具体的模型。数据模 型也是一种模型，它是现实世界数据特征的抽象。现有的数 据库系统均是基于某种数据模型的。简单地说，数据模型就 是现实世界的模拟。 2.数据模型的类型 . 为了将现实世界中的具体事物抽象为某一数据库管理系统 支持的数据模型，人们常常将现实世界抽象为信息世界，然 后再将信息世界转换为机器世界，这一过程可以用下图所示 的过程来描述。2 技术基础_2.3 数据通信与计算机网络 17

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4.2.4 数据库系统的数据模型

数据的抽象与转换过程2 技术基础_2.3 数据通信与计算机网络 18

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4.2.4 数据库系统的数据模型三个不同世界术语对照表客观世界(现实世界) 组织(事物及其联系) 事物类(总体) 事物(对象，个体) 特性(性质) 信息世界 实体及其联系 实体集 实体 属性 数据世界(机器) 数据库 文件 记录 数据项

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4.3 数据库设计1.数据库设计的概念 . 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，满足各种用户的 应用需求的过程。其中，应用环境包括数据库管 理系统、操作系统和硬件环境等。

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4.3 数据库设计2.数据库设计的步骤 数据库设计方法中比较著名的是新奥尔良 (New Orleans)法。它将数据库设计分为四个 阶段：需求分析、概念

结构设计、逻辑结构设计 和物理结构设计。 ⑴ 需求分析 ⑵ 概念结构设计 ⑶ 逻辑结构设计 ⑷ 物理结构设计

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