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第1章 数据库系统概论 本章主要内容 1.1 数据库的基本概念 1.2 数据库管理系统与数据库系统 数据库系统的体系结构 1．三级模式 (1) 模式(逻辑模式或概念模式) 是对数据库中的全部数据的逻辑结构和特征的描述，不涉及数据的物理存储。 (2) 外模式(用户模式或子模式) 该模式面向用户，是数据库用户看到的局部数据结构和特征的描述，是数据的局部逻辑结构。 (3) 内模式(存储模式) 描述数据的物理结构、在存储介质上的存储方法和存取策略。 数据库系统的体系结构 2．二级映射 用于三级模式之间的转换。 （1）外模式/模式映射 定义外模式和概念模式之间的对应性，这一映射使得概念模式的改变不影响外模式和应用程序，从而达到了数据的逻辑独立性。 （2）模式/内模式映射 定义概念模式和内模式之间的对应性，当存储结构改变即修改内模式时，只要相应改变模式/内模式映象，而模式尽量保存不变，从而达到了数据的物理独立性。 映射技术实现了数据的两级独立性，简化了用户对数据库的操作，也有利于实现数据的安全性和必威体育官网网址性。 数据库管理系统（DBMS） 1.3 数据模型 基本概念 二维表＝表结构＋表记录 1.4 数据库设计 需求分析的任务是通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统的工作概况，明确用户的各种需求，在此基础上确定新系统的功能。 具体步骤如下： （1）收集资料：收集资料是数据库设计人员和用户共同完成的任务，确定企业、组织的目标，从这些目标中导出对数据库的总体要求，最后确定由计算机完成的功能。 （2）分析整理：对所收集到的数据进行抽象的过程。 （3）数据流图：Data Flow Diagram，简称DFD，采用数据流图来描述系统的功能，形象地描绘出事务处理与所需数据的关联，应用结构化设计方法，自顶向下，逐层分解，步步细化。 （4）数据字典：Data Dictionary，简称DD，对数据流图中的数据流和加工进行定义，从而完整地反映系统需求。 （5）用户确认：数据流图和数据字典要返回给用户，通过反复完善，最终得到用户的认可。 概念结构是整个组织中各个用户共同关心的信息结构，它必须独立于计算机的任何数据模型，不受特定的数据库管理系统的限制，不考虑计算机软硬件技术细节，方便与用户进行交流。 描述概念结构的工具是E-R图，E-R图中3个主要的成分是：实体、联系和属性。 逻辑结构设计的任务就是把上述概念模型转换为某个具体的数据库管理系统所支持的数据模型。 1. E-R模型向关系模型的转换 将E-R图转换为关系模型数据库的转换原则如下： （1）每一个实体型转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。 （2）一个1:1联系转换为一个关系模式，可以在两个实体型转换成的两个关系模式中的任意一个关系模式的属性中加入另一个关系模式的码和联系类型的属性。 （3）一个1:n联系转换为一个关系模式，可以在n端实体型转换成的关系模式中加入1端实体型的码和联系类型的属性。 （4）一个m:n联系转换为一个关系模式，其属性为两端实体型的码加上联系类型的属性。 2. 关系模式的优化 （1）确定每个关系模式各个属性之间的数据依赖以及不同关系模式的属性之间的数据依赖。 （2）对各个关系模式之间的数据依赖进行优化处理，消除冗余的联系。 （3）确定各关系模式分别属于第几范式。 （4）按照需求分析阶段得到的处理要求，确定要对哪些模式进行合并或分解。 （5）为了提高数据操作的效率和存储空间的利用率，对上述产生的关系模式进行适当的修改、调整和重构。 3. 设计用户子模式 全局关系模式设计完成后，还应根据局部应用的需求，结合具体DBMS的特点，设计用户的子模式。 在设计子模式时应注意考虑用户的习惯和方便，主要包括： （1）使用更符合用户习惯的别名。 （2）可以为不同级别的用户定义不同的视图，以保证系统的安全性。 （3）将经常使用到的复杂的查询定义为视图，简化对系统的使用。 为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用要求的物理结构的过程，就是数据库的物理设计。 1. 确定数据库的物理结构，可分为数据的存取方法和数据库的存取结构 （1）确定数据的存取方法：选择索引方法还是聚簇方法。 （2）确定数据库的存储结构：确定数据的存放位置和系统配置。 2. 对物理结构进行评估 数据库物理设计过程中需要对时间效率、空间效率、维护代价和各种用户要求进行权衡，其结果可以产生多种方案，数据库设计人员必须对这些方案进行细致的评估，从中选择一个较优的方案作为数据库的物理结构。 1. 定义数据库结构 确定了数据库的逻辑结构和物理结构后，就可以用DBMS提供的