数据存储基本理论

本图介绍了数据存储基本理论，知识内容有数据库实例与数据模型、关系数据模型的基本理论、关系数据理论的进一步分析。

数据存储基本理论

• 数据库实例与数据模型
  • 数据库示例
    • 规则：表中不应有重复行。表的每行数据都可相互区分。 在表中标识每行的字段，称为表的主键。主键值一定唯一。 原则上每个表都可指定主键。
    • 教学管理数据库包括：学院、专业、学生、课程和成绩表
  • 数据模型
    • 含义：所谓数据模型，是对客观世界的事物以及事物之间联系的形式化描述
    • 演变
      • 第一代：层次模型、网状模型
      • 第二代：关系模型
      • 第三代：面向对象数据模型等
• 关系数据模型的基本理论
  • 关系数据理论：核心是关系数据模型（Relation Data Model），非常简洁、易于理解，有严格的数学基础。发展成为过去数十年、现在和将来相当长时期内占主导地位的数据库技术。Access即是关系型的数据库管理系统
  • 关系数据模型三要素
    • 数据结构：表明该模型中数据的组织和表示方式。
    • 数据操作：指对通过该模型表达的数据的运算和操作。
    • 数据约束：指对通过该模型表达的数据的限制和约束，以保证存储的数据正确性和一致性。
  • 关系模型
    • 数据结构：关系，即二维表
    • 数据操作运算体系：关系代数、关系谓词
    • 数据约束：
      • 实体完整性规则
      • 参照完整性规则
      • 域完整性规则
      • 用户定义的完整性规则
    • 关系
      • 概念解释：关系是由行和列组成的二维表关系中的一列称为关系的一个属性，一行称为关系的一个元组。 一个元组是由相关联的属性值组成的一组数据。关系是元组的集合。元组的个数称为该关系的基数。 每个属性都有一个属性名。属性的个数称为关系的度数。 每个属性都从一个域中取值。域是值的集合。 有些元组的某些属性值如果事先不知道或没有，根据情况可以取空值。在一个关系中，可以唯一确定每个元组的属性或属性组称为候选键。 从候选键中指定一个作为该关系的主键。原则上每个关系都有主键。 一个关系中存放的另一个关系的主键称为外键。 如专业关系中的“学院编号”，是学院关系的主键，在专业关系中是外键。
      • 特点：关系中的每一列属性都是原子属性，即属性不可再分。 关系中的每一列属性都是同质的，即每个元组的该属性取值都来自同一个域。 关系中的属性没有先后顺序。 关系中元组没有先后顺序。 关系中不应有相同元组
      • 关系模式：关系的属性结构确定了一个关系的结构，也就是关系的框架。关系框架反映了关系的结构特征，称为关系模式
      • 关系模型与关系数据库
        • 关系模型，是对一个系统内所有数据对象的形式化描述。将一个系统中所有不同的关系模式描述出来，就建立了该系统的关系模型。
        • 区别：关系模型与具体计算机和软件无关。 依照关系数据理论设计的DBMS，称为关系型DBMS。 通过关系型DBMS，可建立关系数据库
    • 关系数据库的数据完整性约束
      • 概念解释：一个关系数据库可以包含多个关系。关系模式是稳定的，但关系中的数据却是经常变化的。 数据是信息系统最为重要的资源。关系系统通过数据的完整性约束保证输入和存放的数据的正确
      • 数据完整性：指数据的正确性和一致性
      • 数据正确性是指存储在数据库中的所有数据都应符合用户对数据的语义要求
      • 数据的一致性也叫相容性，是指存放在不同关系中的同一个数据必须是一致的。
      • 实体完整性规则：定义了主键的关系中，不允许任何元组的主键属性值为空值。
      • 四类完整性约束规则
        • 实体完整性规则：定义了主键的关系中，不允许任何元组的主键属性值为空值。
        • 参照完整性规则：又叫引用完整性规则，用来防止对不存在的数据的引用。父子关系可以是同一个关系
        • 域完整性规则：对关系中单个属性取值范围定义的约束。
        • 用户定义的完整性规则：用户根据实际需要对数据库中的数据或者数据间的相互关系定义约束条件，所有这些约束构成了用户定义的完整性约束。
• 关系数据理论的进一步分析
  • 关系代数
    • 关系的并、交、差运算
    • 关系的笛卡尔积
    • 选择
    • 投影
    • 联接
    • 自然联接
  • 关系的规范化
    • 关系的存储特性与操作特性：由于数据库是存储和处理数据的技术，所以要判断数据库设计的好坏，要从其存储特性和操作特性开始分析。
    • 关系存在的问题
      • 数据冗余度大
      • 数据修改异常
      • 数据插入异常
      • 数据删除异常
    • 关系规范化与函数依赖
      • 函数依赖：关系中不同的属性具有不同的特性。关系属性间的相互关系是由数据的内在性质所决定的。函数依赖反映了属性之间的相互关系。
      • 函数依赖定义：设有关系S，X、Y是S上的两个属性或属性组，如果对于X的每一个取值，都有唯一一个确定的Y值与之对应，则称属性（组）X函数决定属性（组）Y，或称属性（组）Y函数依赖于属性（组）X，记为：X→Y。
      • 关系函数依赖分类
        • 平凡的函数依赖
        • 非平凡的函数依赖
          • 部分函数依赖
          • 完全函数依赖
          • 传递函数依赖
• 数据库体系结构
  • 三层体系结构
    • 模式：又称概念模式，是对数据库的整体逻辑描述，是DBA看到的数据库全貌。
    • 内模式：又称存储模式，是数据库真正在存储设备上存放结构的描述。
    • 外模式：又称子模式，是某个应用程序中使用的数据集合的描述，一般是模式的一个子集。
  • 数据库管理系统概述
    • 概述解释：建立计算机上运行的数据库，必须借助于数据库管理系统（DBMS）才能完成。DBMS是数据库系统的关键部分，是用户与数据库的接口。
    • DBMS具有以下主要功能
      • 数据库定义功能：DDL定义数据库。
      • 数据库操纵功能：DML实现数据库操作。有四种基本的数据库操作：查询、插入、修改和删除。
      • 支持程序设计语言。
      • 数据库运行控制功能
      • 数据库维护功能。
• 主题