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  • 数据库——数据库结构设计

    千次阅读 2020-03-08 22:21:25
    概念设计 是数据库设计的 核心环节,通过用户需求进行综合;归纳;与抽象,形成一个独立于DBMS 的概念模型 数据库概念设计的目标 1 定义与描述应用领域设计的数据范围 2 获取信息模型 3 描述数据的属性特征 4 描述...

    目标

    1 数据库概念设计
    2 数据库逻辑设计
    3 数据库物理设计

    数据库概念设计

    概念设计 是数据库设计的 核心环节,通过对用户需求进行综合;归纳;与抽象,形成一个独立于DBMS 的概念模型

    数据库概念设计的目标

    1 定义与描述应用领域设计的数据范围
    2 获取信息模型
    3 描述数据的属性特征
    4 描述数据之间的关系
    5 定义和描述数据的约束
    6 说明数据的安全性要求
    7 支持用户的各种数据处理需求
    8 保证信息模型转化成数据库的逻辑结构(数据库模式)

    概念设计的依据及过程

    依据:数据库概念设计以需求分析的结果为依据,即需求说明书,DFD图以及在需求阶段收集到的应用领域中的各类报表
    结果:概念设计的结果是 概念模型(ER)与概念设计说明书

    过程:
    1 明确建模目标 (模型覆盖范围)
    2 定义实体集 (自顶向上标识和定义实体集)
    3 定义联系 (实体间关联关系)
    4 建立信息模型 (构造ER 模型)
    5 确定实体集属性 (属性描述一个实体集的特征或性质)
    6 对信息模型进行集成与优化(检查和消除命名不一致,结构不一致等)
    概念设计 是DB 设计的核心环节。概念数据模型是对现实世界的抽象和模拟

    概念模型设计

    采用最广泛的是ER建模方法。将现实世界抽象为具有属性的实体及联系
    ER 图描述数据库的概念模型观点:
    世界是由一组 作实体的基本对象和这些对象间的联系构成

    与E-R模型有关的概念

    实体或实例:客观存在并可相互去跟的事物叫实体
    实体集:同型实体的集合叫实体集
    属性:实体所具有的某一特性,一个实体可以由若干个属性来刻画,每个属性的范围称为域
    码: 实体集中唯一标识每一个实体的属性或属性集合 。用来区别同一实体集中的不同实体称作主码。一个实体集中任意两个实体在主码的取值上不能相同
    联系: 描述实体之间的相互关系
    联系也可以有属性,同类联系的集合 称为联系集

    实体间的联系有三类:
    1对1联系:
    ‘系’与‘系主任’(一个系只有一个系主任,一个系主任只能管理一个系)
    1 对多联系(1:n):
    ‘系’与‘学生’(一个系招收若干个学生,一个学生只属于一个系)
    多对多联系(n:n):
    学生与课程(一名学生可选修多门课程,每门课程可被多名学生选修)

    E-R 图表示
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    IDEF1X建模方法

    IDEF0 功能建模方法
    IDEF1X 是数据建模方法

    数据库逻辑设计

    逻辑设计的任务:
    将概念模型(ER图)转化为DBMS 支持的数据模型(关系模型),并对其优化

    逻辑设计的依据与阶段目标
    在这里插入图片描述

    补充的相关概念

    1 关系模型
    2 数据依赖
    3 候选码 主码 外码
    4 数据规范化
    5 范式

    关系模型

    层次模型;网状模型;关系模型
    关系模型:简单灵活,有坚实的理论基础,称为当下最流行的数据模型
    关系模型:用二维表结构来表示实体与实体间之间联系的模型
    关系的描述称为 关系模式
    由五部分 组成 五元组 R(U,D,DOM,F)
    R :关系名
    U : 组成该关系的属性名集合
    D :属性组中U 中属性所来自的域
    DOM : 属性到域的映射
    F : 属性组上U 上的一组依赖数据
    由于D,DOM 对模式的设计关系不大,这里把关系模式简化一个三元组
    R<U,F>当且仅当 U 上的一个关系R 满足F时 ,R 称为关系模式 R <U,F> 的一个关系

    关系数据库设计的核心: 关系模式的设计
    关系模式设计目标: 按照一定的原则从数量众多而相互关联的数据中,构造出一组既能较好反映现实世界,而又有良好的操作性能的关系模式

    新奥尔良发;数据库设计步骤:
    需求分析 - 概念结构设计 - 逻辑结构设计 - 物理结构设计

    数据依赖:
    对于R(U)任意一个可能的关系r,r中不可能存在连个元组 在X 上的属性值不等,x函数确定y,y函数依赖x →y
    关系内部 属性与属性之间的一种约束关系
    现实世界属性间相互关系的抽象
    数据的内在性质
    语义的体现

    完整约束的表现形式
    限定属性的取值范围 age<60
    定义属性间值得相互关联(主要体现于值相等与否)

    数据依赖类型:
    函数依赖(Functional Dependency,FD):
    普遍存在于生活中,这种依赖关系雷士与数学中的函数 y = f(x), y 由 x 定
    如 关系 :公民(身份证号,姓名,地址,工作单位)
    身份证号确定;其地址就唯一确定;地址函数依赖于身份证号
    姓名确定不一定能确定地址

    多值依赖(Multivalues Dependency MD)
    教师号可能多值依赖课程号,因为给定一个(课程号;参考书号)的组合,可能对应多个教师号。因为多个老师可以使用相同或不同的参考书上同一门课
    简单点讲: 函数就是唯一的确定关系;多值依赖却不能唯一确定

    函数依赖的几种特例:
    1 平凡函数依赖与非平凡函数依赖
    X → Y 且 Y 不包含于 X 则X → Y 非平凡依赖
    Y 包含于 X 则 X → Y 平凡函数依赖必然成立

    	2  完全函数依赖 与部分函数依赖
    	3 传递函数依赖
    	**(依赖关系 不明白)**
    

    候选码;主码;外码
    候选码: 某属性的值能唯一确定某个元组的值
    候选码 有多个 可以选其中的一个作为主码
    外码: 属性或属性组 X 不是关系模式 R的码(既不是主码也不是候选码)

    数据规范化:
    数据库的设计主要是关系模式的设计,关系模式的好坏,直接影响数据库设计的成败,将关系模式规范化,是设计较好的关系模式的唯一途径
    关系模式规范化: 把一个底一级的关系模式分解为高一级关系模式的过程
    关系数据库规范化理论是:数据库逻辑设计的工具
    目的: 尽量消除插入;消除异常;修改复杂;数据冗余的问题

    范式 : 关系模式满足的约束条件称为范式,根据满足规范化程度,范式由底到高 1NF ,2NF,3NF,BCNF,4NF,5NF
    1NF :关系模式R,所有属性都是不可再分的基本数据项,R 属于第一范式,R ∈1NF
    2 NF : 关系模式 R ∈ 1NF 且每个非主属性完全函数依赖与主码,则称R 属于 第二范式 R ∈ 2NF

    数据库物理设计

    索引技术分类:
    有序索引:索引文件机制,利用索引文件(索引记录组成)实现记录域(查找码,排序码)取值到记录物理地址间的映射关系
    数据文件(主文件)和索引文件(索引记录和索引项的集合)是有序索引技术中的两个主体,数据文件常采用顺序文件结构
    散列索引:哈希(hash)索引机制,利用散列函数实现记录域值到记录物理地址间的间接映射关系

    几种主要的有序索引:
    (1)聚集索引(索引项与数据记录排列书顺序一致,索引顺利文件)和非聚集索引,一个数据文件只可建立一个聚集索引,但可建立多个非聚集索引。
    (2)稠密索引(数据文件中每个查找码都对应索引记录)和 稀疏索引(部分查找码的值对应索引记录)
    (3) 主索引(猪吗属性集上建立的索引)与辅索引(非主属性上建立的索引)
    (4)唯一索引(索引列不包含重复值)
    (5)单层索引 (线性索引,每个索引项的顺序排列直接指向数据文件中的数据记录)和多层索引 (大数据量文件中的采用多层模型(B,B+ 树) 索引快速定位)

    数据库物理设计:

    目标:
    使内存空间占用少,数据访问效率高和维护代价低的数据库物理模式。数据库底层物理存储于存取,与DBS 所依赖的硬件环境,操作系统和DBMS 密切相关,目前大部分DBS 都是关系数据库系统

    环节:主要包括5个环节
    (1)数据库逻辑模式的描述
    根据数据库逻辑结构信息设计目标DBMS 可支持的关系表(这里称为基本表)的模式信息,这个过程 称为 数据库逻辑模式的描述
    关系模式及其视图转换成基本表和视图,利用完整性机制(如触发器) 设计面向应用的业务规则
    SQL Server 采用 T-SQL 语言
    为基本表选择合适的文件结构(堆文件,顺序文件,聚集文件,索引文件,散列文件)
    (2)文件组织与存取设计
    基本规则:根据应用情况将易变部分与稳定部分,存取评率较高的部分与存取评率较低的部分分来存放,以提高系统的性能
    分析理解数据库事务访问特性,使用事务-基本表交叉应用矩阵;估计各事务执行评率;汇总各张表基本表各事务操作的评率信息;根据结果设计文件结构

    影响数据文件存储结构的因素
    存取时间,存储空间利用率,维护代价 这三个方面是相互矛盾的

    解决方法 :适当冗余,增加聚餐功能,权衡选择折中的方案

    DBMS 常用的存取方法
    索引方法,目前主要是 B+ 树索引方法
    聚餐方法
    HASH 方法

    建立索引的原则
    一个组属性经常在操作条件中出现
    一个组属性经常在连接操作的连接条件出现
    一个组属性经常作为聚集函数的参数

    建立聚集索引原则
    检索数据时,常以某个组属性作为排序分组条件
    检索数据时,常以某个组属性作为检索限制条件,并返回大量数据
    表中每个组的重复性很大

    (3)数据分布设计
    不同类型数据的物理设计
    将应用数据(基本表),索引,日志,数据库备份数据等合理安排在不同的介质中

    应用数据的划分与分布
    根据数据的使用特征(频繁使用分区和非频繁使用分区)
    根据时间,地点划分(时间或地点相同的属于同一分区)
    分布式数据库系统(DDBS )中的数据划分(水平划分和竖直划分)
    派生属性数据分布(增加派生列或不定义派生属性)
    关系模式的去规范化(降低规范化提高查询效率)

    水平划分:
    将基本表划分为多张的具有相同属性,结构完全相同的字表,字表包含的元组是基本表中元组的子集
    垂直划分
    将基本表划分为多张字表,每张子表包含的属性是原基本表的字迹

    (4)确定系统配置
    DBMS 产品一般都提供一些存储分配参数
    同时使用数据库的用户数
    同时打开数据库的对象数
    使用缓存区的长度个数
    时间片大小
    数据库的大小
    装填因子
    锁的数目

    (5)物理模式评估
    对数据库物理设计结果存取时间,存取空间,维护代价等方面评估,重点是时间和空间效率

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  • 数据库结构与模式 数据库管理系统的类型通常有多个分类标准。如按数据模型分类、按用户数分类、按数据库分布站点分类等。但我们需要了解的,主要还是按数据模型分类。 目前常见的 DBMS 按数据模型划分,包括:关系...

    数据库结构与模式

    数据库管理系统的类型通常有多个分类标准。如按数据模型分类、按用户数分类、按数据库分布站点分类等。但我们需要了解的,主要还是按数据模型分类

    目前常见的 DBMS 按数据模型划分,包括:关系型 DBMS、文档型 DBMS、键值型 DBMS、对象型 DBMS 等。

    三级抽象

    数据库系统划分为三个抽象级:用户级、概念级、物理级。 (1)用户级数据库。用户级数据库对应于外模式,是最接近用户的一级数据库,是用户可以看到和使用的数据库,又称用户视图

    (2)概念级数据库。概念级数据库对应于概念模式,介于用户级和物理级之间,是所有用户视图的最小并集,是数据库管理员可看到和使用的数据库,又称 DBA(DataBase Administrator,数据库管理员)视图

    (3)物理级数据库。物理级数据库对应于内模式,是数据库的低层表示,它描述数据的实际存储组织,是最接近于物理存储的级,又称内部视图

    三级模式

    数据库系统的三级模式为外模式、概念模式、内模式(1)概念模式。概念模式(模式、逻辑模式)用以描述整个数据库中数据库的逻辑结构,描述现实世界中的实体及其性质与联系,定义记录、数据项、 数据的完整性约束条件及记录之间的联系,是数据项值的框架。

    (2)外模式。外模式(子模式、用户模式)用以描述用户看到或使用的那部分数据的逻辑结构,用户根据外模式用数据操作语句或应用程序去操作数据库中的数据。外模式主要描述组成用户视图的各个记录的组成、相互关系、数据项的特征、数据的安全性和完整性束条件。

    (3)内模式。内模式是整个数据库的最低层表示,不同于物理层,它假设外存是一个无限的线性地址空间。内模式定义的是存储记录的类型、存储域的表示以及存储记录的物理顺序,指引元、索引和存储路径等数据的存储组织。

    内模式、模式和外模式之间的关系如下: (1)模式是数据库的中心与关键; (2)内模式依赖于模式,独立于外模式和存储设备; (3)外模式面向具体的应用,独立于内模式和存储设备; (4)应用程序依赖于外模式,独立于模式和内模式。

    两级独立性

    数据库系统两级独立性是指物理独立性和逻辑独立性。三个抽象级间通过两级映射(外模式—模式映射,模式—内模式映射)进行相互转换,使得数据库的三级形成一个统一的整体。

    (1)物理独立性。物理独立性是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中的数据是相互独立的。

    物理独立性存在于概念模式和内模式之间的映射转换,说明物理组织发生变化时应用程序的独立程度。 (2)逻辑独立性。逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库中的逻辑结构是相互独立的。当数据的逻辑结构改变时,应用程序不需要改变。

    逻辑独立性存在于外模式和概念模式之间的映射转换,说明概念模式发生变化时应用程序的独立程度。 逻辑独立性比物理独立性更难实现。

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  • 数据库数据库系统的体系结构

    千次阅读 2019-09-03 09:12:24
    数据库系统(Data Base System, DBS)是指在计算机系统中引入数据库后的系统,它是由计算机硬件、数据库数据库管理系统(及其开发工具)、数据库应用系统、数据库用户构成。 数据库系统的体系结构 数据库的体系结构...

    数据库系统(Data Base System, DBS)是指在计算机系统中引入数据库后的系统,它是由计算机硬件、数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、数据库应用系统、数据库用户构成。

    数据库系统的体系结构

    数据库的体系结构分为三级模式和两级映像。

    数据库的三级模式结构是数据的3个抽象级别,它把数据的具体组织留给DBMS去处理,用户只要抽象地处理数据,而不必担心数据在计算机中的表示和存储,这样就减轻了用户使用系统的负担。为了实现这3个抽象级别的联系和转换,DBMS在三级结构之间提供了两级映像(Mapping):外模式/模式映像、模式/内模式映像。正是这两个映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

    三级模式

    模式(Schema)也称概念模式(Conceptual Schema),是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层,既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境,也不涉及具体的应用程序及使用的应用开发工具和高级程序设计语言。模式实际上是数据库数据在概念级上的视图,一个数据库只有一个模式。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构,而且要定义数据项之间的联系、不同记录之间的联系,以及与数据有关的完整性、安全性等要求。完整性是指数据的正确性、有效性和相容性,安全性主要是指保密性。数据库管理系统提供模式描述语言(Schema Data Definition Language, SDDL)来定义模式。

    外模式(External Schema)也称子模式(Subschema),它是对数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,即个别用户设计的数据的逻辑结构。外模式通常是模式的子集,一个数据库可以有多个外模式。外模式是保证数据库安全性的一个有效措施,每个用户只能看见或访问对应的外模式中的数据,数据库中的其余数据是不可见的。数据库管理系统提供外模式描述语言(外模式DDL)来定义外模式。

    内模式(Internal Schema)也称存储模式(Storage Schema),一个数据库只有一个内模式。内模式是对数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式。内模式的设计目标是将系统的模式组织成最优的物理模式,以提高数据的存取效率,改善系统的性能指标。数据库管理系统提供内模式描述语言(内模式DDL)来定义内模式。

    二级映像

    外模式/模式映像:模式描述的是数据的全局逻辑结构,外模式描述的是数据的局部逻辑结构,同一个模式可以有任意多个外模式。对于每个外模式,数据库系统都有一个外模式/模式映像,它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。

    模式/内模式映像:是唯一的,它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。该映像定义通常包含在模式描述中。

    两级数据独立性

    数据独立性(Data Independence)是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立,不受影响。

    • 逻辑数据独立性。当模式改变时,由数据库管理员对各个外模式/模式影响做相应改变,可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的,因而应用程序不必修改,保证了数据与程序的逻辑独立性。

    • 物理数据独立性。当数据库的存储结构改变了,由数据库管理员对模式/内模式映像做相应改变,可以保证模式保持不变,因而应用程序也不必修改,保证了数据与程序的物理独立性。

    特定的应用程序是在外模式描述的数据结构上编制的,它依赖于特定的外模式,与数据库的模式和存储结构相独立。不同的应用程序可以共用同一外模式。数据库的两级映像保证了数据库外模式的稳定性,从而从底层保证了应用程序的稳定性,除非应用需求本身发生变化,否则应用程序一般不需要修改。

    (最近更新:2019年09月03日)

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  •  数据存储结构是指数据库中的物理数据和逻辑数据的表示形式、物理数据和逻辑数据之间关系映射方式的描述。在数据库技术中,可以使用两种形式描述客观现实的数据:物理数据描述和逻辑数据描述。物理数据和逻辑数据...

           数据存储结构是指数据库中的物理数据和逻辑数据的表示形式、物理数据和逻辑数据之间关系映射方式的描述。在数据库技术中,可以使用两种形式描述客观现实的数据:物理数据描述和逻辑数据描述。物理数据和逻辑数据之间的转换通过数据库管理系统实现。

     

    1. 物理数据描述

           物理数据描述是指数据在存储设备上的存储方式,物理数据是实际存放在存储设备上的数据,这些数据也称为物理记录。根据物理记录存储的位置情况,又可以分为有序存储和无序存储。

    在物理数据描述中,使用的数据描述术语包括以下各项。

           (1) 位(bit):二进制的一个单位称为位,位上只能取1或0。

           (2) 字节(byte):8个位称为一个字节,可以存放对应ASCII码的一个字符。

           (3) 字(word):若干个字节组成一个字。一个字所含的二进制的位数称为字长,许多计算机的字长是不同的,例如计算机的字长可以是8位、16位、24位、32位等。

           (4) 块(block):内存储器和外存储器交换信息的最小单位,又称为物理块或物理记录,每块的大小通常为256字节、512字节、1024字节等。

           (5) 卷(volume):一台输入输出设备所能装载的全部有用信息,例如磁带机的一盘磁带即为一卷,磁盘设备的一个盘组也是一卷。

           (6) 无序存储(unordered):数据记录的存储位置按照插入的顺序进行存储。

           (7) 有序存储(ordered):数据记录的存储位置按照指定的方式进行排序。

     

    2. 逻辑数据描述

           逻辑数据描述是指用户或程序员用于操作的数据形式,逻辑数据是一种抽象的概念,是对客观现实世界的反映和记录,这些数据也可以称为逻辑记录。逻辑数据包含两个层次,一个层次是对客观现实信息世界的描述,另一个层次是对数据库管理系统中数据的描述。在对客观现实信息世界的描述中,使用的术语包括以下几项。

           (1) 实体(entity):客观现实存在的东西使用实体来描述。实体既可以是具体的、有形的对象,也可以是抽象的、无形的对象,例如,一本书是一个有形对象,一次借书过程则是一个无形的对象。

           (2) 实体集(entities):特性完全相同的同类实体的集合称为实体集。例如,一个图书馆所有的书籍是一个实体集,该图书馆的所有借书过程也是一个实体集。

           (3) 属性(attribute):实体的特性称为属性。每个属性都有一个值域,这些值域可以是整数类型、浮点数类型、字符类型或日期类型等。例如,实体书的属性包括书名、书号、出版日期、页数、价格以及出版社等,这些属性对应的值域分别为字符类型、字符类型、日期类型、整数类型、浮点数类型和字符类型等。

           (4) 标识符(identifier):能够唯一地标识每个实体的属性或属性集。例如,书的书号属性是实体书的标识符,借书过程实体的标识符包括借书证号、书号两个属性。

           这些逻辑数据最终要通过数据库管理系统来转换成物理数据,在数据库管理系统中描述逻辑数据的术语包括哪些呢?下面以关系型数据库管理系统为例进行介绍。

           (1) 数据项(data item):也称为字段(field),标记实体属性的可以命名的最小信息单位,数据项的命名一般采用属性的描述性名称。这些名称可以是中文、英文或汉语拼音。

           (2) 元组(tuple):也称为记录(record),数据项的集合称为元组。一个元组表示一个具体的实体。

           (3) 关系(relation):在关系型数据库系统中,同一类元组所在的集合称为关系。关系适用于描述实体集,它包括了一个实体集的所有元组。例如,所有的图书可以组成一个books关系。

           (4) 键码(key):在关系型数据库系统中,能够唯一地标识关系中每个元组的数据项或数据项集的称为关系的键码。

           逻辑数据和物理数据术语的对应关系如图5-4所示。在该图中,客观实体(图书)经过两层逻辑数据的描述,最后转变成实际存储的物理数据。

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    概念结构设计是将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程,它是整个数据库设计的关键。只有将需求分析阶段得到的系统应用需求抽象为信息世界的结构,才能更好、更准确地转化为机器世界中的数据模型,...
  • 数据库系统之三级结构模式

    千次阅读 2017-07-03 00:08:34
    外模式也子模式(Subschema)或用户模式,它是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)最终能够看见的和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,是数据库用户 的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外...
  • 1.数据库系统的三级模式是指__________。 A.用户模式、局部模式和全局模式 B.外模式、概念模式和逻辑模式 C.外模式、内模式和存储模式 D.用户模式、概念模式和存储模式 正确答案:D你选了 2.在三级模式两层映像...
  • 数据库什么意思

    2021-01-28 05:45:32
    =数据库功能:数据库(Database)是按照数据结构来组织62616964757a686964616fe59b9ee7ad9431333365643631、存储和管理数据的仓库,它产生于距今六十多年前,随着信息技术和市场的发展,特别是二十世纪九十年代以后,...

空空如也

空空如也

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对数据库结构的描述称为什么