软件设计师笔记之数据库系统基础

关于数据库我对以下几个方面的知识点进行了梳理笔记。

（1）数据库模型（概念模式、外模式、内模式）

（2）数据模型，ER图，规范化

（3）数据操作

（4）数据库语言

（5）数据库管理系统的功能和特征

（6）数据库的控制功能

（7）数据仓库和分布式数据库基础知识

数据库系统的考点主要集中在：ER模型、关系代数、元组演算、规范化理论（键、范式、模式分解）、SQL 语言等。

---

目录

一、数据库模式及ER模型

1. 三级模式与两级映射

2. ER模型

3.关系运算

4.元祖运算

二、规范化理论

1. 规范化理论的作用

2．函数依赖

3．键

4. 范式

5. 关系模式分解

三、SQL语言

---

 

一、数据库模式及ER模型

数据库是长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合，数据库系统是指在计算机信息系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）、应用系统、数据库管理员（DataBase Administrator ，DBA）和用户构成。数据库系统的结构可以有多种不同的层次或不同的角度，其中典型的是三级划分法，其中包括三级模式和两级映射。

数据库设计流程

---

1. 三级模式与两级映射

数据库系统由外模式、概念模式和内模式三级构成。其关系如图  “数据库三级模式两级映射示意图” 所示。

由 “数据库三级模式两级映射示意图” 可以看出，整个数据库体系由数据库管理系统（DBMS）进行管理，其内容涉及底层的数据存储问题，顶层涉及与用户的交互，这种层次的划分，主要目标是使数据库体系内部耦合度更低，变得更为灵活。

外模式也称为子模式或用户模式，它对应的是我们平时所用到的数据库视图。外模式用来描述用户（包括程序员和最终用户）看到或使用的那部分数据的逻辑结构，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。一个数据库可以有多个外模式，一个应用程序只能使用一个外模式。

概念模式也称为模式或逻辑模式，它对应我们平时所用到的数据表。概念模式是数据库中全体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，用以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。概念模式通常还包含有访问控制、保密定义和完整性检查等方面的内容，以及概念/ 物理之间的映射。一个数据库只有一个概念模式。

内模式对应于物理级数据库，是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、存储域的表示和存储记录的物理顺序，以及索引和存储路径等数据的存储组织。一个数据库只有一个内模式。

在数据库系统的三级模式中，模式是数据库的中心与关键；内模式依赖于模式，独立于外模式和存储设备；外模式面向具体的应用，独立于内模式和存储设备；应用程序依赖于外模式，独立于模式和内模式。

从 数据库三级模式两级映射示意图 可以看出，三级模式实际对应着数据库系统中的三个层次，这三个层次划分出来以后，为了达到“一个层次的变化不对其它两个层产生影响”的效果，提出了两级映射。两级映射分别是：外模式与概念模式之间的映射、概念模式与内模式之间的映射。

外模式与概念模式之间的映射：用于维护数据库的逻辑独立性。也就是说，有了这个映射，使得数据的逻辑结构改变时，应用程序不需要改变，只需要改变映射中的对应关系即可达到目的。

概念模式与内模式之间的映射：用于维护数据库的物理独立性。也就是说当数据的物理存储改变时，应用程序不需要改变。

2. ER模型

数据库系统是对现实世界中数据的一种抽象，正如在“数据库系统功能和特性”知识点中所描述的，首先我们将通过概念模型将现实世界抽象成为信息世界，然后再抽象成为基本数据模型，而最常使用的概念模型就是ER模型。

学生-课程 ER模型

上图展示了一个简单的ER模型，我们通过该图进行ER模型的概念入门：

实体：客观存在并可相互区别的事物，可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联

系。图 学生-课程 ER模型 中的“学生”与“课程”便是实体。

属性：实体所具有的某一特性称为属性，通常一个实体可以由多个属性来描述。图52中“学

生”实体旁边的“学号”、“姓名”、“班级号”便是属性。

联系：实体内部的联系通常是指组成实体的各属性间的关系。图 学生-课程 ER模型 中“选课”便是联系。

（1）ER模型实体联系类型

一对一联系（1: 1）：对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系。例：一个班级只有一个班主任，一个班主任也只在一个班级中任职。

一对多联系（1: n）：对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n（n>0）个实体与之联系。反之，实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系。

例：一个班级中有许多学生，而每个学生只在一个班级中学习。

多对多联系（m: n）：对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n（n>0）个实体与之联系。反之，实体集B中的每一个实体，实体集A中有m（m>0）个实体与之联系。一门课程同时有许多学生选修，而一个学生也可以选修多门课程。如 学生-课程 ER模型 图，该ER模型便属于m: n型。

（2）ER模型的集成

在数据库的概念设计过程中，由于系统都存在一定的复杂度，一次性设计全局ER图将存在较大风险，所以一般会先设计各子系统的局部ER