##C语言《公共基础知识》数据库设计基础

数据库系统核心知识点梳理

一、 数据库系统基础

1.数据库管理系统 (DBMS)

定义：DBMS是一种在操作系统支持下运行的系统软件（非操作系统的一部分，也非编译系统）。

核心地位：数据库系统 (DBS) 的核心是 DBMS。

功能：DBMS负责科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。

根本目标：数据库技术的根本目标是解决数据的共享问题。

2.数据库系统 (DBS) 的组成

数据库系统由数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)、应用程序、数据库管理员(DBA) 和用户组成。

正确描述：数据库系统由数据库应用系统、数据库和数据库管理系统组成。

3.数据管理技术的发展阶段

人工管理阶段：无专门软件管理，数据不保存，不共享，冗余度极大。

文件系统阶段：由文件系统管理数据，数据可长期保存，但共享性差，冗余度大，独立性差。

数据库系统阶段：由DBMS统一管理数据，实现了数据的共享性高、冗余度小、独立性高，并对数据进行了统一管理和控制。

总结：数据共享性最好、冗余度最小、独立性最高的是数据库系统阶段。人工管理阶段没有专门的软件对数据进行管理。

4.数据库的基本特点

数据结构化：是数据库与文件系统的根本区别。

数据的共享性高，冗余度低，易扩充。

数据独立性高（包括物理独立性和逻辑独立性）。

数据由DBMS统一管理和控制（安全性、完整性、并发控制、故障恢复）。

5.数据独立性

定义：应用程序与数据之间相互独立，不受影响。

逻辑独立性：当数据库的逻辑结构（如模式）改变时，应用程序无需改变。

物理独立性：当数据库的物理存储结构改变时，应用程序无需改变。

数据库系统通过三级模式结构和两层映像功能保证了数据独立性。

二、 数据库体系结构：三级模式与两级映像

     三级模式：

         外模式 (External Schema) / 子模式 (Subschema)：

                                   是数据库用户（应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。

                                  一个数据库有多个外模式，每个用户对应一个。

         模式 (Schema) / 概念模式 (Conceptual Schema)：

                                是数据库中全体数据的全局逻辑结构和特征的描述。

                                一个数据库只有一个模式。

         内模式 (Internal Schema) / 存储模式 (Storage Schema)：

                                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（如索引、存储路径等）。

                                一个数据库只有一个内模式

两级映像与功能:

外模式/模式映像：保证了数据的逻辑独立性。当模式改变时，DBA修改此映像，使外模式保持不变，从而应用程序不用改变。

模式/内模式映像：保证了数据的物理独立性。当内模式（存储结构）改变时，DBA修改此映像，使模式保持不变。

索引 (Index) 属于内模式的范畴。

三、 数据模型

1.分类

概念模型：按用户的观点对数据和信息建模，主要用于数据库设计（如E-R模型）。

逻辑模型：按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。主要包括层次模型、网状模型、关系模型。

物理模型：描述数据在系统内部的表示方式和存取方法。

2.数据模型的组成要素

数据结构、数据操作、数据约束。

3.常用逻辑模型

层次模型：用树形结构表示实体及其联系。

网状模型：用图结构表示实体及其联系。

关系模型：用二维表（关系） 表示实体及其联系。它具有坚实的数学理论基础（关系代数），是当前最主流的数据模型。

四、 E-R 模型 (实体-联系模型)

1.E-R图成分

实体 (Entity)：用矩形表示。

属性 (Attribute)：用椭圆形表示。

联系 (Relationship)：用菱形表示。

2.实体间的联系类型

一对一 (1:1)：如一个公司只有一个法人代表。

一对多 (1:N)：如一个部门有多个雇员 (1:m 或 1:N)。

多对多 (M:N)：如一个学生可以选修多门课程，一门课程可以被多个学生选修 (m:n 或 M:N)。

判断技巧：分析“一个A对应几个B，一个B对应几个A”。

3.E-R图向关系模型的转换

  实体 -> 转换为一个关系（表）。

  属性 -> 转换为关系的属性（列）。

  联系：

  1:1 和 1:N 联系：其属性可以合并到任意一端或N端的实体对应的关系中。

  M:N 联系：必须转换为一个独立的关系，该关系的属性包括两端实体的主键（作为外键）和联系本身的属性。

五、 关系数据库

1.基本术语

关系 (Relation)：对应一张二维表。

元组 (Tuple)：表中的一行，也称为记录。

属性 (Attribute)：表中的一列，也称为字段。

候选码 (Candidate Key)：能唯一标识一个元组的最小属性组。一个表可能有多个候选码。

主键 (Primary Key)：从候选码中选出的一个，作为元组的唯一标识。

外键 (Foreign Key)：一个关系中的属性（组）是另一个关系的主键，则称其为外键。

2.关系操作

基本操作：选择 (Selection)、投影 (Projection)、并 (Union)、差 (Set difference)、笛卡尔积 (Cartesian product)。

专门操作：连接 (Join)、除 (Division) 等。

常用操作辨析：

选择 (σ)：从行的角度运算，根据条件筛选出若干条记录。σ_{职务='教授'}(教师表)

投影 (π)：从列的角度运算，筛选出若干个属性列。π_{姓名, 年龄}(学生表)

自然连接 (⋈)：两个关系中进行公共属性上值相等的连接，并去掉重复列。

3.关系的完整性约束

实体完整性：主键的属性值不能为空 (NULL)。

参照完整性：外键的值必须等于另一个关系中某个元组的主键值，或者为空。

用户定义的完整性：针对某一具体应用的约束条件（如年龄必须在0-150之间）。

六、 数据库设计

1.设计阶段

需求分析阶段：产出数据流图 (DFD) 和 数据字典 (DD)。

概念结构设计阶段：产出E-R图（描述数据及其联系，不依赖计算机）。

逻辑结构设计阶段：将E-R图转换为关系模型。

物理设计阶段：设计数据的存储结构和存取方法（如索引设计）。

2.数据库管理员 (DBA) 职责

数据库的设计、维护、改善性能、提高效率等。

不属于DBA职责：数据类型转换（这通常是应用程序开发者的工作）。

七、 SQL 语言 (通过题目间接考察)

数据定义语言 (DDL)：负责模式定义（创建、修改、删除表、视图、索引等），如 CREATE, ALTER, DROP。

数据操纵语言 (DML)：负责数据的查询、增加、删除、修改，如 SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE。

数据控制语言 (DCL)：负责授权和权限回收，如 GRANT, REVOKE。

高频考点与易错点总结

1.核心概念：DBMS是系统软件，DBS的核心是DBMS，根本目标是数据共享。

2.发展阶段：牢记三个阶段的特征，特别是数据库系统阶段的优点。

3.三级模式：模式（全局逻辑）、外模式（用户视图）、内模式（物理存储）。数量关系：模式内模式均唯一，外模式多个。

4.数据独立性：逻辑独立性（模式变，程序不变）靠外模式/模式映像；物理独立性（存储变，程序不变）靠模式/内模式映像。

5.E-R图：

图形：矩形（实体）、菱形（联系）、椭圆（属性）。

联系转换：M:N联系必须转成单独的关系表。

6.关系运算：

选择是筛行（元组）。

投影是选列（属性）。

能从结果集看出属性列减少的是投影，元组减少的是选择或交。

7.键（码）：能唯一标识元组的最小属性集是候选码。联合主键很常见（如选课表(学号, 课程号)）。

8.完整性约束：

主键为空 -> 违反实体完整性。

外键找不到对应主键 -> 违反参照完整性。

9.数据库设计阶段：

画E-R图是概念设计。

转关系模式是逻辑设计。

设计索引是物理设计。

产生数据字典是在需求分析阶段。