1.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)

如果需要快速、安全地處理大量數(shù)據(jù)，就必須使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。任何基于數(shù)據(jù)庫編程的程序，其業(yè)務(wù)邏輯實質(zhì)上都是對數(shù)據(jù)的處理操作。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也是一種軟件，主要負(fù)責(zé)存儲和管理網(wǎng)站所需的內(nèi)容數(shù)據(jù)，例如文字、圖片等。

1.1.1 數(shù)據(jù)庫的基本概念

1）數(shù)據(jù)庫（DB）：存放數(shù)據(jù)的倉庫。相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。

2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）：管理數(shù)據(jù)庫的計算機軟件。具體完成以下功能。

● 定義數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)。

● 存儲和維護(hù)數(shù)據(jù)（增加/刪除/修改/查詢）。

● 維護(hù)數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性、可靠性。

3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)+數(shù)據(jù)庫+應(yīng)用程序+用戶（DBA、應(yīng)用程序員、終端用戶），如圖1-1所示。

1.1.2 數(shù)據(jù)管理的發(fā)展歷史

1．人工管理階段

20世紀(jì)50年代中期以前，計算機主要用于科學(xué)計算，無磁盤、無數(shù)據(jù)管理。

此階段的特點是：數(shù)據(jù)不長期保存；系統(tǒng)中沒有對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的軟件，由應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是面向程序的，數(shù)據(jù)不具有獨立性；數(shù)據(jù)不能共享。

2．文件管理階段

20世紀(jì)50年代后期到60年代中期，計算機主要用于數(shù)據(jù)處理初期，產(chǎn)生外存——磁盤，操作系統(tǒng)對數(shù)據(jù)以文件形式管理。

此階段的特點是：程序與數(shù)據(jù)有了一定的獨立性，程序和數(shù)據(jù)分開存儲，有了程序文件和數(shù)據(jù)文件的區(qū)別；數(shù)據(jù)文件可以長期保存；但數(shù)據(jù)冗余度大，缺乏數(shù)據(jù)獨立性。

3．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段

20世紀(jì)60年代后期以來，計算機主要用于大量數(shù)據(jù)處理。

此階段的特點是：數(shù)據(jù)庫技術(shù)能有效地管理和存取大量的數(shù)據(jù)，避免了以上兩階段的缺點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，減少數(shù)據(jù)冗余；采用特定的數(shù)據(jù)模型；具有較高的數(shù)據(jù)獨立性；有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和控制功能。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)又經(jīng)歷了三個階段：層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。關(guān)系數(shù)據(jù)庫基于數(shù)學(xué)上嚴(yán)格的關(guān)系理論，使用簡單，是目前最成熟的數(shù)據(jù)庫。

常見的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有下面幾種。

● 桌面型關(guān)系數(shù)據(jù)庫：FoxBase、Visual FoxPro、Access等。

● 大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫：Oracle、SQL Server、MySQL、DB2、Sybase ASE等。

1.1.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的介紹

關(guān)系數(shù)據(jù)庫是一些相關(guān)的表和其他數(shù)據(jù)庫對象的集合。其包含以下三層含義。

1）關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，保存數(shù)據(jù)的二維表格稱為表（TABLE）。一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫包含多個數(shù)據(jù)表，每個表又包含行（記錄、元組）、列（字段、屬性），如圖1-2所示。

2）表與表之間相互關(guān)聯(lián)。表與表通過公共字段建立關(guān)聯(lián)，公共字段稱為“鍵”。“鍵”分為主鍵和外鍵。

● 主鍵：唯一確定表中記錄的列或者列組合。主鍵值必須唯一且不為空。例如，教師表的“教師編號”、部門表的“部門編號”。

● 外鍵：表中的列是另外一個表的主鍵，此列就是外鍵。例如，部門表的“部門編號”是主鍵，教師表的“部門編號”是外鍵，如圖1-3所示。

表與表之間的關(guān)系分為以下三種類型。

● 一對一關(guān)系（1:1）：A表中的一條記錄在B表中僅有一條記錄與之對應(yīng)；反之，B表中的一條記錄在A表中也僅有一條記錄與之對應(yīng)。例如，教師表與某月教師工資表之間具有一對一關(guān)系。

● 一對多關(guān)系（1:n）：A表中的一條記錄在B表中有多條記錄與之對應(yīng)；反之，B表中的一條記錄在A表中僅有一條記錄與之對應(yīng)。例如，部門表A與教師表B之間具有一對多關(guān)系。

● 多對多關(guān)系（m:n）：A表中的一條記錄在B表中有多條記錄與之對應(yīng)；反之，B表中的一條記錄在A表中也有多條記錄與之對應(yīng)。例如，學(xué)生表與課程表之間具有多對多關(guān)系。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計中通過增加一個表將一個多對多的關(guān)系轉(zhuǎn)化為兩個一對多的關(guān)系，例如學(xué)生表、課程表、成績表，如圖1-4所示。

3）關(guān)系數(shù)據(jù)庫除了包含表，還包含其他數(shù)據(jù)庫對象（索引、視圖、存儲過程、觸發(fā)器、用戶等）。

1.1.4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

1．設(shè)計步驟

1）需求分析：調(diào)研需求分析（信息需求、處理需求、安全性需求、完整性需求），確定需要處理的數(shù)據(jù)對象。

2）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計：在需求分析基礎(chǔ)上，獲得實體關(guān)系模型，繪制E-R圖。

3）數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計：依據(jù)E-R圖，設(shè)計表格（確定表的列）。

4）數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計：使用數(shù)據(jù)庫命令具體實現(xiàn)邏輯設(shè)計確定好的表格和其他數(shù)據(jù)庫對象。

5）數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化：改進(jìn)讀寫性能。

2．實體-關(guān)系模型（E-R圖）

1）實體：用矩形表示。矩形內(nèi)部填寫實體名。

2）屬性：用橢圓形表示。內(nèi)部填寫屬性名，并用無向邊與實體連接。

3）關(guān)系：用菱形表示。內(nèi)部填寫關(guān)系名，并用無向邊與實體連接，無向邊上標(biāo)注關(guān)系的類型（1:1、1:n、m:n）。

學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫E-R圖如圖1-5所示。

3．設(shè)計原則

1）一個表描述一種實體或者實體間的關(guān)系。

2）避免表之間出現(xiàn)重復(fù)字段。

3）字段應(yīng)該是原始數(shù)據(jù)或者基本數(shù)據(jù)元素。

4）表中應(yīng)該有主鍵來唯一標(biāo)識表中的記錄。

5）用外鍵保證表之間的關(guān)系。