数据库系统原理及应用.ppt

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1、SQL SERVER 2005数据库与技术数据库系统原理及应用 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望SQL SERVER 2005数据库与技术数据库设计的三个主要步骤数据库设计的三个主要步骤概念设计概念设计 逻辑设计逻辑设计 物理设计物理设计现现实实世世界界层次层次网状网状关系关系概念模型概念模型数据模型数据模型物理物理模型模型文件、文件、索引等索引等关系数据库关系数据库规范化理论规范化理论是关系数据库逻辑设计的理论基础是关系数据库逻辑设计的理论基础解决

2、的中心问题：如何构造一个好的数据模式解决的中心问题：如何构造一个好的数据模式SQL SERVER 2005数据库与技术前导问题：前导问题：1 1、为什么进行关系规范化？、为什么进行关系规范化？2 2、什么是关系规范化？什么是关系规范化？核心问题：核心问题：怎样进行关系规范化？怎样进行关系规范化？关系规范化关系规范化 SQL SERVER 2005数据库与技术问题一：问题一：1 1、为什么进行关系规范化？、为什么进行关系规范化？SQL SERVER 2005数据库与技术例如，要求设计教学管理数据库，其关系模式例如，要求设计教学管理数据库，其关系模式SCD如下：如下：nSCD(SNO,SN,AGE

3、,DEPT,MN,CNO,SCORE)其其中中，SNO表表示示学学生生学学号号，SN表表示示学学生生姓姓名名，AGE表表示示学学生生年年龄龄，DEPT表表示示学学生生所所在在的的系系别别，MN表表示示系系主任姓名，主任姓名，CNO表示课程号，表示课程号，SCORE表示成绩。表示成绩。在在此此关关系系模模式式中中填填入入一一部部分分具具体体的的数数据据，则则可可得得到到SCD关系模式的实例，即一个教学管理数据库。关系模式的实例，即一个教学管理数据库。实例：教学管理数据库实例：教学管理数据库SQL SERVER 2005数据库与技术SNOSNAGEDEPTMNCNOSCORES1赵亦赵亦17计算机

4、计算机刘伟刘伟C190S1赵亦赵亦17计算机计算机刘伟刘伟C285S2钱尔钱尔18信息信息王平王平C557S2钱尔钱尔18信息信息王平王平C680S2钱尔钱尔18信息信息王平王平C770S2钱尔钱尔18信息信息王平王平C570S3孙珊孙珊20信息信息王平王平C10S3孙珊孙珊20信息信息王平王平C270S3孙珊孙珊20信息信息王平王平C485S4李思李思男男自动化自动化刘伟刘伟C193一个教学管理数据库实例一个教学管理数据库实例SQL SERVER 2005数据库与技术1.数据冗余数据冗余浪费大量的存储空间浪费大量的存储空间每每个个系系名名和和系系主主任任的的名名字字存存储储的的次次数数等等于

5、于该该系系的的学学生生人人数数乘乘以以每每个个学学生生选选修修的的课课程程门门数数，同同时时学学生生的的姓姓名名、年年龄龄也也都都要要重重复复存存储储多多次次，数据的冗余度很大，浪费了存储空间。数据的冗余度很大，浪费了存储空间。存在问题存在问题SQL SERVER 2005数据库与技术2.插入异常插入异常该有的数据无法插入该有的数据无法插入如如果果某某个个新新系系没没有有招招生生，尚尚无无学学生生时时，则则系系名名和和系系主主任任的的信信息息无无法法插插入入到到数数据据库库中中。因因为为在在这这个个关关系系模模式式中中，(SNO,CNO)是是主主码码。根根据据关关系系的的实实体体完完整整性性约

6、约束束，主主码码的的值值不不能能为为空空，而而这这时时没没有有学学生生，SNO和和CNO均均无无值值，因因此此不能进行插入操作。不能进行插入操作。存在问题存在问题SQL SERVER 2005数据库与技术3.删除异常删除异常不应该删除的数据被删除了不应该删除的数据被删除了某某系系学学生生全全部部毕毕业业而而没没有有招招生生时时，删删除除全全部部学学生生的的记记录录则则系系名名、系系主主任任也也随随之之删删除除，而而这这个个系系依依然然存存在在，在在数数据据库库中中却却无无法法找找到到该该系系的的信息。信息。存在问题（续）存在问题（续）SQL SERVER 2005数据库与技术4.更更新新异异常

7、常更更新新数数据据时时，维维护护完完整整性性的的代代价太大价太大如如某某系系更更换换系系主主任任，则则属属于于该该系系的的学学生生记记录录都都要要修修改改MN的的内内容容，稍稍有有不不慎慎，就就有有可可能能漏漏改改某某些些记记录录，这这就就会会造造成成数数据据的的不不一一致致性性，破破坏坏了数据的完整性。了数据的完整性。存在问题（续）存在问题（续）SQL SERVER 2005数据库与技术由由于于存存在在以以上上问问题题，我我们们说说，SCD是是一一个个不不好好的的关关系系模模式式。产产生生上上述述问问题题的的原原因因，直直观观地地说说，是是因因为为关系中关系中“包罗万象包罗万象”，内容太杂了

8、。，内容太杂了。那么，怎样才能得到一个好的关系模式呢？那么，怎样才能得到一个好的关系模式呢？作业作业1：将关系模式：将关系模式SCD规范成好的关系模式。规范成好的关系模式。存在问题（续）存在问题（续）SQL SERVER 2005数据库与技术问题问题二二：1 1、什么是关系规范化？什么是关系规范化？SQL SERVER 2005数据库与技术规范化问题的提出规范化问题的提出关系数据库的关系数据库的规范化理论规范化理论主要包括三个方面的内容：主要包括三个方面的内容：n范式（范式（NormalForm）n函数依赖函数依赖n模式分解模式分解其其中中，函函数数依依赖赖起起着着核核心心的的作作用用，是是模

9、模式式分分解解和和模模式式设设计的基础，计的基础，范式范式是模式分解的标准。是模式分解的标准。SQL SERVER 2005数据库与技术范式（范式（Normal formNormal form）范范式式：建建立立关关系系时时需需要要满满足足的的约约束束条条件件划划分分成成若若干干标标准准，这这些些标标准准称称为为范范式式，简简写写为为NFNF。范范式式的的级级别别越越高高，发发生生操操作作异异常常的的可可能能性性越越小小，数数据据冗冗余余越越小小，但但由由于于关关联联多多，读读取取数数据据时时花花费费时时间间也也会会相相应应增加。增加。SQL SERVER 2005数据库与技术范式范式 规范化

10、的规范化的基本思想基本思想是消除关系模式中的数据冗余，消除数是消除关系模式中的数据冗余，消除数据依赖中的不合适的部分，解决数据插入、删除时发生异据依赖中的不合适的部分，解决数据插入、删除时发生异常现象。常现象。这就要求关系数据库设计出来的关系模式要满足一定的条这就要求关系数据库设计出来的关系模式要满足一定的条件。件。我们把关系数据库的规范化过程中为不同程度的规范化要我们把关系数据库的规范化过程中为不同程度的规范化要求设立的不同标准称为求设立的不同标准称为范式（范式（NormalForm）。由于规范化的程度不同，就产生了不同的范式。由于规范化的程度不同，就产生了不同的范式。满足最基本规范化要求的

11、关系模式叫第一范式，满足最基本规范化要求的关系模式叫第一范式，在第一范式中进一步满足一些要求为第二范式，在第一范式中进一步满足一些要求为第二范式，以此类推就产生了第三范式等概念。以此类推就产生了第三范式等概念。每种范式都规定了一些限制约束条件。每种范式都规定了一些限制约束条件。SQL SERVER 2005数据库与技术各种范式之间的关系各种范式之间的关系SQL SERVER 2005数据库与技术函数依赖函数依赖函数依赖（函数依赖（FunctionalDependency）是关系模式中属性之间的一种逻辑依赖关系。是关系模式中属性之间的一种逻辑依赖关系。例如在关系模式例如在关系模式SCD中，中，S

12、NO与与SN、AGE、DEPT之间都有一种依赖关系。之间都有一种依赖关系。SQL SERVER 2005数据库与技术SNOSNAGEDEPTMNCNOSCORES1赵亦赵亦17计算机计算机刘伟刘伟C190S1赵亦赵亦17计算机计算机刘伟刘伟C285S2钱尔钱尔18信息信息王平王平C557S2钱尔钱尔18信息信息王平王平C680S2钱尔钱尔18信息信息王平王平C770S2钱尔钱尔18信息信息王平王平C570S3孙珊孙珊20信息信息王平王平C10S3孙珊孙珊20信息信息王平王平C270S3孙珊孙珊20信息信息王平王平C485S4李思李思男男自动化自动化刘伟刘伟C193一个教学管理数据库实例一个教学

13、管理数据库实例SQL SERVER 2005数据库与技术核心问题：核心问题：1 1、怎样进行关系规范化？怎样进行关系规范化？SQL SERVER 2005数据库与技术范式化的基本步骤范式化的基本步骤1NF关系关系 消除非主属性对码的部分函数依赖消除非主属性对码的部分函数依赖2NF关系关系 消除非主属性对码的传递函数依赖消除非主属性对码的传递函数依赖3NF关系关系 消除主属性对非主属性的函数依赖消除主属性对非主属性的函数依赖和对码的部分、传递函数依赖和对码的部分、传递函数依赖BCNF关系关系 消除消除非平凡且非函数依赖的多值依赖非平凡且非函数依赖的多值依赖4NF关系关系 消除非候选码所蕴涵的连接

14、依赖消除非候选码所蕴涵的连接依赖5NF关系关系并非规范并非规范化程度越高化程度越高的关系模式的关系模式就越好就越好SQL SERVER 2005数据库与技术学生、课程及学生与课程联系学生、课程及学生与课程联系 的实体联系图（的实体联系图（E-RE-R图图）学学 生生 课课 程程学生学生-课程课程学号学号姓名姓名班级班级选课密码选课密码选课人数选课人数课程编号课程编号上课时间上课时间课程名称课程名称课程类别课程类别系部名称系部名称系部编号系部编号教师教师学分学分限选人数限选人数学学 号号姓名姓名课程名称课程名称志愿号志愿号选课状态选课状态成绩成绩SQL SERVER 2005数据库与技术SQL

15、SERVER 2005数据库与技术 范式范式 一个关系的每一个属性都是不可再分一个关系的每一个属性都是不可再分的基本数据项，则该关系是的基本数据项，则该关系是范式。范式。SQL SERVER 2005数据库与技术课程课程编号编号课程课程名称名称课程课程类别类别学分学分教师教师系部系部编号编号系部名称系部名称上课上课时间时间限选限选人数人数001001SQLSQL信息信息技术技术3 3徐仁丰徐仁丰0101计算机计算机周二周二2020002002JAVAJAVA信息信息技术技术2 2程伟斌程伟斌0101计算机计算机周二周二4040011011建筑建筑人文人文2 2林泉林泉0202建筑建筑周二周二2

16、020012012智能智能建筑建筑工程工程技术技术2 2王娜王娜0202建筑建筑周二周二2020 表表1 课程表课程表SQL SERVER 2005数据库与技术学号学号姓名姓名班级班级选课密码选课密码0000000100000001林斌林斌0000电子商务电子商务1234461234460000000200000002 彭少帆彭少帆0000电子商务电子商务56565345656534000000011000000011朱川朱川0000多媒体多媒体56461315646131表表2 学生表学生表表表3 学生选课表学生选课表学号学号姓名姓名课程名称课程名称选课状态选课状态志愿号志愿号成绩成绩000

17、0000100000001林斌林斌SQLSQL报名报名1 185850000000200000002 彭少帆彭少帆ASPASP报名报名3 3 90 90 SQL SERVER 2005数据库与技术 表表1 1、表、表2 2和表和表3 3满足满足范式的条件，所以它们是范式的条件，所以它们是范式。范式。范式是关系模型必须达到的最低要求，不满足该条范式是关系模型必须达到的最低要求，不满足该条件的关系模型称为非规范化关系，即非件的关系模型称为非规范化关系，即非I I范式。范式。SQL SERVER 2005数据库与技术范式范式 范式首先是范式首先是范式，关系中的每一范式，关系中的每一个非主属性完全个非

18、主属性完全函数依赖函数依赖于主关键字，则于主关键字，则该关系是该关系是范式。范式。SQL SERVER 2005数据库与技术课程课程编号编号课程课程名称名称课程课程类别类别学分学分教师教师系部系部编号编号系部系部名称名称上课上课时间时间限选限选人数人数001001SQLSQL信息信息技术技术3 3徐仁徐仁丰丰0101计算计算机机周二周二2020002002JAVAJAVA信息信息技术技术2 2程伟程伟斌斌0101计算计算机机周二周二4040011011建筑建筑人文人文2 2林泉林泉0202建筑建筑周二周二2020012012智能智能建筑建筑工程工程技术技术2 2王娜王娜0202建筑建筑周二周二

19、2020 表表1 课程表课程表注：表中黄色背景显示的是主关键字注：表中黄色背景显示的是主关键字SQL SERVER 2005数据库与技术学号学号姓名姓名班级班级选课密码选课密码0000000100000001林斌林斌0000电子商务电子商务1234461234460000000200000002 彭少帆彭少帆0000电子商务电子商务56565345656534000000011000000011朱川朱川0000多媒体多媒体56461315646131表表2 学生表学生表SQL SERVER 2005数据库与技术表表3 学生选课表学生选课表学号学号姓名姓名课程名称课程名称选课状选课状态态志愿号志

20、愿号成绩成绩0000000100000001林斌林斌SQLSQL报名报名1 185850000000200000002 彭少帆彭少帆ASPASP报名报名3 3 90 90 SQL SERVER 2005数据库与技术将非将非范式规范为范式规范为范式的方法是：范式的方法是：将部分函数依赖关系中的主属性将部分函数依赖关系中的主属性(决定方决定方)和非和非主属性从关系中提取出来，单独构成一个关系模式，主属性从关系中提取出来，单独构成一个关系模式，将关系模式中余下的属性，加上主关键字，构成另将关系模式中余下的属性，加上主关键字，构成另一个关系一个关系。SQL SERVER 2005数据库与技术表表4 学

21、生选课表学生选课表学号学号课程名称课程名称选课状态选课状态志愿号志愿号成绩成绩0000000100000001SQLSQL报名报名1 185850000000200000002ASPASP报名报名3 3 90 90 学号学号姓名姓名课程名称课程名称选课状选课状态态志愿号志愿号成绩成绩0000000100000001林斌林斌SQLSQL报名报名1 185850000000200000002 彭少帆彭少帆ASPASP报名报名3 3 90 90 表表3 学生选课表学生选课表SQL SERVER 2005数据库与技术2NF的缺点的缺点2NF2NF的的关关系系模模式式解解决决了了1NF1NF中中存存在在

22、的的一一些些问问题题，2NF2NF规规范范化化的的程程度度比比1NF1NF前前进进了了一一步步，但但2NF2NF的的关关系系模模式式在在进进行数据操作时，仍然存在着一些问题：行数据操作时，仍然存在着一些问题：n1 1数据冗余。数据冗余。n2 2插入异常。插入异常。n3 3删除异常。删除异常。n4 4更新异常。更新异常。SQL SERVER 2005数据库与技术表表1课程表课程表表表2学生表学生表表表4选课表选课表SQL SERVER 2005数据库与技术范式范式 范式首先是范式首先是范式，且关系中的任何一个非主属性范式，且关系中的任何一个非主属性都不都不函数传递依赖函数传递依赖于任何主关键字，

23、则关系是于任何主关键字，则关系是范式。范式。首先需要找出关系中的所有主关键字，然后确定任何首先需要找出关系中的所有主关键字，然后确定任何一个非主属性和任何主关键字之间是否存在函数传递依一个非主属性和任何主关键字之间是否存在函数传递依赖关系，如果有则删除函数传递依赖关系。赖关系，如果有则删除函数传递依赖关系。SQL SERVER 2005数据库与技术课程课程编号编号课程课程名称名称课程课程类别类别学分学分教师教师系部系部编号编号系部系部名称名称上课上课时间时间限选限选人数人数001001SQLSQL信息信息技术技术3 3徐仁丰徐仁丰0101计算计算机机周二周二2020002002JAVAJAVA

24、信息信息技术技术2 2程伟斌程伟斌0101计算计算机机周二周二4040011011建筑建筑人文人文2 2林泉林泉0202建筑建筑周二周二2020012012智能智能建筑建筑工程工程技术技术2 2王娜王娜0202建筑建筑周二周二2020 表表1 课程表课程表SQL SERVER 2005数据库与技术课程课程编号编号课程课程名称名称课程课程类别类别学分学分教师教师系部系部编号编号上课上课时间时间限选人限选人数数001001SQLSQL信息信息技术技术3 3徐仁丰徐仁丰0101周二周二2020002002JAVAJAVA信息信息技术技术2 2程伟斌程伟斌0101周二周二4040011011建筑建筑人

25、文人文2 2林泉林泉0202周二周二2020系部编号系部编号系部名称系部名称0101计算机计算机0202建筑建筑0303旅游旅游 表表5 课程表课程表 表表6 系部表系部表SQL SERVER 2005数据库与技术表表1课程表课程表表表2学生表学生表表表4选课表选课表SQL SERVER 2005数据库与技术属于属于3NF的关系模式一定是好模式？的关系模式一定是好模式？SQL SERVER 2005数据库与技术学号学号姓名姓名班级班级选课密码选课密码0000000100000001林斌林斌0000电子商务电子商务1234461234460000000200000002 彭少帆彭少帆0000电子

26、商务电子商务565653456565340000001100000011朱川朱川0000多媒体多媒体56461315646131表表2 学生表学生表表表7 班级表班级表班级编号班级编号班级名称班级名称系部编号系部编号2000000012000000010000电子商务电子商务01012000000022000000020000多媒体多媒体0101学号学号姓名姓名班级编号班级编号选课密码选课密码0000000100000001林斌林斌20000001200000011234461234460000000200000002 彭少帆彭少帆2000000120000001565653456565340

27、000001100000011朱川朱川200000022000000256461315646131表表8 学生表学生表SQL SERVER 2005数据库与技术表表4 学生选课表学生选课表学号学号课程名称课程名称选课状态选课状态志愿号志愿号成绩成绩0000000100000001SQLSQL报名报名1 10000000200000002ASPASP报名报名3 3学号学号课程编号课程编号选课状态选课状态志愿号志愿号成绩成绩0000000100000001001001报名报名1 10000000200000002008008报名报名3 3表表9 学生选课表学生选课表SQL SERVER 2005数

28、据库与技术 表表1 课程表课程表表表5课程表课程表表表6系部表系部表SQL SERVER 2005数据库与技术表表2学生表学生表表表7班级表班级表表表8选课表选课表表表2学生表学生表SQL SERVER 2005数据库与技术表表3选课表选课表表表4选课表选课表表表9选课表选课表SQL SERVER 2005数据库与技术关系模式的规范化关系模式的规范化小结小结 规范化规范化一个低一级范式的关系模式，通过模式分解转一个低一级范式的关系模式，通过模式分解转换为若干个高一级范式的关系模式集合的过程。换为若干个高一级范式的关系模式集合的过程。规范化目的规范化目的消除关系上的数据冗余、操作异常的现象。消除

29、关系上的数据冗余、操作异常的现象。规范化基本思想规范化基本思想 逐步消除数据依赖中不合适的部分，使模式中的各逐步消除数据依赖中不合适的部分，使模式中的各关系模式达到某种程度的分解。关系模式达到某种程度的分解。规范化实质规范化实质概念的单一化概念的单一化SQL SERVER 2005数据库与技术数据完整性数据完整性 数据的完整性就是数据的正确性和一致性，它反映了现实数据的完整性就是数据的正确性和一致性，它反映了现实世界中实体的本来面貌。世界中实体的本来面貌。数据的完整性分为数据的完整性分为列的完整性列的完整性、表的完整性表的完整性和和参照完整性。参照完整性。SQL SERVER 2005数据库与

30、技术1.列完整性 列的完整性也称域完整性或用户定义完整性。列的完整性也称域完整性或用户定义完整性。列完整性是指表中任意列的数据类型必须符合用户的定义，列完整性是指表中任意列的数据类型必须符合用户的定义，或者数据必须在规定的有效范围之内。或者数据必须在规定的有效范围之内。表表6 系部表系部表系部编号系部编号系部名称系部名称0101计算机计算机0202建筑建筑0303旅游旅游SQL SERVER 2005数据库与技术2.表完整性 表完整性也可称实体完整性。表完整性也可称实体完整性。所谓实体完整性，是指表中必须有一个主关键字，且主所谓实体完整性，是指表中必须有一个主关键字，且主键值不能为空。键值不能

31、为空。表表6 系部表系部表系部编号系部编号系部名称系部名称0101计算机计算机0202建筑建筑0303旅游旅游SQL SERVER 2005数据库与技术3.参照完整性 参照完整性也称为引用完整性，它指对外键值参照完整性也称为引用完整性，它指对外键值进行插入或修改时一定要参照主键的值是否存在。进行插入或修改时一定要参照主键的值是否存在。对主键进行修改或删除时，也必须要参照外键的值对主键进行修改或删除时，也必须要参照外键的值是否存在。是否存在。SQL SERVER 2005数据库与技术4.保证参照完整性规则 （1 1）对外键所在的表执行插入操作时，要保证外键的值一定）对外键所在的表执行插入操作时，

32、要保证外键的值一定要在主表中存在。要在主表中存在。班级编号班级编号班级名称班级名称系部编号系部编号2000000012000000010000电子商务电子商务01012000000022000000020000多媒体多媒体0101表表7 班级表班级表学号学号姓名姓名班级编号班级编号选课密码选课密码0000000100000001林斌林斌20000001200000011234461234460000000200000002 彭少帆彭少帆2000000120000001565653456565340000001100000011朱川朱川200000022000000256461315646131

33、表表8 学生表学生表SQL SERVER 2005数据库与技术 （2 2）修改从表的外关键字时，要保证修改后的外键值在主）修改从表的外关键字时，要保证修改后的外键值在主表中已存在，就是说要参照主表的主关键字的值。表中已存在，就是说要参照主表的主关键字的值。班级编号班级编号班级名称班级名称系部编号系部编号2000000012000000010000电子商务电子商务01012000000022000000020000多媒体多媒体0101表表7 班级表班级表表表8 学生表学生表学号学号姓名姓名班级编号班级编号选课密码选课密码0000000100000001林斌林斌200000012000000112

34、34461234460000000200000002 彭少帆彭少帆2000000120000001565653456565340000001100000011朱川朱川200000022000000256461315646131SQL SERVER 2005数据库与技术（3 3）修改主表的主关键字时，一地你更要注意从表中是否存在该主关键字，如）修改主表的主关键字时，一地你更要注意从表中是否存在该主关键字，如果有，则禁止所做的修改或级联修改所有从表中与之相应的外关键字的值。果有，则禁止所做的修改或级联修改所有从表中与之相应的外关键字的值。系部编号系部编号系部名称系部名称0101计算机计算机0202

35、建筑建筑0303旅游旅游 表表6 系部表系部表课程课程编号编号课程名称课程名称课程类别课程类别学分学分教师教师系部编系部编号号上课上课时间时间限选人数限选人数001001SQLSQL信息技术信息技术3 3徐仁丰徐仁丰0101周二周二2020002002JAVAJAVA信息技术信息技术2 2程伟斌程伟斌0101周二周二4040011011建筑建筑人文人文2 2林泉林泉0202周二周二2020 表表5 课程表课程表SQL SERVER 2005数据库与技术（4 4）删除主表的数据行时，一定要注意要删除的那些行的主关键字是否在从表）删除主表的数据行时，一定要注意要删除的那些行的主关键字是否在从表中存

36、在，如果存在，则禁止删除或级联删除所有从表中与之相应的外关键字中存在，如果存在，则禁止删除或级联删除所有从表中与之相应的外关键字所在的那些行。所在的那些行。系部编号系部编号系部名称系部名称0101计算机计算机0202建筑建筑0303旅游旅游 表表6 系部表系部表课程编课程编号号课程名称课程名称课程类别课程类别学分学分教师教师系部编系部编号号上课时上课时间间限选人数限选人数001001SQLSQL信息技术信息技术3 3徐仁丰徐仁丰0101周二周二2020002002JAVAJAVA信息技术信息技术2 2程伟斌程伟斌0101周二周二4040011011建筑建筑人文人文2 2林泉林泉0202周二周二2020 表表5 课程表课程表