CIMS基本知识与支撑技术-网络数据库

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1、专 题 一 ：CIMS基 本 知 识 与 支 撑 技 术 (下 )现 代 集 成 制 造 系 统 现 代 集 成 制 造 系 统 22021-5-22 上 次 课 小 结1. 制 造 业 发 展 简 史2. CIMS的 产 生 和 发 展3. CIMS的 组 成4. CIMS的 特 征 和 内 涵5. CIMS在 我 国 的 发 展 你 了 解 哪 些 网 络 技 术 ？基 于 网 络 的 企 业 应 用 架 构 有 哪 几 种 ？据 你 所 知 ， 哪 些 系 统 用 到 了 数 据 库 技术 ？数 据 库 在 CIMS中 主 要 用 来 做 什 么 ？请 思 考 ： 42021-5-22

2、第 一 部 分 ： 网 络 技 术 简 介n 计 算 机 网 络 概 述n 计 算 机 网 络 的 分 类n 计 算 机 网 络 的 参 考 模 型n Internet 52021-5-22 1957 Arpa is created by the DoD (Department of Defense), a project to create an indestructible communications system 1990 Arpanet becomes the Internet 1991 World Wide Web is born (Tim Berners-Lee) 1996 10

3、 million hosts - the Internet covers the globe 1999 Internet 2 backbone deploys IPv6 2001 The number of Internet hosts exceeds 110 million exponential growth1.2.1 计 算 机 网 络 概 述 62021-5-22 n 从 体 系 结 构 来 观 察 ， 其 发 展 可 分 为 三 个 阶 段 （ 三 代 网 络 ）1. 以 主 机 为 中 心 的 联 机 终 端 系 统2. 以 通 信 子 网 为 中 心 的 主 机 互 连3. 具

4、有 层 次 化 体 系 结 构 的 标 准 化 网 络1.2.1 计 算 机 网 络 概 述 72021-5-22 1） 早 期 的 “ 单 机 工 作 模 式 ” 82021-5-22IBM AS/400 中 心 主 机 多 重线 路控 制器 电 话 网PSTN Modem 终 端Modem 终 端Modem ModemModemModem 终 端2） 具 有 通 信 功 能 的 单 机 系 统 92021-5-22 3） 具 有 统 一 体 系 结 构 、 国 际 化 标 准 协 议 的 计 算 机 网 络 102021-5-22 两 层 网 络 的 概 念 结 构 C CCH HH资 源

5、 子 网通 信 子 网 在 通 信 子 网 上 可 有多 个 资 源 子 网 ， 共享 通 信 子 网 的 服 务HH 112021-5-22 1.2.2 计 算 机 网 络 的 分 类n 按 地 域 范 围 分 类 局 域 网 (Local Area Network ， LAN)n 范 围 ： 小 ， 20KMn 传 输 技 术 ： 基 带 ， 10-1000Mbps， 延 迟 低 ， 出 错 率 低 （ 10-11）n 拓 扑 结 构 ： 总 线 ， 环 城 域 网 (Metropolitan Area Network ， MAN) n 范 围 ： 中 等 ， 100KMn 传 输 技 术

6、 ： 宽 带 /基 带n 拓 扑 结 构 ： 总 线 广 域 网 (Wide Area Network ， WAN)n 范 围 ： 大 ， 100KMn 传 输 技 术 ： 宽 带 ， 延 迟 大 ， 出 错 率 高n 拓 扑 结 构 ： 不 规 则 ， 点 到 点 122021-5-22 n 按 拓 扑 结 构 分 类 总 线 型 结 构 星 型 结 构 环 型 结 构 树 型 结 构 网 型 结 构 复 合 型 结 构1.2.2 计 算 机 网 络 的 分 类 132021-5-22 优 点 ： 结 构 简 单 ， 安 装 方 便 。缺 点 ： 传 输 信 息 容 易 发 生 冲 突 。

7、线 状 连 接 ， 共 用一 条 共 用 总 线 。总 线 型 拓 扑 结 构 142021-5-22 采 用 非 集 中 控 制 方式 ， 各 节 点 之 间 关系 对 等 。优 点 ：简 化 了 路 径 选 择 控 制 ； 当 某 节 点 出 现 故 障 时 ， 可 采 用 旁 路 环 的 方法 ， 提 高 传 输 可 靠 性 ； 路 中 任 一 节 点 发 出 的 信 息 ， 其 他 节 点 均 可接 收 ， 传 输 速 度 快 。环 型 拓 扑 结 构 闭 合 的 总 线 型 152021-5-22优 点 ：结 构 简 单 ， 便 于 控 制 和 管 理 ，建 网 容 易 ， 传 输

8、错 误 率 低 。 中 心 节 点 是 主 节 点 ， 它接 受 各 分 散 节 点 的 信 息再 转 发 给 其 他 相 应 节 点 。采 用 集 中 控 制 方 式 。缺 点 ：可 靠 性 较 低 ， 一 旦 中 央 节 点 出现 故 障 ， 必 将 全 网 瘫 痪 。星 型 拓 扑 结 构 162021-5-22 采 用 分 层 结 构 ， 适 用于 分 级 管 理 和 控 制优 点 ： 线 路 总 长 度 短 ，成 本 低 ， 易 于 维 护 和 扩展 。 缺 点 ： 结 构 相 对 复杂 。树 型 拓 扑 结 构 172021-5-22 任 意 两 个 节 点 之 间 的通 信 线

9、路 不 是 唯 一 的优 点 ： 当 某 个 节 点 出 现 故 障 时 ， 可 绕 道 其 他 通 路 传 递 信 息 ， 可 靠 性 好 。缺 点 ： 建 网 成 本 高 ， 只 能 用 于 特 殊 场 合 。网 型 拓 扑 结 构 不 规 则 型 或 全 互 联 型 182021-5-22 将 多 种 拓 扑 结 构 连在 一 起 ， 可 兼 顾 不同 拓 扑 结 构 的 优 点 。 复 合 型 拓 扑 结 构 192021-5-22 1.2.3 计 算 机 网 络 的 参 考 模 型1） ISO OSI参 考 模 型2） TCP/IP参 考 模 型3） TCP/IP与 OSI的 对 比

10、 202021-5-22 n ISO 国 际 标 准 化 组 织International Organization for Standardizationn OSI 开 放 系 统 互 连Open Systems Interconnection 功 能 上 相 对 独 立 的 七 层 结 构 指 定 每 层 应 干 什 么 ， 但 没 有 具 体 定 义 协 议1） ISO OSI参 考 模 型 212021-5-22 OSI参 考 模 型 示 意 图 物 理 层数 据 链 路 层网 络 层传 输 层会 话 层表 示 层应 用 层 物 理 层数 据 链 路 层网 络 层传 输 层会 话 层表

11、 示 层应 用 层物 理 层数 据 链 路 层网 络 层 分 组帧位 流TPDUSPDUPPDUAPDU应 用 协 议表 示 协 议会 话 协 议传 输 协 议网 络 协 议数 据 链 路 协 议物 理 协 议 端 到 端点 到 点 222021-5-22 OSI各 层 的 功 能 与 特 性 （ 自 学 ） 232021-5-22 2） TCP/IPn TCP/IP协 议 的 基 本 事 实n TCP/IP协 议 的 分 层 模 型n TCP/IP模 型 与 ISO/OSI模 型 的 对 比n TCP/IP模 型 的 两 个 重 要 分 界 线n TCP/IP的 数 据 流n TCP/IP网

12、 络 体 系 结 构 242021-5-22 TCP/IP协 议 的 基 本 事 实n 设 计 目 标 ： 能 经 受 打 击 ， 结 构 灵 活n UNIX操 作 系 统 的 标 准 通 信 模 块n 通 用 的 、 可 使 异 种 机 相 互 通 信 的 网 络 互 连 软 件n 计 算 机 通 信 协 议 族n 因 特 网 采 用 的 协 议 标 准n 既 成 事 实 的 工 业 标 准 252021-5-22 设 备 驱 动 程 序如 LAN的 接 口 （ 网 卡 驱 动 程 序 ） 自 身 包 含 网 络 协 议如 X.25、 ATM等 应 用 层传 输 层网 际 层数 据 链 路

13、层TCP/IP协 议 的 分 层 262021-5-22 IP ICMP ARP RARP应 用 层传 输 层网 际 层数 据 链 路 层网 际 层 的 主 要 协 议 IP。本 层 提 供 无 连 接 的 传 输 服 务 （ 不 保 证 送 达 ， 不 保 序 ） 。 本 层 的 主 要功 能 是 寻 找 一 条 能 够 把 数 据 报 送 到 目 的 地 的 路 径 。TCP/IP协 议 的 分 层 272021-5-22 TCP UDP应 用 层传 输 层网 际 层数 据 链 路 层TCP/IP协 议 的 分 层 282021-5-22 文 件 传 输 FTP、 TFTP、 NFS电 子

14、 邮 件 SMTP、 POP3WWW应 用 HTTP远 程 登 录 Telnet、 rlogin网 络 管 理 SNMP域 名 系 统 DNS 应 用 层网 际 层数 据 链 路 层传 输 层TCP/IP协 议 的 分 层 292021-5-22 NetworkLayer Routing Protocols PIMOSPFRIP ApplicationLayer Data LinkLayer IP ARP EthernetNetworkInterface TransportLayerTCP UDP SNMPFTP DNSHTTP ICMPIGMP pingapplication Telnet

15、DHCP TCP/IP协 议 族 302021-5-22 TCP/IP协 议 族举 例 ： HTTP访 问 312021-5-22 n 在 源 端 进 行 数 据 封 装n 在 宿 端 进 行 数 据 解 封n 封 装 ： EncapsulationTCP/IP数 据 封 装 322021-5-22 数 据 封 装 应 用TCPIP 以 太 网驱 动 程 序用 户 数 据用 户 数 据App头TCP头TCP头IP头 TCP头IP头Eth头 Eth尾应 用 数 据 (块 )TCP分 节IP分 组以 太 网 帧 以 太 网 电 缆发 送 方App头App头App头 用 户 数 据用 户 数 据用

16、户 数 据 332021-5-22 应 用 数 据 （ 块 ） 应 用TCPIP以 太 网驱 动 程 序用 户 数 据用 户 数 据App头TCP头 IP分 组 Eth头 Eth尾以 太 网 帧 以 太 网 电 缆接 收 方IP头 TCP 分 节IP分 组TCP分 节应 用 数 据 (块 )数 据 解 封 装 342021-5-22 应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层物 理 层数 据 链 路 层网 络 层7654321 OSI参 考 模 型 应 用 层传 输 层网 络 接 口(数 据 链 路 层+物 理 层 )网 络 层TCP/IP概 念 层 次 Ethernet,802.3,802.5

17、,FDDI等 等TCP/IP支 持所 有 标 准 的 数据 链 路 层 和 物理 层 协 议TCP/IP与 OSI参 考 模 型 对 比 Any Question? 352021-5-22 362021-5-22 第 二 部 分 ： 数 据 库 技 术 简 介n 数 据 库 技 术 概 述n 实 体 联 系 方 法n 关 系 数 据 库 的 基 本 理 论n 数 据 库 设 计 的 规 范 化 与 数 据 库 范 式n SQL概 述 372021-5-22 学 习 数 据 库 技 术 的 重 要 性在 计 算 机 的 三 大 应 用 （ 科 学 计 算 、 数 据 处 理 与 过 程 控 制

18、） 中 ， 数 据 处 理 所 占比 重 约 为 70%左 右 。 在 60年 代 末 ， 数 据 库 技 术 就 是 作 为 数 据 处 理 中 的 一 门 技 术发 展 起 来 的 。 数 据 库 技 术 是 计 算 机 软 件 领 域 的 一 个 重 要 分 支 ， 已 形 成 相 当 规 模 的理 论 体 系 和 实 用 技 术 。随 着 计 算 机 技 术 飞 速 发 展 及 其 应 用 领 域 的 扩 大 ， 特 别 是 计 算 机 网 络 和Internet的 发 展 ， 基 于 计 算 机 网 络 和 数 据 库 技 术 的 信 息 管 理 系 统 、 应 用 系 统 得 到了

19、 突 飞 猛 进 的 发 展 。 如 事 物 处 理 系 统 、 地 理 信 息 系 统 （ GIS） 、 联 机 分 析 系 统 、决 策 支 持 系 统 、 企 业 资 源 规 划 （ ERP） 、 客 户 关 系 管 理 （ CRM） 、 数 据 仓 库 和数 据 挖 掘 等 系 统 都 是 以 数 据 库 技 术 作 为 重 要 的 支 撑 的 。 可 以 说 ， 只 要 有 计 算 机 存 在 ， 就 存 在 着 数 据 库 技 术 。 因 此 ， 数 据 库 技 术 的 基本 知 识 和 基 本 技 能 已 成 为 工 程 相 关 专 业 的 必 修 内 容 。 382021-5-

20、22 数 据 库 （ DataBase ,DB） 顾 名 思 义 就 是 存 放 数 据 的 仓 库 ， 但 所有 存 放 的 数 据 相 互 是 有 联 系 并 按 某 种 存 储 模 式 组 织 管 理 的 。 严 格 意 义上 讲 ， 所 谓 数 据 库 就 是 以 一 定 的 组 织 方 式 存 储 在 计 算 机 介 质 中 互 相 关联 数 据 的 集 合 。 它 能 以 最 佳 方 式 、 最 少 重 复 、 最 大 独 立 性 为 多 种 应 用提 供 共 享 服 务 。DB是 统 一 管 理 的 相 关 数 据 的 集 合 。 DB能 为 各 种 用 户 共 享 ， 具 有最

21、 小 冗 余 度 、 数 据 间 联 系 密 切 、 而 又 有 较 高 对 程 序 的 独 立 性 等 特 点 。数 据 库 DBMS应 用 程 序 1应 用 程 序 2 数 据 库数 据 库 系 统 阶 段 应 用 程 序 与 数 据 之 间 的 对 应 关 系 392021-5-22 数 据 库 管 理 系 统 402021-5-22 人 工 管 理 阶 段 文 件 系 统 阶 段 数 据 库 系 统 阶 段 人 工 管 理 阶 段 文 件 系 统 阶 段 数 据 库 系 统 阶 段1.数 据 不 保 存 2.没 有 文 件 的 概念 3.一 组 数 据 对 应一 个 程 序 4.没 有

22、 形 成 完 整的 数 据 管 理 的概 念 1.数 据 可 长 期 .反 复 使 用 2.程 序 和 数 据 之 间 有 了 一 定 的 独 立 性 3.文 件 形 式 多 样 化 4.数 据 存 储 结 构 和 程 序 之 间 的 依 赖 关 系 并 未 根本 改 变 5.数 据 存 取 以 记 录 为 单 位 优点 1.数 据 结 构 化 2.共 享 性 好 ， 冗 余 度低 3.数 据 独 立 性 高 4.数 据 由 DBMS统 一管 理 和 控 制1.数 据 冗 余 大 2.数 据 不 一 致 性 3.程 序 和 数 据 之 间 独 立 性 差 4.数 据 联 系 弱 缺点数 据 库

23、 技 术 的 发 展 n 在 数 据 库 中 用 数 据 模 型 这 个 工 具 来 抽 象 、 表 示 和 处 理 现 实 世 界 中 的 数据 和 信 息 。 数 据 模 型 就 是 现 实 世 界 的 模 拟 。n 数 据 模 型 应 满 足 三 方 面 要 求 能 比 较 真 实 地 模 拟 现 实 世 界 容 易 为 人 所 理 解 便 于 在 计 算 机 上 实 现对 数 据 的 描 述 数 据 模 型 412021-5-22 422021-5-22 在 数 据 处 理 中 数 据 描 述 将 涉 及 不 同 的 范 畴 。 从 事 物 的 特 性 到 计 算 机中 的 具 体 表

24、 示 ， 实 际 上 经 历 了 三 个 领 域 （ 或 称 数 据 的 三 个 范 畴 ） 现实 世 界 、 信 息 世 界 和 计 算 机 世 界 。对 数 据 的 描 述n 现 实 世 界 信 息 世 界 机 器 世 界现 实 世 界 、 信 息 世 界 和 计 算 机 世 界 三 者 关 系现实世界 信息世界(E-R 表示) 计算机世界(DBMS 支持的数据模型) 收 集 、 分 类和 抽 象 加 工 转 换 客 观 对 象 的 抽 象 过 程 -两 步 抽 象现 实 世 界 中 的 客 观 对 象 抽 象 为 概 念 模 型 ；把 概 念 模 型 转 换 为 某 一 DBMS支 持

25、的 数 据 模 型 。 n 数 据 模 型 分 为 两 类 （ 分 属 两 个 不 同 的 层 次 ）(1) 概 念 模 型 也 称 信 息 模 型 ， 它 是 按 用 户 的 观 点 来 对 数 据 和 信 息 建模 ， 用 于 数 据 库 设 计 。 (2) 数 据 模 型 两 大 类 数 据 模 型 2021-5-22 机 器 世 界 和 信 息 世 界 的 术 语 对 应 关 系机 器 世 界信 息 世 界 记 录实 体 字 段 （ 或 数 据 项 ）属 性实 体 集 文 件记 录 键实 体 键 442021-5-22 数 据 模 型 是 对 客 观 事 物 及 其 联 系 的 数 据

26、 描 述 ， 是 实 体 联 系 模 型 的数 据 化 。 它 是 数 据 库 系 统 的 核 心 ， 它 的 数 据 结 构 严 重 影 响 到 系 统 的 其 他部 分 ， 它 也 是 数 据 定 义 和 数 据 操 纵 语 言 的 基 础 。层 次 模 型 发 展 最 早 ， 但 由 于 其 结 构 不 符 合 大 多 数 客 观 世 界 实 际 问 题 中 数 据 间 的 联 系 ， 渐 被 淘 汰网 状 模 型 开 发 也 较 早 ， 而 且 有 一 定 优 点 ， 当 前 网 状 数 据 库 系 统 的 用户 仍 较 多关 系 模 型 开 发 相 对 较 晚 ， 但 有 一 系 列

27、 优 点 ， 具 有 很 强 的 生 命 力 ， 被广 泛 使 用数 据 库 基 本 模 型 452021-5-22 关 系 数 据 库 是 目 前 应 用 最 广 泛 ， 也 是 最 重 要 、 最 流 行 的 数 据 库 。以 下 介 绍 关 系 数 据 库 的 一 些 基 本 理 论 ， 包 括 关 系 数 据 结 构 、 关 系 的 完 整 性 、关 系 代 数 、 关 系 数 据 库 管 理 系 统 及 关 系 数 据 库 标 准 语 言 。 关 系 模 型 的 完 整 性 规 则 是 对 关 系 的 某 种 约 束 条 件 。 关 系 的 完 整 性 约 束条 件 包 括 三 大

28、类 ： 实 体 完 整 性 ， 参 照 完 整 性 和 用 户 定 义 的 完 整 性 。关 系 数 据 库 的 基 本 概 念 462021-5-22 1 实 体 完 整 性 （ Entity Integrity）实 体 完 整 性 是 指 主 关 系 键 的 值 不 能 为 空 或 部 分 为 空在 任 何 关 系 的 任 何 一 个 元 组 中 ， 主 键 的 任 一 分 量 都 不 允 许 为 空 值 ，即 若 属 性 A是 基 本 关 系 R的 主 属 性 ， 则 属 性 A不 能 取 空 值 ， 也 即 要 求 关系 中 元 组 在 组 成 主 键 的 属 性 上 不 能 有 空

29、值 。例 如 ， 在 学 生 关 系 “ 学 生 自 然 情 况 （ 学 号 ， 班 级 号 ， 姓 名 ， 性 别 ，出 生 年 月 ， 入 学 成 绩 ） ” 中 ， “ 学 号 ” 为 主 键 ， 那 么 “ 学 号 ” 这 个 属性 不 能 取 空 值 。 472021-5-22 2 参 照 完 整 性 （ Referential Integrity）现 实 世 界 中 的 实 体 之 间 往 往 存 在 某 种 联 系 ， 在 关 系 模 型 自 然 存 在 着关 系 与 关 系 间 的 引 用 。 即 “ 外 键 ” 。例 ： 有 两 个 基 本 关 系 为学 生 表 （ 学 号

30、， 班 级 号 ， 姓 名 ， 性 别 ， 出 生 年 月 ， 入 学 成 绩 ）班 级 表 （ 班 级 号 ， 班 级 名 称 ， 所 属 系 部 ， 入 学 时 间 ， 系 别 ）学 生 表 的 主 码 为 学 号 ， 而 班 级 表 的 主 码 为 班 级 号 ， 因 而 班 级 号 是 学生 表 的 外 键 。按 照 参 照 完 整 性 ， 学 生 表 中 的 外 键 即 班 级 号 的 取 值 有 两 种 可 能 ： 取 空 值 ， 表 明 该 学 生 尚 未 分 配 到 任 何 班 级 若 取 非 空 值 ， 则 它 必 须 是 参 照 关 系 班 级 表 中 某 个 元 组 中

31、的 班 级 号 的 值 ， 因 为 该 学 生 不 能 属 于 一 个 不 存 在 的 班 级 482021-5-22 3 用 户 定 义 的 完 整 性 （ User-defined Integrity）任 何 关 系 数 据 库 系 统 都 应 该 支 持 实 体 完 整 性 和 参 照 完 整 性 。 除 此 之 外 ， 不同 的 关 系 数 据 库 系 统 根 据 其 应 用 环 境 的 不 同 ， 往 往 还 需 要 一 些 特 殊 的 约 束条 件 ， 用 户 定 义 的 完 整 性 就 是 针 对 某 一 具 体 关 系 数 据 库 的 约 束 条 件 由 应 用环 境 决 定

32、的 。 它 反 映 一 具 体 应 用 所 涉 及 的 数 据 必 须 满 足 的 语 义 要 求 。例 如 :某 个 属 性 必 须 取 惟 一 值 ， 某 些 属 性 值 之 间 应 满 足 一 定 的 函 数 关 系 ， 学生 的 年 龄 定 义 为 两 位 整 数 ， 且 范 围 在 15 30之 间 ， 性 别 只 接 受 “ 男 ” 或“ 女 ” 等 等 。系 统 提 供 定 义 和 检 验 这 类 完 整 性 的 机 制 ， 以 便 用 统 一 的 系 统 方 法 处 理 它 们 ，而 不 再 由 应 用 程 序 承 担 这 项 工 作 。 在 关 系 的 完 整 性 规 则 中

33、 ， 实 体 完 整 性 和 用 户 定 义 的 完 整 性 是 关 系 模 型 必 须满 足 的 完 整 性 的 约 束 条 件 ， 被 称 做 是 关 系 的 两 个 关 系 不 变 性 ， 应 由 关 系 系统 自 动 支 持 。 492021-5-22 关 系 代 数 是 一 种 抽 象 的 查 询 语 言 ， 是 关 系 数 据 操 纵 语 言 的 一 种传 统 表 达 式 ， 它 是 用 对 关 系 的 运 算 来 表 达 查 询 的 。 任 何 一 种 运 算 都 是 将 一 定 的 运 算 操 作 应 用 于 一 定 的 运 算 对 象 上 ，得 到 预 期 的 运 算 结 果

34、 。 所 以 运 算 对 象 、 运 算 符 、 运 算 结 果 是 运 算 的 三大 要 素 。关 系 代 数 的 运 算 对 象 是 关 系 ， 运 算 结 果 亦 为 关 系 。 关 系 代 数 的 运 算 符 包 括 四 类 ： 集 合 运 算 符 、 专 门 的 关 系 运 算 符 、比 较 运 算 符 和 逻 辑 运 算 符 关 系 代 数 的 运 算 按 运 算 符 的 不 同 可 分 为 传 统 的 集 合 运 算 和 专 门的 关 系 运 算 两 类 。 其 中 传 统 的 集 合 运 算 将 关 系 看 成 元 组 的 集 合 ， 其 运算 是 从 关 系 的 “ 水 平

35、” 方 向 即 行 的 角 度 来 进 行 的 。 而 专 门 的 关 系 运 算不 仅 涉 及 行 而 且 涉 及 列 。 比 较 运 算 符 和 逻 辑 运 算 符 是 用 来 辅 助 专 门 的关 系 运 算 符 进 行 操 作 的 。 关 系 代 数 502021-5-22 运 算 符 分 类 运 算 符 含 义集 合 运 算 符 并 运 算 差 运 算 交 运 算专 门 的 关 系 运 算 符 笛 卡 儿 积 选 择 运 算 投 影 运 算 连 接 运 算 除 法 运 算比 较 运 算 符 大 于 大 于 等 于 小 于 小 于 等 于 等 于 不 等 于 逻 辑 运 算 符 非 运

36、 算 与 运 算 或 运 算关 系 代 数 的 运 算 符 512021-5-22 定 义 设 关 系 R和 关 系 S具 有 相 同 的 关 系 模 式 （ 即 两 个 关 系 都 有 相 同 的 属 性 ） ， 且 相 应 的 属 性 取 自 同 一 个 域 ， 则 关 系 R和 关 系 S的 并 是 由 属 于 关 系 R或 关 系 S的 元 组 构 成 的 集 合 ， 即 R和 S的 所 有 元 组 合 并 ， 删 去 重 复 元 组 ， 组 成 一 个 新 关 系 ， 其 结 果 仍 为 n目 关 系 。 记 为 R S=t|t R t S 其 中 t是 元 组 变 量 ， 关 系

37、R和 关 系 S的 元 数 相 同 。 对 于 关 系 数 据 库 ， 记 录 的 插 入 和 添 加 可 通 过 并 运 算 实 现 。 （ 1） 并 （ Union）定 义 设 关 系 R和 关 系 S具 有 相 同 的 关 系 模 式 ， R和 S的 差 是 由 属 于 R但 不 属于 S 的 所 有 元 组 构 成 的 集 合 ， 即 R中 删 去 与 S中 相 同 的 元 组 ， 组 成 一 个 新 关系 ， 其 结 果 仍 为 n目 关 系 。 记 为 R-S=t|t R t S， R和 S元 数 相 同 。 通 过 差 运 算 ， 可 实 现 关 系 数 据 库 记 录 的 删

38、除 。 （ 2） 差 （ Difference）传 统 的 集 合 运 算 522021-5-22 例 ： 设 有 两 个 关 系 R和 S， 且 R和 S具 有 相 同 的 关 系 模 式 ， 则 关 系 R和 关系 S的 并 、 差 如 下 图 所 示 。 A B Ca b cd g fx y zA B Cb e ad g f A B Ca b cd g fx y zb e a A B Ca b cx y z关 系 R关 系 S 关 系R S 关 系 R-S 532021-5-22 定 义 设 关 系 R和 关 系 S具 有 相 同 的 关 系 模 式 ， R和 S的 交 是 由 属 于

39、R又 属 于 S 的 元 组 构 成 的 集 合 。 记 为 R S=t|t R t S 如 果 两 个 关 系 没 有 相 同 的 元 组 ， 那 么 他 们 的 交 为 空 。 两 个 关 系 的 并 和 差 运 算 为 基 本 运 算 （ 即 不 能 用 其 他 运 算 表 达 ） ， 而交 运 算 为 非 基 本 运 算 ， 交 运 算 可 以 用 差 运 算 来 表 示 。 R S= R-（ R-S） （ 3） 交 （ Intersection）（ 4） 笛 卡 儿 积 （ Cartesian Product）定 义 设 关 系 R和 关 系 S的 元 数 分 别 为 m和 n。 定

40、 义 R和 S的 笛 卡 儿 积 是 一个 （ m+ n） 元 的 元 组 集 合 ， 每 个 元 组 的 前 m个 分 量 （ 属 性 值 ） 来 自 R的一 个 元 组 ， 后 n个 分 量 自 S的 一 个 元 组 。记 为 R S t|t （ t m,tn) tm R tn S若 R有 k1个 元 组 ， S有 k2个 元 组 ， 则 R S有 k1 k2个 元 组 。 542021-5-22 例 ： 仍 以 关 系 R和 S为 例 ， 且 R和 S具 有 相 同 的 关 系 模 式 ， 关 系 R和 关 系S的 交 和 笛 卡 儿 积 如 下 图 所 示 。 A B Ca b cd

41、g fx y zA B Cb e ad g f A B Cd g f A B C A B Ca b c b e aa b c d g fd g f b e ad g f d g fx y z b e ax y z d g f关 系 R关 系 S 关 系 R S 关 系 R S 552021-5-22 由 于 传 统 的 集 合 运 算 ， 只 是 从 行 的 角 度 进 行 ， 而 要 灵 活 地 实现 关 系 数 据 库 多 样 的 查 询 操 作 ， 必 须 引 入 专 门 的 关 系 运 算 。（ 1） 选 择 （ selection） )(|)( 真 tFRttRF定 义 选 择 操

42、作 是 根 据 某 些 条 件 对 关 系 进 行 水 平 分 割 ， 即 在 关 系 R选取 符 合 条 件 的 元 组 。 记 作其 中 F表 示 选 择 条 件 ， 它 是 一 个 逻 辑 表 达 式 ， 取 逻 辑 值 真 或 假 逻 辑 表 达 式 F的 基 本 形 式 为 X 1 Y1X2 Y2， 其 中 ， 为 比 较运 算 符 ， 它 可 以 是 ， ， ， ， 或 。 X1， Y1等 是 属 性 名 、常 量 或 简 单 函 数 。 属 性 名 也 可 以 用 它 的 列 序 号 来 代 替 。 表 示 逻 辑 运算 符 ， 它 可 以 是 ， 或 。 表 示 可 选 项 ，

43、 即 中 的 部 分 可 以 省略 。 因 此 选 择 运 算 实 际 上 是 关 系 R中 选 取 使 逻 辑 表 达 式 F为 真 的 元 组 。这 是 从 行 的 角 度 进 行 的 运 算 。 专 门 的 关 系 运 算 562021-5-22 为 了 说 明 选 择 关 系 运 算 ， 这 里 假 设 有 学 生 关 系 student， 如 下 表 所示 学 号 姓 名 性 别 出 生 年 月 入 学 成 绩981001 姜 英 奇 男 77-6-26 512991001 张 丹 女 78-1-3 419991002 雷 拓 男 78-8-28 579201002 苏 湘 婷 女

44、80-1-10 558201003 萧 易 寒 男 81-10-9 520例 ： 从 学 生 关 系 student中 查 询 入 学 成 绩 大 于 520分 的 学 生 信 息 。 )(5205)(520 studentstudent 或入 学 成 绩运 算 式 为运 算 结 果 如 下 表 所 示学 号 姓 名 性 别 出 生 年 月 入 学 成 绩991002 雷 拓 男 78-8-28 579201002 苏 湘 婷 女 80-1-10 558 572021-5-22 （ 2） 投 影 （ Projection） |)( RtAtRA 定 义 关 系 R上 的 投 影 操 作 是 从

45、 R中 选 择 出 若 干 属 性 列 组 成 新 的 关 系 。 记 作 其 中 A为 R中 的 属 性 列 投 影 操 作 是 从 列 的 角 度 进 行 的 运 算 ， 即 对 关 系 R进 行 垂 直 分 割 ， 消 去 某 些 列 ， 并 重 新 安 排 列 的 顺 序 ， 再 删 去 重 复 的 元 组 。 例 ： 从 学 生 关 系 student中 查 询 学 生 姓 名 和 入 学 成 绩 两 个 属 性 信 息 。)()( 5.2, studentstudent 或入 学 成 绩姓 名运 算 式 为运 算 结 果 如 右 表 所 示 姓 名 入 学 成 绩姜 英 奇 512

46、张 丹 419雷 拓 579苏 湘 婷 558萧 易 寒 520 582021-5-22 （ 3） 连 接 （ Join） | BtAtStRtttSR srsrsrBA 定 义 连 接 是 指 从 两 个 关 系 的 笛 卡 儿 积 中 选 取 属 性 值 满 足 一 定 条 件 的 元 组 。 记 作 其 中 A， B分 别 为 R和 S上 可 比 的 属 性 组 ， 是 比 较 运 算 符 。 连 接 运 算 从 R和 S的 笛 卡 儿 积 R S中 选 取 R关 系 在 A属 性 组 上 的 值 与 S关 系 在 B属 性 组 上 值 满 足 比 较 关 系 的 元 组 。 59202

47、1-5-22 连 接 运 算 中 两 种 最 为重 要 最 为 常 用 的 连 接 等 值 连 接自 然 连 接 | BtAtStRtttSR srsrsrBA 为 “ =” 的 连 接 运 算 称 为 等 值 连 接 。 它 是 从 关 系 R和 S的 笛 卡 儿 积中 选 取 A， B属 性 值 相 等 的 那 些 元 组 。即 等 值 连 接 为 | BtAtStRtrsSR srsrtt 自 然 连 接 是 一 种 特 殊 的 等 值 连 接 ， 它 要 求 两 个 关 系 中 进 行 比 较 的 分量 必 须 是 相 同 的 属 性 组 ， 并 且 要 在 结 果 中 把 重 复 的

48、 属 性 去 掉 。 即 若R和 S具 有 相 同 的 属 性 组 B。则 自 然 连 接 可 记 作一 般 的 连 接 操 作 是 从 行 的 角 度 进 行 运 算 。 但 自 然 连 接 还 需 要 取 消重 复 列 ， 所 以 是 同 时 从 行 和 列 的 角 度 进 行 运 算 。 602021-5-22 例 ： 设 有 关 系 R和 关 系 S如 下 表学 号 姓 名 性 别 出 生 年 月971101 张 宾 男 78-9-9971102 王 雷 女 78-8-10981102 许 宁 男 79-2-17992101 姜 江 女 80-11-14 学 号 入 学 成 绩9711

49、01 532971102 512981102 489992101 520R.学 号 姓 名 性 别 出 生 年 月 S.学 号 入 学 成 绩 971101 张 宾 男 78-9-9 971101 532971102 王 雷 女 78-8-10 971102 512981102 许 宁 男 79-2-17 981102 489992101 姜 江 女 80-11-14 992101 520关 系 R 关 系 S R S|R.学 号 =S.学 号 的 等 值 连 接 的 自 然 连 接SR R.学 号 姓 名 性 别 出 生 年 月 入 学 成 绩971101 张 宾 男 78-9-9 5329

50、71102 王 雷 女 78-8-10 512981102 许 宁 男 79-2-17 489992101 姜 江 女 80-11-14 520求 和 的 值 。 求 解 结 果 见 下 图 。学 号学 号 .| SRSR =SR 612021-5-22 关 系 数 据 库 的 规 范 化 理 论 主 要 包 括 三 个 方 面 的 内 容 ： 函 数 依 赖 、 范式 （ Normal Form） 和 模 式 设 计 。 其 中 函 数 依 赖 起 着 核 心 作 用 ， 是 模 式分 解 和 模 式 设 计 的 基 础 ， 范 式 是 模 式 分 解 的 标 准 。关 系 数 据 库 的

51、设 计 理 论为 什 么 需 要 规 范 化 ？ 622021-5-22 数 据 库 的 逻 辑 设 计 为 什 么 要 遵 循 一 定 的 规 范 化 理 论 ？ 什 么 是 好 的 关 系 模 式 ？ 某 些 不 好 的 关 系 模 式 可 能 导 致 哪 些 问 题 ？下 面 通 过 例 子 对 这 些 问 题 进 行 分 析 。例 要 求 设 计 教 学 管 理 数 据 库 ， 其 关 系 模 式 ， SCD如 下 ： SCD（ SNO， SN， AGE， DEPT， DEAN， CNO， SCORE）其 中 SNO表 示 学 生 学 号SN表 示 学 生 姓 名AGE表 示 学 生

52、年 龄DEPT表 示 学 生 所 在 系 别 MN表 示 系 主 任 姓 名CNO表 示 课 程 号SCORE表 示 成 绩 。 632021-5-22 （ 1） 一 个 系 有 若 干 个 学 生 ， 但 一 个 学 生 只 属 于 一 个 系 ；（ 2） 一 个 系 只 有 一 名 系 主 任 ， 但 一 个 系 主 任 可 以 同 时 兼 几 个 系 的 系 主 任 ；（ 3） 一 个 学 生 可 以 选 修 多 门 功 课 ， 每 门 课 程 可 被 若 干 个 学 生 选 修 ；（ 4） 每 个 学 生 学 习 的 课 程 有 一 个 成 绩 。 在 此 关 系 模 式 中 填 入

53、一 部 分 具 体 的 数 据 ， 则 可 得 到 SCD关 系 模 式 的实 例 ， 即 一 个 教 学 管 理 数 据 库 ， 如 下 图 所 示 。 SNO SN AGE DEPT DEAN CNO SCORES1 赵 军 17 计 算 机 刘 军 航 C1 90S1 赵 军 17 计 算 机 刘 军 航 C2 85S2 钱 进 18 信 息 王 平 C5 57S2 钱 进 18 信 息 王 平 C6 80S2 钱 进 18 信 息 王 平 C7 S2 钱 进 18 信 息 王 平 C5 70S3 张 伟 20 信 息 王 平 C1 0S3 张 伟 20 信 息 王 平 C2 70S3

54、张 伟 20 信 息 王 平 C4 85S4 李 平 20 自 动 化 刘 军 航 C1 93 根 据 实 际 情 况 ， 这 些 数 据 有 以 下 语 义 规 定 ： 642021-5-22 根 据 上 述 的 语 义 规 定 并 分 析 以 上 关 系 中 的 数 据 ， 我 们 可 以 看 出 ， （ SCO，CNO） 属 性 的 组 合 能 唯 一 标 识 一 个 元 组 ， 所 以 （ SCO， CNO） 是 该 关 系 模 式的 主 关 键 。 但 在 进 行 数 据 库 的 操 作 时 ， 会 出 现 以 下 几 方 面 的 问 题 。（ 1） 数 据 冗 余 。 每 个 系

55、名 和 系 主 任 的 名 字 存 储 的 次 数 等 于 该 系 的 学 生 人 数 乘 以 每个 学 生 选 修 的 课 程 ， 同 时 学 生 的 姓 名 、 年 龄 也 都 要 重 复 存 储 多 次 ， 数 据 的 冗 余 度很 大 ， 浪 费 了 存 储 空 间 。（ 2） 插 入 异 常 。 如 果 某 个 新 系 没 有 招 生 ， 尚 无 学 生 时 ， 则 系 名 和 系 主 任 的 信 息 无法 插 入 到 数 据 库 中 。 因 为 在 这 个 关 系 模 式 中 ， （ SCO， CNO） 是 主 关 系 键 。 根 据关 系 的 实 体 完 整 性 约 束 ， 组

56、关 系 键 的 值 不 能 为 空 ， 而 这 时 没 有 学 生 ， SNO和 CNO均 无 值 ， 因 此 不 能 进 行 插 入 操 作 ， 另 外 ， 当 某 个 学 生 尚 未 选 课 ， 即 CNO未 知 ， 实 体 完 整 性 约 束 还 对 规 定 ， 主 关 系 键 的 值 不 能 部 分 为 空 ， 同 样 也 不 能 进 行 插 入 操 作 。 652021-5-22 （ 3） 删 除 异 常 。 当 某 系 因 学 生 全 部 毕 业 而 没 有 招 生 时 ， 要 删 除 全 部 学 生 的 记 录 ，这 时 系 名 、 系 主 任 也 随 之 删 除 ， 而 现 实

57、 总 这 个 系 仍 然 存 在 ， 但 在 数 据 库 中 却 无 法找 到 该 系 的 信 息 。 另 外 ， 如 果 某 个 学 生 不 再 选 修 C1课 程 ， 本 应 该 只 删 去 C1， 但C1是 主 关 系 键 的 一 部 分 ， 为 保 证 实 体 完 整 性 ， 必 须 将 整 个 元 组 一 起 删 掉 ， 这 样 ，有 关 学 生 的 所 有 记 录 的 其 他 信 息 也 随 之 丢 失 。（ 4） 更 新 异 常 。 如 果 某 学 生 改 名 ， 则 该 学 生 的 所 有 记 录 都 要 逐 一 修 改 SN的 值 ；又 如 某 系 更 换 系 主 任 ， 则

58、 属 于 该 系 的 学 生 记 录 都 要 修 改 MN的 内 容 ， 稍 有 不 慎 ，就 有 可 能 漏 改 某 些 记 录 ， 这 就 会 造 成 数 据 库 的 不 一 致 性 ， 破 坏 了 数 据 的 完 整 性 。 662021-5-22 由 于 存 在 以 上 问 题 ， 我 们 说 ， SCD是 一 个 不 好 的 关 系 模 式 。 产生 上 述 问 题 的 原 因 ， 直 观 地 说 ， 是 因 为 关 系 中 “ 包 罗 万 象 ” ， 内 容 太复 杂 了 。那 么 ， 怎 样 才 能 得 到 一 个 好 的 关 系 模 式 呢 ？我 们 把 关 系 模 式 SCD

59、分 解 为 学 生 关 系 S（ SNO， SN， AGE， DEPT） 选 修 课 SC（ SNO， CNO， SCORE） 系 关 系 D（ DEPT， DEAN） 三 个 结 构 简 单 的 关 系 模 式 。 672021-5-22 SNO CNO SCORES1 C1 90S1 C2 85S2 C5 57S2 C6 80S2 C7 S2 C5 70S3 C1 0S3 C2 70S3 C4 85S4 C1 93 DEPT DEAN计 算 机 刘 军 航信 息 王 平自 动 化 刘 军 航SC D在 以 上 三 个 关 系 模 式 中 ， 实 现 了 信 息 的 某 种 程 度 的 分

60、离 ：S中 存 学 生 基 本 信 息 ， 与 所 选 课 程 及 系 主 任 无 关 D中 存 储 系 的 有 关 信 息 ， 与 学 生 无 关SC中 存 储 的 学 生 选 课 的 信 息 ， 而 与 学 生 及 系 的 有 关 信 息 无 关与 SCD相 比 ， 分 解 为 三 个 关 系 模 式 后 ， 数 据 的 冗 余 程 度 明 显 降 低 。 SNO SN AGE DEPTS1 赵 军 17 计 算 机S2 钱 进 18 信 息S3 张 伟 20 信 息S4 李 平 21 自 动 化S 682021-5-22 同 时 ， 由 于 数 据 冗 余 度 的 降 低 ， 数 据 没

61、 有 重 复 存 储 ， 也 不 会 引 起 更 新 异 常 。 当 新 插 入 一 个 系 时 ， 只 要 在 关 系 D中 添 加 一 个 记 录 就 可 以 了 ； 当 某 个 学 生尚 未 选 课 时 ， 只 要 在 关 系 S中 添 加 一 条 学 生 记 录 就 可 以 了 ， 而 与 选 课 关 系无 关 ， 这 就 避 免 了 插 入 异 常 。当 一 个 系 的 学 生 全 部 毕 业 时 ， 只 需 在 S中 该 系 的 全 部 学 生 记 录 ， 而 关 系 D中 有 关 该 系 的 信 息 仍 然 保 留 ， 从 而 不 会 引 起 异 常 删 除 。经 过 上 述 分

62、 析 ， 我 们 说 分 解 后 的 关 系 模 式 是 一 个 好 的 关 系 数 据 库 模 式 。从 而 得 出 结 论 ， 一 个 好 的 关 系 模 式 应 该 具 备 四 个 条 件 ： （ 1） 尽 可 能 少 的 数 据 冗 余（ 2） 没 有 插 入 异 常（ 3） 没 有 删 除 异 常（ 4） 没 有 更 新 异 常一 个 好 的 关 系 模 式 并 不 是 在 任 何 情 况 下 都 是 最 优 的 ， 比 如 查 询 某个 学 生 选 修 课 程 名 及 所 在 系 的 系 主 任 时 ， 要 通 过 连 接 ， 而 连 接 所需 的 系 统 开 销 非 常 大 ，

63、因 此 要 以 实 际 设 计 的 目 标 出 发 进 行 设 计 。 注 意 692021-5-22 范 式 在 关 系 数 据 模 式 设 计 中 ， 为 了 避 免 由 依 赖 引 起 的 数 据 的 冗 余 和 更新 异 常 问 题 ， 必 须 进 行 关 系 数 据 模 式 的 规 范 化 。 自 1971年 ， E.F.Codd提 出 关 系 规 范 化 理 论 以 来 ， 人 们 对 规 范 化问 题 进 行 了 长 期 的 研 究 ， 并 已 经 有 了 很 大 进 展 。 范 式 (Normal Form)的 概 念 最 早 是 由 E.F.Codd提 出 的 ， 19711

64、972年 ， 先 后 提 出 了 1NF,2NF,3NF(根 据 关 系 模 式 满 足 的 不 同 性 质 和规 范 化 的 程 度 划 分 )。 1974年 ， 又 和 Boyce共 同 提 出 了 BCNF（ Boyce-Codd Normal Form） 。 1976年 ， Fagin提 出 了 4NF， 后 又 有 人 提 出5NF。 最 重 要 的 是 3NF和 BCNF。 这 是 进 行 规 范 化 的 主 要 目 标 。 702021-5-22 全 部表 格 将 所 有 栏 目 分 解 成 最 小 数 据 项 1NF关 系消 除 部 分 函 数 依 赖消 除 传 递 函 数 依

65、 赖消 除 主 属 性 对 非 主属 性 的 函 数 依 赖消 除 多 值 依 赖2NF关 系 3NF关 系BCNF关 系 4NF关 系规 范 化 过 程 712021-5-22 SQL是 Structured Query Language的 缩 写 ， 即 结 构 化 查 询 语 言 。它 是 1974年 由 Boyce 和 Chamberlin 提 出 来 的 ， 用 来 实 现 关 系 运 算 中查 询 、 选 择 等 操 作 的 语 言 ， 是 一 种 综 合 的 、 功 能 极 强 的 同 时 简 单 易 学 的语 言 。 功 能 数 据 查 询 （ Data Query）数 据 操

66、 作 （ Data Manipulation）数 据 定 义 （ Data Definition）关 系 数 据 库 标 准 语 言 SQL概 述 722021-5-22 CREATE TABLE 创 建 表 结 构 CREATE VIEW 创 建 视 图 CREATE INDEX 创 建 索 引 ALTER TABLE 修 改 表 结 构 DROP TABLE 删 除 表 DROP VIEW 删 除 视 图 DROP INDEX 删 除 索 引 CREATE DATABASE 创 建 数 据 库 ALTER DATABASE 修 改 数 据 库 DROP DATABASE 删 除 数 据 库 CREATE PROCEDURE 创 建 存 储 过 程 DROP PROCEDURE 删 除 存 储 过 程 定 义 、 修 改 和 删 除 关系 模 式 （ 基 本 表 ） 定 义 和 删 除 外 部模 式 （ 视 图 ） 定 义 和 删 除 存 储模 式 中 索 引 SQL的 数 据 定 义 功 能 包 括 数 据 库 的 定 义 、 基 本 表 的 定 义 、 视 图 的定 义 、 存