本篇首先引入編程微課項(xiàng)目作為數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用案例，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目功能及涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)的介紹，讓讀者對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，然后重點(diǎn)講述關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的理論基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)本篇的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該能掌握以下內(nèi)容：

● 編程微課的主要功能

● 數(shù)據(jù)庫(kù)的基本原理及數(shù)據(jù)模型

● 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

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1、編程微課

編程微課項(xiàng)目使用圖文，語(yǔ)言，視頻等方式進(jìn)行內(nèi)容教學(xué)，再附加各種訓(xùn)練題，幫助練習(xí)和鞏固知識(shí)。

微課內(nèi)容來(lái)自于編程達(dá)人，編程達(dá)人撰寫課程內(nèi)容，通過(guò)編程微課平臺(tái)為編程愛(ài)好者提供課程內(nèi)容，獲得收益。讀者可以通過(guò)PC瀏覽器、微信小程序支付課程費(fèi)用和學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，并可以加入編程達(dá)人的朋友圈，與編程達(dá)人進(jìn)一步互動(dòng)交流學(xué)習(xí)。

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2、理解數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)可以理解為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中都有編號(hào)，通過(guò)編號(hào)就可以找到該數(shù)據(jù)項(xiàng)。例如，圖書館就是存儲(chǔ)圖書的倉(cāng)庫(kù)，在圖書館存儲(chǔ)的每本圖書都有一個(gè)編號(hào)，編號(hào)表示了書的類別和順序號(hào)，同類別的書放在一個(gè)書架上，便于圖書管理員和讀者查找圖書。

圖書館存儲(chǔ)的是圖書，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的是數(shù)據(jù)，每條數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)項(xiàng)。數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事物的符號(hào)表示，如文字、圖形、數(shù)字等。在日常生活中，人們直接用語(yǔ)言來(lái)描述事物，例如在描述一門課程時(shí)，人們常用“Java編程課程—入門篇由編程達(dá)人郎老師編寫，編程語(yǔ)言課，課程面向青少年編程愛(ài)好者，課程以淺顯易懂的語(yǔ)言，以常見(jiàn)的生活場(chǎng)景為案例，帶領(lǐng)大家逐步進(jìn)入計(jì)算機(jī)編程世界”。

在計(jì)算機(jī)中，為了存儲(chǔ)和處理這些事物，就要將事物的特征抽象出來(lái)組成一個(gè)記錄來(lái)描述。

例如，將課程事物抽象為數(shù)據(jù)項(xiàng)記錄（課程名稱，授課老師，類別、學(xué)生對(duì)象，課程簡(jiǎn)介）。課程事物的一條數(shù)據(jù)可以描述為（Java編程課程—入門篇，郎老師，編程語(yǔ)言，面向青少年愛(ài)好者，課程以淺顯易懂的語(yǔ)言，以常見(jiàn)的生活場(chǎng)景為案例，帶領(lǐng)大家逐步進(jìn)入計(jì)算機(jī)編程世界）。

當(dāng)需要存儲(chǔ)多個(gè)課程數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，這些數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，無(wú)有害的或不必要的冗余，并為多種應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

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3、數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展簡(jiǎn)史

計(jì)算機(jī)應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理的初期，由于沒(méi)有必要的軟件、硬件環(huán)境的支持，用戶只能直接在裸機(jī)上操作。當(dāng)時(shí)編寫的應(yīng)用程序不僅要設(shè)計(jì)如何處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還要指明數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器上的存儲(chǔ)地址。在這一管理方式下，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)之間相互結(jié)合，不可分割，數(shù)據(jù)獨(dú)立性差，缺少共享性，編程效率低下。這一階段稱為人工管理階段。

隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展，數(shù)據(jù)管理進(jìn)入了文件管理階段，這一階段的主要標(biāo)志是計(jì)算機(jī)有了專門管理數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件——操作系統(tǒng)（文件管理）。文件管理方式是把有關(guān)的數(shù)據(jù)組織成一種文件，這種數(shù)據(jù)文件可以脫離程序而獨(dú)立存在，有一個(gè)專門的文件管理系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一管理。在這一管理方式下，應(yīng)用程序通過(guò)文件管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)具有一定的獨(dú)立性和共享性，比手工管理方式更進(jìn)了一步。

在文件管理階度，數(shù)據(jù)雖然具備了一定的獨(dú)立性和共享性，但由于數(shù)據(jù)的組織依然是面向程序，數(shù)據(jù)不但存在大量冗余，而且數(shù)據(jù)自身的邏輯結(jié)構(gòu)也難以滿足不同用戶對(duì)數(shù)據(jù)的要求。為了減少數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)的共享性和獨(dú)立性，人們需要對(duì)使用的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃管理，形成一個(gè)數(shù)據(jù)中心，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)能夠滿足所有用戶的不同要求，供不同用戶共享。這個(gè)階段稱為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)階段。

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4、數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事物的符號(hào)表示，模型是現(xiàn)實(shí)世界的抽象。數(shù)據(jù)模型是對(duì)數(shù)據(jù)特征的抽象。

將客觀事物抽象為數(shù)據(jù)模型，是一個(gè)逐步轉(zhuǎn)化的過(guò)程，經(jīng)歷了現(xiàn)實(shí)世界、信息世界和計(jì)算機(jī)世界這三個(gè)不同的世界，經(jīng)歷了兩級(jí)抽象和轉(zhuǎn)換，如下圖所示：

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2-1 數(shù)據(jù)抽象過(guò)程

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現(xiàn)實(shí)世界是指客觀存在的事物及其相互間的聯(lián)系，人們一般選擇事物的基本特征來(lái)描述事物。事物可以是抽象的，也可以是具體的，如課程屬于抽象的事物，人們通常用課程名稱、授課老師、類別、學(xué)生對(duì)象、課程簡(jiǎn)介等特征來(lái)描述和區(qū)分。學(xué)生就屬于具體的事物，通常用學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)、成績(jī)等特征來(lái)描述和區(qū)分。

信息世界是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，人們把事物的特征和聯(lián)系通過(guò)符號(hào)記錄下來(lái)，并用規(guī)范化的語(yǔ)言描述現(xiàn)實(shí)世界的事物，從而構(gòu)成一個(gè)基于現(xiàn)實(shí)世界的信息世界，這個(gè)信息世界就是概念模型。概念模型主要用來(lái)描述顯示世界的概念化結(jié)構(gòu)，它使數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的初始階段，擺脫計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的具體技術(shù)問(wèn)題，集中精力分析數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。在概念模型中，最常用的設(shè)計(jì)模型就是實(shí)體—聯(lián)系模型（ER模型），關(guān)于課程的ER模型如下圖所示：

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2-2 課程ER模型

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信息世界的概念模型還不能被數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)直接使用，需要將概念模型進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為邏輯數(shù)據(jù)模型，形成便于計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)形式。邏輯數(shù)據(jù)模型是具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型，主要有關(guān)系數(shù)據(jù)模型、層次數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)模型是目前最流行的數(shù)據(jù)庫(kù)模型，支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，MySQL就屬于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。關(guān)系數(shù)據(jù)模型以二維表結(jié)構(gòu)來(lái)表示事物與事物之間的聯(lián)系，也可以稱為實(shí)體與實(shí)體之間的聯(lián)系。關(guān)于課程關(guān)系的二維表如下表所示：

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?表格 2-1 課程關(guān)系表

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邏輯數(shù)據(jù)模型反映了數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要把邏輯模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到物理介質(zhì)時(shí)，就需要用到物理數(shù)據(jù)模型了，物理數(shù)據(jù)模型是面向計(jì)算機(jī)物理表示的模型，描述了數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)，它不但與具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有關(guān)，而且還與操作系統(tǒng)和硬件相關(guān)，每一種邏輯數(shù)據(jù)模型在實(shí)現(xiàn)時(shí)都有對(duì)應(yīng)的物理數(shù)據(jù)模型。本課程重點(diǎn)討論概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型，物理數(shù)據(jù)模型不是本課程討論的重點(diǎn)。

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5、 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，首先要將現(xiàn)實(shí)世界抽象到數(shù)據(jù)的世界，即將現(xiàn)實(shí)世界用數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，得到一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)模型。

關(guān)系數(shù)據(jù)模型是目前描述現(xiàn)實(shí)世界主要的抽象化方法，它將用戶數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)歸納為滿足一定條件的二維表的形式。由于關(guān)系數(shù)據(jù)模型概念簡(jiǎn)單、清晰，用戶易懂易用，又有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。因此，20世紀(jì)80年代以來(lái)推出的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)都支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型，支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)也稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。

在描述現(xiàn)實(shí)世界的過(guò)程中，為了分析的方便，可以將這一抽象過(guò)程分為兩個(gè)階段，首先應(yīng)用ER模型將現(xiàn)實(shí)世界抽象為一個(gè)信息世界，這種信息的結(jié)構(gòu)不依賴于具體的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，然后將信息世界的數(shù)據(jù)抽象為結(jié)構(gòu)化的二維表形式，形成關(guān)系數(shù)據(jù)模型。

下面以編程微課項(xiàng)目的學(xué)生與課程兩個(gè)事物（實(shí)體）為例，對(duì)兩個(gè)階段的抽象過(guò)程作具體說(shuō)明。

在現(xiàn)實(shí)世界中描述學(xué)生和課程，要結(jié)合具體的事物場(chǎng)景來(lái)分析。編程微課項(xiàng)目使用圖文，語(yǔ)言，視頻等方式進(jìn)行在線教學(xué)，學(xué)生可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)使用手機(jī)或電腦打開(kāi)課程學(xué)習(xí)。結(jié)合上面的場(chǎng)景來(lái)分析學(xué)生和課程的特征。學(xué)生有名稱、賬號(hào)、登錄密碼、性別、年齡等基本特征；課程有課程名稱、授課老師、類別、學(xué)生對(duì)象、課程簡(jiǎn)介等基本特征；學(xué)生與課程的主要關(guān)系是學(xué)生學(xué)習(xí)課程。

經(jīng)過(guò)上面對(duì)學(xué)生和課程的分析，可以畫出學(xué)生與課程的ER模型，完成第一階段從現(xiàn)實(shí)世界到概念世界的抽象。ER模型如下圖所示：

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2-3 學(xué)生與課程ER模型

第二階段將設(shè)計(jì)的ER模型抽象為結(jié)構(gòu)化的二維表形式，形成關(guān)系數(shù)據(jù)模型。將ER模型轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化的二維表形式非常簡(jiǎn)單，一個(gè)事物（實(shí)體）對(duì)應(yīng)一個(gè)表，事物（實(shí)體）的屬性為表的字段，事物（實(shí)體）之間的關(guān)系可以在一個(gè)實(shí)體的二維表中增加另一個(gè)實(shí)體的主要字段來(lái)實(shí)現(xiàn)。ER模型轉(zhuǎn)換后的二維表如下圖所示：

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2-4 學(xué)生課程二維表結(jié)構(gòu)

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■ 課程小結(jié)

可以把關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理解為超市，超市擺放商品的每一排貨架為數(shù)據(jù)庫(kù)表，貨架中每一列為表的字段，每一行為表的一條記錄。假設(shè)貨架每行同列擺放的商品類別相同，則可以把超市的每一排貨架理解為數(shù)據(jù)庫(kù)的二維表結(jié)構(gòu)。由此可以看出，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是由多個(gè)二維表組成的，在每個(gè)二維表中每行同列存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類別相同。

設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，需要兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是需要將現(xiàn)實(shí)世界的事物進(jìn)行概念化，抽象為概念數(shù)據(jù)模型，此階段最常用的工具是實(shí)體—聯(lián)系模型（ER圖）；第二個(gè)階段是將ER模型轉(zhuǎn)換為二維表結(jié)構(gòu)（關(guān)系數(shù)據(jù)模型），此階段一般需要利用數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，如PowerDesigner、Visio等設(shè)計(jì)軟件。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的理解数据库与数据模型的概念的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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