數(shù)據(jù)庫(kù)課程知識(shí)的簡(jiǎn)化梳理與呈現(xiàn)

楊冬梅

（河南信息統(tǒng)計(jì)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450008）

當(dāng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)課程時(shí)，一些學(xué)生因種種原因，對(duì)一些抽象性數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)的認(rèn)知不清晰，將會(huì)影響后續(xù)的課程學(xué)習(xí)，嚴(yán)重者影響學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)的積極性。為更好地化解數(shù)據(jù)庫(kù)課程知識(shí)點(diǎn)理解難題，我們將與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)潔化處理與分類，以便學(xué)生能夠從中抓住問(wèn)題的本質(zhì)，厘清相互關(guān)系，為提升數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)效果創(chuàng)造有利條件。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)課程與理論知識(shí)的特點(diǎn)

在一般課程知識(shí)點(diǎn)教學(xué)中，先了解知識(shí)點(diǎn)的理論內(nèi)涵，再由理論知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)向應(yīng)用研究。如在化學(xué)課程、物理課程中，都是從概念中來(lái)探析其應(yīng)用的。不過(guò)，在計(jì)算機(jī)類學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域，特別是數(shù)據(jù)庫(kù)課程，與化學(xué)、物理學(xué)科具有較大不同?；瘜W(xué)、物理等自然學(xué)科概念，多是從自然規(guī)律的歸納和總結(jié)中得出，具有抽象性；而對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)等軟科學(xué)知識(shí)，這些概念多是由人為設(shè)定的。也就是說(shuō)，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)等學(xué)科知識(shí)點(diǎn)，其理論是源于軟件工程實(shí)際問(wèn)題，并逐漸形成抽象的概念。因此，這些知識(shí)點(diǎn)相較于化學(xué)、物理概念更抽象，不易看懂，特別是在初學(xué)時(shí)，如果未能深入了解，對(duì)其概念的來(lái)龍去脈則難以洞曉。如在數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)點(diǎn)中，數(shù)據(jù)關(guān)系的笛卡爾乘積運(yùn)算，函數(shù)依賴集的屬性子集閉包，第四范式、第五范式等。這些知識(shí)點(diǎn)在教材中的出現(xiàn)，很多學(xué)生難以理解，更別提掌握和運(yùn)用了。所以說(shuō)，在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)課程過(guò)程中，我們可以將相關(guān)的理論知識(shí)，通過(guò)工程應(yīng)用案例等方式進(jìn)行簡(jiǎn)化呈現(xiàn)，強(qiáng)化理論知識(shí)與工程實(shí)際的關(guān)聯(lián)度，讓學(xué)生能夠從中了解理論知識(shí)的內(nèi)涵、概念，把握好數(shù)據(jù)庫(kù)工程中的知識(shí)難點(diǎn)。由此，面對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)課程中不同理論知識(shí)的簡(jiǎn)化處理與表征，應(yīng)該如何呈現(xiàn)？以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的笛卡爾乘積運(yùn)算為例，該知識(shí)點(diǎn)主要是為了表征兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表之間的某種聯(lián)接運(yùn)算，在外在顯示方式上突出兩個(gè)數(shù)據(jù)表中不同記錄信息的橫向組合，以滿足實(shí)際軟件工程需要。以具體數(shù)據(jù)庫(kù)案例來(lái)分析，當(dāng)某數(shù)據(jù)庫(kù)中的學(xué)生數(shù)據(jù)表包含姓名、學(xué)號(hào)兩列字段，而選課表中有學(xué)號(hào)、課程、成績(jī)3列字段。當(dāng)需要呈現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中學(xué)生成績(jī)表，且滿足姓名、學(xué)號(hào)、課程、成績(jī)4個(gè)字段要求時(shí)，就需要對(duì)學(xué)生表和選課表進(jìn)行聯(lián)接運(yùn)算處理，來(lái)生成所需要的數(shù)據(jù)表。可見(jiàn)，對(duì)于笛卡爾乘積運(yùn)算概念的理解，就可以表征為兩個(gè)數(shù)據(jù)表之間所有可能的字段組合方式[1]。

2 在數(shù)據(jù)庫(kù)工程管理中常見(jiàn)的數(shù)據(jù)問(wèn)題

研究數(shù)據(jù)庫(kù)課程知識(shí)的簡(jiǎn)化表征，就需要聯(lián)系數(shù)據(jù)庫(kù)工程管理實(shí)際，圍繞數(shù)據(jù)庫(kù)操作與管理來(lái)探析相關(guān)問(wèn)題。我們從數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)中來(lái)看，用戶通過(guò)應(yīng)用程序來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，而數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)方式，又與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。簡(jiǎn)言之，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，主要有五大類：數(shù)據(jù)正確性；數(shù)據(jù)完整性；數(shù)據(jù)操作簡(jiǎn)單性；數(shù)據(jù)安全性；數(shù)據(jù)處理性能。這些數(shù)據(jù)本身，在正確性條件下，又分為無(wú)故障數(shù)據(jù)正確性和有故障數(shù)據(jù)正確性。我們以數(shù)據(jù)的正確性為例，對(duì)于無(wú)故障數(shù)據(jù)正確性，就是確保數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)保持良好一致性。但對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)本身，并非單純的一個(gè)表，而是很多類數(shù)據(jù)表的集合。在數(shù)據(jù)庫(kù)的使用和管理中，如果用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的某一表進(jìn)行修改，與之關(guān)聯(lián)的其他數(shù)據(jù)表中的相關(guān)數(shù)據(jù)也應(yīng)該進(jìn)行一致性修改，否則將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)表的不一致。這些問(wèn)題的出現(xiàn)，將會(huì)給數(shù)據(jù)庫(kù)帶來(lái)錯(cuò)誤。如果我們強(qiáng)調(diào)對(duì)所有數(shù)據(jù)表進(jìn)行原樣存儲(chǔ)，則會(huì)帶來(lái)更多的數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題。因此，從數(shù)據(jù)庫(kù)管理效率來(lái)看，必須采用合理化組織，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)與關(guān)系。不過(guò)，即便是在優(yōu)化處理?xiàng)l件下，也可能帶來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)表單數(shù)據(jù)的不一致性。比如當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)某些故障，停電、地震等其他災(zāi)難性破壞，都可能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)帶來(lái)影響，引發(fā)各類數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)丟失。

同時(shí)，考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)管理的正確性，要在數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與管理上，依照數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體與關(guān)系來(lái)細(xì)化數(shù)據(jù)表，確保數(shù)據(jù)表能夠與實(shí)際業(yè)務(wù)保持一致。不過(guò)，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的使用和管理，還要突出操作的簡(jiǎn)單性。也就是說(shuō)，從數(shù)據(jù)表的生成與使用上，要能夠提升數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)算、執(zhí)行效率。另外，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，包括所有用戶的數(shù)據(jù)都要存放在數(shù)據(jù)庫(kù)。如對(duì)于某一用戶在登錄數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，需要通過(guò)身份驗(yàn)證，成功后調(diào)取其訪問(wèn)權(quán)限，對(duì)其權(quán)限內(nèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，只有這樣才能保障數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，除了正確性、安全性、操作簡(jiǎn)單性外，還要完整性。對(duì)于正確性，可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)體與關(guān)系模式來(lái)進(jìn)行分類存儲(chǔ)；對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)體表、事件表，也要進(jìn)行分類存儲(chǔ)?？紤]到不同數(shù)據(jù)對(duì)象之間的關(guān)系，還需要數(shù)據(jù)表與數(shù)據(jù)表之間的聯(lián)接關(guān)系上來(lái)組合用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)表?？梢?jiàn)，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)管理及數(shù)據(jù)庫(kù)課程而言，其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)知識(shí)概念更趨多樣性，面對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型及存儲(chǔ)管理要求，如果無(wú)法滿足用戶的訪問(wèn)請(qǐng)求，或者說(shuō)對(duì)客戶的訪問(wèn)無(wú)法滿足，則影響數(shù)據(jù)庫(kù)的管理效率[2]。

3 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)課程知識(shí)的簡(jiǎn)潔化處理

通過(guò)前面對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)工程實(shí)際問(wèn)題的分析與梳理，可以將數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)中的工程問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化呈現(xiàn)，如不同的概念、法則、相互關(guān)系等內(nèi)容。從現(xiàn)有關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)來(lái)看，關(guān)系數(shù)據(jù)模型是基礎(chǔ)，也是最核心的內(nèi)容。當(dāng)然，對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)模型，并非能解決所有數(shù)據(jù)庫(kù)問(wèn)題，而是以關(guān)系數(shù)據(jù)模型來(lái)構(gòu)建解決數(shù)據(jù)庫(kù)問(wèn)題的途徑。如通過(guò)對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，來(lái)解決無(wú)故障時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)正確性問(wèn)題。首先，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)故障類型，可以有內(nèi)存數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)執(zhí)行中斷、數(shù)據(jù)庫(kù)磁盤數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)庫(kù)整機(jī)數(shù)據(jù)丟失等類型，在化解無(wú)故障時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)正確性時(shí)，需要判斷數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的5個(gè)范式，來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的合理性。當(dāng)存在故障時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)的正確性可以利用故障恢復(fù)數(shù)據(jù)，而故障恢復(fù)采用的是數(shù)據(jù)冗余策略。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)在無(wú)故障時(shí)，如何判斷每項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的操作是否安全、可靠，還要對(duì)各項(xiàng)操作記錄到日志中。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)日志記錄，可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有操作進(jìn)行記錄，但對(duì)于日志載體，需要先存放在內(nèi)存中，再由內(nèi)存?zhèn)魉偷饺罩敬疟P，也可以傳送至群體專用磁盤或備份服務(wù)器中。

同樣，根據(jù)故障恢復(fù)原理，在日志磁盤或日志備用數(shù)據(jù)庫(kù)中，并非是同一個(gè)物理磁盤，當(dāng)無(wú)故障時(shí)，日志磁盤或日志備用服務(wù)器只寫不讀，從而保障了日志磁盤的高效性。但對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的正確性，由于分列于不同的數(shù)據(jù)表，可能會(huì)出現(xiàn)與相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。我們?cè)陉P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，通常需要設(shè)計(jì)多個(gè)表來(lái)完成數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)接、選擇、投影等操作。但為了強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)使用的直觀性，我們往往利用視圖概念來(lái)呈現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系。對(duì)于視圖，其內(nèi)涵是展現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表的集合，而不是實(shí)體表或事件表。同樣，為了簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)操作語(yǔ)言，我們又引入存儲(chǔ)過(guò)程概念。存儲(chǔ)過(guò)程概念，將存儲(chǔ)過(guò)程進(jìn)行封裝，利用數(shù)函數(shù)調(diào)用方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。如在存儲(chǔ)過(guò)程一級(jí)，用戶可以直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。為了強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的有效性和直觀性，我們又引入了應(yīng)用程序概念，應(yīng)用程序?qū)?duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)轉(zhuǎn)換為便于屏幕顯示的視窗，包括鍵盤、鼠標(biāo)等都可以直接應(yīng)用?？傮w而言，從數(shù)據(jù)庫(kù)管理上通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、視圖、存儲(chǔ)過(guò)程、應(yīng)用程序等簡(jiǎn)化處理，來(lái)提升數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)與操作便捷性[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

從數(shù)據(jù)庫(kù)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)看，一些概念的抽象性，導(dǎo)致學(xué)生領(lǐng)悟不透，也影響對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)課程的學(xué)習(xí)效果。由于數(shù)據(jù)庫(kù)自身的復(fù)雜性，對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，還需要與相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)特性、訪問(wèn)特性等有關(guān)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)較大時(shí)，所用磁盤空間大，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理的響應(yīng)時(shí)效要求更高。因此，從改善磁盤尋道性能，減少磁盤移動(dòng)路徑上，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)最為頻繁的數(shù)據(jù)放在合理位置，突出訪問(wèn)時(shí)效性，來(lái)提升數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)效率。總之，借助于數(shù)據(jù)庫(kù)工程來(lái)探析數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)的簡(jiǎn)潔化處理，讓學(xué)生能夠從數(shù)據(jù)工程視角來(lái)重新審視和理解知識(shí)點(diǎn)，了解數(shù)據(jù)庫(kù)管理的基本狀況，加深對(duì)相關(guān)抽象概念的通俗理解。