數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用004

1、南方醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程學院信息技術(shù)系 第2章 數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)模型 概念層數(shù)據(jù)模型 組織層數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 1、基本概念 模型 現(xiàn)實世界特征的模擬和抽象 數(shù)據(jù)模型 現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象和模擬 在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示 和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求 能比較真實地模擬現(xiàn)實世界 容易為人所理解 便于在計算機上實現(xiàn) 兩個層次 概念層數(shù)據(jù)模型 按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模 主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計 組織層數(shù)據(jù)模型 按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模 主要用于DBMS的實現(xiàn) 兩步抽象 現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為概念模型 把概念模型轉(zhuǎn)換為某一DBM

2、S支持的組織模 型 2、數(shù)據(jù)模型的組成要素 基本結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)操作 數(shù)據(jù)的約束條件 基本結(jié)構(gòu) 所研究的對象類型的集合 兩類對象 與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象 與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述 數(shù)據(jù)操作 對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值） 允許執(zhí)行的操作及有關(guān)的操作規(guī)則 數(shù)據(jù)操作的類型 檢索（又稱查詢） 更新（包括插入、刪除、修改） 數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述 數(shù)據(jù)的約束條件 一組完整性規(guī)則的集合 完整性規(guī)則 給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約 和儲存規(guī)則 用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài) 的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容 第2章 數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫

3、結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)模型 概念層數(shù)據(jù)模型 組織層數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 概念層數(shù)據(jù)模型 概念模型 信息世界中的基本概念 概念模型的表示方法 概念模型 用于信息世界的建模 第一層抽象 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的工具 基本要求 較強的語義表達能力 簡單、清晰、易于用戶理解 信息世界中的基本概念 實體（Entity） 客觀存在并可相互區(qū)別的事物 可以是具體的人、事、物 也可以是抽象的概念或聯(lián)系 屬性（Attribute） 實體所具有的某一特性 一個實體可以由若干個屬性來刻畫 碼（Key） 唯一標識實體的屬性集 信息世界中的基本概念 域（Domain） 屬性的取值范圍稱為該屬性的域 實體型（Entity Type） 用實體名及

4、其屬性名集合來抽象和刻畫同類 實體 實體集（Entity Set） 同型實體的集合 信息世界中的基本概念 聯(lián)系（Relationship） 現(xiàn)實世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系，在 信息世界中反映為實體內(nèi)部的聯(lián)系和實體之間 的聯(lián)系。 實體內(nèi)部的聯(lián)系 組成實體的各屬性之間的聯(lián)系 實體之間的聯(lián)系 不同實體集之間的聯(lián)系 實體聯(lián)系方法 E-R方法也稱為E-R模型 實體型 用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。 實體的屬性 用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接 起來 學生學生 學號學號 年齡年齡 性別性別姓名姓名 E-R圖 聯(lián)系： 用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向 邊分別與有關(guān)實體連接起來，同

5、時在無向邊旁 標上聯(lián)系的類型（1:1、1:n或m:n） 聯(lián)系的屬性： 聯(lián)系本身也是一種實體型，也可以有屬性。如 果一個聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向 邊與該聯(lián)系連接起來 聯(lián)系的表示方法示例 班級班級 班級班級-班長班長 班長班長 1 1 1:1聯(lián)系聯(lián)系 課程課程 選修選修 學生學生 m n m:n聯(lián)系聯(lián)系 班級班級 組成組成 學生學生 1 n 1:n聯(lián)系聯(lián)系 聯(lián)系的表示方法示例 學生學生 班長 1n 同一實體型內(nèi)部的同一實體型內(nèi)部的 1:n聯(lián)系聯(lián)系 課程課程 講授講授 教師教師 1 m 多個實體型間的多個實體型間的1:n聯(lián)系聯(lián)系 參考書參考書 n 聯(lián)系屬性的表示方法 課程課程 選修選修 學

6、生學生 m n 成績成績 第2章 數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)模型 概念層數(shù)據(jù)模型 組織層數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 常用組織層模型 非關(guān)系模型 層次模型(Hierarchical Model) 網(wǎng)狀模型(Network Model ) 關(guān)系模型(Relational Model) 面向?qū)ο竽Ｐ?(Object Oriented Model） 關(guān)系模型 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 關(guān)系模型的操縱 關(guān)系模型的完整性約束 關(guān)系模型的存儲結(jié)構(gòu) 關(guān)系模型的優(yōu)缺點 典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 在用戶觀點下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié) 構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。 關(guān)系模型的基本概念 關(guān)系（Relation

7、） 一個關(guān)系對應(yīng)通常說的一張表 元組（Tuple） 表中的一行即為一個元組 屬性（Attribute） 表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一 個名稱即屬性名 關(guān)系模型的基本概念 主碼（Key） 表中的某個屬性組，可以唯一確定一個元組 域（Domain） 屬性的取值范圍 分量 元組中的一個屬性值 關(guān)系模型的基本概念 關(guān)系模式 對關(guān)系的描述，表示為： 關(guān)系名（屬性1，屬性2，屬性n） 例如： 學生（學號，姓名，年齡，性別，系和年級） 實體及實體間聯(lián)系的表示方法 實體型 直接用關(guān)系（表）表示 一對一聯(lián)系 隱含在實體對應(yīng)的關(guān)系中 一對多聯(lián)系 隱含在實體對應(yīng)的關(guān)系中 多對多聯(lián)系 直接用關(guān)系表示 關(guān)系

8、的規(guī)范化 關(guān)系必須規(guī)范化，滿足一定的規(guī)范條件 最基本的規(guī)范條件：關(guān)系的每一個分量必須是 一個不可分的數(shù)據(jù)項。 關(guān)系模型的操縱 查詢、插入、刪除、更新 數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對象和操作結(jié) 果都是關(guān)系，即若干元組的集合 存取路徑對用戶隱蔽，用戶只要指出“干 什么”，不必詳細說明“怎么干” 關(guān)系模型的完整性約束 實體完整性 參照完整性 用戶定義的完整性 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu) 表以文件形式存儲 有的DBMS一個表對應(yīng)一個操作系統(tǒng)文件 有的DBMS自己設(shè)計文件結(jié)構(gòu) 關(guān)系模型的優(yōu)點 建立在嚴格的數(shù)學概念的基礎(chǔ)上 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用 實體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示。 對數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系

9、。 關(guān)系模型的存取路徑對用戶透明 具有更高的數(shù)據(jù)獨立性，更好的安全保密性 簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作 關(guān)系模型的缺點 存取路徑對用戶透明導(dǎo)致查詢效率往往不 如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型 為提高性能，必須對用戶的查詢請求進行 優(yōu)化，增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度 典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ORACLE SYBASE INFORMIX DB/2 COBASE PBASE EasyBase DM/2 OpenBase 第2章 數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)模型 概念層數(shù)據(jù)模型 組織層數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 從數(shù)據(jù)庫管理角度看數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三級模式結(jié)構(gòu) / 二級映象功能 從數(shù)據(jù)庫

10、最終用戶角度看數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部 的體系結(jié)構(gòu) 集中式結(jié)構(gòu) 分布式結(jié)構(gòu) 客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 并行結(jié)構(gòu) 基本概念 模式（Schema） 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述 反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系 是相對穩(wěn)定的 實例（Instance） 模式的一個具體值，同一個模式可以有多個實例 反映數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài) 隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu) 應(yīng)用應(yīng)用A應(yīng)用應(yīng)用B應(yīng)用應(yīng)用C應(yīng)用應(yīng)用D應(yīng)用應(yīng)用E 外模式外模式1外模式外模式2外模式外模式3 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 模式模式 內(nèi)模式內(nèi)模式 外模式外模式/模式映象模式映象 內(nèi)模式內(nèi)模式/模式映象模式映象 模式 模式（邏輯模式） 數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特

11、征的描述 綜合了所有用戶需求的公共數(shù)據(jù)視圖 一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式 模式的定義 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項的名字、類型、取值范圍等） 數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系 數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求 模式的地位 是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層 與數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān) 與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及高級程序 設(shè)計語言無關(guān) 外模式（External Schema） 數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶） 使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述 數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有 關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示 一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式，反映了不 同的用戶的應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、 對數(shù)據(jù)保密的要求 保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個

12、有力措施 外模式的地位 介于模式與應(yīng)用之間 模式與外模式的關(guān)系：一對多 外模式通常是模式的子集 對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、 長度、保密級別等都可以不同 外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對多 同一外模式也可以為某一用戶的多個應(yīng)用系統(tǒng)所 使用 一個應(yīng)用程序只能使用一個外模式 內(nèi)模式（Internal Schema） 也稱存儲模式 是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述 是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式 記錄的存儲方式 索引的組織方式 數(shù)據(jù)是否壓縮存儲 數(shù)據(jù)是否加密 數(shù)據(jù)存儲記錄結(jié)構(gòu)的規(guī)定 一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式 數(shù)據(jù)庫的二級映象功能 應(yīng)用應(yīng)用A應(yīng)用應(yīng)用B應(yīng)用應(yīng)用C應(yīng)用應(yīng)用D應(yīng)用應(yīng)用E 外模式外模式1外模式外模式2外模式外模式3 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 模式模式 內(nèi)模式內(nèi)模式 外模式外模式/模式映象模式映象 內(nèi)模式內(nèi)模式/模式映象模式映象 外模式模式映象 定義外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系 每一個外模式都對應(yīng)一個外模式模式映 象 映象定義包含在各自外模式的描述中 作用： 保證數(shù)據(jù)的邏輯獨立性，當模式改變時，數(shù)據(jù)庫管 理員修改有關(guān)的外模式模式映象，使外模式保持 不變 模式內(nèi)模式映象 模式內(nèi)模式映象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié) 構(gòu)與存