數據庫系統(tǒng)概論第一章PPT

1、 主講人：商敏敏第一章 緒論1.1 數據庫系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述1.2 數據模型數據模型1.3 數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構1.4 數據庫系統(tǒng)的組成數據庫系統(tǒng)的組成1.5 小結小結數據庫的地位數據庫技術產生于二十世紀六十年代末，是數據管理的最新技術，是計算機科學的重要分支。數據庫系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的基礎軟件。數據庫技術是信息系統(tǒng)的核心和基礎，它的出現極大地促進了計算機應用向各行各業(yè)的滲透。數據庫的建設規(guī)模、數據庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個國家信息化程度的重要標志。第一章 緒論1.1 數據庫系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述 1.1.1 四個基本概念四個基本概念 1.1.2 數據管理技術的產生和發(fā)展

2、數據管理技術的產生和發(fā)展 1.1.3 數據庫系統(tǒng)的特點數據庫系統(tǒng)的特點 1.1.1 四個基本概念數據(data)數據庫(database)數據庫管理系統(tǒng)(dbms)數據庫系統(tǒng)(dbs)一、數據數據(data)是數據庫中存儲的基本對象數據庫中存儲的基本對象數據的定義描述事物的符號記錄數據的種類文本、圖形、圖像、音頻、視頻、學生的檔案記錄、貨物的運輸情況等數據的特點數據與其語義是不可分的數據舉例數據的含義稱為數據的語義，數據與其語義是不可分的。例如 93是一個數據語義1：學生某門課的成績語義2：某人的體重語義3：計算機系2003級學生人數語義4：請同學給出。數據舉例學生檔案中的學生記錄（李明，男，

3、197205，江蘇南京市，計算機系，1990）語義：學生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在院系、 入學時間解釋：李明是個大學生，1972年5月出生，江蘇南京市人，1990年考入計算機系請給出另一個解釋和語義二、數據庫數據庫的定義數據庫數據庫(database,簡稱簡稱db)是是長期儲存長期儲存在計算機內、在計算機內、有有組織組織的、的、可共享可共享的的大量大量數據的集合。數據的集合。數據按一定的數據模型組織、描述和儲存數據按一定的數據模型組織、描述和儲存,可為各種用可為各種用戶共享戶共享,冗余度較小冗余度較小,數據獨立性較高數據獨立性較高,易擴展。易擴展。數據庫的基本特點永久存儲永久存儲有組織有

4、組織可共享可共享三、數據庫管理系統(tǒng)什么是dbms位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數據管理軟件。是基礎軟件，是一個大型復雜的軟件系統(tǒng) dbms的用途科學地組織和存儲數據、高效地獲取和維護數據數據庫在計算機系統(tǒng)中的位置硬件平臺硬件平臺基礎軟件平臺基礎軟件平臺軟件基礎構架平臺軟件基礎構架平臺應用軟件平臺應用軟件平臺軟件產品軟件產品協(xié)同軟件協(xié)同軟件辦公軟件辦公軟件 中間件中間件 應用服務器應用服務器dbms的主要功能數據定義功能數據定義功能 提供數據定義語言(ddl) 定義數據庫中的數據對象數據組織、存儲和管理數據組織、存儲和管理 分類組織、存儲和管理各種數據 確定組織數據的文件結構和存取方式 實現數據之

5、間的聯系 提供多種存取方法提高存取效率dbms的主要功能數據操縱功能數據操縱功能 提供數據操縱語言(dml) 實現對數據庫的基本操作 (查詢、插入、刪除和修改)數據庫的事務管理和運行管理數據庫的事務管理和運行管理 數據庫在建立、運行和維護時由dbms統(tǒng)一管理和控制保證數據的安全性、完整性、多用戶對數據的并發(fā)使用發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復dbms的主要功能數據庫的建立和維護功能數據庫的建立和維護功能(實用程序實用程序) 數據庫初始數據裝載轉換 數據庫轉儲 介質故障恢復 數據庫的重組織 性能監(jiān)視分析等其它功能其它功能 dbms與網絡中其它軟件系統(tǒng)的通信 兩個dbms系統(tǒng)的數據轉換 異構數據庫之間的互訪和

6、互操作四、數據庫系統(tǒng)什么是數據庫系統(tǒng)（database system，簡稱，簡稱dbs） 在計算機系統(tǒng)中引入數據庫后的系統(tǒng)構成在計算機系統(tǒng)中引入數據庫后的系統(tǒng)構成數據庫系統(tǒng)的構成數據庫數據庫數據庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）數據庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）應用系統(tǒng)應用系統(tǒng)數據庫管理員數據庫管理員 數據庫數據庫 應用系統(tǒng)應用系統(tǒng)應用開發(fā)工具 操作系統(tǒng) 數據庫管理系數據庫管理系統(tǒng)統(tǒng) 數據庫管理員數據庫管理員用戶用戶用戶 數據庫系統(tǒng)數據庫系統(tǒng)1.1 數據庫系統(tǒng)概述 1.1.1 四個基本概念四個基本概念 1.1.2 數據管理技術的產生和發(fā)展數據管理技術的產生和發(fā)展 1.1.3 數據庫系統(tǒng)的特點數據庫系統(tǒng)的特

7、點 數據管理技術的產生和發(fā)展什么是數據管理對數據進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護對數據進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護數據處理的中心問題數據處理的中心問題數據管理技術的發(fā)展過程人工管理階段人工管理階段(20世紀世紀40年代中年代中-50年代中年代中)文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段(20世紀世紀50年代末年代末-60年代中年代中)數據庫系統(tǒng)階段數據庫系統(tǒng)階段(20世紀世紀60年代末年代末-現在現在)數據管理技術的產生和發(fā)展(續(xù))數據管理技術的發(fā)展動力應用需求的推動應用需求的推動計算機硬件的發(fā)展計算機硬件的發(fā)展計算機軟件的發(fā)展計算機軟件的發(fā)展一、人工管理階段時期20世紀40年代中-50年代中

8、產生的背景應用需求科學計算硬件水平無直接存取存儲設備軟件水平沒有操作系統(tǒng)處理方式批處理人工管理階段(續(xù))特點數據的管理者：用戶（程序員），數據不保存數據面向的對象：某一應用程序 數據的共享程度：無共享、冗余度極大數據的獨立性：不獨立，完全依賴于程序數據的結構化：無結構數據控制能力：應用程序自己控制應用程序與數據的對應關系(人工管理階段) 應用程序應用程序1數據集數據集1應用程序應用程序2數據集數據集2應用程序應用程序數據集數據集n.人工管理階段應用程序與數據之間的對應關系 二、文件系統(tǒng)階段時期20世紀50年代末-60年代中產生的背景應用需求科學計算、管理硬件水平磁盤、磁鼓軟件水平有文件系統(tǒng)處理

9、方式聯機實時處理、批處理文件系統(tǒng)階段(續(xù))v特點數據的管理者：文件系統(tǒng)，數據可長期保存數據面向的對象：某一應用程序 數據的共享程度：共享性差、冗余度大數據的結構化：記錄內有結構,整體無結構數據的獨立性：獨立性差，數據的邏輯結構改變必須 修改應用程序數據控制能力：應用程序自己控制應用程序與數據的對應關系(文件系統(tǒng)階段)應用程序應用程序文件文件應用程序應用程序文件文件2應用程序應用程序文件文件n存取存取方法方法.文件系統(tǒng)階段應用程序與數據之間的對應關系 文件系統(tǒng)中數據的結構記錄內有結構。數據的結構是靠程序定義和解釋的。數據只能是定長的?？梢蚤g接實現數據變長要求，但訪問相應數據的應用程序復雜了?？梢?/p>

10、間接實現數據變長要求，但訪問相應數據的應用程序復雜了。文件間是獨立的，因此數據整體無結構?？梢蚤g接實現數據整體的有結構，但必須在應用程序中對描述數據間可以間接實現數據整體的有結構，但必須在應用程序中對描述數據間的聯系的聯系。數據的最小存取單位是記錄。三、數據庫系統(tǒng)階段時期20世紀60年代末以來產生的背景應用背景大規(guī)模管理硬件背景大容量磁盤、磁盤陣列軟件背景有數據庫管理系統(tǒng)處理方式聯機實時處理,分布處理,批處理1.1 數據庫系統(tǒng)概述 1.1.1 四個基本概念四個基本概念 1.1.2 數據管理技術的產生和發(fā)展數據管理技術的產生和發(fā)展 1.1.3 數據庫系統(tǒng)的特點數據庫系統(tǒng)的特點 1.1.3 數據庫

11、系統(tǒng)的特點數據結構化數據的共享性高，冗余度低，易擴充數據獨立性高數據由dbms統(tǒng)一管理和控制數據結構化整體數據的結構化整體數據的結構化是數據庫的主要特征之一 整體結構化不再僅僅針對某一個應用，而是面向全組織不再僅僅針對某一個應用，而是面向全組織不僅數據內部結構化，整體是結構化的，數據之間具有聯系不僅數據內部結構化，整體是結構化的，數據之間具有聯系數據庫中實現的是數據的真正結構化數據的結構用數據的結構用數據模型數據模型描述，無需程序定義和解釋描述，無需程序定義和解釋數據可以數據可以變長變長數據的最小存取單位是數據的最小存取單位是數據項數據項數據的共享性高，冗余度低，易擴充數據庫系統(tǒng)從整體角度看待

12、和描述數據，數據面向整個系統(tǒng)，可以被多個用戶、多個應用共享使用。數據共享的好處減少數據冗余，節(jié)約存儲空間避免數據之間的不相容性與不一致性 使系統(tǒng)易于擴充數據獨立性高物理獨立性指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數據庫中數據是相互獨立的。指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數據庫中數據是相互獨立的。當數據的物理存儲改變了，應用程序不用改變當數據的物理存儲改變了，應用程序不用改變。邏輯獨立性指用戶的應用程序與數據庫的邏輯結構是相互獨立的。數據的邏輯指用戶的應用程序與數據庫的邏輯結構是相互獨立的。數據的邏輯結構改變了，用戶程序也可以不變結構改變了，用戶程序也可以不變。數據獨立性是由dbms的二級映像功能來保

13、證的數據由dbms統(tǒng)一管理和控制dbms提供的數據控制功能(1)數據的安全性（security）保護保護數據，以防止不合法的使用造成的數據的泄密和破壞。(2)數據的完整性（integrity）檢查將數據控制在有效的范圍內，或保證數據之間滿足一定的關系。(3)并發(fā)（concurrency）控制對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調，防止相互干擾而得到錯誤的結果。(4)數據庫恢復（recovery）將數據庫從錯誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確狀態(tài)。應用程序與數據的對應關系(數據庫系統(tǒng))dbms應用程序應用程序1應用程序應用程序2數據庫數據庫數據庫系統(tǒng)階段應用程序與數據之間的對應關系 第一章 緒論1.1 數據庫

14、系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述1.2 數據模型數據模型1.3 數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構1.4 數據庫系統(tǒng)的組成數據庫系統(tǒng)的組成1.5 小結小結 1.2 數據模型 1.2.1 兩大類數據模型兩大類數據模型 1.2.2 數據模型的組成要素數據模型的組成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的數據模型最常用的數據模型 1.2.5 層次模型層次模型 1.2.6 網狀模型網狀模型 1.2.7 關系模型關系模型數據模型在數據庫中用數據模型這個工具來抽象、表示和處理抽象、表示和處理現實世界中的數據和信息。通俗地講數據模型就是現實世界的模擬。數據模型應滿足三方面要求能比較能比較真實真實地模擬現實世

15、界地模擬現實世界容易容易為人所為人所理解理解便于在計算機上便于在計算機上實現實現 1.2.1 兩大類數據模型數據模型分為兩類（分屬兩個不同的層次）(1) 概念模型概念模型 也稱信息模型，它是按用戶的觀點來對數據和信息建也稱信息模型，它是按用戶的觀點來對數據和信息建模，用于數據庫設計。模，用于數據庫設計。 (2) 邏輯模型和物理模型邏輯模型和物理模型 邏輯模型主要包括網狀模型、層次模型、關系模型、面向對象邏輯模型主要包括網狀模型、層次模型、關系模型、面向對象模型等，按計算機系統(tǒng)的觀點對數據建模，用于模型等，按計算機系統(tǒng)的觀點對數據建模，用于dbms實現實現。物理模型是對數據最底層的抽象，描述數據

16、在系統(tǒng)內部的表示物理模型是對數據最底層的抽象，描述數據在系統(tǒng)內部的表示方式和存取方法，在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。方式和存取方法，在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。兩大類數據模型 (續(xù))客觀對象的抽象過程-兩步抽象現實世界中的客觀對象抽象為概念模型；現實世界中的客觀對象抽象為概念模型；把概念模型轉換為某一把概念模型轉換為某一dbms支持的數據模型。支持的數據模型。兩大類數據模型 (續(xù))dbms支持的數據模型支持的數據模型概念模型概念模型認識認識抽象抽象信息世界信息世界機器世界機器世界現實世界中客觀對象的抽象過程現實世界中客觀對象的抽象過程現實世現實世界界現實世界現實世界 概念模型概念

17、模型數據庫設計人員完成數據庫設計人員完成邏輯模型邏輯模型 物理模型物理模型由由dbms完成完成概念模型概念模型 邏輯模型邏輯模型數據庫設計人員完成數據庫設計人員完成 1.2 數據模型 1.2.1 兩大類數據模型兩大類數據模型 1.2.2 數據模型的組成要素數據模型的組成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的數據模型最常用的數據模型 1.2.5 層次模型層次模型 1.2.6 網狀模型網狀模型 1.2.7 關系模型關系模型 1.2.2 數據模型的組成要素數據結構 數據操作 完整性約束條件 一、 數據結構什么是數據結構描述數據庫的組成對象，以及對象之間的聯系描述的內容與數據類型、內

18、容、性質有關的對象與數據之間聯系有關的對象數據結構是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述 二、數據操作 數據操作對數據庫中各種對象(型)的實例(值)允許執(zhí)行的 操作操作及有關的操作規(guī)則操作規(guī)則數據操作的類型查詢更新(包括插入、刪除、修改) 數據操作(續(xù)) 數據模型對操作的定義操作的確切含義操作符號操作規(guī)則（如優(yōu)先級）實現操作的語言數據操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述三、數據的完整性約束條件 數據的完整性約束條件一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則：給定的數據模型中數據及其聯系所具有的制約和依存規(guī)則用以限定符合數據模型的數據庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數據的正確、有效、相容。 數據的完整性約束條件(續(xù))數據模型對完整性約

19、束條件的定義反映和規(guī)定本反映和規(guī)定本數據模型數據模型必須遵守的必須遵守的基本的通用的基本的通用的完整性完整性約束條件。例如在關系模型中，任何關系必須滿足實體約束條件。例如在關系模型中，任何關系必須滿足實體完整性和參照完整性兩個條件。完整性和參照完整性兩個條件。提供定義完整性約束條件的機制，以反映提供定義完整性約束條件的機制，以反映具體應用具體應用所涉所涉及的數據必須遵守的特定的語義約束條件及的數據必須遵守的特定的語義約束條件。 1.2 數據模型 1.2.1 兩大類數據模型兩大類數據模型 1.2.2 數據模型的組成要素數據模型的組成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的數據模型

20、最常用的數據模型 1.2.5 層次模型層次模型 1.2.6 網狀模型網狀模型 1.2.7 關系模型關系模型 1.2.3 概念模型信息世界中的基本概念兩個實體型之間的聯系兩個以上實體型之間的聯系單個實體型內的聯系概念模型的一種表示方法一個實例概念模型概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模概念模型用于信息世界的建模是現實世界到機器世界的一個中間層次是現實世界到機器世界的一個中間層次是數據庫設計的有力工具是數據庫設計的有力工具數據庫設計人員和用戶之間進行交流的語言數據庫設計人員和用戶之間進行交流的語言對概念模型的基本要求較強的語義表達能力較強的語義表達能力能夠方便、直接地表達應用中的各種語義知識能

21、夠方便、直接地表達應用中的各種語義知識簡單、清晰、易于用戶理解簡單、清晰、易于用戶理解一、信息世界中的基本概念(1) 實體（entity） 客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體?？陀^存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念可以是具體的人、事、物或抽象的概念。(2) 屬性（attribute） 實體所具有的某一特性稱為屬性。實體所具有的某一特性稱為屬性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。 (3) 碼（key） 唯一標識實體的屬性集稱為碼。唯一標識實體的屬性集稱為碼。信息世界中的基本概念(續(xù))(4) 域（domain） 屬性的取值范圍稱為該屬性

22、的域屬性的取值范圍稱為該屬性的域。 (5) 實體型（entity type） 用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體稱為實體用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體稱為實體型型(6) 實體集（entity set） 同一類型實體的集合稱為實體集同一類型實體的集合稱為實體集信息世界中的基本概念(續(xù))(7) 聯系（relationship） 現實世界中事物內部以及事物之間的聯系在信息世界現實世界中事物內部以及事物之間的聯系在信息世界 中反映為實體內部的聯系和實體之間的聯系。中反映為實體內部的聯系和實體之間的聯系。實體內部實體內部的聯系通常是指組成實體的各屬性之間的聯系的聯系通常是指組成實體的

23、各屬性之間的聯系實體之間實體之間的聯系通常是指不同實體集之間的聯系的聯系通常是指不同實體集之間的聯系二、兩個實體型之間的聯系實體型實體型a聯系名聯系名實體型實體型b111:1聯系聯系實體型實體型a聯系名聯系名1n1:n聯系聯系實體型實體型a實體型實體型b聯系名聯系名mnm:n聯系聯系實體型實體型b用圖形來表示兩個實體型之間的這三類聯系用圖形來表示兩個實體型之間的這三類聯系 二、兩個實體型之間的聯系（續(xù)） 一對一聯系（1:1） 實例一個班級只有一個正班長一個班級只有一個正班長一個班長只在一個班中任職一個班長只在一個班中任職定義：定義： 如果對于實體集如果對于實體集a中的每一個實體，實體中的每一個

24、實體，實體集集b中至多有一個（也可以沒有）實體與中至多有一個（也可以沒有）實體與之聯系，反之亦然，之聯系，反之亦然，則稱實體集則稱實體集a與實體與實體集集b具有一對一聯系，具有一對一聯系，記為記為1:1 班級班級班級班級-班長班長班長班長111:1聯系聯系兩個實體型之間的聯系 (續(xù))一對多聯系（1：n）實例一個班級中有若干名學生，一個班級中有若干名學生，每個學生只在一個班級中學習每個學生只在一個班級中學習定義：如果對于實體集如果對于實體集a中的每一個實體，實體集中的每一個實體，實體集b中中有有n個實體（個實體（n0）與之聯系，反之，對于實體）與之聯系，反之，對于實體集集b中的每一個實體，實體集

25、中的每一個實體，實體集a中至多只有一個中至多只有一個實體與之聯系，則稱實體與之聯系，則稱實體集實體集a與實體集與實體集b有一對有一對多聯系，記為多聯系，記為1:n班級班級組成組成學生學生1n1:n聯系聯系兩個實體型之間的聯系 (續(xù))多對多聯系（m:n）實例課程與學生之間的聯系：課程與學生之間的聯系：一門課程同時有若干個學生選修一門課程同時有若干個學生選修一個學生可以同時選修多門課程一個學生可以同時選修多門課程定義：如果對于實體集如果對于實體集a中的每一個實體，實體集中的每一個實體，實體集b中中有有n個實體（個實體（n0）與之聯系，反之，對于實）與之聯系，反之，對于實體集體集b中的每一個實體，實

26、體集中的每一個實體，實體集a中也有中也有m個實個實體（體（m0）與之聯系，則稱實體集）與之聯系，則稱實體集a與實體與實體b具有多對多聯系，記為具有多對多聯系，記為m:n課程課程選修選修學生學生mnm:n聯系聯系三、兩個以上實體型之間的聯系兩個以上實體型之間一對多聯系若實體集若實體集e1，e2，.，en存在聯系，對于實體集存在聯系，對于實體集ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的給定實體，）中的給定實體，最多只和最多只和ei中的一個實體相聯系，則我們說中的一個實體相聯系，則我們說ei與與e1，e2，.，ei-1，ei+1，.，en之間的聯系是一對多的之間的聯系是一對多的兩個以上實體型

27、之間的聯系(續(xù))實例 課程、教師與參考書三個實體型課程、教師與參考書三個實體型一門課程可以有若干個教師講授，一門課程可以有若干個教師講授，使用若干本參考書，使用若干本參考書，每一個教師只講授一門課程，每一個教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用每一本參考書只供一門課程使用課程課程講授講授教師教師1m兩個以上實體型間兩個以上實體型間1:n聯系聯系參考書參考書n兩個以上實體型之間的聯系(續(xù))多個實體型間的一對一聯系兩個以上實體型間的多對多聯系實例 供應商、項目、零件三個實體型供應商、項目、零件三個實體型一個供應商可以供給多個項目多種零件一個供應商可以供給多個項目多種零件每個項目可以使用多

28、個供應商供應的零件每個項目可以使用多個供應商供應的零件每種零件可由不同供應商供給每種零件可由不同供應商供給供應商供應商供應供應項目項目mp兩個以上實體型間兩個以上實體型間m:n聯系聯系零件零件n四、單個實體型內的聯系一對多聯系實例 職工實體型內部具有領導與被領導的聯系職工實體型內部具有領導與被領導的聯系某一職工（干部）某一職工（干部）“領導領導”若干名職工若干名職工一個職工僅被另外一個職工直接領導一個職工僅被另外一個職工直接領導這是一對多的聯系這是一對多的聯系一對一聯系 請舉例職工職工領導領導1n單個實體型內部單個實體型內部1:n聯系聯系單個實體型內的聯系實體型實體型1聯系名聯系名mn單個實體

29、型內的單個實體型內的m:n聯系聯系v多對多聯系請舉例五、 概念模型的一種表示方法實體聯系方法(e-r方法)用e-r圖來描述現實世界的概念模型e-r方法也稱為e-r模型e-r圖實體型用矩形表示，矩形框內寫明實體名。屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體連接起來學生學生教師教師學生學生學號學號年齡年齡性別性別姓名姓名e-r圖(續(xù))聯系聯系本身： 用菱形表示，菱形框內寫明聯系名，并用無向邊分別用菱形表示，菱形框內寫明聯系名，并用無向邊分別與有關實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯系的類與有關實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯系的類型（型（1:1、1:n或或m:n） 聯系的表示方法實體型實體型a聯

30、系名聯系名實體型實體型b111:1聯系聯系實體型實體型a聯系名聯系名1n1:n聯系聯系實體型實體型a實體型實體型b聯系名聯系名mnm:n聯系聯系實體型實體型b聯系的表示方法示例班級班級班級班級-班長班長班長班長111:1聯系聯系課程課程選修選修學生學生mnm:n聯系聯系班級班級組成組成學生學生1n1:n聯系聯系聯系的屬性課程課程選修選修學生學生mn成績成績v聯系的屬性：聯系本身也是一種實體型，也聯系本身也是一種實體型，也 可以有屬性。如果一個聯系具可以有屬性。如果一個聯系具有屬性，則這些屬性也要用無有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯系連接起來向邊與該聯系連接起來 六、一個實例用e-r圖表示某

31、個工廠物資管理的概念模型實體倉庫： 倉庫號、面積、電話號碼零件 ：零件號、名稱、規(guī)格、單價、描述供應商：供應商號、姓名、地址、電話號碼、帳號項目：項目號、預算、開工日期職工：職工號、姓名、年齡、職稱 一個實例實體之間的聯系如下： (1)一個倉庫可以存放多種零件，一種零件可以存放在多個倉庫中。倉庫和零件具有多對多的聯系。用庫存量來表示某種零件在某個倉庫中的數量。(2)一個倉庫有多個職工當倉庫保管員，一個職工只能在一個倉庫工作，倉庫和職工之間是一對多的聯系。職工實體型中具有一對多的聯系 (3)職工之間具有領導-被領導關系。即倉庫主任領導若干保管員。(4)供應商、項目和零件三者之間具有多對多的聯系a

32、n introduction to database systems一個實例 1.2 數據模型 1.2.1 兩大類數據模型兩大類數據模型 1.2.2 數據模型的組成要素數據模型的組成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的數據模型最常用的數據模型 1.2.5 層次模型層次模型 1.2.6 網狀模型網狀模型 1.2.7 關系模型關系模型 1.2.4 最常用的數據模型非關系模型層次模型層次模型(hierarchical model)網狀模型網狀模型(network model)關系模型(relational model) 面向對象模型(object oriented model）對

33、象關系模型(object relational model)an introduction to database systems 1.2 數據模型 1.2.1 兩大類數據模型兩大類數據模型 1.2.2 數據模型的組成要素數據模型的組成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的數據模型最常用的數據模型 1.2.5 層次模型層次模型 1.2.6 網狀模型網狀模型 1.2.7 關系模型關系模型1.2.7 關系模型關系數據庫系統(tǒng)采用關系模型作為數據的組織方式 1970年美國ibm公司san jose研究室的研究員e.f.codd首次提出了數據庫系統(tǒng)的關系模型 計算機廠商新推出的數據庫管

34、理系統(tǒng)幾乎都支持關系模型 一、關系數據模型的數據結構 在在用戶觀點用戶觀點下，關系模型中數據的邏輯結構是一張二維表，它由行和列下，關系模型中數據的邏輯結構是一張二維表，它由行和列組成。組成。學 號姓 名年 齡性 別系 名年 級2005004王小明19女社會學20052005006黃大鵬20男商品學20052005008張文斌18女法律2005學生登記表學生登記表屬性屬性元組元組關系數據模型的數據結構（續(xù)）關系（關系（relation）一個關系對應通常說的一張表元組（元組（tuple）表中的一行即為一個元組屬性（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

35、系數據模型的數據結構（續(xù)）主碼（主碼（key）表中的某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。域（域（domain）屬性的取值范圍。分量分量元組中的一個屬性值。關系模式關系模式對關系的描述關系名（屬性1，屬性2，屬性n）學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）關系數據模型的數據結構（續(xù)）例1學生、系、系與學生之間的一對多聯系：學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）系系 (系號，系名，辦公地點系號，系名，辦公地點)例2系、系主任、系與系主任間的一對一聯系關系數據模型的數據結構（續(xù)）例3學生、課程、學生與課程之間的多對多聯系： 學生（學號，姓名，年齡，性別，

36、系號，年級）學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）課程（課程號，課程名，學分）課程（課程號，課程名，學分）選修（學號，課程號，成績）選修（學號，課程號，成績）關系數據模型的數據結構（續(xù)）關系必須是規(guī)范化的，滿足一定的規(guī)范條件關系必須是規(guī)范化的，滿足一定的規(guī)范條件最基本的規(guī)范條件：關系的每一個分量必須是一個不可分的數據項, 不允許表中還有表 圖圖1.27中工資和扣除是可分的數據項中工資和扣除是可分的數據項 ,不符合關系模型要求不符合關系模型要求 職工號姓名職 稱工 資扣 除實 發(fā)基 本津 貼職務房 租水 電86051陳 平講 師13051200501601122283圖圖1.27 一個工資表

37、一個工資表(表中有表表中有表)實例實例 關系數據模型的數據結構（續(xù)）關系術語一般表格的術語關系名表名關系模式表頭（表格的描述）關系（一張）二維表元組記錄或行屬性列屬性名列名屬性值列值分量一條記錄中的一個列值非規(guī)范關系表中有表（大表中嵌有小表）an introduction to database systems表表1.2 術語對比術語對比 二、關系數據模型的操縱與完整性約束數據操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系數據操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系查詢插入刪除更新數據操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系，即若干元組的數據操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系，即若干元

38、組的集合集合存取路徑對用戶隱蔽，用戶只要指出存取路徑對用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么干什么”，不必詳細說明，不必詳細說明“怎怎么干么干”關系數據模型的操縱與完整性約束（續(xù)）關系的完整性約束條件 實體完整性參照完整性用戶定義的完整性三、關系數據模型的存儲結構實體及實體間的聯系都用表來表示表以文件形式存儲有的dbms一個表對應一個操作系統(tǒng)文件有的dbms自己設計文件結構四、關系數據模型的優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點建立在嚴格的數學概念的基礎上建立在嚴格的數學概念的基礎上概念單一概念單一實體和各類聯系都用關系來表示對數據的檢索結果也是關系關系模型的存取路徑對用戶透明關系模型的存取路徑對用戶透明具有更高的數據獨立性

39、，更好的安全保密性簡化了程序員的工作和數據庫開發(fā)建立的工作關系數據模型的優(yōu)缺點（續(xù)）缺點缺點存取路徑對用戶透明導致查詢效率往往不如非 關系數據模型為提高性能，必須對用戶的查詢請求進行優(yōu)化 增加了開發(fā)dbms的難度第一章 緒論1.1 數據庫系統(tǒng)概述數據庫系統(tǒng)概述1.2 數據模型數據模型1.3 數據庫系統(tǒng)結構數據庫系統(tǒng)結構1.4 數據庫系統(tǒng)的組成數據庫系統(tǒng)的組成1.5 小結小結1.3 數據庫系統(tǒng)結構從數據庫管理系統(tǒng)角度看，數據庫系統(tǒng)通常采用三級模式結構，是數據庫系統(tǒng)內部的系統(tǒng)結構 從數據庫最終用戶角度看（數據庫系統(tǒng)外部的體系結構） ，數據庫系統(tǒng)的結構分為:單用戶結構主從式結構分布式結構客戶服務器瀏

40、覽器應用服務器數據庫服務器多層結構等數據庫系統(tǒng)結構（續(xù)）1.3.1 數據庫系統(tǒng)模式的概念數據庫系統(tǒng)模式的概念 1.3.2 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構 1.3.3 數據庫的二級映像功能與數據獨立性數據庫的二級映像功能與數據獨立性 1.3.1 數據庫系統(tǒng)模式的概念“型” 和“值” 的概念型(type)對某一類數據的結構和屬性的說明值(value)是型的一個具體賦值例如學生記錄型： （學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）一個記錄值： （900201，李明，男，計算機，22，江蘇）數據庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）模式（模式（schema）數據庫邏輯結構和特征的描述數據庫邏輯結構和特征的

41、描述是型的描述是型的描述反映的是數據的結構及其聯系反映的是數據的結構及其聯系模式是相對穩(wěn)定的模式是相對穩(wěn)定的實例（實例（instance）模式的一個具體值模式的一個具體值反映數據庫某一時刻的狀態(tài)反映數據庫某一時刻的狀態(tài)同一個模式可以有很多實例同一個模式可以有很多實例實例隨數據庫中的數據的更新而變動實例隨數據庫中的數據的更新而變動數據庫系統(tǒng)模式的概念 （續(xù)）例如：在學生選課數據庫模式中，包含學生記錄、課程記錄和學生選課記錄 2003年的一個學生數據庫實例，包含：2003年學校中所有學生的記錄學校開設的所有課程的記錄所有學生選課的記錄 2002年度學生數據庫模式對應的實例與 2003年度學生數據庫

42、模式對應的實例是不同的 數據庫系統(tǒng)結構（續(xù)）1.3.1 數據庫系統(tǒng)模式的概念數據庫系統(tǒng)模式的概念 1.3.2 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構 1.3.3 數據庫的二級映像功能與數據獨立性數據庫的二級映像功能與數據獨立性 1.3.2 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構模式（schema） 外模式（external schema）內模式（internal schema） 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構（續(xù)）圖1.28 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構 an introduction to database systems一、模式（schema）模式（也稱邏輯模式）數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述數

43、據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述所有用戶的公共數據視圖，綜合了所有用戶的需求所有用戶的公共數據視圖，綜合了所有用戶的需求一個數據庫只有一個模式模式的地位：是數據庫系統(tǒng)模式結構的中間層與數據的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關與數據的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關與具體的應用程序、開發(fā)工具及高級程序設計語言無關與具體的應用程序、開發(fā)工具及高級程序設計語言無關模式（續(xù)）模式的定義數據的邏輯結構（數據項的名字、類型、取值范圍等）數據的邏輯結構（數據項的名字、類型、取值范圍等）數據之間的聯系數據之間的聯系數據有關的安全性、完整性要求數據有關的安全性、完整性要求二、外模式（external schema）外模式

44、（也稱子模式或用戶模式）數據庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的數據庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部局部數據數據的邏輯結構和特征的描述的邏輯結構和特征的描述數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表數據庫用戶的數據視圖，是與某一應用有關的數據的邏輯表示示外模式（續(xù)）外模式的地位：介于模式與應用之間模式與外模式的關系：一對多外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集一個數據庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應用需求、看待數一個數據庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應用需求、看待數據的方式、對數據保密的要求據的方式、對數據保密的要求對模式中同一數據，在外模式中的

45、結構、類型、長度、保密級別等都可對模式中同一數據，在外模式中的結構、類型、長度、保密級別等都可以不同以不同外模式與應用的關系：一對多同一外模式也可以為某一用戶的多個應用系統(tǒng)所使用同一外模式也可以為某一用戶的多個應用系統(tǒng)所使用但一個應用程序只能使用一個外模式但一個應用程序只能使用一個外模式外模式（續(xù)）外模式的用途n保證數據庫安全性的一個有力措施保證數據庫安全性的一個有力措施n每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數據每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數據三、內模式（internal schema）內模式（也稱存儲模式）是數據物理結構和存儲方式的描述是數據物理結構和存儲方式的描述是數據在數

46、據庫內部的表示方式是數據在數據庫內部的表示方式記錄的存儲方式（順序存儲，按照記錄的存儲方式（順序存儲，按照b樹結構存儲，樹結構存儲， 按按hash方法存儲）方法存儲）索引的組織方式索引的組織方式數據是否壓縮存儲數據是否壓縮存儲數據是否加密數據是否加密數據存儲記錄結構的規(guī)定數據存儲記錄結構的規(guī)定一個數據庫只有一個內模式內模式（續(xù)）例如學生記錄，如果按堆堆存儲，則插入一條新記錄總是放在學生記錄存儲的最后最后，如右圖所示內模式（續(xù)）如果按學號升序存儲，則插入一條記錄就要找到它應在的位置插入，如圖1.29（b）所示如果按照學生年齡聚簇存放，假如新插入的s3是16歲，則應插入的位置如圖1.29（c）所示

47、 圖1.29 記錄不同的存儲方式示意圖數據庫系統(tǒng)結構（續(xù)）1.3.1 數據庫系統(tǒng)模式的概念數據庫系統(tǒng)模式的概念 1.3.2 數據庫系統(tǒng)的三級模式結構數據庫系統(tǒng)的三級模式結構 1.3.3 數據庫的二級映像功能與數據獨立性數據庫的二級映像功能與數據獨立性 1.3.3 數據庫的二級映像功能與數據獨立性三級模式是對數據的三個抽象級別二級映象在dbms內部實現這三個抽象層次的聯系和轉換外模式模式映像模式內模式映像 一、外模式模式映象模式：描述的是數據的全局邏輯結構外模式：描述的是數據的局部邏輯結構 同一個模式可以有任意多個外模式 每一個外模式，數據庫系統(tǒng)都有一個外模式模式映象，定義外模式與模式之間的對應

48、關系映象定義通常包含在各自外模式的描述中外模式模式映象（續(xù)）保證數據的邏輯獨立性當模式改變時，數據庫管理員修改有關的外模式模式當模式改變時，數據庫管理員修改有關的外模式模式映象，使外模式保持不變映象，使外模式保持不變應用程序是依據數據的外模式編寫的，從而應用程序不應用程序是依據數據的外模式編寫的，從而應用程序不必修改，保證了數據與程序的邏輯獨立性，簡稱數據的必修改，保證了數據與程序的邏輯獨立性，簡稱數據的邏輯獨立性邏輯獨立性。二、模式內模式映象模式內模式映象定義了數據全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關系。例如，說明邏輯記錄和字段在內部是如何表示的數據庫中模式內模式映象是唯一的該映象定義通常包含

49、在模式描述中模式內模式映象（續(xù)）保證數據的物理獨立性當數據庫的存儲結構改變了（例如選用了另一種存儲結當數據庫的存儲結構改變了（例如選用了另一種存儲結構），數據庫管理員修改模式內模式映象，使模式保構），數據庫管理員修改模式內模式映象，使模式保持不變持不變應用程序不受影響。保證了數據與程序的物理獨立性，應用程序不受影響。保證了數據與程序的物理獨立性，簡稱數據的物理獨立性。簡稱數據的物理獨立性。模式內模式映象（續(xù)）數據庫模式即全局邏輯結構是數據庫的中心與關鍵 獨立于數據庫的其他層次 設計數據庫模式結構時應首先確定數據庫的邏輯模式模式內模式映象（續(xù)）數據庫的內模式依賴于它的全局邏輯結構獨立于數據庫的用戶視圖，即外模式獨