第1章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理緒論

1、數(shù)據(jù)庫原理與應用主講：蔡莉華l 課程性質課程性質 計算機類學科計算機類學科專業(yè)基礎課專業(yè)基礎課l 學時計劃學時計劃 64 = 40+24 l 課程考核課程考核 30% 考勤考勤+實驗實驗 70%期末測驗期末測驗1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 數(shù)據(jù)庫技術在軟件行業(yè)的重要地位，是信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術在軟件行業(yè)的重要地位，是信息系統(tǒng)核心和基礎。核心和基礎。 應用廣泛（應用領域極其廣泛，滲透到各行各業(yè)，應用廣泛（應用領域極其廣泛，滲透到各行各業(yè)，人們生活中不可缺少的一個部分）人們生活中不可缺少的一個部分） 數(shù)據(jù)庫課程在本專業(yè)課程體系中的重要地位數(shù)據(jù)庫課程在本專業(yè)課程體系中的重要地位基本術語介紹：基

2、本術語介紹： 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。庫系統(tǒng)。主要概念介紹主要概念介紹： 關系模型，數(shù)據(jù)模型三要素，三層模式關系模型，數(shù)據(jù)模型三要素，三層模式和二級映像體系結構及意義。和二級映像體系結構及意義。需了解的內容介紹需了解的內容介紹： 數(shù)據(jù)管理的三個階段，層次模型，數(shù)據(jù)管理的三個階段，層次模型，網(wǎng)狀模型。網(wǎng)狀模型。需掌握的技能需掌握的技能： 能分析現(xiàn)實環(huán)境的概念模型，掌握能分析現(xiàn)實環(huán)境的概念模型，掌握ERER圖圖的畫法。的畫法。本章主要內容本章主要內容1.1.1 基本術語基本術語 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是描述信息的符號記錄，也是數(shù)據(jù)庫研究和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是描述

3、信息的符號記錄，也是數(shù)據(jù)庫研究和 處理的基本對象。處理的基本對象。信息事物的存在方式或運動狀態(tài)。信息事物的存在方式或運動狀態(tài)。 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)：各種數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)：各種“數(shù)字數(shù)字” （數(shù)字、圖形、圖象、聲音、字符）（數(shù)字、圖形、圖象、聲音、字符） （“李明李明”，“男男”，1972-05-12，“計算機系計算機系”） 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫(Database,(Database,簡稱簡稱DB)DB)是是長期長期儲存在計算機內、有儲存在計算機內、有組組織織的、的、可共享可共享的的大量大量數(shù)據(jù)集合數(shù)據(jù)集合數(shù)據(jù)庫的特征數(shù)據(jù)庫的特征數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和

4、儲存可為各種用戶共享可為各種用戶共享冗余度較小冗余度較小數(shù)據(jù)獨立性較高數(shù)據(jù)獨立性較高易擴展易擴展 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMSDBMS）用戶與操作系統(tǒng)間的一層系統(tǒng)軟件，常用的有用戶與操作系統(tǒng)間的一層系統(tǒng)軟件，常用的有SQL SQL SERVERSERVER、AccessAccess、FoxProFoxPro、OracleOracle、DB2DB2等等 數(shù)據(jù)定義功能（數(shù)據(jù)定義功能（DDLDDL） 數(shù)據(jù)操縱功能（數(shù)據(jù)操縱功能（DMLDML） 數(shù)據(jù)庫的運行管理數(shù)據(jù)庫的運行管理 數(shù)據(jù)庫的建立和維護數(shù)據(jù)庫的建立和維護 其他功能其他功能 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBSDBS）采用了數(shù)據(jù)庫技術的

5、計算機系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)庫技術的計算機系統(tǒng)n DBDB：由：由DBMSDBMS管理的數(shù)據(jù)的聚集管理的數(shù)據(jù)的聚集 n DBMSDBMS：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，用戶開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，用戶開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 是建立在特定的是建立在特定的DBMSDBMS之上之上 n 應用系統(tǒng)應用系統(tǒng)n 人員人員應用系統(tǒng)應用系統(tǒng)應用開發(fā)工具應用開發(fā)工具數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫用戶用戶用戶用戶用戶用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫管理員圖圖1-1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展 數(shù)據(jù)管理：如何對數(shù)據(jù)進行分類組織儲存檢索數(shù)

6、據(jù)管理：如何對數(shù)據(jù)進行分類組織儲存檢索 及維護。及維護。 數(shù)據(jù)管理的三個階段：數(shù)據(jù)管理的三個階段： n 人工管理階段人工管理階段 n 文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段 n 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展動力數(shù)據(jù)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 人工管理階段人工管理階段20世紀世紀50年代中期以前，計算機主要用于科學計算。年代中期以前，計算機主要用于科學計算。硬件狀況硬件狀況外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤等直接外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤等直接 存取的存儲設備；存取的存儲設備；軟件狀況軟件狀況只有匯

7、編語言，沒有管理數(shù)據(jù)的軟件；只有匯編語言，沒有管理數(shù)據(jù)的軟件；數(shù)據(jù)處理方式數(shù)據(jù)處理方式批處理。其特點是：批處理。其特點是：(1)數(shù)據(jù)不保存；數(shù)據(jù)不保存； (2)應用程序管理數(shù)據(jù)；應用程序管理數(shù)據(jù)；(3)數(shù)據(jù)不能共享；數(shù)據(jù)不能共享； (4)數(shù)據(jù)不具有獨立性。數(shù)據(jù)不具有獨立性。應用程序應用程序1應用程序應用程序2應用程序應用程序n數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集1數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集2數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)集3圖圖1-2 人工管理階段應用程序與數(shù)據(jù)之間的對應關系人工管理階段應用程序與數(shù)據(jù)之間的對應關系 文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段20世紀世紀50年代后期到年代后期到60年代中期年代中期硬件狀況硬件狀況有了磁盤、磁鼓等直接存取存儲設備；有了磁

8、盤、磁鼓等直接存取存儲設備；軟件狀況軟件狀況出現(xiàn)了高級語言和操作系統(tǒng)；出現(xiàn)了高級語言和操作系統(tǒng)；處理方式處理方式不僅有了批處理，而且能夠聯(lián)機實時處理。不僅有了批處理，而且能夠聯(lián)機實時處理。其特點是：其特點是：(1)數(shù)據(jù)可以長期保存；數(shù)據(jù)可以長期保存；(2)由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)(3)數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大；數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大；(4)數(shù)據(jù)獨立性差。數(shù)據(jù)獨立性差。學生基本信息管理學生基本信息管理學生選課管理學生選課管理應用程序應用程序1 應用程序應用程序2學生基本信息學生基本信息文件文件F1課程基本信息課程基本信息文件文件F2學生選課信息學生選課信息文件文件F3F1包含學號、姓名

9、、性別、生日、所在系、專業(yè)、班級、地址包含學號、姓名、性別、生日、所在系、專業(yè)、班級、地址F2包含課程號、課程名、授課學期、學分、課程性質包含課程號、課程名、授課學期、學分、課程性質F3包含學號、姓名、課程號、課程名、選課類型、成績包含學號、姓名、課程號、課程名、選課類型、成績 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 時間時間:20:20世紀世紀6060年代末，硬件狀況已經(jīng)有大容量的磁盤；年代末，硬件狀況已經(jīng)有大容量的磁盤；處理方式也是聯(lián)機實時處理。處理方式也是聯(lián)機實時處理。 面向全組織的復雜的數(shù)據(jù)結構。面向全組織的復雜的數(shù)據(jù)結構。( (數(shù)據(jù)的結構化數(shù)據(jù)的結構化是數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫 的主要特征，是與文件系統(tǒng)

10、的根本差別。的主要特征，是與文件系統(tǒng)的根本差別。) ) 數(shù)據(jù)冗余小數(shù)據(jù)冗余小，易擴充。，易擴充。 數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)獨立性高，包括數(shù)據(jù)的物理獨立性和邏輯獨立性。，包括數(shù)據(jù)的物理獨立性和邏輯獨立性。 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能( (數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制、 數(shù)據(jù)庫恢復數(shù)據(jù)庫恢復) )。1.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點l數(shù)據(jù)結構化數(shù)據(jù)結構化n數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)“整體整體”結構化，不再針對某一具體應用，結構化，不再針對某一具體應用，而是面向全組織；不僅數(shù)據(jù)內部結構化，而且整體而是面向全組織；不僅數(shù)據(jù)內部結構化，而且整體結構化，且數(shù)據(jù)之間存在聯(lián)

11、系。結構化，且數(shù)據(jù)之間存在聯(lián)系。n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結構化，是數(shù)據(jù)庫的主數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結構化，是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質區(qū)要特征之一，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質區(qū)別。別。學生編號學生編號姓名姓名性別性別年齡年齡系系家庭出身家庭出身籍貫籍貫政治面貌政治面貌學號學號課程號課程號學期學期成績成績日期日期學校學校學歷名學歷名日期日期獎懲條目獎懲條目姓名姓名與本人關系與本人關系詳細情況詳細情況課程號課程號課程名稱課程名稱學生基本記錄學生基本記錄學生人事記錄學生人事記錄獎懲情況記錄獎懲情況記錄學生學籍記錄學生學籍記錄家庭成員記錄家庭成員記錄學生選課記錄學生選

12、課記錄課程記錄課程記錄圖圖1-3 學校信息管理系統(tǒng)中的學生數(shù)據(jù)學校信息管理系統(tǒng)中的學生數(shù)據(jù)l數(shù)據(jù)共享性高，冗余度低，易擴充數(shù)據(jù)共享性高，冗余度低，易擴充從整體看，數(shù)據(jù)不再面向某個應用而是面向整個系統(tǒng)，從整體看，數(shù)據(jù)不再面向某個應用而是面向整個系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個用戶，多個應用共享。數(shù)據(jù)共享因此數(shù)據(jù)可以被多個用戶，多個應用共享。數(shù)據(jù)共享可以減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲空間。同時能夠避免數(shù)可以減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲空間。同時能夠避免數(shù)據(jù)之間的不一致性。據(jù)之間的不一致性。有結構的數(shù)據(jù)，不僅可以被多個應用共享，而且容易有結構的數(shù)據(jù)，不僅可以被多個應用共享，而且容易增加新的應用，使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)彈性大，容易

13、擴充，增加新的應用，使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)彈性大，容易擴充，可以適應各種用戶的要求?？梢赃m應各種用戶的要求。數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)獨立性高n數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)庫領域的一個常用術語，包括數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)庫領域的一個常用術語，包括數(shù)據(jù)的物理獨立性和數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。的物理獨立性和數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。n物理獨立性是用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)物理獨立性是用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)時相互獨立的。庫中的數(shù)據(jù)時相互獨立的。n邏輯獨立性是用戶的應用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結構是邏輯獨立性是用戶的應用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結構是相互獨立的。相互獨立的。n數(shù)據(jù)獨立性由數(shù)據(jù)獨立性由DBMS的二級映像功能來保證。的

14、二級映像功能來保證。數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制統(tǒng)一管理和控制n數(shù)據(jù)的安全性保護數(shù)據(jù)的安全性保護n數(shù)據(jù)的完整性檢查數(shù)據(jù)的完整性檢查n并發(fā)控制并發(fā)控制n數(shù)據(jù)庫恢復數(shù)據(jù)庫恢復數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展階段標志數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展階段標志19681968：IBMIBM設計了層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計了層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)IMSIMS19691969：CODASYLCODASYL的的DBTGDBTG發(fā)表了關于網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的報發(fā)表了關于網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的報告，標志著網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的產(chǎn)生告，標志著網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的產(chǎn)生19701970：IBMIBM的的E.F. CoddE.F. Codd提出了關系數(shù)據(jù)模型，奠定了提出了關系數(shù)據(jù)模型，

15、奠定了關系數(shù)據(jù)庫理論基礎，形成了關系數(shù)據(jù)庫主流關系數(shù)據(jù)庫理論基礎，形成了關系數(shù)據(jù)庫主流19851985：開始研究面向對象數(shù)據(jù)庫技術：開始研究面向對象數(shù)據(jù)庫技術19901990：M. StonebrakerM. Stonebraker發(fā)表發(fā)表“第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)宣第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)宣言言”，提出對象關系數(shù)據(jù)模型，提出對象關系數(shù)據(jù)模型19981998：提出了半結構化數(shù)據(jù)模型（：提出了半結構化數(shù)據(jù)模型（XML1.0XML1.0）1.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型：是人們對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)特征的抽象。：是人們對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)特征的抽象。（真實性易理解易實現(xiàn)）要求較真實地模擬現(xiàn)實世界，（真實性易理解易實

16、現(xiàn)）要求較真實地模擬現(xiàn)實世界， 容易為人理解，便于在計算機上實現(xiàn)。容易為人理解，便于在計算機上實現(xiàn)。現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界信息世界信息世界機器世界機器世界人腦抽象人腦抽象概念模型概念模型數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型轉換為轉換為1.2.1 兩類數(shù)據(jù)模型兩類數(shù)據(jù)模型n 概念模型概念模型 按用戶的觀點對數(shù)據(jù)建模（獨立于計算機）按用戶的觀點對數(shù)據(jù)建模（獨立于計算機）n 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 按計算機的觀點對數(shù)據(jù)建模按計算機的觀點對數(shù)據(jù)建模1.2.2 概念模型概念模型n概念模型的用途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(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次是數(shù)據(jù)庫設

17、計的有力工具是數(shù)據(jù)庫設計的有力工具數(shù)據(jù)庫設計人員和用戶之間進行交流的語言數(shù)據(jù)庫設計人員和用戶之間進行交流的語言n對概念模型的基本要求對概念模型的基本要求較強的語義表達能力，能夠方便、直接地表達應用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。1 1、基本概念、基本概念(1) (1) 實體客觀存在并可以相互區(qū)別的事物實體客觀存在并可以相互區(qū)別的事物(2) (2) 實體集同類型實體的集合實體集同類型實體的集合(3) (3) 屬性實體所具有的某一特性屬性實體所具有的某一特性(4) (4) 鍵（碼）能唯一標識實體的屬性集

18、鍵（碼）能唯一標識實體的屬性集(5) (5) 型與值用實體名及其屬性名來抽象同類實體為型型與值用實體名及其屬性名來抽象同類實體為型 型：學生（學號、姓名、性別）型：學生（學號、姓名、性別） 值：值： （9400194001，張平張平，男），男）(6) (6) 值域屬性的取值范圍值域屬性的取值范圍2、兩個實體之間的聯(lián)系、兩個實體之間的聯(lián)系(1)一對一：如果實體集一對一：如果實體集A中的每個實體至多和實體集中的每個實體至多和實體集B中一中一個實體有聯(lián)系，反之亦然，則稱個實體有聯(lián)系，反之亦然，則稱A和和B之間的聯(lián)系是之間的聯(lián)系是1：1。ABR實體集實體集A A 實體集實體集B B(2)一對多：如果實

19、體集一對多：如果實體集A中的每個實體與實體集中的每個實體與實體集B中任意中任意多個實體有聯(lián)系，而實體集多個實體有聯(lián)系，而實體集B中的每個實體至多和中的每個實體至多和A中的中的一個實體有聯(lián)系，則稱一個實體有聯(lián)系，則稱A和和B之間的聯(lián)系是之間的聯(lián)系是1：NABR(3)多對多：如果實體集多對多：如果實體集A中的每個實體與實體集中的每個實體與實體集B中任意多中任意多個實體有聯(lián)系，反之亦然，則稱個實體有聯(lián)系，反之亦然，則稱A和和B之間的聯(lián)系是之間的聯(lián)系是M：N，ABR3 3、兩個以上實體型之間的聯(lián)系、兩個以上實體型之間的聯(lián)系 一般地，兩個以上的實體型之間也存在一對一、一對多和一般地，兩個以上的實體型之間

20、也存在一對一、一對多和多對多聯(lián)系。多對多聯(lián)系。 例如：對于課程、教師與參考書，如果一門課程可以有若例如：對于課程、教師與參考書，如果一門課程可以有若干個教師講授，使用若干本參考書，而每一個教師只講授一干個教師講授，使用若干本參考書，而每一個教師只講授一門課程，每一本參考書只能供一門課程使用，則門課程，每一本參考書只能供一門課程使用，則課程課程與（與（教教師，參考書師，參考書）之間的聯(lián)系是一對多的。）之間的聯(lián)系是一對多的。課程課程教師教師參考書參考書講授講授1mn供應商供應商項目項目零件零件供應供應mnp圖圖1-4 3個實體型之間的聯(lián)系示例個實體型之間的聯(lián)系示例4 4、同一實體集內實體之間的聯(lián)系

21、、同一實體集內實體之間的聯(lián)系 一對多聯(lián)系一對多聯(lián)系實例實例職工實體集內部具有領導與被領導的聯(lián)系：某一職工職工實體集內部具有領導與被領導的聯(lián)系：某一職工（干部）（干部）“領導領導”若干名職工，一個職工僅被另外一若干名職工，一個職工僅被另外一個職工直接領導，這是一對多的聯(lián)系。個職工直接領導，這是一對多的聯(lián)系。 一對一聯(lián)系一對一聯(lián)系 多對多聯(lián)系多對多聯(lián)系注意注意：實體間的聯(lián)系與現(xiàn)實世界的：實體間的聯(lián)系與現(xiàn)實世界的語義環(huán)境語義環(huán)境關系密切。具體關系密切。具體判斷時，應根據(jù)實際情況分析語義，通過聯(lián)系的定義來判斷判斷時，應根據(jù)實際情況分析語義，通過聯(lián)系的定義來判斷聯(lián)系的類型。聯(lián)系的類型?！熬唧w問題，具體分

22、析具體問題，具體分析”例如：圖書館借閱管理系統(tǒng)，讀者與圖書的聯(lián)系問題。例如：圖書館借閱管理系統(tǒng)，讀者與圖書的聯(lián)系問題。？圖書和讀者之間的聯(lián)系？圖書和讀者之間的聯(lián)系問題：問題：某讀者當前所借的圖書信息？固定某個時間點某讀者當前所借的圖書信息？固定某個時間點 一位借閱者一位借閱者一次一次可以借閱多本圖書?？梢越栝喍啾緢D書。 一本圖書一本圖書一次一次只能被一位借閱者借閱。只能被一位借閱者借閱。 在此情況下滿足在此情況下滿足1 1N N，可以解決該問題。，可以解決該問題。 但如果需求涉及但如果需求涉及“某本書在某本書在20032003年被哪些借閱者借過年被哪些借閱者借過”， 1 1N N能否滿足？能否

23、滿足？M-N 不在特定時間點，考慮長期因素不在特定時間點，考慮長期因素w 通過考慮借閱時間等因素：通過考慮借閱時間等因素：w 一位借閱者可以借閱多本圖書一位借閱者可以借閱多本圖書w 一本圖書可以借給多位借閱者一本圖書可以借給多位借閱者w 聯(lián)系類型應由聯(lián)系類型應由需求需求，即現(xiàn)實世界的，即現(xiàn)實世界的語義語義來確定來確定w 不同角度的不同用戶，看問題可能不同，造成沖突不同角度的不同用戶，看問題可能不同，造成沖突4 4、概念模型表示方法、概念模型表示方法n 概念模型的表示方法很多概念模型的表示方法很多n 實體聯(lián)系方法實體聯(lián)系方法(E-R方法方法) 用用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型圖來描述現(xiàn)實世界

24、的概念模型 E-R方法也稱為方法也稱為E-R模型模型4 4、概念模型表示方法（續(xù)）、概念模型表示方法（續(xù)）實體聯(lián)系模型（實體聯(lián)系模型（E-RE-R圖）圖）ERER圖提供了表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法：圖提供了表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法： 實體型：用矩形表示，矩形框內寫明實體名。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型屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體型連接連接 聯(lián)系：用菱形表示，用無向邊將其與相應的實體型連接，聯(lián)系：用菱形表示，用無向邊將其與相應的實體型連接，同時在無向邊旁表上聯(lián)系的類型（同時在無向邊旁表上聯(lián)系的類型（1 1：1

25、1，1 1：n n，m m：n n）課程課程教師教師參考書參考書講授講授1mn供應商供應商項目項目零件零件供應供應mnp圖圖 3個實體型之間的聯(lián)系示例個實體型之間的聯(lián)系示例職工職工供應供應n1圖圖 同一實體集中實體之間的聯(lián)系示例同一實體集中實體之間的聯(lián)系示例例：為學生成績管理設計一個例：為學生成績管理設計一個E-RE-R模型。主要管理學生及模型。主要管理學生及其課程成績。其課程成績。首先抽象首先抽象實體型實體型 學生（學號、姓名、年齡、性別）學生（學號、姓名、年齡、性別） 課程（課程號、課程名、學分）課程（課程號、課程名、學分）學生學生課程課程學號學號姓名姓名性別性別年齡年齡課程號課程號課程名

26、課程名學分學分成績成績選修選修MN1.2.3 數(shù)據(jù)模型三要素數(shù)據(jù)模型三要素n 數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構n 數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作n 完整性約束完整性約束 1. 數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構n什么是數(shù)據(jù)結構什么是數(shù)據(jù)結構對象類型的集合對象類型的集合n兩類對象兩類對象與數(shù)據(jù)類型、內容、性質有關的對象與數(shù)據(jù)類型、內容、性質有關的對象與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關的對象與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關的對象n數(shù)據(jù)結構是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述數(shù)據(jù)結構是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述 2.數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作 n數(shù)據(jù)操作數(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)行的操作及有關的操作規(guī)則的操作及有關的操作規(guī)則n數(shù)據(jù)操作的類

27、型數(shù)據(jù)操作的類型檢索檢索更新（包括插入、刪除、修改）更新（包括插入、刪除、修改） 數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作(續(xù)續(xù)) n數(shù)據(jù)模型對操作的定義數(shù)據(jù)模型對操作的定義操作的確切含義操作的確切含義操作符號操作符號操作規(guī)則（如優(yōu)先級）操作規(guī)則（如優(yōu)先級）實現(xiàn)操作的語言實現(xiàn)操作的語言n數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。 3.數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件 n數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件一組完整性規(guī)則的集合。一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具完整性規(guī)則是給定的數(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)有的制約和儲存規(guī)則，用以限定符

28、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。效、相容。 數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件(續(xù)續(xù))n數(shù)據(jù)模型對約束條件的定義數(shù)據(jù)模型對約束條件的定義反映和規(guī)定本反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用的完必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。例如在關系模型中，任何關系必須整性約束條件。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。滿足實體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及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語義約束條件。所涉及的數(shù)據(jù)

29、必須遵守的特定的語義約束條件。1.2.4 常用的數(shù)據(jù)模型常用的數(shù)據(jù)模型常用的數(shù)據(jù)模型常用的數(shù)據(jù)模型n 非關系模型非關系模型u 層次模型（層次模型（Hierarchical Model）u 網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型(Network Model )u 數(shù)據(jù)結構：以基本層次聯(lián)系為基本單位數(shù)據(jù)結構：以基本層次聯(lián)系為基本單位 基本層次聯(lián)系：兩個記錄以及它們之間的一對多基本層次聯(lián)系：兩個記錄以及它們之間的一對多（包括一對一（包括一對一)的聯(lián)系的聯(lián)系n關系模型關系模型(Relational Model) u數(shù)據(jù)結構：表數(shù)據(jù)結構：表n面向對象模型面向對象模型(Object Oriented Model）u數(shù)據(jù)結構：對

30、象數(shù)據(jù)結構：對象 層次模型用樹形結構表示實體類型及其聯(lián)系層次模型用樹形結構表示實體類型及其聯(lián)系 層次模型的優(yōu)缺點：層次模型的優(yōu)缺點：n 層次模型的數(shù)據(jù)結構比較簡單清晰層次模型的數(shù)據(jù)結構比較簡單清晰n 層次數(shù)據(jù)庫的查詢效率比較高層次數(shù)據(jù)庫的查詢效率比較高n 層次模型提供了很好的完整性支持層次模型提供了很好的完整性支持n 表達多對多的聯(lián)系比較復雜表達多對多的聯(lián)系比較復雜n 應用程序的編寫比較復雜應用程序的編寫比較復雜n 查詢子女結點必須通過雙親結點查詢子女結點必須通過雙親結點n 結構嚴密，層次命令趨于程序化結構嚴密，層次命令趨于程序化 網(wǎng)狀模型用有向圖結構表示實體類型及其聯(lián)系網(wǎng)狀模型用有向圖結構表

31、示實體類型及其聯(lián)系 網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點：網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點：n 網(wǎng)狀能更為直接地描述現(xiàn)實世界網(wǎng)狀能更為直接地描述現(xiàn)實世界n 性能良好，存取效率高性能良好，存取效率高n 結構比較復雜，隨著應用環(huán)境的擴大，數(shù)據(jù)庫的結構結構比較復雜，隨著應用環(huán)境的擴大，數(shù)據(jù)庫的結構越來越復雜，不利于最終用戶掌握。越來越復雜，不利于最終用戶掌握。n 網(wǎng)狀模型的網(wǎng)狀模型的DDL、DML復雜。用戶不容易掌握，不容復雜。用戶不容易掌握，不容易使用。易使用。1.關系模型的數(shù)據(jù)結構關系模型的數(shù)據(jù)結構關系模型建立在嚴格的數(shù)學概念的基礎上。每個關系的數(shù)關系模型建立在嚴格的數(shù)學概念的基礎上。每個關系的數(shù)據(jù)結構是一張規(guī)范化的二維表。據(jù)結構

32、是一張規(guī)范化的二維表。學學生生登登記記表表學學 號號姓姓 名名年年 令令性性 別別系系 名名年年 級級95004王王小小明明19女女社社會會學學9595006黃黃大大鵬鵬20男男商商品品學學9595008張張文文斌斌18女女法法律律學學95l 關系：一個關系對應通常所說的一張表關系：一個關系對應通常所說的一張表l 元組：表中的一行為一個元組元組：表中的一行為一個元組l 屬性：表中的一列即為一個屬性，每個屬性都有屬性名。屬性：表中的一列即為一個屬性，每個屬性都有屬性名。l 主碼（主碼（Key）:表中的某個屬性組，可以唯一確定一個元組。表中的某個屬性組，可以唯一確定一個元組。l 域（域（Domai

33、n）:屬性的取值范圍。屬性的取值范圍。l 分量分量:元組中的一個屬性值。元組中的一個屬性值。l 關系模式關系模式:對關系的描述對關系的描述關系名（屬性關系名（屬性1，屬性，屬性2，屬性，屬性n）學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）學生（學號，姓名，年齡，性別，系，年級）關系模型用表格表示實體集，外鍵表示實體間的聯(lián)系關系模型用表格表示實體集，外鍵表示實體間的聯(lián)系學號學號姓名姓名年齡年齡性別性別1001李名李名19男男1002 王麗王麗18 女女課程號課程號課程名課程名教教 師師001數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構張力張力002 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)陳國陳國課程號課程號學學 號號成成 績績00110018700

34、2 100178關系模型關系模型l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u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(shù)據(jù)項。的數(shù)據(jù)項。工工 資資扣扣 除除職職 工工號號姓姓名名職職稱稱基基 本本工工 齡齡職職 務務房房 租租水水 電電實實發(fā)發(fā)8 86 60 05 51 1陳陳 平平講講 師師1 10 05 59 9 5 51 15 56 61 12 21 11 15 5 5 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.關系模型

35、的數(shù)據(jù)操縱關系模型的數(shù)據(jù)操縱l查詢、插入、刪除、更新查詢、插入、刪除、更新l數(shù)據(jù)操作是集合操作，數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對象和操作結果都是關系，操作對象和操作結果都是關系，即若干元組的集合即若干元組的集合l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”，不不必詳細說明必詳細說明“怎么干怎么干”3.關系模型的完整性約束關系模型的完整性約束l實體完整性實體完整性l參照完整性參照完整性l用戶定義的完整性用戶定義的完整性關系關系模型的優(yōu)缺點模型的優(yōu)缺點1 1、有嚴格的數(shù)學模型，建立在集合論基礎上。、有嚴格的數(shù)學模型，建立在集合論基礎上。2 2、概念單一，對實體和實體間

36、聯(lián)系都用關系表示。、概念單一，對實體和實體間聯(lián)系都用關系表示。3 3、存取路徑對用戶透明。、存取路徑對用戶透明。4 4、查詢效率往往比非關系模型低。查詢效率往往比非關系模型低。1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結構兩種劃分方式：兩種劃分方式：1.1.從從DBMSDBMS看：看：三層三層2.2.從用戶看：從用戶看：Client/Server Browser/ServerClient/Server Browser/Server等等1.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念n “型型” 和和“值值” 的概念的概念 型型（Type）：對某一類數(shù)據(jù)的結構和屬性的說明）：對某一類數(shù)據(jù)的結構

37、和屬性的說明 值值（Value）：是型的一個具體賦值）：是型的一個具體賦值 例如：學生記錄例如：學生記錄 記錄型：記錄型： （學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）（學號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫） 該記錄型的一個記錄值：該記錄型的一個記錄值： （900201，李明，男，計算機，李明，男，計算機，22，江蘇），江蘇）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）n模式（模式（Schema）數(shù)據(jù)庫邏輯結構和特征的描述數(shù)據(jù)庫邏輯結構和特征的描述是型的描述是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結構及其聯(lián)系反映的是數(shù)據(jù)的結構及其聯(lián)系模式是相對穩(wěn)定的模式是相對穩(wěn)定的n模式的一個實例（模式的一個實例（Insta

38、nce）模式的一個具體值模式的一個具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)反映數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動實例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構 應應用用A A 應應用用B B 應應用用C C 應應用用D D 應應用用E E 外外模模式式1 1 外外模模式式2 2 外外模模式式3 3 外外模模式式/ /模模式式映映象象 模模式式 模模式式/ /內內模模式式映映象象 內內模模式式 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫1模式（模式（Schema）l模式（也稱邏輯模式）模式（也稱邏輯模式）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征

39、的描述數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求l一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式l模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結構的中間層模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結構的中間層與數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關與數(shù)據(jù)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與具體的應用程序、開發(fā)工具及高級程序設計語言無關關l模式的定義模式的定義數(shù)據(jù)的邏輯結構（數(shù)據(jù)項的名字、類型、取值范圍等）數(shù)據(jù)的邏輯結構（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)之間的聯(lián)系數(shù)據(jù)有關的安全性、完整性要求數(shù)

40、據(jù)有關的安全性、完整性要求2. 外模式（外模式（External Schema）l外模式（也稱子模式或用戶模式）外模式（也稱子模式或用戶模式）數(shù)據(jù)庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的數(shù)據(jù)庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述局部數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應用有關的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應用有關的數(shù)據(jù)的邏輯表示的邏輯表示l外模式的地位：介于模式與應用之間外模式的地位：介于模式與應用之間模式與外模式的關系：一對多模式與外模式的關系：一對多l(xiāng)外模式通常是模式的子集外模式通常是模式的子集l一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。反映了不

41、同的用戶的應用需一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù)據(jù)保密的要求l對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結構、類型、長度、保密對模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結構、類型、長度、保密級別等都可以不同級別等都可以不同外模式與應用的關系：一對多外模式與應用的關系：一對多l(xiāng)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，l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。3內模式（內模式（Internal Schema）l內模式（也稱存儲模式）內模式（也稱存儲模式）是數(shù)據(jù)物理結構和存儲方式的描述是數(shù)據(jù)物理結構和存儲方式的描述是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內部的表示方式是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內部的表示方式l記錄的存儲方式（順序存儲，按照記錄的存