電子課件-第一章數(shù)據(jù)庫概論

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生活中的應(yīng)用系統(tǒng)購物數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理銀行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理生活中的應(yīng)用系統(tǒng)學(xué)校數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理生活中的應(yīng)用系統(tǒng)醫(yī)院數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理生活中的應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的共同特征對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織、存儲；具有數(shù)據(jù)輸入、輸出、檢索、存儲的功能

輸入輸出數(shù)據(jù)存儲

管理如何實(shí)現(xiàn)這些功能呢？數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理在使用中需解決以下問題如何描述數(shù)據(jù)？如何組織數(shù)據(jù)？如何存取這些數(shù)據(jù)？應(yīng)用程序如何訪問這些數(shù)據(jù)？如何分析數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值？如何提高大量數(shù)據(jù)的訪問效率？哪些人可以操作哪些數(shù)據(jù)？多人如何同時(shí)操作同一數(shù)據(jù)？出現(xiàn)故障怎么辦？數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理問題的解決方案需要解決的問題對應(yīng)的解決方案如何描述數(shù)據(jù)？關(guān)系數(shù)據(jù)模型（E-R模型）如何組織數(shù)據(jù)？數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)、規(guī)范化理論如何存取這些數(shù)據(jù)？關(guān)系代數(shù)、SQL應(yīng)用程序如何訪問這些數(shù)據(jù)？數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)如何分析數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值？數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘如何提高大量數(shù)據(jù)的訪問效率？數(shù)據(jù)庫優(yōu)化技術(shù)哪些人可以操作哪些數(shù)據(jù)？安全控制多人如何同時(shí)操作同一數(shù)據(jù)？并發(fā)控制出現(xiàn)故障怎么辦？數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理

內(nèi)容安排

關(guān)系系統(tǒng)的查詢優(yōu)化4數(shù)據(jù)庫概論1

SQL語言3

關(guān)系模型和關(guān)系運(yùn)算

關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論256

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)7

數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制89數(shù)據(jù)庫的安全性與完整性

教材《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與應(yīng)用》

——高等學(xué)?！笆濉币?guī)劃教材趙文濤主編出版社：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2012年數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理

參考書薩師煊、王珊，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（第四版），高等教育出版社，2006H.F.Korth,A.Silberschatz,DatabaseSystemConcepts(Ed.4),McGraw-Hill,1999 中譯本：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念（第三版），楊冬青、唐世渭，機(jī)械工業(yè)出版社，2000數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)——SQLServer2005基礎(chǔ)篇，張蒲生，機(jī)械工業(yè)出版社，2010SQLServer2005數(shù)據(jù)庫技術(shù)，蔣秀英等，清華大學(xué)出版社，2010上機(jī)實(shí)驗(yàn)安排軟件N1213-16周：周一上午第二大節(jié)606610周四上午第二大節(jié)606610軟件J1213-16周：周一上午第二大節(jié)605周四上午第二大節(jié)605

第一章數(shù)據(jù)庫概論學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握數(shù)據(jù)庫的基本概念，了解數(shù)據(jù)庫發(fā)揮的重要作用，對數(shù)據(jù)庫技術(shù)有初步的認(rèn)識。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：

數(shù)據(jù)庫的基本概念數(shù)據(jù)模型的概念及類型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)

本章內(nèi)容1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.2數(shù)據(jù)描述1.3數(shù)據(jù)模型1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.6數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域1.7當(dāng)前流行的大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品簡介

第一章數(shù)據(jù)庫概論1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.2數(shù)據(jù)描述1.3數(shù)據(jù)模型1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.6數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域1.7當(dāng)前流行的大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品簡介數(shù)據(jù)庫技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，它的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用向各行各業(yè)的滲透數(shù)據(jù)庫的建設(shè)規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個(gè)國家信息化程度的重要標(biāo)志

第一節(jié)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述一、基本概念數(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)

（一）數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象數(shù)據(jù)的定義描述事物的符號記錄存儲在某一種媒體上能夠識別的物理符號

數(shù)據(jù)的種類數(shù)字、文字、圖形、圖象、聲音數(shù)據(jù)的形式不能完全表達(dá)其內(nèi)容數(shù)據(jù)與其語義是不可分的

數(shù)據(jù)舉例數(shù)據(jù)是對現(xiàn)實(shí)世界的描述日常生活中常用自然語言描述計(jì)算機(jī)中將人們對事物感興趣的特征組成一個(gè)記錄來描述學(xué)生檔案中的學(xué)生記錄（李明，男，1972，江蘇，計(jì)算機(jī)系，1990）數(shù)據(jù)的解釋語義：學(xué)生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在系別、入學(xué)時(shí)間解釋：李明是個(gè)大學(xué)生，1972年出生，江蘇人，1990年考入計(jì)算機(jī)系（二）數(shù)據(jù)庫人們收集并抽取出一個(gè)應(yīng)用所需要的大量數(shù)據(jù)之后，應(yīng)將其保存起來以供進(jìn)一步加工處理，進(jìn)一步抽取有用信息。數(shù)據(jù)庫的定義數(shù)據(jù)庫(Database,簡稱DB)是長期儲存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可以表現(xiàn)為多種形式的可共享的大量數(shù)據(jù)集合。

數(shù)據(jù)庫(續(xù))數(shù)據(jù)庫的特征數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存可為各種用戶共享冗余度較小數(shù)據(jù)獨(dú)立性較高易擴(kuò)展（三）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，簡稱DBMS）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它的職能是有效地組織和存儲數(shù)據(jù)、獲取和管理數(shù)據(jù)，接受和完成用戶提出的訪問數(shù)據(jù)的各種請求。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(續(xù))DBMS的主要功能數(shù)據(jù)定義功能：提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL)，用于定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象。數(shù)據(jù)操縱功能：提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML)，用于操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作(查詢、插入、刪除和修改)。數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行控制功能：保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用等。數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能：提供實(shí)用程序，完成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)批量裝載，數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲，介質(zhì)故障恢復(fù)，數(shù)據(jù)庫的重組織和性能監(jiān)視等。（四）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，簡稱DBS）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)。在不引起混淆的情況下常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。硬件、軟件、數(shù)據(jù)和人員

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(續(xù))數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成圖示數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置圖示用戶用戶用戶應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫第一章數(shù)據(jù)庫概論硬件操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)DBMS應(yīng)用開發(fā)工具應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置第一章數(shù)據(jù)庫概論二、數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展什么是數(shù)據(jù)管理對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的中心問題。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程人工管理階段(40年代中--50年代中)文件系統(tǒng)階段(50年代末--60年代中)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(60年代末--現(xiàn)在)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展(續(xù))數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力應(yīng)用需求的推動(dòng)計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展（一）人工管理階段時(shí)期40年代中--50年代中特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)面向的對象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：無共享、冗余度極大數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：不獨(dú)立，完全依賴于程序數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(人工管理)應(yīng)用程序１數(shù)據(jù)集１應(yīng)用程序２數(shù)據(jù)集２應(yīng)用程序ｎ數(shù)據(jù)集n...…...…第一章數(shù)據(jù)庫概論（二）文件系統(tǒng)階段時(shí)期50年代末--60年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用需求 科學(xué)計(jì)算、管理 硬件水平 磁盤、磁鼓 軟件水平 有文件系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理

文件系統(tǒng)(續(xù))特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可長期保存數(shù)據(jù)面向的對象：某一應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的共享程度：共享性差、冗余度大數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)，整體無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：獨(dú)立性差，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變必須修改應(yīng)用程序數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(文件系統(tǒng))應(yīng)用程序１文件１應(yīng)用程序２文件2應(yīng)用程序ｎ文件n存取方法...…...…第一章數(shù)據(jù)庫概論（三）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時(shí)期60年代末以來產(chǎn)生的背景應(yīng)用背景 大規(guī)模管理 硬件背景 大容量磁盤 軟件背景 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理,分布處理,批處理 分布式數(shù)據(jù)庫管理傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理分布式數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共享度高，冗余度低，易擴(kuò)充 數(shù)據(jù)獨(dú)立性高：高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性 數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)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(zhì)區(qū)別。整體結(jié)構(gòu)化指在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不再僅僅針對某一應(yīng)用，而是面向全組織；不僅數(shù)據(jù)內(nèi)部是結(jié)構(gòu)化的，而且整體是結(jié)構(gòu)化的，數(shù)據(jù)之間是有聯(lián)系的。文件系統(tǒng)記錄內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，但記錄之間沒有聯(lián)系數(shù)據(jù)存取單位是記錄文件由記錄構(gòu)成，每個(gè)記錄由若干屬性組成。例如：學(xué)生管理系統(tǒng)中有三個(gè)文件：學(xué)生文件Student、課程文件course、學(xué)生選課文件sc。student文件的記錄結(jié)構(gòu)：course文件的記錄結(jié)構(gòu)：sc文件的記錄結(jié)構(gòu)：學(xué)生編號姓名性別年齡系家庭住址聯(lián)系電話課程編號課程名稱學(xué)時(shí)數(shù)教材名稱學(xué)生編號課程編號學(xué)期成績3個(gè)文件之間記錄沒有聯(lián)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化（續(xù)）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化（續(xù)）數(shù)據(jù)庫不僅考慮某個(gè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還考慮整個(gè)組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如：學(xué)校信息系統(tǒng)中的學(xué)生數(shù)據(jù)面向各個(gè)處室的應(yīng)用而不僅僅是教務(wù)處的一個(gè)學(xué)生選課應(yīng)用。不僅描述數(shù)據(jù)本身，而且描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化(續(xù))數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的真正結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)面向整個(gè)組織機(jī)構(gòu)，而不是某個(gè)具體應(yīng)用—可以很好的表示不同類型記錄間的聯(lián)系數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)模型描述，無需程序定義和解釋。數(shù)據(jù)可以變長。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項(xiàng)，并具有靈活的存取方式

數(shù)據(jù)共享共享數(shù)據(jù)可以被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用程序共享共享的好處降低數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)省存儲空間冗余：同一數(shù)據(jù)不必要地重復(fù)存放避免數(shù)據(jù)間的不一致性不一致：同一數(shù)據(jù)的不同拷貝值不同使系統(tǒng)易于擴(kuò)充

數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)獨(dú)立性：數(shù)據(jù)獨(dú)立于具體的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和物理存儲結(jié)構(gòu)之間的映射關(guān)系

數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性用戶的應(yīng)用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，只要邏輯結(jié)構(gòu)不變，應(yīng)用程序不用改變。

數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于局部邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。

數(shù)據(jù)獨(dú)立性（續(xù)）

應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫…

數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制第一章數(shù)據(jù)庫概論

DBMS對數(shù)據(jù)的控制功能數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)使每個(gè)用戶只能按指定方式使用和處理指定數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查數(shù)據(jù)的完整性指數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。完整性檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。

DBMS對數(shù)據(jù)的控制功能（續(xù)）并發(fā)（Concurrency）控制對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果。數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。

第一章數(shù)據(jù)庫概論1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.2數(shù)據(jù)描述1.3數(shù)據(jù)模型1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.6數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域1.7當(dāng)前流行的大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品簡介第二節(jié)數(shù)據(jù)描述將復(fù)雜的各種關(guān)聯(lián)的事物以計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)所允許的形式存儲在數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)歷三個(gè)步驟：概念設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)一、概念設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)描述實(shí)體（Entity）/實(shí)體集客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。可以是具體的人、事、物或抽象的概念。屬性（Attribute）實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來刻畫。鍵（Key）唯一標(biāo)識實(shí)體的最小屬性集稱為鍵。

概念設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)描述(續(xù))域（Domain）屬性的取值范圍稱為該屬性的域。實(shí)體型（EntityType）用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實(shí)體稱為實(shí)體型。如學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，系）實(shí)體集（EntitySet）同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。二、邏輯設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)描述字段標(biāo)記實(shí)體屬性的命名單位稱為字段或數(shù)據(jù)項(xiàng)。字段是可以命名的最小信息單位

。記錄

字段的有序集合稱為記錄，一般用一個(gè)記錄描述一個(gè)實(shí)體。文件同一類型記錄的集合稱為文件

。關(guān)鍵碼（Key）能惟一標(biāo)識文件中每個(gè)記錄的字段或字段集，稱為記錄的關(guān)鍵碼（簡稱為鍵）

。邏輯設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)描述（續(xù)）信息世界機(jī)器世界實(shí)體記錄屬性字段或數(shù)據(jù)項(xiàng)實(shí)體集文件實(shí)體鍵記錄鍵機(jī)器世界與信息世界的術(shù)語對應(yīng)關(guān)系三、物理存儲中的數(shù)據(jù)描述位：一個(gè)二進(jìn)制位字節(jié)：8個(gè)二進(jìn)制位

字：若干個(gè)字節(jié)塊：內(nèi)存和外存交換信息的最小單位卷：輸入輸出設(shè)備裝載的信息

第一章數(shù)據(jù)庫概論1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.2數(shù)據(jù)描述1.3數(shù)據(jù)模型1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.6數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域1.7當(dāng)前流行的大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品簡介

第三節(jié)數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是模擬現(xiàn)實(shí)世界的抽象記號。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界容易為人所理解便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)

一、數(shù)據(jù)模型的定義及組成要素（一）定義數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實(shí)世界中各種事物或?qū)嶓w特征的數(shù)字化模擬和抽象，用以表示現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系，使之存放在計(jì)算機(jī)中，并通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)模型分成兩個(gè)不同的層次概念模型也稱信息模型，它是按用戶的觀點(diǎn)來對數(shù)據(jù)和信息建模。邏輯模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，它是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模。

數(shù)據(jù)模型(續(xù))客觀對象的抽象過程——兩步抽象現(xiàn)實(shí)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DBMS支持的邏輯模型。概念模型是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次。

（二）數(shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作完整性約束

1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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2、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(shí)例（值）允許執(zhí)行的操作及有關(guān)的操作規(guī)則

。數(shù)據(jù)操作的類型查詢更新（包括插入、刪除、修改）數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征的描述。3、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。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)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。如：學(xué)生學(xué)號唯一；性別的取值只能為男或女；學(xué)生的專業(yè)號必須是確實(shí)存在的專業(yè)的專業(yè)號。

二、概念模型概念模型的用途及特點(diǎn)數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述概念模型的表示方法（E－R圖）（一）概念模型的用途及特點(diǎn)概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的有力工具數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員和用戶之間進(jìn)行交流的語言對概念模型的基本要求較強(qiáng)的語義表達(dá)能力，能夠方便、直接地表達(dá)應(yīng)用中的各種語義知識。簡單、清晰、易于用戶理解。（二）數(shù)據(jù)聯(lián)系的描述聯(lián)系（Relationship）現(xiàn)實(shí)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(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。三類實(shí)體型間聯(lián)系

一對一聯(lián)系（1:1）一對多聯(lián)系（1:n）多對多聯(lián)系（m:n）1、兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系（1）一對一聯(lián)系

如果對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對一聯(lián)系，記為1:1。實(shí)例

班級與班長之間的聯(lián)系：一個(gè)班級只有一個(gè)正班長，而一個(gè)班長只在一個(gè)班中任職。兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系(續(xù))（2）一對多聯(lián)系如果對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系；反之，對于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B有一對多聯(lián)系，記為1:n。實(shí)例

班級與學(xué)生之間的聯(lián)系：一個(gè)班級中有若

干名學(xué)生，而每個(gè)學(xué)生只在一個(gè)班級中學(xué)

習(xí)。兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系(續(xù))（3）多對多聯(lián)系（m:n）如果對于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系；反之，對于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B具有多對多聯(lián)系，記為m:n。實(shí)例

課程與學(xué)生之間的聯(lián)系：一門課程同時(shí)有若干個(gè)學(xué)生選修，而一個(gè)學(xué)生可以同時(shí)選修多門課程。實(shí)體型間聯(lián)系(續(xù))三類聯(lián)系之間的關(guān)系m:n聯(lián)系1:1聯(lián)系1:n聯(lián)系特例特例特例兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系(續(xù))兩個(gè)實(shí)體型之間的三類聯(lián)系聯(lián)系的表示方法示例班級管理班長111:1聯(lián)系課程選修學(xué)生mnm:n聯(lián)系班級組成學(xué)生1n1:n聯(lián)系班級－班長－學(xué)生－課程之間的兩兩聯(lián)系第一章數(shù)據(jù)庫概論2、多個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系一對一聯(lián)系班級、班長、班主任一對多聯(lián)系課程、教師、參考書多對多聯(lián)系供應(yīng)商、項(xiàng)目、零件3、同一實(shí)體集內(nèi)各實(shí)體間的聯(lián)系一對多聯(lián)系實(shí)例

職工實(shí)體集內(nèi)部具有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)系，即某一職工（干部）“領(lǐng)導(dǎo)”若干名職工，而一個(gè)職工僅被另外一個(gè)職工直接領(lǐng)導(dǎo)，因此這是一對多的聯(lián)系。（三）概念模型的表示方法實(shí)體－聯(lián)系方法（E-R方法）是最為常用的概念模型表示方法。用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型。E-R方法也稱為E-R模型。E-R圖提供了表示實(shí)體型、屬性和聯(lián)系的方法。E-R圖1、實(shí)體型用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名。2、屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體連接起來。學(xué)生教師學(xué)生學(xué)號姓名性別出生年月入學(xué)時(shí)間系別E-R圖(續(xù))3、聯(lián)系聯(lián)系本身：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(shí)體連接起來，同時(shí)在無向邊旁標(biāo)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(shí)體型，也可以有屬性。如果一個(gè)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。E-R圖(續(xù))課程選修學(xué)生mn成績供應(yīng)商項(xiàng)目零件供應(yīng)供應(yīng)量mnp第一章數(shù)據(jù)庫概論4、聯(lián)系屬性的表示方法5、建立E-R圖的過程

仔細(xì)分析題目，確定其中的實(shí)體確定實(shí)體的屬性及關(guān)鍵字確定實(shí)體之間的聯(lián)系，分析聯(lián)系的類型（m:n）分析聯(lián)系是否有屬性組合各個(gè)局部構(gòu)件，畫出題目的完整E-R圖E-R圖(續(xù))6、E-R圖設(shè)計(jì)實(shí)例

例1-1

倉庫管理主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品的入庫、出庫和采購等事項(xiàng)，試畫出倉庫管理相應(yīng)的E-R圖。分析：①首先確定實(shí)體及相應(yīng)的屬性常見的倉庫管理至少涉及四個(gè)實(shí)體型：

Procdcts(產(chǎn)品)

Suppliers(供應(yīng)商)

Employees(倉庫保管員)

storehouse(倉庫)

Products擁有屬性ProductID(產(chǎn)品號)，ProductName(產(chǎn)品名)，UnitsInStock(庫存量)，其中ProductID是關(guān)鍵字，用下劃線標(biāo)出。Suppliers擁有屬性SupplierID(供應(yīng)商號)，CompanyName(公司名)，Address(地址)，Phone(電話)，其中SupplierID是關(guān)鍵字。Employees擁有屬性EmployeeID(雇員號)，Name(姓名)，BirthDate(出生日期)，HomePhone(家庭電話)，其中EmployeeID是關(guān)鍵字。Storehouse擁有屬性StoreID(倉庫號)，Adress(地址)，Area(面積)，其中StoreID是關(guān)鍵字。第一章數(shù)據(jù)庫概論實(shí)體及相應(yīng)屬性供應(yīng)商和產(chǎn)品之間有聯(lián)系Supply(供應(yīng))產(chǎn)品和倉庫之間有聯(lián)系Store(存放)倉庫和倉庫保管員之間有聯(lián)系Manage(管理)Supply聯(lián)系擁有屬性Quantity(供應(yīng)量)Store聯(lián)系擁有屬性Location(存放位置)。詳細(xì)分析如下：Supply(Suppliers,Products)假設(shè)該聯(lián)系的類別為M：N

Store(Products,Store)假設(shè)該聯(lián)系的類別為M：1Manage(Employees,Store)假設(shè)該聯(lián)系的類別為1：1

②確定實(shí)體間的聯(lián)系及類型③畫出局部E-R圖Storehouse④生成全局E-R圖Quantity課堂練習(xí)（E－R圖）一個(gè)圖書管理數(shù)據(jù)庫要求提供下述服務(wù)：

1）可隨時(shí)查詢書庫中現(xiàn)有的書籍的品種、數(shù)量與存放位置。所有各類書籍均可由書號唯一標(biāo)識。

2）可隨時(shí)查詢書籍借還情況。包括借書人單位、姓名、借書證號、借書日期和還書日期。我們約定：任何人可借多種書，任何一種書可為多個(gè)人所借，借書證號具有唯一性。

3）當(dāng)需要時(shí)，可隨時(shí)通過數(shù)據(jù)庫中保存的出版社的電報(bào)編號、電話、郵編及地址等信息向有關(guān)書籍的出版社增購書籍。我們約定：一個(gè)出版社可出版多種書籍，同一本書僅為一個(gè)出版社出版，出版社名具有唯一性。畫出本題目相應(yīng)的實(shí)體－聯(lián)系圖。（1）實(shí)體、屬性及關(guān)鍵字書籍（書號，書名，品種，數(shù)量，存放位置）借書人（借書證號，姓名，單位）出版社（出版社名，電報(bào)編號，電話，郵編，地址）

（2）實(shí)體間的聯(lián)系及其屬性和類型

借閱（借書人，書籍）

多對多類型

擁有屬性：借書日期和還書日期

出版（出版社，書籍）

一對多類型

（3）全局E-R圖三、常用的邏輯數(shù)據(jù)模型非關(guān)系模型種類層次模型(HierarchicalModel)網(wǎng)狀模型(NetworkModel)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：以基本層次聯(lián)系為單位基本層次聯(lián)系：兩個(gè)記錄以及它們之間的一對多(包括一對一)的聯(lián)系RiRj雙親結(jié)點(diǎn)子女結(jié)點(diǎn)一對多的聯(lián)系Lij常用的數(shù)據(jù)模型（續(xù)）關(guān)系模型(RelationalModel)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：表面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：對象

（一）層次模型層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多對多聯(lián)系在層次模型中的表示層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束層次模型的存儲結(jié)構(gòu)層次數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)1、層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型。（1）有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)；（2）根以外的其他結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。

Ｒ1

根結(jié)點(diǎn)

Ｒ2

兄弟結(jié)點(diǎn)

Ｒ3

葉結(jié)點(diǎn)

Ｒ4

兄弟結(jié)點(diǎn)

Ｒ5

葉結(jié)點(diǎn)

葉結(jié)點(diǎn)每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型記錄之間的聯(lián)系用結(jié)點(diǎn)之間連線（有向邊）表示聯(lián)系為一對多的聯(lián)系例：教員學(xué)生數(shù)據(jù)庫的層次模型根結(jié)點(diǎn)子女結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)葉結(jié)點(diǎn)由系到教研室、由教研室到教員、由系到學(xué)生均是一對多的聯(lián)系。

基本特點(diǎn)：任何一個(gè)給定的記錄值只有按其路徑查看時(shí)，才能顯示它的全部意義，沒有子女值可以脫離雙親記錄而獨(dú)立存在。例:(續(xù))教員學(xué)生數(shù)據(jù)庫的一個(gè)值

2、多對多聯(lián)系在層次模型中的表示

用層次模型間接表示多對多聯(lián)系表示方法將多對多聯(lián)系分解成一對多聯(lián)系分解方法冗余結(jié)點(diǎn)法：通過增加兩個(gè)冗余結(jié)點(diǎn)將多對多的聯(lián)系轉(zhuǎn)換成兩個(gè)一對多聯(lián)系；虛擬結(jié)點(diǎn)法：將冗余結(jié)點(diǎn)法中的冗余結(jié)點(diǎn)換為虛結(jié)點(diǎn)，所謂虛結(jié)點(diǎn)就是一個(gè)指針元，指向所替代的結(jié)點(diǎn)。學(xué)生與課程的多對多關(guān)系可通過圖表示這兩種分解方法3、層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束數(shù)據(jù)操縱：查詢、插入、刪除、更新。完整性約束條件：無相應(yīng)的雙親結(jié)點(diǎn)值就不能插入子女結(jié)點(diǎn)值。如果刪除雙親結(jié)點(diǎn)值，則相應(yīng)的子女結(jié)點(diǎn)值也被同時(shí)刪除。更新操作時(shí)，應(yīng)更新所有相應(yīng)記錄，以保證數(shù)據(jù)的一致性。

4、層次模型的存儲結(jié)構(gòu)鄰接法：按照層次樹前序穿越的順序把所有記錄值依次鄰接存放，即通過物理組織空間的位置相鄰來體現(xiàn)（或隱含）層次順序。042鏈接法：用指針來反映數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系。鏈接法又分為子女-兄弟鏈接法和層次序列鏈接法。子女-兄弟鏈接法

層次模型的存儲結(jié)構(gòu)（續(xù)）每個(gè)記錄設(shè)兩類指針，分別指向最左邊的子女和最近的兄弟。層次序列鏈接法

層次模型的存儲結(jié)構(gòu)（續(xù)）按樹的前序穿越順序鏈接各記錄值。5、層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)層次數(shù)據(jù)模型簡單，對具有一對多的層次關(guān)系的部門描述自然、直觀，容易理解性能優(yōu)于關(guān)系模型，不低于網(wǎng)狀模型層次數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持缺點(diǎn)多對多聯(lián)系表示不自然對插入和刪除操作的限制多查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過雙親結(jié)點(diǎn)層次命令趨于程序化

（二）網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多對多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)1、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為網(wǎng)狀模型：允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親；一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。R1R2R3R4R5R3R1R1R2R2L1L1L1L2L2L2L3L4L5網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）網(wǎng)狀模型與層次模型的區(qū)別網(wǎng)狀模型允許多個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)網(wǎng)狀模型允許結(jié)點(diǎn)有多個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)網(wǎng)狀模型允許兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間有多種聯(lián)系（復(fù)合聯(lián)系）網(wǎng)狀模型可以更直接地去描述現(xiàn)實(shí)世界層次模型實(shí)際上是網(wǎng)狀模型的一個(gè)特例

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）網(wǎng)狀模型的特點(diǎn)只能直接處理一對多的實(shí)體聯(lián)系任何記錄值只有按其路徑查看時(shí)，才能顯出它的全部意義子女節(jié)點(diǎn)和雙親節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系可以不唯一，所以要為每個(gè)聯(lián)系命名，并指出與該聯(lián)系有關(guān)的雙親記錄和子女記錄。

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）學(xué)生宿舍學(xué)生教研室系教師有向邊在DBTG報(bào)告中稱為“系(set)”,箭尾記錄稱首記錄,箭頭記錄稱屬記錄,“DBTG系”由一個(gè)首記錄帶上若干個(gè)屬記錄組成。第一章數(shù)據(jù)庫概論2、多對多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示用網(wǎng)狀模型間接表示多對多聯(lián)系表示方法引入連接記錄，將多對多聯(lián)系直接分解成一對多聯(lián)系例：學(xué)生與課程之間的聯(lián)系是多對多的引入連接記錄——選課——它包含屬性學(xué)號、課程號、成績。學(xué)生和選課之間是一對多的，課程和選課之間也是一對多的。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）

學(xué)號姓名系別課程號課程名學(xué)分學(xué)號課程號成績S-SCC-SC學(xué)生(S)課程（C）選課(SC)學(xué)生/選課/課程的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模式3、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的完整性約束完整性約束條件不嚴(yán)格允許插入尚未確定雙親結(jié)點(diǎn)值的子女結(jié)點(diǎn)值允許只刪除雙親結(jié)點(diǎn)值具體的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（如DBTG）對數(shù)據(jù)操縱加了一些限制，提供了一定的完整性約束。支持記錄碼：唯一標(biāo)識記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合。保證一個(gè)聯(lián)系中雙親記錄和子女記錄之間是一對多的聯(lián)系?？梢灾С蛛p親記錄和子女記錄之間某些約束條件。

4、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)學(xué)生-選課-課程網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的實(shí)例：學(xué)生記錄有：S1、S2、S3、S4；課程記錄有：C1、C2、C3S1的選課記錄有：S1C1A、S1C2A；S2的選課記錄有：S2C1A、S2C3B；S3的選課記錄有：S3C1B、S3C2B；S4的選課記錄有：S4C1A、S4C2A、S4C3B單向鏈接法實(shí)線鏈表示S-SC聯(lián)系，如把S1學(xué)生和他的選課記錄鏈接起來；虛線鏈表示C-SC聯(lián)系，如把C1課程和選修了C1課程的學(xué)生記錄鏈接起來。學(xué)生記錄課程記錄選課記錄5、網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，如一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)雙親。具有良好的性能，存取效率較高。缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握。DDL、DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用。（三）關(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操縱關(guān)系數(shù)據(jù)模型的完整性約束關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)

1、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的基本概念實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系的表示方法關(guān)系必須是規(guī)范化的

關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù))（1）關(guān)系模型的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在用戶觀點(diǎn)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。學(xué)生登記表學(xué)

號姓

名年

齡性

別系

名年

級95004王小明19女社會學(xué)9595006黃大鵬20男商品學(xué)9595008張文斌18女法律學(xué)95………………關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）（2）關(guān)系模型的基本概念關(guān)系（Relation）一個(gè)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(gè)元組。屬性（Attribute）表中的一列即為一個(gè)屬性，給每一個(gè)屬性起一個(gè)名稱即屬性名。主鍵（Key）/主碼/主關(guān)鍵字表中的某個(gè)屬性組，它可以唯一確定一個(gè)元組。關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）關(guān)系模型的基本概念（續(xù)）域（Domain）屬性的取值范圍。分量元組中的一個(gè)屬性值。關(guān)系模式對關(guān)系的描述表示方法

關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）

例如：學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，性別，系，年級）關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）（3）實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系的表示方法實(shí)體型：直接用關(guān)系（表）表示。屬性：用屬性名表示。聯(lián)系：一對一聯(lián)系：隱含在實(shí)體對應(yīng)的關(guān)系中。一對多聯(lián)系：隱含在實(shí)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)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）例1：系、系主任、系與系主任間的一對一聯(lián)系系（系號，系名，系主任，辦公地點(diǎn)）例2：系、學(xué)生、系與學(xué)生之間的一對多聯(lián)系系（系號，系名，系主任，辦公地點(diǎn)）學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，性別，系號，年級）

關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）例3：學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對多聯(lián)系

學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡，性別，系號，年級）

課程（課程號，課程名，學(xué)分）

選修（學(xué)號，課程號，成績）

關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）

表中有表——非規(guī)范化的例子（4）關(guān)系必須是規(guī)范化的

即必須滿足一定的規(guī)范條件。最基本的規(guī)范條件：關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。第一章數(shù)據(jù)庫概論

關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）關(guān)系和現(xiàn)實(shí)生活中的表格所使用的術(shù)語對比關(guān)系術(shù)語一般表格術(shù)語關(guān)系名關(guān)系模式關(guān)系元組屬性屬性名屬性值分量非規(guī)范關(guān)系表名表頭（表格的描述）（一張）二維表記錄或行列列名列值一條記錄中的一個(gè)列值表中有表第一章數(shù)據(jù)庫概論2、關(guān)系模型的數(shù)據(jù)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(xì)說明“怎么干”

3、關(guān)系模型的完整性約束實(shí)體完整性參照完整性用戶定義的完整性4、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都用表來表示。在物理組織中，有的DBMS一個(gè)表對應(yīng)一個(gè)操作系統(tǒng)文件，自己設(shè)計(jì)表、索引等存儲結(jié)構(gòu)。5、關(guān)系模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上概念單一。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用實(shí)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。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(dú)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)系模型的優(yōu)缺點(diǎn)（續(xù)）缺點(diǎn)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(jìn)行優(yōu)化增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度

（四）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型中，基本結(jié)構(gòu)是對象而不是記錄，一切事物、概念都可以看作對象。一個(gè)對象不僅包括描述它的數(shù)據(jù)，還包括對它進(jìn)行操作方法的定義。一個(gè)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是用面向?qū)ο笥^點(diǎn)來描述現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體（對象）的邏輯組織、對象間限制、聯(lián)系等的模型。優(yōu)點(diǎn)：能完整地描述現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有豐富的表達(dá)能力。缺點(diǎn)：相對比較復(fù)雜，涉及的知識面較多，尚未普及。

小結(jié)數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象的工具，用于描述現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)聯(lián)系、數(shù)據(jù)語義和數(shù)據(jù)約束等的方面的內(nèi)容。E-R模型是最常用的概念模型，關(guān)系模型是當(dāng)前的主流模型，面向?qū)ο螅∣ODB）是今后發(fā)展的方向。

以學(xué)生成績管理為例，對本章的E－R模型、層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、關(guān)系數(shù)據(jù)模型、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型進(jìn)行總結(jié)。1、E－R模型圖1學(xué)生選課的局部E-R圖圖1-17教師任課的局部E-R圖系系2、層次數(shù)據(jù)模型（分解法）

1m1n3、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型

4、關(guān)系數(shù)據(jù)模型

5、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型

第一章數(shù)據(jù)庫概論1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.2數(shù)據(jù)描述1.3數(shù)據(jù)模型1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成1.6數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域1.7當(dāng)前流行的大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品簡介

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級模式結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為:§單用戶結(jié)構(gòu)§主從式結(jié)構(gòu)§分布式結(jié)構(gòu)§客戶／服務(wù)器§瀏覽器／應(yīng)用服務(wù)器／數(shù)據(jù)庫服務(wù)器多層結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)庫的外部體系結(jié)構(gòu)一、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念1、“型”和“值”的概念型（Type）對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明值（Value）是型的一個(gè)具體賦值例如：學(xué)生記錄記錄型：（學(xué)號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）該記錄型的一個(gè)記錄值：（900201，李明，男，計(jì)算機(jī)，22，江蘇）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）2、模式的概念（Schema）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系模式是相對穩(wěn)定的例如：在學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫模式中，包含學(xué)生記錄、課程記錄和學(xué)生選課記錄。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）3、模式的實(shí)例（Instance）模式的一個(gè)具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時(shí)刻的狀態(tài)同一個(gè)模式可以有很多實(shí)例實(shí)例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動(dòng)例如：2013年有一個(gè)學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫的實(shí)例，該實(shí)例包含了2013年學(xué)校中所有學(xué)生的記錄、學(xué)校開設(shè)的所有課程的記錄和所有學(xué)生選課的記錄。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)庫的外部體系結(jié)構(gòu)

兩層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)文件系統(tǒng)階段：應(yīng)用程序嚴(yán)重依賴數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)。兩層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：應(yīng)用程序分成兩部分（用戶程序和存儲子程序）概念文件是存儲文件的抽象，只包含用戶有用的數(shù)據(jù)，是用戶存取存儲文件的結(jié)構(gòu)或框架。存儲程序操作存儲文件（決定存儲的組織方法或存儲結(jié)構(gòu)）。存儲數(shù)據(jù)獨(dú)立性：存儲文件結(jié)構(gòu)變化不影響用戶程序。用戶程序操作物理上并不存在的概念文件兩層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)存在的問題每個(gè)用戶程序并不一定使用概念文件中的全部數(shù)據(jù)字段，不同的用戶程序可能使用不同的字段集合?？梢园衙總€(gè)應(yīng)用程序訪問的字段集合看作是一個(gè)獨(dú)立的文件，形成三級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。三層結(jié)構(gòu)把每個(gè)應(yīng)用程序訪問的字段集合看做是一個(gè)獨(dú)立的文件，稱為外部文件，是概念文件的部分抽取。通過概念層的Conceptual-Routine程序完成對概念文件的訪問，通過調(diào)用存儲層的Storage-Routine完成對存儲文件的訪問。完成外部層到概念層的映射完成概念層到存儲層的映射概念數(shù)據(jù)獨(dú)立性：概念文件結(jié)構(gòu)發(fā)生變化不影響外部文件。二、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)應(yīng)用A

外模式/模式映象模式/內(nèi)模式映象數(shù)據(jù)庫應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E外模式1外模式2外模式3模式內(nèi)模式

1．模式（Schema）模式的定義數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)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一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式模式的地位：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(xì)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(jì)語言無關(guān)定義模式包含的內(nèi)容數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項(xiàng)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

2.外模式（ExternalSchema）外模式（也稱子模式或用戶模式）是數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）能夠看見和使用的局部數(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。

外模式（續(xù)）模式與外模式的關(guān)系：一對多外模式通常是模式的子集。一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)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。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(gè)應(yīng)用系統(tǒng)所使用但一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式。

外模式（續(xù)）外模式的用途保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個(gè)有力措施。每個(gè)用戶只能看見和訪問所對應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。模式、外模式舉例學(xué)生教務(wù)管理數(shù)據(jù)庫模式：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別……專業(yè)編號，班級，宿舍，家庭住址聯(lián)系電話，是否黨員……）教師（教師號，姓名，性別……工作時(shí)間，系號，專業(yè)編號，崗位，職稱，職務(wù)，最高學(xué)歷）系（系號，系別名稱）專業(yè)（專業(yè)編號，專業(yè)名稱，系號，專業(yè)類型）教室（教室號，容納人數(shù)，是否多媒體）課程（課程號，課程名，學(xué)時(shí)）選課（課程號，學(xué)號，成績）課程安排（課程號，教師號，教室號，時(shí)間）模式、外模式舉例學(xué)生教務(wù)管理數(shù)據(jù)庫外模式：（1）在學(xué)生選課應(yīng)用中學(xué)生用戶外模式：學(xué)生（學(xué)號，姓名，專業(yè)編號）課程安排（課程號，課程名，學(xué)時(shí)，教師號，教室號）教師用戶外模式：教師（教師號，姓名，系號，專業(yè)編號，職稱）課程安排（課程號，課程名，學(xué)時(shí)，學(xué)生班級，

教室號，時(shí)間）模式、外模式舉例學(xué)生教務(wù)管理數(shù)據(jù)庫外模式：（2）在學(xué)生成績管理應(yīng)用中學(xué)生用戶外模式：課程（課程號，課程名，成績）教師用戶外模式：課程（課程號，課程名，班級）

3．內(nèi)模式（InternalSchema）內(nèi)模式（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（堆存儲，順序存儲，屬性值聚簇存儲）索引的組織方式（按照B+樹結(jié)構(gòu)存儲，按hash方法存儲）數(shù)據(jù)是否壓縮存儲數(shù)據(jù)是否加密一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式例如學(xué)生記錄，如果按堆存儲，則插入一條新記錄總是放在學(xué)生記錄存儲的最后，如右圖所示。

記錄的存儲方式如果按學(xué)號升序存儲，則插入一條記錄就要找到它應(yīng)在的位置插入，如右圖所示。記錄的存儲方式（續(xù)）如果按照學(xué)生年齡聚簇存放，假如新插入的S3是16歲，則應(yīng)插入的位置如右圖所示。記錄的存儲方式（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部體系結(jié)構(gòu)三、數(shù)據(jù)庫二級映象與數(shù)據(jù)獨(dú)立性三級模式是對數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級別。二級映象在DBMS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換外模式／模式映象模式／內(nèi)模式映象二級映像功能保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。

1．外模式／模式映象什么是外模式／模式映象定義外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系每一個(gè)外模式都對應(yīng)一個(gè)外模式／模式映象映象定義通常包含在各自外模式的描述中外模式／模式映象的用途：保證數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性當(dāng)模式改變時(shí)，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外模式／模式映象，使外模式保持不變應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。

2．模式／內(nèi)模式映象什么是模式／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)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。數(shù)據(jù)庫中模式／內(nèi)模式映象是唯一的該映象定義通常包含在模式描述中模式／內(nèi)模式映象的用途：保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式／內(nèi)模式映象，使模式保持不變。應(yīng)用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)當(dāng)一個(gè)用戶程序通過DBMS讀取一條記錄時(shí)發(fā)生的一系列事件：（1）用戶程序A向DBMS發(fā)出讀一條記錄的指令。（2）DBCS分析所接到的指令，訪問對應(yīng)的外部模式。（3）DBCS完成外部模式到概念模式的轉(zhuǎn)換，決定訪問哪些概念文件。（4）由DBSS完成概念模式到存儲模式的轉(zhuǎn)換，并決定訪問哪些存儲文件。（5）DBSS調(diào)用存取方法，通過操作系統(tǒng)將讀取的記錄送到系統(tǒng)緩沖區(qū)。（6）用戶程序從系統(tǒng)緩沖區(qū)得到所需記錄和DBMS返回的狀態(tài)值。（7）用戶程序在工作區(qū)中使用得到的記錄。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的二級映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部體系結(jié)構(gòu)四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)單用戶結(jié)構(gòu)主從式結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)

1.單用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（應(yīng)用程序、DBMS、數(shù)據(jù)）都裝在一臺計(jì)算機(jī)上，為一個(gè)用戶獨(dú)占，不同機(jī)器之間不能共享數(shù)據(jù)。早期的最簡單的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

2.主從式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)終端的多用戶結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括應(yīng)用程序、DBMS、數(shù)據(jù)，都集中存放在主機(jī)上，所有處理任務(wù)都由主機(jī)來完成。各個(gè)用戶通過主機(jī)的終端并發(fā)地存取數(shù)據(jù)庫，共享數(shù)據(jù)資源。

3.分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上是一個(gè)整體，但物理地分布在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同結(jié)點(diǎn)上。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都可以獨(dú)立處理本地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行局部應(yīng)用同時(shí)也可以同時(shí)存取和處理多個(gè)異地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行全局應(yīng)用

分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

4．客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)把DBMS功能和應(yīng)用分開網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)（些）結(jié)點(diǎn)上的計(jì)算機(jī)專門用于執(zhí)行DBMS功能，稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，簡稱服務(wù)器其他結(jié)點(diǎn)上的計(jì)算機(jī)安裝DBMS的外圍應(yīng)用開發(fā)工具，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入、運(yùn)算和輸出，支持用戶的應(yīng)用，稱為客戶機(jī)

客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（續(xù)）客戶／服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的種類集中的服務(wù)器結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)中僅有一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，而客戶機(jī)有多臺分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)中有多臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分布的服務(wù)器