數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)是散亂無(wú)章的，散亂的數(shù)據(jù)不利于人們對(duì)其進(jìn)行有效的管理和處理。因此，必須把現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)按照一定的格式組織起來(lái)，以方便對(duì)其進(jìn)行操作和使用。在用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)管理數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)被按照一定的格式組織起來(lái)，比如二維表結(jié)構(gòu)，以使數(shù)據(jù)能夠被更高效地管理和處理。*22.1.1數(shù)據(jù)與信息描述事物的符號(hào)記錄稱為數(shù)據(jù)。將從數(shù)據(jù)中獲得的有意義的內(nèi)容稱為信息數(shù)據(jù)有一定的格式，這些格式的規(guī)定是數(shù)據(jù)的語(yǔ)法，而數(shù)據(jù)的含義是數(shù)據(jù)的語(yǔ)義。數(shù)據(jù)是信息存在的一種形式，只有通過(guò)解釋或處理才能成為有用的信息。*3示例數(shù)據(jù)：（張三，9912101，男，1981，計(jì)算機(jī)系，應(yīng)用軟件）解釋：張三是9912101班的男生，1981年出生，計(jì)算機(jī)系應(yīng)用軟件專業(yè)。*4數(shù)據(jù)信息解釋數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、性別、出生日期數(shù)據(jù)間的聯(lián)系學(xué)生選課中的學(xué)號(hào)與學(xué)生基本信息中的學(xué)號(hào)數(shù)據(jù)取值范圍約束考試成績(jī)?cè)?～100分之間*5動(dòng)態(tài)特征指對(duì)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行的操作以及操作規(guī)則。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的操作主要有查詢數(shù)據(jù)更改數(shù)據(jù)：插入、刪除和更新一般將對(duì)數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征和動(dòng)態(tài)特征的描述稱為數(shù)據(jù)模型三要素*62.1.2數(shù)據(jù)模型對(duì)于模型，人們并不陌生。建筑模型飛機(jī)模型計(jì)算機(jī)中的模型是對(duì)事物、對(duì)象、過(guò)程等客觀系統(tǒng)中感興趣的內(nèi)容的模擬和抽象表達(dá)，是理解系統(tǒng)的思維工具數(shù)據(jù)模型(datamodel)也是一種模型，它是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。*7數(shù)據(jù)模型（續(xù)）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是基于某種數(shù)據(jù)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織的，因此，了解數(shù)據(jù)模型的基本概念是學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)的基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)模型用于表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象，即將現(xiàn)實(shí)世界中雜亂的信息用一種規(guī)范的、形象化的方式表達(dá)出來(lái)。*8數(shù)據(jù)模型（續(xù)）數(shù)據(jù)模型即要面向現(xiàn)實(shí)世界，又要面向機(jī)器世界，因此需滿足三個(gè)要求:能夠真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界;容易被人們理解;能夠方便地在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。*9數(shù)據(jù)模型（續(xù)）數(shù)據(jù)模型實(shí)際上是模型化數(shù)據(jù)和信息的工具。根據(jù)模型應(yīng)用的不同目的，可以將模型分為兩大類：概念層數(shù)據(jù)模型（概念模型），從數(shù)據(jù)的語(yǔ)義視角來(lái)抽取模型，是按用戶的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行建模。組織層數(shù)據(jù)模型（組織模型）。從數(shù)據(jù)的組織層次來(lái)描述數(shù)據(jù)。*10從現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的過(guò)程2.2概念層數(shù)據(jù)模型基本概念概念層數(shù)據(jù)模型是指抽象現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有應(yīng)用價(jià)值的元素及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，反映現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有應(yīng)用價(jià)值的信息結(jié)構(gòu)，不依賴于數(shù)據(jù)的組織層數(shù)據(jù)模型。*122.2概念層數(shù)據(jù)模型（續(xù)）概念層數(shù)據(jù)模型用于對(duì)信息世界的建模，是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的第一層抽象，是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的工具，也是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員和業(yè)務(wù)領(lǐng)域的用戶之間進(jìn)行交流的工具。面向用戶、面向現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)模型，與具體的DBMS無(wú)關(guān)。常用的概念層數(shù)據(jù)模型有實(shí)體-聯(lián)系（Entity-Relationship，E-R）模型、語(yǔ)義對(duì)象模型。實(shí)體-聯(lián)系模型實(shí)體-聯(lián)系方法使用的工具稱為E-R圖，它所描述的現(xiàn)實(shí)世界的信息結(jié)構(gòu)稱為企業(yè)模式（EnterpriseSchema），也把這種描述結(jié)果稱為E-R模型。在E-R模型中主要涉及三方面內(nèi)容：實(shí)體屬性聯(lián)系實(shí)體-聯(lián)系模型實(shí)體屬性聯(lián)系

實(shí)體具有公共性質(zhì)的可相互區(qū)分的現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的集合?？梢允蔷唧w的事物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系具體的事物：學(xué)生、課程、職工抽象的聯(lián)系：學(xué)生選課實(shí)體的表示方式在E-R圖中用矩形框表示實(shí)體，把實(shí)體名寫在框內(nèi)，比如學(xué)生實(shí)體可以表示為：學(xué)生屬性實(shí)體所具有的特征或性質(zhì)。身高年齡性別體重……屬性的表示方式用圓角矩形表示，在圓角矩形框內(nèi)寫上屬性的名字，并用連線將屬性框與它所描述的實(shí)體聯(lián)系起來(lái)。學(xué)生學(xué)號(hào)姓名年齡聯(lián)系聯(lián)系是數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)集合，是客觀存在的應(yīng)用語(yǔ)義鏈。實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系：一個(gè)實(shí)體內(nèi)屬性之間的聯(lián)系。職工實(shí)體內(nèi)部的職工號(hào)和此職工的部門經(jīng)理號(hào)實(shí)體之間的聯(lián)系：不同實(shí)體之間的聯(lián)系。課程實(shí)體和學(xué)生實(shí)體之間存在選課聯(lián)系。聯(lián)系的表示方式

實(shí)體之間的聯(lián)系用菱形框表示，框內(nèi)寫上聯(lián)系名，并用連線與有關(guān)的實(shí)體相連。聯(lián)系名實(shí)體1實(shí)體2聯(lián)系的種類一對(duì)一聯(lián)系(1:1)一對(duì)多聯(lián)系(1:n)多對(duì)多聯(lián)系(m:n)一對(duì)一聯(lián)系（實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系）

如果實(shí)體A中的每個(gè)實(shí)例在實(shí)體B中至多有一個(gè)（也可以沒(méi)有）實(shí)例與之關(guān)聯(lián)，反之亦然，則稱實(shí)體A與實(shí)體B具有一對(duì)一聯(lián)系，記作：1:1。一對(duì)一聯(lián)系(1:1)一對(duì)一聯(lián)系的例子 部門和正經(jīng)理（假設(shè)一個(gè)部門只有一個(gè)正經(jīng)理，一個(gè)人只當(dāng)一個(gè)部門的經(jīng)理）、系和正系主任（假設(shè)一個(gè)系只有一個(gè)正主任，一個(gè)人只當(dāng)一個(gè)系的主任）都是一對(duì)一聯(lián)系。

管理經(jīng)理部門11一對(duì)多的聯(lián)系

如果實(shí)體A與實(shí)體B之間存在聯(lián)系，并且對(duì)于實(shí)體A中的一個(gè)實(shí)例，實(shí)體B中有多個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)；而對(duì)實(shí)體B中的任意一個(gè)實(shí)例，在實(shí)體A中都只有一個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體A到實(shí)體B的聯(lián)系是一對(duì)多的，記為1:n。

有部門和職工兩個(gè)實(shí)體，并且有語(yǔ)義：一個(gè)部門可以有多名職工，但是一個(gè)職工只在一個(gè)部門工作。則部門和職工之間的聯(lián)系是一對(duì)多的，我們把這種聯(lián)系命名為工作。一對(duì)多聯(lián)系的例子工作部門職工1n多對(duì)多的聯(lián)系如果實(shí)體A與實(shí)體B之間存在聯(lián)系，并且對(duì)于實(shí)體A中的一個(gè)實(shí)例，實(shí)體B中有多個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)；而對(duì)實(shí)體B中的一個(gè)實(shí)例，在實(shí)體A中也有多個(gè)實(shí)例與之對(duì)應(yīng)，則稱實(shí)體A到實(shí)體B的聯(lián)系是多對(duì)多的，記為m:n。多對(duì)多聯(lián)系的例子

有學(xué)生和課程兩個(gè)實(shí)體，并且有語(yǔ)義：一個(gè)學(xué)生可以修多門課程，一門課程可以被多個(gè)學(xué)生修。那么學(xué)生和課程之間的聯(lián)系就是多對(duì)多的，我們把這種聯(lián)系命名為選課。學(xué)生課程選課mn關(guān)聯(lián)多個(gè)實(shí)體的聯(lián)系顧客購(gòu)買商品：每個(gè)顧客可以從多個(gè)售貨員那里購(gòu)買商品，并且可以購(gòu)買多種商品；每個(gè)售貨員可以向多名顧客銷售商品，并且可以銷售多種商品；每種商品可由多個(gè)售貨員銷售，并且可以銷售給多名顧客。

mnp顧客商品售貨員銷售兩個(gè)圖不等價(jià)*30mnp顧客商品售貨員銷售×小測(cè)驗(yàn)指明下列實(shí)體間聯(lián)系的種類：（1）教研室和教室（設(shè)一個(gè)教師只屬于一個(gè)教研室，一個(gè)教研室可以有多名教師）1教研室教師屬于n（2）商品和顧客m商品顧客購(gòu)買n小測(cè)驗(yàn)指明下列實(shí)體間聯(lián)系的種類：（3）國(guó)家和首都1國(guó)家首都屬于1（4）航班和乘客（一個(gè)航班可承載多名乘客，一名乘客可在不同時(shí)間乘坐同一航班）m航班乘客乘坐n小測(cè)驗(yàn)指明下列實(shí)體間聯(lián)系的種類：（5）銀行和賬戶1銀行賬戶屬于n（6）圖書和借閱者（一個(gè)借閱者可同時(shí)借閱多本書，可在不同時(shí)間對(duì)同一本書借閱多次）m圖書借閱者借閱n2.3組織層數(shù)據(jù)模型2.3.1層次數(shù)據(jù)模型2.3.2網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型2.3.3關(guān)系數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型

采用層次模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，是IBM公司1968年推出的第一個(gè)大型的商用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。層次模型用樹(shù)形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系。構(gòu)成層次模型的樹(shù)由結(jié)點(diǎn)和連線組成，結(jié)點(diǎn)表示實(shí)體，連線表示相連的兩個(gè)實(shí)體間的聯(lián)系，這種聯(lián)系是一對(duì)多的。通常把表示“一”的實(shí)體放在上方，稱為父結(jié)點(diǎn)；把表示“多”的實(shí)體放在下方，稱為子結(jié)點(diǎn)。

層次模型的兩點(diǎn)限制（1）有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)無(wú)父結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)即為樹(shù)的根；（2）其他結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)。

層次結(jié)構(gòu)示例層次數(shù)據(jù)庫(kù)值示例層次模型對(duì)多對(duì)多關(guān)系的表示1:m課程名學(xué)分課程號(hào)課程號(hào)成績(jī)學(xué)號(hào)姓名性別學(xué)號(hào)年齡1:n課程號(hào)成績(jī)學(xué)號(hào)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型

用圖形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型就稱為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型。去掉了層次模型中的兩點(diǎn)限制?？梢灾苯颖硎径鄬?duì)多的聯(lián)系。同樣使用父結(jié)點(diǎn)和子結(jié)點(diǎn)這樣的術(shù)語(yǔ)，并且同樣一般把父結(jié)點(diǎn)放置在子結(jié)點(diǎn)的上方。

典型代表是CODASYL系統(tǒng)，它是CODASYL組織的標(biāo)準(zhǔn)建議的具體實(shí)現(xiàn)。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖關(guān)系數(shù)據(jù)模型把數(shù)據(jù)看成是二維表中的元素，而這個(gè)二維表就是關(guān)系用關(guān)系（表格數(shù)據(jù)）表示實(shí)體和實(shí)體之間聯(lián)系的模型稱為關(guān)系數(shù)據(jù)模型示例：學(xué)生基本信息表小測(cè)驗(yàn)（1）以下哪些模型屬于概念模型A實(shí)體-聯(lián)系模型 B層次模型C網(wǎng)狀模型 D關(guān)系模型（2）DBTG系統(tǒng)（亦稱CODASYL系統(tǒng)）是哪一種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的典型代表？A）層次B）網(wǎng)狀C）關(guān)系D）面向?qū)ο蟠鸢福海?）A

（2）B2.4數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.4.1模式的基本概念2.4.2三級(jí)模式結(jié)構(gòu)2.4.2模式映象與數(shù)據(jù)獨(dú)立性2.4.1模式的基本概念模式是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。它僅僅涉及“型”的描述，不涉及具體的值。關(guān)系模式是關(guān)系的“型”或元組的結(jié)構(gòu)共性的描述，它對(duì)應(yīng)的是關(guān)系表的表頭。模式的一個(gè)具體值稱為模式的一個(gè)實(shí)例。一個(gè)模式可以有多個(gè)實(shí)例。模式實(shí)例2.4.2三級(jí)模式結(jié)構(gòu)外模式2外模式n外模式1概念模式內(nèi)模式…(單個(gè)用戶視圖)(公共用戶視圖)(存儲(chǔ)視圖)廣義上講內(nèi)模式：最接近物理存儲(chǔ)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置、存儲(chǔ)方式等。外模式：最接近用戶，是用戶所看到的數(shù)據(jù)視圖。模式：介于內(nèi)模式和外模式之間的中間層，是數(shù)據(jù)的邏輯組織方式。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的模式一定是關(guān)系的，在該層可見(jiàn)的實(shí)體是關(guān)系的表和關(guān)系的操作符。外模式也是關(guān)系的或接近關(guān)系的，它們的內(nèi)容來(lái)自模式。內(nèi)模式不是關(guān)系的，它是數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)方式。外模式也稱為用戶模式、子模式。

用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中感興趣整體的局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述。是DB整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的子集或局部重構(gòu)。用外模式定義語(yǔ)言表達(dá)。例，對(duì)RDB，定義視圖結(jié)構(gòu)。是保證數(shù)據(jù)庫(kù)安全的一個(gè)措施。示例1——子集*51學(xué)

號(hào)姓

名年

齡性

別所

在

系0611101李勇21男計(jì)算機(jī)系0611102劉晨20男計(jì)算機(jī)系0611103王敏20女計(jì)算機(jī)系0621101張立20男信息管理系0621102吳賓19女信息管理系學(xué)

號(hào)姓

名性

別0611101李勇男0611102劉晨男0611103王敏女0621101張立男0621102吳賓女學(xué)生模式外模式學(xué)

號(hào)06111010611102061110306211010621102姓

名李勇劉晨王敏張立吳賓性

別男男女男女示例2——重構(gòu)學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，所在系）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）*52學(xué)生（姓名，課程名，成績(jī)）姓名課程名成績(jī)示例3——安全性職工表（職工號(hào)，姓名，所在部門，基本工資，職務(wù)工資，獎(jiǎng)勵(lì)工資）*53職工信息（職工號(hào)，姓名，所在部門，基本工資，職務(wù)工資）獎(jiǎng)勵(lì)工資模式也稱為邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)描述。是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的中間層。用模式定義語(yǔ)言表達(dá)。例，對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，定義：表頭結(jié)構(gòu)、屬性取值范圍、…。模式實(shí)際上是數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)在邏輯級(jí)上的視圖。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一種模式。不涉及存儲(chǔ)記錄對(duì)列、索引、指針或其他存儲(chǔ)的訪問(wèn)細(xì)節(jié)。*55內(nèi)模式也稱為存儲(chǔ)模式。數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)描述（數(shù)據(jù)的組織與存儲(chǔ)）。用內(nèi)模式定義語(yǔ)言描述。例，對(duì)RDB，定義數(shù)據(jù)文件的位置、索引的依據(jù)等。2.4.3模式映象與數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS管理，使用戶能邏輯地、抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的具體表示方式與存儲(chǔ)方式。為了能夠在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)