医药数据库系统原理与应用-第1章-绪论.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,江西中医药大学计算机学院,第一章 绪论,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,授课相关信息,班级：,2013,计算机,人数：,50,时间：,周三、周四上午,地点：,2204,课程名称：,数据库,原理,学分：,5,学分,开设学期及周学时分配：,春季学期，每周,6,学时，共,15,周,适用专业及层次：,本科计算机专业,2,学习目标,了解数据管理技术的发展史，理解数据库相关的概念和原理，掌握,关系数据,语言，能够应用数据库设计工具设计实现简单的数据库应用系统,以教师讲授授为主，辅以实验课程和实践课程，最后要求完成大作业。,3,教材及参考书,(1),教材,杜建强,胡孔法：医药数据库系统原理与应用,中国中医药出版社，,2014.12,6,考核方式,平时表现,30,分,上课考勤及表现,10,学生自评互评,5,实验,5,大作业,10,期末考试,70,分,7,内容安排,(1),基础篇,第一章 绪论,第二章 关系模型与关系代数,第三章,SQL,语言,第四章 数据库完整性与安全性,应用篇,第五章 关系数据理论,第六章 数据库设计,第七章 数据库应用开发,第八章 数据库系统管理,第九章,典型的医学数据库系统,8,内容安排,(2),扩展,篇,第十章,关系查询原理及优化,第十一章 并发控制,第十二章 数据库技术新发展,9,授课内容,1.1,数据库系统概述,1.2,数据模型,1.3,数据库系统结构,10,数据库的地位,数据库技术产生于上个世纪,六十年代,末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。,数据库技术是信息系统的,核心和基础,，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。,数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。,11,数据库技术发展回顾（四句话）,1.,经历了三代演变,层次,/,网状系统、关系系统、新一代数据库系统家族,2.,造就了三位图灵奖,turing award,得主,C.W.Bachman,、,E.F.Codd,和,James Gray,3.,发展了一门计算机基础学科,以数据模型和,DBMS,核心技术为主，内容丰富、领域宽广,4.,形成了一个巨大的软件产业,DBMS,及其相关工具产品、应用解决方案,12,三位图灵奖得主,C.W.Bachman E.F.Codd Jim Gray,13,网状数据库之父,Charles.W.Bachman,1960,年为通用电气制造了世界上第一个网状数据库系统,IDS,（工业界）,积极推动与促成了数据库标准的制定：,DBTG,报告,在数据库技术的产生、发展与推广应用方面都发挥了巨大的作用,由于他在数据库方面的杰出成就,1973,获图灵奖,1983,年成立自己的公司,Bachman Information System,14,关系数据库之父：,Edgar F.Codd,博士,美国工程院院士,原是英国人，,1923,生于英格兰中部波特兰 第二次世界大战时应征入伍，在皇家空军服役。,1942-1945,年间任机长，参与了许多惊心动魄的空战。,英国牛津大学数学专业理学士及硕士学位，毕业后到,IBM,公司工作从事操作系统和自动机理论研究,年近,40,重返密歇根大学进修计算机与通信专业，,1963,年获得硕士学位，,1965,年又获得博士学位。,60,年代后期开始数据库研究,1970,年,E.F.Codd,博士提出关系模型概念,(CACM,Vol.13,Vol.6,1970),1981,年获图灵奖，,84,年从,IBM,公司退休,还创办了一个研究所：关系研究所（,The Relational Institute,）和一个公司：,Codd&Associations,，进行关系数据库产品的研发、销售、咨询等业务,15,James Gray,数据库技术和事务处理专家,1944,年生，美国加州大学伯克利分校 计算机科学系博士。,先后在贝尔实验室、,IBM,、,DEC,等公司工作，研究方向转向数据库领域。,由于他在数据库和事务处理研究方面的元创性贡献以及在将研究原型转化为商业产品的系统实现方面的技术领袖地位，,1998,年获奖,(,时任微软研究员,),16,数据库,:,计算机学科的核心课程,我国的计算机专业、信息系统及其他相关专业中都开设数据库系统课程,CC2001,中将数据库和信息检索放在一起。,日本,J97,的教学计划中,将计算机相关课程划分成不同的专业方向,数据库是几乎在全部教学计划中出现的课程。,17,数据库,:,一个巨大的软件产业,已经形成一个巨大的软件产业,是理论成果转化为产品的成功范例,理论创立,原型研制,产品上市,经济效益,18,我国数据库技术的跋涉历程,70,年代,数据库技术被引入我国,以萨师煊教授为代表的老一代专家作出了开创性贡献,80,年代,数据库技术广泛普及,数据库技术广泛进入学校、学院或教研机构,国外数据库公司纷纷进入我国,数据库应用系统大量开发,90,年代,腾飞中的我国数据库技术,1999,年成立了数据库专业委员会,19,讲授内容,1.1,数据库系统概述,1.1.1,数据库系统基本概念,1.1.2,数据管理技术的发展,1.1.3,数据库系统的特点,20,1.1.1,数据库系统基本概念,数据,(Data),数据库,(Database),数据库管理系统,(DBMS),数据库系统,(DBS),21,一、数据,数据,(Data),是数据库中存储的基本对象,数据的定义,描述事物的符号记录,数据的种类,文本、图形、图像、音频、视频、病人的档案记录、药物的发放情况等,数据的特点,数据与其语义是不可分的,22,数据举例,数据的含义称为数据的语义，数据与其语义是不可分的。,例如：,下面一段话是用来描述一位病人,（张三，男，,45,，,60,，,39,）,除了能猜测出病人姓名是张三，性别是男外，后面三个数字很令人费解,。,23,数据举例,姓名,性别,年龄,体重（,kg）,入院体温（）,张三,男,45,60,39,如果将上面这段话加上一些内容，变成,下,表,的样子，就一目了然了。,24,二、数据库,数据库的定义,数据库,(Database,简称,DB),是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。,例如,建立病人数据库。,收集,大量病人的数据，包括病人基本信息、病人临床表现、病人检查信息、病人诊断信息和病人治疗信息,等,按照,某种数据模型有序组织起来,，存储,在计算机,内,实现,医生和病人的数据共享。,25,三、数据库管理系统,什么是,DBMS,位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。,是基础软件，是一个大型复杂的软件系统,DBMS,的用途,科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据,常用的数据库管理系统,甲骨文公司的,Oracle,，微软公司的,SQL Server,、,Access,，,IBM,公司的,DB2,，开源数据库,My SQL,以及国产数据库达梦等。,26,四、数据库系统,什么是数据库系统,（,Database System,，简称,DBS,）,在计算机系统中引入数据库后的系统构成,数据库系统的构成,数据库,数据库管理系统（及其开发工具）,应用系统,数据库管理员,27,数据库系统,应用系统,操作系统,应用开发工具,数据库管理系统,数据库,用户,程序员,数据库管理员,DBA,28,DBMS,操作系统,硬件,应用开发工具,应用系统,数据库系统在计算机系统中的位置图示,29,1.1,数据库系统概述,1.1.1,四个基本概念,1.1.2,数据管理技术,的发展,1.1.3,数据库系统的特点,30,数据管理技术的产生和发展,什么是数据管理,对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护,数据处理的中心问题,数据管理技术的发展过程,人工管理阶段,(20,世纪,40,年代中,-50,年代中,),文件系统阶段,(20,世纪,50,年代末,-60,年代中,),数据库系统阶段,(20,世纪,60,年代末,-,现在,),31,数据管理技术的产生和发展,(,续,),数据管理技术的发展动力,应用需求的推动,计算机硬件的发展（服务器，硬盘等）,计算机软件的发展（操作系统，应用软件）,32,一、人工管理阶段,时期,20,世纪,40,年代中,-50,年代中,产生的背景,应用需求科学计算,硬件水平无直接存取存储设备,软件水平没有操作系统,处理方式批处理,33,人工管理阶段,(,续,),特点,数据不保存,数据由程序管理,数据不共享,数据没有独立性,34,应用程序与数据的对应关系,(,人工管理阶段,),应用程序,1,数据集,1,应用程序,2,数据集,2,应用程序,数据集,n,.,.,人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系,35,二、文件系统阶段,时期,20,世纪,50,年代末,-60,年代中,产生的背景,应用需求科学计算、管理,硬件水平磁盘、磁鼓,软件水平有文件系统,处理方式联机实时处理、批处理,36,文件系统阶段特点,数据长期保存,数据由文件系统管理,数据的共享程度：共享性差、冗余度大,数据的结构化：记录内有结构,整体无结构,数据的独立性差：数据的逻辑结构改变必须,修改应用程序,37,应用程序与数据的对应关系,(,文件系统阶段,),应用程序,文件,应用程序,文件,2,应用程序,文件,n,存取方法,.,.,文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系,（通过文件提供的系统接口）,38,文件系统中数据的结构,记录内有结构。,数据的结构是靠程序定义和解释的。,数据只能是定长的。,可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。,文件间是独立的，因此数据整体无结构。,可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系,。,数据的最小存取单位是记录。,39,三、数据库系统阶段,时期,20,世纪,60,年代末以来,产生的背景,应用背景大规模管理,硬件背景大容量磁盘、磁盘阵列,软件背景有数据库管理系统,处理方式联机实时处理,分布处理,批处理,40,1.1,数据库系统概述,1.1.1,四个基本概念,1.1.2,数据管理技术的产生和发展,1.1.3,数据库系统的特点,41,1.1.3,数据库系统的特点,数据整体结构化,数据的共享性高，冗余度低,数据独立性高,数据由,DBMS,统一管理和控制,42,数据结构化,整体数据的结构化,是数据库的主要特征之一,整体结构化,不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织,不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系,数据库中实现的是数据的真正结构化,数据的结构用,数据模型,描述，无需程序定义和解释,数据可以,变长,数据的最小存取单位是,数据项,文件系统的结构化,43,例如，以文件系统管理医院的数据，存在管理病人、医生和诊疗总费用的三个文件,数据库系统的整体结构化,44,记录之间的联系可以通过完整性约束来实现,面向整个组织的多个应用,45,数据的共享性高，冗余度低,数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使用。,数据共享的好处,减少数据冗余，节约存储空间,避免数据之间的不相容性与不一致性,使系统易于扩充,46,数据独立性高,物理独立性,指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变,。,逻辑独立性,指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变,。,数据独立性是由,DBMS,的二级映像功能来保证的,47,数据由,DBMS,统一管理和控制,DBMS,提供的数据控制功能,(1),数据的安全性（,Security,）保护,保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。,(2),数据的完整性（,Integrity,）检查,将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。,(3),并发（,Concurrency,）控制,对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。,(4),数据库恢复（,Recovery,）,将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。,48,应用程序与数据的对应关系,(,数据库系统,),DBMS,应用程序,1,应用程序,2,数据库,数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系,(,板书对比,),49,小结,:,数据库是,长期,存储在计算机内有组织的,大量,的,数据集合,.,它可以供各种用户,共享,具有,最小冗余,和,较高数据独立性,.,DBMS,在数据库,建立,、,运用,和,维护,时对数据库进行,统一控制,，以保证数据的,完整性、安全性,，并在多用户同时使用数据库时进行,并发控制,，在发生故障后对数据库进行,恢复,。,50,授课内容,1.1,数据库系统概述,1.2,数据模型,1.3,数据库系统结构,51,1.2,数据模型,1.2.1,数据模型概述,1.2.2 E-R,模型,1.2.3,层次模型,1.2.4,网状模型,1.2.5,关系模型,1.2.6,面向对象模型,1.2.7 XML,模型,52,数据模型,在数据库中用数据模型这个工具来,抽象、表示和处理,现实世界中的数据和信息。,通俗地讲数据模型就是,现实世界的模拟,。,数据模型应满足三方面要求,能比较,真实,地模拟现实世界,容易,为人所,理解,便于在计算机上,实现,53,1.2.1,数据模型概述,数据模型分为三类,(1),概念模型,也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信,息建模，,用于,数据库,设计。,(2),逻辑模型,逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模，用于,DBMS,实现,。,(3),物理模型,物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。,54,三类数据模型,(,续,),客观对象的抽象过程,-,两步抽象,现实世界中的客观对象抽象为概念模型；,把概念模型转换为某一,DBMS,支持的数据模型。,55,三类数据模型,(,续,),DBMS,支持的数据模型,概念模型,认识,抽象,信息世界,机器世界,现实世界中客观对象的抽象过程,现实世界,现实世界 概念模型,数据库设计人员完成,逻辑模型 物理模型,由,DBMS,完成,概念模型 逻辑模型,数据库设计人员完成,56,数据模型的组成要素,数据结构,数据操作,完整性约束条件,57,一、数据结构,什么是数据结构,描述数据库的组成对象，以及对象之间的联系,描述的内容,与数据类型、内容、性质有关的对象,与数据之间联系有关的对象,数据结构是对系统静态特性的描述,58,二、数据操作,数据操作,对数据库中各种对象,(,型,),的实例,(,值,),允许执行的,操作,及有关的,操作规则,数据操作的类型,查询,更新,(,包括插入、删除、修改,),59,数据操作,(,续,),数据模型对操作的定义,操作的确切含义,操作符号,操作规则（如优先级）,实现操作的语言,数据操作是对系统动态特性的描述,请举例说明,60,三、数据的完整性约束条件,数据的完整性约束条件,一组完整性规则的集合。,完整性规则：给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则,用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。,61,数据的完整性约束条件,(,续,),数据模型对完整性约束条件的定义,反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件。,提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件,。,62,1.2,数据模型,1.2.1,数据模型概述,1.2.2 E-R,模型,1.2.3,层次模型,1.2.4,网状模型,1.2.5,关系模型,1.2.6,面向对象模型,1.2.7 XML,模型,63,1.2.2 E-R,模型,信息世界中的基本概念,两个实体型之间的联系,两个以上实体型之间的联系,单个实体型内的联系,概念模型的一种表示方法,一个实例,64,概念模型,概念模型的用途,概念模型用于信息世界的建模,是现实世界到机器世界的一个中间层次,是数据库设计的有力工具,数据库设计人员和用户之间进行交流的语言,对概念模型的基本要求,较强的语义表达能力,能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识,简单、清晰、易于用户理解,E-R模型,概念模型的表示方法较多，其中最为著名的是P.P.S.Chen于1976年提出的实体联系方法（Entity-Relationship Approach）。,该方法采用E-R图（Entity-Relationship）来描述概念模型，E-R方法也称为E-R模型。,65,66,一、信息世界中的基本概念,(1),实体（,Entity,）,客观存在并可相互区别的事物称为实体。,可以是具体的人、事、物或抽象的概念,。,(2),属性（,Attribute,）,实体所具有的某一特性称为属性。,一个实体可以由若干个属性来刻画。,(3),码（,Key,）,唯一标识实体的属性集称为码。,67,信息世界中的基本概念,(,续,),(4),域（,Domain,）,属性的取值范围称为该属性的域,。,(5),实体型（,Entity Type,）,用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型,(6),实体集（,Entity Set,）,同一类型实体的集合称为实体集,68,信息世界中的基本概念,(,续,),(7),联系（,Relationship,）,现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界,中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。,实体内部,的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系,实体之间,的联系通常是指不同实体集之间的联系,69,二、两个实体型之间的联系,实体型,A,联系名,实体型,B,1,1,1:1,联系,实体型,A,联系名,1,n,1:n,联系,实体型,A,实体型,B,联系名,m,n,m:n,联系,实体型,B,用图形来表示两个实体型之间的这三类联系,70,二、两个实体型之间的联系（续）,一对一联系（,1:1,）,实例,一个科室只有一个科主任,一个科主任只在一个科室中任职,定义：,如果对于实体集,A,中的每一个实体，实体集,B,中至多有一个（也可以没有）实体与之联系，反之亦然，,则称实体集,A,与实体集,B,具有一对一联系，,记为,1:1,科室,管理,科主任,1,1,1:1,联系,71,两个实体型之间的联系,(,续,),一对多联系（,1,：,n,）,实例,一个科室中有若干名医生，,每个医生只在一个科室中工作,定义：,如果对于实体集,A,中的每一个实体，实体集,B,中,有,n,个实体（,n0,）与之联系，反之，对于实体,集,B,中的每一个实体，实体集,A,中至多只有一个,实体与之联系，则称,实体集,A,与实体集,B,有一对,多联系，记为,1:n,科室,组成,医生,1,n,1:n,联系,72,两个实体型之间的联系,(,续,),多对多联系（,m:n,）,实例,医生与病人之间的联系：,一个医生可以给多个病人看病,一个病人可以找多个医生看病,定义：,如果对于实体集,A,中的每一个实体，实体集,B,中,有,n,个实体（,n0,）与之联系，反之，对于实,体集,B,中的每一个实体，实体集,A,中也有,m,个实,体（,m0,）与之联系，则称实体集,A,与实体,B,具有多对多联系，记为,m:n,医生,就诊,病人,m,n,m:n,联系,73,三、两个以上实体型之间的联系,两个以上实体型之间一对多联系,若实体集,E,1,，,E,2,，,.,，,E,n,存在联系，对于实体集,E,j,（,j=1,，,2,，,.,，,i-1,，,i+1,，,.,，,n,）中的给定实体，最多只和,E,i,中的一个实体相联系，则我们说,E,i,与,E,1,，,E,2,，,.,，,E,i-1,，,E,i+1,，,.,，,E,n,之间的联系是一对多的,74,两个以上实体型之间的联系,(,续,),实例,课程、教师与参考书三个实体型,一门课程可以有若干个教师讲授，,使用若干本参考书，,每一个教师只讲授一门课程，,每一本参考书只供一门课程使用,课程,讲授,教师,1,m,两个以上实体型间,1:n,联系,参考书,n,75,两个以上实体型之间的联系,(,续,),多个实体型间的一对一联系,两个以上实体型间的多对多联系,实例,供应商、项目、零件三个实体型,一个供应商可以供给多个项目多种零件,每个项目可以使用多个供应商供应的零件,每种零件可由不同供应商供给,供应商,供应,项目,m,p,两个以上实体型间,m:n,联系,零件,n,76,四、单个实体型内的联系,一对多联系,实例,医生实体型内部具有领导与被领导的联系,某一医生（干部）,“,领导,”,若干名医生,一个医生仅被另外一个医生直接领导,这是一对多的联系,一对一联系,请举例,医生,领导,1,n,单个实体型内部,1:n,联系,77,单个实体型内的联系,实体型,1,联系名,m,n,单个实体型内的,m:n,联系,多对多联系,请举例,78,五、概念模型的一种表示方法,实体联系方法,(E-R,方法,),用,E-R,图来描述现实世界的概念模型,E-R,方法也称为,E-R,模型,79,E-R,图,实体型,用矩形表示，矩形框内写明实体名。,属性,用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来,医生,病人,医生,医生,ID,科室,职称,姓名,80,E-R,图,(,续,),联系,联系本身,：,用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（,1:1,、,1:n,或,m:n,）,81,联系的表示方法,实体型,A,联系名,实体型,B,1,1,1:1,联系,实体型,A,联系名,1,n,1:n,联系,实体型,A,实体型,B,联系名,m,n,m:n,联系,实体型,B,82,联系的属性,医生,就诊,病人,m,n,就诊总费用,联系的属性,：,联系本身也是一种实体型，也 可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来,83,六、一个实例,用,E-R,图表示某个工厂物资管理的概念模型,实体,仓库：仓库号、面积、电话号码,零件：零件号、名称、规格、单价、描述,供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号,项目：项目号、预算、开工日期,职工：职工号、姓名、年龄、职称,84,一个实例,实体之间的联系如下：,(,1),一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中。仓库和零件具有多对多的联系。用库存量来表示某种零件在某个仓库中的数量。,(2),一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作，仓库和职工之间是一对多的联系。职工实体型中具有一对多的联系,(3),职工之间具有领导,-,被领导关系。即仓库主任领导若干保管员。,(4),供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系,85,一个实例,86,1.2,数据模型,1.2.1,数据模型概述,1.2.2 E-R,模型,1.2.3,层次模型,1.2.4,网状模型,1.2.5,关系模型,1.2.6,面向对象模型,1.2.7 XML,模型,87,1.2.3,层次模型,层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型,层次数据库系统的典型代表是,IBM,公司的,IMS,（,Information Management System,）数据库管理系统,层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系,88,一、层次数据模型的数据结构,层次模型,满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型,1.,有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点,2.,根以外的其它结点有且只有一个双亲结点,层次模型中的几个术语,根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点,89,层次数据模型的数据结构,(,续,),1,根结点,2,兄弟结点,3,叶结点,4,兄弟结点,5,叶结点,叶结点,图,1.16,一个层次模型的示例,90,层次数据模型的数据结构,(,续,),层次模型的特点：,结点的双亲是唯一的,只能直接处理一对多的实体联系,每个记录类型可以定义一个排序字段，也称为码字段,任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义,没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在,91,层次数据模型的数据结构,(,续,),医生病人层次数据库模型,根结点,叶结点,叶结点,医院编号,医院,医院名称,地址,科室编号,科室,科室名称,科室地点,病人,ID,病人,姓名,职业,医生工号,医生,姓名,职称,92,层次模型的优缺点,优点,层次模型的数据结构比较简单清晰,查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型,层次数据模型提供了良好的完整性支持,缺点,多对多联系表示不自然,对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂,查询子女结点必须通过双亲结点,93,1.2,数据模型,1.2.1,数据模型概述,1.2.2 E-R,模型,1.2.3,层次模型,1.2.4,网状模型,1.2.5,关系模型,1.2.6,面向对象模型,1.2.7 XML,模型,94,1.2.4,网状模型,网状数据库系统采用,网状模型,作为数据的组织方式,典型代表是,DBTG,系统：,亦称,CODASYL,系统,70,年代由,DBTG,提出的一个系统方案,奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术,实际系统,Cullinet Software Inc.,公司的,IDMS,Univac,公司的,DMS1100,Honeywell,公司的,IDS/2,HP,公司的,IMAGE,95,1.,网状数据模型的数据结构,网状模型,满足下面两个条件的基本层次联系的集合：,1.,允许一个以上的结点无双亲；,2.,一个结点可以有多于一个的双亲,。,96,网状数据模型的数据结构（续）,表示方法,(,与层次数据模型相同,),实体型,：用记录类型描述,每个结点表示一个记录类型（实体）,属性,：用字段描述,每个记录类型可包含若干个字段,联系,：用结点之间的连线表示记录类,型,（实体）之,间的,一对多的父子联系,97,网状数据模型的数据结构（续）,网状模型与层次模型的区别,网状模型允许多个结点没有双亲结点,网状模型允许结点有多个双亲结点,网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）,网状模型可以更直接地去描述现实世界,层次模型实际上是网状模型的一个特例,98,网状数据模型的数据结构（续）,网状模型中子女结点与双亲结点的联系可以不唯一,要为每个联系命名，并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录,R1,与,R3,之间的联系,L,1,R2,与,R3,之间的联系,L,2,99,网状数据模型的数据结构（续）,网状模型的例子,100,网状数据模型的优缺点,优点,能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲,具有良好的性能，存取效率较高,缺点,结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握,DDL,、,DML,语言复杂，用户不容易使用,101,1.2,数据模型,1.2.1,数据模型概述,1.2.2 E-R,模型,1.2.3,层次模型,1.2.4,网状模型,1.2.5,关系模型,1.2.6,面向对象模型,1.2.7 XML,模型,102,1.2.5,关系模型,关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式,1970,年美国,IBM,公司,San Jose,研究室的研究员,E.F.Codd,首次提出了数据库系统的关系模型,计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型,103,一、关系数据模型的数据结构,在,用户观点,下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。,医生登记表,属性,元组,医生,ID,姓名,职称,科室,助手,198005,王丹,主任医师,内科,201303,200115,刘秀,主治医师,五官科,201315,201303,张景,实习医生,内科,198526,李灿,主任医师,呼吸科,201312,201312,朱诚,实习医生,呼吸科,201315,汪力,实习医生,五官科,104,关系数据模型的数据结构（续）,关系（,Relation,）,一个关系对应通常说的一张表,元组（,Tuple,）,表中的一行即为一个元组,属性（,Attribute,）,表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名,105,关系数据模型的数据结构（续）,主码（,Key,）,表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。,域（,Domain,）,属性的取值范围。,分量,元组中的一个属性值。,关系模式,对关系的描述,关系名（属性,1,，属性,2,，,，属性,n,）,医生（医生,ID,、姓名、职称、科室、助手）,106,关系数据模型的数据结构（续）,关系必须是规范化的，满足一定的规范条件,最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项,不允许表中还有表,下图中工资和扣除是可分的数据项,不符合关系模型要求,图,一个工资表,(,表中有表,),实例,医生,ID,姓名,职称,应发工资,扣除,实发工资,基本工资,薪级工资,绩效工资,水费,电费,2004081,李明,住院医师,860,480,3600,80,160,4700,107,关系数据模型的数据结构（续）,关系术语,一般表格的术语,关系名,表名,关系模式,表头（表格的描述）,关系,（一张）二维表,元组,记录或行,属性,列,属性名,列名,属性值,列值,分量,一条记录中的一个列值,非规范关系,表中有表（大表中嵌有小表）,表,1.2,术语对比,108,二、关系数据模型的操纵与完整性约束,数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系,查询,插入,删除,更新,数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合,存取路径对用户隐蔽，用户只要指出,“,干什么,”,，不必详细说明“怎么干”,109,关系数据模型的操纵与完整性约束（续）,关系的完整性约束条件,实体完整性,参照完整性,用户定义的完整性,110,关系数据模型的优缺点,优点,建立在严格的数学概念的基础上,概念单一,实体和各类联系都用关系来表示,对数据的检索结果也是关系,关系模型的存取路径对用户透明,具有更高的数据独立性，更好的安全保密性,简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作,111,关系数据模型的优缺点（续）,缺点,存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非,关系数据模型,为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化,增加了开发,DBMS,的难度,1.2.6,面向对象模型,复杂数据管理的需求,不断增长,文献管理系统中的大文本，,医学诊断产生的,CT,、核磁共振图像，,股票交易市场的时间序列数据等等。,面向对象的数据模型（,Object-Oriented Data Model,，简称,OO,模型）应运而生。,112,面向对象模型的数据结构,对象：对象是由一组数据结构和在这组数据结构上的操作的程序代码封装起来的基本单位。对象可描述客观世界中实际或抽象的事物，例如一个病人、一个医生、一种疾病、一种药品等，每个对象都包含一定的属性集合和方法集合。,类：共享同样属性和方法集的所有对象构成了一个类，一个对象是某一类的一个实例。现实世界中，一个对象总是存在一些与之相似的对象。例如，病人之间有些共同的特征，医生之间也有些共同的特征，可以将病人（或医生）的共同特征抽取出来表示成病人（或医生）类。,113,面向对象模型的数据结构,封装：封装用于把数据和操作包围起来，对数据的访问只能通过已定义的接口来完成。每一个对象是其状态和行为的封装，状态是对象一系列属性值的集合，而行为是在对象状态上操作的集合。,继承：继承常用于类的层次模型，它提供了一种表达共性的方法。定义一个新类，可以从现有的类中派生出来，称为类继承。例如，可以定义一个类“病人”，在此基础上派生出两个新的类：“心血管病人”和“糖尿病人”，“心血管病人”和“糖尿病人”继承了“病人”类的属性和方法，同时又可以有各自特殊的属性和方法。,114,面向对象模型的特点,面向对象模型能够清晰地表示复杂,对象,支持,用户自定义的,数据类型,支持,用户自定义的运算和,函数,满足,了许多新的数据库应用,需求,115,1.2.7 XML,模型,XML,（,eXtended Markup Language,）是一种可扩展的标记语言，用户通过自定义的标记来描述文档的结构,。,XML,是,W3C,（,World Wide Web Consortium,）在,1998,年制定的一项标准，是标准通用标记语言,SGMLISO 8879,（,the Standard Generalized Markup Language,）的一个,子集,XML,已经成为网络数据交换的标准。,116,一个,XML,文档,117,Beijing Library,Medical Database System Concept,Abraham Silberschatz,Henry F Korth,22.8,The development of medical database,John sun,XML,文档说明,（,1,）,XML,说明（,XML declaration,）：,XML,说明必须在文档的第一行，是对文档处理的环境和要求的说明。,（,2,）元素（,element,）：元素是,XML,文档的主要组成部分。元素有名字，即标记名。元素以,开始，以,结束，如,、,、,等。,XML,文档必须有且只有一个根元素，第一个元素就是根元素，图中,pub,是根元素。元素的名字区分大小写，元素可以嵌套。,118,（,3,）属性（,attribute,）：属性用来描述元素的有关信息。属性名和属性值在元素的起始标记中给出，形式为,，如,。一个元素可以有多个属性，属性值必须出现在引号中。,（,4,）处理指令（,processing instructions,）：是为使用特殊代码段设计的标记，通常用来为处理,XML,文档的应用程序提供信息，包括如何处理文档、如何显示文档等。,（,5,）注释（,comments,）：,XML,中注释以,结束，位于这两个字符序列之间的是注释。注释可以在,XML,文档的任意位置插入,（,6,）实体（,entities,）：,XML,文档中对于重复使用的文档内容可以用实体定义，格式为,。当,XML,遇到,&,实体名时就用实体内容来代替。,119,XML,文档说明,XML,文档特点,（,1,）自描述：对数据的描述和数据本身都包含在文档中，具有很大的灵活性。,（,2,）可扩展性：允许用户自定义标记和属性，数据格式可定制。,（,3,）数据和显示分离：,XML,所关心的是数据本身，而不是数据的显示，在,XML,数据上可以定义多种显示形式。,（,4,）简洁性：同标准通用标记语言,SGML,相比，,XML,语言简洁，易学易用,。,120,121,第一章 绪论,1.1,数据库系统概述,1.2,数据模型,1.3,数据库系统结构,122,1.3,数据库系统结构,从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构,从数据库最终用户角度看（数据库系统外部的体系结构），数据库系统的结构分为,:,单用户结构,主从式结构,分布式结构,客户服务器,浏览器应用服务器数据库服务器多层结构等,123,数据库系统结构,（续）,1.3.1,三级模式结构,1.3.2,二级映像及数据独立性,124,数据库系统模式的概念,模式（,Schema,）,数据库逻辑结构和特征的描述,是型的描述,反映的是数据的结构及其联系,模式是相对稳定的,实例（,Instance,）,模式的一个具体值,反映数据库某一时刻的状态,同一个模式可以有很多实例,实例随数据库中的数据的更新而变动,125,数据库系统模式的概念,（续）,例如：在医院门诊数据库模式中，包含医生记录、病人记录和就诊记录,2014,年的一个医院门诊数据库实例，包含：,2014,年医院中所有医生的记录,医院接诊的所有病人的记录,所有病人就诊的记录,2013,年度门诊数据库模式对应的实例与,2014,年度门诊数据库模式对应的实例是,