数据库系统概论(第五版)-.ppt

课程安排程安排总学学时：3232学学时，其中，其中2424学学时理理论，8 8学学时上机上机关于教材关于教材教材教材数据数据库系系统概概论(第五版第五版)，王珊，王珊,萨师煊著煊著 高等教育出版社，高等教育出版社，2014.12 参考参考书数据数据库系系统导论(An Introduction to Database Systems)（第（第七版）七版）C.J.Date著著，机械工机械工业出版社，出版社，数据数据库领域中的域中的权威著作威著作。(剑桥大学大学)数据数据库系系统概念概念(Database System Concepts)（第（第六六版）版）Silberschatz著著，机械工机械工业业出版社出版社。(耶耶鲁大学大学)学学习方式及要求方式及要求 听听课 读书 独立完成作独立完成作业 积极答疑极答疑按按时上上课认真完成上机真完成上机实验数据数据库系系统概概论An Introduction to Database Systems第一章第一章 绪论第一章第一章 绪论1.1 数据数据库系系统概述概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据数据库系系统结构构1.4 数据数据库系系统的的组成成1.5 小小结数据数据库的地位的地位v数据数据库技技术产生于六十年代末，是生于六十年代末，是数据管理的最新技数据管理的最新技术，是，是计算机科学的重要分支。算机科学的重要分支。v数据数据库技技术是是信息系信息系统的核心和基的核心和基础，它的出，它的出现极大极大地促地促进了了计算机算机应用向各行各用向各行各业的渗透。的渗透。v数据数据库的建的建设规模、数据模、数据库信息量的大小和使用信息量的大小和使用频度度已成已成为衡量一个国家衡量一个国家信息化程度的重要信息化程度的重要标志志。v是学是学习动态网站网站课程的必不可少的知程的必不可少的知识；v在在毕业设计和以后的工作中都能用到；和以后的工作中都能用到；第一章第一章 绪论1.1 数据数据库系系统概述概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技数据管理技术的的产生和生和发展展 1.1.3 数据数据库系系统的特点的特点 1.1.1 四个基本概念四个基本概念v数据数据(Data)v数据数据库(Database)v数据数据库管理系管理系统(DBMS)v数据数据库系系统(DBS)一、数据一、数据v数据数据(Data)是数据是数据库中存中存储的基本的基本对象象v数据的定数据的定义描述事物的符号描述事物的符号记录v数据的种数据的种类文本、文本、图形、形、图像、音像、音频、视频、学生的档案、学生的档案记录、货物的物的运运输情况等情况等v数据的特点数据的特点数据与其数据与其语义是不可分的是不可分的数据数据举例例v数据的含数据的含义称称为数据的数据的语义，数据与其，数据与其语义是不可分的。是不可分的。例如例如 93是一个数据是一个数据语义1：学生某：学生某门课的成的成绩语义2：某人的体重：某人的体重语义3：某个年：某个年级的学生人数的学生人数语义4：请同学同学给出。出。数据数据举例例v学生档案中的学生学生档案中的学生记录（李明，男，（李明，男，197205，江，江苏南京市，南京市，计算机系，算机系，1990）语义：学生姓名、性学生姓名、性别、出生年月、籍、出生年月、籍贯、所在院系、所在院系、入学入学时间解解释：李明是个大学生，李明是个大学生，1972年年5月出生，江月出生，江苏南京市人，南京市人，1990年考入年考入计算机系算机系请给出另一个解出另一个解释和和语义二、数据二、数据库v数据数据库的定的定义数数据据库(Database,简称称DB)是是长期期储存存在在计算算机机内内、有有组织的、的、可共享可共享的的大量大量数据的集合。数据的集合。v数据数据库的基本特征的基本特征数据按一定的数据模型数据按一定的数据模型组织、描述和、描述和储存存可可为各种用各种用户共享共享冗余度冗余度较小小数据独立性数据独立性较高高易易扩展展三、数据三、数据库管理系管理系统v什么是什么是DBMS位于位于用用户与与操作系操作系统之之间的一的一层数据管理数据管理软件。件。是基是基础软件，是一个大型复件，是一个大型复杂的的软件系件系统 vDBMS的用途的用途科学地科学地组织和存和存储数据、高效地数据、高效地获取和取和维护数据数据DBMS的主要功能的主要功能数据定数据定义功能功能 提供数据定提供数据定义语言言(DDL)定定义数据数据库中的数据中的数据对象象数据数据组织、存、存储和管理和管理 分分类组织、存、存储和管理各种数据和管理各种数据 确定确定组织数据的文件数据的文件结构和存取方式构和存取方式 实现数据之数据之间的的联系系 提供多种存取方法提高存取效率提供多种存取方法提高存取效率数据操数据操纵功能功能 提供数据操提供数据操纵语言言(DML)实现对数据数据库的基本操作的基本操作 (查询、插入、插入、删除和修改除和修改)DBMS的主要功能的主要功能数据数据库的事的事务管理和运行管理管理和运行管理 数据数据库在建立、运行和在建立、运行和维护时由由DBMS统一管理和控制一管理和控制 保保证数据的安全性、完整性、多用数据的安全性、完整性、多用户对数据的并数据的并发使用使用 发生故障后的系生故障后的系统恢复恢复数据数据库的建立和的建立和维护功能功能(实用程序用程序)数据数据库初始数据装初始数据装载转换 数据数据库转储 介介质故障恢复故障恢复 数据数据库的重的重组织 性能性能监视分析等分析等其它功能其它功能 DBMS与网与网络中其它中其它软件系件系统的通信的通信 两个两个DBMS系系统的数据的数据转换 异构数据异构数据库之之间的互的互访和互操作和互操作四、数据四、数据库系系统v什什么么是是数数据据库系系统（Database System，简称称DBS）在在计算机系算机系统中引入数据中引入数据库后的系后的系统构成数据构成数据库系系统。v数据数据库系系统的构成的构成数据数据库数据数据库管理系管理系统（及其开（及其开发工具）工具）应用系用系统数据数据库管理管理员 数据数据库 应用系用系统应用用开开发工工具具 操操 作作 系系统 数数据据库管管理理系系统 数据数据库管理管理员用用户用用户用用户 数据数据库系系统1.1 数据数据库系系统概述概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技数据管理技术的的产生和生和发展展 1.1.3 数据数据库系系统的特点的特点 数据管理技数据管理技术的的产生和生和发展展v什么是数据管理什么是数据管理对数据数据进行分行分类、组织、编码、存、存储、检索和索和维护数据数据处理的中心理的中心问题v数据管理技数据管理技术的的发展展过程程人工管理人工管理阶段段(20世世纪40年代中年代中-50年代中年代中)文件系文件系统阶段段(20世世纪50年代末年代末-60年代中年代中)数据数据库系系统阶段段(20世世纪60年代末年代末-现在在)一、人工管理一、人工管理阶段段v时期期20世世纪40年代中年代中-50年代中年代中v产生的背景生的背景应用需求用需求科学科学计算算硬件水平硬件水平无直接存取存无直接存取存储设备软件水平件水平没有操作系没有操作系统处理方式理方式批批处理理人工管理人工管理阶段段(续)v特点特点数据的管理者：用数据的管理者：用户（程序（程序员），数据不保存），数据不保存数据面向的数据面向的对象：某一象：某一应用程序用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依数据的独立性：不独立，完全依赖于程序于程序数据的数据的结构化：无构化：无结构构数据控制能力：数据控制能力：应用程序自己控制用程序自己控制应用程序与数据的用程序与数据的对应关系关系(人工管理人工管理阶段段)应用程序用程序1数据集数据集1应用程序用程序2数据集数据集2应用程序用程序数据集数据集n.人工管理阶段应用程序与数据之间的对应关系 二、文件系二、文件系统阶段段v时期期20世世纪50年代末年代末-60年代中年代中v产生的背景生的背景应用需求用需求科学科学计算、管理算、管理硬件水平硬件水平磁磁盘、磁鼓、磁鼓软件水平件水平有文件系有文件系统处理方式理方式联机机实时处理、批理、批处理理文件系文件系统阶段段(续)v特点特点数据的管理者：文件系数据的管理者：文件系统，数据可，数据可长期保存期保存数据面向的数据面向的对象：某一象：某一应用程序用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的数据的结构化：构化：记录内有内有结构构,整体无整体无结构构数据的独立性：独立性差，数据的数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改构改变必必须 修改修改应用程序用程序数据控制能力：数据控制能力：应用程序自己控制用程序自己控制应用程序与数据的用程序与数据的对应关系关系(文件系文件系统阶段段)应用程序用程序文件文件应用程序用程序文件文件2应用程序用程序文件文件n存取存取方法方法.文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 文件系文件系统中数据的中数据的结构构v记录内有内有结构。构。v数据的数据的结构是靠程序定构是靠程序定义和解和解释的。的。v数据只能是定数据只能是定长的。的。可以可以间接接实现数据数据变长要求，但要求，但访问相相应数据的数据的应用程序复用程序复杂了。了。v文件文件间是独立的，因此数据整体无是独立的，因此数据整体无结构。构。可以可以间接接实现数据整体的有数据整体的有结构，但必构，但必须在在应用程序中用程序中对描述数据描述数据间的的联系系。v数据的最小存取数据的最小存取单位是位是记录。三、数据三、数据库系系统阶段段v时期期20世世纪60年代末以来年代末以来从文件系从文件系统到数据到数据库系系统标志着数据管理技志着数据管理技术的的飞跃v产生的背景生的背景应用背景用背景大大规模管理模管理硬件背景硬件背景大容量磁大容量磁盘、磁、磁盘阵列列软件背景件背景有数据有数据库管理系管理系统处理方式理方式联机机实时处理理,分布分布处理理,批批处理理1.1 数据数据库系系统概述概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技数据管理技术的的产生和生和发展展 1.1.3 数据数据库系系统的特点的特点 1.1.3 数据数据库系系统的特点的特点v整体数据整体数据结构化构化v数据的共享性高，冗余度低，易数据的共享性高，冗余度低，易扩充充v数据独立性高数据独立性高v数据由数据由DBMS统一管理和控制一管理和控制数据数据结构化构化v整体数据的整体数据的结构化构化是数据是数据库的主要特征之的主要特征之一一 v整体整体结构化构化不再不再仅仅针对某一个某一个应用，而是面向全用，而是面向全组织不不仅数据内部数据内部结构化，整体是构化，整体是结构化的，数据之构化的，数据之间具具有有联系系文件系文件系统的的记录示例示例学生文件的记录结构课程文件的记录结构学生选课文件的记录结构文件中文件中记录内部有内部有结构，但构，但记录间无无联系系联系系电话住址住址年年龄系系性性别姓名姓名学号学号学学时课程名程名课程号程号成成绩课程号程号学号学号数据数据库整体数据整体数据结构化构化学号学号课程号程号成成绩学号学号姓名姓名性性别年年龄系系别日期日期学校学校学学历名名家庭出身家庭出身籍籍贯政治面貌政治面貌姓名姓名与本人关系与本人关系详细情况情况日期日期奖惩条目条目数据数据库系系统实现整体数据整体数据结构化构化课程号程号课程名程名学学时数据的共享性高，冗余度低，易数据的共享性高，冗余度低，易扩充充v数据数据库系系统从整体角度看待和描述数据，数据从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系面向整个系统，可以被多个用，可以被多个用户、多个、多个应用共用共享使用。享使用。v数据共享的好数据共享的好处减少数据冗余，减少数据冗余，节约存存储空空间避免数据之避免数据之间的不相容性与不一致性的不相容性与不一致性 使系使系统易于易于扩充充数据独立性高数据独立性高v物理独立性物理独立性指用指用户的的应用程序用程序与与存存储在磁在磁盘上的数据上的数据库中数据中数据是相互独立的。是相互独立的。当数据的当数据的物理存物理存储改改变了，了，应用程序用程序不用改不用改变。v逻辑独立性独立性指指用用户的的应用用程程序序与与数数据据库的的逻辑结构构是是相相互互独独立立的的。数数据据的的逻辑结构构改改变了，了，用用户程序程序也可以不也可以不变。v数据独立性是由数据独立性是由DBMS的二的二级映像功能来保映像功能来保证的的数据由数据由DBMS统一管理和控制一管理和控制vDBMS提供的数据控制功能提供的数据控制功能(1)数据的安全性（数据的安全性（Security）保）保护保保护数据，以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。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（数据的完整性（Integrity）检查将数据控制在有效的范将数据控制在有效的范围内，或保内，或保证数据之数据之间满足一定的关系。足一定的关系。(3)并并发（Concurrency）控制）控制对多用多用户的并的并发操作加以控制和操作加以控制和协调，防止相互干，防止相互干扰而得到而得到错误的的结果。果。(4)数据数据库恢复（恢复（Recovery）将数据将数据库从从错误状状态恢复到某一已知的正确状恢复到某一已知的正确状态。应用程序与数据的用程序与数据的对应关系关系(数据数据库系系统)DBMS应用程序用程序1应用程序用程序2数据数据库数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 第一章第一章 绪论1.1 数据数据库系系统概述概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据数据库系系统结构构1.4 数据数据库系系统的的组成成1.5 小小结 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大两大类数据模型数据模型 1.2.2 数据模型的数据模型的组成要素成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型数据模型数据模型v在数据在数据库中用数据模型中用数据模型这个工具来个工具来抽象、表示和抽象、表示和处理理现实世界中的数据和信息。世界中的数据和信息。v通俗地通俗地讲数据模型就是数据模型就是现实世界的模世界的模拟。v数据模型数据模型应满足三方面要求足三方面要求能比能比较真真实地模地模拟现实世界世界容易容易为人所人所理解理解便于在便于在计算机上算机上实现 1.2.1 两大两大类数据模型数据模型v数据模型分数据模型分为两两类（分属两个不同的（分属两个不同的层次）次）(1)概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用也称信息模型，它是按用户的的观点来点来对数据和信息建模，用于数据数据和信息建模，用于数据库设计。(2)逻辑模型和物理模型模型和物理模型 逻辑模模型型主主要要包包括括网网状状模模型型、层次次模模型型、关关系系模模型型、面面向向对象象模模型型等等，按按计算算机机系系统的的观点点对数数据据建建模模，用用于于DBMS实现。物物理理模模型型是是对数数据据最最底底层的的抽抽象象，描描述述数数据据在在系系统内内部部的的表表示示方方式式和和存存取取方方法法，在在磁磁盘或或磁磁带上上的的存存储方方式式和和存取方法。存取方法。两大两大类数据模型数据模型(续)v客客观对象的抽象象的抽象过程程-两步抽象两步抽象现实世界中的客世界中的客观对象抽象象抽象为概念模型；概念模型；把概念模型把概念模型转换为某一某一DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。两大两大类数据模型数据模型(续)DBMS支持的数据模型支持的数据模型概念模型概念模型认识抽象抽象信息世界信息世界机器世界机器世界现实世界中客世界中客观对象的抽象象的抽象过程程现实世界世界现实世界世界 概念模型概念模型数据数据库设计人人员完成完成逻辑模型模型 物理模型物理模型由由DBMS完成完成概念模型概念模型 逻辑模型模型数据数据库设计人人员完成完成 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大两大类数据模型数据模型 1.2.2 数据模型的数据模型的组成要素成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2.2 数据模型的数据模型的组成要素成要素v数据数据结构构：描述数据库的组成对象以及对象之间的联系。v数据操作数据操作：对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。主要是查询和更新两大类操作。v完整性完整性约束条件：束条件：一组完整性规则。1.2.3 概念模型概念模型v信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念v两个两个实体型之体型之间的的联系系v两个以上两个以上实体型之体型之间的的联系系v单个个实体型内的体型内的联系系v概念模型的一种表示方法概念模型的一种表示方法v一个一个实例例一、信息世界中的基本概念一、信息世界中的基本概念(1)实体（体（Entity）(2)属性（属性（Attribute）(3)码（Key）(4)域（域（Domain）(5)实体型（体型（Entity Type）(6)实体集（体集（Entity Set）(7)联系（系（Relationship）二、两个二、两个实体型之体型之间的的联系系实体型体型A联系名系名实体型体型B111:1联系系实体型体型A联系名系名1n1:n联系系实体型体型A实体型体型B联系名系名mnm:n联系系实体型体型B用用图形来表示两个形来表示两个实体型之体型之间的的这三三类联系系 二、两个二、两个实体型之体型之间的的联系（系（续）v一一对一一联系（系（1:1）实例例一个班一个班级只有一个正班只有一个正班长一个班一个班长只在一个班中任只在一个班中任职定定义：如如果果对于于实体体集集A中中的的每每一一个个实体体，实体体集集B中中至至多多有有一一个个（也也可可以以没没有有）实体体与与之之联系系，反反之之亦亦然然，则称称实体体集集A与与实体体集集B具有一具有一对一一联系，系，记为1:1 班班级班班级-班班长班班长111:1联系系两个两个实体型之体型之间的的联系系(续)v一一对多多联系（系（1：n）实例例一个班一个班级中有若干名学生，中有若干名学生，每个学生只在一个班每个学生只在一个班级中学中学习定定义：如果如果对于于实体集体集A中的中的每一个每一个实体体，实体集体集B中中有有n个个实体体（n0）与之）与之联系，反之，系，反之，对于于实体体集集B中的中的每一个每一个实体体，实体集体集A中中至多只有一个至多只有一个实体与之体与之联系，系，则称称实体集体集A与与实体集体集B有一有一对多多联系，系，记为1:n班班级组成成学生学生1n1:n联系系两个两个实体型之体型之间的的联系系(续)v多多对多多联系（系（m:n）实例例课程与学生之程与学生之间的的联系：系：一一门课程同程同时有若干个学生有若干个学生选修修一个学生可以同一个学生可以同时选修多修多门课程程定定义：如果如果对于于实体集体集A中的每一个中的每一个实体，体，实体集体集B中中有有n个个实体（体（n0）与之）与之联系，反之，系，反之，对于于实体集体集B中的每一个中的每一个实体，体，实体集体集A中也有中也有m个个实体（体（m0）与之）与之联系，系，则称称实体集体集A与与实体体B具有多具有多对多多联系，系，记为m:n课程程选修修学生学生mnm:n联系系三、两个以上三、两个以上实体型之体型之间的的联系系v两个以上的实体型之间也存在着一对一、一对多和多对多的联系。两个以上两个以上实体型之体型之间的的联系系(续)v实例 一对多 课程、教程、教师与参考与参考书三个三个实体型体型一一门课程可以有若干个教程可以有若干个教师讲授，授，使用若干本参考使用若干本参考书，每一个教每一个教师只只讲授一授一门课程，程，每一本参考每一本参考书只供一只供一门课程使用程使用课程程讲授授教教师1m两个以上两个以上实体型体型间1:n联系系参考参考书n两个以上两个以上实体型之体型之间的的联系系(续)v两个以上两个以上实体型体型间的多的多对多多联系系实例例 供供应商、商、项目、零件三个目、零件三个实体型体型一个供一个供应商可以供商可以供给多个多个项目多种零件目多种零件每个每个项目可以使用多个供目可以使用多个供应商供商供应的零件的零件每种零件可由不同供每种零件可由不同供应商供商供给供供应商商供供应项目目mp两个以上两个以上实体型体型间m:n联系系零件零件n四、四、单个个实体型内的体型内的联系系v一一对多多联系系实例例 职工工实体型内部具有体型内部具有领导与被与被领导的的联系系某一某一职工（干部）工（干部）“领导”若干名若干名职工工一个一个职工工仅被另外一个被另外一个职工直接工直接领导这是一是一对多的多的联系系v一一对一一联系系 请举例例职工工领导1n单个个实体型内部体型内部1:n联系系五、五、概念模型的一种表示方法概念模型的一种表示方法v实体体联系方法系方法(E-R方法方法)用用E-R图来描述来描述现实世界的概念模型世界的概念模型E-R方法方法也称也称为E-R模型模型E-R图v实体型体型用矩形表示，矩形框内写明用矩形表示，矩形框内写明实体名。体名。v属性属性用用椭圆形表示，并用无向形表示，并用无向边将其与相将其与相应的的实体体连接起来接起来学生学生教教师学生学生学号学号年年龄性性别姓名姓名E-R图(续)v联系系v联系的本身系的本身：用菱形表示，菱形框内写明用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向系名，并用无向边分分别与有关与有关实体体连接起来，同接起来，同时在无向在无向边旁旁标上上联系的系的类型（型（1:1、1:n或或m:n）联系的表示方法示例系的表示方法示例班班级班班级-班班长班班长111:1联系系课程程选修修学生学生mnm:n联系系班班级组成成学生学生1n1:n联系系联系的属性系的属性课程程选修修学生学生mn成成绩v联系的属性系的属性：联系本身也是一种系本身也是一种实体型，也体型，也 可以有属性。如果一个可以有属性。如果一个联系具系具有属性，有属性，则这些属性也要用无些属性也要用无向向边与与该联系系连接起来接起来 六、一个六、一个实例例用用E-R图表示某个工厂物表示某个工厂物资管理的概念模型管理的概念模型v实体体仓库：仓库号、面号、面积、电话号号码零件零件：零件号、名称、：零件号、名称、规格、格、单价、描述价、描述供供应商：供商：供应商号、姓名、地址、商号、姓名、地址、电话号号码、帐号号项目：目：项目号、目号、预算、开工日期算、开工日期职工：工：职工号、姓名、年工号、姓名、年龄、职称称 一个一个实例例v实体之体之间的的联系如下：系如下：(1)一个一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中。中。仓库和零件具有和零件具有多多对多多的的联系。用系。用库存量存量来表示某来表示某种零件在某个种零件在某个仓库中的数量。中的数量。(2)一个一个仓库有多个有多个职工当工当仓库保管保管员，一个，一个职工只能在一个工只能在一个仓库工作，工作，仓库和和职工之工之间是是一一对多多的的联系。系。(3)职工之工之间具有具有领导-被被领导关系，即关系，即仓库主任主任领导若干保管若干保管员。职工工实体型中具有体型中具有一一对多多的的联系系(4)供供应商、商、项目和零件三者之目和零件三者之间具有多具有多对多的多的联系系联系属系属性性一个一个实例例 例例题某企某企业集集团有若干工厂，每个工厂生有若干工厂，每个工厂生产多种多种产品，且每品，且每一种一种产品可以在多个工厂生品可以在多个工厂生产，每个工厂按照固定的，每个工厂按照固定的计划数划数量生量生产产品；每个工厂聘用多名品；每个工厂聘用多名职工，且每名工，且每名职工只能在一工只能在一个工厂工作，工厂聘用个工厂工作，工厂聘用职工有聘期和工工有聘期和工资。工厂的属性有工。工厂的属性有工厂厂编号、厂名、地址，号、厂名、地址，产品的属性有品的属性有产品品编号、号、产品名、品名、规格，格，职工的属性有工的属性有职工号、姓名。根据上述工号、姓名。根据上述语义画出画出ER图，在在ER图中需注明中需注明实体的属性、体的属性、联系的系的类型及型及实体的体的标识符。符。聘用聘用N聘期聘期工工资1工厂工厂工厂工厂编号号厂名厂名地址地址职工工职工号工号姓名姓名产品品产品品编号号产品名品名规格格数量数量N生生产M学生成学生成绩E-R图，找找其中的，找找其中的问题 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大两大类数据模型数据模型 1.2.2 数据模型的数据模型的组成要素成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型v非关系模型非关系模型层次模型次模型(Hierarchical Model)网状模型网状模型(Network Model)v关系模型关系模型(Relational Model)v面向面向对象模型象模型(Object Oriented Model）v对象关系模型象关系模型(Object Relational Model)v半半结构化数据模型（构化数据模型（Semistructure Data model）1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大两大类数据模型数据模型 1.2.2 数据模型的数据模型的组成要素成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型1.2.7 关系模型关系模型v关系数据关系数据库系系统采用关系模型作采用关系模型作为数据的数据的组织方式方式 v1970年美国年美国IBM公司公司San Jose研究室的研究研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据首次提出了数据库系系统的关系模型的关系模型 v计算机厂商新推出的数据算机厂商新推出的数据库管理系管理系统几乎都支持关系模型几乎都支持关系模型 一、关系数据模型的数据一、关系数据模型的数据结构构 v在在用用户观点点下下，关关系系模模型型中中数数据据的的逻辑结构构是是一一张二二维表表，它它由由行行和和列列组成。成。学学 号号姓姓 名名年年 龄性性 别系系 名名年年 级2005004王小明王小明19女女社会学社会学20052005006黄大黄大鹏20男男商品学商品学20052005008张文斌文斌18女女法律法律2005学生登学生登记表表属性属性元元组关系数据模型的数据关系数据模型的数据结构（构（续）关系（关系（Relation）元元组（Tuple）属性（属性（Attribute）主主码（Key）域（域（Domain）分量分量关系模式关系模式对关系的描述关系的描述关系名（属性关系名（属性1，属性，属性2，属性，属性n）学生（学号，姓名，年学生（学号，姓名，年龄，性，性别，系，年，系，年级）关系数据模型的数据关系数据模型的数据结构（构（续）例例1学生、系、系与学生之学生、系、系与学生之间的一的一对多多联系：系：学生（学生（学号学号，姓名，年，姓名，年龄，性，性别，系号系号，年，年级）系系(系号系号，系名，系名，办公地点公地点)例例2学生、学生、课程、学生与程、学生与课程之程之间的多的多对多多联系：系：学生（学生（学号学号，姓名，年，姓名，年龄，性，性别，系号，年，系号，年级）课程（程（课程号程号，课程名，学分）程名，学分）选修（修（学号，学号，课程号程号，成，成绩）关系数据模型的数据关系数据模型的数据结构（构（续）v关系必关系必须是是规范化的，范化的，满足一定的足一定的规范条件范条件最基本的最基本的规范条件：关系的每一个分量必范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据是一个不可分的数据项,不允不允许表中表中还有表有表 图1.27中工中工资和扣除是可分的数据和扣除是可分的数据项,不符合关系模型要求不符合关系模型要求 职工号工号姓名姓名职 称称工工 资扣扣 除除实 发基基 本本津津 贴职务房房 租租水水 电86051陈 平平讲 师13051200501601122283图1.27 一个工一个工资表表(表中有表表中有表)实例例 关系数据模型的数据关系数据模型的数据结构（构（续）关系关系术语一般表格的一般表格的术语关系名关系名表名表名关系模式关系模式表表头（表格的描述）（表格的描述）关系关系（一（一张）二）二维表表元元组记录或行或行属性属性列列属性名属性名列名列名属性属性值列列值分量分量一条一条记录中的一个列中的一个列值非非规范关系范关系表中有表（大表中嵌有小表）表中有表（大表中嵌有小表）表表1.2 术语对比比 二、关系数据模型的操二、关系数据模型的操纵与完整性与完整性约束束v数数据据操操作作是是集集合合操操作作，操操作作对象象和和操操作作结果果都都是是关系，即若干元关系，即若干元组的集合的集合查询插入插入删除除更新更新关系数据模型的操关系数据模型的操纵与完整性与完整性约束（束（续）v关系的完整性关系的完整性约束条件束条件 实体完整性体完整性参照完整性参照完整性用用户定定义的完整性的完整性三、关系数据模型的存三、关系数据模型的存储结构构v实体及体及实体体间的的联系都用表来表示系都用表来表示v表以文件形式存表以文件形式存储有的有的DBMS一个表一个表对应一个操作系一个操作系统文件文件有的有的DBMS自己自己设计文件文件结构构四、关系数据模型的四、关系数据模型的优缺点缺点v优点点建立在建立在严格的数学概念的基格的数学概念的基础上上概念概念单一一关系模型的存取路径关系模型的存取路径对用用户透明透明关系数据模型的关系数据模型的优缺点（缺点（续）v缺点缺点存取路径存取路径对用用户透明透明导致致查询效率往往不如非效率往往不如非 关系数据模型关系数据模型为提高性能，必提高性能，必须对用用户的的查询请求求进行行优化化 增加了开增加了开发DBMS的的难度度第一章第一章 绪论1.1 数据数据库系系统概述概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据数据库系系统结构构1.4 数据数据库系系统的的组成成1.5 小小结1.3 数据数据库系系统结构构v数据数据库管理系管理系统角度角度v数据数据库最最终用用户角度角度1.3.1 数据数据库系系统模式的概念模式的概念v“型型”和和“值”的概念的概念型型(Type)值(Value)例如例如学生学生记录型：型：（学号，姓名，性（学号，姓名，性别，系，系别，年，年龄，籍，籍贯）一个一个记录值：（900201，李明，男，李明，男，计算机，算机，22，江，江苏）数据数据库系系统模式的概念（模式的概念（续）v模式（模式（Schema）v实例（例（Instance）数据数据库系系统模式的概念模式的概念（续）例如：在学生例如：在学生选课数据数据库模式中，包含学生模式中，包含学生记录、课程程记录和学生和学生选课记录 2003年的一个学生数据年的一个学生数据库实例，包含：例，包含：2003年学校中所有学生的年学校中所有学生的记录学校开学校开设的所有的所有课程的程的记录所有学生所有学生选课的的记录 2002年度学生数据年度学生数据库模式模式对应的的实例与例与 2003年度学生数据年度学生数据库模式模式对应的的实例是例是不同不同的的 1.3.2 数据数据库系系统的三的三级模式模式结构构v模式（模式（Schema）v外模式（外模式（External Schema）v内模式（内模式（Internal Schema）一、模式（一、模式（Schema）v模式（也称模式（也称逻辑模式）模式）数据数据库中全体数据的中全体数据的逻辑结构和特征的描述构和特征的描述所有用所有用户的公共数据的公共数据视图，综合了所有用合了所有用户的需求的需求v一个数据一个数据库只有一个模式只有一个模式v模式的地位：是数据模式的地位：是数据库系系统模式模式结构的中构的中间层与数据的物理存与数据的物理存储细节和硬件和硬件环境无关境无关与具体的与具体的应用程序、开用程序、开发工具及高工具及高级程序程序设计语言无关言无关二、外模式（二、外模式（External Schema）v外模式（也称子模式或用外模式（也称子模式或用户模式）模式）数数据据库用用户（包包括括应用用程程序序员和和最最终用用户）使使用的局部数据的用的局部数据的逻辑结构和特征的描述构和特征的描述数数据据库用用户的的数数据据视图，是是与与某某一一应用用有有关关的的数据的数据的逻辑表示表示三、内模式（三、内模式（Internal Schema）v内模式（也称存内模式（也称存储模式）模式）是是数据物理数据物理结构和存构和存储方式方式的描述的描述是数据在数据是数据在数据库内部的表示方式内部的表示方式记录的存的存储方式（方式（顺序存序存储，按照，按照B树结构存构存储，按按hash方法存方法存储）索引的索引的组织方式方式数据是否数据是否压缩存存储数据是否加密数据是否加密数据存数据存储记录结构的构的规定定v一个数据一个数据库只有一个内模式只有一个内模式数据数据库系系统的三的三级模式模式结构（构（续）图 数据数据库系系统的三的三级模式模式结构构 1.3.3 数据数据库的二的二级映像功能与数据独立性映像功能与数据独立性v三三级模式是模式是对数据的三个抽象数据的三个抽象级别v二二级映映象象在在DBMS内内部部实现这三三个个抽抽象象层次次的的联系和系和转换外模式模式映像外模式模式映像模式内模式映像模式内模式映像 一、外模式模式映象一、外模式模式映象v模式：描述的是数据的全局模式：描述的是数据的全局逻辑结构构v外模式：描述的是数据的局部外模式：描述的是数据的局部逻辑结构构 v同一个模式可以有任意多个外模式同一个模式可以有任意多个外模式 v每每一一个个外外模模式式，数数据据库系系统都都有有一一个个外外模模式式模模式式映映象，定象，定义外模式与模式之外模式与模式之间的的对应关系关系v映象定映象定义通常包含在各自外模式的描述中通常包含在各自外模式的描述中外模式模式映象（外模式模式映象（续）保保证数据的数据的逻辑独立性独立性二、模式内模式映象二、模式内模式映象v模模式式内内模模式式映映象象定定义了了数数据据全全局局逻辑结构构与与存存储结构之构之间的的对应关系。关系。例如，例如，说明明逻辑记录和字段在内部是如何表示的和字段在内部是如何表示的v数据数据库中模式内模式映象是唯一的中模式内模式映象是唯一的v该映象定映象定义通常包含在模式描述中通常包含在模式描述中模式内模式映象（模式内模式映象（续）保保证数据的物理独立性数据的物理独立性数据数据库系系统的三的三级模式模式结构（构（续）图1.28 数据数据库系系统的三的三级模式模式结构构 第一章第一章 绪论1.1 数据数据库系系统概述概述1.2 数据模型数据模型1.3 数据数据库系系统结构构1.4 数据数据库系系统的的组成成1.5 小小结1.4 数据数据库系系统的的组成成v数据数据库v数据数据库管理系管理系统（及其开（及其开发工具）工具）v应用系用系统v数据数据库管理管理员1.4数据数据库系系统的的组成成v硬件平台及数据硬件平台及数据库 v软件件 v人人员 人人 员（续）图1.30 各种人员的数据视图 v不同的人不同的人员涉及不同的数据抽象涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数据，具有不同的数据视图，如，如下下图所示所示人人 员（续）1.数据库管理员(DBA)具体具体职责：v1.决定数据决定数据库中的信息内容和中的信息内容和结构构v2.决定数据决定数据库的存的存储结构和存取策略构和存取策略v3.定定义数据的安全性要求和完整性数据的安全性要求和完整性约束条件束条件v4.4.监控数据控数据库的使用和运行的使用和运行v5.数据数据库的改的改进和重和重组s人人员（续）v2.系统分析员和数据库设计人员:v系系统分析分析员 负责应用系用系统的需求分析和的需求分析和规范范说明明与用与用户及及DBA协商，确定系商，确定系统的硬的硬软件配置件配置参与数据参与数据库系系统的概要的概要设计人人员（续）v2.系统