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仲恺仲恺AnIntroductiontoDatabaseSystemAnIntroductiontoDatabaseSystem数据库原理及应用数据库原理及应用PrinciplesandApplicationsoftheDatabase第第1 1章绪论章绪论计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第第1 1章章 绪论绪论v本章导读本章导读了解：数据库的发展过程和数据库应用系统的特了解：数据库的发展过程和数据库应用系统的特点点掌握：数据、数据管理、数据库、数据模型和概掌握：数据、数据管理、数据库、数据模型和概念模型等专业术语的内涵念模型等专业术语的内涵理解：数据库、数据库系统和数据库应用系统三理解：数据库、数据库系统和数据库应用系统三者之间的关系者之间的关系计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第第1 1章章 绪论绪论v本章要点本章要点数据、信息、数据库、数据库管理系统、数据库数据、信息、数据库、数据库管理系统、数据库系统系统数据管理技术的发展阶段数据管理技术的发展阶段数据库系统的三级模式结构、数据独立性数据库系统的三级模式结构、数据独立性计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第第1 1章章 绪论绪论1.1数据库系统概述数据库系统概述1.2数据模型数据模型1.3数据库系统体系结构数据库系统体系结构1.4数据库技术的新发展数据库技术的新发展本章小结本章小结计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.1 数据库系统概述数据库系统概述 v1.1.1 数据与信息数据与信息v1.1.2 数据管理技术的产生与发展数据管理技术的产生与发展 v1.1.3 数据库数据库 v1.1.4 数据库管理系统数据库管理系统 v1.1.5 数据库系统数据库系统 v1.1.6 数据库系统的特点数据库系统的特点 v1.1.7 数据库应用系统数据库应用系统 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.1.1 数据与信息数据与信息 v数据是从观察和测量中所收集到的事实，也有人说数据是描述事物的数据是从观察和测量中所收集到的事实，也有人说数据是描述事物的符号记录，或者说数据是载荷信息的各种符号。数据本质上是对客观符号记录，或者说数据是载荷信息的各种符号。数据本质上是对客观事物特征的一种抽象的、符号化的表示，即用一定的符号表示那些从事物特征的一种抽象的、符号化的表示，即用一定的符号表示那些从观察或测量中所收集到的基本事实观察或测量中所收集到的基本事实 v数据经过加工处理之后，将转变为有助于实现特定目的的信息。因此数据经过加工处理之后，将转变为有助于实现特定目的的信息。因此又可以说信息是数据有意义的表现，或者说信息就是数据的含义。由又可以说信息是数据有意义的表现，或者说信息就是数据的含义。由此可见，信息实际上是经过处理后的数据此可见，信息实际上是经过处理后的数据v数据和信息是两个联系非常密切的概念，数据处理也称为信息处理数据和信息是两个联系非常密切的概念，数据处理也称为信息处理 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.1.2 数据管理技术的产生与发展数据管理技术的产生与发展 1人工管理阶段人工管理阶段2文件系统阶段文件系统阶段3数据库系统阶段数据库系统阶段计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1人工管理阶段人工管理阶段 图图1-1人工管理阶段人工管理阶段 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1人工管理阶段人工管理阶段v人工管理阶段存在以下问题人工管理阶段存在以下问题:v（1）数据不独立保存。）数据不独立保存。v（2）应用程序管理数据。）应用程序管理数据。v（3）数据不共享。）数据不共享。v（4）数据不具有独立性。）数据不具有独立性。v（5）数据没有软件系统进行管理，程序员不仅要）数据没有软件系统进行管理，程序员不仅要规定数据的逻辑结构，而且还要设计数据的物理规定数据的逻辑结构，而且还要设计数据的物理结构，数据面向应用。结构，数据面向应用。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2文件系统阶段文件系统阶段v在人工管理阶段最明显的缺点就是缺乏数据独立在人工管理阶段最明显的缺点就是缺乏数据独立性。所以在性。所以在20世纪世纪50年代后期至年代后期至60年代中期，年代中期，随着计算机技术的发展，不但计算机的硬件有了随着计算机技术的发展，不但计算机的硬件有了磁盘等直接存储设备，而且在操作系统中也有了磁盘等直接存储设备，而且在操作系统中也有了专门的数据管理软件，称为文件系统，数据管理专门的数据管理软件，称为文件系统，数据管理进入文件系统阶段。进入文件系统阶段。v在文件系统阶段，程序与数据分别独立存放，数在文件系统阶段，程序与数据分别独立存放，数据组成数据文件，并且独立命名，程序通过文件据组成数据文件，并且独立命名，程序通过文件名对文件中的数据进行处理，在程序与数据之间名对文件中的数据进行处理，在程序与数据之间的转换由文件管理系统来完成。即采用的转换由文件管理系统来完成。即采用“应用程应用程序序文件管理系统文件管理系统数据文件数据文件”的存取方式。如的存取方式。如图图1-2所示。所示。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2文件系统阶段文件系统阶段 图图1-2文件系统管理阶段文件系统管理阶段计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2文件系统阶段文件系统阶段v尽管文件系统使得数据管理技术有了重要进展，数据可以长期保存，可尽管文件系统使得数据管理技术有了重要进展，数据可以长期保存，可以由专门的文件系统进行数据管理，但是仍然有很多根本性问题没有解以由专门的文件系统进行数据管理，但是仍然有很多根本性问题没有解决，如：决，如：v（1）数据冗余度大、共享性差、易产生数据不一致性）数据冗余度大、共享性差、易产生数据不一致性v在文件系统中，数据文件是用户各自建立的，为用户自己或用户组所有，在文件系统中，数据文件是用户各自建立的，为用户自己或用户组所有，即使是相同的数据也必须放在各自的文件中，因此数据共享性差，冗余即使是相同的数据也必须放在各自的文件中，因此数据共享性差，冗余度大。同时由于相同数据的重复存储及各自管理，易产生数据的不一致度大。同时由于相同数据的重复存储及各自管理，易产生数据的不一致性。性。v如：在表如：在表1-1 人事文件、表人事文件、表1-2 教学文件、表教学文件、表1-3 科研文件、表科研文件、表1-4 体检文件中都有编号、姓名、性别、职称信息，这显然造成了大量数据体检文件中都有编号、姓名、性别、职称信息，这显然造成了大量数据的冗余，并且如果该教师职称发生了变化，在人事文件中改变了其相应的冗余，并且如果该教师职称发生了变化，在人事文件中改变了其相应的职称信息，但在教学、科研等文件中没有被修改，就会产生数据的不的职称信息，但在教学、科研等文件中没有被修改，就会产生数据的不一致性。一致性。v（2）数据独立性差）数据独立性差v即应用程序与数据之间的依赖性很强。数据文件完全是根据具体的应用即应用程序与数据之间的依赖性很强。数据文件完全是根据具体的应用程序的要求而建立的，如果修改文件系统中文件的逻辑结构，那么必须程序的要求而建立的，如果修改文件系统中文件的逻辑结构，那么必须修改应用程序。同时由于语言环境的变化，当修改应用程序时，也将引修改应用程序。同时由于语言环境的变化，当修改应用程序时，也将引起文件数据结构的改变，因此数据与程序间仍缺乏数据独立性。起文件数据结构的改变，因此数据与程序间仍缺乏数据独立性。v例如：在表例如：在表1-1 人事文件中插入一个所在单位和年龄属性，将会引起人事文件中插入一个所在单位和年龄属性，将会引起应用程序的变化。应用程序的变化。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2文件系统阶段文件系统阶段v（3）用户负担重）用户负担重v文件系统虽然为用户提供了一种简单的、统一的存取文件的方法，但文件系统虽然为用户提供了一种简单的、统一的存取文件的方法，但文件的处理、数据的安全性、完整性得不到可靠保证，这些必须由用文件的处理、数据的安全性、完整性得不到可靠保证，这些必须由用户程序完成。户程序完成。v如：在性别信息中，性别只能是如：在性别信息中，性别只能是“男男”或或“女女”，如果是其它数据则，如果是其它数据则不能接受。但是，关于这个完整性的控制必须由用户程序来完成。不能接受。但是，关于这个完整性的控制必须由用户程序来完成。vIF NOT（性别（性别=“男男”OR 性别性别=“女女”）vPrint“性别不对，性别只能是性别不对，性别只能是男男或者或者女女”vENDIFv（4）数据无结构）数据无结构v数据文件是按位置存放的，记录之间没有联系，数据是无结构的。数据文件是按位置存放的，记录之间没有联系，数据是无结构的。v除此之外，文件系统一般不支持多个应用程序对同一文件的并发访问，除此之外，文件系统一般不支持多个应用程序对同一文件的并发访问，数据处理的效率较低。同时，使用方式不够灵活。每个数据文件只限数据处理的效率较低。同时，使用方式不够灵活。每个数据文件只限于一定的应用，难于对其进行修改和扩充。于一定的应用，难于对其进行修改和扩充。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院3数据库系统阶段数据库系统阶段2020世纪世纪世纪世纪6060年代后期，为了克服文件系统存在的问题，同时为年代后期，为了克服文件系统存在的问题，同时为年代后期，为了克服文件系统存在的问题，同时为年代后期，为了克服文件系统存在的问题，同时为了适应日益迅速增长的数据处理的需求，人们开始探索新的数了适应日益迅速增长的数据处理的需求，人们开始探索新的数了适应日益迅速增长的数据处理的需求，人们开始探索新的数了适应日益迅速增长的数据处理的需求，人们开始探索新的数据管理方法与工具。数据库技术应运而生。据管理方法与工具。数据库技术应运而生。据管理方法与工具。数据库技术应运而生。据管理方法与工具。数据库技术应运而生。数据库技术的目标主要是解决数据独立性问题，即克服程序与数据库技术的目标主要是解决数据独立性问题，即克服程序与数据库技术的目标主要是解决数据独立性问题，即克服程序与数据库技术的目标主要是解决数据独立性问题，即克服程序与数据文件相互依赖，同时要解决数据冗余、数据安全性、数据数据文件相互依赖，同时要解决数据冗余、数据安全性、数据数据文件相互依赖，同时要解决数据冗余、数据安全性、数据数据文件相互依赖，同时要解决数据冗余、数据安全性、数据完整性等问题，因此，出现了统一管理数据的专门软件系统完整性等问题，因此，出现了统一管理数据的专门软件系统完整性等问题，因此，出现了统一管理数据的专门软件系统完整性等问题，因此，出现了统一管理数据的专门软件系统数据库管理系统。数据库管理系统。数据库管理系统。数据库管理系统。从文件系统发展到数据库系统是数据管理发展的一个重大转变，从文件系统发展到数据库系统是数据管理发展的一个重大转变，从文件系统发展到数据库系统是数据管理发展的一个重大转变，从文件系统发展到数据库系统是数据管理发展的一个重大转变，它将过去在文件系统中的以程序设计为核心，数据服从程序设它将过去在文件系统中的以程序设计为核心，数据服从程序设它将过去在文件系统中的以程序设计为核心，数据服从程序设它将过去在文件系统中的以程序设计为核心，数据服从程序设计的数据管理模式改变为以数据库设计为核心，应用程序设计计的数据管理模式改变为以数据库设计为核心，应用程序设计计的数据管理模式改变为以数据库设计为核心，应用程序设计计的数据管理模式改变为以数据库设计为核心，应用程序设计退居次位的数据管理模式。如图退居次位的数据管理模式。如图退居次位的数据管理模式。如图退居次位的数据管理模式。如图1-31-3所示。所示。所示。所示。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 3数据库系统阶段数据库系统阶段图图图图1-3 1-3 数据库系统管理阶段数据库系统管理阶段数据库系统管理阶段数据库系统管理阶段计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.1.3 数据库数据库v数据库是指在计算机的存储设备上合理存放的相互关联的有数据库是指在计算机的存储设备上合理存放的相互关联的有结构的数据集合。结构的数据集合。v这个定义具有如下含义：这个定义具有如下含义：v（1）数据库首先是指在计算机的存储设备上存放的，属于数据库首先是指在计算机的存储设备上存放的，属于计算机领域的一个术语。计算机领域的一个术语。v（2）数据库是一个数据集合。数据库是一个数据集合。v（3）这个数据集合是有结构的，这一点也是和文件系统相比）这个数据集合是有结构的，这一点也是和文件系统相比最大的特点之一。最大的特点之一。v（4）这个数据集合是相关联的数据集合。）这个数据集合是相关联的数据集合。v（5）这个数据集合是合理存放的。到底如何合理存放？这这个数据集合是合理存放的。到底如何合理存放？这是数据库技术研究的关键问题之一，在规范化理论和数据库是数据库技术研究的关键问题之一，在规范化理论和数据库设计时专门讨论。设计时专门讨论。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.1.4 数据库管理系统数据库管理系统数据库管理系统（数据库管理系统（数据库管理系统（数据库管理系统（DBMSDBMS）是位于用户与操作系统之间的）是位于用户与操作系统之间的）是位于用户与操作系统之间的）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。主要功能是建立和维护数据库，接受和一层数据管理软件。主要功能是建立和维护数据库，接受和一层数据管理软件。主要功能是建立和维护数据库，接受和一层数据管理软件。主要功能是建立和维护数据库，接受和完成用户访问数据库的各种请求。完成用户访问数据库的各种请求。完成用户访问数据库的各种请求。完成用户访问数据库的各种请求。1 1数据库管理系统的主要功能数据库管理系统的主要功能数据库管理系统的主要功能数据库管理系统的主要功能（1 1）数据库定义功能）数据库定义功能）数据库定义功能）数据库定义功能（2 2）数据库管理功能）数据库管理功能）数据库管理功能）数据库管理功能（3 3）数据库的建立和维护功能）数据库的建立和维护功能）数据库的建立和维护功能）数据库的建立和维护功能（4 4）数据组织、存储和管理功能）数据组织、存储和管理功能）数据组织、存储和管理功能）数据组织、存储和管理功能（5 5）通信功能）通信功能）通信功能）通信功能计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2数据库管理系统应该满足的要求数据库管理系统应该满足的要求v（1）容易使用）容易使用v（2）数据处理速度快、能力强）数据处理速度快、能力强v（3）具有可发展性）具有可发展性v（4）具有物理数据独立性和逻辑数据独立性）具有物理数据独立性和逻辑数据独立性v（5）确保数据的完整性）确保数据的完整性v（6）具有良好的数据保密性和安全性）具有良好的数据保密性和安全性v（7）兼容性好）兼容性好v（8）和谐性）和谐性计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2数据库管理系统应该满足的要求数据库管理系统应该满足的要求（9）逻辑数据结构简单）逻辑数据结构简单（10）强有力的用户语言）强有力的用户语言计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院3数据库管理系统的组成数据库管理系统的组成（1）语言）语言（2）数据库运行程序）数据库运行程序（3）数据库维护程序）数据库维护程序图图1-4 给出了一个典型的给出了一个典型的DBMS程序模块组成图。程序模块组成图。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院3数据库管理系统的组成数据库管理系统的组成计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.1.5 数据库系统数据库系统 v数据库系统（数据库系统（DBS）是实现有组织地、动态地）是实现有组织地、动态地存储大量相关的结构化数据，方便用户使用数据存储大量相关的结构化数据，方便用户使用数据库的计算机软件、硬件资源组成的系统。库的计算机软件、硬件资源组成的系统。v数据库系统一般由硬件、软件、数据库、用户四数据库系统一般由硬件、软件、数据库、用户四部分组成。部分组成。v1.硬件硬件v2.软件软件v3.数据库数据库v4.用户用户计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.1.6 数据库系统的特点数据库系统的特点v数数据据库库系系统统是是一一个个比比较较复复杂杂的的系系统统，包包括括计计算算机机的的软软件件、硬硬件件环环境境以以及及数数据据库库、数数据据库库管管理理系系统统、数数据据库库管管理理员员等等相相互互独独立立而而又又相相互互联联系系的的若若干干部部分分组组成成。所所以以，很很难难用用简简练练语语言言概概括括其其全全部部特特点点，但但是是用用数数据据库库系系统统管管理理数数据据应应该该具具有有以以下下基基本本特特点：点：计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.1.6 数据库系统的特点数据库系统的特点v1数据结构化数据结构化v2数数据据冗冗余余度度小小、共共享享性性高高、避避免免了了数数据据的的不不一一致性致性v3具有较高的数据独立性具有较高的数据独立性v4数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.1.7 数据库应用系统数据库应用系统 v数据库应用系统是数据库系统及其应用程序的组成。数据库应用系统是数据库系统及其应用程序的组成。即在数据库系统环境下建立起来的为某种应用服务即在数据库系统环境下建立起来的为某种应用服务的软、硬件的集合。我们也经常称这种软件为应用的软、硬件的集合。我们也经常称这种软件为应用软件。软件。v数据库、数据库系统、数据库管理系统和数据库应数据库、数据库系统、数据库管理系统和数据库应用系统（用系统（DBAS）之间的关系如图）之间的关系如图1-5所示。所示。v 图图1-5 DB、DBMS、DBS、DBAS关系关系计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2 数据模型v1.2.1 数据模型概述数据模型概述v1.2.2 数据模型基本要素数据模型基本要素v1.2.3 概念模型概念模型v1.2.4 常用数据模型常用数据模型计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.1 数据模型概述数据模型概述v在数据库技术中数据模型是指现实世界数据和在数据库技术中数据模型是指现实世界数据和信息的模拟和抽象。信息的模拟和抽象。v用计算机模拟现实世界人们的各种事务管理活用计算机模拟现实世界人们的各种事务管理活动，一般需要经历三个阶段，一是人们必须对动，一般需要经历三个阶段，一是人们必须对现实世界的事物进行分析、抽象成概念模型；现实世界的事物进行分析、抽象成概念模型；二是将概念模型转换为便于计算机进行处理的二是将概念模型转换为便于计算机进行处理的数据模型；三是将数据模型转换为计算机能实数据模型；三是将数据模型转换为计算机能实现的存储模型。这一过程如图现的存储模型。这一过程如图1-6所示。所示。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.1 数据模型概述数据模型概述图图1-6现实世界到计算机世界的抽象过程现实世界到计算机世界的抽象过程计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.1 数据模型概述数据模型概述v在从现实世界到计算机世界的抽象过程中，必须具备如下在从现实世界到计算机世界的抽象过程中，必须具备如下要求：要求：v真实性。真实性。v易理解性。易理解性。v易实现性。易实现性。v数据模型的种类很多，目前被广泛使用的数据模型分为两数据模型的种类很多，目前被广泛使用的数据模型分为两类：一类是独立于计算机系统的数据模型，完全不涉及信类：一类是独立于计算机系统的数据模型，完全不涉及信息在计算机中的表示，这类模型称为概念数据模型，简称息在计算机中的表示，这类模型称为概念数据模型，简称概念模型。概念模型是一种面向客观世界，面向用户的模概念模型。概念模型是一种面向客观世界，面向用户的模型，主要用于数据库设计。例如型，主要用于数据库设计。例如E-R模型、扩充的模型、扩充的E-R模模型等属于概念模型；型等属于概念模型；计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.1 数据模型概述数据模型概述另一类是直接面向数据库的逻辑结构，称为逻辑数另一类是直接面向数据库的逻辑结构，称为逻辑数据模型，又称为结构数据模型。它是一种与数据据模型，又称为结构数据模型。它是一种与数据库管理系统相关的模型，主要用于库管理系统相关的模型，主要用于DBMS的实现，的实现，如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型均属这类数据模型。型均属这类数据模型。v逻辑数据模型我们常常简称数据模型，它有严格逻辑数据模型我们常常简称数据模型，它有严格的定义。的定义。v数据库专家数据库专家E.F.Codd认为：一个基本数据模型认为：一个基本数据模型是一组向用户提供的规则，这些规则规定数据结是一组向用户提供的规则，这些规则规定数据结构如何组织以及允许进行何种操作。通常，一个构如何组织以及允许进行何种操作。通常，一个数据库的数据模型应包含数据结构、数据操作和数据库的数据模型应包含数据结构、数据操作和数据完整性约束三个部分。数据完整性约束三个部分。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.2 数据模型基本要素数据模型基本要素v数数据据模模型型具具有有数数据据结结构构、数数据据操操作作和和完完整整性性约约束束条条件件三三个个基基本本要要素素。认认识识或或描描述述一一种种数数据据模模型型也也要要从从它它的的基本要素开始。基本要素开始。v（1）数数据据结结构构。数数据据结结构构是是指指对对实实体体模模型型和和实实体体间间联联系系的的表表达达和和实实现现。数数据据结结构构规规定定了了如如何何描描述述数数据据的的类类型型、内内容容、性性质质和和数数据据之之间间的的相相互互关关系系。它它是是数数据据模模型型最最基基本本的的组组成成部部分分，规规定定了了数数据据模模型型的的静静态态特特性性。在在数数据据库库系系统统中中通通常常按按照照数数据据结结构构的的类类型型来来命命名名数数据据模模型型，例例如如采采用用层层次次型型数数据据结结构构、网网状状型型数数据据结结构构、关关系系型型数数据据结结构构的的数数据据模模型型分分别别称称为为层层次次模模型型、网网状状模型和关系模型。模型和关系模型。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.2 数据模型基本要素数据模型基本要素v（2）数数据据操操作作。数数据据操操作作是是指指一一组组用用于于指指定定数数据据结结构构的的任任何何有有效效实实例例执执行行的的操操作作或或推推导导规规则则。数数据据库库中中主主要要的的操操作作有有查查询询和和更更新新（插插入入、删删除除、修修改改）两两大大类类。数数据据模模型型要要为为这这些些操操作作定定义义确确切切的的含含义义、操操作作规规则则和和实实现现操操作作的的语语言言。因因此此，数数据操作规定了数据模型的动态特性。据操作规定了数据模型的动态特性。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.2 数据模型基本要素数据模型基本要素v（3）数据约束条件。数据完整性约束给出数据及）数据约束条件。数据完整性约束给出数据及其联系应具有的制约和依赖规则，它定义了给定其联系应具有的制约和依赖规则，它定义了给定数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定相容的数据库状态的集合和可容许则，用以限定相容的数据库状态的集合和可容许的状态改变，以保证数据库中数据的正确性、有的状态改变，以保证数据库中数据的正确性、有效性和相容性。效性和相容性。v数据结构、数据操作和数据的约束条件是数据模数据结构、数据操作和数据的约束条件是数据模型的三要素，其中数据结构是描述一个模型性质型的三要素，其中数据结构是描述一个模型性质的最重要的方面。的最重要的方面。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.3 概念模型概念模型v概概念念模模型型是是从从现现实实世世界界到到计计算算机机世世界界转转换换的的一一个个中中间间层层次次，在在数数据据库库设设计计的的过过程程中中它它是是比比较较关关键键的的一一步步。因因此此，概概念念模模型型必必须须能能够够真真实实地地反反映映现现实实世世界界中中被被管管理理事事物物的的特特征征及及其其复复杂杂的的联联系系，即即应应该该具具有有丰丰富富的的语语义义表表达达能能力力和和直直接接模模拟拟现现实实世世界界的的能能力力，且且具具有有直直观观、自自然然、语语义义丰丰富富、易易于于用用户户理理解解的的特特点点。目目前前，被被广广泛泛 使使 用用 的的 概概 念念 模模 型型 是是 E-R数数 据据 模模 型型（Entity-Relationship data model），即即实实体体联联系系数数据据模型。模型。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.3 概念模型概念模型v1信息的三个领域信息的三个领域v（1）现实世界：现实世界是存在于人们头脑之外的）现实世界：现实世界是存在于人们头脑之外的客观世界，在这里所说的现实世界是指人们对各种客观世界，在这里所说的现实世界是指人们对各种事务的管理活动。研究分析现实世界事物的规律和事务的管理活动。研究分析现实世界事物的规律和特点，是建立概念模型的基础。特点，是建立概念模型的基础。v现实世界由各种各样的实体组成，下面给出实体、现实世界由各种各样的实体组成，下面给出实体、实体特性、实体集和实体标识符的概念。实体特性、实体集和实体标识符的概念。v实体（实体（Entity），是客观存在并可相互区别的个），是客观存在并可相互区别的个体。实体可以是具体的对象，也可以是抽象的；可体。实体可以是具体的对象，也可以是抽象的；可以是有生命的，也可以是无生命的。以是有生命的，也可以是无生命的。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.3 概念模型概念模型v实实体体特特性性（Entity Character），任任何何一一个个实实体体都都具具有有它它自自己己的的特特征征或或性性质质，如如：描描述述学学生生的的特特征征有有学学号号、姓姓名名、性性别别、年年龄龄、身身高高、体体重重等等，把把描描述述实实体体的的主主要要特特征征的这一特性称为实体特性。的这一特性称为实体特性。v实实体体集集（Entity Sets），具具有有相相同同实实体体特特性性的的一一类类实实体的集合称为实体集，如全校学生的集合组成学生实体集。体的集合称为实体集，如全校学生的集合组成学生实体集。v实实体体标标识识符符（Entity Identifier），在在实实体体集集中中唯唯一一能能确确定定实实体体集集中中某某个个实实体体的的最最小小实实体体特特性性集集称称为为实实体体标标识识符。符。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.3 概念模型概念模型v（2）信信息息世世界界：现现实实世世界界中中的的实实体体，通通过过人人们们的的感感觉觉器器官官反反映映到到头头脑脑中中，形形成成信信息息，组组成成信信息息世世界界。简简单单的的说说就就是是现现实实世世界界在在人人们们头头脑脑中中的的反反映映。在在信信息息世世界界里里用用实实体体记记录录表表示示实实体体，用用实实体体记记录录集集表表示示实实体体集集，属属性性表表示示实实体体集集的的特特性性，用用标标识识属属性性表表示示一一个个实实体体标标识识符符。有有关关属属性性的的几几点点说说明明如下：如下：计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.3 概念模型概念模型v一一个个实实体体记记录录可可以以有有若若干干个个属属性性，但但是是在在研研究究某某一一实实体体记记录录时时，关关心心的的是是那那些些感感兴兴趣趣的的属属性性，例例如如：如如果果要要描描述述有有关关学学生生学学习习成成绩绩的的话话，对对于于身身高高、体体重属性就没有必要关心。重属性就没有必要关心。v不不能能再再细细分分的的属属性性称称为为原原子子属属性性。可可以以再再细细分分的的属属性性称称为为可可分分属属性性。原原子子属属性性与与可可分分属属性性之之间间具具有有相相对对性性，因因此此，在在实实际际情情况况中中，要要根根据据具具体体问问题题来来使用属性概念。使用属性概念。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.3 概念模型概念模型v 属性有型与值之分。属性的具体表现称为属性属性有型与值之分。属性的具体表现称为属性值。如性别就是一个属性的型，而男、女就是性值。如性别就是一个属性的型，而男、女就是性别属性的值。属性值是附属于属性的，有什么样别属性的值。属性值是附属于属性的，有什么样的属性，就有什么样的值，即属性的型是相对稳的属性，就有什么样的值，即属性的型是相对稳定的，属性的值随属性型相对变化，在某种情况定的，属性的值随属性型相对变化，在某种情况下是原子的，在另外一种情况下又是可分的，如下是原子的，在另外一种情况下又是可分的，如性别在不考虑年龄的情况下，属性值是男、女，性别在不考虑年龄的情况下，属性值是男、女，它们是原子的，如果考虑到年龄，女性又分为幼它们是原子的，如果考虑到年龄，女性又分为幼女、女童、女青年、女中年、女老年等。女、女童、女青年、女中年、女老年等。v每个属性值都有一定的变化范围。属性取值的每个属性值都有一定的变化范围。属性取值的范围称为值域范围称为值域(Domain)。例如：性别属性值域。例如：性别属性值域是男、女；成绩属性值域是是男、女；成绩属性值域是100。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.3 概念模型概念模型v（3）计计算算机机世世界界：在在信信息息世世界界中中有有些些信信息息可可以以直直接接用用数数字字表表示示，有有些些信信息息可可以以用用符符号号、文文字字等等来来表表示示。但但在在计计算算机机世世界界中中一一切切信信息息只只能能用用二二进进制制数数据据表表示示，即即在在计计算算机机世世界界中中的的信信息息必必须须是是数数字字化化的的。因因此此，计计算算机机世世界界也也称称为为数数据世界。据世界。v在计算机世界中常用下列术语：在计算机世界中常用下列术语：计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.3 概念模型概念模型v记录（记录（Record）：信息世界中的实体记录在）：信息世界中的实体记录在计算机世界中的表示。计算机世界中的表示。v字段（字段（Field）：信息世界中的属性在计算机）：信息世界中的属性在计算机中的表示，它是可以命名的最小信息单位。中的表示，它是可以命名的最小信息单位。v文件（文件（File）：信息世界中的实体记录集在计）：信息世界中的实体记录集在计算机世界中的表示。算机世界中的表示。v关键字（关键字（Key Word）：能够唯一标识文件中）：能够唯一标识文件中的某一个记录的最小字段集。的某一个记录的最小字段集。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院1.2.3 概念模型概念模型v表表1-5 三个世界所用术语及其对应关系三个世界所用术语及其对应关系现实世界现实世界信息世界信息世界计算机世界计算机世界实体集实体集实体记录集实体记录集表表实体实体实体记录实体记录记录记录实体特征实体特征属性属性字段字段实体标识符实体标识符标识属性标识属性关键字关键字计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2实体（集）间的联系实体（集）间的联系2实体（集）间的联系实体（集）间的联系v在现实世界中实体集不是孤立存在的，它们之间的联系是在现实世界中实体集不是孤立存在的，它们之间的联系是错综复杂的，所以，在信息世界中我们不但关心每一个实错综复杂的，所以，在信息世界中我们不但关心每一个实体集、属性，还关心实体集之间的联系。联系分为两类，体集、属性，还关心实体集之间的联系。联系分为两类，一类是实体内部的联系，反映的是一部分属性值与另一部一类是实体内部的联系，反映的是一部分属性值与另一部分属性值之间的决定关系或依赖关系，即字段间的联系。分属性值之间的决定关系或依赖关系，即字段间的联系。另一类是实体集间的联系，反映在数据上就是记录间的联另一类是实体集间的联系，反映在数据上就是记录间的联系。系。v关于实体内部的联系重点关心的是关键字，它起到决定作关于实体内部的联系重点关心的是关键字，它起到决定作用，其它属性依赖关键字，由于在规范化理论中要进行详用，其它属性依赖关键字，由于在规范化理论中要进行详细讨论，所以，在这里重点讨论实体间的联系。根据参与细讨论，所以，在这里重点讨论实体间的联系。根据参与联系的实体集的数目不同，把联系分为二元联系和多元联联系的实体集的数目不同，把联系分为二元联系和多元联系。系。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2实体（集）间的联系实体（集）间的联系v（1）二元联系：只有两个实体集参与的）二元联系：只有两个实体集参与的联系称为二元联系。二元联系有以下三联系称为二元联系。二元联系有以下三种类型：种类型：v一对一（一对一（one to one）联系）联系v设有两个实体集设有两个实体集A、B，如果对于实体集，如果对于实体集A中的每一个实体，中的每一个实体，B中至多有一个实体中至多有一个实体与之有联系，反之亦然，则称与之有联系，反之亦然，则称A、B有一有一对一联系（对一联系（1：1联系）。联系）。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2实体（集）间的联系实体（集）间的联系学校校长学校学生教师学生图1-10计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2实体（集）间的联系实体（集）间的联系v一对多（一对多（one to many）联系）联系v设有两个实体集设有两个实体集A、B，若，若A中每个实体与中每个实体与B中任中任意个实体（包括零个）相联系，而意个实体（包括零个）相联系，而B中每个实体中每个实体至多和至多和A中一个实体有联系，则称中一个实体有联系，则称A和和B是一对多是一对多联系（联系（1：n联系也用符号）。联系也用符号）。v把把1：n联系倒转过来便成为联系倒转过来便成为n：1的联系。如学的联系。如学生实体集与学校实体集之间的联系是生实体集与学校实体集之间的联系是n：1的。的。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2实体（集）间的联系实体（集）间的联系v多对多（many to many）联系v设有两个实体集A、B，若两个实体集A、B中的每一个实体都和另一个实体集中任意个实体（包括零个）有联系，则称A、B是多对多联系（m：n联系）。v1：1联系是1：n联系的特例，而1：n联系又是m：n联系的特例。它们之间的包含关系如图1-10所示。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院2实体（集）间的联系实体（集）间的联系（2）多元联系：参与联系的实体集的个数）多元联系：参与联系的实体集的个数3时，时，称为多元联系。与二元联系一样，多元联系也分称为多元联系。与二元联系一样，多元联系也分为为1：1、1：n和和m：n三种。例如。用来描述学三种。例如。用来描述学生、教师和课程实体集之间的生、教师和课程实体集之间的“教学教学”联系是三联系是三元联系，一个教师可以讲授多门课程，并且可以元联系，一个教师可以讲授多门课程，并且可以有多个学生学习该课程；一门课程不但可以有多有多个学生学习该课程；一门课程不但可以有多个学生学习，还可以有多名教师来讲授；一个学个学生学习，还可以有多名教师来讲授；一个学生可以有多个教师为其讲授多门课程。如图生可以有多个教师为其讲授多门课程。如图1-11所示。所示。教师学生课程m:nm:nr r计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院3E-R 图图3E-R图（图（Entity-RelationshipApproach）关于概念模型的表示方法有很多，最著名的是关于概念模型的表示方法有很多，最著名的是实体实体-联系方法，简称联系方法，简称E-R图。图。E-R图具有以下图具有以下优点：能非常自然的描述现实世界；图形结构优点：能非常自然的描述现实世界；图形结构简单；设计者和用户易理解，并且可以互相交简单；设计者和用户易理解，并且可以互相交流；它是数据库设计的中间步骤，易于向数据流；它是数据库设计的中间步骤，易于向数据模型转换。模型转换。（1）E-R图的图形符号图的图形符号方方框：表示一实体集，在框内写上实体集的框：表示一实体集，在框内写上实体集的名字。名字。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院3E-R 图图v菱形框：表示联系，菱形框内标明联系名，