计算机数据库基础知识教程

1、数据库技术与应用 第1章 数据库系统基础知识（2） 2. 概念模型的表示方法 概念模型的表示方法很多，最常用的是 E-R方法 实体联系方法(E-R方法) l用E-R图来描述现实世界的概念模 型 lE-R方法也称为E-R模型 E-R图 实体型 l用矩形表示，矩形框内写明实体名 。 学生教师 E-R图(续) 属性 l用椭圆形表示，并用无向边将其与 相应的实体连接起来 学生 学号 年龄 性别姓名 E-R图(续) 联系 l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） l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 联系的表示方法 实体型1 联系名 实体型2 1 1 1:1联系 实体型1 联系名 实体型2 m n m:n联系 实体型1 联系名 实体型2 1 n 1:n联系 联系的表示方法示例 班级 班级-班长 班长 1 1 1:1联系 课程 选修 学生 m n m:n联系 班级 组成 学生 1 n 1:n联系 联系的表示方法示例(续) 职

2、工 领导 1n 同一实体型内 部的1:n联系 课程 讲授 教师 1 m 多个实体型间的1:n联系 参考书 n 联系属性的表示方法 课程 选修 学生 m n 成绩 1.2.2 数据模型的组成要素 数据模型是严格定义的一组概念的集合。这些概念 精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整性 约束条件。 数据模型有三部分组成 l数据结构 l数据操作 l数据的约束条件 1.2.2 数据模型的组成要素 数据模型是严格定义的一组概念的集合。这些概念 精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整性 约束条件。 数据模型有三部分组成 l数据结构 l数据操作 l数据的约束条件 1. 数据结构 什么是数据结构 l对象类型的集合 两类对象 l与数据类型、内容、性质有关的对 象 l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 2.数据操作 数据操作 l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 l检索 l更新（包括插入、删除、修改） 数据操作(续) 数据模型对操作的定义 l操作的确切含义 l操作符号 l操作规则（如优先级） l实现操作的语言 数据操作是对系统动

3、态特性的描述。 3.数据的约束条件 数据的约束条件 l一组完整性规则的集合。 l完整性规则是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。 数据的约束条件(续) 数据模型对约束条件的定义 l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。 l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 。 1.2.3 基本数据模型 非关系模型 l层次模型（Hierarchical Model） l网状模型(Network Model ) l数据结构：以基本层次联系为基本单 位 基本层次联系：两个记录以及它们之间的 一对多（包括一对一)的联系 基本数据模型(续) 关系模型(Relational Model) l数据结构：表 面向对象模型(Object Oriented Model ） l数据结构：对象 1、层次模型 层次数据模型层次模型是数据库系统中 最早出现的数据模型，它用树形结构表 示各类

4、实体以及实体间的联系。现实世 界中许多实体之间的联系本来就呈现出 一种很自然的层次关系，如行政机构、 家族关系等。 层次数据模型实例 层次模型的优缺点 优点 l层次数据模型简单，对具有一对多的 层次关系的部门描述自然、直观，容易理 解 l性能优于关系模型，不低于网状模型 l层次数据模型提供了良好的完整性支 持 缺点 l多对多联系表示不自然 l对插入和删除操作的限制多 l查询子女结点必须通过双亲结点 l层次命令趋于程序化 典型的层次数据库系统 IMS数据库管理系统 l第一个大型商用DBMS l1968年推出 lIBM公司研制 2、网状数据模型 网状数据模型在现实世界中实体型间的 联系更多的是非层次关系，用层次模型 表示非树形结构是很不直接的，采用网 状模型作为数据的组织方式可以克服这 一弊病。网状模型去掉了层次模型的两 个限制，允许节点有多个双亲节点，允 许多个节点没有双亲节点。 网状数据模型的一个简单实 例 网状模型的优缺点 优点 l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 l具有良好的性能，存取效率较高 缺点 l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

5、越来越复杂，不利于最终用户掌 握 lDDL、DML语言复杂，用户不容易使用 网状数据模型层次数据模型和网状数据 模型都是早期的数据库数据模型，数据 库系统与文件系统的主要区别就是前者 不仅定义数据的存储而且还定义存储数 据之间的联系，所谓“层次”和“网状”就 是指这种联系的方式。 3、关系模型 最重要的一种数据模型。也是目前主要 采用的数据模型 1970年由美国IBM公司San Jose研究 室的研究员E.F.Codd提出 本课程的重点 关系数据模型 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。 关系模型的优点 （1）关系模型建立在严格的数学概念的基础上。它 以关系代数和数理逻辑为基础，经过多年发展，形 成了严密的关系数据库理论。 （2)关系模型的概念单一，数据结构简单、清晰， 用户易懂易用。无论实体还是实体之间的联系都用 关系来表示。对数据的检索和更新结果也是关系（ 即表）。 （3）关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更 高的数据独立性，更好的安全保密性，也简化了程 序员的工作和数据库开发建设的工作。 关系模型的缺点 关系模型的主要缺点是，由于存取路径 对

6、用户透明，查询效率往往不如非关系 数据模型。因此为了提高性能，DBMS 必须对用户的查询请求进行优化，这势 必增加了开发DBMS的难度。 面向对象的数据模型 关系模型还不能充分表达现实世界中存在的许多 复杂的数据结构,如CAD数据、图形数据、嵌套 递归的数据等。 面向对象模型用面向对象观点来描述现实世界中 的事物（对象）的逻辑结构和对象间的联系等的 数据模型，与人类的思维方式更接近。 所谓对象是对现实世界事物的高度抽象，每个对 象是状态和行为的封装。对象的状态是属性的集 合，行为是在该对象上操作的方法的集合。因此 面向对象的模型不仅可以处理各种复杂多样的数 据结构，而且具有数据与行为相结合的特点。目 前面向对象的方法已经逐渐成为系统开发、设计 的全新思路。 面向对象的数据模型 面向对象模型能完整地描述现实世界的数据 结构，具有丰富的表达能力，但模型相对复 杂，涉及的知识面广，实现有一定难度。 用面向对象模型组织的数据库称为面向对象 数据库。目前，面向对象还未达到关系数据 库那样的普及程度。 在当前信息处理技术中，关系数据模型仍然 是数据库数据模型的主流，即使使用面向对 象的模型也往往采

7、用关系数据模型的方法和 工具。 1.3 数据库系统结构 与数据库打交道的有四类人员： l用户、应用程序员、系统分析员和数 据库管理员。 由于他们对数据库的认识、理解和接触范 围的不同，他们观察、认识和理解数据的 范围、角度和方法也各不相同，从而形成 了各自的数据库视图。 根据各类人员与数据库的不同关系，可 把视图分为三种： l即对应于用户和应用程序员的外部 视图、 l对应于系统分析员和数据库管理员 的逻辑视图 l对应于数据库管理员的内部视图。 由此形成数据库的三级模式结构，即外 模式、逻辑模式和内模式 1.3.1数据库系统的三级模式 结构 1. 外模式（External Schema ） 外模式（也称子模式或用户模式） l数据库用户（包括应用程序员和最终用 户）使用的局部数据的逻辑结构和特征的描 述 l数据库用户的数据视图，是与某一应用 有关的数据的逻辑表示 外模式（续） 外模式的地位：介于模式与应用之间 l模式与外模式的关系：一对多 外模式通常是模式的子集 一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的 应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求 对模式中同一数据，在外模式中的结构、

8、类型、长度 、保密级别等都可以不同 l外模式与应用的关系：一对多 同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用 ， 但一个应用程序只能使用一个外模式。 外模式（续） 外模式的用途 保证数据库安全性的一个有力措施。 每个用户只能看见和访问所对应的外模 式中的数据 2模式（Schema） 模式（也称逻辑模式） l数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述 l所有用户的公共数据视图，综合了所有用户 的需求 一个数据库只有一个模式 模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层 l与数据的物理存储细节和硬件环境无关 l与具体的应用程序、开发工具及高级程序设 计语言无关 模式的定义 l数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取 值范围等） l数据之间的联系 l数据有关的安全性、完整性要求 3内模式（Internal Schema ） 内模式（也称存储模式） l是数据物理结构和存储方式的描述 l是数据在数据库内部的表示方式 记录的存储方式（顺序存储，按照B树结 构存储，按hash方法存储） 索引的组织方式 数据是否压缩存储 数据是否加密 数据存储记录结构的规定 一个数据库只有一个内模式 1.3.2 数据库的二

9、级映射（映像）功能 与数据独立性 三级模式是对数据的三个抽象级别 二级映象在DBMS内部实现这三个抽象 层次的联系和转换 数据库系统的三级模式结构与二级映 射的关系 1外模式模式映射 定义外模式与模式之间的对应关系 每一个外模式都对应一个外模式模式映射 映射定义通常包含在各自外模式的描述中 外模式模式映射的用途 保证数据的逻辑独立性 l当模式改变时，数据库管理员修改有关 的外模式模式映射，使外模式保持不变 l应用程序是依据数据的外模式编写的， 从而应用程序不必修改，保证了数据与程序 的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。 2模式内模式映射 模式内模式映射定义了数据全局逻辑结构与存 储结构之间的对应关系。例如，说明逻辑记录和 字段在内部是如何表示的 数据库中模式内模式映射是唯一的 该映射定义通常包含在模式描述中 模式内模式映射的用途 保证数据的物理独立性 l当数据库的存储结构改变了（例如选用 了另一种存储结构），数据库管理员修改 模式内模式映象，使模式保持不变 l应用程序不受影响。保证了数据与程序 的物理独立性，简称数据的物理独立性。 小结 模式 l是数据库的中心与关键 l独立于数据库的其它层次 l设计数据库模式结构时应首先确定数据 库的逻辑模式 小结（续） 内模式 l依赖于全局逻辑结构，但独立于数据库 的用户视图即外模式，也独立于具体的存储 设备。 l它将全局逻辑结构中所定义的数据结构 及其联系按照一定的物理存储策略进行组织 ，以达到较好的时间与空间效率。 小结（续） 外模式 l面向具体的应用程序，定义在逻辑模式 之上，但独立于存储模式和存储设备 l设计外模式时应充分考虑到应用的扩充 性。当应用需求发生较大变化，相应外模式 不能满足其视图要求时，该外模式就得做相 应改动 小结（续） 应用程序 l在外模式描述的数据结构上编制的，它 依赖于特定的外模式，与数据库的模式和存 储结构独立。 l不同的应用程序有时可以共用同一个外 模式。 小结（续） 二级映象 l保证了数据库外模式的稳定性，从而从底层保 证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变 化，否则应用程序一般不需要

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