第二章 数据模型

1、An Introduction to Database Systems数据库系统及应用数据库系统及应用 基于基于SQL Server 2000屠菁屠菁An Introduction to Database Systems数据库系统及应用数据库系统及应用基于基于SQL Server 2000第二章第二章 数据模型数据模型An Introduction to Database Systemsv信息结构与E-R方法v概念数据模型v传统的三大数据模型v数据独立性与三层结构v数据库管理系统的结构第二章第二章 数据模型数据模型An Introduction to Database Systems2-1 信

2、息结构与信息结构与E-R方法方法数据的三种范畴An Introduction to Database Systems 客观存在并可以相互区分的客观事物或抽象事件称为实体。客观存在的抽象事件订货、演出、足球赛等也是实体可以触及的客观对象仓库、器件、职工等是实体An Introduction to Database Systems身高年龄性别体重比赛时间、地点、参赛队An Introduction to Database Systems 具有相同特征的一类实体的集合称之为实体集。学生实体集课程实体集教师实体集教室实体集An Introduction to Database Systems 用于区分

3、实体的实体特征称为标识特征。An Introduction to Database SystemsAn Introduction to Database SystemsAn Introduction to Database Systems现实世界范畴信息世界范畴机器世界范畴所有客观对象条理化的信息数据库实体集实体记录集文件实体实体记录记录特征属性字段或数据项标识特征标识属性关键字An Introduction to Database Systems2-1 信息结构与信息结构与E-R方法方法实体联系方法An Introduction to Database Systems实体的表示方式实体的表示

4、方式v 在E-R图中用矩形框表示实体，把实体名写在框内，比如仓库实体可以表示为：仓库An Introduction to Database Systems联系的表示方式 实体之间的联系用菱形框表示，框内写上联系名，并用连线与有关的实体相连。联系名实体1实体2An Introduction to Database Systems联系的类型一对一联系(1:1)一对多联系(1:n)多对多联系(m:n)An Introduction to Database Systems一对一的联系 如果实体集A与实体集B之间存在联系，并且对于实体集A中的任意一个实体，实体集B中至多只有一个实体与之对应；而对实体集B

5、中的任意一个实体，在实体集A中也至多只有一个实体与之对应，则称实体集A到实体集B的联系是一对一的，记为1 : 1 。An Introduction to Database Systems 有车间和车间主任两个实体，并且有语义：一个车间只能有一名车间主任，一个职工也只能在一个车间当主任。那么车间和车间主任之间的联系是一对一的，我们把这种联系命名为任职。一对一联系的例子任职车间车间主任11An Introduction to Database Systems一对多的联系一对多的联系 如果实体集A与实体集B之间存在联系，并且对于实体集A中的一个实体，实体集B中可以有多个实体与之对应；而对实体集B中的

6、任意一个实体，在实体集A中至多只有一个实体与之对应，则称实体集A到实体集B的联系是一对多的，记为1 : n 。An Introduction to Database Systems 有仓库和职工两个实体，并且有语义：一个仓库可以有多名职工，但是一个职工只能在一个仓库工作。那么仓库和职工之间的联系是一对多的，我们把这种联系命名为工作。一对多联系的例子工作仓库职工1nAn Introduction to Database Systems多对多的联系多对多的联系 如果实体集A与实体集B之间存在联系，并且对于实体集A中的一个实体，实体集B中可以有多个实体与之对应；而对实体集B中的一个实体，在实体集A中

7、也可以有多个实体与之对应，则称实体集A到实体集B的联系是多对多的，记为m : n 。An Introduction to Database Systems多对多联系的例子 有仓库和器件两个实体，并且有语义：一个仓库可以存放多种器件，一种器件可以存放在多个仓库。那么仓库和器件之间的联系就是多对多的，我们把这种联系命名为库存。仓库器件库存mnAn Introduction to Database Systems多个实体之间的联系 有仓库、器件、供应商三个实体，并且有语义：每个仓库可以向多个供应商发出订购，可购买多种器件；每个供应商可向多个仓库供货，可供应多种器件；每种器件可由多个供应商供应，可由多

8、个仓库购买。仓库器件供应商订购mnpAn Introduction to Database Systems多个实体之间的另外一种联系仓库器件供应商库存业务供应An Introduction to Database Systems两种联系方式的区别仓库器件供应商库存业务供应仓库器件供应商订购An Introduction to Database Systems单个实体型内的联系单个实体型内的联系v 一对多联系 实例 职工实体型内部具有领导与被领导的联系职工实体型内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）某一职工（干部）“领导领导”若干名职工若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导一个职工仅被另

9、外一个职工直接领导这是一对多的联系这是一对多的联系v一对一联系 请举例职工职工领导领导1n单个实体型内部单个实体型内部1:n联系联系An Introduction to Database Systems单个实体型内的联系单个实体型内的联系实体型实体型1联系名联系名mn单个实体型内的单个实体型内的m:n联系联系v多对多联系请举例An Introduction to Database Systems属性的表示方式属性的表示方式 实体的属性用椭圆框表示，框内写上属性名，并用连线连到相应实体。也可以直接将属性名写在实体旁边。仓库仓库号城市面积仓库仓库号城 市面 积An Introduction to

10、Database Systems 联系本身也有属性，联系是通过相关联的实体的有关属性体现出来的。联系的属性联系的属性仓库职工工作仓库号城 市面 积职工号工 资仓库号职工号1nAn Introduction to Database Systems一个实例一个实例用E-R图表示某个工厂物资管理的概念模型v 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 An Introduction to Database Systems一个实例一个实例v实体之间的联系如下：

11、(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An Introduction to Database Systems一个实例一个实例An Introduction to Database Systemsv概念数据模型中的基本联系概念数据模型中的基本联系v理解和转换多对多联系理解

12、和转换多对多联系v连接陷阱连接陷阱v概念数据模型概念数据模型实例研究实例研究v扩展扩展Bachman图图An Introduction to Database Systems 实体之间的联系类型并不取决于实体本身，而是取决于现实世界的管理方法，或者说取决于语义，即同样两个实体，如果有不同的语义则可以得到不同的联系类型。An Introduction to Database Systems以仓库和器件两个实体之间的关联为例：以仓库和器件两个实体之间的关联为例：v 如果规定一个仓库只能存放一种器件，并且一种器件只能存放在一个仓库，这时仓库和器件之间的联系是一对一的；v 如果规定一个仓库可以存放多种

13、器件，但是一种器件只能存放在一个仓库，这时仓库和器件之间的联系是一对多的；v 如果规定一个仓库可以存放多种器件，同时一种器件可以存放在多个仓库，这时仓库和器件之间的联系是多对多的。An Introduction to Database Systems为什么要讨论实体之间的联系？为什么要讨论实体之间的联系？仓库号城 市面 积WH1北京500WH2上海450WH3广州200WH4重庆300器件号器件名称P1显示卡P2声卡P3解压卡P4散热风扇An Introduction to Database Systems如果仓库和器件之间的联系是一对一的：如果仓库和器件之间的联系是一对一的：An Intro

14、duction to Database Systems如果仓库和器件之间的联系是一对多的：如果仓库和器件之间的联系是一对多的：An Introduction to Database Systems如果仓库和器件之间的联系是多对多的：如果仓库和器件之间的联系是多对多的：An Introduction to Database Systems 同样两个实体，如果赋予不同的语义则有不同的设计结果。也就是说我们在概念模型中讨论实体之间的联系类型直接影响着目标数据库的设计结果和设计质量。An Introduction to Database Systems 多对多联系是一类比较复杂的联系，一般数据库管理系

15、统并不直接支持这类联系，或者由于技术上的原因我们也不直接使用这类联系，我们总是把多对多联系转换为一对多联系。 An Introduction to Database Systems面积500450200300城市北京上海广州重庆仓库号WH1WH2WH3WH4120200180100140150180200100器件号器件名称显示卡声卡解压卡散热风扇P4P3P2P1多对多联系An Introduction to Database Systems 一个多对多的联系实际蕴涵了两个一对多的联系，仓库和器件之间的联系是多对多的，但是它们和“联系”库存之间的联系都是一对多的。多对多联系蕴涵一对多联系An

16、Introduction to Database Systems多对多联系转换为一对多联系仓库号城 市面 积仓 库器 件库 存W-IP-I 器件号器件名称仓库号器件号数 量11mn仓库号城 市面 积仓库号器件号数 量器 件仓 库库 存mn器件号器件名称An Introduction to Database Systems 所谓连接陷阱就是误认为不存在联系的两个实体间存在联系，从而通过这种“联系”获取错误的信息。An Introduction to Database Systems器件号订单号数量供应商号器件号器件名称供应商号地点供应商名供应商器件订货1: n1: m查询P4器件都是有哪些供应商

17、供应的。An Introduction to Database Systems器件号器件名称仓库号器件号数 量器件号数量订单号供应商号订货器件库存1:m1:n查询WH1仓库P4器件的订货数量是多少？An Introduction to Database SystemsAn Introduction to Database Systems与库存业务有关的实体与库存业务有关的实体库存业务？An Introduction to Database Systems库存业务的管理模式语义：库存业务的管理模式语义：v在一个仓库可以存放多种器件，一种器件也可以存放在多个仓库中；v一个仓库有多个职工，而一个职工

18、只能在一个仓库工作；v一个职工可以保管一个仓库中的多种器件，由于一种器件可以存放在多个仓库中，当然可以由多名职工保管。An Introduction to Database Systems以上语义说明了：以上语义说明了：v在仓库和器件之间存在一个多对多的联系库存；v在仓库和职工之间存在一个一对多的联系工作；v在职工和器件之间存在一个多对多的联系保管。An Introduction to Database Systems为此有库存业务的局部为此有库存业务的局部E-RE-R图图An Introduction to Database Systems与订购业务有关的实体与订购业务有关的实体订购业务？A

19、n Introduction to Database Systems订购业务管理模式语义：订购业务管理模式语义：v一名职工可以经手多张订购单，但一张订购单只能由一名职工经手；v一个供应商可以接受多张订购单，但一张订购单只能发给一个供应商；v一个供应商可以供应多种器件，每种器件也可以由多个供应商供应；v一张订购单可以订购多种器件，对每种器件的订购也可以出现在多张订购单上。An Introduction to Database Systems以上语义说明了：以上语义说明了：v在职工和订购单之间存在一个一对多的联系发出订购单；v在供应商和订购单之间存在一个一对多的联系接收订购单；v在供应商和器件之间

20、存在一个多对多的联系供应；v在订购单和器件之间存在一个多对多的联系订购。An Introduction to Database Systems为此有订购业务的局部为此有订购业务的局部E-RE-R图图An Introduction to Database Systems库存库存订购业务整体订购业务整体E-RE-R图图An Introduction to Database Systems其中有其中有5 5个实体和个实体和7 7个联系，如下表：个联系，如下表：实体或联系实体或联系特征特征（属性）（属性）仓库仓库号、城市、面积职工职工号、工资工作仓库号、职工号库存仓库号、器件号、数量器件器件号、器件名

21、称保管职工号、器件号供应供应商号、器件号供 应 商供应商号、供应商名、地点订购订购单号、行号、器件号、数量订 购 单订购单号、订购日期接受订单供应商号、订购单号发出订单职工号、订购单号An Introduction to Database Systems 完成完成“ “ WH1WH1仓库仓库P1P1器件的订货数量是多少器件的订货数量是多少 ” ”的查询步骤：的查询步骤：v 确定在WH1仓库工作的职工的职工号（职工文件），设为Eno；v 根据Eno查询该职工所经手的订购单号（订购单文件），设为Ono；v 根据Ono查询所订购的器件号及数量（订购项目文件）；v 查询完一张订购单后再接着查询同一职工

22、经手的另一张订购单；v 一名职工经手的订购单查询完后，再查询同一仓库另一职工所经手的订购单。An Introduction to Database Systems完成相应查询的语句完成相应查询的语句SELECT SUM(数量) FROM 订购WHERE 器件号=”P1” AND 订购单号 IN (SELECT 订购单号FROM 订购单 WHERE 职工号IN (SELECT 职工号FROM 职工 WHERE 仓库号=”WH1”)An Introduction to Database Systems 扩展Bachman图是与E-R图类似的信息结构和概念模型描述工具，它的要点是： 用矩形框表示实体

23、或文件，实体名写在矩形框的右下方； 字段名写在矩形框内，关键字标以下划线，辅助关键字标以虚下划线； 用箭头线表示联系并连接相关实体，箭头线始于父文件的连接字段（关键字），终于子文件的连接字段（外部关键字），联系类型标在箭头线旁。An Introduction to Database Systems库存和订货业务的完整扩展Bachman图An Introduction to Database Systems姓名职称姓名职称姓名职称姓名职称姓名职称姓名职称姓名职称姓名职称123456789 abcdef323 sdsd2335232222222222223333333 sddas333333333

24、333333666555444444333123456789 abcdef323 sdsd2335232222222222223333333 sddas333333333333333666555444444333An Introduction to Database Systems层次模型层次模型v 层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型 v 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v 层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系 An Introduction to Database Systems一、一、

25、 层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构v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根以外的其它结点有且只有一个双亲结点v层次模型中的几个术语 根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点An Introduction to Database Systems层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续) 1 根结点根结点 2 兄弟结点兄弟结点 3 叶结点叶结

26、点 4 兄弟结点兄弟结点 5 叶结点叶结点 叶结点叶结点图图1.16 一个层次模型的示例一个层次模型的示例An Introduction to Database Systems层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续)v层次模型的特点： 结点的双亲是唯一的结点的双亲是唯一的 只能直接处理一对多的实体联系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没有一个子女记

27、录值能够脱离双亲记录值而独立存在An Introduction to Database Systems层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续)图1.17 教员学生层次数据库模型 根结点根结点记录型系的子女结点记录型系的子女结点记录型教员的双亲结点记录型教员的双亲结点叶结点叶结点叶结点叶结点字段字段An Introduction to Database Systems层次数据模型的数据结构层次数据模型的数据结构(续续)图1.18 教员学生层次数据库的一个值 An Introduction to Database Systems二、多对多联系在层次模型中的表示二、多对多联系在层次模型中

28、的表示v多对多联系在层次模型中的表示 用层次模型用层次模型间接间接表示多对多联系表示多对多联系 方法方法将多对多联系将多对多联系分解分解成一对多联系成一对多联系 分解方法分解方法 冗余结点法冗余结点法 虚拟结点法虚拟结点法An Introduction to Database Systems层次型不能表示多对多的联系层次型不能表示多对多的联系 把有两个父结点的非层次结构转换成两个层次型An Introduction to Database Systems网络数据模型网络数据模型v网状数据库系统采用网状数据库系统采用网络数据模型网络数据模型作为数据的组织方作为数据的组织方式式 v典型代表是典型代

29、表是DBTG系统：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v实际系统实际系统 Cullinet Software Inc.公司的 IDMS Univac公司的 DMS1100 Honeywell公司的IDS/2 HP公司的IMAGEAn Introduction to Database Systems1.网状数据模型的数据结构网状数据模型的数据结构v网状模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合：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；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一个

30、结点可以有多于一个的双亲。An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）v 表示方法(与层次数据模型相同)实体型实体型：用记录类型描述：用记录类型描述 每个结点表示一个记录类型（实体）每个结点表示一个记录类型（实体）属性属性：用字段描述：用字段描述 每个记录类型可包含若干个字段每个记录类型可包含若干个字段联系联系：用结点之间的连线表示记录类：用结点之间的连线表示记录类型型（实体）之（实体）之 间的间的一对多的父子联系一对多的父子联系An Introduction to Database Systems网状数据模型的

31、数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）v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与与R3之间的之间的联系联系L1R2与与R3之间的之间的联系联系L2 An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）网状模型的例子 An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）多对多联系在网状模型中的表示 用网状模型用网状模型间接间接表示多对多联系表示多对多联系 方法：方法： 将多对多联

32、系将多对多联系直接直接分解成一对多联系分解成一对多联系An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）例如：一个学生可以选修若干门课程，某一课程可以被多个学生选修，学生与课程之间是多对多联系 n引进一个学生选课的联结记录，由3个数据项组成学号课程号成绩表示某个学生选修某一门课程及其成绩 An Introduction to Database Systems网状数据模型的数据结构（续）网状数据模型的数据结构（续）图1.24 学生/选课/课程的网状数据模型 An Introduction to Database Syst

33、emsCODASYL用用系系描述联系描述联系v 系：命名了的联系，描述一对多联系的工具。v 系由一个父记录型和一个或多个子记录型构成。v 系是一个二级树。An Introduction to Database Systems关系数据模型关系数据模型 用关系（表格数据）表示实体和实体之间联系的模型称为关系数据模型。An Introduction to Database Systems关系数据模型关系数据模型v 关系数据库系统采用关系数据模型作为数据的组织方式 v 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 v 计算机厂商新推出的数据库管理

34、系统几乎都支持关系模型 An Introduction to Database Systems一、关系数据模型的数据结构一、关系数据模型的数据结构 v 在在用户观点用户观点下，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。列组成。学生登记表学生登记表属性属性元组元组An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续） 关系（关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表 元组（元组（Tuple）表中的一行即为一个元组 属性（属性（Attribute） 表中的一

35、列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）例1学生、系、系与学生之间的一对多联系：学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）系系 (系号，系名，办公地点系号，系名，办公地点)例2系、系主任、系与系主任间的一对一联系An Introduction to Database Systems关系数据模型的数据结构（续）关系数据模型的数据结构（续）例3学生、课程、学生与课程之间的多对多联系： 学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）

36、学生（学号，姓名，年龄，性别，系号，年级）课程（课程号，课程名，学分）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）选修（学号，课程号，成绩）An Introduction to Database Systems关系实例关系实例An Introduction to Database Systems关系数据库管理系统关系数据库管理系统vSybasevOraclevDB2vMS SQL ServervFoxProvAccessvAn Introduction to Database SystemsAn Introduction to Database Systems数据库的三层模式结构数据

37、库的三层模式结构An Introduction to Database Systems存储、概念和外部模式存储、概念和外部模式v定义存储模型的模式叫做存储模式；v定义概念模型的模式叫概念模式，或简称模式；v定义外部模型的模式叫外部模式，又称做子模式。An Introduction to Database Systems各级模式之间的关系各级模式之间的关系An Introduction to Database SystemsAn Introduction to Database Systems存储数据库示例存储数据库示例An Introduction to Database SystemsSTO

38、RAGE SCHEMA FOR STORAGE-ACCOUNTING DATABASE.STORAGE FILE SECTION.STORAGE FILE ACC-RECEIV ABLE, HASH FILEUSING HASHING ROUTINE HASHXDATA FIELDS.ACC-NUMB PIC X(4), PRIMARY KEY FIELDCRED-LIM PIC 5(9)BALANCE PIC 5(9)v99POINTER FIELDS.NR-POINTER PIC X(4), FOR SINGLE LINKED LISTUSING NEXT ACC-NUMBV ALUE I

39、N ASCENDING ORDERSTORAGE FILE ORDER, INDEXED-SEQUENTIAL FILEDATA FIELDS.ACC-NUMB PIC X(4), SECONDARY KEY,POINTER TO PARENTACC-RECEIV ABLE RECORD.ORDER-NUMB PIC X(3), PRIMARY KEY FIELD.PART-TYPE-NUMB PIC(2).QUANTITY PIC 3(9)POINTER FIELDS.NC-POINTER PIC X(3), POINTER TO NEXT CHILD,FOR SECONDARY KEY A

40、CC-NUMB USINGORDER-NUMB V ALUE AND MULTIPLELINKED LIST INDEX CHILD-INDEX.INDEX SECTION.INDEX CHILD-INDEX, MULTIPLE LINKED LIST INDEX FORSECONDARY KEY ACC-NUMB IN ORDER FILE.FIELDS.ACC-NUMB FROM ORDER FILE, PRIMARY KEY.ORDER-NUMB FROM ORDER FILE, POINTER TO FIRST CHILD.An Introduction to Database Sys

41、tems概念数据库概念数据库An Introduction to Database SystemsCONCEPTUAL SCHEMA FOR CONCEPTUAL-ACCOUNTING DATABASSE.CONCEPTUAL FILE SECTION.CONCEPTUAL FILE ACC-RECEIVABLE.ACC-NUMB, ALPHANUMERIC 4, PRIMARY KEY.CRED-LIM, NUMERIC 5.BALANCE, NUMERIC 7.CONCEPTUAL FILE ORDER.ACC-NUM, ALPHANUMERIC 4, SECONDARY KEY.ORDER-NUMB, ALPHANUMERIC 3, PRIMARY KEY.PART-TYPE-NUMB, ALPHANUMERIC 2.QUANTITY, NUMERIC 3.R