第一章绪论数据库原理

1、An Introduction to Database Systems数据库原理与应用数据库原理与应用 信息与计算机工程学院信息与计算机工程学院An Introduction to Database Systems教材及参考书（教材及参考书（1 1） 教材教材 萨师煊，王珊：数据库系统概论萨师煊，王珊：数据库系统概论(第四版第四版) 高等教育出版社，高等教育出版社，2006.5 An Introduction to Database Systems教材及参考书教材及参考书(2)(2) 参考书参考书 数据库系统概念数据库系统概念 （NO.4 版）版） 机械出版社机械出版社, 2003.03 数据

2、库管理系统（数据库管理系统（ NO.3 版）版） 机械出版社，机械出版社，2006.08 上机软件上机软件 Oracle 10gAn Introduction to Database Systems教学安排教学安排 讲课 本课程需要56学时的理论学时，周4学时，共15周 实验 8学时实验，学习数据库标准语言SQL的使用。 上交实验报告 考试 闭卷考试An Introduction to Database Systems考试成绩考试成绩v平时成绩 （书面作业、上机练习）v期末考试课程简介课程简介v本课程是介绍数据库设计与数据库管理系统基本理论的一门计算机专业基础课。v课程主要介绍数据库的设计和应

3、用、数据库的底层存储、数据库管理系统的核心技术和数据库研究的扩展等。v课程共有11章，每一章都从最基本的概念讲起，然后逐步往下深入。 An Introduction to Database Systems内容安排内容安排(1) 基础篇 第一章 绪论 第二章 关系数据库 第三章 关系数据库标准语言SQL 第四章 数据库安全性 第五章 数据库完整性 设计与应用开发篇 第六章 关系数据理论数据库设计 第七章 数据库设计 第八章 数据库编程An Introduction to Database Systems内容安排内容安排(2) 系统篇 第九章 关系查询处理和查询优化 第十章 数据库恢复技术 第十一

4、章 并发控制什么是数据库什么是数据库v数据库管理系统（DBMS）：是由一个相互关联的数据的集合和一组用于访问这些数据的程序组成，这个数据的集合我们通常就称为数据库。vDB DBMS DBS？什么是数据库系统什么是数据库系统v口语中常说的“数据库系统”在大多情况下指的都是DBMS。但严格的说来，数据库系统-DBS是指在计算机中引入了数据库之后的系统，一般由DB、DBMS（及开发工具）、应用系统、数据库管理员（DBA）和用户构成。vDBS=DB+DBMS+APPLICATION+DBA+USERDBMS所涉及的问题所涉及的问题v设计数据库管理系统的目的是为了管理大量、复杂的数据，对数据的管理既涉及

5、到数据存储结构的定义，又涉及到数据操作机制的提供。另外，DBMS还必须保证所存储的数据的安全性、完整性，如果数据被多个用户共享，那么系统还必须设法避免可能产生的异常结果，这就是并发控制。运行过程中发生故障能够处理，即数据库恢复。学习目标学习目标v能够在商用的数据管理系统之上完成实际应用的数据库的设计。v了解数据库底层的数据存储及索引的细节。v掌握数据库管理系统的核心技术、查询处理和事物管理、并发控制和故障恢复等。v宏观上把握DBMS体系结构，了解国际上DB技术的前沿研究课题。An Introduction to Database Systems数据库系统概论数据库系统概论An Introduc

6、tion to Database Systems第一章第一章 绪论绪论An Introduction to Database Systems第一章第一章 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 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结An Introduction to Database Systems数据库的地位数据库的地位v数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支。v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。An Introduction

7、to Database Systems第一章第一章 绪论绪论1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 An Introduction to Database Systems1.1.1 四个基本概念四个基本概念v数据(Data)v数据库(Database)v数据库管理系统(DBMS)v数据库系统(DBS)An Introduction to Database Systems一、数据一、数据v 数据(Data)是数据库中存储的基本对象v 数据的定义 描述事物

8、的符号记录v 数据的种类 文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等v 数据的特点 数据与其语义是不可分的An Introduction to Database Systems数据举例数据举例v 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 93是一个数据语义1：学生某门课的成绩语义2：某人的体重语义3：计算机系2003级学生人数语义4：请同学给出。An Introduction to Database Systems数据举例数据举例v学生档案中的学生记录（李明，男，197205，江苏南京市，计算机系，1990） 语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、

9、 入学时间 解释：李明是个大学生，1972年5月出生，江苏南京市人，1990年考入计算机系请给出另一个解释和语义An Introduction to Database Systems二、数据库二、数据库v数据库的定义 数据库数据库(Database,简称简称DB)是是长期储存长期储存在计算机内、在计算机内、有有组织组织的、的、可共享可共享的的大量大量数据的集合。数据的集合。v数据库的基本特征 数据按一定的数据模型组织、描述和储存数据按一定的数据模型组织、描述和储存 可为各种用户共享可为各种用户共享 冗余度较小冗余度较小 数据独立性较高数据独立性较高 易扩展易扩展An Introduction

10、to Database Systems三、数据库管理系统三、数据库管理系统v 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 。 由一个相互关联的数据的集合和一组用于访问这些数据的程序组成。v DBMS的用途 科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据An Introduction to Database SystemsDBMS的主要功能的主要功能 数据定义功能数据定义功能 提供数据定义语言(DDL) 定义数据库中的数据对象 数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理 分类组织、存储和管理各种数据 确定组织数据的文件结构和存取方式 实现数据之间的

11、联系 提供多种存取方法提高存取效率An Introduction to Database SystemsDBMS的主要功能的主要功能 数据操纵功能数据操纵功能 提供数据操纵语言(DML) 实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改) 数据库的事务管理和运行管理数据库的事务管理和运行管理 数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复An Introduction to Database SystemsDBMS的主要功能的主要功能 数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能(实用程序实用程序) 数据库初始数据装载转换

12、 数据库转储 介质故障恢复 数据库的重组织 性能监视分析等 其它功能其它功能 DBMS与网络中其它软件系统的通信 两个DBMS系统的数据转换 异构数据库之间的互访和互操作An Introduction to Database Systems四、数据库系统四、数据库系统v什么是数据库系统（Database System，简称，简称DBS） 在计算机系统中引入数据库后的系统构成在计算机系统中引入数据库后的系统构成v数据库系统的构成 数据库数据库 数据库管理系统（及其开发工具）数据库管理系统（及其开发工具） 应用系统应用系统 数据库管理员数据库管理员 An Introduction to Datab

13、ase Systems 数据库数据库 应用系统应用系统应用开发工具 操作系统 数据库管理系数据库管理系统统 数据库管理员数据库管理员用户用户用户 数据库系统数据库系统An Introduction to Database Systems1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 An Introduction to Database Systems数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展v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

14、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处理的中心问题v数据管理技术的发展过程 人工管理阶段人工管理阶段(20世纪世纪40年代中年代中-50年代中年代中) 文件系统阶段文件系统阶段(20世纪世纪50年代末年代末-60年代中年代中) 数据库系统阶段数据库系统阶段(20世纪世纪60年代末年代末-现在现在)An Introduction to Database Systems数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展(续续)v数据管理技术的发展动力 应用需求的推动应用需求的推动 计算机硬件的发展计算机硬件的发展 计算机软件的发展计算机软件的发展An Introduc

15、tion to Database Systems一、人工管理阶段一、人工管理阶段v时期 20世纪40年代中-50年代中v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v主要是指50年代中期以前的这段时间，此时的计算机还很简陋，连完整的操作系统都没有。因此，数据只能放在卡片上或其他介质上，由人来手工管理。 An Introduction to Database Systems人工管理阶段人工管理阶段(续续)v特点 数据的管理者：用户（程序员），数据不保存 数据面向的对象：某一应用程序 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

16、赖于程序 数据的结构化：无结构 数据控制能力：应用程序自己控制An Introduction to Database Systems应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(人工管理阶段人工管理阶段) 应用程序应用程序1数据集数据集1应用程序应用程序2数据集数据集2应用程序应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 An Introduction to Database Systems二、文件系统阶段二、文件系统阶段v时期 20世纪50年代末-60年代中v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v主要

17、是指50年代后期到60年代中期的这段时间，此时的计算机已经有了操作系统。在操作系统基础之上建立的文件系统已经成熟并广泛应用。因此，人们自然想到用文件把大量的数据存储在磁盘这种介质上，以实现对数据的永久保存和自动管理以及维护；An Introduction to Database Systems文件系统阶段文件系统阶段(续续)v特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大（数据部分相同，各自建立文件）数据的结构化：记录内有结构，整体无结构。数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须 修改应用程序。完整性问题完整性问题 原子性问题原

18、子性问题 并发访问异常并发访问异常 安全性问题安全性问题 An Introduction to Database Systems应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(文件系统阶段文件系统阶段)应用程序应用程序文件文件应用程序应用程序文件文件2应用程序应用程序文件文件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 An Introduction to Database Systems文件系统中数据的结构文件系统中数据的结构v 记录内有结构。v 数据的结构是靠程序定义和解释的。v 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。可以间接实现数

19、据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了。v 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间的联系。v 数据的最小存取单位是记录。An Introduction to Database Systems三、数据库系统阶段三、数据库系统阶段v时期 20世纪60年代末以来v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v主要是指60年代后期以后，由于数据库管理系统的诞生，通过数据库管理系统管理大量的数据

20、，不仅解决了数据的永久保存，而且真正实现了数据的方便查询和一致性维护问题，并且能严格保证数据的安全。v大型系统有全国民航售票系统、银行前台业务处理系统、各种服务行业的客户管理系统等。 An Introduction to Database Systems1.1 数据库系统概述数据库系统概述 1.1.1 四个基本概念四个基本概念 1.1.2 数据管理技术的产生和发展数据管理技术的产生和发展 1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点 An Introduction to Database Systems1.1.3 数据库系统的特点数据库系统的特点v数据结构化v数据的共享性高，冗余度低，易扩充v

21、数据独立性高v数据由DBMS统一管理和控制An Introduction to Database Systems数据结构化数据结构化v整体数据的结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 v整体结构化 不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织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，数据之间具有联系不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系v数据库中实现的是数据的真正结构化 数据的结构用数据的结构用数据模型数据模型描述，无需程序定义和解释描述，无需程序定义和解释 数据可以数据可以变长变长 数据的最小存取单位是数据的最小存取单位是数据项数据项An In

22、troduction to Database Systems数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据的共享性高，冗余度低，易扩充v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。v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An Introduction to Database Systems数据独立性高数据独立性高v 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，应用程序不用改变存储改变了，应用

23、程序不用改变。物理数据独立性是指修改数据库的物理模式而不必重写应用程序的能力。这是因物理数据独立性是指修改数据库的物理模式而不必重写应用程序的能力。这是因为，为了提高系统的性能，偶尔会在数据库的物理层做一些修改；为，为了提高系统的性能，偶尔会在数据库的物理层做一些修改； v 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，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用户程序也可以不变。逻辑数据独立性是指修改数据库的逻辑模式而不必重写应用程序的能力。逻辑数据独立性是指修改数据库的逻辑模式而不必重写应用程序的能力。 v 数

24、据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的An Introduction to Database Systems数据由数据由DBMS统一管理和控制统一管理和控制v 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。An Introduct

25、ion to Database Systems应用程序与数据的对应关系应用程序与数据的对应关系(数据库系统数据库系统)DBMS应用程序应用程序1应用程序应用程序2数据库数据库数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系 An Introduction to Database Systems第一章第一章 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 数据库系统结构数据库系统结构1.4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 小结小结An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型

26、 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 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 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems数据模型数据模型v 在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。v 通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。v 数据模型应满足三方面要求 能比较能比较真实真实地模拟现实世界地模拟现实世界 容易容易为人所为人所理解理解 便于在计算机上便于在计算机上实现实现An Introduc

27、tion to Database Systems 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型v 针对不同的使用对象和应用目的，采用不同的数据模型。v 数据模型分为两类（模型应用的不同目的）(1) 概念模型概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。据和信息建模，用于数据库设计。 (2) 逻辑模型和物理模型逻辑模型和物理模型 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，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，用于按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现实现

28、。 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结构和存取方法。存取方法，在磁盘或磁带上的存储结构和存取方法。 例如一个数据库中的数据和索引是存放在不同的数据段上还是例如一个数据库中的数据和索引是存放在不同的数据段上还是相同的数据段上；数据的物理记录格式是变长的还是定长的；相同的数据段上；数据的物理记录格式是变长的还是定长的；数据是压缩的还是非压缩的；索引结构是数据是压缩的还是非压缩的；索引结构是B+树还是树还是HASH结结构等。它不但由构等。它不但由DBMS的设计决定，而且与操作系统、计

29、算机的设计决定，而且与操作系统、计算机硬件密切相关。硬件密切相关。An Introduction to Database Systems两大类数据模型两大类数据模型 (续续)v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；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把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。An Introduction to Database Systems两大类数据模型两大类数据模型 (续续)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观对象的抽象过程现实

30、世界中客观对象的抽象过程现实世现实世界界现实世界现实世界 概念模型概念模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成逻辑模型逻辑模型 物理模型物理模型由由DBMS完成完成概念模型概念模型 逻辑模型逻辑模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 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 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Int

31、roduction to Database Systems 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素v数据结构 v数据操作 v完整性约束条件An Introduction to Database Systems 一、一、 数据结构数据结构v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。 人们通常按数据结构的类型来命名数据模型。 （层次模型、网状模型、关系模型）An Introduction to Database Systems 二、数据操作二、数据操作 v数据操作 对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的 操作操作的集合及有关的操作规则操作规则。v数据操作的类型 查

32、询 更新(包括插入、删除、修改)An Introduction to Database Systems三、数据的完整性约束条件三、数据的完整性约束条件 v数据的完整性约束条件 一组完整性规则的集合。 是给定的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。An Introduction to Database Systems 数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件(续续)v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

33、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。An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 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 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems1.2.3 概念模型概念模型v 概念模型的用途 概念模型用于信息世界的建模概念

34、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数据库设计人员和用户之间进行交流的语言v 对概念模型的基本要求 能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识 简单、清晰、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解v 可以用实体可以用实体-联系图来表示概念模型联系图来表示概念模型An Introduction to Database Systems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（Entity） 客观存在并可相

35、互区别的事物称为实体。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、物或抽象的概念可以是具体的人、事、物或抽象的概念。（人、银行账户）（人、银行账户）(2) 属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。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。一个实体可以由若干个属性来刻画。（实体通过属性集合描述）（某个账户）（实体通过属性集合描述）（某个账户）(3) 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。唯一标识实体的属性集称为码。An Introduction to Database Systems信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念(续续)(4) 域（

36、Domain） 属性的取值范围称为该属性的域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体型(6) 实体集（Entity Set） 同一类型实体的集合称为实体集同一类型实体的集合称为实体集An Introduction to Database Systems信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念(续续)(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

37、之间的联系。中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。 实体内部实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系 实体之间实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系的联系通常是指不同实体集之间的联系An Introduction to Database Systems二、两个实体型之间的联系二、两个实体型之间的联系实体型实体型A联系名联系名实体型实体型B111:1联系联系实体型实体型A联系名联系名1n1:n联系联系实体型实体型A实体型实体型B联系名联系名mnm:n联系联系实体型实体型B用图形来表示两个实体型之间的这三类联系用图形来表示两个实体型之间的这三类

38、联系 An Introduction to Database Systems二、两个实体型之间的联系（续）二、两个实体型之间的联系（续） v一对一联系（1:1） 实例一个班级只有一个正班长一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职一个班长只在一个班中任职 定义：定义： 如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实中的每一个实体，实体集体集B中至多有一个（也可以没有）实体中至多有一个（也可以没有）实体与之联系，反之亦然，与之联系，反之亦然，则称实体集则称实体集A与实与实体集体集B具有一对一联系，具有一对一联系，记为记为1:1 班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系An In

39、troduction to Database Systems两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系 (续续)v一对多联系（1：n） 实例一个班级中有若干名学生，一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习每个学生只在一个班级中学习 定义：如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中中有有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，对于实体）与之联系，反之，对于实体集集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中至多只有一个中至多只有一个实体与之联系，则称实体与之联系，则称实体集实体集A与实体集与实体集B有一对有一对多联系，记为多联系，记为1:n班级班

40、级组成组成学生学生1n1:n联系联系An Introduction to Database Systems两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系 (续续)v多对多联系（m:n） 实例课程与学生之间的联系：课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程一个学生可以同时选修多门课程 定义：如果对于实体集如果对于实体集A中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集B中中有有n个实体（个实体（n0）与之联系，反之，对于实）与之联系，反之，对于实体集体集B中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集A中也有中也有m个实个实体（体（m0）与之联

41、系，则称实体集）与之联系，则称实体集A与实体与实体B具有多对多联系，记为具有多对多联系，记为m:n课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系An Introduction to Database Systems三、两个以上实体型之间的联系三、两个以上实体型之间的联系v两个以上实体型之间一对多联系 若实体集若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实体，）中的给定实体，最多只和最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说中的一个实体相联系，则我们说Ei与与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对多的之

42、间的联系是一对多的An Introduction to Database Systems两个以上实体型之间的联系两个以上实体型之间的联系(续续)v实例 课程、教师与参考书三个实体型课程、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，一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，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每一本参考书只供一门课程使用课程课程讲授讲授教师教师1m两个以上实体型间两个以上实体型间1:n联系联系参考书参考书nAn Introduction to Database Systems两个以上实体型之间的联系两个以

43、上实体型之间的联系(续续)v 多个实体型间的一对一联系v 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每种零件可由不同供应商供给供应商供应商供应供应项目项目mp两个以上实体型间两个以上实体型间m:n联系联系零件零件nAn Introduction to Database Systems四、单个实体型内的联系四、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

44、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An Introduction to Database Systems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实体联系方

45、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An Introduction to Database SystemsE-R图图v实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。v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学生学生教师教师学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名An Introduction to Database SystemsE-R图图(续续)v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别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型

46、（的类型（1:1、1:n或或m:n） An Introduction to Database Systems联系的属性联系的属性课程课程选修选修学生学生mn成绩成绩v联系的属性：联系本身也是一种实体型，也联系本身也是一种实体型，也 可以有属性。如果一个联系具可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来向边与该联系连接起来 An Introduction to Database Systems六、一个实例六、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

47、：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： (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 Introdu

48、ction to Database Systems一个实例一个实例说明说明v在实际问题当中，实体之间的是何种联系要依赖现实世界情况。如果银行规定，一笔贷款只能属于一个客户，而一个客户可以有多笔贷款，那么customer到loan的联系集就是一对多的。如果银行规定一笔贷款可以属于多个客户(贷款可以被多个商业伙伴或一对夫妻共有)，那么此联系集就是多对多的。 An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 1.2.3 概念模型概念模型 1.2.4 最常用的数据

49、模型最常用的数据模型 1.2.5 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems 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 层次模型层次模型(Hierarchical Model) 网状模型网状模型(Network Model)v关系模型(Relational Model) v面向对象模型(Object Oriented Model）v对象关系模型(Object Relational Model)An Introduction to Database Systems1.2.5 层

50、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、 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

51、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

52、 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

53、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 Sys

54、tems三、层次模型的数据操纵与完整性约束三、层次模型的数据操纵与完整性约束 v层次模型的数据操纵层次模型的数据操纵 查询 插入 删除 更新 An Introduction to Database Systems层次模型的数据操纵与完整性约束（续）层次模型的数据操纵与完整性约束（续）v层次模型的完整性约束条件层次模型的完整性约束条件 无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值 如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除 更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性An Introduction to Database Systems四、层次数据模型的存储结构四、层次数据模型的存储结构

55、v邻接法按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次邻接存按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依次邻接存放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序An Introduction to Database Systems层次数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）图图1.20 层次数据库及其实例层次数据库及其实例 A1A2C8C6C4B6C9C2B4C14C7C5C3B1A1图图1.21 邻接法邻接法 按邻接法存放图按邻接法存放图1.20（b）中以根记录中以根记录A1为首的层次为首的层次记录实例集记录实例集按邻接法存放图1.20（b）中以根记录A1

56、为首的层次记录实例集 An Introduction to Database Systems层次数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）v链接法 用指引来反映数据之间的层次联系用指引来反映数据之间的层次联系 子女兄弟链接法子女兄弟链接法 层次序列链接法层次序列链接法An Introduction to Database Systems层次数据模型的存储结构（续）层次数据模型的存储结构（续）n 子女子女-兄弟链接法兄弟链接法每个记录设两类指针，分别指向最左边的子女（每个记录型对应一个）和最近的兄弟An Introduction to Database Systems层次数据模型的存储

57、结构（续）层次数据模型的存储结构（续）v层次序列链接法层次序列链接法按树的前序穿越顺序链接各记录值An Introduction to Database Systems五、层次模型的优缺点五、层次模型的优缺点v优点 层次模型的数据结构比较简单清晰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层次数据模型提供了良好的完整性支持v缺点 多对多联系表示不自然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对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂复杂 查询子女结点必须

58、通过双亲结点查询子女结点必须通过双亲结点 由于结构严密，层次命令趋于程序化由于结构严密，层次命令趋于程序化 An Introduction to Database Systems 1.2 数据模型数据模型 1.2.1 两大类数据模型两大类数据模型 1.2.2 数据模型的组成要素数据模型的组成要素 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 层次模型层次模型 1.2.6 网状模型网状模型 1.2.7 关系模型关系模型An Introduction to Database Systems1.2.6 网状模型网状模型v网状数据库系统采用网状数据库系统采用网

59、状模型网状模型作为数据的组织方式作为数据的组织方式 v典型代表是典型代表是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

60、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 Intr