第四章 数据库技术

1、大学计算机基础大学计算机基础第四章第四章 数据库技术数据库技术主讲：乔志会主讲：乔志会数据库技术数据库技术Page 2数据库系统概述数据模型关系数据库Access数据库应用数据库技术数据库技术数据库技术数据库技术Page 31.数据库系统概述数据库系统概述n 数据、信息与数据处理数据、信息与数据处理n 数据管理技术的发展数据管理技术的发展n 数据库系统数据库系统数据库技术数据库技术Page 41.数据库系统概述数据库系统概述n 数据、信息与数据处理数据、信息与数据处理 （1）数据）数据 数据数据（data）是对客观事物的符号表示，是用于表示客观事物的未经）是对客观事物的符号表示，是用于表示客观

2、事物的未经加工的原始素材，如图形符号、数字、字母等。或者说，数据是通过加工的原始素材，如图形符号、数字、字母等。或者说，数据是通过物理观察得来的事实和概念，是关于现实世界中的地点、事件、其他物理观察得来的事实和概念，是关于现实世界中的地点、事件、其他对象或概念的描述。对象或概念的描述。 在计算机科学中，数据是指所有能输入到计算机并被计算机处理的符在计算机科学中，数据是指所有能输入到计算机并被计算机处理的符号的总称。数据的形式可以是多种多样的，不仅仅指数字、字母、文号的总称。数据的形式可以是多种多样的，不仅仅指数字、字母、文字和其他特殊字符组成的文本形式的数据，而且还包括图形、图像、字和其他特殊

3、字符组成的文本形式的数据，而且还包括图形、图像、动画、影像、声音等多媒体数据。动画、影像、声音等多媒体数据。 数据库技术数据库技术Page 51.数据库系统概述数据库系统概述n 数据、信息与数据处理数据、信息与数据处理 （2）信息）信息 信息信息是客观世界的正确反映，是对数据的解释。例如，是客观世界的正确反映，是对数据的解释。例如，50毫米是一个毫米是一个数据，数据，2009年年5月份降雨量是月份降雨量是50毫米就成了信息。信息是经过加工处毫米就成了信息。信息是经过加工处理后对管理决策和实现管理目标或任务具有参考价值的数据。理后对管理决策和实现管理目标或任务具有参考价值的数据。 信息与数据有着

4、密切的联系，也存在着明显的差异。数据和信息都是信息与数据有着密切的联系，也存在着明显的差异。数据和信息都是客观事物的反映，反映了人们对事物的认识。数据和信息具有相同的客观事物的反映，反映了人们对事物的认识。数据和信息具有相同的形式，都是物理符号。数据是信息的载体，信息则是数据加工的结果，形式，都是物理符号。数据是信息的载体，信息则是数据加工的结果，是数据的内涵。是数据的内涵。数据库技术数据库技术Page 61.数据库系统概述数据库系统概述n 数据、信息与数据处理数据、信息与数据处理 （3）数据处理）数据处理 数据处理数据处理是指对各种类型的数据进行收集、存储、分类、排序、计算是指对各种类型的数

5、据进行收集、存储、分类、排序、计算或加工、检索、传输等的一系列活动的总和，是将数据转换成信息的或加工、检索、传输等的一系列活动的总和，是将数据转换成信息的过程。数据处理通常也称为信息处理。数据处理的目的之一是通过对过程。数据处理通常也称为信息处理。数据处理的目的之一是通过对大量原始数据进行分析和处理，抽取或推导出对人们有价值、有意义大量原始数据进行分析和处理，抽取或推导出对人们有价值、有意义的信息，为行动和决策提供依据；目的之二是利用计算机科学地保存的信息，为行动和决策提供依据；目的之二是利用计算机科学地保存和管理大量复杂的数据，方便人们充分地利用信息资源。和管理大量复杂的数据，方便人们充分地

6、利用信息资源。数据库技术数据库技术Page 71.数据库系统概述数据库系统概述n 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 数据库管理技术数据库管理技术是指对数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护是指对数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护的技术。的技术。 随着计算机软、硬件以及数据处理技术的发展，从数据的存储结构和随着计算机软、硬件以及数据处理技术的发展，从数据的存储结构和处理方式的角度看，数据管理技术的发展先后经历了处理方式的角度看，数据管理技术的发展先后经历了三个阶段三个阶段： （1）人工管理阶段）人工管理阶段 （2）文件系统管理阶段）文件系统管理阶段 （3）数据库系统管理阶段）数据库系

7、统管理阶段数据库技术数据库技术Page 81.数据库系统概述数据库系统概述n 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 （1）人工管理阶段）人工管理阶段 这一阶段是指这一阶段是指20世纪世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算，年代中期以前，计算机主要用于科学计算，当时的计算机硬件状况是：外存只有磁带、卡片、纸带等，没有磁盘当时的计算机硬件状况是：外存只有磁带、卡片、纸带等，没有磁盘等直接存取的存储设备；软件状况是：没有操作系统，没有管理数据等直接存取的存储设备；软件状况是：没有操作系统，没有管理数据的软件，数据处理方式基本是批处理。这个时期数据管理的特点是：的软件，数据处理方式基本是批处理。

8、这个时期数据管理的特点是：数据不能长期保存、没有专门的软件对数据进行管理、数据不能共享、数据不能长期保存、没有专门的软件对数据进行管理、数据不能共享、数据不具有独立性。数据不具有独立性。 数据库技术数据库技术Page 91.数据库系统概述数据库系统概述n 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 （2）文件系统管理阶段）文件系统管理阶段 这一阶段从这一阶段从20世纪世纪50年代后期到年代后期到60年代中期，计算机硬件和软件都年代中期，计算机硬件和软件都有了一定的发展。计算机不仅用于科学计算，还大量用于管理。这时有了一定的发展。计算机不仅用于科学计算，还大量用于管理。这时硬件方面已经有了磁盘、磁鼓等

9、直接存取的存储设备。在软件方面出硬件方面已经有了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。在软件方面出现了操作系统和高级语言。操作系统中已经有了数据管理软件，一般现了操作系统和高级语言。操作系统中已经有了数据管理软件，一般称为文件管理系统。这种系统是把计算机中的有关数据按一定的规则称为文件管理系统。这种系统是把计算机中的有关数据按一定的规则组织成数据文件，然后存放到外存储设备上，系统可以按照文件的名组织成数据文件，然后存放到外存储设备上，系统可以按照文件的名称对其进行访问，但文件系统所管理的数据文件基本上是分散的、相称对其进行访问，但文件系统所管理的数据文件基本上是分散的、相互独立的。数据处理方式上不仅

10、有了文件批处理，而且能够联机实时互独立的。数据处理方式上不仅有了文件批处理，而且能够联机实时处理。这个时期数据管理的特点是：数据需要长期保留在外存上供反处理。这个时期数据管理的特点是：数据需要长期保留在外存上供反复使用、程序和数据之间有了一定的独立性、文件类型已经多样化复使用、程序和数据之间有了一定的独立性、文件类型已经多样化（有索引文件、链接文件、直接存取文件等类型的文件）、数据独立（有索引文件、链接文件、直接存取文件等类型的文件）、数据独立性依然差。性依然差。 数据库技术数据库技术Page 101.数据库系统概述数据库系统概述n 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 （3）数据库系统管理阶

11、段）数据库系统管理阶段 从从20世纪世纪60年代后期以来，计算机硬件和软件技术得到了飞速发展，年代后期以来，计算机硬件和软件技术得到了飞速发展，计算机用于管理的规模更为庞大，应用越来越广泛，数据量急剧增长，计算机用于管理的规模更为庞大，应用越来越广泛，数据量急剧增长，数据的共享要求越来越强。在硬件方面出现了内存大、运算速度快的数据的共享要求越来越强。在硬件方面出现了内存大、运算速度快的主机和大容量的磁盘。从软件技术来看，操作系统已经开始成熟，程主机和大容量的磁盘。从软件技术来看，操作系统已经开始成熟，程序设计语言的功能更加强大，操作和使用更加方便。这些硬件和软件序设计语言的功能更加强大，操作和

12、使用更加方便。这些硬件和软件技术的进步为数据库技术的发展提供了良好的物质基础。为了解决多技术的进步为数据库技术的发展提供了良好的物质基础。为了解决多用户、多应用共享数据，使数据为尽可能多的应用服务，文件系统已用户、多应用共享数据，使数据为尽可能多的应用服务，文件系统已不能满足应用需求，出现了统一管理数据的专门软件系统即数据库管不能满足应用需求，出现了统一管理数据的专门软件系统即数据库管理系统，它克服了文件管理方式下分散管理数据的弱点，对所有的数理系统，它克服了文件管理方式下分散管理数据的弱点，对所有的数据实行统一、集中的管理，使数据的存储独立于使用它的程序，从而据实行统一、集中的管理，使数据的

13、存储独立于使用它的程序，从而实现数据共享。实现数据共享。 数据库技术数据库技术Page 111.数据库系统概述数据库系统概述n 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 （3）数据库系统管理阶段）数据库系统管理阶段 数据库系统阶段具有以下的数据库系统阶段具有以下的特点特点： 数据结构化数据结构化 数据共享性高、冗余度小数据共享性高、冗余度小 数据独立性高数据独立性高 统一的数据管理和控制统一的数据管理和控制 数据库技术数据库技术Page 121.数据库系统概述数据库系统概述n 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 （3）数据库系统管理阶段）数据库系统管理阶段 数据库系统阶段具有以下的特点：数据库系

14、统阶段具有以下的特点： 数据结构化数据结构化 数据库系统的数据都是统一设计，并用规范的数据模型表示。数据模数据库系统的数据都是统一设计，并用规范的数据模型表示。数据模型不仅描述数据本身的特点，还描述数据之间的联系。数据不再面向型不仅描述数据本身的特点，还描述数据之间的联系。数据不再面向特定的一个或多个应用程序，而是面向整个应用系统。特定的一个或多个应用程序，而是面向整个应用系统。 数据共享性高、冗余度小数据共享性高、冗余度小 数据的冗余度是指数据重复的程度。数据库系统从整体角度描述数据，数据的冗余度是指数据重复的程度。数据库系统从整体角度描述数据，使数据不再是面向某一应用，而是面向整个系统。因

15、此，允许多个应使数据不再是面向某一应用，而是面向整个系统。因此，允许多个应用程序同时访问数据库中的数据，甚至可以同时访问数据库中的同一用程序同时访问数据库中的数据，甚至可以同时访问数据库中的同一数据，达到数据的共享。这不仅大大减小了数据的冗余度、节约存储数据，达到数据的共享。这不仅大大减小了数据的冗余度、节约存储空间、减少存取时间，而且可以避免数据之间的不相容性和不一致性。空间、减少存取时间，而且可以避免数据之间的不相容性和不一致性。 数据库技术数据库技术Page 131.数据库系统概述数据库系统概述n 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 （3）数据库系统管理阶段）数据库系统管理阶段 数据库

16、系统阶段具有以下的特点：数据库系统阶段具有以下的特点： 数据独立性高数据独立性高 数据独立性包括物理独立性和逻辑独立性。数据独立性包括物理独立性和逻辑独立性。 在数据库系统中用户只需要关注数据库名称、数据文件名称和文件中在数据库系统中用户只需要关注数据库名称、数据文件名称和文件中的属性名称等概念，而不用过多考虑数据的物理存储方面的问题。这的属性名称等概念，而不用过多考虑数据的物理存储方面的问题。这样可以将数据的定义和描述从应用程序中分离出来。数据的存取由数样可以将数据的定义和描述从应用程序中分离出来。数据的存取由数据库管理系统管理，用户不必考虑存取路径等细节，从而简化了应用据库管理系统管理，用

17、户不必考虑存取路径等细节，从而简化了应用程序的编写，减少开销。程序的编写，减少开销。 统一的数据管理和控制统一的数据管理和控制 数据库系统可提供数据控制功能，包括数据库的恢复、并发控制、数数据库系统可提供数据控制功能，包括数据库的恢复、并发控制、数据安全性和数据完整性，保证数据库的数据是安全、正确和可靠的。据安全性和数据完整性，保证数据库的数据是安全、正确和可靠的。 数据库技术数据库技术Page 141.数据库系统概述数据库系统概述n 数据库系统数据库系统 （1）基本术语）基本术语 数据库数据库(Database，简称，简称DB)是长期储存在计算机内的有组织的、大是长期储存在计算机内的有组织的

18、、大量的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据组织方式进量的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据组织方式进行存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为行存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为多个用户所共享。多个用户所共享。 数据库管理系统数据库管理系统(Database Management System，简称，简称DBMS)是是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件。它建立在操作系统的基为数据库的建立、使用和维护而配置的软件。它建立在操作系统的基础上，负责对数据库的数据进行统一的管理和控制。它的主要功能包础上，负责对数据库的数据进行统一的

19、管理和控制。它的主要功能包括：括： 数据定义功能；数据操纵功能；数据库的运行管理；数据定义功能；数据操纵功能；数据库的运行管理；数据库的建立和维护功能。数据库的建立和维护功能。 数据库系统数据库系统(Database System，简称，简称DBS)是指在计算机系统中引入是指在计算机系统中引入数据库后构成的系统。数据库后构成的系统。 数据库、数据库管理系统和数据库系统是三个不同的概念。数据库强数据库、数据库管理系统和数据库系统是三个不同的概念。数据库强调的是数据，数据库管理系统则是专门对数据进行管理的一个软件，调的是数据，数据库管理系统则是专门对数据进行管理的一个软件，而数据库系统强调的是数据

20、库的整个运行系统。而数据库系统强调的是数据库的整个运行系统。 数据库技术数据库技术Page 151.数据库系统概述数据库系统概述n 数据库系统数据库系统 （2）数据库系统的组成）数据库系统的组成 数据库系统是一个由使用和维护人员、加工设备和数据资源等构成的数据库系统是一个由使用和维护人员、加工设备和数据资源等构成的完整计算机应用系统。一般由计算机硬件、软件、数据库和各类人员完整计算机应用系统。一般由计算机硬件、软件、数据库和各类人员组成。组成。 硬件。硬件主要指计算机，包括中央处理器、内存、外存、输入硬件。硬件主要指计算机，包括中央处理器、内存、外存、输入输出等硬件设备。由于一般数据库系统数据

21、量很大，因而运行数据库输出等硬件设备。由于一般数据库系统数据量很大，因而运行数据库的计算机系统需要有足够大容量的内存、足够大容量的磁盘等存储设的计算机系统需要有足够大容量的内存、足够大容量的磁盘等存储设备，而且要求计算机有较高的数据传输能力，以提高数据传送率。备，而且要求计算机有较高的数据传输能力，以提高数据传送率。 软件。运行数据库的计算机系统需要的软件包括操作系统、数据软件。运行数据库的计算机系统需要的软件包括操作系统、数据库管理系统库管理系统(DBMS)、语言软件以及各种应用程序等。、语言软件以及各种应用程序等。 数据库技术数据库技术Page 161.数据库系统概述数据库系统概述n 数据

22、库系统数据库系统 （2）数据库系统的组成）数据库系统的组成 数据库。数据库系统中的数据库是指按数据库。数据库系统中的数据库是指按定法则存储在计算机外定法则存储在计算机外存储器中的大批数据。它不仅包括描述事物的数据本身，而且还包括存储器中的大批数据。它不仅包括描述事物的数据本身，而且还包括相关事物之间的联系。数据库中的数据往往不是像文件系统那样仅仅相关事物之间的联系。数据库中的数据往往不是像文件系统那样仅仅面向某一特定应用，而是面向多种应用的，可以被多个用户、多个应面向某一特定应用，而是面向多种应用的，可以被多个用户、多个应用程序共享。其数据结构独立于使用数据的程序，数据的增加、删除、用程序共享

23、。其数据结构独立于使用数据的程序，数据的增加、删除、修改和检索由系统软件进行统一控制。修改和检索由系统软件进行统一控制。 各类人员各类人员 参与分析、设计、管理、维护和使用数据库的人员均是数据库系统的参与分析、设计、管理、维护和使用数据库的人员均是数据库系统的组成部分。他们在数据库系统的开发、维护和应用中起着重要的作用。组成部分。他们在数据库系统的开发、维护和应用中起着重要的作用。分析、设计、管理和使用数据库系统的人员主要是：数据库管理员、分析、设计、管理和使用数据库系统的人员主要是：数据库管理员、系统分析员、应用程序员和最终用户。系统分析员、应用程序员和最终用户。数据库技术数据库技术Page

24、 171.数据库系统概述数据库系统概述n 数据库系统数据库系统 （3）数据库系统的三级模式结构）数据库系统的三级模式结构 数据库系统的三级模式结构由数据库系统的三级模式结构由外模式外模式、模式模式和和内模式内模式三级抽象模式组三级抽象模式组成，如图所示成，如图所示 。 由图可知：一个数据库系统中，外模式可以有许多，对应的是单个用户的数据视图。概念模式只有一个，它包含对现实世界数据库的抽象表示。内模式也只有一个，它表示的是数据库的物理存储。 数据库技术数据库技术Page 181.数据库系统概述数据库系统概述n 数据库系统数据库系统 （3）数据库系统的三级模式结构）数据库系统的三级模式结构 数据库

25、系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式三级抽象模式组数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式三级抽象模式组成。成。 模式模式 模式，也称为逻辑模式或概念模式，是对数据库中全体数据的逻辑结模式，也称为逻辑模式或概念模式，是对数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描述，是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式构和特性的描述，是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层，是整个数据库实际存储的抽象表示，既不涉及数据的结构的中间层，是整个数据库实际存储的抽象表示，既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，同时也和具体的应用程序、所使用的开发物理存储细节和硬件环境，同时也和具体的应用程序

26、、所使用的开发工具及高级程序设计语言无关，仅仅涉及结构的描述。对于某个具体工具及高级程序设计语言无关，仅仅涉及结构的描述。对于某个具体的数据库系统，模式是唯一的。数据库管理系统提供了模式描述语言的数据库系统，模式是唯一的。数据库管理系统提供了模式描述语言（模式（模式DDL），通过它可以定义模式。），通过它可以定义模式。数据库技术数据库技术Page 191.数据库系统概述数据库系统概述n 数据库系统数据库系统 （3）数据库系统的三级模式结构）数据库系统的三级模式结构 数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式三级抽象模式组数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式三级抽象模式组成。成。

27、外模式外模式 外模式，也称为子模式或用户模式，处于三级结构中的最外层，是应外模式，也称为子模式或用户模式，处于三级结构中的最外层，是应用程序员和最终用户所看到和使用的那部分数据的逻辑结构和特征的用程序员和最终用户所看到和使用的那部分数据的逻辑结构和特征的描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式通常是模式的子描述，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式，外模式描述了用户使用的视图，集，一个数据库可以有多个外模式，外模式描述了用户使用的视图，是用户与数据库的接口。针对不同的应用领域和应用环境，可以构造是用户与数据库的接口。针对不同的应用领域和应用

28、环境，可以构造不同的外模式。同一外模式可以为某一用户的多个应用系统所使用，不同的外模式。同一外模式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。用户可以通过数据库管理系统但一个应用程序只能使用一个外模式。用户可以通过数据库管理系统提供的数据描述语言来定义外模式。提供的数据描述语言来定义外模式。 数据库技术数据库技术Page 201.数据库系统概述数据库系统概述n 数据库系统数据库系统 （3）数据库系统的三级模式结构）数据库系统的三级模式结构 数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式三级抽象模式组数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式三级抽象模式组成。成。

29、内模式内模式 内模式，也称为存储模式，是三级结构中的最内层，即与实际存储数内模式，也称为存储模式，是三级结构中的最内层，即与实际存储数据方式有关的一层。内模式是数据在数据库系统内部的表示，即对数据方式有关的一层。内模式是数据在数据库系统内部的表示，即对数据的物理结构和方式的描述。它是全体数据库数据的内部表示或者低据的物理结构和方式的描述。它是全体数据库数据的内部表示或者低层描述，用来定义数据的存储方式和物理结构。内模式通常用内模式层描述，用来定义数据的存储方式和物理结构。内模式通常用内模式数据描述语言（内模式数据描述语言（内模式DDL）来描述和定义。）来描述和定义。 数据库技术数据库技术Pag

30、e 211.数据库系统概述数据库系统概述n 数据库系统数据库系统 （4）数据库系统的两级映像）数据库系统的两级映像 数据库系统的三级模式对应数据的三个抽象级别，数据的具体组织由数据库系统的三级模式对应数据的三个抽象级别，数据的具体组织由DBMS管理，这使得用户能够逻辑地、抽象地处理数据，而不必关心管理，这使得用户能够逻辑地、抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储。数据在计算机中的表示和存储。 为了实现这三个层次的联系和转换，数据库管理系统在这三级模式之为了实现这三个层次的联系和转换，数据库管理系统在这三级模式之间提供了间提供了外模式模式外模式模式和和模式内模式模式内模式的两级映像

31、。的两级映像。 映像是一种对应规则，指出映像双方如何进行转换。三级模式结构就映像是一种对应规则，指出映像双方如何进行转换。三级模式结构就是靠映像来连接和完成的。是靠映像来连接和完成的。 数据库技术数据库技术Page 221.数据库系统概述数据库系统概述n 数据库系统数据库系统 （4）数据库系统的两级映像）数据库系统的两级映像 外模式模式映像外模式模式映像 模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。对于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每一个外模式，结构。对于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每一个外模式，数

32、据库系统都有一个外模式模式映像，它定义了该外模式与模式之数据库系统都有一个外模式模式映像，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。间的对应关系。这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。 当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），由数据库管理员对各个外模式模式的映像作相应改变，而外等），由数据库管理员对各个外模式模式的映像作相应改变，而外模式保持不变。由于应用程序是依据数据的外模式编写的，从而使得模式保持不变。由于应用程序是依据数据的外模式编写的，从而使得应用程序不必修改

33、，应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性保证了数据与程序的逻辑独立性。 数据库技术数据库技术Page 231.数据库系统概述数据库系统概述n 数据库系统数据库系统 （4）数据库系统的两级映像）数据库系统的两级映像 模式内模式映像模式内模式映像 数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式内模式映像数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式内模式映像是唯一的，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。是唯一的，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。该映像定义通常包含在模式描述中。当数据库的存储结构改变了，由该映像定义通常包含在模式描述中。当数据库的存储结

34、构改变了，由数据库管理员对模式内模式映像作相应改变，可以使模式保持不变。数据库管理员对模式内模式映像作相应改变，可以使模式保持不变。这使数据的存储结构和存储方式独立于应用系统，从而不必要修改应这使数据的存储结构和存储方式独立于应用系统，从而不必要修改应用程序，保证了用程序，保证了数据与程序的物理独立性数据与程序的物理独立性。 数据库技术数据库技术Page 242.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型数据库技术数据库技术Page 252.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型 概念数据模型概念数据模型，是一种独立于计算机系统的数据模型。它完全不涉及，是一

35、种独立于计算机系统的数据模型。它完全不涉及信息在计算机中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结信息在计算机中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构，是用户和数据库人员之间进行交流的工具。最常用的构，是用户和数据库人员之间进行交流的工具。最常用的概念数据模概念数据模型的表示方法是实体联系模型型的表示方法是实体联系模型。 实体联系模型（实体联系模型（Entity Relationship Medol）简称）简称E-R模型，该模型模型，该模型是是P.P.Chen于于1976年提出的一种概念模型，现已广泛用于数据库设年提出的一种概念模型，现已广泛用于数据库设计中。这个模型是按用户的观

36、点对现实世界中的事物建立的一种模型，计中。这个模型是按用户的观点对现实世界中的事物建立的一种模型，是一种是一种“概念模型概念模型”，接近人的思维，容易理解，而且与具体的计算，接近人的思维，容易理解，而且与具体的计算机无关，是直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用机无关，是直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间联系，然后用实体联系图（实体联系图（E-R图）表示的数据模型。图）表示的数据模型。E-R模型的基本元素是实体、模型的基本元素是实体、属性和联系。属性和联系。 数据库技术数据库技术Page 262.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型实体联系（实体联系（E-R）模型）模型

37、 （1）E-R模型的基本概念模型的基本概念 实体。客观存在并且可以相互区别的事物称为实体。实体可以是实体。客观存在并且可以相互区别的事物称为实体。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系。如一个学生、一本具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系。如一个学生、一本书、一门课程、一场比赛、学生的一次选课等都可称为实体。书、一门课程、一场比赛、学生的一次选课等都可称为实体。 属性。每个实体都具有一定的特征或性质，实体所具有的某一特属性。每个实体都具有一定的特征或性质，实体所具有的某一特征或性质就称为属性。一个实体可以用若干个属性来描述，但实体由征或性质就称为属性。一个实体可以用若干个属

38、性来描述，但实体由哪些属性组成取决于人们对该实体所关心的内容，比如学生实体可以哪些属性组成取决于人们对该实体所关心的内容，比如学生实体可以由学号、姓名、性别、年龄和专业等属性组成。由学号、姓名、性别、年龄和专业等属性组成。 码。唯一标识实体的属性集称为码。例如，学号是学生实体的码。码。唯一标识实体的属性集称为码。例如，学号是学生实体的码。 实体型。属性值的集合表示一个实体，而属性的集合表示一种实实体型。属性值的集合表示一个实体，而属性的集合表示一种实体的类型，称为实体型。体的类型，称为实体型。 实体集。同类型的实体的集合称为实体集。如全体学生就是一个实体集。同类型的实体的集合称为实体集。如全体

39、学生就是一个实体集。实体集。 数据库技术数据库技术Page 272.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型实体联系（实体联系（E-R）模型）模型 （1）E-R模型的基本概念模型的基本概念 联系。在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的。这些联联系。在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的。这些联系反映为实体内部的联系和实体之间的联系。实体内部的联系指实体系反映为实体内部的联系和实体之间的联系。实体内部的联系指实体的各属性之间的联系，比如学生实体的的各属性之间的联系，比如学生实体的“成绩成绩”与与“奖学金额奖学金额”属性属性之间就有一定的联系。实体之间的联系指不同实体集之间的联系。

40、之间就有一定的联系。实体之间的联系指不同实体集之间的联系。 两个实体集之间的联系可以分为三类：两个实体集之间的联系可以分为三类：u一对一联系一对一联系u一对多联系一对多联系u多对多联系多对多联系数据库技术数据库技术Page 282.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型实体联系（实体联系（E-R）模型）模型 （1）E-R模型的基本概念模型的基本概念 联系。联系。u一对一联系一对一联系 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中至多有一个实中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集与实体集B具有一对一具有一对

41、一联系，记为联系，记为1：1。例如，一个班级有一个班长，而一个班长。例如，一个班级有一个班长，而一个班长只在一个班中任职，则班级与班长之间具有一对一联系。只在一个班中任职，则班级与班长之间具有一对一联系。数据库技术数据库技术Page 292.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型实体联系（实体联系（E-R）模型）模型 （1）E-R模型的基本概念模型的基本概念 联系。联系。u一对多联系一对多联系 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中有任意中有任意n（n0）个实体与之联系，反之，对于实体集个实体与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体中的每一

42、个实体，实体集集A中至多有一个实体与之联系，则称实体集中至多有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集与实体集B具具有一对多联系，记为有一对多联系，记为1：n。例如，一个班级有若干名学生，。例如，一个班级有若干名学生，而每个学生只在一个班学习，则班级与学生之间具有一对多联而每个学生只在一个班学习，则班级与学生之间具有一对多联系。系。数据库技术数据库技术Page 302.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型实体联系（实体联系（E-R）模型）模型 （1）E-R模型的基本概念模型的基本概念 联系。联系。u多对多联系多对多联系 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，

43、实体集B中有任意中有任意n（n0）个实体与之联系，反之，对于实体集个实体与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体中的每一个实体，实体集集A中也有任意中也有任意m（m0）个实体与之联系，则称实体集）个实体与之联系，则称实体集A与与实体集实体集B具有多对多联系，记为具有多对多联系，记为m：n。例如，一个学生可以。例如，一个学生可以选修多门课，而一门课可以有多个学生选修，则学生与课程之选修多门课，而一门课可以有多个学生选修，则学生与课程之间具有多对多联系。间具有多对多联系。数据库技术数据库技术Page 312.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型实体联系（实体联系（E-R）模型）模型

44、 （2）E-R模型的表示模型的表示E-R图图 E-R图是图是E-R模型的图形表示法，它是直接表示概念模型的有力工具。模型的图形表示法，它是直接表示概念模型的有力工具。E-R图提供了表示实体集、属性和联系的方法。图提供了表示实体集、属性和联系的方法。 实体集实体集：用矩形表示，矩形框内写实体集名。：用矩形表示，矩形框内写实体集名。 属性属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体连接起来。 联系联系：用菱形表示，菱形框内写联系名，并用无向边分别与有关实体：用菱形表示，菱形框内写联系名，并用无向边分别与有关实体集连接起来，同时在无向边旁标上联系

45、的类型（集连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1：1，1：n或或m：n）。需要注意的是，联系本身也是一种实体，也可以有属性。如果）。需要注意的是，联系本身也是一种实体，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则该属性仍用椭圆形表示，用无向边与该联系连一个联系具有属性，则该属性仍用椭圆形表示，用无向边与该联系连接起来。接起来。数据库技术数据库技术Page 322.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型实体联系（实体联系（E-R）模型）模型 （2）E-R模型的表示模型的表示E-R图图 实例实例1：用：用E-R图表示学生实体及属性，如图所示。图表示学生实体及属性，如图所示。 学生实体具有学号、

46、姓名、性别、年龄和专业等属性。学生实体具有学号、姓名、性别、年龄和专业等属性。数据库技术数据库技术Page 332.数据模型数据模型n 概念数据模型概念数据模型实体联系（实体联系（E-R）模型）模型 （2）E-R模型的表示模型的表示E-R图图 实例实例2：用：用E-R图表示班级与班长、班级与学生、学生与课程之间的图表示班级与班长、班级与学生、学生与课程之间的联系，如图所示。联系，如图所示。 数据库技术数据库技术Page 342.数据模型数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型 逻辑数据模型逻辑数据模型，简称数据模型，它直接面向数据库的逻辑结构，涉及，简称数据模型，它直接面向数据库的逻辑结构，涉及到

47、计算机系统和数据库管理系统，是具体的到计算机系统和数据库管理系统，是具体的DBMS支持的数据模型。支持的数据模型。 数据模型包括数据模型包括3个方面的内容：数据结构、数据操作和数据约束条件。个方面的内容：数据结构、数据操作和数据约束条件。 数据结构数据结构用于描述系统的静态特性，研究的对象包括与数据类型、内用于描述系统的静态特性，研究的对象包括与数据类型、内容和性质有关的对象及与数据之间的联系有关的对象。容和性质有关的对象及与数据之间的联系有关的对象。 数据操作数据操作是指对数据库中的数据允许执行的所有操作。是指对数据库中的数据允许执行的所有操作。 数据约束条件数据约束条件即完整性规则是给定的

48、数据模型中数据及其联系所具有即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依存规则，用以限制数据库的状态和状态的变化，以保证数的制约和依存规则，用以限制数据库的状态和状态的变化，以保证数据的正确、有效和相容。据的正确、有效和相容。 在数据库系统中，针对不同的使用对象和应用目的，常用的数据模型在数据库系统中，针对不同的使用对象和应用目的，常用的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型。有层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型。 数据库技术数据库技术Page 352.数据模型数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型 （1）层次模型）层次模型 层次模型是数据库技术中应用最早的一

49、种数据模型，用树型结构表示层次模型是数据库技术中应用最早的一种数据模型，用树型结构表示各类实体以及实体间的联系，它把现实世界中实体集间的联系抽象为各类实体以及实体间的联系，它把现实世界中实体集间的联系抽象为一个严格的自上而下的层次关系。一个严格的自上而下的层次关系。 用层次模型对具有一对多层次关系的描述非常直观、容易理解而且层用层次模型对具有一对多层次关系的描述非常直观、容易理解而且层次模型比较简单。次模型比较简单。 采用层次模型作为数据的组织方式的数据库就是层次数据库，典型的采用层次模型作为数据的组织方式的数据库就是层次数据库，典型的层次数据库管理系统是层次数据库管理系统是1968年年IBM

50、公司推出的公司推出的IMS系统。系统。 数据库技术数据库技术Page 362.数据模型数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型 （2）网状模型）网状模型 网状模型中结点间的联系不受层次限制，可以任意发生联系，使用有网状模型中结点间的联系不受层次限制，可以任意发生联系，使用有向图表示。向图表示。 网状模型比层次模型更具有普遍性，网状模型可以更直接地描述现实网状模型比层次模型更具有普遍性，网状模型可以更直接地描述现实世界。世界。 采用网状模型作为数据的组织方式的数据库就是网状数据库，典型的采用网状模型作为数据的组织方式的数据库就是网状数据库，典型的网状数据库管理系统是网状数据库管理系统是20世纪世纪7

51、0年代美国的数据系统研究会下属的年代美国的数据系统研究会下属的数据库任务组提出的数据库任务组提出的DBTG系统。系统。 数据库技术数据库技术Page 372.数据模型数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型 （3）关系模型）关系模型 关系模型是目前最重要的一种数据模型。关系模型是目前最重要的一种数据模型。 关系模型是与层次模型、网状模型完全不同的模型。它是用二维表格关系模型是与层次模型、网状模型完全不同的模型。它是用二维表格的形式表示实体及其实体间的联系。关系模型最大的优点是简单，一的形式表示实体及其实体间的联系。关系模型最大的优点是简单，一个关系就是一个数据表格，用户容易掌握，只需要用简单的查询

52、语句个关系就是一个数据表格，用户容易掌握，只需要用简单的查询语句就能对数据库进行操作。就能对数据库进行操作。 采用关系模型作为数据的组织方式的数据库系统就是关系数据库系统。采用关系模型作为数据的组织方式的数据库系统就是关系数据库系统。数据库系统的关系模型是由美国数据库系统的关系模型是由美国IBM公司公司San Jose研究室的研究员研究室的研究员E.F.Codd于于1970年首次提出的。年首次提出的。20世纪世纪80年代以来，计算机厂商新年代以来，计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都是支持关系模型的。当前数据库领域的推出的数据库管理系统几乎都是支持关系模型的。当前数据库领域的研究工作也都是以

53、关系模型为基础的。研究工作也都是以关系模型为基础的。 数据库技术数据库技术Page 382.数据模型数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型 （3）关系模型）关系模型 “学生学生选课选课课程课程”的关系模型的关系模型 学号姓名性别出生日期籍贯高考成绩所在班级0906014101李明天女90-12-12云南640090601410906014102张于起女92-10-23湖南530090601410906014103赵大明男91-04-08山西612090601410906014201王 伟男90-12-10江苏588090601420906014202于小丹女91-06-08云南586090601

54、42学生信息表学生信息表 学号课程号成绩0906014101011019709060141011510483090601410301102750906014201011028709060142021210068课程号课程名课时学分01101体育642.501102数学803.512100英语70315104计算机723选课表选课表 课程表课程表 数据库技术数据库技术Page 392.数据模型数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型 （3）关系模型）关系模型 基本概念基本概念 关系关系。一个关系就是一张二维表，每个关系都有一个关系名。通常将。一个关系就是一张二维表，每个关系都有一个关系名。通常将一个

55、没有重复行、重复列的二维表看成一个关系。一个没有重复行、重复列的二维表看成一个关系。 元组。二维表中的行称为元组，一行为一个元组。元组。二维表中的行称为元组，一行为一个元组。 属性属性。二维表中的每一列称为属性，描述了关系的一个特征。一个二。二维表中的每一列称为属性，描述了关系的一个特征。一个二维表的所有列构成了一个关系的属性集，通过它可以区别不同的二维维表的所有列构成了一个关系的属性集，通过它可以区别不同的二维表（关系）。每一列的列名对应关系的属性名，且属性不能重名。二表（关系）。每一列的列名对应关系的属性名，且属性不能重名。二维表中的每一列的数据属于同一类型，属性值是属性的具体值。维表中的

56、每一列的数据属于同一类型，属性值是属性的具体值。 域域。属性值的取值范围称为域。属性值的取值范围称为域。 关系模式关系模式。一个关系的关系模式是该关系的关系名及其全部属性名的。一个关系的关系模式是该关系的关系名及其全部属性名的集合，一般表示为：集合，一般表示为： 关系名（属性名关系名（属性名1，属性名，属性名2，属性名，属性名n） 数据库技术数据库技术Page 402.数据模型数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型 （3）关系模型）关系模型 基本概念基本概念 关键字或码关键字或码。关系中能唯一区分、确定不同元组的属性或属性组合，。关系中能唯一区分、确定不同元组的属性或属性组合，称为该关系的关键字

57、。单个属性组成的关键字称为单关键字，多个属称为该关系的关键字。单个属性组成的关键字称为单关键字，多个属性组合成的关键字称为组合关键字。关键字的属性值不能取性组合成的关键字称为组合关键字。关键字的属性值不能取“空值空值”。关键字可分为主关键字和候选关键字。关键字可分为主关键字和候选关键字。 候选关键字或候选码候选关键字或候选码。在一个关系中，如果存在多个属性或属性组合。在一个关系中，如果存在多个属性或属性组合能唯一标识该关系的元组，则这些属性或属性组合都称为该关系的候能唯一标识该关系的元组，则这些属性或属性组合都称为该关系的候选关键字或候选码。选关键字或候选码。 主关键字或主键主关键字或主键。在

58、一个关系的若干个候选关键字中指定作为关键字。在一个关系的若干个候选关键字中指定作为关键字的属性或属性组合，称为该关系的主关键字或主键。关系中主关键字的属性或属性组合，称为该关系的主关键字或主键。关系中主关键字是唯一的，一个表只能有一个主关键字。是唯一的，一个表只能有一个主关键字。 外部关键字或外键外部关键字或外键。当关系中的某个属性或属性组合虽不是该关系的。当关系中的某个属性或属性组合虽不是该关系的关键字，但却是另一个关系的关键字时，称该属性或属性组合为这个关键字，但却是另一个关系的关键字时，称该属性或属性组合为这个关系的外部关键字或外键。关系的外部关键字或外键。 数据库技术数据库技术Page

59、 412.数据模型数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型 （3）关系模型）关系模型 关系的基本特点关系的基本特点 在关系模型中，关系具有以下基本特点：在关系模型中，关系具有以下基本特点： 关系中的每一列不可再分；关系中的每一列不可再分； 同同个关系中不能出现相同的属性名；个关系中不能出现相同的属性名； 关系中不允许有完全相同的元组，完全相同是指两个元组对应的所有关系中不允许有完全相同的元组，完全相同是指两个元组对应的所有属性的值都相同；属性的值都相同； 关系中任意交换两行位置不影响数据的实际含义；关系中任意交换两行位置不影响数据的实际含义； 关系中任意交换两列位置也不影响数据的实际含义。关系中任

60、意交换两列位置也不影响数据的实际含义。 数据库技术数据库技术Page 422.数据模型数据模型n 逻辑数据模型逻辑数据模型 （3）关系模型）关系模型 概念模型向关系模型的转换概念模型向关系模型的转换 概念模型是一个不依赖于任何计算机系统和具体的概念模型是一个不依赖于任何计算机系统和具体的DBMS的数据模型，的数据模型，然而一个数据库应用系统是建立在特定的然而一个数据库应用系统是建立在特定的DBMS基础之上的，依赖于基础之上的，依赖于具体的具体的DBMS。因此，概念模型必须转换成逻辑数据模型，才能在。因此，概念模型必须转换成逻辑数据模型，才能在DBMS中实现。中实现。 目前，关系模型是最简单、最