数据库概论第一章

洛阳师范学院信息技术学院数据库系统概论

AnIntroductiontoDatabaseSystem常志玲czlhnpy@163.com135269480962/1/20231AnIntroductiontoDatabaseSystem考试成绩平时要求平时作业完成率100％出勤率达到学校要求总成绩100％＝平时成绩（包含出勤、作业、实验成绩）×20％＋闭卷考试×80％2/1/20232AnIntroductiontoDatabaseSystem教材及参考书(1)教材王珊，萨师煊：数据库系统概论(第四版)

高等教育出版社，2006.52/1/20233AnIntroductiontoDatabaseSystem教材及参考书(2)参考书DateCJ,AnIntroductiontoDatabaseSystem(Ed.7),Addison-Wesley,2000SQLServer2000相关书籍Powerdesigner、Designer2000等数据库系统开发相关书籍上机软件Sqlserver2000(或sqlserver2005)2/1/20234AnIntroductiontoDatabaseSystem学习方式理论学习掌握基本概念，多看例题，多做习题理论指导实践，实践提高认识重视数据库设计实践学习勤思考，多动手重视上机实习环境坚持自学2/1/20235AnIntroductiontoDatabaseSystem数据库与电子商务的关系所谓电子商务(ElectronicCommerce)是利用计算机技术、网络技术和远程通信技术，实现整个商务(买卖)过程中的电子化、数字化和网络化。例如：网上商店、网上书屋、网上售票B2B，B2C网站数据库是电子商务的基础2/1/20236AnIntroductiontoDatabaseSystem中国计算机学会数据库专委会CCF-DBS(ChinaComputerFederationDataBaseSociety)前身：数据库学组升级：1999年8月2/1/20237AnIntroductiontoDatabaseSystem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2/1/20238AnIntroductiontoDatabaseSystem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章并发控制2/1/20239AnIntroductiontoDatabaseSystem数据库系统概论AnIntroductiontoDatabaseSystems第一章绪论2/1/202310AnIntroductiontoDatabaseSystem本章目标了解并掌握数据库基本概念和基本知识.2/1/202311AnIntroductiontoDatabaseSystem第一章绪论1.1数据库系统概述1.2数据模型1.3数据库系统结构1.4数据库系统的组成1.5小结2/1/202312AnIntroductiontoDatabaseSystem第一章绪论1.1数据库系统概述

1.1.1四个基本概念

1.1.2数据管理技术的产生和发展

1.1.3数据库系统的特点

2/1/202313AnIntroductiontoDatabaseSystem1.1.1四个基本概念数据(Data)数据库(Database)数据库管理系统(DBMS)数据库系统(DBS)2/1/202314AnIntroductiontoDatabaseSystem一、数据数据(Data)是数据库中存储的基本对象数据的定义描述事物的符号记录数据的种类文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等数据的特点数据具有一定的含义，数据与其语义是不可分的2/1/202315AnIntroductiontoDatabaseSystem数据举例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。。。2/1/202316AnIntroductiontoDatabaseSystem数据举例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、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2/1/202317AnIntroductiontoDatabaseSystem二、数据库数据库的定义数据库是存放数据的仓库数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库的基本特征数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享冗余度较小数据独立性较高易扩展2/1/202318AnIntroductiontoDatabaseSystem三、数据库管理系统什么是DBMS（DatabaseManagementSystem）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

DBMS的用途科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据2/1/202319AnIntroductiontoDatabaseSystemDBMS的主要功能数据定义功能提供数据定义语言(DataDefinitionLanguage,DDL)

定义数据库中的数据对象数据组织、存储和管理

分类组织、存储和管理各种数据(数据字典、用户数据、数据的存取路径等)

确定组织数据的文件结构和存取方式实现数据之间的联系

提供多种存取方法提高存取效率（索引查找、Hash、顺序等）2/1/202320AnIntroductiontoDatabaseSystemDBMS的主要功能数据操纵功能

提供数据操纵语言(DataManipulationLanguage,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用户是用DML还是DDL完成下列任务？a.改变客户地址b.定义目录表c.输入一个新员工的信息2/1/202321AnIntroductiontoDatabaseSystemDBMS的主要功能数据库的建立和维护功能(实用程序)

数据库初始数据装载转换 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

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2/1/202322AnIntroductiontoDatabaseSystem定义指在计算机系统中引入数据库后的系统组成数据库，数据库管理系统(DBMS)，应用系统，数据库管理员(DBA)和用户层次：四、数据库系统2/1/202323AnIntroductiontoDatabaseSystem

数据库应用系统应用开发工具

操作系统

数据库管理系统

数据库管理员用户用户用户

数据库系统分别举例Powerbuilder,Oracle,DB2,Sybase,mysql,SQLserverDelphi,VB,Win2k,Linux,Unix。。。？2/1/202324AnIntroductiontoDatabaseSystem1.1数据库系统概述

1.1.1四个基本概念

1.1.2数据管理技术的产生和发展

1.1.3数据库系统的特点

2/1/202325AnIntroductiontoDatabaseSystem数据管理技术的产生和发展什么是数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护数据处理的中心问题数据管理技术的发展过程人工管理阶段(20世纪40年代中--50年代中)文件系统阶段(20世纪50年代末--60年代中)数据库系统阶段(20世纪60年代末--现在)2/1/202326AnIntroductiontoDatabaseSystem数据管理技术的产生和发展(续)数据管理技术的发展动力应用需求的推动计算机硬件的发展计算机软件的发展2/1/202327AnIntroductiontoDatabaseSystem一、人工管理阶段时期20世纪40年代中--50年代中产生的背景应用需求：科学计算 硬件水平 ：外存只有卡片．纸带．磁带，无直接存取存储设备软件水平：汇编语言，没有操作系统 处理方式：批处理 2/1/202328AnIntroductiontoDatabaseSystem人工管理阶段(续)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2/1/202329AnIntroductiontoDatabaseSystem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与数据之间的对应关系

2/1/202330AnIntroductiontoDatabaseSystem二、文件系统阶段时期20世纪50年代末--60年代中产生的背景应用需求：科学计算、管理 硬件水平：磁盘、磁鼓等直接存取的外存设备 软件水平：操作系统．高级语言．操作系统中的文件系统是专门用于数据管理的软件 处理方式：联机实时处理、批处理

2/1/202331AnIntroductiontoDatabaseSystem文件系统阶段(续)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数据控制能力：应用程序自己控制2/1/202332AnIntroductiontoDatabaseSystem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与数据之间的对应关系

2/1/202333AnIntroductiontoDatabaseSystem基本原因在于：数据的含义不明显。在文件系统中，采用“按文件名访问，按记录存取”的数据管理技术。文件系统中，数据为什么难以共享呢？2/1/202334AnIntroductiontoDatabaseSystem如:下一条记录为例：

1005张三7006151800设计所一般用户怎能理解其含义呢！甚至连数据的创建者，在经过一段时间后，重新看到此记录时，也会感到不可理解了。但如果数据的显示形式为：职工号姓名出生日期工资部门

1005张三7006151800设计所则数据的含义就比较清楚了，共享自然就容易了。

2/1/202335AnIntroductiontoDatabaseSystem

定义数据时，能把数据的含义也定义进去；存储数据时，能一起存储数据的含义；显示数据时，能同时显示数据的含义，就成了改进文件系统的关键。从而出现了数据管理的新方式——数据库系统。在数据库系统中，数据以一种全新的方式——数据库存储；管理数据库的生成、修改、使用的是一种新的管理数据的软件——数据库管理系统。2/1/202336AnIntroductiontoDatabaseSystem三、数据库系统阶段时期20世纪60年代末以来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 2/1/202337AnIntroductiontoDatabaseSystem1.1数据库系统概述

1.1.1四个基本概念

1.1.2数据管理技术的产生和发展

1.1.3数据库系统的特点

2/1/202338AnIntroductiontoDatabaseSystem数据库系统特点数据的管理者：DBMS数据面向的对象：现实世界 数据的共享程度：共享性高

数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性 数据的结构化：整体结构化，数据存取粒度小数据控制能力：由DBMS统一管理和控制2/1/202339AnIntroductiontoDatabaseSystem2/1/202340AnIntroductiontoDatabaseSystem补充说明数据的高共享性的好处降低数据的冗余度，节省存储空间避免数据间的不一致性使系统易于扩充数据结构化整体数据的结构化是数据库的主要特征之一数据库中实现的是数据的真正结构化数据结构用数据模型描述，无需程序定义和解释数据可以变长数据的最小存取单位是数据项2/1/202341AnIntroductiontoDatabaseSystem补充说明：数据独立性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存储改变了，应用程序不用改变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，用户程序也可以不变2/1/202342AnIntroductiontoDatabaseSystem补充说明：DBMS对数据的控制功能数据的安全性（Security）保护使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏数据的完整性（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2/1/202343AnIntroductiontoDatabaseSystem第一章绪论1.1数据库系统概述1.2数据模型1.3数据库系统结构1.4数据库系统的组成1.5小结2/1/202344AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2数据模型

1.2.1两大类数据模型

1.2.2数据模型的组成要素

1.2.3概念模型

1.2.4最常用的数据模型

1.2.5层次模型

1.2.6网状模型

1.2.7关系模型2/1/202345AnIntroductiontoDatabaseSystem数据模型在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟和抽象。数据模型应满足三方面要求能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现2/1/202346AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2.1两大类数据模型数据模型分为两类（分属两个不同的层次）(1)概念模型也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。(2)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，按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。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方式和存取方法。2/1/202347AnIntroductiontoDatabaseSystem两大类数据模型(续)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；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。2/1/202348AnIntroductiontoDatabaseSystem两大类数据模型(续)DBMS支持的数据模型概念模型认识抽象信息世界机器世界现实世界中客观对象的抽象过程现实世界现实世界概念模型数据库设计人员完成逻辑模型物理模型由DBMS完成概念模型逻辑模型数据库设计人员完成(协助)2/1/202349AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2数据模型

1.2.1两大类数据模型

1.2.2数据模型的组成要素

1.2.3概念模型

1.2.4最常用的数据模型

1.2.5层次模型

1.2.6网状模型

1.2.7关系模型2/1/202350AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2.2数据模型的组成要素数据结构数据操作完整性约束条件2/1/202351AnIntroductiontoDatabaseSystem数据模型组成要素数据结构描述数据库的组成以及对象之间的联系与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象是对系统静态特性的描述数据操作对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则检索、更新（包括插入、删除、修改）是对系统动态特性的描述数据的约束条件一组完整性规则的集合是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2/1/202352AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2数据模型

1.2.1两大类数据模型

1.2.2数据模型的组成要素

1.2.3概念模型

1.2.4最常用的数据模型

1.2.5层次模型

1.2.6网状模型

1.2.7关系模型2/1/202353AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2.3概念模型信息世界中的基本概念两个实体型之间的联系两个以上实体型之间的联系单个实体型内的联系概念模型的一种表示方法一个实例2/1/202354AnIntroductiontoDatabaseSystem概念模型概念模型的用途概念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对概念模型的基本要求较强的语义表达能力能够方便、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2/1/202355AnIntroductiontoDatabaseSystem一、信息世界中的基本概念(1)实体（Entity）

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。例：职工、学生、系，学生的一次选课，部门的一次订货，老师与院系的工作关系等。(2)属性（Attribute）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。例：学生实体有学号、姓名、性别、出生年份等属性(3)码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。例如学号是学生实体的码2/1/202356AnIntroductiontoDatabaseSystem信息世界中的基本概念(续)(4)域（Domain）

属性的取值范围称为该属性的域。例：学号的域为8位整数，姓名的域为字符串集合(5)实体型（EntityType）

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例：学生（学号，姓名，性别，出生年月，所在院系，入学时间）(6)实体集（EntitySet）

同一类型实体的集合称为实体集例全体学生2/1/202357AnIntroductiontoDatabaseSystem信息世界中的基本概念(续)(7)联系（Relationship）现实世界中事物内部以及事物之间存在联系，在信息世界

中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系学生实体和课程实体之间通过选修联系（实体之间）2/1/202358AnIntroductiontoDatabaseSystem二、两个实体型之间的联系实体型A联系名实体型B111:1联系实体型A联系名1n1:n联系实体型A实体型B联系名mnm:n联系实体型B用图形来表示两个实体型之间的这三类联系

2/1/202359AnIntroductiontoDatabaseSystem二、两个实体型之间的联系（续）一对一联系（1:1）实例1一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职班级班级-班长班长111:1联系2/1/202360AnIntroductiontoDatabaseSystem定义：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个（也可以没有）实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系，记为1:1二、两个实体型之间的联系（续）AB座位E1乘客E22/1/202361AnIntroductiontoDatabaseSystem两个实体型之间的联系(续)一对多联系（1：n）实例一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习班级组成学生1n1:n联系2/1/202362AnIntroductiontoDatabaseSystem定义：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系，记为1:n两个实体型之间的联系(续)

实体集E1 实体集E2E1E2车间工人2/1/202363AnIntroductiontoDatabaseSystem两个实体型之间的联系(续)多对多联系（m:n）实例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个学生可以同时选修多门课程课程选修学生mnm:n联系2/1/202364AnIntroductiontoDatabaseSystem定义：如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m≥0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系，记为m:n两个实体型之间的联系(续)2/1/202365AnIntroductiontoDatabaseSystem两个实体型之间的联系(续)AB1:1AB1:nABm:n从定义可以看出，1:1是1:n的特例，而1:n又是m:n的特例2/1/202366AnIntroductiontoDatabaseSystem两个实体集之间的联系究竟是属于哪一类，不仅与实体集有关，还与联系的内容有关。例如：主教练集与队员集之间，若对于指导关系来说，具有一对多的联系；而对于朋友关系来说，就应是多对多的联系

两个实体型之间的联系(续)2/1/202367AnIntroductiontoDatabaseSystem三、两个以上实体型之间的联系两个以上实体型之间一对多联系若实体集E1，E2，...，En存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，...，i-1，i+1，...，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ei与E1，E2，...，Ei-1，Ei+1，...，En之间的联系是一对多的2/1/202368AnIntroductiontoDatabaseSystem两个以上实体型之间的联系(续)实例

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，使用若干本参考书，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课程讲授教师1m两个以上实体型间1:n联系参考书n2/1/202369AnIntroductiontoDatabaseSystem课堂思考三个实体间的联系判断联系种类供应商项目零件供应2/1/202370AnIntroductiontoDatabaseSystem两个以上实体型之间的联系(续)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种零件可由不同供应商供给供应商供应项目mp两个以上实体型间m:n联系零件n2/1/202371AnIntroductiontoDatabaseSystem两个以上实体型之间的联系(续)两个以上实体型间的多对多联系实例

学生、课程、教室三个实体型一个学生可以在多个教室上多门课程每门课程可以有多个学生上课每个教室可给多个学生上课思考：两两之间的多对多联系学生上课教室mp两个以上实体型间m:n联系课程n2/1/202372AnIntroductiontoDatabaseSystem四、单个实体型内的联系一对多联系实例

职工实体型内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）“领导”若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系一对一联系

请举例职工领导1n单个实体型内部1:n联系2/1/202373AnIntroductiontoDatabaseSystem单个实体型内的联系实体型1联系名mn单个实体型内的m:n联系多对多联系请举例2/1/202374AnIntroductiontoDatabaseSystem五、概念模型的一种表示方法实体－联系方法(E-R方法)(Entity-RelationshipApproach)1976年由P.P.S.Chen提出用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2/1/202375AnIntroductiontoDatabaseSystemE-R图实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名。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教师学生学号年龄性别姓名2/1/202376AnIntroductiontoDatabaseSystemE-R图(续)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）2/1/202377AnIntroductiontoDatabaseSystem联系的表示方法实体型A联系名实体型B111:1联系实体型A联系名1n1:n联系实体型A实体型B联系名mnm:n联系实体型B2/1/202378AnIntroductiontoDatabaseSystem联系的表示方法示例班级班级-班长班长111:1联系课程选修学生mnm:n联系班级组成学生1n1:n联系2/1/202379AnIntroductiontoDatabaseSystem联系的属性课程选修学生mn成绩联系的属性：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

2/1/202380AnIntroductiontoDatabaseSystem六、一个实例用E-R图表示某个工厂物资管理的概念模型实体仓库：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2/1/202381AnIntroductiontoDatabaseSystem一个实例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。(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,职工实体型中具有一对多的联系

(4)供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系2/1/202382AnIntroductiontoDatabaseSystem工厂物资管理

实体及其属性图

仓库号面积电话号职工号姓名……仓库职工2/1/202383AnIntroductiontoDatabaseSystem工厂物资管理

实体及其属性图零件号名称规格单价描述零件项目号预算开工日期项目供应商号电话号账号地址姓名供应商2/1/202384AnIntroductiontoDatabaseSystem工厂物资管理实体及其联系图供应商职工仓库零件项目供应量库存量供应领导库存工作P1n

nmm1nn2/1/202385AnIntroductiontoDatabaseSystem完整的E-R图年龄职称电话号电话号职工号库存量项目号零件号打开日期仓库号供应商号地址姓名账号供应量名称描述规格预算面积姓名零件项目仓库供应商职工供应库存

领导工作单价1nnnpnmm12/1/202386AnIntroductiontoDatabaseSystem实例练习实体系、班级、学生、教研室、教师、课程给出概念模型：E－R图2/1/202387AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2数据模型

1.2.1两大类数据模型

1.2.2数据模型的组成要素

1.2.3概念模型

1.2.4最常用的数据模型

1.2.5层次模型

1.2.6网状模型

1.2.7关系模型2/1/202388AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2.4最常用的数据模型非关系模型层次模型(HierarchicalModel)网状模型(NetworkModel)关系模型(RelationalModel)面向对象模型(ObjectOrientedModel）对象关系模型(ObjectRelationalModel)2/1/202389AnIntroductiontoDatabaseSystem1.2.5层次模型层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型

层次数据库系统的典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）数据库管理系统层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系

2/1/202390AnIntroductiontoDatabaseSystem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有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点根以外的其它结点有且只有一个双亲结点层次模型中的几个术语根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点根结点兄弟结点

叶结点兄弟结点

叶结点叶结点R2R1R3R4R52/1/202391AnIntroductiontoDatabaseSystem层次数据模型的数据结构(续)层次模型的特点：结点的双亲是唯一的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2/1/202392AnIntroductiontoDatabaseSystem层次数据模型的数据结构(续)图1.17教员学生层次数据库模型

根结点记录型系的子女结点记录型教员的双亲结点叶结点叶结点字段2/1/202393AnIntroductiontoDatabaseSystem层次数据模型的数据结构(续)图1.18教员学生层次数据库的一个值

2/1/202394AnIntroductiontoDatabaseSystem行政划分，家谱，物种层次模型举例2/1/202395AnIntroductiontoDatabaseSystem二、多对多联系在层次模型中的表示多对多联系在层次模型中的表示用层次模型间接表示多对多联系方法将多对多联系分解成一对多联系分解方法冗余结点法虚拟结点法2/1/202396AnIntroductiontoDatabaseSystem一个学生选课的多对多联系冗余结点法虚拟结点法多对多联系在层次模型中的表示（续）2/1/202397AnIntroductiontoDatabaseSystem三、层次模型的数据操纵与完整性约束

层次模型的数据操纵查询插入删除更新2/1/202398AnIntroductiontoDatabaseSystem层次模型的数据操纵与完整性约束（续）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2/1/202399AnIntroductiontoDatabaseSystem四、层次数据模型的存储结构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放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序2/1/2023100AnIntroductiontoDatabaseSystem层次数据模型的存储结构（续）图1.20层次数据库及其实例…A1A2C8C6C4B6C9C2B4C14C7C5C3B1A1图1.21邻接法按邻接法存放图1.20（b）中以根记录A1为首的层次记录实例集对于（a）的数据库，按邻接法存放图1.20（b）中以根记录A1为首的层次记录实例集2/1/2023101AnIntroductiontoDatabaseSystem层次数据模型的存储结构（续）链接法用指针来反映数据之间的层次联系子女－兄弟链接法层次序列链接法2/1/2023102AnIntroductiontoDatabaseSystem层次数据模型的存储结构（续）子女-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2/1/2023103AnIntroductiontoDatabaseSystem层次数据模型的存储结构（续）层次序列链接法按树的前序穿越顺序链接各记录值2/1/2023104AnIntroductiontoDatabaseSystem五、层次模型的优缺点优点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，不低于网状模型层次数据模型提供了良好的完整性支持缺点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复杂

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

2/1/2023105AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2数据模型

1.2.1两大类数据模型

1.2.2数据模型的组成要素

1.2.3概念模型

1.2.4最常用的数据模型

1.2.5层次模型

1.2.6网状模型

1.2.7关系模型2/1/2023106AnIntroductiontoDatabaseSystem1.2.6网状模型网状数据库系统采用网状模型作为数据的组织方式典型代表是DBTG系统：亦称CODASYL(ConferenceOnDataSystemLanguage,数据系统语言研究会)系统70年代由DBTG（DataBaseTaskGroup，数据库任务组）提出的一个系统方案奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术实际系统CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE2/1/2023107AnIntroductiontoDatabaseSystem1.网状数据模型的数据结构网状模型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；2.一个结点可以有多于一个的双亲。2/1/2023108AnIntroductiontoDatabaseSystem网状数据模型的数据结构（续）表示方法(与层次数据模型相同)实体型：用记录类型描述每个结点表示一个记录类型（实体）属性：用字段描述每个记录类型可包含若干个字段联系：用结点之间的连线表示记录类型（实体）之间的一对多的父子联系2/1/2023109AnIntroductiontoDatabaseSystem网状数据模型的数据结构（续）网状模型与层次模型的区别网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许结点有多个双亲结点网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）网状模型可以更直接地去描述现实世界层次模型实际上是网状模型的一个特例2/1/2023110AnIntroductiontoDatabaseSystem网状数据模型的数据结构（续）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R3之间的联系L1R2与R3之间的联系L2

2/1/2023111AnIntroductiontoDatabaseSystem网状数据模型的数据结构（续）网状模型的例子

2/1/2023112AnIntroductiontoDatabaseSystem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间接表示记录之间的多对多联系方法：将多对多联系直接分解成一对多联系2/1/2023113AnIntroductiontoDatabaseSystem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2/1/2023114AnIntroductiontoDatabaseSystem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

2/1/2023115AnIntroductiontoDatabaseSystem网状数据模型的操纵与完整性约束（续）网状数据库系统（如DBTG）对数据操纵加了一些限制，提供了一定的完整性约束码：唯一标识记录的数据项的集合

保证一个联系中双亲记录与子女记录之间是一对多联系支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件

2/1/2023116AnIntroductiontoDatabaseSystem三、网状数据模型的存储结构关键实现记录之间的联系常用方法单向链接双向链接环状链接向首链接2/1/2023117AnIntroductiontoDatabaseSystem网状数据模型的存储结构（续）图1.25学生/选课/课程的网状数据库实例

学生记录课程记录选课记录2/1/2023118AnIntroductiontoDatabaseSystem四、网状数据模型的优缺点优点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具有良好的性能，存取效率较高缺点结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握DDL、DML语言复杂，并且要嵌入某一种高级语言中，用户不容易使用2/1/2023119AnIntroductiontoDatabaseSystem

1.2数据模型

1.2.1两大类数据模型

1.2.2数据模型的组成要素

1.2.3概念模型

1.2.4最常用的数据模型

1.2.5层次模型

1.2.6网状模型

1.2.7关系模型2/1/2023120AnIntroductiontoDatabaseSystem1.2.7关系模型关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式

1970年美国IBM公司SanJose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计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型

2/1/2023121AnIntroductiontoDatabaseSystem一、关系数据模型的数据结构

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。学号姓名年龄性别系名年级2005004王小明19女社会学20052005006黄大鹏20男商品学20052005008张文斌18女法律2005………………学生登记表属性元组2/1/2023122AnIntroductiontoDatabaseSystem关系数据模型的数据结构（续）关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表元组（Tuple）表中的一行即为一个元组属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名2/1/2023123AnIntroductiontoDatabaseSystem关系数据模型的数据结构（续）主码（Key）表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。例：学号，可以唯一确定一个学生，也就是本关系的码域（Domain）属性的取值范围。例：性别的域是（男，女），人的年龄一般在1～150岁之间分量元组中的一个属性值。例：学号:2005004，就是一个属性值关系模式对关系的描述关系名（属性1，属性2，…，属性n）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）2/1/2023124AnIntroductiontoDatabaseSystem关系数据模型的数据结构（续）在关系模型中，实体及实体之间的联系都用关系来表示例: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）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）（实体之间的联系）2/1/2023125AnIntroductiontoDatabaseSystem关系数据模型的数据结构（续）关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项,不允许表中还有表

图1.27中工资和扣除是可分的数据项

职工号姓名职称工资扣除实

发基本津贴职务房租水电86051陈平讲师13051200501601122283图1.27一个工资表(表中有表)实例是关系数据模型吗？2/1/2023126AnIntroductiontoDatabaseSystem关系数据模型的数据结构（续）关系术语一般表格的术语关系名表名关系模式表头（表格的描述）关系（一张）二维表元组记录或行属性列属性名列名属性值列值分量一条记录中的一个列值非规范关系表中有表（大表中嵌有小表）表1.2术语对比2/1/2023127AnIntroductiontoDatabaseSystem二、关系数据模型的操纵与完整性约束数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系查询插入删除更新数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”2/1/2023128AnIntroductiontoDatabaseSystem关系数据模型的操纵与完整性约束（续）关系的完整性约束条件

实体完整性参照完整性用户定义的完整性2/1/2023129AnIntroductiontoDatabaseSystem三、关系数据模型的存储结构实体及实体间的联系都用表来表示表以文件形式存储有的DBMS一个表对应一个操作系统文件有的DBMS从操作系统中获得若干大的文件，自己设计文件结构2/1/2023130AnIntroductiontoDatabaseSystem四、关系数据模型的优缺点优点建立在严格的数学概念的基础上概念单一实体和各类联系都用关系来表示对数据的检索结果也是关系关系模型的存取路径对用户透明具有更高的数据独立性，更好的安全保密性简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作2/1/2023131AnIntroductiontoDatabaseSystem关系数据模型的优缺点（续）缺点存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化增加了开发DBMS的难度2/1/2023132AnIntroductiontoDatabaseSystem典型的关系数据库系统ORACLESYBASEDB/2COBASEPBASEEasyBaseDM/2OpenBase2/1/2023133AnIntroductiontoDatabaseSystem第一章绪论1.1数据库系统概述1.2数据模型1.3数据库系统结构1.4数据库系统的组成1.5小结2/1/2023134AnIntroductiontoDatabaseSystem1.3数据库系统结构从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构从数据库最终用户角度看（数据库系统外部的体系结构），数据库系统的结构分为:单用户结构主从式结构分布式结构客户／服务器（C/S）浏览器／应用服务器／数据库服务器多层结构等(B/S)2/1/2023135AnIntroductiontoDatabaseSystem1.单用户数据库系统整个数据库系统(应用程序、DBMS、数据)装在一台计算机上，为一个用户独占，不同机器之间不能共享数据2/1/2023136AnIntroductiontoDatabaseSystem2.主从式结构的数据库系统一个主机带多个终端的多用户结构数据库系统，包括应用程序、DBMS、数据，都集中存放在主机上，所有处理任务都由主机来完成各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，共享数据资源2/1/2023137AnIntroductiontoDatabaseSystem3.分布式结构的数据库系统数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但物理地分布在计算机网络的不同结点上网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用2/1/2023138AnIntroductiontoDatabaseSystem分布式结构的数据库系统优点适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求缺点数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会明显地受到网络传输的制约2/1/2023139AnIntroductiontoDatabaseSystem分布式结构2/1/2023140AnIntroductiontoDatabaseSystem4．C／S结构的数据库系统客户／服务器把DBMS功能和应用分开网络中某个（些）结点上的计算机专门用于执行DBMS功能，称为数据库服务器，简称服务器其他结点上的计算机安装DBMS的外围应用开发工具，用户的应用系统，称为客户机2/1/2023141AnIntroductiontoDatabaseSystem客户／服务器数据库系统的种类集中的服务器结构一台数据库服务器，多台客户机分布的服务器结构在网络中有多台数据库服务器分布的服务器结构是客户／服务器与分布式数据库的结合2/1/2023142AnIntroductiontoDatabaseSystem客户/服务器结构2/1/2023143AnIntroductiontoDatabaseSystem浏览器/应用服务器/数据库服务器结构B/S客户端：浏览器软件、用户界面浏览器的界面统一，广大用户容易掌握大大减少了培训时间与费用服务器端分为两部分：Web服务器、应用服务器数据库服务器等大大减少了系统开发和维护代价能够支持数万甚至更多的用户2/1/2023144AnIntroductiontoDatabaseSystem数据库系统结构（续）1.3.1数据库系统模式的概念1.3.2

数据库系统的三级模式结构