数据库第一章幻灯片.ppt

数据数据库第一章第一章第1页，共86页，编辑于2022年，星期六2 2v 授课教师：黄楠授课教师：黄楠v E-mail:v Tel:13938711199第2页，共86页，编辑于2022年，星期六3 3学时分配：学时分配：总学时总学时：54学时（学时（18周）周）其中：其中：教学教学 36 36学时学时 上机实训上机实训 18 18学时学时 第3页，共86页，编辑于2022年，星期六4 4考核方式及成绩比例：考核方式及成绩比例：v 平时成绩（平时成绩（10%10%）（书面作业、实验报告、上课提问、上课（书面作业、实验报告、上课提问、上课上机点名等）上机点名等）v 期中书面闭卷考试（期中书面闭卷考试（20%20%）v 期末书面闭卷考试（期末书面闭卷考试（70%70%）第4页，共86页，编辑于2022年，星期六5 5v 王珊王珊 萨师煊萨师煊 数据库系统概论第四版数据库系统概论第四版 高教出版社高教出版社v 施伯乐等施伯乐等 数据库系统教程高教出版社数据库系统教程高教出版社v 刘云生等刘云生等 数据库系统概论数据库系统概论 华中理工大学出版社华中理工大学出版社v 王能忠等王能忠等 数据库原理及应用成都科技大学出版社数据库原理及应用成都科技大学出版社v A First Course in Database Systems数据库系统基础教程数据库系统基础教程Jeffrey.D.Ullman著著 史嘉权译史嘉权译 v 詹英詹英 等等 数据库技术（数据库技术（SQL Server2005）清华大学出版社）清华大学出版社vSQL Server 2005操作的相关书籍操作的相关书籍数据库系统概论的主要参考资料：数据库系统概论的主要参考资料：第5页，共86页，编辑于2022年，星期六6 6本课程主要内容：本课程主要内容：第第第第1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论 第第第第3 3章章章章 关系数据库关系数据库关系数据库关系数据库(2.9)(2.9)第第第第2 2章章章章 SQL-Server SQL-Server操作基础操作基础操作基础操作基础第第第第5 5章章章章 关系数据理论关系数据理论关系数据理论关系数据理论第第第第7 7章章章章 数据库设计数据库设计数据库设计数据库设计 第第6章章 系统实现技术（系统实现技术（4.5.10.11）第第第第4 4章章章章 SQL SQL语言语言语言语言(3.8)(3.8)第6页，共86页，编辑于2022年，星期六7 7第第 1 章章 绪论绪论1.1 数据库系统概论数据库系统概论1.2 1.2 数据模型数据模型数据模型数据模型1.3 1.3 数据库系统体系结构数据库系统体系结构1.4数据库的系统组成及应用研究数据库的系统组成及应用研究数据库的系统组成及应用研究数据库的系统组成及应用研究第7页，共86页，编辑于2022年，星期六8 8数数据据库库系系统统概概论论1.11.1.1 引言引言1.计算机的应用领域：计算机的应用领域：v 数值计算数值计算v 数据处理数据处理v 实时控制实时控制v 人工智能人工智能v 辅助设计辅助设计 等等80%以上以上 2.什么是什么是数数据据？在计算机系统中，各种在计算机系统中，各种字母、数字符号的组合、语音、图形、字母、数字符号的组合、语音、图形、图像等统称为数据图像等统称为数据，数据经过加工后就成为信息。，数据经过加工后就成为信息。第8页，共86页，编辑于2022年，星期六9 93.什么是什么是 数据处理数据处理 指对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播等一系指对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传播等一系列活动的总和。列活动的总和。v 目的目的：是从是从大量大量、原始的数据中抽取、推导出对人们有价值的信、原始的数据中抽取、推导出对人们有价值的信息作为行为决策的依据。息作为行为决策的依据。v 方式方式：借助于计算机科学的保存和管理复杂的大量数据，以借助于计算机科学的保存和管理复杂的大量数据，以便能方便地利用信息资源。便能方便地利用信息资源。1.1.1引引言言第9页，共86页，编辑于2022年，星期六10101.1.1引引言言4.出现（存在）的问题：出现（存在）的问题：(1)大量的数据如何存放。大量的数据如何存放。(2)大量的数据如何组织。大量的数据如何组织。(3)大量的数据如何分类、查找、统计。大量的数据如何分类、查找、统计。(4)大量的数据如何有效使用。大量的数据如何有效使用。(5)大量的数据如何维护。大量的数据如何维护。（存储）（存储）（结构）（结构）（处理）（处理）（共享、保护）（共享、保护）（维护）（维护）正是这些问题的存在，迫使人们去形成一套数据处理的理论、正是这些问题的存在，迫使人们去形成一套数据处理的理论、方法、技术。方法、技术。-数据库技术数据库技术第10页，共86页，编辑于2022年，星期六11115.基本概念基本概念(1)数据库技术数据库技术是研究数据库结构、存储、设计、管理是研究数据库结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科。和使用的一门软件学科。(2)数据库（数据库（Data Base）是长期存储在计算机内有组织的、是长期存储在计算机内有组织的、大量的、共享的数据集合，具有最小的冗余和较高的数据独大量的、共享的数据集合，具有最小的冗余和较高的数据独立性，并为各种用户共享。立性，并为各种用户共享。1.1.1引引言言(3)数据库管理系统（数据库管理系统（Data Base Management System）位于用户和位于用户和OS之间的一层数据管理软件，之间的一层数据管理软件，包括包括DB的建立、查询、更新。的建立、查询、更新。(4)数据库系统（数据库系统（Data Base System）有组织地、动有组织地、动态地存储大量关联数据，方便用户访问的计算机软、硬态地存储大量关联数据，方便用户访问的计算机软、硬件和数据资源组成的系统。件和数据资源组成的系统。第11页，共86页，编辑于2022年，星期六12121.1.2 数据管理的进展数据管理的进展 数据管理包括数据管理包括1.1数数据据库库系系统统概概论论依据其使用的技术和设备不同，数据处理可分为：依据其使用的技术和设备不同，数据处理可分为：v 手工数据处理手工数据处理 1890年前年前v 机械数据处理机械数据处理 18901946年年v 电子数据处理电子数据处理 1946年以后年以后 包括以下几个阶段包括以下几个阶段数据处理的中心问题是数据管理数据处理的中心问题是数据管理数据的分类数据的分类数据的组织数据的组织数据的编码数据的编码数据的存储数据的存储数据的检索数据的检索数据的维护数据的维护第12页，共86页，编辑于2022年，星期六13131.1.2数数据据管管理理的的进进展展1、人工管理阶段、人工管理阶段(1)背景背景 50年代中期前，用于科学计算年代中期前，用于科学计算 软件：汇编语言软件：汇编语言 没有没有OS 硬件：磁带、卡片等顺序存储设备硬件：磁带、卡片等顺序存储设备 数据处理方式：批处理数据处理方式：批处理 应用程序1数据组1应用程序2数据组2应用程序n数据组n(2)特点特点 数据不保存，用完即撤走。数据不保存，用完即撤走。没有专门的数据管理软件。没有专门的数据管理软件。数据不共享。数据不共享。无控冗余。无控冗余。数据缺乏独立性。数据缺乏独立性。第13页，共86页，编辑于2022年，星期六1414人工管理阶段数据管理示例：人工管理阶段数据管理示例：例：两个例：两个C语言程序，分别求语言程序，分别求10个数据之和和最大值。个数据之和和最大值。程序与数据放在一起，数据没有能够共享。程序与数据放在一起，数据没有能够共享。1.1.2数数据据管管理理的的进进展展第14页，共86页，编辑于2022年，星期六1515v数据以文件的形式长期保存。数据以文件的形式长期保存。v由文件系统管理数据，数据与由文件系统管理数据，数据与应用程序之间有了物理独立性。应用程序之间有了物理独立性。v数据冗余度较大，共享性差。数据冗余度较大，共享性差。2、文件系统阶段、文件系统阶段(1)背景背景 50-60年代年代 计算机不仅用于科学计算，计算机不仅用于科学计算，开始处理数据开始处理数据 软件：高级语言，软件：高级语言，OS，文件系统，文件系统 硬件：磁盘、磁鼓等直接存储设备硬件：磁盘、磁鼓等直接存储设备 数据处理方式：批处理，联机实时处理数据处理方式：批处理，联机实时处理1.1.2数数据据管管理理的的进进展展(2)特点特点应用程序1文件1应用程序2文件2应用程序n文件n文件系统 第15页，共86页，编辑于2022年，星期六1616文件系统阶段数据管理示例文件系统阶段数据管理示例上例用文件系统实现上例用文件系统实现第16页，共86页，编辑于2022年，星期六1717 (1)背景背景 60年代后期年代后期 数据量的管理越来越大，共享性的要求高。数据量的管理越来越大，共享性的要求高。软件：软件价格上升，编制和维护软件的成本增加，出现软件：软件价格上升，编制和维护软件的成本增加，出现“软件危机软件危机”硬件：大容量的磁盘，且价格下降。硬件：大容量的磁盘，且价格下降。数据处理方式：批处理，联机实时处理，分布处理。数据处理方式：批处理，联机实时处理，分布处理。1.1.2数数据据管管理理的的进进展展3、数据库系阶段、数据库系阶段v 1968年年 IBM公司的公司的 IMSv 1969年年 美国美国 CODASYL（conference on data system language）下的）下的DBTG报告报告v 1970年年 IBM公司公司 E.F.Codd的关系模型的关系模型(2)进入进入DBS的三大标志的三大标志第17页，共86页，编辑于2022年，星期六1818v 数据结构化。数据结构化。v 数据的共享性高，冗余度小，易扩充。数据的最小存数据的共享性高，冗余度小，易扩充。数据的最小存储单位是数据项。储单位是数据项。v 有较高的数据独立性。有较高的数据独立性。v 数据由数据由DBMS的统一管理和控制。的统一管理和控制。数据的安全控制数据的安全控制 数据的完整性数据的完整性 并发控制并发控制 恢复恢复 3数数据据库库阶阶段段(3)特点特点应用程序1 文件1 文件2 文件nabcdefghDBMS应用程序2应用程序nabacfb第18页，共86页，编辑于2022年，星期六1919求和：求和：SELECT Sum(Num)FROM Data求最大值：求最大值：SELECT Max(Num)FROM Data数据库系统阶段数据管理示例数据库系统阶段数据管理示例上例用数据库系统实现上例用数据库系统实现第19页，共86页，编辑于2022年，星期六20201.1数数据据库库系系统统概概论论1.1.3 高级数据库技术阶段高级数据库技术阶段 80年代后年代后 1.分布式分布式DBS的特点的特点分布性。（多数处理就地完成）分布性。（多数处理就地完成）逻辑整体性。（各地的计算机由数据通信网络逻辑整体性。（各地的计算机由数据通信网络 相联系）相联系）2.并行并行DBS的特点的特点并行处理。并行处理。各节点是完全非独立。各节点是完全非独立。通过高速网连接。通过高速网连接。3.面向对象面向对象DBS的特点的特点面向对象的数据模型能完整地描述现实世界的面向对象的数据模型能完整地描述现实世界的 数据结构，能表达数据间的嵌套、递归关系。数据结构，能表达数据间的嵌套、递归关系。具有面向对象技术的封装性和继承性，提高了具有面向对象技术的封装性和继承性，提高了 软件的可重用性。软件的可重用性。第20页，共86页，编辑于2022年，星期六21214.多媒体数据库多媒体数据库 涉及图像、音频、视频处理、三维动画、数据存储与涉及图像、音频、视频处理、三维动画、数据存储与检索等技术检索等技术5.数据仓库数据仓库 面向主题的、集成的、稳定的和随时间变化的数据面向主题的、集成的、稳定的和随时间变化的数据集合，用于决策制定集合，用于决策制定6.工程数据库工程数据库 存储和管理各种工程设计图形和工程设计文档，并能存储和管理各种工程设计图形和工程设计文档，并能为工程设计提供各种服务的数据库为工程设计提供各种服务的数据库7.空间数据库空间数据库 是描述、存储与处理具有位置、形状、大小、分布是描述、存储与处理具有位置、形状、大小、分布特征及空间关系等属性的空间数据及其属性数据的数特征及空间关系等属性的空间数据及其属性数据的数据库系统据库系统第21页，共86页，编辑于2022年，星期六2222 1、计算机化的数据管理经过的三个阶段、计算机化的数据管理经过的三个阶段 本节小结本节小结本节小结本节小结:数数据据库库系系统统概概论论1.1v人工管理阶段人工管理阶段v 文件系统阶段文件系统阶段v 数据库系统阶段数据库系统阶段2、三个阶段的特点。、三个阶段的特点。第22页，共86页，编辑于2022年，星期六2323 作作作作 业业业业：本节结束本节结束数数据据库库系系统统概概论论1.1P37 1计算机化的数据管理经历了哪几个阶段？计算机化的数据管理经历了哪几个阶段？各有什么特点？各有什么特点？第23页，共86页，编辑于2022年，星期六24241.2数数据据模模型型 模型：是现实世界事物的特征的模拟和抽象。模型：是现实世界事物的特征的模拟和抽象。数据模型也是一种模型。是现实世界中事物数据模型也是一种模型。是现实世界中事物的的数据数据特征的抽象。特征的抽象。1.2 数据模型数据模型第24页，共86页，编辑于2022年，星期六25251.2数数据据模模型型认识抽象认识抽象转换转换现实世界现实世界信息世界信息世界计算机世界计算机世界用用概念模型概念模型描述描述用用数据模型数据模型描述描述从从DBS开发的角度，这种抽象经历了三个世界开发的角度，这种抽象经历了三个世界第25页，共86页，编辑于2022年，星期六26261.2.1 数据模型的三要素数据模型的三要素1.2数数据据模模型型数据结构数据结构数据操作数据操作完整性约束条件完整性约束条件1.数据结构数据结构 描述系统的静态特征。描述系统的静态特征。数据结构是所研究的对象类型（数据结构是所研究的对象类型（object type）的集合。）的集合。在在DBS中按数据结构的类型来命名数据模型分：中按数据结构的类型来命名数据模型分：层次结构层次结构 网状结构网状结构 关系结构关系结构 的模型称为的模型称为 层次模型层次模型 网状模型网状模型 关系模型关系模型第26页，共86页，编辑于2022年，星期六27272.数据操作数据操作描述系统的动态特性。描述系统的动态特性。对对DB中各种对象（型）和实例（值）允许执行的操中各种对象（型）和实例（值）允许执行的操作的集合，要定义这些操作确切含义、操作符号、作的集合，要定义这些操作确切含义、操作符号、操作规则以及实现这些操作的语言等操作规则以及实现这些操作的语言等 3.数据的约束条件数据的约束条件 是一种完整性规则的集合，保证数据的正确、有效。是一种完整性规则的集合，保证数据的正确、有效。如：性别（男，女）如：性别（男，女）数据操作数据操作 检索检索更新更新：增加、删除、修改：增加、删除、修改数数据据模模型型的的三三要要素素1.2.1第27页，共86页，编辑于2022年，星期六28281.2.2 信息世界中的基本概念信息世界中的基本概念v实体（实体（Entity）：）：客观存在并可相互区分的事物。客观存在并可相互区分的事物。v属性（属性（Attribute）：）：实体所具有的每一个特征。实体所具有的每一个特征。v实体型（实体型（Entity Type）：）：实体类型。同型实体应具有相同的属性。实体类型。同型实体应具有相同的属性。v实体集（实体集（Entity Set）：同型实体的集合。同型实体的集合。v键（键（key）：）：能唯一标识每个实体的属性或属性集。能唯一标识每个实体的属性或属性集。v联系（联系（Relationship）：）：数数据据模模型型1.2第28页，共86页，编辑于2022年，星期六2929一对一联系（一对一联系（1:1）E1、E2两实体集，两实体集，E1中的任一实体在中的任一实体在E2中至多中至多有一个与之联系，反之亦然。那么，有一个与之联系，反之亦然。那么，E1和和E2间的联间的联系为一对一联系，记作系为一对一联系，记作 1:1。E2 E1两个实体型之间的联系两个实体型之间的联系信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第29页，共86页，编辑于2022年，星期六3030一对多联系（一对多联系（1：m）E1、E2两实体集，两实体集，E1中的任一实体在中的任一实体在E2中有中有n个个实体（实体（n0）与之联系。反之，）与之联系。反之，E2中的每一个实体在中的每一个实体在E1中至多有一个与之联系，则中至多有一个与之联系，则E1与与E2间为为一对多联间为为一对多联系，记作系，记作 1：m。E2 E1信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第30页，共86页，编辑于2022年，星期六3131多对多联系（多对多联系（m：n）E1、E2两实体集，两实体集，E1中的任一实体在中的任一实体在E2中有中有n个实体个实体（n0）与之联系，反之亦然，则）与之联系，反之亦然，则E1、E2为多对多联系，为多对多联系，记作记作 m：n。E2E1 两个以上实体型之间也存在着两个以上实体型之间也存在着1:1、1:m、m:n的联系。的联系。(例例16)同一实体集内各实体间也存在着同一实体集内各实体间也存在着1:1、1:m、m:n联联系。系。(例例17、例例18)信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第31页，共86页，编辑于2022年，星期六3232 1976年年P.S.Chen提出提出 实体联系方法（实体联系方法（Entity-Relationship Approach）。）。也称为也称为E-R模型。模型。E-R模型提供了表示实体型、属性、联系的方法：模型提供了表示实体型、属性、联系的方法：v实体型：实体型：用矩形表示用矩形表示，矩形框内写明实体名。，矩形框内写明实体名。例例1-1：学生实体型，课程实体型。：学生实体型，课程实体型。学生学生课程课程信息信息世界世界中的中的基本基本概念概念1.2.23、概念模型的表示方法、概念模型的表示方法第32页，共86页，编辑于2022年，星期六3333v 属性：属性：用椭圆形表示，椭圆形框内写属性名，键的属性下画一条横用椭圆形表示，椭圆形框内写属性名，键的属性下画一条横线，并用无向边将其与相应的实体连接起来。线，并用无向边将其与相应的实体连接起来。例例1-2：学生实体型具有学号、姓名、性别、出生日期、专业属性，：学生实体型具有学号、姓名、性别、出生日期、专业属性，并且，学号具有唯一标识性。并且，学号具有唯一标识性。学生学生出生日期出生日期专业专业性别性别学号学号姓名姓名信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第33页，共86页，编辑于2022年，星期六3434v 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连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:11:1，1:m,1:m,m:n m:n）。）。例例1-3:一个校长管理一个学校，一个学校也只有一个校长。一个校长管理一个学校，一个学校也只有一个校长。学校校长管理11例例1-4:一个学校有若干学生，一个学生只能在一个一个学校有若干学生，一个学生只能在一个 学校学习。学校学习。学校学习学生1m信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第34页，共86页，编辑于2022年，星期六3535例例1-5:学生选修课程。一个学生可以选修多门课程，一门课程可以被学生选修课程。一个学生可以选修多门课程，一门课程可以被多个学生选修。每个学生选修一门课程有一个成绩。多个学生选修。每个学生选修一门课程有一个成绩。课程课程学生学生选修选修mn成绩成绩注意：如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向注意：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。边与该联系连接起来。信息信息世界世界中的中的基本基本概念概念1.2.2第35页，共86页，编辑于2022年，星期六3636 例例1-6：对于课程、教师与参考书三个实体型。如果一门课程可以：对于课程、教师与参考书三个实体型。如果一门课程可以有多个教师使用多本参考书讲授；而每个教师教多门课程，每一有多个教师使用多本参考书讲授；而每个教师教多门课程，每一本参考书供多门课程使用。本参考书供多门课程使用。课程教师参考书讲授pmn信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第36页，共86页，编辑于2022年，星期六3737注意：注意：三个实体型之间的三个实体型之间的m:n和三个实体型两两之间的和三个实体型两两之间的m:n是不同的。是不同的。课程教师参考书讲授pmnn课程教师参考书讲授参考使用mpnmp信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第37页，共86页，编辑于2022年，星期六3838教职工教职工领导领导1m例例1-7：教职工实体集，其中一个校长可以领导其他所有普通教职工，：教职工实体集，其中一个校长可以领导其他所有普通教职工，而一个普通教职工只被一个校长所领导。而一个普通教职工只被一个校长所领导。信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第38页，共86页，编辑于2022年，星期六3939例例1-8：零件实体集，一个零件可以组成其他多个零件，一个零件零件实体集，一个零件可以组成其他多个零件，一个零件也可以由其他多个零件组成。也可以由其他多个零件组成。零件零件组成组成nm信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第39页，共86页，编辑于2022年，星期六 一个一个学校学校有若干有若干教师教师和若干和若干学生学生，教师只在一所学校任教；一个学生，教师只在一所学校任教；一个学生只在一个学校学习；一个学生可以选修多门只在一个学校学习；一个学生可以选修多门课程课程，一门课程也可以被多个，一门课程也可以被多个学生选修，且一个学生选修一门课程有一个成绩；学生选修，且一个学生选修一门课程有一个成绩；一门课程可以有多个一门课程可以有多个教师使用多本教师使用多本参考书参考书讲授；而每个教师教多门课程，每一本参考书供讲授；而每个教师教多门课程，每一本参考书供多门课程使用。多门课程使用。E-R图综合举例：用图综合举例：用E-R图画出学校系统的概念模型。图画出学校系统的概念模型。教师教师学校学校学生学生课程课程讲授讲授选修选修学习学习成绩成绩m11mn参考书参考书工作工作pmnp1.2.2信息信息世界世界中的中的基本基本概念概念第40页，共86页，编辑于2022年，星期六4141v学校学校 属性有属性有 校名、地址、电话。校名具有唯一标识性。校名、地址、电话。校名具有唯一标识性。v教师教师 属性有属性有 职工编号、姓名、性别、职称。职工编号具有职工编号、姓名、性别、职称。职工编号具有唯一标识性。唯一标识性。v学生学生 属性有属性有 学号、姓名、性别、出生日期、专业。学学号、姓名、性别、出生日期、专业。学号具有唯一标识性。号具有唯一标识性。v课程课程 属性有属性有 课程号、课程名、学分。课程号具有唯一标识性。课程号、课程名、学分。课程号具有唯一标识性。v参考书参考书 属性有属性有 书号、书名、作者、出版社。书号具有唯一书号、书名、作者、出版社。书号具有唯一标识性。标识性。信信息息世世界界中中的的基基本本概概念念1.2.2第41页，共86页，编辑于2022年，星期六4242学校系统的学校系统的E-R图图教师教师学校学校学生学生课程课程讲授讲授选修选修学习学习成绩成绩m11mn参考书参考书工作工作pmnp校名校名地址地址电话电话职工编号职工编号职称职称性别性别姓名姓名学号学号姓名姓名性别性别专业专业出生日期出生日期课程号课程号课程名课程名学分学分书号书号书名书名作者作者出版社出版社第42页，共86页，编辑于2022年，星期六4343教师教师学校学校学生学生课程课程讲授讲授选修选修学习学习成绩成绩m11mn参考书参考书工作工作pmnp实体及其联系图实体及其联系图信息信息世界世界中的中的基本基本概念概念1.2.2第43页，共86页，编辑于2022年，星期六4444教师教师学校学校学生学生课程课程学号学号出生日期出生日期电话电话学分学分课程名课程名课程号课程号姓名姓名职称职称性别性别地址地址校名校名姓名姓名专业专业性别性别职工编号职工编号参考书参考书作者作者出版社出版社书号书号书名书名实体及其属性图实体及其属性图第44页，共86页，编辑于2022年，星期六45451.2.3 常用的数据模型常用的数据模型数数据据模模型型三大经典数据模型三大经典数据模型 面向对象数据模型面向对象数据模型层次层次 网状网状非关系模型非关系模型基本层次联系基本层次联系两记录型（非关系模型中的实体型）及他们之间两记录型（非关系模型中的实体型）及他们之间1：m（含（含1：1）的联系，称为基本层次联系。）的联系，称为基本层次联系。在非关系模型中，数据结构的单位是基本层次联系。在非关系模型中，数据结构的单位是基本层次联系。RiRjLij双亲双亲 子女子女关系关系1.2（对于（对于m：n，它转化多个，它转化多个1：m）第45页，共86页，编辑于2022年，星期六46461.2.4 层次模型层次模型1.数据结构数据结构满足以下两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。满足以下两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。有且只有一个结点无父结点，称之为根结点。有且只有一个结点无父结点，称之为根结点。根结点以外其他结点有且只有一个父结点。根结点以外其他结点有且只有一个父结点。每个结点表示一个记录类型（实体型）每个结点表示一个记录类型（实体型）记录间的联系用有向线表示，仅表示记录间的联系用有向线表示，仅表示1：M。R1R2R3R4R5数数据据模模型型1.2 1968年，年，IBM公司的公司的IMS系统，是基于层次模型的系统，是基于层次模型的DBMS，也是最早，也是最早的的DBMS。第46页，共86页，编辑于2022年，星期六4747.层次模型是一棵倒置的树。层次模型是一棵倒置的树。层次模型中双亲结点是唯一的，只要指出他层次模型中双亲结点是唯一的，只要指出他的父结点就可以表示层次模型结构。的父结点就可以表示层次模型结构。系系学生学生教研室教研室教师教师层层次次模模型型1.2.4第47页，共86页，编辑于2022年，星期六48482.m：n在层次模型中的表示在层次模型中的表示学生学生学生学生学生学生学生学生课程课程课程课程课程课程课程课程学生学生课程课程选修选修mn+冗余结点特点：冗余结点特点：结构清晰结构清晰浪费空间浪费空间虚拟结点特点：虚拟结点特点：用指引元代用指引元代替冗余结点替冗余结点 层层次次模模型型1.2.4第48页，共86页，编辑于2022年，星期六4949(2)树中实体间的联系是单一的树中实体间的联系是单一的 对于父子结点间存在多于一种以上的联系，影响了对于父子结点间存在多于一种以上的联系，影响了这种情况的建模。这种情况的建模。工人工人工人工人工人工人设备设备设备设备设备设备使使用用维维修修使使用用维维修修层次层次模型模型1.2.4第49页，共86页，编辑于2022年，星期六5050(3)对于非树的网状结构对于非树的网状结构3.数据操纵与完整性约束条件数据操纵与完整性约束条件数据操纵数据操纵 增加、删除、修改增加、删除、修改增加：要有双亲增加：要有双亲删除：双亲删、子女则无删除：双亲删、子女则无修改：保证一致性修改：保证一致性 查询查询层层次次模模型型1.2.4第50页，共86页，编辑于2022年，星期六5151 4.存储结构存储结构 不仅存储数据内容，还要存数据之间的层次联系。不仅存储数据内容，还要存数据之间的层次联系。邻接法邻接法 按照层次树前序穿越的顺序把所有记录依次邻接存放（自顶向按照层次树前序穿越的顺序把所有记录依次邻接存放（自顶向下，自左向右），称为层次序列顺序。下，自左向右），称为层次序列顺序。A BCA1 B1B2B3C1C2C3C4 C5C6C7C8层层次次模模型型1.2.4A1B1C1C2C3B2C4C5B3C6C7C8第51页，共86页，编辑于2022年，星期六5252 链接法链接法 用指引元来反映数据间的层次联系。用指引元来反映数据间的层次联系。子女子女兄弟指引元：兄弟指引元：每个记录设两个指引元，一个指向最大（最左）子女，一个指向最每个记录设两个指引元，一个指向最大（最左）子女，一个指向最邻近的兄弟邻近的兄弟A1A2B1B2B3C1C2C3C4C5C6C7C8层次层次模型模型1.2.4第52页，共86页，编辑于2022年，星期六5353v 层次序列链接法层次序列链接法A1A2B1B2B3C1C2C3C4C5C6C7C8层层次次模模型型1.2.4第53页，共86页，编辑于2022年，星期六54545.层次摸型的优缺点层次摸型的优缺点 优点：优点：简单。简单。对于一些树状结构的系统，其性能较好且联系对于一些树状结构的系统，其性能较好且联系固定。固定。提供了良好的完整性支撑。提供了良好的完整性支撑。记录间的联系通过指计来实现，查询效率高。记录间的联系通过指计来实现，查询效率高。缺点：缺点：对于对于m：n或网状结构表示方法方法笨拙。或网状结构表示方法方法笨拙。增、删、改的限制多。增、删、改的限制多。查询必须通过双亲。查询必须通过双亲。结构严密、层次命令趋于程序化、编写复杂。结构严密、层次命令趋于程序化、编写复杂。层层次次模模型型1.2.4第54页，共86页，编辑于2022年，星期六55551.2数数据据模模型型1.2.5 网状模型网状模型1.数据结构数据结构满足以下两个条件的基本层次联系的集合称为网状模型满足以下两个条件的基本层次联系的集合称为网状模型v其他结点可以有多于一个的双亲结点。其他结点可以有多于一个的双亲结点。v 允许有一个以上的根结点允许有一个以上的根结点 1969，1971.CODASYL下属的下属的DBTG发布了一系列发布了一系列DBTG报告。报告。第55页，共86页，编辑于2022年，星期六56561.2数数据据模模型型 2.网状模型对网状模型对m：n表示表示学生学生选修选修课程课程mn学生学生课程课程选修选修学生学生第56页，共86页，编辑于2022年，星期六57573.数据操纵与完整性约束数据操纵与完整性约束v支持记录码的概念。支持记录码的概念。v 保证联系是保证联系是1：m。v可以支持双亲子女的某些约束。可以支持双亲子女的某些约束。子女要在双亲具在时才能插入。子女要在双亲具在时才能插入。双亲之一删除，则子女删除。双亲之一删除，则子女删除。4.存储结构存储结构 链接法链接法 以系值为单位以系值为单位 v 系型：一个系型：一个1：m为一个系型，有首记录型属记录型。为一个系型，有首记录型属记录型。v 系值：一个首记录值和其所属的所有属记录值系值：一个首记录值和其所属的所有属记录值。网网状状模模型型1.2.5第57页，共86页，编辑于2022年，星期六5858双向环状链双向环状链 首记录值属1 属4 属3属2 v单相环状链单相环状链有有next指针指针有有next、prior指针指针 首记录值属1 属4 属3属2 网网状状模模型型1.2.5第58页，共86页，编辑于2022年，星期六5959单向环转向首链单向环转向首链v 双向环转向首链双向环转向首链有有next、owner指针指针 首记录值属1 属4 属3属2 有有next、owner、prior指针指针 首记录值属1 属4 属3属2 网网状状模模型型1.2.5第59页，共86页，编辑于2022年，星期六6060例：学生选课的网状模型数据库例：学生选课的网状模型数据库学生学生课程课程选修选修链接法的特点链接法的特点：指针的增加加快了存取速度，减少了故障影响。但它动态保持指针的增加加快了存取速度，减少了故障影响。但它动态保持和维护这种复杂结构，势必会影响系统的复杂度，耗用大量的存储和维护这种复杂结构，势必会影响系统的复杂度，耗用大量的存储空间。空间。网网状状模模型型1.2.5第60页，共86页，编辑于2022年，星期六6161 指针阵列法：指针阵列法：所有指向属记录的指针嵌入系首记录中，形成一个排了所有指向属记录的指针嵌入系首记录中，形成一个排了序的指针。查找时无须走链。序的指针。查找时无须走链。网网状状模模型型1.2.5首记录属1属2第61页，共86页，编辑于2022年，星期六62625.网状模型的优缺点网状模型的优缺点优点：优点：更直接描述客观世界。更直接描述客观世界。性能良好，存储效率高。性能良好，存储效率高。缺点：缺点：结构复杂。结构复杂。其其DDL、DML语言复杂不易使用。语言复杂不易使用。网网状状模模型型1.2.5第62页，共86页，编辑于2022年，星期六63631.2.6 关系模型关系模型数数据据模模型型1.21.数据结构数据结构是建立在严格的数学（集合论）之上的。是建立在严格的数学（集合论）之上的。用二维表数据（集合论中的关系）来表示实体及实体用二维表数据（集合论中的关系）来表示实体及实体间联系的模型间联系的模型关系模型关系模型男张智忠学号学号姓名姓名性别性别党员党员专业专业出生年月出生年月助学金助学金990001王涛男No物理82-01-21￥160.00990002庄前女Yes物理82-09-21￥200.00990101丁保华男No数学81-04-18￥180.00990102姜沛棋女No数学81-12-02￥280.00No数学80-08-06￥240.00990201程玲女Yes计算机82-11-14￥200.00990202黎敏艳女Yes计算机83-02-21￥160.00990103记录记录（元组）（元组）值域：值域：男，男，女女属性名属性名(字段名字段名)关键字关键字唯一确唯一确定一条定一条记录记录 第63页，共86页，编辑于2022年，星期六6464 术语术语v 关系关系二维表二维表v 元组（记录）元组（记录）一行一行v 属性属性一列一列v 主码（键）主码（键）唯一确定一元组的属性组唯一确定一元组的属性组v 域域属性的取值范围属性的取值范围v 分量（字段）分量（字段）元组中的属性值元组中的属性值v 关系模式：对关系的描述关系模式：对关系的描述学生（学生（学号学号，姓名，性别，党员，专业，出生年月，助学金），姓名，性别，党员，专业，出生年月，助学金）关系模型的特点关系模型的特点 概念单一概念单一 关系必须是规范化的关系必须是规范化的关关系系模模型型1.2.6第64页，共86页，编辑于2022年，星期六65652.数据操纵和完整性约束数据操纵和完整性约束 查询、增查询、增 加、删除、修改加、删除、修改 操作对象和记录都是关系，且存取路径透明、向用户隐藏。操作对象和记录都是关系，且存取路径透明、向用户隐藏。v实体完整性实体完整性v参照完整性参照完整性 v用户自定义完整性用户自定义完整性 3.存储结构存储结构二维表以文件形式存储二维表以文件形式存储 一个表对应一个一个表对应一个 OS文件文件 自己建立一个文件结构自己建立一个文件结构 关关系系模模型型1.2.6第65页，共86页，编辑于2022年，星期六66664.关系模型的优缺点关系模型的优缺点优点：优点：建立在严格的数学概念上建立在严格的数学概念上 概念单一概念单一 存取路径透明，从而提高了数据的独立性和存取路径透明，从而提高了数据的独立性和安全保密性安全保密性缺点：缺点：查询效率不高，须对查询进行优化查询效率不高，须对查询进行优化关关系系模模型型1.2.6第66页，共86页，编辑于2022年，星期六67671.2数数据据模模型型1.2.7 面向对象数据模型面向对象数据模型 基本思想：基本思想：将数据及操作这些数据的程序代码封